JP4756221B2 - Semiconductor memory device - Google Patents
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Description
本発明は半導体記憶装置に関し、特にSRAM(Static Random Access Memory)からなる半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a semiconductor memory device made of SRAM (Static Random Access Memory).
半導体装置の高集積化、高性能化を実現するため、半導体基板の表面に柱状半導体を形成し、その側壁に柱状半導体層を取り囲むように形成されたゲートを有する縦型ゲートトランジスタであるSGT(Surrounding Gate Transistor)が提案された(例えば、特許文献1:特開平2−188966)。SGTではドレイン、ゲート、ソースが垂直方向に配置されるため、従来のプレーナー型トランジスタに比べて占有面積を大幅に縮小することができる。 In order to realize high integration and high performance of a semiconductor device, a columnar semiconductor is formed on the surface of a semiconductor substrate, and an SGT (vertical gate transistor having a gate formed so as to surround the columnar semiconductor layer on a sidewall thereof. (Surrounding Gate Transistor) has been proposed (for example, Patent Document 1: JP-A-2-188966). In the SGT, the drain, gate and source are arranged in the vertical direction, so that the occupied area can be greatly reduced as compared with the conventional planar type transistor.
SGTを用いてLSI(大規模集積回路)を構成する場合、それらのキャッシュ用メモリとしてSGTの組み合わせで構成されるSRAMを用いることが必須である。近年、LSIに搭載されるSRAMに対する大容量化の要求は非常に強いため、SGTを用いた場合にも小さいセル面積を持つSRAMを実現することが必須である。 When an LSI (Large Scale Integrated Circuit) is configured using SGT, it is essential to use an SRAM configured by a combination of SGTs as the cache memory. In recent years, there is a strong demand for a large capacity for SRAM mounted on an LSI, and it is essential to realize an SRAM having a small cell area even when SGT is used.
特許文献2(特開平7−99311)の実施例に示された、SGTを用いて設計された6個のトランジスタにより構成されるCMOS型6T−SRAMの平面図を図25(a)に断面図を図25(b)に示す。これらの図を参考にして、上記SRAMについて説明する。ビット線(801a、801b)はN+拡散層で形成され、接地配線GNDはN+拡散層802で形成され、電源配線VccはP+拡散層803で形成される。これらの拡散層の上にメモリセルにアクセスするためのアクセストランジスタ(810a、810b)、メモリセルを駆動するためのドライバトランジスタ(811a、811b)、メモリセルに電荷を供給するロードトランジスタ(812a、812b)を構成する柱状シリコン層が形成される。これらの柱状シリコン層を取り囲むようにゲート(804a、804b、804c、804d)が形成される。記憶ノードは配線層(807a、807b)より構成される。上記SRAMセルにおいては、SRAMを構成する各トランジスタは柱状シリコン層上に縦方向にソース、ゲート、ドレインが形成されているため、小さいSRAMセルを設計することができる。 FIG. 25 (a) is a cross-sectional view of a plan view of a CMOS type 6T-SRAM composed of six transistors designed using SGT, shown in the embodiment of Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-99311). Is shown in FIG. The SRAM will be described with reference to these drawings. The bit lines (801a, 801b) are formed of N + diffusion layers, the ground wiring GND is formed of N +
しかしながら、上記SRAMセルにおいては、実際には以下のような問題点がある。
特許文献2のSRAMにおいては、SRAMセルアレイ内に形成される電源配線803および接地配線802が最小寸法程度に形成される場合には小さいセル面積を実現することが可能であるが、上記電源配線803および接地配線802はそれぞれP+拡散層およびN+拡散層によって形成されているため、これらが最小寸法程度に形成される場合には非常に高抵抗になり、SRAMを安定動作させることは不可能である。逆にSRAMを安定動作させるために電源配線803および接地配線802の寸法を大きくすると、SRAMセル面積が増加してしまう。However, the above SRAM cell actually has the following problems.
In the SRAM of
本発明は上記の事情を鑑みてなされたもので、SGTを用いたCMOS型6T−SRAMにおいて面積の小さいSRAMセルを実現するとともに、十分な動作マージンを持つSRAMセルを実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to realize an SRAM cell having a small area and an SRAM cell having a sufficient operation margin in a CMOS type 6T-SRAM using SGT. .
本発明によれば、例えば、図3dに記載されるように、6個のMOSトランジスタが基板上に配列されたスタティック型メモリセルを備えた半導体記憶装置であって、
前記6個のMOSトランジスタの各々は、
ソース拡散層、ドレイン拡散層及び柱状半導体層が、基板上に垂直方向に階層的に配置され、前記柱状半導体層は前記ソース拡散層と前記ドレイン拡散層の間に配置され、前記柱状半導体層の側壁にゲートが形成されており、
メモリにアクセスするための第1及び第2のNMOSのアクセストランジスタ(Qn11及 びQn21)と、メモリセルのデータを保持するために記憶ノードを駆動する第1及び第2のNMOSのドライバトランジスタ(Qn31及びQn41)と、メモリセルのデータを保持するために電荷を供給する第1及び第2のPMOSのロードトランジスタ(Qp11及びQp21)として機能し、
第1のNMOSのアクセストランジスタ(Qn11)、第1のNMOSのドライバトランジスタ(Qn31)及び第1のPMOSのロードトランジスタ(Qp11)は、互いに隣接して配列され、
第2のNMOSのアクセストランジスタ(Qn21)、第2のNMOSのドライバトランジスタ(Qn41)及び第2のPMOSのロードトランジスタ(Qp21)は、互いに隣接して配列され、
基板に電位を与えるための複数のメモリセルに共通の第1のウェル(1a、p-well)が形成され、
第1のNMOSのアクセストランジスタ(Qn11)の底部に形成されるN型の導電型を持 つ第1の拡散層(3a、N型)、第1のNMOSのドライバトランジスタ(Qn31)の底部に 形成されるN型の導電型を持つ第2の拡散層(5a、N型)及び第1のPMOSのロードトランジスタ(Qp11)の底部に形成されるP型の導電型を持つ第3の拡散層(4a、P型)は 、前記第1の拡散層(3a、N型)、第2の拡散層(5a、N型)及び第3の拡散層(4a、P型 )の表面に形成された第1のシリサイド層(13a)を介して相互に接続され、
前記相互に接続された前記第1の拡散層(3a、N型)、第2の拡散層(5a、N型)及び第3 の拡散層(4a、P型)はメモリセルに記憶されるデータを保持するための第1の記憶ノード(Qa)として機能し、
前記第3の拡散層(4a、P型)と前記第1のウェル(1a、p-well)間のリークを防止す るために、前記第3の拡散層(4a、P型)と第1のウェル(1a、p-well)の間に前記第1 のウェルと反対の導電型を持つ第1のリーク防止拡散層(1b、N型)が形成され、
前記第1のリーク防止拡散層(1b、N型)は、前記第1の拡散層(3a、N型)及び第2の 拡散層(5a、N型)と直接接続され、
第2のNMOSのアクセストランジスタ(Qn21)の底部に形成されるN型の導電型を持つ 第4の拡散層(N型)、第2のNMOSのドライバトランジスタ(Qn41)の底部に形成さ れるN型の導電型を持つ第5の拡散層(N型)及び第2のPMOSのロードトランジスタ(Qp21)の底部に形成されるP型の導電型を持つ第6の拡散層(P型)は、前記第4の拡 散層(N型)、第5の拡散層(N型)及び第6の拡散層(P型)の表面に形成された第2のシリサイド層を介して相互に接続され、
前記相互に接続された前記第4の拡散層(N型)、第5の拡散層(N型)及び第6の拡散層 (P型)はメモリセルに記憶されるデータを保持するための第2の記憶ノード(Qb)として機能し、
前記第6の拡散層(P型)と前記第1のウェル(1a、p-well)間のリークを防止するた めに、前記第6の拡散層(P型)と前記第1のウェル(1a、p-well)の間には、前記第1 のウェルと反対の導電型を持つ第2のリーク防止拡散層(N型)が形成され、
前記第2のリーク防止拡散層(N型)は、前記第4の拡散層(N型)及び第5の拡散層( N型)と直接接続されていることを特徴とする半導体記憶装置が提供される。
また、本発明によれば、例えば、図4dに記載されるように、6個のMOSトランジス タが基板上に配列されたスタティック型メモリセルを備えた半導体記憶装置であって、
前記6個のMOSトランジスタの各々は、
ソース拡散層、ドレイン拡散層及び柱状半導体層が、基板上に垂直方向に階層的に配置 され、前記柱状半導体層は前記ソース拡散層と前記ドレイン拡散層の間に配置され、前記 柱状半導体層の側壁にゲートが形成されており、
メモリにアクセスするための第1及び第2のNMOSのアクセストランジスタ(Qn11及 びQn21)と、メモリセルのデータを保持するために記憶ノードを駆動する第1及び第2の NMOSのドライバトランジスタ(Qn31及びQn41)と、メモリセルのデータを保持するた めに電荷を供給する第1及び第2のPMOSのロードトランジスタ(Qp11及びQp21)とし て機能し、
第1のNMOSのアクセストランジスタ(Qn11)、第1のNMOSのドライバトランジ スタ(Qn31)及び第1のPMOSのロードトランジスタ(Qp11)は、互いに隣接して配列 され、
第2のNMOSのアクセストランジスタ(Qn21)、第2のNMOSのドライバトランジ スタ(Qn41)及び第2のPMOSのロードトランジスタ(Qp21)は、互いに隣接して配列 され、
基板に電位を与えるための複数のメモリセルに共通の第1のウェル(1a、N-well)が形 成され、
第1のNMOSのアクセストランジスタ(Qn11)の底部に形成されるN型の導電型を持 つ第1の拡散層(3a、N型)、第1のNMOSのドライバトランジスタ(Qn31)の底部に 形成されるN型の導電型を持つ第2の拡散層(5a、N型)及び第1のPMOSのロードト ランジスタ(Qp11)の底部に形成されるP型の導電型を持つ第3の拡散層(4a、P型)は 、前記第1の拡散層(3a、N型)、第2の拡散層(5a、N型)及び第3の拡散層(4a、P型 )の表面に形成された第1のシリサイド層(13a)を介して相互に接続され、
前記相互に接続された前記第1の拡散層(3a、N型)、第2の拡散層(5a、N型)及び第3 の拡散層(4a、P型)はメモリセルに記憶されるデータを保持するための第1の記憶ノー ド(Qa)として機能し、
前記第1の拡散層(3a、N型)及び前記第2の拡散層(5a、N型)と前記第1のウェル( 1a、N-well)間のリークを防止するために、前記第1の拡散層(3a、N型)と第1のウェ ル(1a、N-well)の間、及び前記第2の拡散層(5a、N型)と第1のウェル(1a、N-well )の間には前記第1のウェルと反対の導電型を持つ第1のリーク防止拡散層(1b、P型) が形成され、
前記第1のリーク防止拡散層(1b、P型)は、前記第3の拡散層(4a、P型)と直接接続 され、
第2のNMOSのアクセストランジスタ(Qn21)の底部に形成されるN型の導電型を持つ 第4の拡散層(N型)、第2のNMOSのドライバトランジスタ(Qn41)の底部に形成さ れるN型の導電型を持つ第5の拡散層(N型)及び第2のPMOSのロードトランジスタ (Qp21)の底部に形成されるP型の導電型を持つ第6の拡散層(P型)は、前記第4の拡 散層(N型)、第5の拡散層(N型)及び第6の拡散層(P型)の表面に形成された第2 のシリサイド層を介して相互に接続され、
前記相互に接続された前記第4の拡散層(N型)、第5の拡散層(N型)及び第6の拡散 層(P型)はメモリセルに記憶されるデータを保持するための第2の記憶ノード(Qb)と して機能し、
前記第4の拡散層(N型)及び前記第5の拡散層(N型)と前記第1のウェル(1a、N-we ll)間のリークを防止するために、前記第4の拡散層(N型)と前記第1のウェル(1a、N -well)の間、及び前記第5の拡散層(N型)と前記第1のウェル(1a、N-well)の間には 、前記第1のウェルと反対の導電型を持つ第2のリーク防止拡散層(P型)が形成され、 前記第2のリーク防止拡散層(P型)は、前記第6の拡散層(P型)と直接接続されてい ることを特徴とする半導体記憶装置が提供される。 According to the present invention, for example, as shown in FIG. 3d, a semiconductor memory device comprising static memory cells in which six MOS transistors are arranged on a substrate,
Each of the six MOS transistors is
A source diffusion layer, a drain diffusion layer, and a columnar semiconductor layer are arranged hierarchically in a vertical direction on a substrate, the columnar semiconductor layer is arranged between the source diffusion layer and the drain diffusion layer, and the columnar semiconductor layer A gate is formed on the side wall,
First and second NMOS access transistors for accessing the memory (Qn11及 beauty Qn21), first and second NMOS driver transistors for driving a memory node in order to retain data in the memory cell (Qn31 And Qn41), and function as first and second PMOS load transistors (Qp11 and Qp21) for supplying charges to hold data in the memory cells,
The first NMOS access transistor (Qn11) , the first NMOS driver transistor (Qn31), and the first PMOS load transistor (Qp11) are arranged adjacent to each other,
The second NMOS access transistor (Qn21) , the second NMOS driver transistor (Qn41), and the second PMOS load transistor (Qp21) are arranged adjacent to each other,
A first well (1a, p-well) common to a plurality of memory cells for applying a potential to the substrate is formed,
Formed on the bottom of the first diffusion layer single lifting the first NMOS access transistor N-type conductivity type formed on the bottom of (Qn11) (3a, N-type), the first NMOS driver transistor (Qn31) The second diffusion layer (5a, N type) having the N type conductivity and the third diffusion layer (P type conductivity type) formed at the bottom of the first PMOS load transistor (Qp11) 4a, P-type) are formed on the surfaces of the first diffusion layer (3a, N-type), second diffusion layer (5a, N-type) and third diffusion layer (4a, P-type ) . Connected to each other through one silicide layer (13a),
The first diffusion layer (3a, N type), the second diffusion layer (5a, N type) and the third diffusion layer (4a, P type) connected to each other are data stored in the memory cell. Function as the first storage node (Qa) to hold
Said third diffusion layer (4a, P-type) in order to prevent leakage between said first well (1a, p-well), the third diffusion layer (4a, P-type) and the first A first leakage preventing diffusion layer (1b, N-type) having a conductivity type opposite to that of the first well is formed between the wells (1a, p-well) ,
The first leakage preventing diffusion layer (1b, N type) is directly connected to the first diffusion layer (3a, N type) and the second diffusion layer (5a, N type),
Fourth diffusion layer having a second N-type conductivity type formed on the bottom of the NMOS access transistor (Qn21) (N-type), N being formed in the bottom portion of the second NMOS driver transistor (Qn41) A fifth diffusion layer (N-type) having a conductivity type of P and a sixth diffusion layer (P-type) having a P-type conductivity formed at the bottom of the second PMOS load transistor (Qp21) , the fourth expansion goldenrod (N-type), are connected to each other via the fifth second silicide layer formed on the surface of the diffusion layer (N-type) and a sixth diffusion layer (P type) of
The fourth diffusion layer (N type), the fifth diffusion layer (N type), and the sixth diffusion layer (P type) connected to each other are configured to hold data stored in memory cells. Functions as the second storage node (Qb)
Wherein the sixth diffusion layer of the (P-type) first well (1a, p-well) in order to prevent leakage between the sixth diffusion layer (P-type) and the first well ( 1a, p-well), a second leak-proof diffusion layer (N-type) having a conductivity type opposite to that of the first well is formed,
The second leak preventing diffusion layer (N type) is directly connected to the fourth diffusion layer (N type) and the fifth diffusion layer ( N type). Is done.
Further, according to the present invention, for example, as described in FIG. 4d, 6 pieces of MOS transistor motor is a semiconductor memory device including a static type memory cells arranged on a substrate,
Each of the six MOS transistors is
A source diffusion layer, a drain diffusion layer, and a columnar semiconductor layer are arranged hierarchically in a vertical direction on a substrate , the columnar semiconductor layer is arranged between the source diffusion layer and the drain diffusion layer, and the columnar semiconductor layer A gate is formed on the side wall,
First and second NMOS access transistors for accessing the memory (Qn11及 beauty Qn21), first and second NMOS driver transistors for driving a memory node in order to retain data in the memory cell (Qn31 and a Qn41), acts as a first and second PMOS load transistors for supplying electric charge in order to hold the data of memory cells (Qp11 and Qp21),
The first NMOS access transistor (Qn11), a first NMOS driver transistors (Qn31) and first PMOS load transistor (Qp11) is arranged adjacent to each other,
The second NMOS access transistor (Qn21), a second NMOS driver transistors (Qn41) and second PMOS load transistor (Qp21) is arranged adjacent to each other,
Common first well (1a, N-well) in a plurality of memory cells for applying a potential to the substrate is made form,
Formed on the bottom of the first diffusion layer single lifting the first NMOS access transistor N-type conductivity type formed on the bottom of (Qn11) (3a, N-type), the first NMOS driver transistor (Qn31) second diffusion layers (5a, N-type) and the third diffusion layer having a P-type conductivity type formed on the bottom of the first PMOS of Rodoto transistor (Qp11) having N-type conductivity type ( 4a, P-type) are formed on the surfaces of the first diffusion layer (3a, N-type), second diffusion layer (5a, N-type) and third diffusion layer (4a, P-type ). Connected to each other through one silicide layer (13a),
The first diffusion layer (3a, N type), the second diffusion layer (5a, N type) and the third diffusion layer (4a, P type) connected to each other are data stored in the memory cell. functions as a first storage node (Qa) for holding,
In order to prevent leakage between the first diffusion layer (3a, N-type) and the second diffusion layer (5a, N-type) and the first well ( 1a, N-well), the first diffusion layer (3a, N-type) diffusion layers (3a, N-type) between the first wells (1a, N-well), and the second diffusion layer (5a, N-type) and the first well (1a, N-well) A first leak preventing diffusion layer (1b, P type) having a conductivity type opposite to that of the first well is formed between
The first leak preventing diffusion layer (1b, P type) is directly connected to the third diffusion layer (4a, P type) ,
Fourth diffusion layer having a second N-type conductivity type formed on the bottom of the NMOS access transistor (Qn21) (N-type), N being formed in the bottom portion of the second NMOS driver transistor (Qn41) A sixth diffusion layer (P type) having a P type conductivity type formed at the bottom of the fifth diffusion layer (N type) having the conductivity type and a second PMOS load transistor (Qp21), the fourth expansion goldenrod (N-type), are connected to each other via the fifth second silicide layer formed on surface of the diffusion layer (N-type) and a sixth diffusion layer (P type) of
The fourth diffusion layer (N-type), the fifth diffusion layer (N-type), and the sixth diffusion layer (P-type) connected to each other are configured to hold data stored in memory cells. and a second storage node (Qb) function,
In order to prevent leakage between the fourth diffusion layer (N-type) and the fifth diffusion layer (N-type) and the first well (1a, N-well ), the fourth diffusion layer during the (N-type) and the first well (1a, N -well), and between said fifth diffusion layer (N-type) and the first well (1a, N-well), the A second leak prevention diffusion layer (P type) having a conductivity type opposite to that of the first well is formed, and the second leak prevention diffusion layer (P type) is the sixth diffusion layer (P type). directly connected have a semiconductor memory device according to claim Rukoto is provided when.
本発明の好ましい態様では、前記半導体装置において、前記第1の記憶ノード(Qa)として機能する拡散層上に形成される前記第1のNMOSのドライバトランジスタ(Qn31)および前記第1のPMOSのロードトランジスタ(Qp11)のゲートより延在するゲート配線(18c)が共通のコンタクト(11a)により接続され、第2の記憶ノード(Qb)として機能する拡散層上に形成される前記第2のNMOSのドライバトランジスタ(Qn41)および前記第2のPMOSのロードトランジスタ(Qp21)のゲートより延在するゲート配線(18 d)が共通のコンタクト(11b)により接続される。In a preferred aspect of the present invention, in the semiconductor device, the first NMOS driver transistor (Qn31) formed on the diffusion layer functioning as the first storage node (Qa ) and the load of the first PMOS A gate wiring (18c) extending from the gate of the transistor (Qp11) is connected by a common contact (11a) , and the second NMOS formed on the diffusion layer functioning as the second storage node (Qb) . the driver transistor (Qn41) and the second a gate wire extending from the gate of the PMOS load transistor (Qp21) (18 d) are connected by a common contact (11b).
本発明の別の好ましい態様では、前記半導体装置において、前記第1及び第2のNMOSのドライバトランジスタ(Qn33及びQn43)を形成する柱状半導体層の側壁の周囲長は、前記第1及び第2のNMOSのアクセストランジスタ(Qn13及びQn23)を形成する柱状半導体層の側壁の周囲長以上の値を持つこと、
又は前記第1及び第2のPMOSのロードトランジスタ(Qp13及びQp23)を形成する柱状半導体層の側壁の周囲長は、前記第1及び第2のNMOSのアクセストランジスタ(Qn 13及びQn23)を形成する柱状半導体層の側壁の周囲長以下の値を持つ。In another preferred aspect of the present invention, in the semiconductor device, the peripheral length of the side wall of the columnar semiconductor layer forming the first and second NMOS driver transistors (Qn33 and Qn43) is the first and second Having a value equal to or greater than the peripheral length of the side wall of the columnar semiconductor layer forming the NMOS access transistors (Qn13 and Qn23) ;
Alternatively, the peripheral length of the side wall of the columnar semiconductor layer forming the first and second PMOS load transistors (Qp13 and Qp23) forms the first and second NMOS access transistors ( Qn13 and Qn23) . It has a value less than or equal to the peripheral length of the sidewall of the columnar semiconductor layer.
また、本発明の別の好ましい態様では、前記半導体装置において、第1及び第2のNMOSのアクセストランジスタ(Qn12及びQn22)のゲート電極より延在するゲート配線上に形成されるコンタクト(107a)の少なくとも1つを、隣接するメモリセルのNMOSのアクセストランジスタのゲート電極より延在するゲート配線上に形成されるコンタクト(10 7a)と共有化される。According to another preferred aspect of the present invention, in the semiconductor device, the contact (107a) formed on the gate wiring extending from the gate electrodes of the first and second NMOS access transistors (Qn12 and Qn22 ) . At least one is shared with a contact ( 107a) formed on the gate wiring extending from the gate electrode of the NMOS access transistor of the adjacent memory cell.
更なる本発明の別の好ましい態様では、複数の前記半導体装置において、複数の前記柱状半導体層は、六方格子状に配列されている。
また、前記半導体装置において、前記6個のMOSトランジスタは、前記基板上におい て互いに直交する行方向と列方向に行列状に配列されており、
前記6個のMOSトランジスタは、前記基板上に3行2列に配列され、
前記第1のNMOSのアクセストランジスタ(Qn11)は1行1列目に配列され、
前記第1のPMOSのロードトランジスタ(Qp11)は2行1列目に配列され、
前記第1のNMOSのドライバトランジスタ(Qn31)は3行1列目に配列され、
前記第2のNMOSのアクセストランジスタ(Qn21)は3行2列目に配列され、
前記第2のPMOSのロードトランジスタ(Qp21)は2行2列目に配列され、
前記第2のNMOSのドライバトランジスタ(Qn41)は1行2列目に配列される。In still another preferred aspect of the present invention, in the plurality of semiconductor devices, the plurality of columnar semiconductor layers are arranged in a hexagonal lattice pattern.
Further, in the semiconductor device, the six MOS transistors are arranged in a matrix in the row and column directions which are perpendicular to each other Te said substrate smell,
The six MOS transistors are arranged in 3 rows and 2 columns on the substrate,
The first NMOS access transistor (Qn11) is arranged in the first row and the first column,
The first PMOS load transistor (Qp11) is arranged in the second row and the first column,
The first NMOS driver transistor (Qn31) is arranged in the third row and the first column,
The second NMOS access transistor (Qn21) is arranged in the third row and the second column,
The second PMOS load transistor (Qp21) is arranged in the second row and the second column,
The second NMOS driver transistor (Qn41) is arranged in the first row and the second column.
また、前記半導体装置において、前記6個のMOSトランジスタは、前記基板上におい て互いに直交する行方向と列方向に行列状に配列されており、
前記6個のMOSトランジスタは、前記基板上に3行2列に配列され、
前記第1のNMOSのアクセストランジスタ(Qn15)は1行1列目に配列され、
前記第1のPMOSのロードトランジスタ(Qp15)は3行1列目に配列され、
前記第1のNMOSのドライバトランジスタ(Qn35)は2行1列目に配列され、
前記第2のNMOSのアクセストランジスタ(Qn25)は3行2列目に配列され、
前記第2のPMOSのロードトランジスタ(Qp25)は1行2列目に配列され、
前記第2のNMOSのドライバトランジスタ(Qn45)は2行2列目に配列される。Further, in the semiconductor device, the six MOS transistors are arranged in a matrix in the row and column directions which are perpendicular to each other Te said substrate smell,
The six MOS transistors are arranged in 3 rows and 2 columns on the substrate,
The first NMOS access transistor (Qn15) is arranged in the first row and the first column,
The first PMOS load transistor (Qp15) is arranged in the third row and the first column,
The first NMOS driver transistor (Qn35) is arranged in the second row and the first column,
The second NMOS access transistor (Qn25) is arranged in the third row and the second column,
The second PMOS load transistor (Qp25) is arranged in the first row and the second column,
The second NMOS driver transistor (Qn45) is arranged in the second row and the second column.
また、前記半導体装置において、前記6個のMOSトランジスタは、前記基板上におい て互いに直交する行方向と列方向に行列状に配列されており、
前記6個のMOSトランジスタは、前記基板上に3行2列に配列され、
前記第1のNMOSのアクセストランジスタ(Qn16)は1行1列目に配列され、
前記第1のPMOSのロードトランジスタ(Qp16)は3行1列目に配列され、
前記第1のNMOSのドライバトランジスタ(Qn36)は2行1列目に配列され、
前記第2のNMOSのアクセストランジスタ(Qn26)は1行2列目に配列され、
前記第2のPMOSのロードトランジスタ(Qp26)は3行2列目に配列され、
前記第2のNMOSのドライバトランジスタ(Qn46)は2行2列目に配列される。Further, in the semiconductor device, the six MOS transistors are arranged in a matrix in the row and column directions which are perpendicular to each other Te said substrate smell,
The six MOS transistors are arranged in 3 rows and 2 columns on the substrate,
The first NMOS access transistor (Qn16) is arranged in the first row and the first column,
The first PMOS load transistor (Qp16) is arranged in the third row and the first column,
The first NMOS driver transistor (Qn36) is arranged in the second row and the first column,
The second NMOS access transistor (Qn26) is arranged in the first row and the second column,
The second PMOS load transistor (Qp26) is arranged in the third row and the second column,
The second NMOS driver transistor (Qn46) is arranged in the second row and the second column.
また、前記半導体装置において、前記6個のMOSトランジスタは、前記基板上におい て互いに直交する行方向と列方向に行列状に配列されており、
前記6個のMOSトランジスタは、前記基板上に2行3列に配列され、
前記第1のNMOSのアクセストランジスタ(Qn18)は1行1列目に配列され、
前記第1のPMOSのロードトランジスタ(Qp18)は2行2列目に配列され、
前記第1のNMOSのドライバトランジスタ(Qn38)は2行1列目に配列され、
前記第2のNMOSのアクセストランジスタ(Qn28)は2行3列目に配列され、
前記第2のPMOSのロードトランジスタ(Qp28)は1行2列目に配列され、
前記第2のNMOSのドライバトランジスタ(Qn48)は1行3列目に配列される。Further, in the semiconductor device, the six MOS transistors are arranged in a matrix in the row and column directions which are perpendicular to each other Te said substrate smell,
The six MOS transistors are arranged in two rows and three columns on the substrate,
The first NMOS access transistor (Qn18) is arranged in the first row and the first column,
The first PMOS load transistor (Qp18) is arranged in the second row and the second column,
The first NMOS driver transistor (Qn38) is arranged in the second row and the first column,
The second NMOS access transistor (Qn28) is arranged in the second row and the third column,
The second PMOS load transistor (Qp28) is arranged in the first row and the second column,
The second NMOS driver transistor (Qn48) is arranged in the first row and the third column.
また、本発明の別の好ましい態様では、前記半導体装置において、前記柱状半導体上に形成されるコンタクト(6a、6b、8a、8b、9a、9b)と、それ以外のコンタクト(7a、7b、 10a、10b、11a、11b)が異なるエッチング工程において形成される。In another preferred embodiment of the present invention, in the semiconductor device, contacts (6a, 6b, 8a, 8b, 9a, 9b) formed on the columnar semiconductor and other contacts (7a, 7b, 10a) , 10b, 11a, 11b) are formed in different etching steps.
[実施例1]
図1に本発明に用いたCMOS型6T−SRAMのメモリセルの等価回路図を示す。図1において、BL1およびBLB1はビット線、WL1はワード線、Vcc1は電源電位、Vss1は接地電位、Qn11およびQn21はメモリセルにアクセスするためのアクセストランジスタ、Qn31およびQn41はメモリセルを駆動するドライバトランジスタ、Qp11およびQp21はメモリセルに電荷を供給するロードトランジスタ、QaおよびQbはデータを記憶するための記憶ノードを示している。[Example 1]
FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram of a memory cell of a CMOS type 6T-SRAM used in the present invention. In FIG. 1, BL1 and BLB1 are bit lines, WL1 is a word line, Vcc1 is a power supply potential, Vss1 is a ground potential, Qn11 and Qn21 are access transistors for accessing the memory cells, and Qn31 and Qn41 are drivers for driving the memory cells. Transistors, Qp11 and Qp21 are load transistors for supplying charges to the memory cells, and Qa and Qb are storage nodes for storing data.
以下に図1のメモリセルの動作の一例として、記憶ノードQaに“L”のデータが、記憶ノードQbに“H”のデータが記憶されている場合の読み出し動作について説明する。読み出しを行う場合には、ビット線BL1およびBLB1が“H”電位にプリチャージされる。プリチャージ完了後にワード線WL1が“H”になることでデータの読み出しが開始する。このとき、アクセストランジスタQn11およびQn21がオンになり、“H”になっているビット線BL1の電位は、記憶ノードQbが“H”電位に近い値であるためドライバトランジスタQn31がオンになり、アクセストランジスタQn11から記憶ノードQa、ドライバトランジスタQn31を通してディスチャージされ、“L”電位に近づく。一方、ビット線BLB1の電位は、記憶ノードQaが“L”電位に近い値であるためにドライバトランジスタQn41はオフであり、ディスチャージされず、逆にロードトランジスタQp21より電荷が供給されるため “H”電位に近い値のままである。BL1とBLB1の電位差がセンスアンプによって増幅できるレベルになった時点で、図には示されていないがビット線に接続されているセンスアンプを起動することで、メモリセルのデータが増幅され出力される。 As an example of the operation of the memory cell of FIG. 1, a read operation in the case where “L” data is stored in the storage node Qa and “H” data is stored in the storage node Qb will be described below. When reading is performed, the bit lines BL1 and BLB1 are precharged to the “H” potential. Data read starts when the word line WL1 becomes “H” after the precharge is completed. At this time, the access transistors Qn11 and Qn21 are turned on, and the potential of the bit line BL1 being "H" is close to the "H" potential because the storage node Qb is close to the "H" potential, so that the driver transistor Qn31 is turned on. The transistor Qn11 is discharged through the storage node Qa and the driver transistor Qn31, and approaches the “L” potential. On the other hand, the potential of the bit line BLB1 is “H” because the storage node Qa is close to the “L” potential, so that the driver transistor Qn41 is off and is not discharged, but conversely, the charge is supplied from the load transistor Qp21. “It remains close to the potential. When the potential difference between BL1 and BLB1 reaches a level that can be amplified by the sense amplifier, the sense amplifier connected to the bit line is activated, but the data in the memory cell is amplified and output. The
図2に本発明の第1の実施例におけるSRAMメモリセルのレイアウト図を示す。SRAMセルアレイ内においては図2に示したユニットセルUCが繰り返し配置されている。図3a、b、c及びdに、図2のレイアウト図のカットラインA−A’、B−B’、C−C’及びD−D’における断面構造をそれぞれ示す。 FIG. 2 shows a layout diagram of the SRAM memory cell in the first embodiment of the present invention. The unit cells UC shown in FIG. 2 are repeatedly arranged in the SRAM cell array. FIGS. 3a, 3b, 3c and 3d show cross-sectional structures along cut lines A-A ', B-B', C-C 'and D-D' in the layout diagram of FIG.
まず図2および図3を参考にして本発明のレイアウトについて説明する。
基板のSRAMセルアレイ内には第1のウェル1aであるP−wellが形成され、素子分離2により基板上の拡散層は分離されている。基板上の拡散層により形成される第1の記憶ノードQaはN+拡散層(3a、5a)、P+拡散層4aにより構成され、互いに隣接するN+拡散層とP+拡散層は基板表面に形成されるシリサイド層13aによって接続され、基板上の拡散層により形成される第2の記憶ノードQbはアクセストランジスタQn21の下部に形成されるN+拡散層、N+拡散層5bおよびP+拡散層4bにより構成され、互いに隣接するN+拡散層とP+拡散層は各々の拡散層表面に形成されるシリサイド層13bによって接続される。第1のウェル1aであるP−wellと同一の導電型を持つP+拡散層の底部には基板へのリークを抑制するために、第1のウェルと異なる導電型であり、第1のウェルの上に配置される第1のリーク防止拡散層(1b、1c)が形 成される。第1のリーク防止拡散層は素子分離により各々のSRAMセルに分離される。Qn11及びQn21はNMOSであるメモリセルにアクセスするためのアクセストランジスタ、Qn31およびQn41はNMOSであるメモリセルを駆動するドライバトランジスタ、Qp11およびQp21はPMOSであるメモリセルに電荷を供給するロードトランジスタである。
本実施例では、1つのユニットセルUCは、基板上に3行2列に配列されたトランジスタを備えている。1列目には、図の上側からアクセストランジスタQn11、ロードトランジスタQp11及びドライバトランジスタQn31がそれぞれ配列されている。なお、Qn11、Qp11及びQn31の下位の層に配置される拡散層3a、4a及び5aは、第1の記憶ノードQaとして機能する。また、2列目には、図の上側からドライバトランジスタQn41、ロードトランジスタQp21、アクセストランジスタQn21がそれぞれ配列されている。なお、Qn41、Qp21及びQn21の下位の層に配置される拡散層3b、4b及び5bは、第2の記憶ノードQbとして機能する。本実施例のSRAMセルアレイは、このような6個のトランジスタを備えたユニットセルUCを図の上下方向に連続的に配列することにより構成される。
第1の記憶ノードQaである基板上の拡散層上に形成されるコンタクト10aはノード接続配線Na1によりドライバトランジスタQn41およびロードトランジスタQp21のゲート電極より延在するゲート配線上に形成されるコンタクト11bと接続され、第2の記憶ノードQbである基板上の拡散層上に形成されるコンタクト10bはノード接続配線Nb1によりドライバトランジスタQn31およびロードトランジスタQp11のゲート電極より延在するゲート配線上に形成されるコンタクト11aと接続される。アクセストランジスタQn11上部に形成されるコンタクト6aはビット線BL1に接続され、アクセストランジスタQn21上部に形成されるコンタクト6bはビット線BLB1に接続される。アクセストランジスタQn11のゲート電極から延在するゲート配線上に形成されるコンタクト7aおよびアクセストランジスタQn21のゲート電極から延在するゲート配線上に形成されるコンタクト7bはワード線WL1に接続される。ドライバトランジスタ(Qn31、Qn41)上部に形成されるコンタクト(8a、8b)は接地電位である配線層(Vss1a、Vss1b)にそれぞれ接続され、ロードトランジスタ(Qp11、Qp21)上部に形成されるコンタクト(9a、9b)は電源電位である配線層Vcc1に接続される。
ワード線の配線、ビット線の配線、電源電位の配線及び接地電位の配線は、他のメモリセルの配線と共用するために、望ましくは、各メモリセル内での配線であるノード接続配線より上位の層で接続される。
なお、上記の階層的な配線の構成の一例として、各配線が接触すべきでないコンタクトと接触しないように、ノード接続配線(Na1)、ノード接続配線(Nb1)、及び接地電位の配線(Vss1a、Vss1b)は、ビット線(BL1、BLB1)及び電源電位の配線(Vcc1)より下位の層で配線し、ワード線(WL1)は、ビット線(BL1、BLB1)及び電源電位の配線(Vcc1)より上位の層で配線する構成が実現可能である。First, the layout of the present invention will be described with reference to FIGS.
A P-well, which is the
In this embodiment, one unit cell UC includes transistors arranged in 3 rows and 2 columns on a substrate. In the first column, an access transistor Qn11, a load transistor Qp11, and a driver transistor Qn31 are arranged from the upper side of the drawing, respectively. Note that the
The word line wiring, bit line wiring, power supply potential wiring, and ground potential wiring are preferably higher than the node connection wiring that is the wiring in each memory cell in order to share with the wiring of other memory cells. Connected in layers.
As an example of the above-described hierarchical wiring configuration, the node connection wiring (Na1), the node connection wiring (Nb1), and the ground potential wiring (Vss1a, Vss1b) is wired in a lower layer than the bit lines (BL1, BLB1) and the power supply potential wiring (Vcc1), and the word line (WL1) is wired from the bit lines (BL1, BLB1) and the power supply potential wiring (Vcc1). A configuration in which wiring is performed in an upper layer can be realized.
図2にN+注入領域(24a、24b)およびP+注入領域25を示す。本実施例のSRAMセルアレイ領域においてはN+注入領域(24a、24b)およびP+注入領域25を形成するパターンは単純なライン&スペースにより形成される。このため寸法ズレや位置合わせのズレの影響が小さく、N+注入領域とP+注入領域の境界付近の寸法のマージンを最小に抑えることができ、図面上で言えば、SRAMセルの縦方向の長さ(各SRAMセルの接続方向の長さ)の縮小に有効である。
また、本実施例においては、図2のレイアウトに示される記憶ノードやゲート配線の形状が長方形の形状のみで構成されているために、OPC(Optical Proximity Correction)によるパターン形状の補正が容易であり、小さいSRAMセル面積を実現するために適したレイアウトである。FIG. 2 shows the N + implantation region (24a, 24b) and the P +
Further, in this embodiment, since the shape of the storage node and the gate wiring shown in the layout of FIG. 2 is composed only of a rectangular shape, it is easy to correct the pattern shape by OPC (Optical Proximity Correction). The layout is suitable for realizing a small SRAM cell area.
本発明において、SRAMを構成する各トランジスタのソースおよびドレインを以下のように定義する。ドライバトランジスタ(Qn31、Qn41)については、接地電圧に接続される柱状半導体層の上部に形成される拡散層をソース拡散層、柱状半導体層の下部に形成される拡散層をドレイン拡散層と定義する。ロードトランジスタ(Qp11、Qp21)については、電源電圧に接続される柱状半導体層の上部に形成される拡散層をソース拡散層、柱状半導体層の下部に形成される拡散層をドレイン拡散層と定義する。アクセストランジスタについては、動作状態によっては柱状半導体層の上部に形成される拡散層および下部に形成される拡散層がともにソースまたはドレインになるが、便宜的に柱状半導体層の上部に形成される拡散層をソース拡散層、柱状半導体層の下部に形成される拡散層をドレイン拡散層と定義する。 In the present invention, the source and drain of each transistor constituting the SRAM are defined as follows. For the driver transistors (Qn31, Qn41), a diffusion layer formed above the columnar semiconductor layer connected to the ground voltage is defined as a source diffusion layer, and a diffusion layer formed below the columnar semiconductor layer is defined as a drain diffusion layer. . For the load transistors (Qp11, Qp21), the diffusion layer formed above the columnar semiconductor layer connected to the power supply voltage is defined as the source diffusion layer, and the diffusion layer formed below the columnar semiconductor layer is defined as the drain diffusion layer. . For the access transistor, depending on the operating state, both the diffusion layer formed above the columnar semiconductor layer and the diffusion layer formed below are the source or drain, but for convenience, the diffusion formed above the columnar semiconductor layer. The layer is defined as a source diffusion layer, and the diffusion layer formed below the columnar semiconductor layer is defined as a drain diffusion layer.
続いて、図3の断面構造を参照して本発明のSRAMの構造について説明する。図3aに示されるように、基板に第1のウェル1aであるP−wellが形成され、素子分離2により基板上の拡散層が分離されている。基板上の拡散層により形成される第1の記憶ノードQaには不純物注入等によりN+ドレイン拡散層3aが形成され、基板上の拡散層により形成される第2の記憶ノードQbには不純物注入等によりN+ドレイン拡散層5bが形成されている。また、N+ドレイン拡散層(3a、5b)上にはシリサイド層(13a、13b)が形成されている。N+ドレイン拡散層3a上にアクセストランジスタQn11を構成する柱状シリコン層21aが形成され、N+ドレイン拡散層3b上にドライバトランジスタQn41を構成する柱状シリコン層22bが形成される。それぞれの柱状シリコン層の周囲にはゲート絶縁膜17およびゲート電極18が形成されている。柱状シリコン層上部にはN+ソース拡散層14が不純物注入などにより形成され、ソース拡散層表面にはシリサイド層15が形成されている。アクセストランジスタQn11上に形成されるコンタクト6aはビット線BL1に接続され、アクセストランジスタQn11のゲートより延在するゲート配線18a上に形成されるコンタクト7aはワード線WL1に接続され、ドライバトランジスタQn41上に形成されるコンタクト8bは接地電位配線Vss1に接続される。 Next, the structure of the SRAM of the present invention will be described with reference to the cross-sectional structure of FIG. As shown in FIG. 3 a, a P-well which is the
図3bに示されるように、基板に第1のウェル1aであるP−wellが形成され、素子分離2により基板上の拡散層が分離されている。基板上の拡散層により形成される第1の記憶ノードQaには不純物注入等によりN+ドレイン拡散層3aが形成され、基板上の拡散層により形成される第2の記憶ノードQbには不純物注入等によりN+ドレイン拡散層5bが形成されている。また、N+ドレイン拡散層上にはシリサイド層(13a、13b)が形成されている。ドレイン拡散層3a上に形成されるコンタクト10aはN+ドレイン拡散層3aとP+ドレイン拡散層4aの境界上に形成され、記憶ノード接続配線Na1を通じてドライバトランジスタQn41およびロードトランジスタQp21のゲート電極から延在するゲート配線18d上に形成されるコンタクト11bに接続される。 As shown in FIG. 3 b, a P-well which is the
図3cに示されるように、基板に第1のウェルであるP−wellが形成され、素子分離2により基板上の拡散層が分離されている。基板上の拡散層により形成される第1の記憶ノードQaには不純物注入等によりP+ドレイン拡散層4aが形成され、基板上の拡散層により形成される第2の記憶ノードQbには不純物注入等によりN+ドレイン拡散層4bが形成されている。また、P+ドレイン拡散層(4a、4b)表面にシリサイド層(13a、13b)が形成されている。第1のウェルと同一の導電型を持つP+拡散層4aの 底部には基板へのリークを抑制するために、第1のウェルと異なる導電型を持つ第1のリ ーク防止拡散層1bが形成され、第1のウェルと同一の導電型を持つP+拡散層4bの底 部には基板へのリークを抑制するために、第1のウェルと異なる導電型であり、第1のウェルの上に配置される第2のリーク防止拡散層1cが形成される。
P+ドレイン拡散層4a上にロードトランジスタQp11を構成する柱状シリコン層23aが形成され、P+ドレイン拡散層4b上にロードトランジスタQp21を構成する柱状シリコン層23bが形成される。それぞれの柱状シリコン層の周囲にゲート絶縁膜17およびゲート電極18が形成されている。柱状シリコン層上部にはP+ソース拡散層16が不純物注入などにより形成され、ソース拡散層表面にはシリサイド層15が形成されている。ロードトランジスタ(Qp11、Qp21)上に形成されるコンタクト(9a、9b)はともに配線層を通して電源電位配線Vcc1に接続される。As shown in FIG. 3 c, a P-well which is a first well is formed on the substrate, and the diffusion layer on the substrate is separated by
A
図3dに示されるように、基板に第1のウェルであるP−wellが形成され、素子分離2により基板上の拡散層が分離されている。基板上の拡散層により形成される第1の記憶ノードQaには不純物注入等により、N+ドレイン拡散層(3a、5a)およびP+ドレイン拡散層4aが形成される。ドレイン拡散層上にはシリサイド層13aが形成され、シリサイド層13aによってN+ドレイン拡散層(3a、5a)とP+ドレイン拡散層4aは直接接続されている。このため、N+ドレイン拡散層とP+ドレイン拡散層を分離するための素子分離や、N+ドレイン拡散層とP+ドレイン拡散層を接続するためのコンタクトを形成する必要がないため、メモリセル面積を縮小できる。第1のウェルと同一の導電型を持つP+拡散層4aの底部には基板へのリークを抑制するために、第1のウェル1aと異なる導電型を持つ第1のリーク防止拡散層1bが形成される。
N+ドレイン拡散層3a上にアクセストランジスタQn11を構成する柱状シリコン層21aが形成され、N+ドレイン拡散層5a上にドライバトランジスタQn31を構成する柱状シリコン層22aが形成され、P+ドレイン拡散層4a上にロードトランジスタQp11を構成する柱状シリコン層23aが形成される。N+ドレイン拡散層3aとP+ドレイン拡散層4aとN+ドレイン拡散層5aは各々の拡散層の表面に形成されたシリサイド層13aにより直接接続される。それぞれの柱状シリコン層の周囲にゲート絶縁膜17およびゲート電極18が形成されている。それぞれの柱状シリコン層上部にはソース拡散層が不純物注入などにより形成され、ソース拡散層表面にはシリサイド層15が形成されている。アクセストランジスタQn11上に形成されるコンタクト6aはビット線BL1に接続され、ドライバトランジスタQn31上に形成されるコンタクト8aは電源電位配線Vss1aに接続され、ロードトランジスタQp11上に形成されるコンタクト9aは電源電位配線Vcc1に接続される。
ドライバトランジスタQn31とロードトランジスタQp11のゲート電極は、それらから延在するゲート配線18c上で共通のコンタクト11aに接続される。コンタクト11aは、記憶ノード接続配線Nb1を通じて記憶ノード2bのドレイン拡散層上に形成されるコンタクト10bに接続される。ドレイン拡散層3aと4aの境界上に形成されるコンタクト10aは記憶ノード接続配線Na1を通じてドライバトランジスタQn41およびロードトランジスタQp21のゲート電極から延在するゲート配線18d上に形成されるコンタクト11bに接続される。As shown in FIG. 3 d, a P-well which is a first well is formed on the substrate, and the diffusion layer on the substrate is separated by
The gate electrodes of the driver transistor Qn31 and the load transistor Qp11 are connected to a
本発明においては、基板上に形成されるN+ドレイン拡散層とP+ドレイン拡散層が拡散層表面に形成されるシリサイド層で直接接続されることにより、アクセストランジスタ、ドライバトランジスタ、およびロードトランジスタのドレイン拡散層は共通化され、SRAMの記憶ノードとして機能している。このため、通常プレーナー型トランジスタで必要となるN+ソースドレイン拡散層とP+ソースドレイン拡散層とを分離するための素子分離が必要なくなり、SRAMの2つの記憶ノードを分離するだけの素子分離だけで十分であるため、非常に小さいSRAMセル面積を実現することができる。また、第1のウェルと同一の導電型を持つドレイン拡散層のそれぞれの底部に第1のウェルと反対の導電型を持ち、第1のウェルより浅い第1のリーク防止拡散層及び第2のリーク防止拡散層が形 成されることにより、基板へのリークを抑制している。In the present invention, the N + drain diffusion layer and the P + drain diffusion layer formed on the substrate are directly connected by the silicide layer formed on the surface of the diffusion layer, so that the drain diffusion of the access transistor, driver transistor, and load transistor is performed. The layers are shared and function as a storage node of the SRAM. This eliminates the need for element isolation for separating the N + source / drain diffusion layer and the P + source / drain diffusion layer, which are normally required for planar transistors, and element isolation is sufficient to separate the two storage nodes of the SRAM. Therefore, a very small SRAM cell area can be realized. The drain diffusion layer having the same conductivity type as the first well has a conductivity type opposite to that of the first well at the bottom of each drain diffusion layer and is shallower than the first well and the second leak prevention diffusion layer and the second well. by leakage preventing diffusion layer is made form, thereby suppressing the leakage to the substrate.
図4に示されるように、第1のウェル1aがN−wellであり、N+拡散層の底部に第1のリーク防止拡散層1b及び第2のリーク防止拡散層1cが形成される構造においても、同様にSRAMセルを形成することができる。As shown in FIG. 4, even in a structure in which the
以下に本発明の半導体装置を形成するための製造方法の一例を図5〜図14を参照して説明する。各図において(a)は平面図、(b)はD−D’間の断面図である。 An example of a manufacturing method for forming the semiconductor device of the present invention will be described below with reference to FIGS. In each figure, (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view taken along D-D '.
図5に示されるように、基板上にシリコン窒化膜等のマスク19を成膜する。その後、柱状シリコン層(21a〜23a、21b〜23b)のパターンをリソグラフィーにより形成し、エッチングすることにより柱状シリコン層(21a〜23a、21b〜23b)を形成する。続いて、不純物注入などにより、SRAMセルアレイ内に第1のウェル1aであるP−wellを形成する。 As shown in FIG. 5, a
図6に示されるように、素子分離2を形成する。素子分離は、まず溝パターンをエッチングして、シリカなどの塗布やCVDにより溝パターンに酸化膜を埋め込み、余分な基板上の酸化膜をドライエッチやウェットエッチなどにより取り除くことにより形成する。これにより、基板上に第1の記憶ノードQaおよび第2の記憶ノードQbとなる拡散層のパターンが形成される。 As shown in FIG. 6,
図7に示されるように、N+注入領域24a、24bおよびP+注入領域25にそれぞれイオン注入などにより不純物を導入し、基板上に柱状シリコン層下部のドレイン拡散層(3a、4a、5a)を形成する。第1のウェル1aであるP−wellと同一の導電型を持つP+拡散層4aの底部には基板へのリークを抑えるために第1のリーク防止拡散層1bが形成される。第1のリーク防止拡散層1bはP+注入領域25のマスクを用いて不純物注入などを行うことにより形成することができる。第1のリーク防止拡散層は素子分離により各々のSRAMセルに分離される。As shown in FIG. 7, impurities are introduced into the N +
図8に示されるように、ゲート絶縁膜17およびゲート導電膜18を成膜する。ゲート絶縁膜17は酸化膜やHigh−k膜により形成される。また、ゲート導電膜はポリシリコンは金属膜により形成される。 As shown in FIG. 8, a
図9に示されるように、レジスト等33を用いて、リソグラフィーによりゲート配線パターンを形成する。 As shown in FIG. 9, a gate wiring pattern is formed by lithography using a resist 33 or the like.
図10に示されるように、レジスト33をマスクにして、ゲート導電膜17及びゲート絶縁膜18をエッチングし、除去する。これによりゲート配線(18a〜8d)が形成される。その後、ピラー上のマスク19を除去する。 As shown in FIG. 10, the gate
図11に示されるように、シリコン窒化膜等の絶縁膜を成膜後、エッチバックして、柱状シリコン層の側壁およびゲート電極の側壁をシリコン窒化膜等の絶縁膜34で覆う構造にする。 As shown in FIG. 11, after an insulating film such as a silicon nitride film is formed, it is etched back so that the sidewall of the columnar silicon layer and the sidewall of the gate electrode are covered with an insulating
図12に示されるように、N+注入領域およびP+注入領域にそれぞれイオン注入などにより不純物を導入し、柱状シリコン層上部のソース拡散層(14、16)を形成する。 As shown in FIG. 12, impurities are introduced into the N + implantation region and the P + implantation region by ion implantation or the like to form source diffusion layers (14, 16) above the columnar silicon layer.
図13に示されるように、CoやNiなどの金属をスパッタして、熱処理を行うことにより、ソースドレイン拡散層を選択的にシリサイド化して、ドレイン拡散層上のシリサイド層(13a、13b)および柱状シリコン層上部のソース拡散層上のシリサイド層15を形成する。
ここで、柱状シリコン層およびゲート電極の側壁を覆っているシリコン窒化膜等の絶縁膜34により、シリサイド層に起因するドレイン−ゲート間およびソース−ゲート間のショートを抑制することができる。As shown in FIG. 13, by sputtering a metal such as Co or Ni and performing heat treatment, the source / drain diffusion layer is selectively silicided to form silicide layers (13a, 13b) on the drain diffusion layer and A
Here, the insulating
図14に示されるように、層間膜であるシリコン酸化膜を形成後にコンタクト(6a〜10a、6b〜10b)を形成する。 As shown in FIG. 14, contacts (6a to 10a, 6b to 10b) are formed after forming a silicon oxide film as an interlayer film.
コンタクト形成時に図15に示されるように1回目のリソグラフィー及びエッチングにてピラー上のコンタクトを形成し、図16に示されるように、2回目のリソグラフィー及びエッチングにて、それ以外のコンタクトを形成することにより、ピラー上のコンタクトとそれ以外のコンタクトの最小間隔を縮小することができ、よりSRAMセル面積を縮小することができる。 At the time of contact formation, contacts on the pillars are formed by the first lithography and etching as shown in FIG. 15, and other contacts are formed by the second lithography and etching as shown in FIG. As a result, the minimum distance between the contact on the pillar and the other contact can be reduced, and the SRAM cell area can be further reduced.
[実施例2]
図17に本実施例のSRAMセルレイアウトを示す。本実施例では、SRAMセルアレイ内において図17のユニットセルUCの1列目に配列されるトランジスタは、そのユニットセルUCの上側又は下側に隣接するメモリセルの2列目に配列されるトランジスタと配置構成が等しく、ユニットセルUCの2列目に配列されるトランジスタは、そのユニットセルUCの上側又は下側に隣接するメモリセルの1列目に配列されるトランジスタと配置構成が等しい。すなわち、図17のユニットセルUCの一列目に配列されるトランジスタQn12、Qp12、Qn32の上側には、二列目に配列されるトランジスタQn42、Qp22、Qn22と同じトランジスタが上から順に配列される。したがって、アクセストランジスタQn12の図面の上側には、アクセストランジスタが隣接して配列されることになり、アクセストランジスタQ22の図面の下側にもアクセストランジスタが隣接して配列されることになる。このようにSRAMセルを配置することで、アクセストランジスタQn12のゲート電極より延在するゲート配線は、図面の上側に隣接するメモリセルのアクセストランジスタのゲート電極と接続され、ワード線(WL2)へのコンタクト(107a、107b)をそのゲート配線上で共有することができる。実施例1においてはワード線(WL2)へのコンタクト(107a、107b)は第1の記憶ノードと第2の記憶ノードとの間に形成されていたが、本実施例においては、上下のSRAMセルとの境界上に配置されているため、記憶ノード間のスペースを縮小することができ、図面上で言えば、SRAMセルの横方向の長さの縮小が可能である。
なお、上述したアクセストランジスタのゲート電極同士のコンタクトの共有化については、実施例1のようにトランジスタを配置した場合にも適用できる。例えば、図2のアクセストランジスタQn11のゲート電極からゲート配線を図の右斜め上方向に延在させ、そのゲート配線を、Qn11の右斜め上に配置されたアクセストランジスタのゲート電極から左斜め下方向に延在させたゲート配線と接続し、接続されたゲート配線上でコンタクトを共有するように構成してもよい。このように、隣接したメモリセルのアクセストランジスタについて、ゲート電極同士を隣接して配置するように構成しさえすれば、ワード線へのコンタクトを共有化することは可能である。
また、第1の実施例で述べたように、ワード線の配線、ビット線の配線、電源電位の配線及び接地電位の配線は、望ましくは、他のメモリセルの配線と共用するために、各メモリセル内での配線であるノード接続配線より上位の層に配置される。この点、階層的な配線の構成の一例として、各配線が接触すべきでないコンタクトと接触しないように、ノード接続配線(Na2、Nb2)を下位の層で、ワード線(WL2)を中位の層で、ビット線の配線(BL2、BLB2)、電源電位の配線(Vcc2)及び接地電位の配線(Vss2a、Vss2b)を上位の層で配線する構成が実現可能である。
これ以外の構成に関しては実施例1と同一であるので説明を省略する。[Example 2]
FIG. 17 shows the SRAM cell layout of this embodiment. In the present embodiment, the transistor arranged in the first column of the unit cell UC in FIG. 17 in the SRAM cell array is the transistor arranged in the second column of the memory cell adjacent to the upper side or the lower side of the unit cell UC. The transistors arranged in the second column of the unit cell UC have the same arrangement configuration, and the transistors arranged in the first column of the memory cells adjacent to the upper side or the lower side of the unit cell UC have the same arrangement configuration. That is, the same transistors as the transistors Qn42, Qp22, and Qn22 arranged in the second column are arranged in order from the top above the transistors Qn12, Qp12, and Qn32 arranged in the first column of the unit cell UC of FIG. Therefore, an access transistor is arranged adjacent to the upper side of the access transistor Qn12 in the drawing, and an access transistor is arranged adjacent to the lower side of the access transistor Q22 in the drawing. By arranging the SRAM cell in this way, the gate wiring extending from the gate electrode of the access transistor Qn12 is connected to the gate electrode of the access transistor of the adjacent memory cell on the upper side of the drawing, and connected to the word line (WL2). Contacts (107a, 107b) can be shared on the gate wiring. In the first embodiment, the contacts (107a, 107b) to the word line (WL2) are formed between the first storage node and the second storage node, but in this embodiment, the upper and lower SRAM cells. , The space between the storage nodes can be reduced. In the drawing, the lateral length of the SRAM cell can be reduced.
Note that the sharing of the contact between the gate electrodes of the access transistors described above can also be applied to the case where the transistors are arranged as in the first embodiment. For example, the gate wiring extends from the gate electrode of the access transistor Qn11 in FIG. 2 in the diagonally upper right direction in the drawing, and the gate wiring extends in the diagonally downward left direction from the gate electrode of the access transistor disposed in the diagonally upper right direction of Qn11. It is also possible to connect to the gate wiring extended to the gate wiring and share the contact on the connected gate wiring. As described above, as long as the access transistors of adjacent memory cells are configured so that the gate electrodes are arranged adjacent to each other, the contact to the word line can be shared.
Further, as described in the first embodiment, the word line wiring, the bit line wiring, the power supply potential wiring, and the ground potential wiring are preferably used in common with other memory cell wirings. Arranged in a layer above the node connection wiring which is the wiring in the memory cell. In this regard, as an example of the hierarchical wiring configuration, the node connection wiring (Na2, Nb2) is the lower layer and the word line (WL2) is the middle so that each wiring does not contact the contact that should not contact It is possible to realize a configuration in which the bit line wiring (BL2, BLB2), the power supply potential wiring (Vcc2), and the ground potential wiring (Vss2a, Vss2b) are wired in the upper layer.
Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
[実施例3]
図18に本実施例のSRAMレイアウトを示す。本実施例において実施例2と異なる点は、ドライバトランジスタを形成する柱状シリコン層の形状が異なる点である。6T−SRAMにおいては、通常読み出し時の動作マージンを確保するために、通常アクセストランジスタよりドライバトランジスタのドレイン電流を大きく設定することが多い。プレーナー型トランジスタの場合にはドライバトランジスタの拡散層幅をアクセストランジスタの拡散層幅より大きくすることによりドレイン電流を増加させることができるが、SGTを用いた場合には柱状シリコン層の直径を大きくして、ドライバトランジスタを形成する柱状シリコン層の側壁の周囲長を、アクセストランジスタを形成する柱状シリコン層の側壁の周囲長以上にすることによりドレイン電流を増加させることができる。図18のようにドライバトランジスタを形成する柱状シリコン層の直径を他の柱状シリコン層より大きくすることにより、読み出しマージンを改善することができる。ただし、柱状シリコン層の寸法を大きくするとショートチャネル効果が発生しやすくなるため、注意が必要である。なお、柱状シリコン層の形状は円形のみでなく、楕円形や長方形などの形状にすることによって柱状シリコン層の周囲長を長くしてもよい。
また、動作速度を上げるためにアクセストランジスタの直径を大きくしてアクセストランジスタのドレイン電流値を増加させたり、書き込みマージンを改善するためにロードトランジスタの直径を小さくしてロードトランジスタのドレイン電流を他のトランジスタに比べて相対的に低下させたりするなど、ロードトランジスタを形成する柱状シリコン層の側壁の周囲長を、アクセストランジスタを形成する柱状シリコン層の側壁の周囲長以下にしてもよい。このように、アクセストランジスタ、ドライバトランジスタ、ロードトランジスタのそれぞれの形状を変更することにより、各種SRAM特性を調整することができる。
なお、第1の実施例で述べたように、ワード線の配線、ビット線の配線、電源電位の配線及び接地電位の配線は、望ましくは、他のメモリセルの配線と共用するために、各メモリセル内での配線であるノード接続配線より上位の層に配置される。この点、階層的な配線の構成は、一例として、上記実施例2と同様の構成が実現可能である。
これ以外の点に関しては実施例2に示す構成と同一であるので説明を省略する。[Example 3]
FIG. 18 shows the SRAM layout of this embodiment. This embodiment is different from the second embodiment in that the shape of the columnar silicon layer forming the driver transistor is different. In 6T-SRAM, the drain current of the driver transistor is often set larger than that of the normal access transistor in order to ensure an operation margin during normal reading. In the case of a planar transistor, the drain current can be increased by making the diffusion layer width of the driver transistor larger than the diffusion layer width of the access transistor. However, when SGT is used, the diameter of the columnar silicon layer is increased. Thus, the drain current can be increased by making the peripheral length of the sidewall of the columnar silicon layer forming the driver transistor equal to or greater than the peripheral length of the sidewall of the columnar silicon layer forming the access transistor. As shown in FIG. 18, the read margin can be improved by making the diameter of the columnar silicon layer forming the driver transistor larger than that of the other columnar silicon layers. However, care should be taken because the short channel effect is likely to occur when the size of the columnar silicon layer is increased. The shape of the columnar silicon layer is not limited to a circle, but the perimeter of the columnar silicon layer may be increased by forming an elliptical or rectangular shape.
In order to increase the operating speed, the access transistor diameter is increased to increase the drain current value of the access transistor. To improve the write margin, the load transistor diameter is decreased to reduce the load transistor drain current. The peripheral length of the side wall of the columnar silicon layer forming the load transistor may be set to be equal to or less than the peripheral length of the side wall of the columnar silicon layer forming the access transistor. Thus, various SRAM characteristics can be adjusted by changing the shapes of the access transistor, driver transistor, and load transistor.
As described in the first embodiment, the word line wiring, the bit line wiring, the power supply potential wiring, and the ground potential wiring are preferably used in common with the wiring of other memory cells. Arranged in a layer above the node connection wiring which is the wiring in the memory cell. In this regard, as a hierarchical wiring configuration, for example, the same configuration as that of the second embodiment can be realized.
Since the other points are the same as the configuration shown in the second embodiment, description thereof is omitted.
[実施例4]
図19に本実施例のSRAMセルレイアウトを示す。本実施例において実施例2と異なる点は、本実施例においては記憶ノードである基板上の拡散層とゲート配線が両者にまたがって形成される共通のコンタクトによって接続される点である。図19を参照すると、記憶ノードQa4である基板上の拡散層と、ドライバトランジスタQn44およびロードトランジスタQp24のゲート電極より延在するゲート配線は両者にまたがって形成される共通のコンタクト310aにより接続され、記憶ノードQb4である基板上の拡散層と、ドライバトランジスタQn34およびロードトランジスタQp14のゲート電極より延在するゲート配線は両者にまたがって形成される共通のコンタクト310bにより接続される。上記のようにゲートと記憶ノードを配線層ではなくコンタクトで接続することによって、SRAMセル内におけるコンタクトの数を減らすことができるので、柱状シリコン層やコンタクトの配置を調整することによりセル面積を縮小することができる。特に、ピラー上に形成されるコンタクトと上記共通のコンタクト(310a、310b)を異なるリソグラフィー及びエッチング工程にて形成することによりセル面積の縮小が可能である。この場合、共通のコンタクト310aを4個のピラー上コンタクト(306a、308b、309a、309b)の中央付近に配置し、共通のコンタクト310bを4個のピラー上コンタクト(306b、308a、309a、309b)の中央付近に配置することにより、ピラー上コンタクトと共通のコンタクト間のスペースを同一工程により形成可能な最小スペースより小さくすることができ、セル面積を縮小することができる。
なお、第1の実施例で述べたように、ワード線の配線、ビット線の配線、電源電位の配線及び接地電位の配線は、望ましくは、他のメモリセルの配線と共用するために、各メモリセル内での配線であるノード接続配線より上位の層、すなわち、コンタクト310a及びコンタクト310bより上位の層に配置される。
これ以外の点に関しては実施例2に示す構成と同一であるので説明を省略する。[Example 4]
FIG. 19 shows the SRAM cell layout of this embodiment. In this embodiment, the difference from the second embodiment is that in this embodiment, the diffusion layer on the substrate, which is a storage node, and the gate wiring are connected by a common contact formed across both. Referring to FIG. 19, the diffusion layer on the substrate which is storage node Qa4 and the gate wiring extending from the gate electrodes of driver transistor Qn44 and load transistor Qp24 are connected by a
As described in the first embodiment, the word line wiring, the bit line wiring, the power supply potential wiring, and the ground potential wiring are preferably used in common with the wiring of other memory cells. It is arranged in a layer above the node connection wiring which is a wiring in the memory cell, that is, in a layer above the
Since the other points are the same as the configuration shown in the second embodiment, description thereof is omitted.
[実施例5]
図20に本実施例のSRAMセルレイアウトを示す。本実施例において実施例2と異なる点は、ドライバトランジスタとロードトランジスタの配置が入れ替わっている点である。本実施例においてはドライバトランジスタとロードトランジスタが入れ替わったために、記憶ノードである基板上の拡散層を横切るN+注入領域とP+注入領域(425a、425b)の境界が一箇所しか存在しない。このため、N+注入領域とP+注入領域の境界付近において重ね合わせマージンを確保しなければならない箇所は一箇所しかないため、SRAMセルの縦方向の長さを縮小することが可能である。ただし、実施例1のレイアウトのように、N+注入領域およびP+注入領域は単純なライン&スペースではなく、P+注入領域(425a、425b)は長方形の溝パターンでありN+注入領域はP+注入領域(425a、425b)を反転させたパターンになる。このため、注入領域をパターニングするにあたっては正確なレジストパターンの制御が要求される。
本実施例においてはドライバトランジスタとロードトランジスタの配置を入れ替えたことに伴い、電源配線(Vcc5a、Vcc5b)と接地配線Vss5の配置を実施例2の場合と入れ替えている。
なお、第1の実施例で述べたように、ワード線の配線、ビット線の配線、電源電位の配線及び接地電位の配線は、望ましくは、他のメモリセルの配線と共用するために、各メモリセル内での配線であるノード接続配線より上位の層に配置される。この点、階層的な配線の構成は、一例として、上記実施例2と同様の構成が実現可能である。
これ以外の点に関しては実施例2に示す構成と同一であるので説明を省略する。[Example 5]
FIG. 20 shows the SRAM cell layout of this embodiment. This embodiment is different from the second embodiment in that the arrangement of the driver transistor and the load transistor is switched. In this embodiment, since the driver transistor and the load transistor are interchanged, there is only one boundary between the N + implantation region and the P + implantation regions (425a, 425b) crossing the diffusion layer on the substrate which is the storage node. For this reason, the length of the SRAM cell in the vertical direction can be reduced because there is only one place where an overlap margin needs to be secured in the vicinity of the boundary between the N + implantation region and the P + implantation region. However, as in the layout of the first embodiment, the N + implantation region and the P + implantation region are not simple lines and spaces, the P + implantation region (425a, 425b) is a rectangular groove pattern, and the N + implantation region is a P + implantation region ( 425a and 425b) are inverted patterns. For this reason, when patterning the implantation region, precise control of the resist pattern is required.
In the present embodiment, the arrangement of the power supply wiring (Vcc5a, Vcc5b) and the ground wiring Vss5 is exchanged with that in the second embodiment in accordance with the arrangement of the driver transistor and the load transistor.
As described in the first embodiment, the word line wiring, the bit line wiring, the power supply potential wiring, and the ground potential wiring are preferably used in common with the wiring of other memory cells. Arranged in a layer above the node connection wiring which is the wiring in the memory cell. In this regard, as a hierarchical wiring configuration, for example, the same configuration as that of the second embodiment can be realized.
Since the other points are the same as the configuration shown in the second embodiment, description thereof is omitted.
[実施例6]
図21に本実施例のSRAMセルレイアウトを示す。本実施例において実施例2と異なる点は、SRAMを構成する各トランジスタの配列が異なっている点である。本実施例においてはトランジスタの配列を変えたために、記憶ノードである基板上の拡散層を横切るN+注入領域524とP+注入領域525の境界線が一箇所しかない。このため、N+注入領域とP+注入領域の境界付近における重ね合わせマージンを確保しなければならない箇所は一箇所しかないため、SRAMセルの縦方向の長さを縮小することが可能である。さらに実施例1と同様にN+注入領域524およびP+注入領域525は単純なライン&スペースにより形成される。このため、N+注入領域とP+注入領域の境界付近の寸法のマージンを最小に抑えることができるため、実施例5の場合よりさらにSRAMセルの縦方向の長さの縮小が可能になる。また、アクセストランジスタとなる(Qn16、Qn26)が隣接しているため、これらのゲート電極に形成されるコンタクトを共通化することができる。
図21に示されるように、基板上の拡散層により形成される第1の記憶ノード502aと、ドライバトランジスタQn46およびロードトランジスタQp26のゲート電極より延在するゲート配線が共通のコンタクト510aにより接続され、基板上の拡散層により形成される第2の記憶ノード502b上に形成されるコンタクト510bは第1層配線であるノード接続配線Nb6によりコンタクト511aと接続される。このように本実施例においては、SRAMセルの配線方法が左右非対称であるため、SRAM特性も左右で非対称となる可能性がある。SRAM特性が左右非対称になると、SRAMの動作マージンを劣化させるため、本実施例においては、SRAM特性の非対称性に注意する必要がある。
本実施例においては、これまでの実施例とは異なりワード線WL6が横方向に配線され、ビット線(BL8、BLB8)は縦方向に配線される。また、2個のドライバトランジスタ(Qn36,Qn46)と2個のロードトランジスタ(Qp16、Qp26)が同一列上に形成されているため、単純なレイアウトにて電源配線Vcc6および接地配線Vss6に接続することができる。
なお、第1の実施例で述べたように、ワード線の配線、ビット線の配線、電源電位の配線及び接地電位の配線は、望ましくは、他のメモリセルの配線と共用するために、各メモリセル内での配線であるノード接続配線より上位の層に配置される。この点、階層的な配線の構成の一例として、ノード接続配線(Na6、Nb6)を下位の層で、ワード線(WL6)、電源電位の配線(Vcc6)及び接地電位の配線(Vss6)を中位の層で、ビット線の配線(BL6、BLB6)を上位の層で配線する構成が実現可能である。[Example 6]
FIG. 21 shows the SRAM cell layout of this embodiment. This embodiment is different from the second embodiment in that the arrangement of the transistors constituting the SRAM is different. In this embodiment, since the arrangement of the transistors is changed, there is only one boundary line between the N +
As shown in FIG. 21, the first storage node 502a formed by the diffusion layer on the substrate and the gate wiring extending from the gate electrodes of the driver transistor Qn46 and the load transistor Qp26 are connected by a
In this embodiment, unlike the previous embodiments, the word line WL6 is wired in the horizontal direction, and the bit lines (BL8, BLB8) are wired in the vertical direction. Further, since two driver transistors (Qn36, Qn46) and two load transistors (Qp16, Qp26) are formed on the same column, they are connected to the power supply wiring Vcc6 and the ground wiring Vss6 with a simple layout. Can do.
As described in the first embodiment, the word line wiring, the bit line wiring, the power supply potential wiring, and the ground potential wiring are preferably used in common with the wiring of other memory cells. Arranged in a layer above the node connection wiring which is the wiring in the memory cell. In this regard, as an example of the hierarchical wiring configuration, the node connection wiring (Na6, Nb6) is the lower layer, and the word line (WL6), the power supply potential wiring (Vcc6), and the ground potential wiring (Vss6) are medium. It is possible to realize a configuration in which the bit line wirings (BL6, BLB6) are wired in the upper layer in the upper layer.
[実施例7]
図22に本実施例のSRAMセルレイアウトを示す。本実施例においては柱状半導体が最密充填に配置されるように6方格子状に配列されている点で他の実施例とは異なる。このように柱状半導体を配置することにより柱状半導体を最も小さい面積にバランスよく配置することができ、小さいSRAMセル面積を設計することができる。各トランジスタの配列は図22のものに限らず、他の配列にしてもよい。
なお、第1の実施例で述べたように、ワード線の配線、ビット線の配線、電源電位の配線及び接地電位の配線は、望ましくは、他のメモリセルの配線と共用するために、各メモリセル内での配線であるノード接続配線より上位の層に配置される。この点、階層的な配線の構成は、一例として、上記実施例2と同様の構成が実現可能である。[Example 7]
FIG. 22 shows the SRAM cell layout of this embodiment. This embodiment is different from the other embodiments in that the columnar semiconductors are arranged in a hexagonal lattice so as to be arranged in the closest packing. By arranging the columnar semiconductors in this way, the columnar semiconductors can be arranged in a balanced manner in the smallest area, and a small SRAM cell area can be designed. The arrangement of the transistors is not limited to that shown in FIG.
As described in the first embodiment, the word line wiring, the bit line wiring, the power supply potential wiring, and the ground potential wiring are preferably used in common with the wiring of other memory cells. Arranged in a layer above the node connection wiring which is the wiring in the memory cell. In this regard, as a hierarchical wiring configuration, for example, the same configuration as that of the second embodiment can be realized.
[実施例8]
図23に本実施例のセルレイアウトを示す。SRAMセルアレイ内においては図23に示したユニットセルが繰り返し配置されている。図24a、b、c及びdに図23のレイアウト図のカットラインA−A’、B−B’、C−C’及びD−D’における断面構造をそれぞれ示す。[Example 8]
FIG. 23 shows a cell layout of this embodiment. The unit cells shown in FIG. 23 are repeatedly arranged in the SRAM cell array. 24A, 24B, 24C, and 24D show cross-sectional structures taken along cut lines AA ′, BB ′, CC ′, and DD ′ in the layout diagram of FIG. 23, respectively.
まず図23および図24を参考にして本発明のレイアウトについて説明する。
本実施例においては記憶ノードである基板上の拡散層のレイアウトがL字型となっている点において他の実施例と異なる。記憶ノードである基板上の拡散層のパターニングに関しては他の実施例のように長方形であるほうが容易である。しかし、本実施例においては実施例5および実施例6と同様に記憶ノードを横切るN+注入領域(724a、724b)とP+注入領域725の境界線が一箇所しかなく、さらにN+注入領域(724a、724b)およびP+注入領域725を形成するパターンは単純なライン&スペースにより形成される。このため、N+注入領域(724a、724b)とP+注入領域725の境界付近の寸法のマージンを最小に抑えることができるため、小さい面積のSRAMセルを設計することができる。
本実施例においては、ワード線WL8が横方向に配線され、ビット線(BL8、BLB8)は縦方向に配線される。ビット線から接続されるアクセストランジスタのゲートへのコンタクト(707a、707b)は図には示されていないが、横方向に隣接するメモリセルと共通化することができる。記憶ノードQa7の基板上の拡散層と、ドライバトランジスタQn48およびロードトランジスタQp28のゲート電極より延在するゲート配線は両者にまたがって形成される共通のコンタクト710aにより接続され、記憶ノードQb7の基板上の拡散層と、ドライバトランジスタQn38およびロードトランジスタQp18のゲート電極より延在するゲート配線は両者にまたがって形成されるコンタクト710bにより接続される。
なお、第1の実施例で述べたように、ワード線の配線、ビット線の配線、電源電位の配線及び接地電位の配線は、望ましくは、他のメモリセルの配線と共用するために、各メモリセル内での配線であるノード接続配線より上位の層、すなわち、コンタクト707a及びコンタクト707bより上位の層に配置される。この点、階層的な配線の構成の一例として、ノード接続配線を下位の層で、ワード線(WL8)及び接地電位の配線(Vss8a、Vss8b)を中位の層で、ビット線の配線(BL8、BLB8)及び電源電位の配線(Vcc8)を上位の層で配線する構成が実現可能である。First, the layout of the present invention will be described with reference to FIGS.
This embodiment is different from the other embodiments in that the layout of the diffusion layer on the substrate which is a storage node is L-shaped. Regarding the patterning of the diffusion layer on the substrate as the storage node, it is easier to form a rectangular shape as in the other embodiments. However, in this embodiment, like the fifth and sixth embodiments, there is only one boundary line between the N + implantation region (724a, 724b) and the P +
In this embodiment, the word line WL8 is wired in the horizontal direction, and the bit lines (BL8, BLB8) are wired in the vertical direction. Although contacts (707a, 707b) to the gates of the access transistors connected from the bit lines are not shown in the figure, they can be shared with memory cells adjacent in the horizontal direction. The diffusion layer on the substrate of storage node Qa7 and the gate wiring extending from the gate electrodes of driver transistor Qn48 and load transistor Qp28 are connected by a
As described in the first embodiment, the word line wiring, the bit line wiring, the power supply potential wiring, and the ground potential wiring are preferably used in common with the wiring of other memory cells. It is arranged in a layer above the node connection wiring which is a wiring in the memory cell, that is, in a layer above the
続いて、図24の断面構造を参照して本発明のSRAMの構造について説明する。
図24(a)に示されるように、基板に第1のウェル701aであるP−wellが形成され、素子分離702により基板上の拡散層が分離されている。基板上の拡散層により形成される第1の記憶ノードQa7には不純物注入等によりN+ドレイン拡散層703aが形成されており、基板上の拡散層により形成される第2の記憶ノードQb7には不純物注入等によりN+ドレイン拡散層703bおよびP+ドレイン拡散層704bがそれぞれ形成されている。また、第1のウェル701aと同一の導電型を持つP+拡散層704bの底部には基板へのリークを抑制するために、第1のウェル701aと異なる導電型を持つ第2のリーク防止拡散層701cが形成される。
ドレイン拡散層(703a、703b、704b)表面にはシリサイド層(713a、713b)が形成されており、N+拡散層703bとP+拡散層704bは、図には示されていないが、シリサイド層713bにより接続されている。N+ドレイン拡散層703a上にアクセストランジスタQn18を構成する柱状シリコン層721aが形成され、P+ドレイン拡散層704b上にロードトランジスタQp28を構成する柱状シリコン層723bが形成され、N+ドレイン拡散層703b上にドライバトランジスタQn48を構成する柱状シリコン層722bが形成される。それぞれの柱状シリコン層の周囲にはゲート絶縁膜717およびゲート電極718が形成されている。柱状シリコン層上部にはソース拡散層(714、716)が不純物注入などにより形成され、ソース拡散層表面にはシリサイド層715が形成されている。アクセストランジスタQn18上に形成されるコンタクト706aはビット線BL8に接続され、アクセストランジスタQn18のゲート電極より延在するゲート配線718a上に形成されるコンタクト707aはワード線WL8に接続され、ロードトランジスタQp28上に形成されるコンタクト708bは電源電位配線Vcc8に接続され、ドライバトランジスタQn48上に形成されるコンタクト709bは接地電位配線Vss8に接続され、ロードトランジスタQp28およびドライバトランジスタQn48のゲート電極はそれぞれのゲート電極より延在するゲート配線718dにより互いに接続される。Next, the structure of the SRAM of the present invention will be described with reference to the cross-sectional structure of FIG.
As shown in FIG. 24A, a P-well which is a
Silicide layers (713a, 713b) are formed on the surface of the drain diffusion layers (703a, 703b, 704b), and the N +
図24(b)に示されるように、基板に第1のウェル701aであるP−wellが形成され、素子分離702により基板上の拡散層が分離されている。基板上の拡散層により形成される第1の記憶ノードQa7には不純物注入等によりN+ドレイン拡散層703aが形成され、基板上の拡散層により形成される第2の記憶ノードQb7には不純物注入等によりN+ドレイン拡散層703bが形成され、N+ドレイン拡散層上にはシリサイド層(713a、713b)が形成されている。ドレイン拡散層703aおよびゲート配線718fは両者にまたがって形成される共通のコンタクト710aによって接続され、ドレイン拡散層703bおよびゲート配線718eは両者にまたがって形成される共通のコンタクト710bによって接続される。 As shown in FIG. 24B, a P-well which is the
図24(c)に示されるように、基板に第1のウェル701aであるP−wellが形成され、素子分離702により基板上の拡散層が分離されている。基板上の拡散層により形成される第1の記憶ノードQa7には不純物注入等によりN+ドレイン拡散層703aが形成され、N+ドレイン拡散層703a表面にシリサイド層713aが形成されている。N+ドレイン拡散層703a上にアクセストランジスタQn18を構成する柱状シリコン層721a、およびドライバトランジスタQn38を構成する柱状シリコン層722aが形成される。それぞれの柱状シリコン層の周囲にゲート絶縁膜717およびゲート電極718が形成されている。柱状シリコン層上部にはN+ソース拡散層714が不純物注入などにより形成され、ソース拡散層表面にはシリサイド層715が形成されている。アクセストランジスタQn18上に形成されるコンタクト706aはビット線BL8に接続され、ドライバトランジスタQn38上に形成されるコンタクト709aは配線層を通して接地電位配線Vss8に接続される。 As shown in FIG. 24C, a P-well which is the
図24(d)に示されるように、基板に第1のウェル701aであるP−wellが形成され、素子分離702により基板上の拡散層が分離されている。基板上の拡散層により形成される第1の記憶ノードQa7には不純物注入等によりN+ドレイン拡散層703aが形成され、基板上の拡散層により形成される第2の記憶ノードQb7には不純物注入等によりN+ドレイン拡散層703bが形成される。また、第1のウェル701aと同一の導電型を持つP+拡散層704aの底部には基板へのリークを抑制するために、第1のウェル701aと異なる導電型を持つ第1のリーク防止拡散層701bが形成され、第1のウェル701aと同一の導電型を持つP+拡散層704bの底部には基板へのリークを抑制するために、第1のウェル701aと異なる導電型を持つ第2のリーク防止拡散層701cが形成される。ドレイン拡散層704b上にはロードトランジスタQp28を構成する柱状シリコン層723bが形成され、ドレイン拡散層704a上にはロードトランジスタQp18を構成する柱状シリコン層723aが形成される。それぞれの柱状シリコン層の周囲にゲート絶縁膜717およびゲート電極718が形成され、それぞれの柱状シリコン層上部にはP+ソース拡散層716が不純物注入などにより形成され、ソース拡散層表面にはシリサイド層715が形成されている。ロードトランジスタQp28およびロードトランジスタQp18上に形成されるコンタクト(708b、708a)は電源電位配線Vcc8に接続される。As shown in FIG. 24D, a P-well which is the
本実施例においてもこれまでの実施例と同様に、基板上の記憶ノードに形成されるN+ドレイン拡散層とP+ドレイン拡散層が各々の拡散層表面に形成されるシリサイド層で直接接続されることにより、アクセストランジスタ、ドライバトランジスタ、およびロードトランジスタのドレイン拡散層は共通化され、SRAMの記憶ノードとして機能している。このため、通常プレーナー型トランジスタで必要となるN+ソースドレイン拡散層とP+ソースドレイン拡散層とを分離するための素子分離が必要なくなり、SRAMの2つの記憶ノードを分離するだけの素子分離だけで十分であるため、非常に小さいSRAMセル面積を実現することができる。 In this embodiment, as in the previous embodiments, the N + drain diffusion layer and the P + drain diffusion layer formed at the storage node on the substrate are directly connected by the silicide layer formed on the surface of each diffusion layer. Thus, the drain diffusion layers of the access transistor, driver transistor, and load transistor are shared, and function as a storage node of the SRAM. This eliminates the need for element isolation for separating the N + source / drain diffusion layer and the P + source / drain diffusion layer, which are normally required for planar transistors, and element isolation is sufficient to separate the two storage nodes of the SRAM. Therefore, a very small SRAM cell area can be realized.
以上説明したように、本発明によれば6個のMOSトランジスタを用いて構成されたスタティック型メモリセルにおいて、前記MOSトランジスタがドレイン、ゲート、ソースが垂直方向に配置されたSGTで形成され、基板に第1のウェルが形成され、基板上に形成されるN+ソース拡散層とP+ソース拡散層がそれらの表面に形成されるシリサイド層により直接接続され、第1のウェルと同一の導電型を持つドレイン拡散層の各々の底部にを第1のウェルと反対の導電型を持ち、第1のウェルより浅い第1及び第2のリーク防止 拡散層を形成することにより、SRAMの記憶ノードとして機能する。このため、通常プレーナー型トランジスタで必要となるN+ソースドレイン拡散層とP+ソースドレイン拡散層とを分離するための素子分離が必要なくなり、素子分離としては、SRAMの2つの記憶ノードを分離するだけで十分であるため、非常に小さいメモリセル面積を持つCMOS型6T−SRAMを実現することができる。As described above, according to the present invention, in a static memory cell configured using six MOS transistors, the MOS transistor is formed of an SGT in which a drain, a gate, and a source are arranged in a vertical direction. A first well is formed, and the N + source diffusion layer and the P + source diffusion layer formed on the substrate are directly connected by a silicide layer formed on the surface thereof, and have the same conductivity type as the first well. The drain diffusion layer has a conductivity type opposite to that of the first well at the bottom of each drain diffusion layer, and functions as an SRAM storage node by forming first and second leak prevention diffusion layers shallower than the first well. . This eliminates the need for element isolation for separating the N + source / drain diffusion layer and the P + source / drain diffusion layer, which are normally required in a planar transistor, and the element isolation can be achieved by simply separating the two storage nodes of the SRAM. Since it is sufficient, a CMOS 6T-SRAM having a very small memory cell area can be realized.
Qa、Qa2、Qa3、Qa4、Qa5、Qa6、Qa7:第1の記憶ノード
Qb、Qb2、Qb3、Qb4、Qb5、Qb6、Qb7:第2の記憶ノード
1a、101a、201a、301a、401a、501a、601a、701a:第1のウェル
1b、701b:第1のリーク防止拡散層
1c、701c:第2のリーク防止拡散層
2、102、202、302、402、502、602、702:素子分離
3a、103a、203a、303a、403a、503a、603a、703a、3b、103b、203b、303b、403b、503b、603b、703b:N+ドレイン拡散層
4a、104a、204a、304a、404a、504a、604a、704a、4b、104b、204b、304b、404b、504b、604b、704b:P+ドレイン拡散層
5a、105a、205a、305a、405a、505a、605a、5b、105b、205b、305b、405b、505b、605b:N+ドレイン拡散層
6a、106a、206a、306a、406a、506a、606a、706a、6b、106b、206b、306b、406b、506b、606b、706b:アクセストランジスタソース拡散層上コンタクト
7a、107a、207a、307a、407a、507a、607a、707a、7b、107b、207b、307b、407b、507b、607b、707b:アクセストランジスタワード配線上コンタクト
8a、108a、208a、308a、408a、508a、608a、708a、8b、108b、208b、308b、408b、508b、608b、708b:ロードトランジスタソース拡散層上コンタクト
9a、109a、209a、309a、409a、509a、609a、709a、9b、109b、209b、309b、409b、509b、609b、709b:ドライバトランジスタソース拡散層上コンタクト
10a、110a、210a、310a、410a、510a、610a、710a、10b、110b、210b、310b、410b、510b、610b、710b:ドレイン拡散層上コンタクト
11a、111a、211a、311a、411a、511a、611a、711a、11b、111b、211b、311b、411b、511b、611b、711b:ゲート配線上コンタクト
13a、13b、15、713a、713b、715:シリサイド層
14、714:N+ソース拡散層
16、716:P+ソース拡散層
17、717:ゲート絶縁膜
18、718:ゲート電極
18a、18b、18c、18d、718a、718d、718e、18f、:ゲート配線
19:シリコン窒化膜マスク
21a、21b、721a、721b:アクセストランジスタ柱状シリコン層
22a、22b、722a、722b:ドライバトランジスタ柱状シリコン層
23a、23b、723a、723b:ロードトランジスタ柱状シリコン層
24a、124a、224a、324a、524、724a、24b、124b、224b、324b、724b:N+注入領域
25、125、225、325、425a、425b、525、625a、625b、725:P+注入領域
33:レジスト
34:シリコン窒化膜等の絶縁膜
Qa、Qb:記憶ノード
Qn11、Qn21、Qn12、Qn22、Qn13、Qn23、Qn14、Qn24、Qn15、Qn25、Qn16、Qn26、Qn17、Qn27、Qn18、Qn28:アクセストランジスタ
Qn31、Qn41、Qn32、Qn42、Qn33、Qn43、Qn34、Qn44、Qn35、Qn45、Qn36、Qn46、Qn37、Qn47、Qn38、Qn48:ドライバトランジスタ
Qp11、Qp21、Qp12、Qp22、Qp13、Qp23、Qp14、Qp24、Qp15、Qp25、Qp16、Qp26、Qp17、Qp27、Qp18、Qp28:ロードトランジスタ
BL1、BL2、BL3、BL4、BL5、BL6、BL7、BL8、BLB1、BLB2、BLB3、BLB4、BLB5、BLB6、BLB7、BLB8:ビット線
WL1、WL2、WL3、WL4、WL5、WL6、WL7、WL8:ワード線
Vcc1、Vcc2、Vcc3、Vcc4、Vcc5a、Vcc5b、Vcc6、Vcc7、Vcc8:電源線
Vss1a、Vss1b、Vss2a、Vss2b、Vss3a、Vss3b、Vss4a、Vss4b、Vss5、Vss6、Vss7a、Vss7b、Vss8a、Vss8b:接地線Qa, Qa2, Qa3, Qa4, Qa5, Qa6, Qa7: first storage nodes Qb, Qb2, Qb3, Qb4, Qb5, Qb6, Qb7: second storage nodes 1a, 101a, 201a, 301a, 401a, 501a, 601a, 701a: first well 1b, 701b: first leak prevention diffusion layer 1c, 701c: second leak prevention diffusion layer 2, 102, 202, 302, 402, 502, 602, 702: element isolation 3a, 103a, 203a, 303a, 403a, 503a, 603a, 703a, 3b, 103b, 203b, 303b, 403b, 503b, 603b, 703b: N + drain diffusion layers 4a, 104a, 204a, 304a, 404a, 504a, 604a, 704a, 4b, 104b, 204b, 304b, 404b, 5 4b, 604b, 704b: P + drain diffusion layers 5a, 105a, 205a, 305a, 405a, 505a, 605a, 5b, 105b, 205b, 305b, 405b, 505b, 605b: N + drain diffusion layers 6a, 106a, 206a, 306a, 406a, 506a, 606a, 706a, 6b, 106b, 206b, 306b, 406b, 506b, 606b, 706b: Access transistor source diffusion layer contact 7a, 107a, 207a, 307a, 407a, 507a, 607a, 707a, 7b, 107b , 207b, 307b, 407b, 507b, 607b, 707b: Access transistor word line contacts 8a, 108a, 208a, 308a, 408a, 508a, 608a, 708a, 8b 108b, 208b, 308b, 408b, 508b, 608b, 708b: Load transistor source diffusion layer contact 9a, 109a, 209a, 309a, 409a, 509a, 609a, 709a, 9b, 109b, 209b, 309b, 409b, 509b, 609b 709b: Driver transistor source diffusion layer contacts 10a, 110a, 210a, 310a, 410a, 510a, 610a, 710a, 10b, 110b, 210b, 310b, 410b, 510b, 610b, 710b: Contacts on drain diffusion layers 11a, 111a 211a, 311a, 411a, 511a, 611a, 711a, 11b, 111b, 211b, 311b, 411b, 511b, 611b, 711b: contact on the gate wiring 13a, 13b, 15, 713a, 713b, 715: silicide layer 14, 714: N + source diffusion layer 16, 716: P + source diffusion layer 17, 717: gate insulating film 18, 718: gate electrodes 18a, 18b, 18c, 18d, 718a, 718d, 718e, 18f: Gate wiring 19: Silicon nitride film masks 21a, 21b, 721a, 721b: Access transistor columnar silicon layers 22a, 22b, 722a, 722b: Driver transistor columnar silicon layers 23a, 23b, 723a 723b: Load transistor columnar silicon layers 24a, 124a, 224a, 324a, 524, 724a, 24b, 124b, 224b, 324b, 724b: N + implantation regions 25, 125, 225, 325, 425a, 425b, 525, 6 5a, 625b, 725: P + implantation region 33: resist 34: insulating film Qa such as silicon nitride film, Qb: storage nodes Qn11, Qn21, Qn12, Qn22, Qn13, Qn23, Qn14, Qn24, Qn15, Qn25, Qn16, Qn26 Qn17, Qn27, Qn18, Qn28: Access transistors Qn31, Qn41, Qn32, Qn42, Qn33, Qn43, Qn34, Qn44, Qn35, Qn45, Qn36, Qn46, Qn37, Qn47, Qn38, Qn48: Driver transistors Qp11, Qp21, Qp12 Qp22, Qp13, Qp23, Qp14, Qp24, Qp15, Qp25, Qp16, Qp26, Qp17, Qp27, Qp18, Qp28: Load transistors BL1, BL2, BL3, L4, BL5, BL6, BL7, BL8, BLB1, BLB2, BLB3, BLB4, BLB5, BLB6, BLB7, BLB8: bit lines WL1, WL2, WL3, WL4, WL5, WL6, WL7, WL8: word lines Vcc1, Vcc2, Vcc3, Vcc4, Vcc5a, Vcc5b, Vcc6, Vcc7, Vcc8: power supply lines Vss1a, Vss1b, Vss2a, Vss2b, Vss3a, Vss3b, Vss4a, Vss4b, Vss5, Vss6, Vss7a, Vss7b, Vss8a, Vss8a, Vss8a
Claims (16)
前記6個のMOSトランジスタの各々は、
メモリにアクセスするための第1及び第2のNMOSのアクセストランジスタと、メモリセルのデータを保持するために記憶ノードを駆動する第1及び第2のNMOSのドライバトランジスタと、メモリセルのデータを保持するために電荷を供給する第1及び第2のPMOSのロードトランジスタとして機能し、
メモリにアクセスするための第1及び第2のNMOSのアクセストランジスタにおいて、
N型の導電型を持つ第1の拡散層、第1の柱状半導体層及びN型の導電型を持つ第2の拡散層が、基板上に形成された絶縁膜上に垂直方向に階層的に配置され、前記第1の柱状半導体層は前記第1の柱状半導体層の底部に形成される前記第1の拡散層と前記第1の柱状半導体層の上部に形成される前記第2の拡散層の間に配置され、前記第1の柱状半導体層の側壁にゲートが形成されており、
メモリセルのデータを保持するために記憶ノードを駆動する第1及び第2のNMOSのドライバトランジスタにおいて、
N型の導電型を持つ第3の拡散層、第2の柱状半導体層及びN型の導電型を持つ第4の拡散層が、基板上に形成された絶縁膜上に垂直方向に階層的に配置され、前記第2の柱状半導体層は前記第2の柱状半導体層の底部に形成される前記第3の拡散層と前記第2の柱状半導体層の上部に形成される前記第4の拡散層の間に配置され、前記第2の柱状半導体層の側壁にゲートが形成されており、
メモリセルのデータを保持するために電荷を供給する第1及び第2のPMOSのロードトランジスタにおいて、
P型の導電型を持つ第5の拡散層、第3の柱状半導体層及びP型の導電型を持つ第6拡散層が、基板上に形成された絶縁膜上に垂直方向に階層的に配置され、前記第3の柱状半導体層は前記第3の柱状半導体層の底部に形成される前記第5の拡散層と前記第3の柱状半導体層の上部に形成される前記第6の拡散層の間に配置され、前記第3の柱状半導体層の側壁にゲートが形成されており、
前記第1のNMOSのアクセストランジスタ、前記第1のNMOSのドライバトランジスタ及び前記第1のPMOSのロードトランジスタは、互いに隣接して配列され、
前記第2のNMOSのアクセストランジスタ、前記第2のNMOSのドライバトランジスタ及び前記第2のPMOSのロードトランジスタは、互いに隣接して配列され、
基板に電位を与えるための複数のメモリセルに共通の第1のウェルが形成され、
前記第1のNMOSのアクセストランジスタの底部に形成されるN型の導電型を持つ前記第1の拡散層、前記第1のNMOSのドライバトランジスタの底部に形成されるN型の導電型を持つ前記第3の拡散層及び前記第1のPMOSのロードトランジスタの底部に形成されるP型の導電型を持つ前記第5の拡散層は、前記第1の拡散層、第3の拡散層及び第5の拡散層の表面に形成された第1のシリサイド層を介して相互に接続され、
前記相互に接続された前記第1の拡散層、第3の拡散層及び第5の拡散層はメモリセルに記憶されるデータを保持するための第1の記憶ノードとして機能し、
前記第5の拡散層と前記第1のウェル間のリークを防止するために、前記第5の拡散層と第1のウェルの間に前記第1のウェルと反対の導電型を持つ第1のリーク防止拡散層の底部が素子分離より浅くなるように形成され、
前記第1のリーク防止拡散層は、前記第1の拡散層及び第3の拡散層と直接接続され、
前記第2のNMOSのアクセストランジスタの底部に形成されるN型の導電型を持つ前記第1の拡散層、前記第2のNMOSのドライバトランジスタの底部に形成されるN型の導電型を持つ前記第3の拡散層及び前記第2のPMOSのロードトランジスタの底部に形成されるP型の導電型を持つ前記第5の拡散層は、前記第1の拡散層、第3の拡散層及び第5の拡散層の表面に形成された第2のシリサイド層を介して相互に接続され、
前記相互に接続された前記第1の拡散層、第3の拡散層及び第5の拡散層はメモリセルに記憶されるデータを保持するための第2の記憶ノードとして機能し、
前記第5の拡散層と前記第1のウェル間のリークを防止するために、前記第5の拡散層と前記第1のウェルの間には、前記第1のウェルと反対の導電型を持つ第2のリーク防止拡散層の底部が素子分離より浅くなるように形成され、
前記第2のリーク防止拡散層は、前記第1の拡散層及び第3の拡散層と直接接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。 A semiconductor memory device having a static memory cell in which six MOS transistors are arranged on a substrate,
Each of the six MOS transistors is
First and second NMOS access transistors for accessing the memory, first and second NMOS driver transistors for driving the storage node to hold the memory cell data, and holding the memory cell data Functioning as first and second PMOS load transistors for supplying charge to
In the first and second NMOS access transistors for accessing the memory ,
A first diffusion layer having an N-type conductivity , a first columnar semiconductor layer, and a second diffusion layer having an N-type conductivity are hierarchically formed in a vertical direction on an insulating film formed on the substrate. The first columnar semiconductor layer is disposed, and the first diffusion layer formed on the bottom of the first columnar semiconductor layer and the second diffusion layer formed on the top of the first columnar semiconductor layer And a gate is formed on a side wall of the first columnar semiconductor layer,
In the first and second NMOS driver transistors that drive the storage node to hold the memory cell data ,
A third diffusion layer having an N-type conductivity type, a second columnar semiconductor layer, and a fourth diffusion layer having an N-type conductivity type are hierarchically arranged in a vertical direction on an insulating film formed on the substrate. The second columnar semiconductor layer is disposed, and the third diffusion layer is formed at the bottom of the second columnar semiconductor layer, and the fourth diffusion layer is formed on the second columnar semiconductor layer. And a gate is formed on a side wall of the second columnar semiconductor layer,
In the first and second PMOS load transistors that supply charge to hold the memory cell data ,
A fifth diffusion layer having a P-type conductivity type, a third columnar semiconductor layer, and a sixth diffusion layer having a P-type conductivity type are arranged hierarchically in a vertical direction on an insulating film formed on the substrate. The third columnar semiconductor layer is formed of the fifth diffusion layer formed on the bottom of the third columnar semiconductor layer and the sixth diffusion layer formed on the third columnar semiconductor layer. And a gate is formed on a side wall of the third columnar semiconductor layer,
It said first NMOS access transistor, load transistor of said first NMOS driver transistor and the first PMOS are arranged adjacent to each other,
It said second NMOS access transistor, the second NMOS driver transistor and the load transistor of the second PMOS are arranged adjacent to each other,
A first well common to a plurality of memory cells for applying a potential to the substrate is formed;
Wherein with the first diffusion layer, N-type conductivity type formed on the bottom of the driver transistor of said first NMOS with N-type conductivity type formed on the bottom of the access transistor of the first NMOS It said fifth diffusion layer having a third diffusion layer and P-type conductivity type formed on the bottom of the first PMOS load transistor, said first diffusion layer, the third diffusion layer and the fifth Connected to each other through a first silicide layer formed on the surface of the diffusion layer of
The first diffusion layer, the third diffusion layer, and the fifth diffusion layer connected to each other function as a first storage node for holding data stored in a memory cell;
In order to prevent leakage between the fifth diffusion layer and the first well, a first conductivity type opposite to the first well is provided between the fifth diffusion layer and the first well. The bottom of the leak prevention diffusion layer is formed to be shallower than the element isolation ,
The first leakage preventing diffusion layer is directly connected to the first diffusion layer and the third diffusion layer;
Wherein with the first diffusion layer, N-type conductivity type formed in the bottom of the second NMOS driver transistor having N-type conductivity type formed in the bottom of the second NMOS access transistor It said fifth diffusion layer having a third diffusion layer and P-type conductivity type formed in the bottom of the second PMOS load transistor, said first diffusion layer, the third diffusion layer and the fifth Interconnected via a second silicide layer formed on the surface of the diffusion layer of
The first diffusion layer, the third diffusion layer, and the fifth diffusion layer connected to each other function as a second storage node for holding data stored in a memory cell;
In order to prevent leakage between the fifth diffusion layer and the first well, a conductivity type opposite to the first well is provided between the fifth diffusion layer and the first well. The bottom of the second leak prevention diffusion layer is formed to be shallower than the element isolation ,
The semiconductor memory device, wherein the second leak preventing diffusion layer is directly connected to the first diffusion layer and the third diffusion layer.
前記6個のMOSトランジスタの各々は、
メモリにアクセスするための第1及び第2のNMOSのアクセストランジスタと、メモリセルのデータを保持するために記憶ノードを駆動する第1及び第2のNMOSのドライバトランジスタと、メモリセルのデータを保持するために電荷を供給する第1及び第2のPMOSのロードトランジスタとして機能し、
メモリにアクセスするための第1及び第2のNMOSのアクセストランジスタにおいて、
N型の導電型を持つ第1の拡散層、第1の柱状半導体層及びN型の導電型を持つ第2の拡散層が、基板上に形成された絶縁膜上に垂直方向に階層的に配置され、前記第1の柱状半導体層は前記第1の柱状半導体層の底部に形成される前記第1の拡散層と前記第1の柱状半導体層の上部に形成される前記第2の拡散層の間に配置され、前記第1の柱状半導体層の側壁にゲートが形成されており、
メモリセルのデータを保持するために記憶ノードを駆動する第1及び第2のNMOSのドライバトランジスタにおいて、
N型の導電型を持つ第3の拡散層、第2の柱状半導体層及びN型の導電型を持つ第4の拡散層が、基板上に形成された絶縁膜上に垂直方向に階層的に配置され、前記第2の柱状半導体層は前記第2の柱状半導体層の底部に形成される前記第3の拡散層と前記第2の柱状半導体層の上部に形成される前記第4の拡散層の間に配置され、前記第2の柱状半導体層の側壁にゲートが形成されており、
メモリセルのデータを保持するために電荷を供給する第1及び第2のPMOSのロードトランジスタにおいて、
P型の導電型を持つ第5の拡散層、第3の柱状半導体層及びP型の導電型を持つ第6拡散層が、基板上に形成された絶縁膜上に垂直方向に階層的に配置され、前記第3の柱状半導体層は前記第3の柱状半導体層の底部に形成される前記第5の拡散層と前記第3の柱状半導体層の上部に形成される前記第6の拡散層の間に配置され、前記第3の柱状半導体層の側壁にゲートが形成されており、
前記第1のNMOSのアクセストランジスタ、前記第1のNMOSのドライバトランジスタ及び前記第1のPMOSのロードトランジスタは、互いに隣接して配列され、
前記第2のNMOSのアクセストランジスタ、前記第2のNMOSのドライバトランジスタ及び前記第2のPMOSのロードトランジスタは、互いに隣接して配列され、
基板に電位を与えるための複数のメモリセルに共通の第1のウェルが形成され、
前記第1のNMOSのアクセストランジスタの底部に形成されるN型の導電型を持つ前記第1の拡散層、前記第1のNMOSのドライバトランジスタの底部に形成されるN型の導電型を持つ前記第3の拡散層及び前記第1のPMOSのロードトランジスタの底部に形成されるP型の導電型を持つ前記第5の拡散層は、前記第1の拡散層、第3の拡散層及び第5の拡散層の表面に形成された第1のシリサイド層を介して相互に接続され、
前記相互に接続された前記第1の拡散層、第3の拡散層及び第5の拡散層はメモリセルに記憶されるデータを保持するための第1の記憶ノードとして機能し、
前記第1の拡散層及び前記第3の拡散層と前記第1のウェル間のリークを防止するために、前記第1の拡散層と第1のウェルの間、及び前記第3の拡散層と第1のウェルの間には前記第1のウェルと反対の導電型を持つ第1のリーク防止拡散層の底部が素子分離より浅くなるように形成され、
前記第1のリーク防止拡散層は、前記第5の拡散層と直接接続され、
前記第2のNMOSのアクセストランジスタの底部に形成されるN型の導電型を持つ前記第1の拡散層、前記第2のNMOSのドライバトランジスタの底部に形成されるN型の導電型を持つ前記第3の拡散層及び前記第2のPMOSのロードトランジスタの底部に形成されるP型の導電型を持つ前記第5の拡散層は、前記第1の拡散層、第3の拡散層及び第5の拡散層の表面に形成された第2のシリサイド層を介して相互に接続され、
前記相互に接続された前記第1の拡散層、第3の拡散層及び第5の拡散層はメモリセルに記憶されるデータを保持するための第2の記憶ノードとして機能し、
前記第1の拡散層及び前記第3の拡散層と前記第1のウェル間のリークを防止するために、前記第1の拡散層と前記第1のウェルの間、及び前記第3の拡散層と前記第1のウェルの間には、前記第1のウェルと反対の導電型を持つ第2のリーク防止拡散層の底部が素子分離より浅くなるように形成され、
前記第2のリーク防止拡散層は、前記第5の拡散層と直接接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。 A semiconductor memory device having a static memory cell in which six MOS transistors are arranged on a substrate,
Each of the six MOS transistors is
First and second NMOS access transistors for accessing the memory, first and second NMOS driver transistors for driving the storage node to hold the memory cell data, and holding the memory cell data Functioning as first and second PMOS load transistors for supplying charge to
In the first and second NMOS access transistors for accessing the memory ,
A first diffusion layer having an N-type conductivity , a first columnar semiconductor layer, and a second diffusion layer having an N-type conductivity are hierarchically formed in a vertical direction on an insulating film formed on the substrate. The first columnar semiconductor layer is disposed, and the first diffusion layer formed on the bottom of the first columnar semiconductor layer and the second diffusion layer formed on the top of the first columnar semiconductor layer And a gate is formed on a side wall of the first columnar semiconductor layer,
In the first and second NMOS driver transistors that drive the storage node to hold the memory cell data ,
A third diffusion layer having an N-type conductivity type, a second columnar semiconductor layer, and a fourth diffusion layer having an N-type conductivity type are hierarchically arranged in a vertical direction on an insulating film formed on the substrate. The second columnar semiconductor layer is disposed, and the third diffusion layer is formed at the bottom of the second columnar semiconductor layer, and the fourth diffusion layer is formed on the second columnar semiconductor layer. And a gate is formed on a side wall of the second columnar semiconductor layer,
In the first and second PMOS load transistors that supply charge to hold the memory cell data ,
A fifth diffusion layer having a P-type conductivity type, a third columnar semiconductor layer, and a sixth diffusion layer having a P-type conductivity type are arranged hierarchically in a vertical direction on an insulating film formed on the substrate. The third columnar semiconductor layer is formed of the fifth diffusion layer formed on the bottom of the third columnar semiconductor layer and the sixth diffusion layer formed on the third columnar semiconductor layer. And a gate is formed on a side wall of the third columnar semiconductor layer,
It said first NMOS access transistor, load transistor of said first NMOS driver transistor and the first PMOS are arranged adjacent to each other,
It said second NMOS access transistor, the second NMOS driver transistor and the load transistor of the second PMOS are arranged adjacent to each other,
A first well common to a plurality of memory cells for applying a potential to the substrate is formed;
Wherein with the first diffusion layer, N-type conductivity type formed on the bottom of the driver transistor of said first NMOS with N-type conductivity type formed on the bottom of the access transistor of the first NMOS It said fifth diffusion layer having a third diffusion layer and P-type conductivity type formed on the bottom of the first PMOS load transistor, said first diffusion layer, the third diffusion layer and the fifth Connected to each other through a first silicide layer formed on the surface of the diffusion layer of
The first diffusion layer, the third diffusion layer, and the fifth diffusion layer connected to each other function as a first storage node for holding data stored in a memory cell;
In order to prevent leakage between the first diffusion layer and the third diffusion layer and the first well, and between the first diffusion layer and the first well, and the third diffusion layer, Between the first wells, a bottom portion of the first leak prevention diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the first well is formed so as to be shallower than the element isolation ,
The first leakage preventing diffusion layer is directly connected to the fifth diffusion layer;
Wherein with the first diffusion layer, N-type conductivity type formed in the bottom of the second NMOS driver transistor having N-type conductivity type formed in the bottom of the second NMOS access transistor It said fifth diffusion layer having a third diffusion layer and P-type conductivity type formed in the bottom of the second PMOS load transistor, said first diffusion layer, the third diffusion layer and the fifth Interconnected via a second silicide layer formed on the surface of the diffusion layer of
The first diffusion layer, the third diffusion layer, and the fifth diffusion layer connected to each other function as a second storage node for holding data stored in a memory cell;
In order to prevent leakage between the first diffusion layer and the third diffusion layer and the first well, and between the first diffusion layer and the first well, and the third diffusion layer. Between the first well and the first well, the bottom of the second leak-proof diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the first well is formed shallower than the element isolation ,
The semiconductor memory device, wherein the second leak preventing diffusion layer is directly connected to the fifth diffusion layer.
前記第2の記憶ノードとして機能する拡散層上に形成される前記第2のNMOSのドライバトランジスタおよび前記第2のPMOSのロードトランジスタのゲートより延在する各々の第6のゲート配線が、前記第1の記憶ノードとして機能する拡散層と第2の共通のコンタクトにより接続されることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。 Each fifth gate wiring extending from the gates of the first NMOS driver transistor and the first PMOS load transistor formed on the diffusion layer functioning as the first storage node, Connected by a first common contact with a diffusion layer functioning as a storage node,
Each sixth gate wiring extending from the gate of the second NMOS driver transistor and the second PMOS load transistor formed on the diffusion layer functioning as the second storage node, 3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the semiconductor memory device is connected to a diffusion layer functioning as one storage node by a second common contact.
前記6個のMOSトランジスタは、前記基板上に3行2列に配列され、
前記第1のNMOSのアクセストランジスタは1行1列目に配列され、
前記第1のPMOSのロードトランジスタは2行1列目に配列され、
前記第1のNMOSのドライバトランジスタは3行1列目に配列され、
前記第2のNMOSのアクセストランジスタは3行2列目に配列され、
前記第2のPMOSのロードトランジスタは2行2列目に配列され、
前記第2のNMOSのドライバトランジスタは1行2列目に配列されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。 The six MOS transistors are arranged in a matrix in the row direction and the column direction orthogonal to each other on the substrate,
The six MOS transistors are arranged in 3 rows and 2 columns on the substrate,
The first NMOS access transistor is arranged in the first row and the first column,
The first PMOS load transistor is arranged in the second row and the first column,
The first NMOS driver transistor is arranged in the third row and the first column,
The second NMOS access transistor is arranged in the third row and the second column,
The second PMOS load transistor is arranged in the second row and the second column,
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the second NMOS driver transistors are arranged in the first row and the second column.
前記6個のMOSトランジスタは、前記基板上に3行2列に配列され、
前記第1のNMOSのアクセストランジスタは1行1列目に配列され、
前記第1のPMOSのロードトランジスタは3行1列目に配列され、
前記第1のNMOSのドライバトランジスタは2行1列目に配列され、
前記第2のNMOSのアクセストランジスタは3行2列目に配列され、
前記第2のPMOSのロードトランジスタは1行2列目に配列され、
前記第2のNMOSのドライバトランジスタは2行2列目に配列されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。 The six MOS transistors are arranged in a matrix in the row direction and the column direction orthogonal to each other on the substrate,
The six MOS transistors are arranged in 3 rows and 2 columns on the substrate,
The first NMOS access transistor is arranged in the first row and the first column,
The first PMOS load transistor is arranged in the third row and the first column,
The first NMOS driver transistor is arranged in the second row and the first column,
The second NMOS access transistor is arranged in the third row and the second column,
The second PMOS load transistor is arranged in the first row and the second column,
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the second NMOS driver transistor is arranged in the second row and the second column.
前記6個のMOSトランジスタは、前記基板上に3行2列に配列され、
前記第1のNMOSのアクセストランジスタは1行1列目に配列され、
前記第1のPMOSのロードトランジスタは3行1列目に配列され、
前記第1のNMOSのドライバトランジスタは2行1列目に配列され、
前記第2のNMOSのアクセストランジスタは1行2列目に配列され、
前記第2のPMOSのロードトランジスタは3行2列目に配列され、
前記第2のNMOSのドライバトランジスタは2行2列目に配列されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。 The six MOS transistors are arranged in a matrix in the row direction and the column direction orthogonal to each other on the substrate,
The six MOS transistors are arranged in 3 rows and 2 columns on the substrate,
The first NMOS access transistor is arranged in the first row and the first column,
The first PMOS load transistor is arranged in the third row and the first column,
The first NMOS driver transistor is arranged in the second row and the first column,
The second NMOS access transistor is arranged in the first row and the second column,
The second PMOS load transistor is arranged in the third row and the second column,
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the second NMOS driver transistor is arranged in the second row and the second column.
前記6個のMOSトランジスタは、前記基板上に2行3列に配列され、
前記第1のNMOSのアクセストランジスタは1行1列目に配列され、
前記第1のPMOSのロードトランジスタは2行2列目に配列され、
前記第1のNMOSのドライバトランジスタは2行1列目に配列され、
前記第2のNMOSのアクセストランジスタは2行3列目に配列され、
前記第2のPMOSのロードトランジスタは1行2列目に配列され、
前記第2のNMOSのドライバトランジスタは1行3列目に配列されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。 The six MOS transistors are arranged in a matrix in the row direction and the column direction orthogonal to each other on the substrate,
The six MOS transistors are arranged in two rows and three columns on the substrate,
The first NMOS access transistor is arranged in the first row and the first column,
The first PMOS load transistor is arranged in the second row and the second column,
The first NMOS driver transistor is arranged in the second row and the first column,
The second NMOS access transistor is arranged in the second row and the third column,
The second PMOS load transistor is arranged in the first row and the second column,
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the second NMOS driver transistor is arranged in the first row and the third column.
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