JP4889889B2 - Static random access memory with nonvolatile data retention function and operation method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は不揮発データ保持機能付きスタティック・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM)に関するものであり、特に、高速動作し、かつ、大規模集積可能で、低価格なメモリ素子を不揮発性にするための素子構造及び動作方法に特徴のある不揮発データ保持機能付きスタティック・ランダム・アクセス・メモリに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、高速データ通信の普及に伴って、データ通信を高速、低消費電力で行うための電子デバイス、システムとして、より低価格で高速、低消費電力なものが要求されている。
【0003】
この様なデータ通信に用いる電子デバイスの一つとしてSRAM(スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)が挙げられるが、従来のSRAM素子は素子単体としては、電源電圧を印加した状態で高速、低消費電力で動作することができるという特徴がある。
【0004】
特に、その内でも、1トランジスタでSRAMを構成でき、チップ面積を低減できるpn接合1トランジスタSRAMが低価格、高集積可能なSRAMとして提案されているので、ここで、図7を参照して従来のpn接合1トランジスタSRAMを説明する。
【0005】
図7(a)参照
図7(a)は、従来のpn接合1トランジスタSRAMの1メモリセルの概略的断面図であり、p型シリコン基板41に設けた素子分離酸化膜42で囲まれた素子形成領域にn+ 型チャネル領域43とn+ 型ソース領域44を設けるとともに、n+ 型チャネル領域43と接するようにp+ 型ドレイン領域47を設け、このn+ 型チャネル領域43とp+ 型ドレイン領域47で形成されるpn接合48を覆うようにゲート酸化膜45を介してゲート電極46を設ける。
【0006】
また、第1層間絶縁膜49を介してW負荷抵抗層50を設けたのち、第2層間絶縁膜51を設けるとともに、この第2層間絶縁膜51に設けたコンタクトホールを介してW負荷抵抗層50の一端に接続する電源電極52、W負荷抵抗層50の他端に接続するとともにp+ 型ドレイン領域47に接するドレイン電極53、及び、n+ 型ソース領域44に接するソース電極54を設けたものである。
【0007】
図7(b)参照
図7(b)は、図7(a)に示した従来のpn接合1トランジスタSRAMの1メモリセルの等価回路であり、電源電極52には電源電位Vddが印加されるとともに、ソース電極にはソース電位Vs (図においては接地電位)が印加され、ゲート電極46に印加するゲート電位Vg によって、ドレイン電極53に出力されるドレイン電位Vd を制御するものである。
【0008】
図7(c)参照
図7(c)は、pn接合1トランジスタSRAMのId −Vd 特性図であり、ゲート電位Vg を印加することによってpn接合48の空乏層の厚さを制御し、それによってN字型の負性微分抵抗特性を得るものである。
【0009】
この場合、実線で示すpn接合48負性微分抵抗と破線で示すW負荷抵抗層50の負荷抵抗との交点が2つの安定な状態を与え、ゲート電位Vg により負性微分抵抗電流を制御することで2つの状態の電圧、即ち、High状態H(VH )とLow状態L(VL )とを制御することができる。
【0010】
この様な安定な2つの電圧状態の内の一方の状態を、信号入力がない限り保持することによって、1個のゲート電極付きpn接合のみでSRAM(スタティック・ランダム・アクセス・メモリ)特性が得られるものである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この様なpn接合1トランジスタSRAMにはデータを不揮発に保持できるという機能がないため、例えば、パソコンのようなシステムにおいては、必ず不揮発メモリと共存し、不揮発メモリからデータを読み込んだり、データを格納したりする必要がある。
【0012】
そのため、システム全体として見た際、メモリ間の配線による消費電力、作製工程のロスが大きく、低消費電力化、低価格化は困難であるという問題がある。
【0013】
したがって、本発明は、不揮発データ保持機能を持たせることによって、さらなる低消費電力化、低価格化を実現することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
図1は本発明の原理的構成の説明図であり、この図1を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図1(a)は、1メモリセルの概念的構成図であり、図1(b)はId −Vd 特性図であり、図における符号7,10は夫々、第2ゲート絶縁膜及び素子分離絶縁膜である。
図1(a)及び(b)参照
上述の目的を達成するために、本発明は、不揮発データ保持機能付きスタティック・ランダム・アクセス・メモリにおいて、一導電型半導体基板1に一導電型ドレイン領域4、逆導電型チャネル領域2、及び、逆導電型ソース領域3を設けるとともに、一導電型ドレイン領域4と逆導電型チャネル領域2とで形成されるpn接合を覆うようにフローティング及びゲート電極8を設け、且つ、一導電型ドレイン領域4と一端において電気的接するように負荷抵抗9を設けたことを特徴とする。
なお、本発明における一導電型半導体基板とは、一導電型半導体基板のみならず逆導電型半導体基板に設けられた一導電型ウエル領域等を含むものである。
【0015】
即ち、本発明は、pn接合1トランジスタSRAMにフローティングゲート6を付加することで、素子の面積を増加させることなく、SRAMに不揮発に情報を保持できる機能を追加し、素子の高機能化を図るものであり、それによって、データを格納するシステム全体としての素子数を減らし、メモリセル間の配線による消費電力及び作製工程のロスを低減し、低消費電力、低価格化を実現することができる。
【0016】
この場合、負荷抵抗9の他端に電源電圧Vddを印加し、上記フローティングゲート6に逆導電型キャリアが存在しない状態でドレイン電極電位Vd は負性微分抵抗による高状態Hと低状態Lの2つの状態をとり、上記フローティングゲート6に逆導電型キャリアが存在する状態ではpn接合は負性微分抵抗を示さず、ドレイン電極電位Vd が前記高状態Hとは別の安定な高状態H′を取るように、フローティングゲート6の膜厚、及び、該フローティングゲート6と一導電型半導体基板1との間に介在させる第1ゲート絶縁膜5の膜厚を調整する必要がある。
【0017】
この様なpn接合トランジスタSRAMを動作させる場合には、フローティングゲート6に逆導電型キャリアがない状態で、負性微分抵抗と負荷抵抗9との交点が2つの安定な動作点に対応し、その中の高状態Hを電源切断後にフローティングゲート6に逆導電型キャリアがある状態での上記安定な動作点H′に移動させ、低状態Lを電源切断後に前記フローティングゲート6に逆導電型キャリアがない状態での安定な動作点に移動させる。
【0018】
また、情報を不揮発に保持させる場合には、電源電圧Vddを切断する前に、外部センスアンプ回路により高状態H或いは低状態Lのいずれの状態であるかをセンスし、低状態Lではそのまま電源を切り、高状態Hでは上記ゲート電極8と逆導電型ソース領域3と間に上記フローティングゲート6に逆導電型キャリアを注入する極性のバイアスを印加して前記フローティングゲート6に逆導電型キャリアを注入し、上記安定な動作点H′に移動させた後、電源を切断すれば良い。
【0019】
また、情報を不揮発に保持した状態から復帰させる場合には、電源電圧Vddを印加し、外部回路により一度ドレイン電圧Vd を0Vにした後、安定点に移動させ、安定点におけるドレイン電圧Vd をラッチし、上記ゲート電極8と逆導電型ソース領域3間に逆導電型キャリアを放出する極性のバイアスを印加し、上記フローティングゲート6に逆導電型キャリアが蓄積されている場合には、逆導電型キャリアを放出させた後、前記ラッチしたドレイン電圧Vd を印加し安定点に移動させれば良い。
【0020】
この場合、ラッチしたドレイン電圧Vd が低状態L、即ち、電源電圧印加前、フローティングゲート6に逆導電型キャリアがない場合には、ドレイン電圧Vd は低状態Lに、電源電圧印加前、フローティングゲート6に逆導電型キャリアがあった場合には、ドレイン電圧Vd は高状態Hになり、SRAMの高状態H,低状態Lの2つの状態を電源電圧を一度オフにし、再度印加した際に、それぞれの状態に戻すことができ、SRAMチップ内で不揮発に情報を保持できる機能を付加することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
ここで、図2乃至図5を参照して、本発明の第1の実施の形態の不揮発データ保持機能付きSRAMを説明するが、まず、図2乃至図4を参照して製造工程を説明する。
図2(a)参照
まず、例えば、B(ボロン)が1×1016cm-3ドープされたp型シリコン基板11に選択的に素子分離酸化膜12を形成したのち、レジストパターン13を設け、このレジストパターン13をマスクとして、素子分離酸化膜12で囲まれた活性化領域のドレイン領域を除く領域にAsイオン14を濃度が、例えば、1×1019cm-3となるように注入し、n+ 型チャネル領域16及びn+ 型ソース領域17となるn+ 型領域15を形成する。
【0022】
図2(b)参照
次いで、レジストパターン13を除去したのち、ドライ酸化により露出表面に、厚さが、例えば、4nmの第1ゲート酸化膜18を形成し、次いで、フローティングゲートとなる厚さが、例えば、10nmのノン・ドープ多結晶シリコン層19を堆積する。
【0023】
次いで、再び、ドライ酸化によりノン・ドープ多結晶シリコン層19の表面に、厚さが、例えば、4 nmの第2ゲート酸化膜20を形成したのち、厚さが、例えば、300nmのノン・ドープ多結晶シリコン層21を堆積させる。
【0024】
図3(c)参照
次いで、幅が、例えば、300nmのレジストパターン22を設け、このレジストパターン22をマスクとしてエッチングを行うことによって、ゲート電極24/第2ゲート酸化膜20/フローティング23/第1ゲート酸化膜18からなるゲート構造体を形成する。
【0025】
図3(d)参照
次いで、レジストパターン22を除去したのち、新たにn+ 型ソース領域17を覆うレジストパターン25を形成し、このレジストパターン25をマスクとして、Bイオン26を濃度が、例えば、1×1019cm-3となるように注入することによってp+ 型ドレイン領域27を形成し、n+ 型チャネル領域との間にpn接合28を形成するとともに、ゲート電極24をp型に変換する。
なお、フローティングゲート23はノン・ドープのままである。
【0026】
図4(e)参照
次いで、レジストパターン25を除去したのち、熱CVD法を用いてSiO2 膜からなる第1層間絶縁膜29を形成し、次いで、全面にW膜を堆積させたのち、所定の抵抗値が得られるようにパターニングすることによってW負荷抵抗層30を形成する。
【0027】
図4(f)参照
次いで、全面にBPSG膜からなる第2層間絶縁膜31を形成したのち、所定の位置にコンタクトホールを形成し、次いで、全面に、厚さが、例えば、300nmのAl膜を堆積させることによって、W負荷抵抗層30の一端に接続する電源電極32、W負荷抵抗層30の他端とp+ 型ドレイン領域27に接続するドレイン電極33、及び、n+ 型ソース領域17に接続するソース電極34を形成することによって、不揮発データ保持機能付きSRAMの基本構成が完成する。
【0028】
なお、この不揮発データ保持機能付きSRAMにおける第1ゲート酸化膜18及びフローティングゲート23の厚さは、フローティングゲート23に電子がある状態で、pn接合28が負性微分抵抗を示さず、ドレイン電位Vd が後述する図5(c)に示す安定点H′の状態をとるように調整する必要がある。
【0029】
次に、図5を参照して、不揮発データ保持機能付きSRAMの動作を説明する。
図5(a)参照
図5(a)は、本発明の第1の実施の形態の不揮発データ保持機能付きSRAMの等価回路図であり、通常の動作状態においては、フローティングゲート23には電子は注入されておらず、ソース電極34は接地電位Vs にされるとともに、電源電極32には電源電圧Vddが印加され、ゲート電極24に印加する正のゲート電位Vg によってpn接合28の空乏層の厚さを制御して、N字型の負性微分抵抗が現れるようにする。
なお、ゲート電位Vg が0または負である場合には、pn接合28にN字型の負性微分抵抗は現れず、なまったダイオード特性を示すことになる。
【0030】
図5(c)参照
この場合、従来のpn接合1トランジスタSRAMと全く同様に、実線で示すpn接合28による▲1▼の負性微分抵抗と、破線で示すW負荷抵抗層30による負荷抵抗との2つの交点が2つの安定な動作点L,Hに対応し、この動作点L,Hを夫々“0”及び“1”に対応させることによってSRAM動作が可能になる。
【0031】
次に、情報を不揮発で保持する方法を説明する。
まず、電源電圧Vddを切断する前に、外部センスアンプ回路により各メモリセルのドレイン電位Vd がHigh(H)とLow(L)のいずれの状態のいずれかであるかをセンスし、Lowの状態のメモリセルにおいてはそのまま電源を切る。
【0032】
図5(b)及び図5(c)参照
一方、ドレイン電位Vd がHighの状態のメモリセルにおいては、ゲート電極24とソース電極34の間に正バイアスを印加し、フローティングゲート23に電子を注入し、図5(c)において細い実線で示す▲2▼のなまったダイオード特性と破線で示すW負荷抵抗層30による負荷抵抗と交点である安定点H′に移動させた後、電源を切る。
【0033】
次に、電源を切断したのち、再び電源を投入する場合の保持データの復帰方法を説明する。
まず、再び電源電圧Vddを印加した際、外部回路によりドレイン電位Vd を一旦0Vにした後、安定点に移動させ、その電位Vd (LまたはH′)をラッチし、ゲート電極24とソース電極34との間に負バイアスを印加する。
【0034】
電源を切断する時点で、ドレイン電位Vd がLのメモリセルにおいては、フローティングゲート23に電子が注入されていないので、微分負性抵抗が現れ、ドレイン電位Vd が再びLに復帰する。
【0035】
一方、電源を切断する時点で、ドレイン電位Vd がHのメモリセルにおいては、フローティングゲート23に電子が蓄積されているので、印加された負バイアスによって電子は放出され、電子を放出したのちラッチした電位H′を印加して負性微分抵抗に起因する安定点Hに移動させる。
【0036】
この様に、本発明の第1の実施の形態においてはフローティングゲートを設けるだけでSRAMのHigh、Lowの2つの状態を電源電圧を一度オフにし、再度印加した際に、それぞれの状態に戻すことができ、SRAMチップ内で不揮発に情報を保持できる機能を付加することができる。
【0037】
したがって、メモリセル面積は従来のpn接合1トランジスタSRAMと全く同じであるのでSRAM自体の集積度が低下することがなく、且つ、パーソナルコンピュータ等のシステム全体においてSRAM以外に不揮発性メモリを併用する必要がなくなるので、メモリ間の配線による消費電力や作製工程のロスを低減することができ、それによって、低消費電力化や低価格化が可能になる。
【0038】
なお、電源のoff時及びon時におけるフローティングゲート23に対する電子の注入或いは引き抜きに10-6秒程度かかるが、SRAM動作においては、他のSRAMと同様の高速動作が可能である。
【0039】
次に、図6を参照して、本発明の第2の実施の形態の不揮発データ保持機能付きSRAMの製造工程を説明する。
図6(a)参照
まず、上記の本発明の第1の実施の形態と全く同様に図2(a)乃至図3(c)の工程によってゲート構造体を形成したのち、ゲート構造体及びドレイン形成領域を覆うように新たなレジストパターン35を設け、次いで、このレジストパターン35をマスクとしてAsイオン36を相対的に高エネルギーで、例えば、1×1019cm-3の濃度になるように注入することによってn+ 型チャネル領域16より深いn+ 型ソース領域37を形成する。
【0040】
以降は、再び、図3(d)乃至図4(f)の工程を経ることによって、n+ 型ソース領域37の形状以外は上記の第1の実施の形態とほぼ同じ構成の不揮発データ保持機能付きSRAMの基本構造が完成する。
【0041】
この第2の実施の形態においては、n+ 型ソース領域37を深く形成しているので、ソース電極34を形成する際に、Alの突き抜けによる短絡等が発生することがない。
この場合、ドレイン領域は、p型シリコン基板と同導電型のp型であるので深く形成する必要がない。
【0042】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した数値、条件等に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態においては、電源切断時の情報を不揮発に保持するためにフローティングゲートを設けているが、従来の他の不揮発性メモリと同様に、ノン・ドープ多結晶シリコン層の代わりにSiN膜を用い、SiO2 /SiN界面における界面準位を利用して電子をトラップしても良いものである。
【0043】
また、上記の各実施の形態においては、負荷抵抗としてW負荷抵抗層を用いているが、他の金属や多結晶シリコンを用いた負荷抵抗としても良く、さらには、半導体基板の表面に形成した拡散抵抗を負荷抵抗としても良いものである。
【0044】
また、上記の各実施の形態においては、チャネル領域を走行するキャリアを電子としているが、電子に限られるのではなく、正孔としても良いものであり、その場合には、各領域の導電型を全て反転させるとともに、印加するバイアスの極性も全て反転させれば良い。
【0045】
【発明の効果】
本発明によれば、pn接合1トランジスタSRAMにフローティングゲートを設けているので、面積を増大させることなく不揮発データ保持機能を付加することができ、それによって、パーソナルコンピュータ等のシステム全体の簡素化、低消費電力化、低コスト化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態の図2以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態の図3以降の製造工程の説明図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態のSRAMの動作の説明図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図7】従来のpn接合1トランジスタSRAMの説明図である。
【符号の説明】
1 一導電型半導体基板
2 逆導電型チャネル領域
3 逆導電型ソース領域
4 一導電型ドレイン領域
5 第1ゲート絶縁膜
6 フローティングゲート
7 第2ゲート絶縁膜
8 ゲート電極
9 負荷抵抗
10 素子分離絶縁膜
11 p型シリコン基板
12 素子分離酸化膜
13 レジストパターン
14 Asイオン
15 n+ 型領域
16 n+ 型チャネル領域
17 n+ 型ソース領域
18 第1ゲート酸化膜
19 ノン・ドープ多結晶シリコン層
20 第2ゲート酸化膜
21 ノン・ドープ多結晶シリコン層
22 レジストパターン
23 フローティングゲート
24 ゲート電極
25 レジストパターン
26 Bイオン
27 p+ 型ドレイン領域
28 pn接合
29 第1層間絶縁膜
30 W負荷抵抗層
31 第2層間絶縁膜
32 電源電極
33 ドレイン電極
34 ソース電極
35 レジストパターン
36 Asイオン
37 n+ 型ソース領域
41 p型シリコン基板
42 素子分離酸化膜
43 n+ 型チャネル領域
44 n+ 型ソース領域
45 ゲート酸化膜
46 ゲート電極
47 p+ 型ドレイン領域
48 pn接合
49 第1層間絶縁膜
50 W負荷抵抗層
51 第2層間絶縁膜
52 電源電極
53 ドレイン電極
54 ソース電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a static random access memory (SRAM) with a nonvolatile data holding function, and in particular, an element for making a low-cost memory element non-volatile that operates at high speed and can be integrated on a large scale. The present invention relates to a static random access memory with a nonvolatile data holding function, which is characterized by its structure and operation method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the widespread use of high-speed data communication, electronic devices and systems for performing data communication at high speed and with low power consumption are required to have lower prices, higher speed, and lower power consumption.
[0003]
One of the electronic devices used for such data communication is SRAM (Static Random Access Memory). Conventional SRAM elements are high-speed, low power consumption with power supply voltage applied as a single element. It can be operated with
[0004]
In particular, a pn-junction one-transistor SRAM capable of forming an SRAM with one transistor and reducing the chip area has been proposed as a low-cost, highly-integrated SRAM. Here, with reference to FIG. A pn junction 1-transistor SRAM will be described.
[0005]
FIG. 7A is a schematic cross-sectional view of one memory cell of a conventional pn junction 1-transistor SRAM, and an element surrounded by an element isolation oxide film 42 provided on a p-
[0006]
In addition, after providing the W
[0007]
FIG. 7B is an equivalent circuit of one memory cell of the conventional pn junction 1-transistor SRAM shown in FIG. 7A, and the power supply potential V dd is applied to the
[0008]
Reference to FIG. 7C FIG. 7C is an I d -V d characteristic diagram of a pn junction 1-transistor SRAM. The gate potential V g is applied to control the thickness of the depletion layer of the
[0009]
In this case, the intersection of the
[0010]
By maintaining one of these two stable voltage states as long as there is no signal input, SRAM (Static Random Access Memory) characteristics can be obtained with only one pn junction with a gate electrode. It is what
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, since such a pn junction one-transistor SRAM does not have a function of holding data in a nonvolatile manner, for example, in a system such as a personal computer, it always coexists with a nonvolatile memory, and data is read from the nonvolatile memory. Need to be stored.
[0012]
Therefore, when viewed as a whole system, there is a problem that power consumption due to wiring between memories and a loss of a manufacturing process are large, and it is difficult to reduce power consumption and cost.
[0013]
Accordingly, an object of the present invention is to realize further reduction in power consumption and price by providing a nonvolatile data holding function.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle configuration of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
1A is a conceptual configuration diagram of one memory cell, FIG. 1B is an I d -V d characteristic diagram, and
1A and 1B, in order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a one-conductivity
The one-conductivity-type semiconductor substrate in the present invention includes not only a one-conductivity-type semiconductor substrate but also a one-conductivity-type well region provided on the reverse-conductivity-type semiconductor substrate.
[0015]
That is, according to the present invention, by adding the floating gate 6 to the pn junction one-transistor SRAM, a function capable of holding information in a nonvolatile manner is added to the SRAM without increasing the area of the element, and the function of the element is improved. As a result, the number of elements as a whole system for storing data can be reduced, power consumption due to wiring between memory cells and loss of manufacturing process can be reduced, and low power consumption and low price can be realized. .
[0016]
In this case, the power supply voltage V dd is applied to the other end of the load resistor 9, and the drain electrode potential V d is in the high state H and the low state L due to the negative differential resistance in a state where there is no reverse conductivity type carrier in the floating gate 6. The pn junction does not exhibit negative differential resistance when the floating gate 6 has a reverse conductivity type carrier, and the drain electrode potential V d is a stable high state different from the high state H. It is necessary to adjust the thickness of the floating gate 6 and the thickness of the first gate insulating film 5 interposed between the floating gate 6 and the one-conductivity-type semiconductor substrate 1 so as to take H ′.
[0017]
When such a pn junction transistor SRAM is operated, the intersection of the negative differential resistance and the load resistance 9 corresponds to two stable operating points in the state where there is no reverse conductivity type carrier in the floating gate 6. The intermediate high state H is moved to the stable operating point H ′ in the state where the floating gate 6 has the reverse conductivity type carrier after the power supply is cut off, and the reverse conductivity type carrier is transferred to the floating gate 6 after the low state L is turned off. Move to a stable operating point in the absence.
[0018]
Further, when information is held in a nonvolatile manner, before the power supply voltage V dd is cut off, the external sense amplifier circuit senses whether the state is the high state H or the low state L. In the high state H, the bias is applied between the
[0019]
Further, when returning from a state in which information is held in a non-volatile state, the power supply voltage V dd is applied, the drain voltage V d is once set to 0 V by an external circuit, then moved to a stable point, and the drain voltage V at the stable point is set. When d is latched, a bias having a polarity that discharges the reverse conductivity type carrier between the
[0020]
In this case, when the latched drain voltage V d is in the low state L, that is, before the power supply voltage is applied, and the floating gate 6 has no reverse conductivity type carrier, the drain voltage V d is in the low state L, before the power supply voltage is applied, When there is a reverse conductivity type carrier in the floating gate 6, the drain voltage V d becomes the high state H, and the power supply voltage is turned off once in two states of the SRAM high state H and low state L, and is applied again. At this time, it is possible to return to the respective states and to add a function capable of holding information in a nonvolatile manner in the SRAM chip.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Here, the SRAM with nonvolatile data holding function according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 5. First, the manufacturing process will be described with reference to FIGS. .
2A. First, for example, after an element
[0022]
2B, after the resist
[0023]
Next, after the second
[0024]
Next, referring to FIG. 3C, a resist
[0025]
Next, after removing the resist
The floating
[0026]
Next, referring to FIG. 4E, after removing the resist
[0027]
Next, after forming a second
[0028]
Note that the thickness of the first
[0029]
Next, the operation of the SRAM with a nonvolatile data holding function will be described with reference to FIG.
Reference to FIG. 5A FIG. 5A is an equivalent circuit diagram of the SRAM with the nonvolatile data holding function according to the first embodiment of the present invention. not been implanted, with the
When the gate potential V g is 0 or negative, an N-shaped negative differential resistance does not appear in the
[0030]
See FIG. 5C. In this case, in the same manner as in the conventional pn junction 1-transistor SRAM, the negative differential resistance of (1) due to the
[0031]
Next, a method for holding information in a nonvolatile manner will be described.
First, before cutting the power supply voltage V dd , the external sense amplifier circuit senses whether the drain potential V d of each memory cell is in a high (H) or low (L) state, and low In the memory cell in this state, the power is turned off as it is.
[0032]
5B and 5C, on the other hand, in the memory cell in which the drain potential V d is High, a positive bias is applied between the
[0033]
Next, a method for restoring stored data when the power is turned off and then turned on again will be described.
First, when the power supply voltage V dd is applied again, the drain potential V d is once set to 0 V by an external circuit, then moved to a stable point, the potential V d (L or H ′) is latched, and the
[0034]
At the time when the power supply is cut off, in the memory cell whose drain potential V d is L, since electrons are not injected into the floating
[0035]
On the other hand, in the memory cell whose drain potential Vd is H when the power supply is cut off, electrons are accumulated in the floating
[0036]
As described above, in the first embodiment of the present invention, when the power supply voltage is turned off once and the power supply voltage is turned off once again only by providing the floating gate, the state is restored to the respective state. And a function capable of holding information in a nonvolatile manner in the SRAM chip can be added.
[0037]
Therefore, since the memory cell area is exactly the same as that of a conventional pn junction 1-transistor SRAM, the integration degree of the SRAM itself does not decrease, and it is necessary to use a nonvolatile memory in addition to the SRAM in the entire system such as a personal computer. Therefore, it is possible to reduce power consumption and manufacturing process loss due to wiring between memories, thereby reducing power consumption and price.
[0038]
Although it takes about 10 −6 seconds to inject or withdraw electrons from the floating
[0039]
Next, with reference to FIG. 6, the manufacturing process of the SRAM with a nonvolatile data holding function according to the second embodiment of the present invention will be described.
6A First, after forming the gate structure by the steps of FIGS. 2A to 3C exactly as in the first embodiment of the present invention, the gate structure and the drain are formed. A new resist
[0040]
Thereafter, the non-volatile data holding function having substantially the same configuration as that of the first embodiment except for the shape of the n +
[0041]
In the second embodiment, since the n +
In this case, since the drain region is p-type having the same conductivity type as the p-type silicon substrate, it is not necessary to form it deeply.
[0042]
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the numerical values, conditions, and the like described in the embodiments, and various modifications can be made.
For example, in each of the above embodiments, a floating gate is provided in order to hold information when power is turned off in a nonvolatile manner. However, as in other conventional nonvolatile memories, the non-doped polycrystalline silicon layer Instead, an SiN film may be used to trap electrons using the interface state at the SiO 2 / SiN interface.
[0043]
In each of the above embodiments, the W load resistance layer is used as the load resistance. However, a load resistance using other metal or polycrystalline silicon may be used. Furthermore, the load resistance layer may be formed on the surface of the semiconductor substrate. A diffused resistor may be used as a load resistor.
[0044]
Further, in each of the above embodiments, the carriers traveling in the channel region are electrons, but are not limited to electrons, and may be holes. In that case, the conductivity type of each region And all the polarities of the applied biases may be reversed.
[0045]
【Effect of the invention】
According to the present invention, since the floating gate is provided in the pn junction 1-transistor SRAM, a nonvolatile data holding function can be added without increasing the area, thereby simplifying the entire system such as a personal computer, A major contribution to lower power consumption and cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of the manufacturing process up to the middle of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of the manufacturing process until the middle of FIG. 2 and subsequent steps of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the manufacturing process after FIG. 3 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of the SRAM according to the first embodiment of this invention;
FIG. 6 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to the second embodiment of this invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional pn junction 1-transistor SRAM.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1 conductivity
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