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JPS61240498A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JPS61240498A
JPS61240498A JP60081321A JP8132185A JPS61240498A JP S61240498 A JPS61240498 A JP S61240498A JP 60081321 A JP60081321 A JP 60081321A JP 8132185 A JP8132185 A JP 8132185A JP S61240498 A JPS61240498 A JP S61240498A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resistance element
layer
voltage
node
negative
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP60081321A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Wada
恭雄 和田
Yasuhiro Shiraki
靖寛 白木
Kiyokazu Nakagawa
清和 中川
Katsuhiro Shimohigashi
下東 勝博
Toru Nakamura
徹 中村
Kazuo Nakazato
和郎 中里
Shinichiro Kimura
紳一郎 木村
Shiyoujirou Kanjiyou
菅城 象二郎
Hitoshi Kume
久米 均
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP60081321A priority Critical patent/JPS61240498A/en
Publication of JPS61240498A publication Critical patent/JPS61240498A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C2211/00Indexing scheme relating to digital stores characterized by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C2211/56Indexing scheme relating to G11C11/56 and sub-groups for features not covered by these groups
    • G11C2211/561Multilevel memory cell aspects
    • G11C2211/5614Multilevel memory cell comprising negative resistance, quantum tunneling or resonance tunneling elements

Landscapes

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

Abstract

PURPOSE:To increase the degree of integration by constituting a 1-bit S-RAM cell with 3 elements, namely, a resistance element whose current/voltage characteristics is linear, a negative resistance element whose current-voltage characteristics become negative in the intermediate zone and a transistor having switching characteristics. CONSTITUTION:The memory cell is comprised of a switching element 1, a resistance element 2 with linear current-voltage characteristics and a negative resistance element 3 whose current-voltage characteristics become negative at the intermediate zone of the characteristics curve. When a constant DC voltage Vcc is impressed on the series connected circuit of the resistance element 2 and the negative resistance element 3, the current I and voltage V in a node 4 are obtained as to stable points, I1, V1 and I2, V2. In reading the contents stored in the cell, set the word line to H and apply voltage of the node 4 on the data line and detect V1 or V2. For example, impress 5V or OV on the data line and with the word line set at H, write '1' or '0' state in the node 4.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は新しいメモリ・セル構造を備えた半導体装置に
係り、特に、高集積化を可能とする1面積の小さいスタ
ティック・ランダム・アクセス・メモリ(以下5−RA
Mと略称する)セル構造を備えた半導体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a semiconductor device with a new memory cell structure, and in particular to a small static random access memory (1 area) that enables high integration. Below 5-RA
The present invention relates to a semiconductor device having a cell structure (abbreviated as M).

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来の5−RAMセルは、通常6個の素子から。 A conventional 5-RAM cell typically consists of 6 elements.

すなわち、6個のトランジスタからか、あるいは2個の
抵抗と4個のトランジスタから、成っており、したがっ
て面積的に縮小が困難で、ダイナミック・ランダム・ア
クセス・メモリ(以下D−RAMと略称する)セルのよ
うに2素子(1個のトランジスタと1個のキャパシタ)
から成る半導体集積回路装置と比較して、同一の加工技
術を用いたのでは集積度は1/4にしかならなかった。
In other words, it consists of six transistors or two resistors and four transistors, so it is difficult to reduce the area, and it is a dynamic random access memory (hereinafter abbreviated as D-RAM). Two elements like a cell (one transistor and one capacitor)
Compared to a semiconductor integrated circuit device consisting of a semiconductor integrated circuit device, the degree of integration was only 1/4 when the same processing technology was used.

例えば、2/1mの加工技術を用いる場合、D−RAM
では256にビット(より正確には262,144ビツ
ト)を1チツプ上に集積可能であるのに対し、5−RA
Mでは64にビット(65,536ビツト)とD−RA
Mの174のビット数が集積可能であるに過ぎない。こ
の理由は、前述のように、セルを構成する素子数が6個
と多いためである。
For example, when using 2/1m processing technology, D-RAM
256 bits (more precisely 262,144 bits) can be integrated on one chip, whereas 5-RA
M has 64 bits (65,536 bits) and D-RA
Only 174 bits of M can be integrated. The reason for this is that, as described above, the number of elements constituting the cell is as large as six.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、3素子で1ビツトの5−RAMセルを
構成することができ、同一の加工技術を用いてD−RA
Mと同じ集積度の5−RAMの実現を可能とする半導体
装置を提供することにある。
An object of the present invention is to be able to configure a 1-bit 5-RAM cell with three elements, and to use the same processing technology to create a D-RAM cell.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that makes it possible to realize a 5-RAM with the same degree of integration as M.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の特徴は、上記目的を達成するために、電流対電
圧特性が直線性の抵抗素子と、電流対電圧特性が中間領
域で負になる負性抵抗素子と、スイッチング特性を持つ
トランジスタとが同一の半導体基板上に形成されており
、かつ、上記抵抗素子と上記負性抵抗素子とが直列接続
され、その接続部に上記トランジスタが接続されて5−
RAMセルを構成していることにある。
The present invention is characterized in that, in order to achieve the above object, a resistance element whose current-to-voltage characteristic is linear, a negative resistance element whose current-to-voltage characteristic becomes negative in the intermediate region, and a transistor having switching characteristics. 5- are formed on the same semiconductor substrate, the resistance element and the negative resistance element are connected in series, and the transistor is connected to the connection portion thereof;
The reason is that it constitutes a RAM cell.

第1図は本発明における5−RAMセルの動作原理を説
明するための基本回路構成図、第2図は第1図中のノー
ド(節)4における電流(I)−電圧(V)特性図であ
る。本発明によるメモリセルは、1個のスイッチング素
子1と、電流対電圧特性が直線性の1個の抵抗素子2と
、電流対電圧特性が特性曲線の中間領域において負にな
る1個の負性抵抗素子とから成る。その動作原理は、第
2図に示したノード(節)4におけるI−V曲線から明
らかなように、負性抵抗素子3による特性曲線と、抵抗
値Rの抵抗素子2によるVCC−RI直線(Vccは印
加電圧)との交点として決まる2つの安定点(工□、v
1)、(I2、V2)のノード(節)4における電圧v
1、■2を、スイッチング素子1によって検出するもの
である。
Fig. 1 is a basic circuit configuration diagram for explaining the operating principle of the 5-RAM cell in the present invention, and Fig. 2 is a current (I)-voltage (V) characteristic diagram at node 4 in Fig. 1. It is. The memory cell according to the present invention includes one switching element 1, one resistance element 2 whose current-voltage characteristic is linear, and one negative resistance element whose current-voltage characteristic is negative in the middle region of the characteristic curve. It consists of a resistance element. As is clear from the IV curve at node 4 shown in FIG. Vcc is the applied voltage).
1), the voltage v at node 4 of (I2, V2)
1 and (2) are detected by the switching element 1.

3素子より成る第1図構成の、5−RAMとしてのメモ
リ読出し/書込み動作を、第1図および第2図を用いて
説明する。第1図に示した抵抗素子2と負性抵抗素子3
との直列接続回路に一定の直流電圧VCCを印加するこ
とにより、直列接続の中間接続点であるノード(節)4
における電流工と電圧Vは、2つの安定点I0.V工お
よび工2゜■、として得られる。このV工およびv2を
、ノード(節)4に一方端が接続されているスイッチン
グ素子1により検知する。すなわち、セルに格納されて
いる内容を読出す場合には、スイッチング素子1のワー
ド線を“High”にすれば、ノード(節)4の電圧が
データ線に印加され、この電圧をデータ線に接続されて
いる電圧測定手段(図示省略)により測定することによ
り、vlあるいはv2が検知される。この電圧差は、抵
抗素子2に印加する電圧V c cと、抵抗素子2の抵
抗値の大きさによって決まるが、例えばVCCを5v、
抵抗値を1〜LOGΩ程度とすると論理レベルR1j#
状態を4.5v、レベル“O”状態を0.2v程度とす
ることができ、論理振幅が数Vとなり、これは通常のD
−RAMの論理振幅が50mV程度であるのに比較して
約100倍の大きさであり、大規模集積化に適する。
Memory read/write operations as a 5-RAM of the configuration shown in FIG. 1, which is composed of three elements, will be explained using FIGS. 1 and 2. Resistance element 2 and negative resistance element 3 shown in FIG.
By applying a constant DC voltage VCC to the series connection circuit, node 4, which is the intermediate connection point of the series connection,
The current and voltage V at are at two stable points I0. Obtained as V and 2゜■. This V and v2 are detected by the switching element 1 whose one end is connected to the node 4. That is, when reading the contents stored in a cell, by setting the word line of switching element 1 to "High", the voltage of node (node) 4 is applied to the data line, and this voltage is applied to the data line. By measuring with a connected voltage measuring means (not shown), vl or v2 is detected. This voltage difference is determined by the voltage Vcc applied to the resistance element 2 and the resistance value of the resistance element 2. For example, if VCC is 5V,
If the resistance value is about 1~LOGΩ, the logic level R1j#
The state can be set to 4.5V, and the level “O” state can be set to about 0.2V, and the logic amplitude is several V, which is different from the normal D
- It is about 100 times larger than the logic amplitude of RAM, which is about 50 mV, and is suitable for large-scale integration.

一方、メモリ内容の書込みの場合には、データ線に5v
あるいはOvを印加し、ワード線を” High ″に
することにより、ノード(節)4に“1”あるいは“0
”状態が書込まれる。この時、スイッチング素子1には
、負性抵抗素子3の電流対電圧特性から得られる電流が
流れ、第2図における2つの安定点(工0、Vよ)およ
び(I!、V、)の2状態間を移動する。書込み時のス
イッチ速度は、スイッチング素子1のトランス・コンダ
クタンスで決まるから、スイッチング素子1のトランス
・コンダクタンスを大きくすることが重要である。
On the other hand, when writing memory contents, 5V is applied to the data line.
Alternatively, by applying Ov and making the word line "High", the node (node) 4 is set to "1" or "0".
"state is written. At this time, a current obtained from the current vs. voltage characteristic of the negative resistance element 3 flows through the switching element 1, and the two stable points (0, V) and ( I!, V, ).The switching speed during writing is determined by the transconductance of the switching element 1, so it is important to increase the transconductance of the switching element 1.

以上のように、第1図構成の3素子より成るメモリセル
は、記憶されているデータを破壊せずに読出すことがで
き、また、常に情報を保持できているため、5−RAM
としての動作を行うことになる。
As described above, the memory cell consisting of the three elements shown in FIG. 1 can read the stored data without destroying it, and can always retain information.
The operation will be performed as follows.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下本発明の実施例装置とその製造工程例について述べ
る。
An example device of the present invention and an example of its manufacturing process will be described below.

実施例 1 本実施例では5−RAMセルとしての基本構造をもつ装
置について第3図(、)、(b)に示す断面図を用いて
述べる。まず、第3図(a)に示すように、シリコン基
板11に、ゲート絶縁膜12、ゲート13を形成した後
、表面濃度1o20■−3のソース14.ドレイン15
を形成する。ここで、ソース14およびドレイン15の
表面濃度は、デバイスの完成段階でトンネル接合を形成
するのに十分な値、すなわち、バンドの縮退が始まる1
0”an−”以上である必要がある。次に、第3図(b
)に示すように、ドレイン15上に高濃度エピタキシャ
ル層16を形成し、さらにドレイン15と電気的に接続
する高抵抗層10を形成する。高濃度エピタキシャル層
16の不純物濃度は、バンドの縮退が始まる10”(!
11−’以上とする必要がある。この高濃度エピタキシ
ャル層16は、ドレイン15とトンネル接合を形成して
第1図に示した負性抵抗素子3に相当し、そして、高抵
抗層10が第1図の抵抗素子2に相当し、さらに。
Embodiment 1 In this embodiment, a device having a basic structure as a 5-RAM cell will be described using the cross-sectional views shown in FIGS. 3(a) and 3(b). First, as shown in FIG. 3(a), after forming a gate insulating film 12 and a gate 13 on a silicon substrate 11, a source 14. drain 15
form. Here, the surface concentration of the source 14 and drain 15 is set to a value sufficient to form a tunnel junction in the completed stage of the device, that is, 1, at which band degeneration begins.
Must be greater than or equal to 0"an-". Next, Figure 3 (b
), a high concentration epitaxial layer 16 is formed on the drain 15, and a high resistance layer 10 electrically connected to the drain 15 is further formed. The impurity concentration of the high concentration epitaxial layer 16 is 10'' (!) at which band degeneration begins.
It needs to be 11-' or more. This high concentration epitaxial layer 16 forms a tunnel junction with the drain 15 and corresponds to the negative resistance element 3 shown in FIG. 1, and the high resistance layer 10 corresponds to the resistance element 2 shown in FIG. moreover.

ゲート13、ソース14およびドレイン15で形成する
トランジスタがスイッチング素子1に相当する。
A transistor formed by a gate 13, a source 14, and a drain 15 corresponds to the switching element 1.

ソース14およびドレイン15と高濃度エピタキシャル
層16とは逆導電型であることが必要であり、したがっ
て、シリコン基板11と高濃度エピタキシャル層16は
同一導電型となる。
The source 14 and drain 15 and the highly doped epitaxial layer 16 need to be of opposite conductivity types, and therefore the silicon substrate 11 and the highly doped epitaxial layer 16 have the same conductivity type.

実施例 2 本実施例では第3図(b)に示した高抵抗層10の具体
例について述べる。
Example 2 In this example, a specific example of the high resistance layer 10 shown in FIG. 3(b) will be described.

第4図は第3図(b)の高抵抗層ioとして多結晶シリ
コン層(以下、poly−S i層と略)を用いる場合
で、シリコン基板11、ゲート絶縁膜12、導電体のゲ
ート13、ソース14、ドレイン15、このドレイン上
に高濃度エピタキシャル層16を順次、第3図(b)の
場合と同様に、形成し、次いで層間絶縁膜17.素子分
離用酸化膜18を形成してからpoly−8i層19を
堆積し、このpoly−S i層19のコンタクト部分
に高濃度不純物拡散層20を形成する。このpoly−
S L層19は、長さll1m当り10GΩ程度の抵抗
を与えることができるため、メモリの低電流化が可能と
なり、高性能化される。
FIG. 4 shows a case where a polycrystalline silicon layer (hereinafter abbreviated as poly-Si layer) is used as the high resistance layer io in FIG. , a source 14, a drain 15, and a high-concentration epitaxial layer 16 on this drain are formed in this order in the same manner as in FIG. 3(b), and then an interlayer insulating film 17. After forming the element isolation oxide film 18, a poly-8i layer 19 is deposited, and a high concentration impurity diffusion layer 20 is formed in the contact portion of the poly-Si layer 19. This poly-
Since the S L layer 19 can provide a resistance of about 10 GΩ per 1 m of length, it is possible to reduce the current of the memory and improve the performance.

第5図は同じく第3図(b)の高抵抗層10としてpo
ly−S i層を用いるが、構造が第4図とは異なり、
第5図(a)に示すように、基板中に溝を形成し、この
溝内部に高抵抗層としてのpoly−S i層を堆積し
て用いる例である。すなわち、第5図(a)において、
シリコン基板はn+層21上に形成した厚さ4−のp型
層22から成っており、このp型層22中に、n+層2
1に届くように幅、長さ共に1−1深さ4−以上の溝を
形成し、さらに、この溝内面に酸化あるいはCVD法に
より絶縁膜23を成長させ、溝底部の絶縁膜を除去後、
CVD法により高抵抗層としてのpoly−S i層2
5を堆積し、このpoly−S i層25の表面をn+
型にドープしてn+層24を形成する。
FIG. 5 also shows po as the high resistance layer 10 in FIG. 3(b).
ly-S i layer is used, but the structure is different from that in Fig. 4.
As shown in FIG. 5(a), this is an example in which a groove is formed in the substrate and a poly-Si layer as a high resistance layer is deposited inside the groove. That is, in FIG. 5(a),
The silicon substrate consists of a p-type layer 22 with a thickness of 4− formed on an n+ layer 21, and in this p-type layer 22, an n+ layer 2
A trench with a width and length of 1-1 and a depth of 4-1 or more is formed so as to reach 1-1, and an insulating film 23 is grown on the inner surface of this trench by oxidation or CVD, and after removing the insulating film at the bottom of the trench. ,
Poly-Si layer 2 as a high resistance layer by CVD method
5 is deposited, and the surface of this poly-Si layer 25 is n+
The n+ layer 24 is formed by doping.

一方、P型層22を基板として、第5図(b)に示すよ
うに、ゲート絶縁膜12、ゲート13、ソース14、ド
レイン15および高濃度エピタキシャル層16を第3図
実施例の場合と同様に形成し、第5図(a)のn+層2
4を、ドレイン15と高濃度エピタキシャル層16との
接合部に接続することにより、5−RAMセルが形成さ
れる。このようにして形成した溝内抵抗は、poly−
S L層25の深さにより制御でき、約10〜100G
Ω/lnnという抵抗値を実現することができる。
On the other hand, using the P-type layer 22 as a substrate, as shown in FIG. 5(b), the gate insulating film 12, gate 13, source 14, drain 15, and high concentration epitaxial layer 16 are formed in the same manner as in the embodiment of FIG. The n+ layer 2 in FIG. 5(a)
By connecting 4 to the junction between the drain 15 and the heavily doped epitaxial layer 16, a 5-RAM cell is formed. The groove resistance formed in this way is made of poly-
Can be controlled by the depth of the S L layer 25, approximately 10 to 100G
A resistance value of Ω/lnn can be achieved.

実施例 3 本実施例では、本発明による5−RAMセルのさらに具
体的な構成例とその製造工程とを、第6図(a)〜(d
)に示す断面図を用いて述べる。
Example 3 In this example, a more specific example of the configuration of the 5-RAM cell according to the present invention and its manufacturing process are shown in FIGS. 6(a) to 6(d).
).

まず、第6図(a)では、抵抗率10Ω・1のシリコン
基板11のp型(100)面を1000℃で20分間、
乾燥酸素中で酸化し、厚さ20nmの熱酸化膜26を成
長後、CVD法により厚さ50nmのシリコンナイトラ
イド(以下SL、N4と略)層27を堆積し、素子を形
成すべき領域を除いて5L3N4Ji27を除去後、チ
ャネルストッパ用イオン打込みを行い、tooo℃でウ
ェット酸化して、厚さ0.8−のフィールド酸化膜28
およびチャネルストップ拡散層29を形成する。
First, in FIG. 6(a), the p-type (100) surface of a silicon substrate 11 with a resistivity of 10Ω·1 is heated at 1000° C. for 20 minutes.
After oxidizing in dry oxygen to grow a thermal oxide film 26 with a thickness of 20 nm, a silicon nitride (hereinafter referred to as SL, abbreviated as N4) layer 27 with a thickness of 50 nm is deposited by the CVD method to form a region where an element is to be formed. After removing 5L3N4Ji27, ion implantation for a channel stopper is performed, and wet oxidation is performed at too high a temperature to form a field oxide film 28 with a thickness of 0.8-
and a channel stop diffusion layer 29 is formed.

次いで、第6図(b)では、Si、N4層27および熱
酸化膜26を除去後、 1000℃で15分間、乾燥酸
素中で酸化し、厚さ16nmのゲート絶縁膜30を成長
させた後、CVD法で厚さ0.37mのpoly−S 
i層を堆積し、n+型にドープしてゲート31を形成し
、さらにヒ素を印加電圧60keV、打込み量lXl0
”an−”という条件でイオン打込みを行い、CVD法
によりリン珪酸ガラス(以下PSGと略)層を0.6−
の厚さに堆積後、 1000℃で20分間アニールして
、ソース32、ドレイン33およびPSG層34を形成
する。この時のソース32、ドレイン33の各領域にお
けるヒ素の表面濃度は約5X10”cm−’、キャリア
数は約2X10”as−’、接合深さは約0.3t1m
である。
Next, in FIG. 6(b), after removing the Si and N4 layers 27 and the thermal oxide film 26, oxidation was performed in dry oxygen at 1000° C. for 15 minutes to grow a gate insulating film 30 with a thickness of 16 nm. , 0.37m thick poly-S by CVD method
An i-layer is deposited and doped to n+ type to form a gate 31, and arsenic is implanted at an applied voltage of 60 keV and an implant amount of lXl0.
Ion implantation was performed under the conditions of "an-", and a phosphosilicate glass (hereinafter abbreviated as PSG) layer was formed with a thickness of 0.6-
After being deposited to a thickness of 100° C., the source 32, drain 33, and PSG layer 34 are formed by annealing at 1000° C. for 20 minutes. At this time, the surface concentration of arsenic in each region of the source 32 and drain 33 is approximately 5X10"cm-', the number of carriers is approximately 2X10"as-', and the junction depth is approximately 0.3t1m.
It is.

第6図CQ)に移り、PSG層34上に、CVD法によ
り、不純物を含まない5i02層より成る層間絶縁膜3
5を厚さ0.21s堆積した後、ドレイン33の一部を
露出させCVD法によりpoly−S i層36を厚さ
0.4p堆積し、その上に不純物を含まないS i O
,層より成る層間絶縁膜37を厚さ0.24堆積。
Moving on to FIG. 6CQ), an interlayer insulating film 3 made of a 5i02 layer containing no impurities is formed on the PSG layer 34 by the CVD method.
After depositing a poly-Si layer 36 to a thickness of 0.21 s, a part of the drain 33 is exposed, and a poly-Si layer 36 is deposited to a thickness of 0.4 p by CVD, and an impurity-free SiO layer 36 is deposited thereon to a thickness of 0.4 s.
, an interlayer insulating film 37 having a thickness of 0.24 mm is deposited.

さらにドレイン33の一部を露出させて分子線エピタキ
シャル法(以下MBE法と略)によりドレイン33上に
リン・イオンP4′の高濃度エピタキシャル層38を成
長させる。この時のMBE法による成長条件は、基板温
度600℃〜800℃、成長速度約1人/secであっ
た。不純物添加は、不純物をイオン化しボロン・イオン
B+のビームの形でSiと同時に基板に照射することに
より行った。イオン電流は20μA程度であった。
Further, a part of the drain 33 is exposed and a high concentration epitaxial layer 38 of phosphorus ions P4' is grown on the drain 33 by molecular beam epitaxial method (hereinafter abbreviated as MBE method). The growth conditions for the MBE method at this time were a substrate temperature of 600° C. to 800° C. and a growth rate of about 1 person/sec. The impurity was added by ionizing the impurity and irradiating the substrate with a beam of boron ions B+ at the same time as Si. The ion current was about 20 μA.

このような成長条件により、ドレイン33上にのみ選択
的に高濃度エピタキシャル層38を成長させることがで
きる。しかしながら、選択成長は必須ではなく、全面に
シリコン結晶を成長後1通常の加工技術を用いてパター
ニングしても良い。リン・イオンP+不純物濃度は、上
記の条件でlXl0”(m−’であったが、バンドが縮
退する不純物濃度、すなわちIXIO1ga++’″3
以上であれば良い。また、高濃度エピタキシャル層38
堆積後の製造工程で使用できる最高温度は約850℃で
ある。
Under such growth conditions, the highly doped epitaxial layer 38 can be selectively grown only on the drain 33. However, selective growth is not essential, and after growing a silicon crystal over the entire surface, it may be patterned using a normal processing technique. The phosphorus ion P+ impurity concentration was lXl0"(m-' under the above conditions, but the impurity concentration at which the band degenerates, that is, IXIO1ga++'"3
Anything above that is fine. In addition, the high concentration epitaxial layer 38
The maximum temperature that can be used in the post-deposition manufacturing process is about 850°C.

さらに、第6図(d)に移り、poly−S i層36
のコンタクト部分にドーピングした後、構造上に再びC
VD法により不純物を含まないSiO□層よりなる層間
絶縁膜39を堆積し、さらにPSG層40を堆積し、こ
れらの層間絶縁膜39およびPSG層40を800℃で
7ニールして緻密化すると共にpoly−8i層36中
にn“拡散層41を形成した後、コンタクト穴あけを行
い、M配線42を形成する。
Further, moving to FIG. 6(d), the poly-Si layer 36
After doping the contact portion of the structure, C is added again to the structure.
An interlayer insulating film 39 made of an impurity-free SiO□ layer is deposited by the VD method, and a PSG layer 40 is further deposited, and the interlayer insulating film 39 and PSG layer 40 are annealed at 800° C. for 7 times to make them dense. After forming the n'' diffusion layer 41 in the poly-8i layer 36, contact holes are formed to form the M wiring 42.

本実施例において、不純物を含まないSio、層よりな
る層間絶縁膜35.37.39を堆積する理由は。
In this embodiment, the reason why the interlayer insulating films 35, 37, and 39 made of SIO layers that do not contain impurities is deposited is as follows.

poly−S i層36中にPSG層40から不純物が
拡散され、poly−S i層36に十分高い抵抗値を
保たせることが不可能になるためである。したがって、
これらの工程は1例えばPSG層が高抵抗層に接触しな
い構成の場合には不要であることは言うまでもない。
This is because impurities are diffused from the PSG layer 40 into the poly-Si layer 36, making it impossible to maintain a sufficiently high resistance value in the poly-Si layer 36. therefore,
It goes without saying that these steps are unnecessary in the case of a structure in which, for example, the PSG layer does not contact the high resistance layer.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、従来、6素子必
要であった5−RAMのセルを、3素子にすることが可
能であり、したがって高集積化が実現でき、また、負性
抵抗素子のスイッチング速度は従来のトランジスタのフ
リップフロップによるスイッチング速度に比較して非常
に速いことから、メモリとしての高速化が可能であり、
したがって、高集積化と共に高速化が同時に実現できる
ことになり、本発明の効果は大きい。
As explained above, according to the present invention, it is possible to reduce the conventional 5-RAM cell, which required six elements, to three elements. The switching speed of the element is much faster than that of conventional transistor flip-flops, so it can be used as a high-speed memory.
Therefore, high integration and high speed can be achieved at the same time, and the effects of the present invention are significant.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明における5−RAMセルの基本回路構成
図、第2図は第1図中のノード(節)における電流・電
圧特性図、第3図(a)、(b)は本発明の一実施例の
5−RAMセルの製造工程を示す断面図、第4図は第3
図(b)中の高抵抗層の一実施例断面図、第5図(a)
、(b)は第3図(b)中の高抵抗層としてpoly−
S Lを用いる実施例の製造工程を示す断面図、第6図
(a)〜(d)は本発明の一実施例の5−RAMセルの
具体例の製造工程を示す断面図である。 符号の説明 1・・・スイッチング素子 2・・・抵抗素子3・・・
負性抵抗素子   4・・・ノード(節)10・・・高
抵抗層
Figure 1 is a basic circuit configuration diagram of a 5-RAM cell according to the present invention, Figure 2 is a current/voltage characteristic diagram at a node in Figure 1, and Figures 3 (a) and (b) are according to the present invention. A cross-sectional view showing the manufacturing process of a 5-RAM cell according to an embodiment of
Cross-sectional view of one embodiment of the high resistance layer in Figure (b), Figure 5 (a)
, (b) is a poly-
6(a) to 6(d) are cross-sectional views showing the manufacturing process of a specific example of a 5-RAM cell according to an embodiment of the present invention. Explanation of symbols 1... Switching element 2... Resistance element 3...
Negative resistance element 4... Node (node) 10... High resistance layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)電流対電圧特性が直線性の抵抗素子と、電流対電
圧特性が中間領域で負になる負性抵抗素子と、スイッチ
ング特性を持つトランジスタとが同一半導体基板上に形
成され、かつ、上記抵抗素子と上記負性抵抗素子とが直
列接続され、その接続部に上記トランジスタが接続され
てスタティック・ランダム・アクセス・メモリ・セルを
構成していることを特徴とする半導体装置。
(1) A resistance element with linear current-to-voltage characteristics, a negative resistance element with negative current-to-voltage characteristics in an intermediate region, and a transistor with switching characteristics are formed on the same semiconductor substrate, and 1. A semiconductor device, wherein a resistance element and the negative resistance element are connected in series, and the transistor is connected to the connection portion thereof to constitute a static random access memory cell.
(2)前記負性抵抗素子は、トンネルダイオードである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装
置。
(2) The semiconductor device according to claim 1, wherein the negative resistance element is a tunnel diode.
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