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JP3285649B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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Publication number
JP3285649B2
JP3285649B2 JP05852893A JP5852893A JP3285649B2 JP 3285649 B2 JP3285649 B2 JP 3285649B2 JP 05852893 A JP05852893 A JP 05852893A JP 5852893 A JP5852893 A JP 5852893A JP 3285649 B2 JP3285649 B2 JP 3285649B2
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JP
Japan
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misfet
insulating film
misfets
film
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JP05852893A
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修二 池田
宏一 今任
和夫 吉崎
康司 山▲崎▼
総一郎 橋場
圭一 吉住
安子 吉田
ちえみ 森
和司 福田
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Hitachi Ltd
Hitachi Solutions Technology Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi ULSI Systems Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置に
関し、特に、SRAM(Static Random Access Memory)
を有する半導体集積回路装置に適用して有効な技術に関
する。
【0002】
【従来の技術】半導体記憶装置としてのSRAMは、相
補性データ線とワード線とが交差する領域に配置したフ
リップフロップ回路と2個の転送用MISFET(Metal
Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)
とで1個のメモリセルが構成されている。
【0003】特開平3−234055号公報には、上記
メモリセルのフリップフロップ回路を2個の駆動用MI
SFETと2個の負荷用MISFETとで構成した、い
わゆる完全CMOS構造のSRAMが記載されている。
【0004】上記公報記載のSRAMは、半導体基板の
主面上に形成した第1導電膜(多結晶シリコン膜)で駆
動用MISFETのゲート電極を形成し、同じく半導体
基板の主面上に形成した第2導電膜(多結晶シリコン膜
と高融点金属膜とを積層したポリサイド膜)で転送用M
ISFETのゲート電極(およびこのゲート電極に接続
されるワード線)を形成し、上記第1および第2導電膜
の上層に形成した第3導電膜(多結晶シリコン膜)で負
荷用MISFETのゲート電極を形成し、上記第3導電
膜の上層に形成した第4導電膜(多結晶シリコン膜)で
負荷用MISFETのチャネル領域、ドレイン領域およ
びソース領域を形成している。すなわち、このSRAM
は、駆動用MISFETの上部に負荷用MISFETを
形成したスタック構造のメモリセルを有している。
【0005】ところで、上記したSRAMのような半導
体記憶装置においては、半導体基板に侵入するα線に起
因するメモリセルの誤動作、いわゆるソフトエラーを抑
制するために、メモリセル形成領域の半導体基板(ウエ
ル)の所定の深さの領域に、ウエルと同じ導電型で、か
つ比較的不純物濃度の高い埋込み型の半導体領域(以
下、埋込み層という)を設け、α線により生じる少数キ
ャリヤがメモリセルに侵入するのを防止する対策が採ら
れている。なお、この種の埋込み層を設けたSRAMに
ついては、特開昭61−97961号公報などに記載が
ある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記のよ
うな埋込み層を設けたSRAMを微細化するにあたり、
以下の問題点を見出した。
【0007】SRAMの場合、メモリセルへの情報の書
込みは、電源電圧(Vcc) よりも転送用MISFETの
しきい値電圧(Vth) 分(バックバイアスが印加された
状態)だけ低い書込みレベルで行われる。従って、電源
電圧(Vcc) のマージンを大きく取るためには、基板効
果を含んだ転送用MISFETのしきい値電圧(バック
バイアスが印加された状態でのしきい値電圧)を下げる
必要がある。
【0008】上記した転送用MISFETのしきい値電
圧は、基板(ウエル)の不純物濃度、特に転送用MIS
FETのチャネルが形成される領域の不純物濃度によっ
て決まり、この不純物濃度が高い程、しきい値電圧も高
くなる。従って、転送用MISFETのしきい値電圧を
下げるためには、ウエルの不純物濃度を下げることが有
効である。
【0009】ところが、SRAMのメモリセルを微細化
していくと、転送用MISFETの周囲を囲むフィール
ド絶縁膜同士の間隔が狭くなるために、このフィールド
絶縁膜の下に形成した反転防止用のチャネルストッパ領
域の一端が転送用MISFETの下のウエルにまで延び
てくる。その結果、導電型が等しいチャネルストッパ領
域と埋込み層とが一部で重なり、転送用MISFETの
下のウエルの不純物濃度が高くなってしまう。
【0010】このように、メモリセルのα線ソフトエラ
ー耐性を向上させる目的でウエルに埋込み層を設けた従
来構造のSRAMを微細化しようとすると、ウエルの不
純物濃度が高くなり、転送用MISFETのしきい値電
圧が上昇してしまうために、書込み時の電源電圧マージ
ンが減少し、メモリセルの動作信頼性が低下してしまう
という問題が生じる。
【0011】本発明の目的は、微細化したSRAMのα
線ソフトエラー耐性を向上させることのできる技術を提
供することにある。
【0012】本発明の他の目的は、微細化したSRAM
の動作信頼性を向上させることのできる技術を提供する
ことにある。
【0013】本発明の他の目的は、SRAMの製造工程
を増やすことなく、上記した目的を達成することのでき
る技術を提供することにある。
【0014】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0015】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、下記の
通りである。
【0016】半導体基板の主面上に形成した転送用MI
SFETと、前記半導体基板の主面上に形成した駆動用
MISFETおよび前記駆動用MISFETの上部に形
成した負荷用MISFETからなるフリップフロップ回
路とでメモリセルを構成したSRAMにおいて、前記転
送用MISFETおよび前記駆動用MISFETのそれ
ぞれを形成した領域の前記半導体基板には、前記半導体
基板と同じ導電型で、かつ前記半導体基板よりも不純物
濃度の高い埋込み層を設け、前記転送用MISFETを
形成した領域の周囲を囲むフィールド絶縁膜の下には、
チャネルストッパ領域を設けないようにした。
【0017】
【作用】上記した手段によれば、転送用MISFETお
よび駆動用MISFETのそれぞれを形成する領域の半
導体基板に埋込み層を設けることにより、α線により生
じる少数キャリヤがメモリセルに侵入するのを防止する
ことができるので、メモリセルのα線ソフトエラー耐性
を向上させることができる。
【0018】また、転送用MISFETを形成する領域
の周囲を囲むフィールド絶縁膜の下にはチャネルストッ
パ領域を設けないことにより、メモリセルを微細化した
場合でも、チャネルストッパ領域と埋込み層との重なり
が生じない。これにより、転送用MISFETを形成す
る領域の半導体基板の不純物濃度の上昇を防止すること
ができるので、転送用MISFETのしきい値電圧の上
昇を防止することができ、書込み時の電源電圧マージン
を大きくすることができる。
【0019】また、転送用MISFETを形成する領域
の半導体基板にチャネルストッパ領域と同じ導電型の埋
込み層を設けることにより、この領域の周囲を囲むフィ
ールド絶縁膜の下に反転防止用のチャネルストッパ領域
を設けなくとも、寄生MOS効果を抑制することができ
る。
【0020】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明を詳述する。な
お、実施例を説明するための全図において同一の機能を
有するものは同一の符号を付け、その繰り返しの説明は
省略する。
【0021】図2は、本発明の一実施例であるSRAM
の全体の概略構成(チップレイアウト)図であり、図3
は、その一部を拡大して示す概略構成図である。
【0022】長方形の半導体チップ1の主面には、特に
限定はされないが、例えば4メガビット〔Mbit〕乃至1
6メガビット〔Mbit〕の大容量を有するSRAMが形成
されている。このSRAMのメモリセル領域は、4個の
メモリブロックLMBからなり、それぞれのメモリブロ
ックLMBは、4個のメモリブロックMBに分割されて
いる。
【0023】上記メモリブロックLMBの一端にはロー
ド回路LOADが配置されており、他端にはYセレクタ
回路YSW、Yデコーダ回路YDECおよびセンスアン
プ回路SAがそれぞれ配置されている。また、半導体チ
ップ1の主面の最左端に配置されたメモリブロックLM
Bとその隣りのメモリブロックLMBとの間には、Xデ
コーダ回路XDECが配置されている。同様に、半導体
チップ1の主面の最右端に配置されたメモリブロックL
MBとその隣りのメモリブロックLMBとの間には、X
デコーダ回路XDECが配置されている。また、半導体
チップ1の最外周部には、ボンディングパッドBPが配
置されている。
【0024】図3に示すように、上記メモリブロックL
MBを4個に分割したメモリブロックMBのそれぞれ
は、4個のメモリセルアレイMAYに分割されている。
また、それぞれのメモリブロックMBの中央には、1個
のワードデコーダ回路WDECが配置されている。この
ワードデコーダ回路WDECは、メモリセルアレイMA
Y上を延在するメインワード線MWLを介して前記Xデ
コーダ回路XDECで選択される。また、ワードデコー
ダ回路WDECは、メモリセルアレイMAY上を延在す
る第1サブワード線SWL1 または第2サブワード線S
WL2 を介して第1ワード線WL1 および第2ワード線
WL2 を選択する。ワードデコーダ回路WDECの一端
には、コントロール回路CCが配置されている。
【0025】上記メモリセルアレイMAY上の第1ワー
ド線WL1 および第2ワード線WL2 と直交する方向に
は、相補性データ線DLが延在している。この相補性デ
ータ線DLは、第1データ線DL1 と第2データ線DL
2 とで構成されている。相補性データ線DLの一端は前
記ロード回路LOADに接続されており、他端は前記Y
セレクタ回路YSWを介して前記センスアンプ回路SA
に接続されている。
【0026】SRAMのメモリセルMCは、上記メモリ
セルアレイMAYの第1ワード線WL1 および第2ワー
ド線WL2 と、第1データ線DL1 および第2データ線
DL2 とが交差する領域に1個ずつ配置されている。
【0027】図4は、上記メモリセルMCの等価回路図
である。同図に示すように、メモリセルMCは、フリッ
プフロップ回路と2個の転送用MISFETQt1 、Q
2とで構成されている。このフリップフロップ回路
は、nチャネル型で構成された2個の駆動用MISFE
TQd1 、Qd2 とpチャネル型で構成された2個の負
荷用MISFETQp1 、Qp2 とで構成されている。
すなわち、本実施例のSRAMのメモリセルMCは、完
全CMOS構造で構成されている。フリップフロップ回
路は、情報蓄積部として構成され、1ビットの情報
(“1”または“0”)を記憶する。メモリセルMCの
2個の転送用MISFETQt1 、Qt2 は、nチャネ
ル型で構成され、フリップフロップ回路の一対の入出力
端子にそれぞれのソース領域乃至ドレイン領域の一方が
接続されている。転送用MISFETQt1 のソース領
域乃至ドレイン領域の一方は、第1データ線DL1 に接
続され、そのゲート電極は第1ワード線WL1 に接続さ
れている。転送用MISFETQt2 のソース領域乃至
ドレイン領域の一方は、第2データ線DL2 に接続さ
れ、そのゲート電極は第2ワード線WL2 に接続されて
いる。
【0028】駆動用MISFETQd1 および負荷用M
ISFETQp1 は、互いのドレイン領域(フリップフ
ロップ回路の一方の入出力端子)が接続され、かつ互い
のゲート電極が接続されてCMOSを構成している。同
様に、駆動用MISFETQd2 および負荷用MISF
ETQp2 は、互いのドレイン領域(フリップフロップ
回路の他方の入出力端子)が接続され、かつ互いのゲー
ト電極が接続されてCMOSを構成している。
【0029】駆動用MISFETQd1 および負荷用M
ISFETQp1 のそれぞれのドレイン領域は、転送用
MISFETQt1 のソース領域乃至ドレイン領域の他
方に接続され、かつ駆動用MISFETQd2 および負
荷用MISFETQp2 のそれぞれのゲート電極に接続
されている。同様に、駆動用MISFETQd2 および
負荷用MISFETQp2 のそれぞれのドレイン領域
は、転送用MISFETQt2 のソース領域乃至ドレイ
ン領域の他方に接続され、かつ駆動用MISFETQd
1 および負荷用MISFETQp1 のそれぞれのゲート
電極に接続されている。
【0030】駆動用MISFETQd1 、Qd2 のそれ
ぞれのソース領域は、基準電圧(VSS) に接続され、負
荷用MISFETQp1 、Qp2 のそれぞれのソース領
域は、電源電圧(VCC) に接続されている。基準電圧
(VSS) は、例えば0V(グランド電位)であり、電源
電圧(VCC) は、例えば5Vである。
【0031】図1は、上記メモリセルMCの具体的な構
成を示す半導体基板の要部断面図である。
【0032】図1に示すように、n- 型シリコン単結晶
からなる半導体基板(半導体チップ)1の主面には、p
- 型ウエル2が形成されており、このp- 型ウエル2の
非活性領域の主面には、酸化シリコン膜からなる素子分
離用のフィールド絶縁膜4が形成されている。
【0033】メモリセルMCを構成する駆動用MISF
ETQd1 、Qd2 、転送用MISFETQt1 、Qt
2 および負荷用MISFETQp1 、Qp2 のうち、駆
動用MISFETQd1 、Qd2 および転送用MISF
ETQt1 、Qt2 のそれぞれは、前記フィールド絶縁
膜4で周囲を囲まれたp- 型ウエル2の活性領域の主面
上に形成されている。
【0034】メモリセルMCの駆動用MISFETQd
1 、Qd2 のそれぞれは、ゲート絶縁膜6、ゲート電極
7、ソース領域およびドレイン領域で構成されている。
ゲート電極7は、第1層目のゲート材形成工程で形成さ
れ、例えば多結晶シリコン膜で構成されている。この多
結晶シリコン膜には、抵抗値を低減するためにn型の不
純物(例えばP)が導入されている。
【0035】駆動用MISFETQd1 、Qd2 のゲー
ト電極7の上部には、絶縁膜8が形成されている。この
絶縁膜8は、例えば酸化シリコン膜からなる。また、ゲ
ート電極7のゲート長方向の側壁には、サイドウォール
スペーサ9が形成されている。このサイドウォールスペ
ーサ9は、例えば酸化シリコン膜からなる。
【0036】駆動用MISFETQd1 、Qd2 のそれ
ぞれのソース領域およびドレイン領域は、低不純物濃度
のn型半導体領域10とその上部に形成された高不純物
濃度のn+ 型半導体領域11とで構成されている。すな
わち、駆動用MISFETQd1 、Qd2 は、それぞれ
のソース領域およびドレイン領域が、いわゆる2重拡散
ドレイン(Double Diffused Drain) 構造で構成されてい
る。
【0037】メモリセルMCの転送用MISFETQt
1 、Qt2 のそれぞれは、ゲート絶縁膜12、ゲート電
極13A、ソース領域およびドレイン領域で構成されて
いる。ゲート電極13Aは、第2層目のゲート材形成工
程で形成され、例えば多結晶シリコン膜と高融点金属シ
リサイド膜との積層膜(ポリサイド膜)で構成されてい
る。下層の多結晶シリコン膜には、抵抗値を低減するた
めにn型の不純物(例えばP)が導入されている。上層
の高融点金属シリサイド膜は、例えばWSiX、MoS
X 、TiSiX 、TaSiX などからなる。
【0038】転送用MISFETQt1 、Qt2 のゲー
ト電極13Aの上部には、絶縁膜15および絶縁膜21
が形成されている。この絶縁膜15および絶縁膜21
は、例えば酸化シリコン膜からなる。また、ゲート電極
13Aの側壁には、サイドウォールスペーサ16が形成
されている。このサイドウォールスペーサ16は、例え
ば酸化シリコン膜からなる。
【0039】転送用MISFETQt1 、Qt2 のそれ
ぞれのソース領域およびドレイン領域は、低不純物濃度
のn型半導体領域17と高不純物濃度のn+ 型半導体領
域18とで構成されている。すなわち、転送用MISF
ETQt1 、Qt2 のソース領域およびドレイン領域
は、LDD(Lightly Doped Drain) 構造で構成されてい
る。
【0040】転送用MISFETQt1 のソース領域乃
至ドレイン領域の一方は、前記駆動用MISFETQd
1 のドレイン領域と一体に構成されている。同様に、転
送用MISFETQt2 のソース領域乃至ドレイン領域
の一方は、前記駆動用MISFETQd2 のドレイン領
域と一体に構成されている。
【0041】転送用MISFETQt1 のゲート電極1
3Aには、第1ワード線WL1 が接続され、転送用MI
SFETQt2 のゲート電極13Aには、第2ワード線
WL2 が接続されている。転送用MISFETQt1
ゲート電極13Aは、第1ワード線WL1 と一体に構成
され、転送用MISFETQt2 のゲート電極13A
は、第2ワード線WL2 と一体に構成されている。
【0042】第1ワード線WL1 と第2ワード線WL2
との間には、2個の駆動用MISFETQd1 、Qd2
に共通のソース線として構成される基準電圧線13B
(VSS)が配置されている。基準電圧線13B(VSS)
は、転送用MISFETQt1、Qt2 のゲート電極1
3Aおよびワード線WL(第1ワード線WL1 、第2ワ
ード線WL2)と同じ第2層目のゲート材形成工程で形成
され、フィールド絶縁膜4上をワード線WLと同一方向
に延在している。また、基準電圧線13B(VSS)は、
駆動用MISFETQd1 、Qd2 のゲート絶縁膜6と
同一層の絶縁膜に開孔されたコンタクトホール14を通
じて、駆動用MISFETQd1 、Qd2のそれぞれの
ソース領域(n+ 型半導体領域11)に接続されてい
る。
【0043】メモリセルMCを構成する駆動用MISF
ETQd1 、Qd2 および転送用MISFETQt1
Qt2 のそれぞれが形成された領域のp- 型ウエル2に
は、半導体基板1に侵入するα線によって生じる少数キ
ャリヤがメモリセルMCに侵入するのを防止する目的で
+ 型埋込み層(埋込み型の半導体領域)19が設けら
れている。このp+ 型埋込み層19は、駆動用MISF
ETQd1 、Qd2 および転送用MISFETQt1
Qt2 のそれぞれが形成された活性領域の全面に設けら
れている。
【0044】また、駆動用MISFETQd1 、Qd2
が形成された活性領域の周囲を囲む前記フィールド絶縁
膜4の下には、反転防止用のp型チャネルストッパ領域
5が設けられている。これに対し、転送用MISFET
Qt1 、Qt2 が形成された活性領域の周囲を囲むフィ
ールド絶縁膜4の下には、p型チャネルストッパ領域5
が設けられていない。
【0045】メモリセルMCの2個の負荷用MISFE
TQp1 、Qp2 のうち、負荷用MISFETQp
1 は、駆動用MISFETQd2 の領域上に配置され、
負荷用MISFETQp2 は、駆動用MISFETQd
1 の領域上に配置されている。負荷用MISFETQp
1 、Qp2 のそれぞれは、ゲート電極23A、ゲート絶
縁膜24、チャネル領域26N、ソース領域26Pおよ
びドレイン領域26Pで構成されている。
【0046】負荷用MISFETQp1 、Qp2 のゲー
ト電極23Aは、第3層目のゲート材形成工程で形成さ
れ、例えば多結晶シリコン膜で形成されている。この多
結晶シリコン膜には、抵抗値を低減するためにn型の不
純物(例えばP)が導入されている。
【0047】負荷用MISFETQp1 のゲート電極2
3Aは、絶縁膜21、絶縁膜8および絶縁膜(転送用M
ISFETQt1 、Qt2 のゲート絶縁膜12と同一層
の絶縁膜)に開孔されたコンタクトホール22を通じ
て、駆動用MISFETQd1のゲート電極7および転
送用MISFETQt2 のソース領域乃至ドレイン領域
の一方に接続されている。同様に、負荷用MISFET
Qp2 のゲート電極23Aは、絶縁膜21、絶縁膜8お
よび絶縁膜(転送用MISFETQt1 、Qt2のゲー
ト絶縁膜12と同一層の絶縁膜)に開孔したコンタクト
ホール22を通じて、駆動用MISFETQd2 のゲー
ト電極7および転送用MISFETQtのソース領域
乃至ドレイン領域の一方に接続されている。
【0048】転送用MISFETQt、Qt2 のソ
ース領域乃至ドレイン領域の他方の上部には、負荷用M
ISFETQp1 、Qp2 のゲート電極23Aと同じ第
3層目のゲート材形成工程で形成されたパッド層23B
がそれぞれ配置されている。このパッド層23Bは、絶
縁膜21および絶縁膜(転送用MISFETQt1 、Q
2 のゲート絶縁膜12と同一層の絶縁膜)に開孔され
たコンタクトホール22を通じて、転送用MISFET
Qt1 、Qt2 のソース領域乃至ドレイン領域の他方に
接続されている。
【0049】負荷用MISFETQp1 、Qp2 のゲー
ト電極23Aの上部には、負荷用MISFETQp1
Qp2 のゲート絶縁膜24が形成されている。このゲー
ト絶縁膜24は、例えば酸化シリコン膜からなる。
【0050】負荷用MISFETQp1 、Qp2 のゲー
ト絶縁膜24の上部には、負荷用MISFETQp1
Qp2 のチャネル領域26N、ソース領域26Pおよび
ドレイン領域26Pが形成されている。チャネル領域2
6Nは、第4層目のゲート材形成工程で形成され、例え
ば多結晶シリコン膜で構成されている。この多結晶シリ
コン膜には、負荷用MISFETQp1 、Qp2 のしき
い値電圧をエンハンスメント型に設定するために、n型
の不純物(例えばP)が導入されている。
【0051】負荷用MISFETQp1 、Qp2 のチャ
ネル領域26Nの一端側にはドレイン領域26Pが形成
され、他端側にはソース領域26Pが形成されている。
ドレイン領域26Pおよびソース領域26Pは、チャネ
ル領域26Nと同じ第4層目のゲート材形成工程で形成
され、チャネル領域26Nと一体に構成されている。ド
レイン領域26Pおよびソース領域26Pを構成する領
域の多結晶シリコン膜には、p型の不純物(例えばBF
2)が導入されている。
【0052】負荷用MISFETQp1 のドレイン領域
26Pは、ゲート絶縁膜24と同一層の絶縁膜に開孔さ
れたコンタクトホール25を通じて、負荷用MISFE
TQp2 のゲート電極23Aに接続されている。同様
に、負荷用MISFETQp2のドレイン領域26P
は、ゲート絶縁膜24と同一層の絶縁膜に開孔されたコ
ンタクトホール25を通じて、負荷用MISFETQp
1 のゲート電極23Aに接続されている。
【0053】負荷用MISFETQp1 、Qp2 のソー
ス領域26Pには、電源電圧線(VCC) 26Pが接続さ
れている。この電源電圧線(VCC) 26Pは、チャネル
領域26N、ドレイン領域26Pおよびソース領域26
Pと同じ第4層目のゲート材形成工程で形成され、これ
らと一体に構成されている。
【0054】負荷用MISFETQp1 、Qp2 のチャ
ネル領域26N、ソース領域26P、ドレイン領域26
Pおよび電源電圧線(VCC) 26Pの上層には、前記図
2および図3に示したサブワード線SWL(第1サブワ
ード線SWL1 、第2サブワード線SWL2)、メインワ
ード線MWLのそれぞれが第1層目の配線材(例えばタ
ングステン)で形成されており、さらにその上層には、
相補性データ線DL(第1データ線DL1 および第2デ
ータ線DL2)が第2層目の配線材(例えばTiW膜とア
ルミニウム合金膜とTiW膜との3層膜からなる金属)
で形成されているが、これらの図示は省略する。
【0055】なお、図3に示す相補性データ線DLのう
ち、第1データ線DL1 は、図1に示す転送用MISF
ETQt1 のソース領域乃至ドレイン領域の一方(n+
型半導体領域18)に接続され、第2データ線DL
2 は、転送用MISFETQt2のソース領域乃至ドレ
イン領域の一方(n+ 型半導体領域18)に接続されて
いる。相補性データ線DLと転送用MISFETQ
1 、Qt2 のn+ 型半導体領域18との接続は、前記
パッド層23Bを介して行われる。
【0056】次に、上記SRAMの具体的な製造方法の
一例を、図5〜図12を用いて説明する。
【0057】まず、10〔Ω/cm〕程度の比抵抗値を有
するn- 形シリコン単結晶からなる半導体基板1を用意
し、メモリセルMCの形成領域および図示しない周辺回
路の形成領域の一部にp- 型ウエル2を形成する。ま
た、周辺回路の形成領域の他の一部にn型ウエルを形成
する。p- 型ウエル2は、半導体基板1の主面にイオン
注入したBF2 を引伸し拡散して形成し、n型ウエル
は、半導体基板1の主面にイオン注入したPを引伸し拡
散して形成する。
【0058】次に、p- 型ウエル2の活性領域の主面に
窒化シリコン膜20を形成し、これをマスクにしてp-
型ウエル2の非活性領域の主面にチャネルストッパ用の
BF2 をイオン注入する。この時、転送用MISFET
Qt1 、Qt2 が形成される領域の周囲を囲む非活性領
域にBF2 がイオン注入されないようにするため、この
非活性領域(およびn型ウエル)の主面をフォトレジス
ト膜27でマスクしてイオン注入を行う(図5)。
【0059】次に、フォトレジスト膜27をアッシング
で除去した後、窒化シリコン膜20を耐酸化マスクにし
た熱酸化法(LOCOS法)で素子分離用のフィールド
絶縁膜4を形成する。この時、前記BF2 の拡散によ
り、転送用MISFETQt1、Qt2 が形成される領
域の周囲を除いたフィールド絶縁膜4の下に反転防止用
のp型チャネルストッパ領域5が形成される。その後、
窒化シリコン膜20をエッチングで除去する(図6)。
【0060】次に、p- 型ウエル2の活性領域の主面に
BおよびBF2 をそれぞれイオン注入する。Bは前記p
+ 型埋込み層19を形成するためのもので、例えば20
0keV程度の高エネルギーで導入する。また、BF2
は駆動用MISFETQd1、Qd2 のしきい値電圧を
調整するために導入する。
【0061】次に、p- 型ウエル2の活性領域の主面を
洗浄した後、その表面に駆動用MISFETQd1 、Q
2 のゲート絶縁膜6を形成する。このゲート絶縁膜6
は熱酸化法で形成し、この時、前記Bの拡散により、駆
動用MISFETQd1 、Qd2 および転送用MISF
ETQt1 、Qt2 のそれぞれが形成される領域のp-
型ウエル2にp+ 型埋込み層19が形成される(図
7)。
【0062】次に、半導体基板1の全面に第1層目のゲ
ート材である多結晶シリコン膜をCVD法で堆積する。
この多結晶シリコン膜には、その抵抗値を低減するため
に、堆積時にPを導入する。次に、この多結晶シリコン
膜の上に酸化シリコン膜からなる絶縁膜8をCVD法で
堆積する。この絶縁膜8は、駆動用MISFETQ
1 、Qd2 のゲート電極7とその上層に形成される導
電層とを電気的に分離するために形成する。
【0063】次に、絶縁膜8の上に形成したフォトレジ
スト膜をマスクにして絶縁膜8およびその下層の前記多
結晶シリコン膜を順次エッチングして駆動用MISFE
TQd1 、Qd2 のゲート電極7を形成する。その後、
このフォトレジスト膜をアッシングで除去する(図
8)。
【0064】次に、半導体基板1の全面に酸化シリコン
膜をCVD法で堆積した後、この酸化シリコン膜をRI
E(Reactive Ion Etching)などの異方性エッチングでエ
ッチングして、駆動用MISFETQd1 、Qd2 のゲ
ート電極7の側壁にサイドウォールスペーサ9を形成す
る。次に、駆動用MISFETQd1 、Qd2 のゲート
電極7の下を除く活性領域の主面の前記ゲート絶縁膜6
を希フッ酸水溶液によるエッチングで除去した後、露出
した活性領域の主面に新たな酸化シリコン膜を熱酸化法
で形成する。
【0065】次に、半導体基板1の主面にフォトレジス
ト膜を形成し、これをマスクにして駆動用MISFET
Qd1 、Qd2 の形成領域のp- 型ウエル2の主面にP
をイオン注入する。次に、フォトレジスト膜をアッシン
グで除去した後、p- 型ウエル2の主面に導入したPを
引伸し拡散させ、駆動用MISFETQd1 、Qd2
n型半導体領域10を形成する(図9)。
【0066】次に、p- 型ウエル2の活性領域の主面に
転送用MISFETQt1 、Qt2のしきい値電圧調整
用のBF2 をイオン注入した後、活性領域の主面の前記
酸化シリコン膜を希フッ酸水溶液によるエッチングで除
去し、露出した活性領域の主面に転送用MISFETQ
1 、Qt2 のゲート絶縁膜12を熱酸化法で形成す
る。
【0067】次に、半導体基板1の全面に第2層目のゲ
ート材を堆積する。このゲート材は、多結晶シリコン膜
とタングステンシリサイド膜との積層膜(ポリサイド
膜)からなる。この時、まず多結晶シリコン膜を堆積し
た後、半導体基板1の主面にフォトレジスト膜を形成
し、これをマスクにして駆動用MISFETQd1 、Q
2 のn型半導体領域10上の絶縁膜(ゲート絶縁膜1
2と同一層の絶縁膜)をエッチングし、コンタクトホー
ル14を形成する。次に、フォトレジスト膜をアッシン
グで除去した後、多結晶シリコン膜をさらに堆積する。
この多結晶シリコン膜はCVD法で形成し、その抵抗値
を低減するために、堆積時にPを導入する。次に、この
多結晶シリコン膜の上層にタングステンシリサイド膜を
CVD法で堆積する。
【0068】次に、タングステンシリサイド膜の上に酸
化シリコン膜からなる絶縁膜15をCVD法で堆積す
る。この絶縁膜15は、転送用MISFETQt1 、Q
2 のゲート電極12とその上層に形成される導電層と
を電気的に分離するために形成する。次に、絶縁膜15
の上にフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにして
絶縁膜15およびその下層の前記第2層目のゲート材
(ポリサイド膜)を順次エッチングすることにより、転
送用MISFETQt1 、Qt2 のゲート電極13A、
ワード線WL(第1ワード線WL1 、第2ワード線WL
2)および基準電圧線13B(VSS) をそれぞれ形成す
る。その後、フォトレジスト膜をアッシングで除去する
(図10)。
【0069】次に、半導体基板1の主面にフォトレジス
ト膜を形成し、これをマスクにして転送用MISFET
Qt1 、Qt2 の形成領域のp- 型ウエル2の主面にP
をイオン注入する。次に、フォトレジスト膜をアッシン
グで除去した後、p- 型ウエル2の主面に導入したPを
引伸し拡散し、転送用MISFETQt1 、Qt2 のn
型半導体領域17を形成する。
【0070】次に、半導体基板1の全面に酸化シリコン
膜をCVD法で堆積した後、この酸化シリコン膜をRI
Eなどの異方性エッチングでエッチングして、転送用M
ISFETQt1 、Qt2 のゲート電極13A、ワード
線WL(第1ワード線WL1、第2ワード線WL2)およ
び基準電圧線13B(VSS) のそれぞれの側壁にサイド
ウォールスペーサ16を形成する。
【0071】次に、半導体基板1の主面にフォトレジス
ト膜を形成し、これをマスクにして駆動用MISFET
Qd1 、Qd2 の形成領域および転送用MISFETQ
1、Qt2 の形成領域のそれぞれのp- 型ウエル2の
主面にAsをイオン注入する。次に、フォトレジスト膜
をアッシングで除去した後、p- 型ウエル2の主面に導
入したAsを引伸し拡散させ、駆動用MISFETQd
1 、Qd2 の形成領域のp- 型ウエル2の主面にn+
半導体領域11を形成し、転送用MISFETQt1
Qt2 の形成領域のp- 型ウエル2の主面にn+ 型半導
体領域18を形成する。
【0072】駆動用MISFETQd1 、Qd2 の形成
領域のp- 型ウエル2の主面には、あらかじめn型半導
体領域10が形成されているので、n+ 型半導体領域1
1の形成により、2重拡散ドレイン構造のソース領域お
よびドレイン領域を有する駆動用MISFETQd1
Qd2 が完成する。また、転送用MISFETQt1
Qt2 の形成領域のp- 型ウエル2の主面には、あらか
じめn型半導体領域17が形成されているので、n+
半導体領域18の形成により、LDD構造のソース領域
およびドレイン領域を有する転送用MISFETQ
1 、Qt2 が完成する(図11)。
【0073】次に、半導体基板1の全面に酸化シリコン
膜からなる絶縁膜21をCVD法で堆積した後、この絶
縁膜21の上にフォトレジスト膜を形成し、これをマス
クにして絶縁膜21、絶縁膜8および絶縁膜(転送用M
ISFETQt1 、Qt2 のゲート絶縁膜12と同一層
の絶縁膜)をエッチングすることにより、転送用MIS
FETQt1 、Qt2 のソース領域乃至ドレイン領域の
一方の上部にコンタクトホール22を形成する。このと
き、コンタクトホール22の底部に駆動用MISFET
Qd1 、Qd2 のゲート電極7の一部が露出する。ま
た、同時にこのフォトレジスト膜をマスクにして絶縁膜
21および絶縁膜(転送用MISFETQt1 、Qt2
のゲート絶縁膜12と同一層の絶縁膜)をエッチングす
ることにより、転送用MISFETQt1 、Qt2 のソ
ース領域乃至ドレイン領域の他方(駆動用MISFET
Qd1 、Qd2 のソース領域乃至ドレイン領域の一方)
の上部にコンタクトホール22を形成する。
【0074】次に、半導体基板1の全面に第3層目のゲ
ート材である多結晶シリコン膜をCVD法で堆積する。
この多結晶シリコン膜には、その抵抗値を低減するため
に、堆積時にPを導入する。次に、この多結晶シリコン
膜の上に形成したフォトレジスト膜をマスクにして多結
晶シリコン膜をエッチングした後、このフォトレジスト
膜をアッシングで除去することにより、負荷用MISF
ETQp1 、Qp2 のゲート電極23Aおよびパッド層
23Bをそれぞれ形成する(図12)。
【0075】次に、半導体基板1の全面に負荷用MIS
FETQp1 、Qp2 のゲート絶縁膜24となる酸化シ
リコン膜をCVD法で堆積した後、このゲート絶縁膜2
4の上にフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにし
てゲート絶縁膜24をエッチングすることにより、負荷
用MISFETQp1 、Qp2 のゲート電極23Aの上
部のゲート絶縁膜24にコンタクトホール25を形成す
る。
【0076】次に、半導体基板1の全面に第4層目のゲ
ート材である多結晶シリコン膜をCVD法で堆積した
後、この多結晶シリコン膜の上に形成したフォトレジス
ト膜をマスクにして負荷用MISFETQp1 、Qp2
のチャネル領域26Nを形成する領域の多結晶シリコン
膜にPをイオン注入する。次に、このフォトレジスト膜
をアッシングで除去した後、多結晶シリコン膜の上に新
たにフォトレジスト膜を形成し、これをマスクにして負
荷用MISFETQp1 、Qp2 のソース領域26P、
ドレイン領域26Pおよび電源電圧線(VCC) 26Pを
形成する領域の多結晶シリコン膜にBF2 をイオン注入
する。
【0077】次に、フォトレジスト膜をアッシングで除
去した後、多結晶シリコン膜の上に新たにフォトレジス
ト膜を形成し、これをマスクにして多結晶シリコン膜を
エッチングすることにより、負荷用MISFETQ
1 、Qp2 のチャネル領域26N、ソース領域26
P、ドレイン領域26Pおよび電源電圧線(VCC) 26
Pをそれぞれ形成する。その後、フォトレジスト膜をア
ッシングで除去することにより、負荷用MISFETQ
1 、Qp2 が完成し、前記図1に示すSRAMのメモ
リセルMCが略完成する。
【0078】以上のように構成された本実施例のSRA
Mによれば、下記の効果を得ることができる。
【0079】(1).転送用MISFETQt1 、Qt2
よび駆動用MISFETQd1 、Qd2 のそれぞれを形
成する領域のp- 型ウエル2にp型埋込み層19を設け
たことにより、α線により生じる少数キャリヤがメモリ
セルMCに侵入するのを防止することができるので、メ
モリセルMCのα線ソフトエラー耐性を向上させること
ができる。
【0080】(2).転送用MISFETQt1 、Qt2
形成する領域の周囲を囲むフィールド絶縁膜4の下にp
型チャネルストッパ領域5を設けないことにより、メモ
リセルMCを微細化した場合でも、p型チャネルストッ
パ領域5とp型埋込み層19との重なりが生じないの
で、転送用MISFETQt1 、Qt2 を形成する領域
のp- 型ウエル2の不純物濃度の上昇を防止することが
できる。
【0081】これにより、転送用MISFETQt1
Qt2 のしきい値電圧の上昇を防止することができ、書
込み時の電源電圧マージンを大きくすることができるの
で、SRAMの動作信頼性を向上させることができる。
【0082】(3).転送用MISFETQt1 、Qt2
形成する領域のp- 型ウエル2にp型埋込み層19を設
けることにより、寄生MOS効果を抑制することができ
るので、この領域を囲むフィールド絶縁膜4の下にp型
チャネルストッパ領域5を設けなくとも支障はない。
【0083】(4).上記(1) 〜(3) により、SRAMのメ
モリセルの微細化が可能となる。
【0084】(5).転送用MISFETQt1 、Qt2
形成する領域の周囲を囲むフィールド絶縁膜4の下にp
型チャネルストッパ領域5を設けないようにするには、
チャネルストッパ用のBF2 をイオン注入する際にマス
クとして使用するフォトレジスト膜27のマスクパター
ンを変更するだけでよいので、SRAMの製造工程が増
えることもない。
【0085】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0086】前記実施例では、駆動用MISFETの周
囲を囲むフィールド絶縁膜の下にはチャネルストッパ領
域を設けたが、メモリセル全域でフィールド絶縁膜の下
にチャネルストッパ領域を設けないようにしてもよい。
このようにしても、メモリセル全域の活性領域に埋込み
層が設けられているので、チャネルストッパ領域を設け
なくとも、寄生MOS効果が顕在化することはない。
【0087】前記実施例では、ゲート電極の上層にチャ
ネル領域、ソース領域およびドレイン領域を形成した、
いわゆるボトムゲート構造の負荷用MISFETを有す
るSRAMに適用した場合について説明したが、チャネ
ル領域、ソース領域およびドレイン領域の上層にゲート
電極を形成した、いわゆるトップゲート構造の負荷用M
ISFETを有するSRAMに適用することもできる。
【0088】以上の説明では、駆動用MISFETの上
部に負荷用MISFETを形成するSRAMに適用した
場合について説明したが、これに限定されるものではな
く、少なくとも転送用MISFETおよび駆動用MIS
FETを半導体基板の主面に形成するSRAMに広く適
用することができる。
【0089】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
【0090】半導体基板の主面上に形成した転送用MI
SFETと、前記半導体基板の主面上に形成した駆動用
MISFETおよび前記駆動用MISFETの上部に形
成した負荷用MISFETからなるフリップフロップ回
路とでメモリセルを構成したSRAMにおいて、前記転
送用MISFETおよび前記駆動用MISFETのそれ
ぞれが形成される領域の前記半導体基板には、前記半導
体基板と同じ導電型で、かつ前記半導体基板よりも不純
物濃度の高い埋込み層を設け、前記転送用MISFET
の周囲を囲むフィールド絶縁膜の下には、チャネルスト
ッパ領域を設けないようにすることにより、SRAMを
微細化した場合においても、α線ソフトエラー耐性を向
上させることができると共に、動作信頼性を向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
メモリセルを示す半導体基板の要部断面図である。
【図2】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
チップレイアウトを示す概略構成図である。
【図3】図2の一部を拡大して示す概略構成図である。
【図4】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
メモリセルの等価回路図である。
【図5】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図6】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図7】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図8】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図9】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図10】本発明の一実施例である半導体集積回路装置
の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図11】本発明の一実施例である半導体集積回路装置
の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【図12】本発明の一実施例である半導体集積回路装置
の製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板(チップ) 2 p- 型ウエル 4 フィールド絶縁膜 5 p型チャネルストッパ領域 6 ゲート絶縁膜 7 ゲート電極 8 絶縁膜 9 サイドウォールスペーサ 10 n型半導体領域 11 n+ 型半導体領域 12 ゲート絶縁膜 13A ゲート電極 13B 基準電圧線(VSS) 14 コンタクトホール 15 絶縁膜 16 サイドウォールスペーサ 17 n型半導体領域 18 n+ 型半導体領域 19 p+ 型埋込み層(埋込み型の半導体領域) 20 窒化シリコン膜 21 絶縁膜 22 コンタクトホール 23A ゲート電極 23B パッド層 24 ゲート絶縁膜 25 コンタクトホール 26N チャネル領域 26P ソース領域 26P ドレイン領域 26P 電源電圧線(VCC) 27 フォトレジスト膜 BP ボンディングパッド CC コントロール回路 DL 相補性データ線 DL1 第1データ線 DL2 第2データ線 LMB メモリブロック LOAD ロード回路 MAY メモリセルアレイ MB メモリブロック MC メモリセル MWL メインワード線 Qd1 駆動用MISFET Qd2 駆動用MISFET Qp1 負荷用MISFET Qp2 負荷用MISFET Qt1 転送用MISFET Qt2 転送用MISFET SA センスアンプ回路 SWL サブワード線 SWL1 第1サブワード線 SWL2 第2サブワード線 WDEC ワードデコーダ回路 WL ワード線 WL1 第1ワード線 WL2 第2ワード線 XDEC Xデコーダ回路 YDEC Yデコーダ回路 YSW Yセレクタ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉崎 和夫 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株式会社日立製作所 半導体事業部内 (72)発明者 山▲崎▼ 康司 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日立超エル・エス・アイ・エンジニアリ ング株式会社内 (72)発明者 橋場 総一郎 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株式会社日立製作所 半導体事業部内 (72)発明者 吉住 圭一 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株式会社日立製作所 半導体事業部内 (72)発明者 吉田 安子 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株式会社日立製作所 半導体事業部内 (72)発明者 森 ちえみ 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日立超エル・エス・アイ・エンジニアリ ング株式会社内 (72)発明者 福田 和司 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 株式会社日立製作所 半導体事業部内 (56)参考文献 特開 昭61−212054(JP,A) 特開 平2−134869(JP,A) 特開 平4−162775(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/10 H01L 21/8244 H01L 27/11

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1および第2転送用MISFETと、
    第1および第2駆動用MISFETと、第1および第2
    負荷用MISFETとを具備するSRAMメモリセルを
    有し、 前記第1および第2転送用MISFETのそれぞれは、
    ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、半導体基板内に形成さ
    れたn型のソースおよびドレイン領域とを有し、 前記第1および第2駆動用MISFETのそれぞれは、
    ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、半導体基板内に形成さ
    れたn型のソースおよびドレイン領域とを有し、 前記第1および第2駆動用MISFETが形成された領
    域の周囲を囲むフィールド絶縁膜の下には、p型のチャ
    ネルストッパ領域が形成され、 前記第1および第2転送用MISFETが形成された領
    域の周囲を囲むフィールド絶縁膜の下には、p型のチャ
    ネルストッパ領域が形成さ れていないことを特徴とする
    半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 前記第1および第2転送用MISFET
    のそれぞれのソースおよびドレイン領域と、前記第1お
    よび第2駆動用MISFETのそれぞれのソースおよび
    ドレイン領域とが形成されたp型ウエルには、前記p型
    ウエルよりも不純物濃度が高いp型の埋込み層が形成さ
    れていることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回
    路装置。
  3. 【請求項3】 前記第1および第2負荷用MISFET
    は、前記第1および第2駆動用MISFETの上部に形
    成され、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、前記ゲート電
    極の上層に形成されたp型のソースおよびドレイン領域
    とを有することを特徴とする請求項1または2記載の半
    導体集積回路装置。
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