JP5486735B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
この発明は、半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device.
半導体集積回路、なかでもMOSトランジスタを用いた集積回路は、高集積化の一途を辿っている。この高集積化に伴って、その中で用いられているMOSトランジスタはナノ領域まで微細化が進んでいる。デジタル回路の基本回路は、インバータ回路であるが、このインバータ回路を構成するMOSトランジスタの微細化が進むと、リーク電流の抑制が困難であり、ホットキャリア効果による信頼性の低下が生じ、また必要な電流量確保の要請から回路の占有面積をなかなか小さくできない、といった問題があった。この様な問題を解決するために、基板に対してソース、ゲート、ドレインが垂直方向に配置され、ゲートが島状半導体層を取り囲む構造のSurrounding Gate Transistor(SGT)が提案された(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3)。 Semiconductor integrated circuits, in particular, integrated circuits using MOS transistors, are becoming increasingly highly integrated. Along with this high integration, the MOS transistors used therein have been miniaturized to the nano-range. The basic circuit of a digital circuit is an inverter circuit. However, as the MOS transistors that make up this inverter circuit are miniaturized, it is difficult to suppress leakage current, resulting in reduced reliability due to the hot carrier effect. There is a problem that the occupied area of the circuit cannot be made small because of a demand for securing a sufficient amount of current. In order to solve such a problem, a Surrounding Gate Transistor (SGT) having a structure in which a source, a gate, and a drain are arranged in a vertical direction with respect to a substrate and the gate surrounds an island-like semiconductor layer has been proposed (for example, a patent) Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3).
スタティック型メモリセルにおいて、ドライバトランジスタの電流駆動力を、アクセストランジスタの電流駆動力の二倍とすることにより、動作安定性を確保することが知られている(非特許文献1)。 In a static memory cell, it is known to ensure operational stability by setting the current driving capability of a driver transistor to be twice that of an access transistor (Non-patent Document 1).
上記SGTでスタティック型メモリセルを構成しようとすると、動作安定性を確保するためにドライバトランジスタの電流駆動力を、アクセストランジスタの電流駆動力の二倍とすることを実現しようとすると、ゲート幅を2倍にしなければならないため、ドライバトランジスタを2本使用することとなる。すなわち、メモリセル面積の増大となってしまう。もしくは、ゲート幅を二倍にするために、シリコン柱の直径を二倍、もしくは四辺形とし長辺を二倍にしなければならないため、ドライバトランジスタの占有面積の増大となり、これもまたメモリセル面積の増大となる。 If an attempt is made to configure a static memory cell with the above SGT, to ensure that the current driving capability of the driver transistor is twice that of the access transistor in order to ensure operational stability, the gate width is reduced. Since it must be doubled, two driver transistors are used. That is, the memory cell area increases. Alternatively, in order to double the gate width, the silicon pillar diameter must be doubled or quadrilateral and the long side doubled, which increases the area occupied by the driver transistor, which also increases the memory cell area. Increase.
そこで、SGTを用いた高集積で動作安定性を確保したスタティック型メモリセルを提供することを課題とする。 Therefore, it is an object to provide a static memory cell that is highly integrated and uses SGT to ensure operation stability.
上記目的を達成するために、本発明の一局面にかかるスタティック型メモリセルは6トランジスタSRAMセルからなり、6トランジスタSRAMセルは、第1のドライバトランジスタと、第1のロードトランジスタと、第1の選択トランジスタと、第1のゲート配線と、を含み、
第1のドライバトランジスタは、
第1の島状半導体層と、
前記第1の島状半導体層の上部に形成された第1の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第1の島状半導体層の下部に形成された第2の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第1の第1導電型高濃度半導体層と前記第2の第1導電型高濃度半導体層との間に形成された第1の第2導電型半導体層と、
前記第1の第2導電型半導体層の周囲に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜の周囲に形成された少なくとも金属からなる第1のゲート電極と、
で構成され、
第1の選択トランジスタは、
第2の島状半導体層と、
前記第2の島状半導体層の上部に形成された第3の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第2の島状半導体層の下部に形成された第4の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第3の第1導電型高濃度半導体層と前記第4の第1導電型高濃度半導体層との間に形成された第2の第2導電型半導体層と、
前記第2の第2導電型半導体層の周囲に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜の周囲に形成された少なくとも金属からなる第2のゲート電極と、
で構成され、
第1のロードトランジスタは、
第3の島状半導体層と、
前記第3の島状半導体層の上部に形成された第3の第2導電型高濃度半導体層と、
前記第3の島状半導体層の下部に形成された第4の第2導電型高濃度半導体層と、
前記第3の第2導電型高濃度半導体層と前記第4の第2導電型高濃度半導体層との間に形成された第5の第1導電型半導体層と、
前記第5の第1導電型半導体層の周囲に形成された第3のゲート絶縁膜と、
前記第3のゲート絶縁膜の周囲に形成された少なくとも金属からなる第3のゲート電極と、
で構成され、
第1のゲート配線は、前記第2のゲート電極に接続され、
前記第1の島状半導体層の周囲長は、前記第2の島状半導体層の周囲長の二倍未満であることを特徴とし、
前記第2のゲート電極に印加される電圧は、前記第3の第1導電型高濃度半導体層に印加される電圧より低いことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a static memory cell according to one aspect of the present invention includes a six-transistor SRAM cell, and the six-transistor SRAM cell includes a first driver transistor, a first load transistor, Including a selection transistor and a first gate wiring;
The first driver transistor is
A first island-like semiconductor layer;
A first first-conductivity-type high-concentration semiconductor layer formed on the first island-shaped semiconductor layer;
A second first-conductivity-type high-concentration semiconductor layer formed under the first island-shaped semiconductor layer;
A first second conductivity type semiconductor layer formed between the first first conductivity type high concentration semiconductor layer and the second first conductivity type high concentration semiconductor layer;
A first gate insulating film formed around the first second conductivity type semiconductor layer;
A first gate electrode made of at least metal and formed around the first gate insulating film;
Consists of
The first selection transistor is
A second island-like semiconductor layer;
A third first-conductivity-type high-concentration semiconductor layer formed on the second island-shaped semiconductor layer;
A fourth first-conductivity-type high-concentration semiconductor layer formed under the second island-shaped semiconductor layer;
A second second conductive semiconductor layer formed between the third first conductive high concentration semiconductor layer and the fourth first conductive high concentration semiconductor layer;
A second gate insulating film formed around the second second conductivity type semiconductor layer;
A second gate electrode made of at least metal and formed around the second gate insulating film;
Consists of
The first load transistor is
A third island-like semiconductor layer;
A third second-conductivity-type high-concentration semiconductor layer formed on the third island-shaped semiconductor layer;
A fourth second-conductivity type high-concentration semiconductor layer formed under the third island-shaped semiconductor layer;
A fifth first conductivity type semiconductor layer formed between the third second conductivity type high concentration semiconductor layer and the fourth second conductivity type high concentration semiconductor layer;
A third gate insulating film formed around the fifth first conductivity type semiconductor layer;
A third gate electrode made of at least metal and formed around the third gate insulating film;
Consists of
A first gate line connected to the second gate electrode;
The peripheral length of the first island-shaped semiconductor layer is less than twice the peripheral length of the second island-shaped semiconductor layer,
The voltage applied to the second gate electrode is lower than the voltage applied to the third first conductivity type high-concentration semiconductor layer.
また、前記スタティック型メモリセルは、第1のパストランジスタと、をさらに有し、
前記第1のパストランジスタは、
第4の島状半導体層と、
前記第4の島状半導体層の上部に形成された第6の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第4の島状半導体層の下部に形成された第7の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第6の第1導電型高濃度半導体層と前記第7の第1導電型高濃度半導体層との間に形成された第5の第2導電型半導体層と、
前記第5の第2導電型半導体層の周囲に形成された第4のゲート絶縁膜と、
前記第4のゲート絶縁膜の周囲に形成された少なくとも金属からなる第4のゲート電極と、
で構成され、
前記第7の第1導電型高濃度半導体層と前記第1のゲート配線とが配線により接続され、
第6の第1導電型高濃度半導体層に電源電圧が印加され、また、前記第7の第1導電型高濃度半導体層に前記電源電圧より低い電圧が出力される。
The static memory cell further includes a first pass transistor,
The first pass transistor includes:
A fourth island-shaped semiconductor layer;
A sixth first-conductivity type high-concentration semiconductor layer formed on the fourth island-shaped semiconductor layer;
A seventh first conductivity type high-concentration semiconductor layer formed under the fourth island-shaped semiconductor layer;
A fifth second conductivity type semiconductor layer formed between the sixth first conductivity type high concentration semiconductor layer and the seventh first conductivity type high concentration semiconductor layer;
A fourth gate insulating film formed around the fifth second conductivity type semiconductor layer;
A fourth gate electrode made of at least metal and formed around the fourth gate insulating film;
Consists of
The seventh first conductivity type high-concentration semiconductor layer and the first gate wiring are connected by wiring;
A power supply voltage is applied to the sixth first conductivity type high concentration semiconductor layer, and a voltage lower than the power supply voltage is output to the seventh first conductivity type high concentration semiconductor layer.
また、前記スタティック型メモリセルは、第1のパストランジスタと、をさらに有し、
前記第1のパストランジスタは、
第4の島状半導体層と、
前記第4の島状半導体層の上部に形成された第6の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第4の島状半導体層の下部に形成された第7の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第6の第1導電型高濃度半導体層と前記第7の第1導電型高濃度半導体層との間に形成された第5の第2導電型半導体層と、
前記第5の第2導電型半導体層の周囲に形成された第4のゲート絶縁膜と、
前記第4のゲート絶縁膜の周囲に形成された少なくとも金属からなる第4のゲート電極と、
で構成され、
前記第6の第1導電型高濃度半導体層と前記第1のゲート配線とが配線により接続され、
第7の第1導電型高濃度半導体層に電源電圧が印加され、また、前記第6の第1導電型高濃度半導体層に前記電源電圧より低い電圧が出力される。
The static memory cell further includes a first pass transistor,
The first pass transistor includes:
A fourth island-shaped semiconductor layer;
A sixth first-conductivity type high-concentration semiconductor layer formed on the fourth island-shaped semiconductor layer;
A seventh first conductivity type high-concentration semiconductor layer formed under the fourth island-shaped semiconductor layer;
A fifth second conductivity type semiconductor layer formed between the sixth first conductivity type high concentration semiconductor layer and the seventh first conductivity type high concentration semiconductor layer;
A fourth gate insulating film formed around the fifth second conductivity type semiconductor layer;
A fourth gate electrode made of at least metal and formed around the fourth gate insulating film;
Consists of
The sixth first-conductivity type high-concentration semiconductor layer and the first gate wiring are connected by wiring;
A power supply voltage is applied to the seventh first conductivity type high concentration semiconductor layer, and a voltage lower than the power supply voltage is output to the sixth first conductivity type high concentration semiconductor layer .
また、前記スタティック型メモリセルは、前記第4のゲート電極に印加される電圧は、前記電源電圧であることを特徴とする。 In the static memory cell , the voltage applied to the fourth gate electrode is the power supply voltage.
本発明によれば、ドライバトランジスタのゲート幅が、選択トランジスタのゲート幅の二倍未満のとき、選択トランジスタのゲートに印加する電圧を下げることにより、選択トランジスタの電流駆動力を下げ、高集積で動作安定性を確保したスタティック型メモリセルを提供することができる。また、第1のゲート配線と電源線との間にSGTのパストランジスタを加えることにより、第1のゲート配線に印加する電圧を、SGTのしきい値電圧分の電圧を降下させることができる。従って、降圧回路のための面積を減少させ、SGTの占有面積のみで降圧回路を実現できる。すなわち、高集積で動作安定性を確保したスタティック型メモリセルを提供することができる。 According to the present invention, when the gate width of the driver transistor is less than twice the gate width of the selection transistor, by reducing the voltage applied to the gate of the selection transistor, the current driving capability of the selection transistor is reduced and high integration is achieved. It is possible to provide a static memory cell that ensures operational stability. Further, by adding an SGT pass transistor between the first gate wiring and the power supply line, the voltage applied to the first gate wiring can be lowered by the threshold voltage of SGT. Therefore, the area for the step-down circuit can be reduced, and the step-down circuit can be realized only by the area occupied by the SGT. That is, it is possible to provide a static memory cell that is highly integrated and ensures operational stability.
SGTはボディがゲートにより完全に囲われているため原理的にバックバイアス効果によりしきい値電圧が増加することはない。すなわち常に一定のしきい値電圧とすることができ、SGTをパストランジスタとして用いると、動作安定性を確保したスタティック型メモリセルを提供することができる。
一方、バルクMOSFET、SOI MOSFET、Double Gate MOSFET、Tri gate MOSFETは、ボディがゲートにより完全に囲われていないため、原理的にバックバイアス効果によりしきい値電圧が増加する。すなわち、バルクMOSFET、SOI MOSFET、Double Gate MOSFET、Tri gate MOSFETを本発明のパストランジスタに使用したときには、ソース電圧によりしきい値電圧が変化するため、動作安定性を損なう。Since the body of the SGT is completely surrounded by the gate, the threshold voltage does not increase due to the back bias effect in principle. In other words, a constant threshold voltage can always be set, and when SGT is used as a pass transistor, a static memory cell that ensures operational stability can be provided.
On the other hand, bulk MOSFETs, SOI MOSFETs, double gate MOSFETs, and trigate MOSFETs have a body that is not completely surrounded by a gate, so that in principle the threshold voltage increases due to the back bias effect. That is, when a bulk MOSFET, SOI MOSFET, double gate MOSFET, or trigate MOSFET is used for the pass transistor of the present invention, the threshold voltage changes depending on the source voltage, so that the operation stability is impaired.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下に示す実施の形態によって限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.
図1に本発明に係るスタティック型メモリセルの鳥瞰図を示し、
図2に本発明に係るスタティック型メモリセルの、図1におけるX1−X1’断面図を示し、
図3に本発明に係るスタティック型メモリセルの、図1におけるX2−X2’断面図を示す。
本発明に係るスタティック型メモリセルは、第1の島状シリコン層107と、
前記第1の島状シリコン層107の上部に形成された第1のn+シリコン層119と、
前記第1の島状シリコン層107の下部に形成された第2のn+シリコン層135と、
前記第1のn+シリコン層119と前記第2のn+シリコン層135との間に形成された第1のpシリコン層160と、
前記第1のpシリコン層160の周囲に形成された第1のゲート絶縁膜113と、
前記第1のゲート絶縁膜113の周囲に形成された少なくとも金属からなる第1のゲート電極125と、
で構成された第1のドライバトランジスタ101を含む。
FIG. 1 shows a bird's-eye view of a static memory cell according to the present invention,
FIG. 2 is a cross-sectional view of the static memory cell according to the present invention, taken along X1-X1 ′ in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the static memory cell according to the present invention taken along the line X2-X2 ′ in FIG.
The static memory cell according to the present invention includes a first island-
A first n +
A second n +
A first
A first
A
The
本発明に係るスタティック型メモリセルは、第2の島状シリコン層109と、
前記第2の島状シリコン層109の上部に形成された第3のn+シリコン層121と、
前記第2の島状シリコン層109の下部に形成された第4のn+シリコン層137と、
前記第3のn+シリコン層121と前記第4のn+シリコン層137との間に形成された第2のpシリコン層162と、
前記第2のpシリコン層162の周囲に形成された第2のゲート絶縁膜115と、
前記第2のゲート絶縁膜115の周囲に形成された少なくとも金属からなる第2のゲート電極127と、
で構成された第1の選択トランジスタ103を含む。
The static memory cell according to the present invention includes a second island-shaped
A third n +
A fourth n +
A second
A second
A
The
本発明に係るスタティック型メモリセルは、第3の島状シリコン層108と、
前記第3の島状シリコン層108の上部に形成された第3のp+シリコン層120と、
前記第3の島状シリコン層108の下部に形成された第4のp+シリコン層136と、
前記第3のp+シリコン層120と前記第4のp+シリコン層136との間に形成された第5のnシリコン層161と、
前記第5のnシリコン層161の周囲に形成された第3のゲート絶縁膜114と、
前記第3のゲート絶縁膜114の周囲に形成された少なくとも金属からなる第3のゲート電極126と、
で構成された第1のロードトランジスタ102と、
前記第2のゲート電極127に接続される第1のゲート配線132とを含む。
ゲート電極に使用される電極は、仕事関数によりトランジスタのしきい値電圧を決めるのであるから、少なくとも金属もしくは金属化合物がよい。
The static memory cell according to the present invention includes a third island-
A third p +
A fourth p +
A fifth
A third
A
A
And a
Since the electrode used for the gate electrode determines the threshold voltage of the transistor based on the work function, at least a metal or a metal compound is preferable.
加えて、本発明に係るスタティック型メモリセルは、第1のゲート電極125と第3のゲート電極126とに接続されるゲート配線131と、
第2のn+シリコン層135と第4のn+シリコン層137と第4のp+シリコン層136とを接続する配線141を持つ。
配線141は、シリコンもしくは金属とシリコンの化合物が好ましい。
In addition, the static memory cell according to the present invention includes a
A
The
また、本発明に係るスタティック型メモリセルは、
島状シリコン層112と、
前記島状シリコン層112の上部に形成されたn+シリコン層124と、
前記島状シリコン層112の下部に形成されたn+シリコン層140と、
前記n+シリコン層124と前記n+シリコン層140との間に形成されたpシリコン層165と、
前記pシリコン層165の周囲に形成されたゲート絶縁膜118と、
前記ゲート絶縁膜118の周囲に形成された少なくとも金属からなるゲート電極130と、
で構成されたドライバトランジスタ106を含む。
The static memory cell according to the present invention is
An island-
An n +
An n +
A
A
A
The
本発明に係るスタティック型メモリセルは、島状シリコン層110と、
前記島状シリコン層110の上部に形成されたn+シリコン層122と、
前記島状シリコン層110の下部に形成されたn+シリコン層138と、
前記n+シリコン層122と前記n+シリコン層138との間に形成されたpシリコン層163と、
前記pシリコン層163の周囲に形成されたゲート絶縁膜116と、
前記ゲート絶縁膜116の周囲に形成された少なくとも金属からなるゲート電極128と、
で構成された選択トランジスタ104を含む。
The static memory cell according to the present invention includes an island-
An n +
An n +
A
A
A
The
本発明に係るスタティック型メモリセルは、島状シリコン層111と、
前記島状シリコン層111の上部に形成されたp+シリコン層123と、
前記島状シリコン層111の下部に形成されたp+シリコン層139と、
前記p+シリコン層123と前記p+シリコン層139との間に形成されたnシリコン層164と、
前記nシリコン層164の周囲に形成されたゲート絶縁膜117と、
前記ゲート絶縁膜117の周囲に形成された少なくとも金属からなるゲート電極129と、
で構成されたロードトランジスタ105と、
前記ゲート電極128に接続されるゲート配線133とを含む。
ゲート電極に使用される電極は、仕事関数によりトランジスタのしきい値電圧を決めるのであるから、少なくとも金属もしくは金属化合物がよい。
The static memory cell according to the present invention includes an island-
A p +
A p +
An
A
A
A
And a
Since the electrode used for the gate electrode determines the threshold voltage of the transistor based on the work function, at least a metal or a metal compound is preferable.
加えて、本発明に係るスタティック型メモリセルは、ゲート電極129とゲート電極130とに接続されるゲート配線134と、
n+シリコン層140とn+シリコン層138とp+シリコン層139とを接続する配線142を持つ。
配線142は、シリコンもしくは金属とシリコンの化合物が好ましい。
このとき、
前記第1の島状シリコン層107の周囲長W1は、前記第2の島状シリコン層109の周囲長W2の二倍未満であることを特徴とし、
前記第2のゲート電極127に印加される電圧は、
前記第3のn+シリコン層121に印加される電圧より低い。
In addition, the static memory cell according to the present invention includes a
A
The
At this time,
The peripheral length W1 of the first island-shaped
The voltage applied to the
The voltage applied to the third n +
前記第1の島状シリコン層107の周囲長W1は、前記第2の島状シリコン層109の周囲長W2の二倍未満とすることにより、第1のドライバトランジスタ101の占有面積の増大を抑制し、メモリセル面積の増大を抑制する。二倍未満と記載したが、特にW1=W2が望ましい。このとき、第1のドライバトランジスタ101の占有面積は第1の選択トランジスタ103の占有面積と同じとなり、高集積化を行うことができるからである。
また、第1の選択トランジスタ103の第2のゲート電極127に、第1の選択トランジスタ103の第3のn+シリコン層121に印加される電圧より低い電圧を印加することで、第1の選択トランジスタ103の電流駆動力を下げ、高集積で動作安定性を確保したスタティック型メモリセルを提供することができる。
The peripheral length W1 of the first island-shaped
Further, by applying a voltage lower than the voltage applied to the third n +
図4に、本発明に係るスタティック型メモリセルの回路図を示す。
ゲート配線131と配線142とが配線もしくはコンタクト143により接続され、
ゲート配線134と配線141とが配線もしくはコンタクト144により接続され、
第1のn+シリコン層119にGND線145が接続され、
第3のp+シリコン層120に電源線146が接続され、
第3のn+シリコン層121にビット線147が接続され、
n+シリコン層124にGND線149が接続され、
p+シリコン層123に電源線146が接続され、
n+シリコン層122にビット線148が接続される。
FIG. 4 shows a circuit diagram of a static memory cell according to the present invention.
The
The
A
A
A
A
A
図5に、本発明に係るスタティック型メモリセルの回路図を示す。
図4に本発明のデータ読み出し時の印加電圧を記載したものである。第1のゲート配線132、第2のゲート電極127にVDD−Bの電圧が印加される。VDDは電源電圧である。Bは正の数である。ビットラインには電源電圧VDDが印加される。従って、選択トランジスタの第2のゲート電極127に、第1の選択トランジスタ103の第3のn+シリコン層121に印加される電圧より低い電圧を印加することで、第1の選択トランジスタ103の電流駆動力を下げ、高集積で動作安定性を確保したスタティック型メモリセルを提供することができる。
FIG. 5 shows a circuit diagram of a static memory cell according to the present invention.
FIG. 4 shows applied voltages at the time of data reading according to the present invention. A VDD-B voltage is applied to the
このとき、VDD−Bの電圧を作成するのに降圧回路を必要とする。もし降圧回路の面積が大きいと、かえって高集積ではなくなる可能性がある。従って、最小の面積で降圧を行うことができる回路構成が必要となる。図6は、本発明に係るパストランジスタの回路図である。パストランジスタは、ドレインに電源電圧VDD、ゲートに電源電圧VDDを入力すると、ソースから電源電圧VDDからしきい値電圧(Vth0+A)を引いた値を出力する。ただし、Vth0は、ソースが0Vのときのしきい値電圧であり、Aはバックバイアス効果により増加したしきい値電圧の増加分である。 At this time, a step-down circuit is required to create a voltage of VDD-B. If the area of the step-down circuit is large, it may not be highly integrated. Therefore, a circuit configuration capable of performing step-down with a minimum area is required. FIG. 6 is a circuit diagram of a pass transistor according to the present invention. When the power supply voltage VDD is input to the drain and the power supply voltage VDD is input to the gate, the pass transistor outputs a value obtained by subtracting the threshold voltage (Vth0 + A) from the power supply voltage VDD from the source. However, Vth0 is a threshold voltage when the source is 0V, and A is an increase of the threshold voltage increased by the back bias effect.
このパストランジスタを本発明に係るスタティック型メモリセルに加える。図7は、本発明に係るスタティック型メモリセルとパストランジスタの回路図である。このパストランジスタは、スタティック型メモリセル毎に必要ではなく、ワード線の端にあればよく、スタティック型メモリセルアレイの端にあればよい。すなわち、ワード線一本あたり少なくとも一つあればいいので、降圧回路のための面積を減少させることができる。 This pass transistor is added to the static memory cell according to the present invention. FIG. 7 is a circuit diagram of a static memory cell and a pass transistor according to the present invention. This pass transistor is not necessary for each static memory cell, but may be provided at the end of the word line, and may be provided at the end of the static memory cell array. That is, since at least one word line is required, the area for the step-down circuit can be reduced.
パストランジスタは、ドレインに電源電圧VDD、ゲートに電源電圧VDDを入力すると、ソースから電源電圧VDDからしきい値電圧(Vth0+A)を引いた値を出力する。ただし、Vth0は、ソースが0Vのときのしきい値電圧であり、Aはバックバイアス効果により増加したしきい値電圧の増加分である。従って、バックバイアス効果により増加したしきい値電圧の増加分Aは、バックバイアスにより変化する。 When the power supply voltage VDD is input to the drain and the power supply voltage VDD is input to the gate, the pass transistor outputs a value obtained by subtracting the threshold voltage (Vth0 + A) from the power supply voltage VDD from the source. However, Vth0 is a threshold voltage when the source is 0V, and A is an increase of the threshold voltage increased by the back bias effect. Therefore, the increase A of the threshold voltage increased by the back bias effect changes due to the back bias.
図8は、本発明に係るパストランジスタの回路図である。
バルクMOSFET、SOI MOSFET、Double Gate MOSFET、Tri gate MOSFETは、ボディがゲートにより完全に囲われていないため、原理的にバックバイアス効果によりしきい値電圧が増加する。バックバイアス効果により増加したしきい値電圧の増加分Aは正の数となる。すなわち、バルクMOSFET、SOI MOSFET、Double Gate MOSFET、Tri gate MOSFETを本発明のパストランジスタに使用したときには、ソース電圧によりしきい値電圧が変化するため、動作安定性を損なう。
一方、SGTは、ボディがゲートにより完全に囲われているため原理的にバックバイアス効果によりしきい値電圧が増加することはない。バックバイアス効果により増加したしきい値電圧の増加分Aは0となる。すなわち常に一定のしきい値電圧とすることができ、SGTをパストランジスタとして用いると、動作安定性を確保したスタティック型メモリセルを提供することができる。FIG. 8 is a circuit diagram of a pass transistor according to the present invention.
In bulk MOSFETs, SOI MOSFETs, double gate MOSFETs, and tri gate MOSFETs, the body is not completely surrounded by the gate, so that the threshold voltage increases in principle due to the back bias effect. The increment A of the threshold voltage increased by the back bias effect is a positive number. That is, when a bulk MOSFET, SOI MOSFET, double gate MOSFET, or trigate MOSFET is used for the pass transistor of the present invention, the threshold voltage changes depending on the source voltage, so that the operation stability is impaired.
On the other hand, since the body of the SGT is completely surrounded by the gate, the threshold voltage does not increase due to the back bias effect in principle. The increment A of the threshold voltage increased by the back bias effect is zero. In other words, a constant threshold voltage can always be set, and when SGT is used as a pass transistor, a static memory cell that ensures operational stability can be provided.
そこで、SGTをパストランジスタとして使用する。
図9は、本発明に係る選択トランジスタとパストランジスタの鳥瞰図である。
図10は、本発明に係るパストランジスタの、図9におけるz断面図である。
本発明に係るスタティック型メモリセルは、第4の島状シリコン層154と、
前記第4の島状シリコン層154の上部に形成された第6のn+シリコン層153と、
前記第4の島状シリコン層154の下部に形成された第7のn+シリコン層152と、
前記第6のn+シリコン層153と前記第7のn+シリコン層152との間に形成された第5のpシリコン層166と、
前記第5のpシリコン層166の周囲に形成された第4のゲート絶縁膜155と、
前記第4のゲート絶縁膜155の周囲に形成された少なくとも金属からなる第4のゲート電極151と、
で構成された第1のパストランジスタ150と、をさらに有し、
前記第7のn+シリコン層152と前記第1のゲート配線132とが配線156、コンタクト157、配線159、コンタクト158を介して接続され、
第6のn+シリコン層153に電源電圧が印加される。
Therefore, SGT is used as a pass transistor.
FIG. 9 is a bird's-eye view of the selection transistor and the pass transistor according to the present invention.
10 is a z cross-sectional view of the pass transistor according to the present invention in FIG.
The static memory cell according to the present invention includes a fourth island-
A sixth n +
A seventh n +
A fifth
A fourth
A
And a
The seventh n +
A power supply voltage is applied to the sixth n +
このSGTパストランジスタは、スタティック型メモリセル毎に必要ではなく、ワード線の端にあればよく、スタティック型メモリセルアレイの端にあればよい。すなわち、ワード線一本あたり少なくとも一つあればいいので、降圧回路のための面積を減少させることができる。
また、SGTは、ボディがゲートにより完全に囲われているため原理的にバックバイアス効果によりしきい値電圧が増加することはない。バックバイアス効果により増加したしきい値電圧の増加分Aは0となる。すなわち常に一定のしきい値電圧とすることができ、SGTをパストランジスタとして用いると、動作安定性を確保したスタティック型メモリセルを提供することができる。The SGT pass transistor is not required for each static memory cell, but may be provided at the end of the word line and may be provided at the end of the static memory cell array. That is, since at least one word line is required, the area for the step-down circuit can be reduced.
Further, since the body of the SGT is completely surrounded by the gate, the threshold voltage does not increase due to the back bias effect in principle. The increment A of the threshold voltage increased by the back bias effect is zero. In other words, a constant threshold voltage can always be set, and when SGT is used as a pass transistor, a static memory cell that ensures operational stability can be provided.
また、前記第6のn+シリコン層153と前記第1のゲート配線132とを配線により接続し、
第7のn+シリコン層152に電源電圧を印加してもよい。
このSGTパストランジスタのゲート電極に使用される電極は、仕事関数によりトランジスタのしきい値電圧を決めるのであるから、少なくとも金属もしくは金属化合物がよい。
また、SGTパストランジスタの電流駆動力が足りない場合は、SGTパストランジスタは複数あってもよい。Further, the sixth n +
A power supply voltage may be applied to the seventh n +
Since the electrode used as the gate electrode of the SGT pass transistor determines the threshold voltage of the transistor by the work function, at least a metal or a metal compound is preferable.
Further, when the current driving capability of the SGT pass transistor is insufficient, there may be a plurality of SGT pass transistors.
なお、本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明の一実施例を説明するためのものであり、上述の実施形態によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、上記において、p型(p+型を含む)とn型(n+型を含む)をそれぞれ逆の導電型にしたものも本発明の技術的範囲に含まれることは、当業者には自明である。 It should be noted that the present invention can be variously modified and modified without departing from the broad spirit and scope of the present invention. The above-described embodiment is for explaining an example of the present invention, and the technical scope of the present invention is not limited by the above-described embodiment. In addition, in the above description, it is obvious to those skilled in the art that p-type (including p + type) and n-type (including n + type) are each in the opposite conductivity type and are also included in the technical scope of the present invention. is there.
101.ドライバトランジスタ
102.ロードトランジスタ
103.選択トランジスタ
104.選択トランジスタ
105.ロードトランジスタ
106.ドライバトランジスタ
107.島状シリコン層
108.島状シリコン層
109.島状シリコン層
110.島状シリコン層
111.島状シリコン層
112.島状シリコン層
113.ゲート絶縁膜
114.ゲート絶縁膜
115.ゲート絶縁膜
116.ゲート絶縁膜
117.ゲート絶縁膜
118.ゲート絶縁膜
119.n+シリコン層
120.p+シリコン層
121.n+シリコン層
122.n+シリコン層
123.p+シリコン層
124.n+シリコン層
125.ゲート電極
126.ゲート電極
127.ゲート電極
128.ゲート電極
129.ゲート電極
130.ゲート電極
131.ゲート配線
132.ゲート配線
133.ゲート配線
134.ゲート配線
135.n+シリコン層
136.p+シリコン層
137.n+シリコン層
138.n+シリコン層
139.p+シリコン層
140.n+シリコン層
141.配線
142.配線
143.配線もしくはコンタクト
144.配線もしくはコンタクト
145.GND線
146.電源線
147.ビット線
148.ビット線
149.GND線
150.パストランジスタ
151.ゲート電極
152.n+シリコン層
153.n+シリコン層
154.島状シリコン層
155.ゲート絶縁膜
156.配線
157.コンタクト
158.コンタクト
159.配線
160.pシリコン層
161.nシリコン層
162.pシリコン層
163.pシリコン層
164.nシリコン層
165.pシリコン層
166.pシリコン層101.
Claims (4)
前記第1の島状半導体層の上部に形成された第1の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第1の島状半導体層の下部に形成された第2の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第1の第1導電型高濃度半導体層と前記第2の第1導電型高濃度半導体層との間に形成された第1の第2導電型半導体層と、
前記第1の第2導電型半導体層の周囲に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜の周囲に形成された少なくとも金属からなる第1のゲート電極と、
で構成された第1のドライバトランジスタと、
第2の島状半導体層と、
前記第2の島状半導体層の上部に形成された第3の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第2の島状半導体層の下部に形成された第4の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第3の第1導電型高濃度半導体層と前記第4の第1導電型高濃度半導体層との間に形成された第2の第2導電型半導体層と、
前記第2の第2導電型半導体層の周囲に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜の周囲に形成された少なくとも金属からなる第2のゲート電極と、
で構成された第1の選択トランジスタと、
第3の島状半導体層と、
前記第3の島状半導体層の上部に形成された第3の第2導電型高濃度半導体層と、
前記第3の島状半導体層の下部に形成された第4の第2導電型高濃度半導体層と、
前記第3の第2導電型高濃度半導体層と前記第4の第2導電型高濃度半導体層との間に形成された第5の第1導電型半導体層と、
前記第5の第1導電型半導体層の周囲に形成された第3のゲート絶縁膜と、
前記第3のゲート絶縁膜の周囲に形成された少なくとも金属からなる第3のゲート電極と、
で構成された第1のロードトランジスタと、
前記第2のゲート電極に接続される第1のゲート配線と、
を含む6トランジスタSRAMセルであって、
前記第1の島状半導体層の周囲長は、前記第2の島状半導体層の周囲長の二倍未満であることを特徴とし、
前記第2のゲート電極に印加される電圧は、
前記第3の第1導電型高濃度半導体層に印加される電圧より低いことを特徴とし、
さらに、
第4の島状半導体層と、
前記第4の島状半導体層の上部に形成された第6の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第4の島状半導体層の下部に形成された第7の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第6の第1導電型高濃度半導体層と前記第7の第1導電型高濃度半導体層との間に形成された第5の第2導電型半導体層と、
前記第5の第2導電型半導体層の周囲に形成された第4のゲート絶縁膜と、
前記第4のゲート絶縁膜の周囲に形成された少なくとも金属からなる第4のゲート電極と、
で構成された第1のパストランジスタをさらに有し、
前記第7の第1導電型高濃度半導体層と前記第1のゲート配線とが配線により接続され、第6の第1導電型高濃度半導体層に電源電圧が印加され、
前記第7の第1導電型高濃度半導体層に前記電源電圧より低い電圧が出力されることを特徴とする半導体装置。 A first island-like semiconductor layer;
A first first-conductivity-type high-concentration semiconductor layer formed on the first island-shaped semiconductor layer;
A second first-conductivity-type high-concentration semiconductor layer formed under the first island-shaped semiconductor layer;
A first second conductivity type semiconductor layer formed between the first first conductivity type high concentration semiconductor layer and the second first conductivity type high concentration semiconductor layer;
A first gate insulating film formed around the first second conductivity type semiconductor layer;
A first gate electrode made of at least metal and formed around the first gate insulating film;
A first driver transistor comprising:
A second island-like semiconductor layer;
A third first-conductivity-type high-concentration semiconductor layer formed on the second island-shaped semiconductor layer;
A fourth first-conductivity-type high-concentration semiconductor layer formed under the second island-shaped semiconductor layer;
A second second conductive semiconductor layer formed between the third first conductive high concentration semiconductor layer and the fourth first conductive high concentration semiconductor layer;
A second gate insulating film formed around the second second conductivity type semiconductor layer;
A second gate electrode made of at least metal and formed around the second gate insulating film;
A first selection transistor comprising:
A third island-like semiconductor layer;
A third second-conductivity-type high-concentration semiconductor layer formed on the third island-shaped semiconductor layer;
A fourth second-conductivity type high-concentration semiconductor layer formed under the third island-shaped semiconductor layer;
A fifth first conductivity type semiconductor layer formed between the third second conductivity type high concentration semiconductor layer and the fourth second conductivity type high concentration semiconductor layer;
A third gate insulating film formed around the fifth first conductivity type semiconductor layer;
A third gate electrode made of at least metal and formed around the third gate insulating film;
A first load transistor comprising:
A first gate line connected to the second gate electrode;
A six-transistor SRAM cell comprising:
The peripheral length of the first island-shaped semiconductor layer is less than twice the peripheral length of the second island-shaped semiconductor layer,
The voltage applied to the second gate electrode is
It is lower than the voltage applied to the third first conductivity type high concentration semiconductor layer,
further,
A fourth island-shaped semiconductor layer;
A sixth first-conductivity type high-concentration semiconductor layer formed on the fourth island-shaped semiconductor layer;
A seventh first conductivity type high-concentration semiconductor layer formed under the fourth island-shaped semiconductor layer;
A fifth second conductivity type semiconductor layer formed between the sixth first conductivity type high concentration semiconductor layer and the seventh first conductivity type high concentration semiconductor layer;
A fourth gate insulating film formed around the fifth second conductivity type semiconductor layer;
A fourth gate electrode made of at least metal and formed around the fourth gate insulating film;
A first pass transistor configured with:
The seventh first conductivity type high concentration semiconductor layer and the first gate wiring are connected by wiring, and a power supply voltage is applied to the sixth first conductivity type high concentration semiconductor layer,
A voltage lower than the power supply voltage is output to the seventh first conductivity type high-concentration semiconductor layer.
前記第1の島状半導体層の上部に形成された第1の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第1の島状半導体層の下部に形成された第2の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第1の第1導電型高濃度半導体層と前記第2の第1導電型高濃度半導体層との間に形成された第1の第2導電型半導体層と、
前記第1の第2導電型半導体層の周囲に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜の周囲に形成された少なくとも金属からなる第1のゲート電極と、
で構成された第1のドライバトランジスタと、
第2の島状半導体層と、
前記第2の島状半導体層の上部に形成された第3の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第2の島状半導体層の下部に形成された第4の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第3の第1導電型高濃度半導体層と前記第4の第1導電型高濃度半導体層との間に形成された第2の第2導電型半導体層と、
前記第2の第2導電型半導体層の周囲に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜の周囲に形成された少なくとも金属からなる第2のゲート電極と、
で構成された第1の選択トランジスタと、
第3の島状半導体層と、
前記第3の島状半導体層の上部に形成された第3の第2導電型高濃度半導体層と、
前記第3の島状半導体層の下部に形成された第4の第2導電型高濃度半導体層と、
前記第3の第2導電型高濃度半導体層と前記第4の第2導電型高濃度半導体層との間に形成された第5の第1導電型半導体層と、
前記第5の第1導電型半導体層の周囲に形成された第3のゲート絶縁膜と、
前記第3のゲート絶縁膜の周囲に形成された少なくとも金属からなる第3のゲート電極と、
で構成された第1のロードトランジスタと、
前記第2のゲート電極に接続される第1のゲート配線と、
を含む6トランジスタSRAMセルであって、
前記第1の島状半導体層の周囲長は、前記第2の島状半導体層の周囲長の二倍未満であることを特徴とし、
前記第2のゲート電極に印加される電圧は、
前記第3の第1導電型高濃度半導体層に印加される電圧より低いことを特徴とし、
さらに、
第4の島状半導体層と、
前記第4の島状半導体層の上部に形成された第6の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第4の島状半導体層の下部に形成された第7の第1導電型高濃度半導体層と、
前記第6の第1導電型高濃度半導体層と前記第7の第1導電型高濃度半導体層との間に形成された第5の第2導電型半導体層と、
前記第5の第2導電型半導体層の周囲に形成された第4のゲート絶縁膜と、
前記第4のゲート絶縁膜の周囲に形成された少なくとも金属からなる第4のゲート電極と、
で構成された第1のパストランジスタをさらに有し、
前記第6の第1導電型高濃度半導体層と前記第1のゲート配線とが配線により接続され、第7の第1導電型高濃度半導体層に電源電圧が印加され、
前記第6の第1導電型高濃度半導体層に前記電源電圧より低い電圧が出力されることを特徴とする半導体装置。 A first island-like semiconductor layer;
A first first-conductivity-type high-concentration semiconductor layer formed on the first island-shaped semiconductor layer;
A second first-conductivity-type high-concentration semiconductor layer formed under the first island-shaped semiconductor layer;
A first second conductivity type semiconductor layer formed between the first first conductivity type high concentration semiconductor layer and the second first conductivity type high concentration semiconductor layer;
A first gate insulating film formed around the first second conductivity type semiconductor layer;
A first gate electrode made of at least metal and formed around the first gate insulating film;
A first driver transistor comprising:
A second island-like semiconductor layer;
A third first-conductivity-type high-concentration semiconductor layer formed on the second island-shaped semiconductor layer;
A fourth first-conductivity-type high-concentration semiconductor layer formed under the second island-shaped semiconductor layer;
A second second conductive semiconductor layer formed between the third first conductive high concentration semiconductor layer and the fourth first conductive high concentration semiconductor layer;
A second gate insulating film formed around the second second conductivity type semiconductor layer;
A second gate electrode made of at least metal and formed around the second gate insulating film;
A first selection transistor comprising:
A third island-like semiconductor layer;
A third second-conductivity-type high-concentration semiconductor layer formed on the third island-shaped semiconductor layer;
A fourth second-conductivity type high-concentration semiconductor layer formed under the third island-shaped semiconductor layer;
A fifth first conductivity type semiconductor layer formed between the third second conductivity type high concentration semiconductor layer and the fourth second conductivity type high concentration semiconductor layer;
A third gate insulating film formed around the fifth first conductivity type semiconductor layer;
A third gate electrode made of at least metal and formed around the third gate insulating film;
A first load transistor comprising:
A first gate line connected to the second gate electrode;
A six-transistor SRAM cell comprising:
The peripheral length of the first island-shaped semiconductor layer is less than twice the peripheral length of the second island-shaped semiconductor layer,
The voltage applied to the second gate electrode is
It is lower than the voltage applied to the third first conductivity type high concentration semiconductor layer,
further,
A fourth island-shaped semiconductor layer;
A sixth first-conductivity type high-concentration semiconductor layer formed on the fourth island-shaped semiconductor layer;
A seventh first conductivity type high-concentration semiconductor layer formed under the fourth island-shaped semiconductor layer;
A fifth second conductivity type semiconductor layer formed between the sixth first conductivity type high concentration semiconductor layer and the seventh first conductivity type high concentration semiconductor layer;
A fourth gate insulating film formed around the fifth second conductivity type semiconductor layer;
A fourth gate electrode made of at least metal and formed around the fourth gate insulating film;
A first pass transistor configured with:
The sixth first-conductivity-type high-concentration semiconductor layer and the first gate wiring are connected by wiring, and a power supply voltage is applied to the seventh first-conductivity-type high-concentration semiconductor layer;
A voltage lower than the power supply voltage is output to the sixth first conductivity type high concentration semiconductor layer.
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