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Eine konventionelle SRAM-Zelle besteht
aus ersten und zweiten Ansteuertransistoren, deren Drain-Source-Wege
jeweils zwischen ersten und zweiten Speicherknoten und Erde verbunden
sind, aus ersten und zweiten Lastelementen (load elements), die
zwischen den ersten und zweiten Speicherknoten beziehungsweise einer
Leistungsversorgung verbunden sind, aus ersten und zweiten Schalttransistoren,
deren Drain-Source-Wege
jeweils zwischen den ersten und zweiten Speicherknoten und einem
Paar Datenleitungen (oder Bitleitungen) verbunden sind. Die Gate-Anschlüsse der
ersten und zweiten Ansteuertransistoren sind mit den zweiten beziehungsweise
den ersten Speicherknoten verbunden, und die Gate-Anschlüsse der
ersten und zweiten Schalttransistoren sind mit einer Wortleitung verbunden.
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SRAM-Zellen können allgemein gemäß der Herstellungskonfiguration
der Lastelemente wie folgt klassifiziert werden: eine hochohmige
SRAM-Zelle, die als Lastelemente Schichten hochohmigen Widerstandsmaterials,
wie polykristallines Silizium (was im Gebiet der Halbleiterindustrie
typischerweise Polysilizium genannt wird) auf einer Isolierschicht über einem
Halbleitersubstrat, auf dem vier Transistoren der ersten und zweiten
Ansteuertransistoren und ersten und zweiten Schalttransistoren ausgebildet
sind, verwendet; eine Dünnfilm-SRAM-Zelle,
die als Lastelemente Dünnfilmtransistoren
auf einer Isolierschicht über
dem Halbleitersubstrat, auf dem die vier Transistoren ausgebildet
sind, verwendet; und eine CMOS SRAM-Zelle, in welcher erste und
zweite Ladetransistoren komplementär zu ersten und zweiten Ansteuertransistoren
auf dem Halbleitersubstrat zusammen mit vier anderen Transistoren
ausgebildet sind. Die CMOS-SRAM-Zelle wird im allgemeinen eine volle
CMOS-SRAM-Zelle genannt.
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Die volle CMOS-SRAM-Zelle hat verschiedene
Vorteile, wie einen niedrigen Standby-Strom, eine höhere Betriebsgeschwindigkeit,
eine größere Betriebsstabilität, eine
größere Alphateilchenimmunität und dergleichen
bei einer niedrigeren Leistungsversorgungsspannung im Vergleich
mit hochohmigen Dünnfilmtransistor
SRAM-Zellen.
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Somit kann durch die oben erwähnten Vorteile
die volle CMOS-SRAM-Zelle
verbreitet auf den Gebieten des Cash-Speichers für Personalcomputer, der nicht
flüchtigen
Pufferspeichers, der Speichervorrichtungen des direkten Zugriffs
und der Speichervorrichtung für
logische LSI und Mikroprozessoren verwendet werden. Die volle CMOS-SRAM-Zelle
weist jedoch das Problem auf, daß ihr Gebiet zu groß ist, um
einen SRAM hoher Dichte zu verwirklichen.
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In der vollen CMOS-SRAM-Zelle wird
in der
US 5,521,860 ein
Stand der Technik zur Verminderung des Zellgebietes beschrieben.
Die SRAM-Zelle des Standes der Technik umfaßt erste und zweite Ansteuertransistoren,
erste und zweite Lasttransistoren und erste und zweite Schalttransistoren,
die jeweils symmetrisch um einen Zentralpunkt in einem Zellgebiet
angeordnet sind. Die ersten und zweiten Ansteuertransistoren und
die ersten und zweiten Transistoren sind von n-Kanal Typ, und die
ersten und zweiten Lasttransistoren sind vom p-Kanal Typ. Erste
und zweite Wortleitungen, die als Gate-Elektroden der ersten und
zweiten Schalttransistoren dienen, sind parallel zueinander angeordnet.
Eine erste Innenzellenverdrahtung dient als Gate-Elektroden des
ersten Ansteuertransistors, und der erste Lasttransistor ist mit
den Drain-Gebieten des zweiten Ansteuertransistors und des zweiten
Lasttransistors ver bunden, und eine zweite Innenzellenverdrahtung,
die als Gate-Elektroden
des zweiten Ansteuertransistors und der zweiten Lasttransistors
dient, ist mit den Drain-Gebieten des ersten Ansteuertransistors
und des ersten Lasttransistors verbunden. Die ersten und zweiten
Innenzellenverdrahtungen sind parallel zueinander zwischen den ersten
und zweiten Wortleitungen rechtwinklig zu den Wortleitungen angeordnet.
Zwei Erdverdrahtungen, die jeweils mit den Source-Gebieten der ersten
und zweiten Ansteuertransistoren verbunden sind, und eine Leistungsversorgungsverdrahtung,
die mit den Source-Gebieten der ersten und zweiten Lasttransistoren
verbunden ist, sind über
den Wortleitungen und den ersten und zweiten Innenzellenverdrahtungen
unter Zwischenschaltung eines Isolationsschicht angeordnet.
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Da jedoch die ersten und zweiten
Innenzellenverdrahtungen und die ersten und zweiten Wortleitungen
auf derselben Ebene angeordnet sind, befinden sich die ersten und
zweiten Innenzellenverdrahtungen voneinander entfernt, so daß sie rechtwinklig
zu den ersten und zweiten Wortleitungen liegen, und zwischen den
ersten und zweiten Wortleitungen angeordnet sind, wobei das Seitenverhältnis (Verhältnis der
Längserstreckung
zur Seitenerstreckung des Zellgebietes) der SRAM-Zelle des Standes der Technik zunimmt.
Somit nimmt die Länge
jeder der Bitleitungen rechtwinklig zu den Wortleitungen zu, um
dadurch den Widerstand und parasitäre Kapazität jeder der Bitleitungen zu
erhöhen.
Dieses Problem erschwert das schnelle Lesen von Daten aus der Speicherzelle
beziehungsweise das schnelle Schreiben von Daten in die Speicherzelle.
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Weiterhin bedeutet, da die beiden
Erdverdrahtungen und die Leistungsversorgungsverdrahtungen auf der
Isolationsschicht angeordnet sind, die Verminderung der Längserstreckung
der Zelle eine Verminderung der Breite jeder der Erd- und Leistungsversorgungsverdrahtungen,
was bewirkt, daß der
Widerstand jeder Verdrahtung ansteigt. Somit kann eine Fehlfunktion
der Zelle während
der Lese- oder Schreiboperation durch einen Spannungsabfall durch
das Ansteigen des Widerstandes der Verdrahtungen erzeugt werden.
Somit wird das Verkleinern der Zellgröße begrenzt.
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Aus
US-A-5 166 902 ist der Aufbau einer SRAM-Speicherzelle
aus sechs Transistoren bekannt. Der Speicherzellenaufbau umfasst
zwei F-förmige,
ineinandergreifende Transistorgebiete.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
statische Zelle sowie eine Halbleiterspeichervorrichtung mit mindestens
einer Speicherzelle anzugeben, wobei die Speicherzelte ein optimiertes
Seitenverhältnis aufweist
zur, Verminderung des Widerstands und der parasitären Kapazität von Leitungen
parallel zur längeren
Zellenseite.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen
der unabhängigen
Patentansprüche
gelöst.
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Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche.
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Im Folgenden wird eine bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert.
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1 ist
ein äquivalentes
Schaltungsdiagramm einer vollen CMOS-SRAM-Zelle gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2A und 2B umfassen eine Aufsicht,
die vier aneinandergrenzende Zellen gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigen;
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3 ist
eine Aufsicht, die eine einzelne Zelle gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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4 bis 8 sind Aufsichten, die sequentielle Schichten
für das
Herstellen der Zelle der 2 zeigen;
und
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9 ist
eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 9-9' der 3.
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In Übereinstimmung mit der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine volle CMOS-SRAM-Zelle unter
Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden
Beschreibung werden viele spezifische Details angegeben, wie spezifische
Energieniveaus, Dicken, Leitungstypen und dergleichen, um ein gutes
Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es wird jedoch für Fachleute
offensichtlich sein, daß diese
spezifischen Details nicht notwendig sind, um die Erfindung auszuführen. Beispielsweise
können
n-Kanal Transistoren durch p-Kanal Transistoren ersetzt werden und
umgekehrt. In den Zeichnungen sollte beachtet werden, daß ähnliche
Elemente oder Teile durch ähnliche
Zahlen oder Symbole dargestellt sind.
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3 ist
eine vergrößerte Aufsicht,
die ein Layout-Diagramm einer einzelnen CMOS-SRAM-Zelle gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, und 1 ist
ein Schaltungsdiagramm der 3.
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Unter Bezug auf die 1 und 3 besteht
die CMOS-SRAM-Zelle
aus einem Flip-Flop, das kreuzgekoppelte erste und zweite Inverter
INV1 und INV2, und erste und zweite Transfer-Transistoren Qt1 und Qt2, die mit dem
Flip-Flop verbunden sind, aufweist. Der erste Inverter INV1 umfaßt einen
ersten Last-Transistor Qt1 und einen ersten Ansteuertransistor Qd1,
und der zweite Inverter INV2 umfaßt einen zweiten Lasttransistor
Qt2 und einen zweiten Ansteuertransistor Qd2. Die ersten und zweiten
Transfer-Transistoren Qt1 und Qt2 und die ersten und zweiten Ansteuertransistoren
Qd1 und Qd2 sind Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate mit
einem Kanal eines ersten Leitfähigkeitstyps,
das heißt
einem n-Kanal, und die ersten und zweiten Last-Transistoren Q11
und Q12 sind Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate mit einem
Kanal eines zweiten Leitfähigkeitstyps,
das heißt
einem p-Kanal. Die ersten und zweiten Inverter INV1 und INV2 umfassen
nicht nur erste und zweite Diffusionsgebiete, das heißt, Source-Gebiete
der ersten und zweiten Ansteuertransistoren Qd1 und Qd2, die mit
einer Erdquelle (oder Erdspannung Vss) verbunden sind, sondern auch
dritte und vierte Diffusionsgebiete, das heißt Source-Gebiete der ersten
und zweiten Last-Transistoren Q11 und Q12, die mit einer Leistungsversorgungsspannungsquelle
(oder einer Leistungsversorgungsspannung Vcc) verbunden sind.
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Ein Zellgebiet 10 auf einem
Halbleitersubstrat hat eine rechtwinklige Form von 2,0 × 3,2 μm2 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Erste und zweite aktive Gebiete 12 und 14 werden
auf dem Substrat ausgebildet, wobei sie sich länglich in einer Zeilenrichtung
erstrecken. Das erste aktive Gebiet 12 hat einen Teil 17,
der sich zu einer oberen Seitenkante entlang einer rechten Seitenkante
erstreckt, und das zweite aktive Gebiet 14 hat einen Teil 20,
der sich zu einer unteren Seitenkante entlang einer linken Seitenkante
erstreckt. Source- und Drain-Gebiete 22 und 24 des
ersten Ansteuertransistors Qd1 und ein dazwischen liegendes Kanalgebiet
und Source- und Drain-Gebiete 26 und 28 des ersten
Transfer-Transistors Qt1 und ein dazwischen liegendes Kanalgebiet
werden im ersten aktiven Gebiet 12 ausgebildet. Das Drain-Gebiet 28 des
ersten Transfer-Transistors Qt1 ist gemeinsam mit dem Drain-Gebiet 24 des
ersten Ansteuertransistors Qd1 und einem ersten Speicherknotengebiet
N1 verbunden. In ähnlicher
Weise werden Source- und Drain-Gebiete 30 und 32 des
zweiten Ansteuertransistors Qd2 und ein dazwischen liegendes Kanalgebiet
und Source- und Drain-Gebiete 34 und 36 des zweiten
Transfer-Transistors Qt2 und ein dazwischen liegendes Kanalgebiet
im zweiten aktiven Gebiet 14 ausgebildet. Das Drain-Gebiet 36 des
zweiten Transfer-Transistors Qt2 ist in Serie durch das Drain-Gebiet 32 des
zweiten Ansteuertransistors Qd2 und einem zweiten Speicherknotengebiet
N2 verbunden. Ein drittes aktives Gebiet 16 wird im Substrat
ausgebildet, das sich in Zeilenrichtung erstreckt, so daß es neben
dem ersten aktiven Gebiet 12 zwischen den ersten und zweiten
aktiven Gebieten 12 und 14 zu liegen kommt. Die
Source- und Drain-Gebiete 38 und 40 des ersten
Last-Transistors Q11 und ein dazwischen liegendes Kanalgebiet werden
im dritten aktiven Gebiet 16 ausgebildet. Source- und Drain-Gebiete 38 und 40 und
das Kanalgebiet des ersten Last-Transistors Q11 sind jeweils in
einer Spaltenrichtung mit den Source- und Drain-Gebieten 22 und 24 und
dem Kanalgebiet des ersten Ansteuer transistors Qd1 ausgebildet.
Ein viertes aktives Gebiet 18 wird auf dem Substrat ausgebildet,
wobei es sich in Zeilenrichtung erstreckt, so daß es neben dem zweiten aktiven
Gebiet 14 zwischen den ersten und zweiten aktiven Gebieten 12 und 14 zu
liegen kommt. Im vierten aktiven Gebiet 18 werden Source-
und Drain-Gebiete 42 und 44 des zweiten Last-Transistors
Q12 und das dazwischen liegende Kanalgebiet so ausgeformt, daß sie in
Spaltenrichtung mit den Source- und Drain-Gebieten 30 und 32 des
zweiten Ansteuertransistors Qd2 und des dazwischen liegenden Kanalgebietes
ausgerichtet sind.
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Die ersten bis vierten aktiven Gebiete 12, 14, 16 und 18 sind
durch Isolationsgebiete 8 isoliert. Da sich die ersten
bis vierten aktiven Gebiete 12 bis 18 in Zeilenrichtung
nebeneinander im Zellgebiet 10 erstrecken, wie das oben
beschrieben wurde, so kann die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise
das Seitenverhältnis
im Vergleich zum Stand der Technik vermindern. Die Source-, Drain-
und Kanalgebiete des ersten Ansteuertransistors Qd1, des ersten Transfer-Transistors
Qt1 und des ersten Lasttransistors Q11 sind darüberhinaus so angeordnet, daß sie im
wesentlichen symmetrisch zu den Source-, Drain- und Kanalgebieten
des zweiten Ansteuertransistors Qd2, des zweiten Transfer-Transistors
Qt2 beziehungsweise des zweiten Lasttransistors Q11 bezüglich einer
Zentrumsachse C liegen. Somit sind Speicherzustände von Ladungen, die in den
ersten und zweiten Speicherknotengebieten N1 und N2 gespeichert
sind, stabil.
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Eine erste Gate-Elektrodenschicht 46 erstreckt
sich ausgedehnt in Spaltenrichtung, indem sie Gate-Oxydschichten
auf den Kanalgebieten des ersten Ansteuertransistors Qd1 und des
ersten Last-Transistors Q11 dazwischen legt. In ähnlicher Weise erstreckt sich
eine zweite Gate-Elektrodenschicht 48 ausgedehnt in der
Spaltenrichtung, indem sie Gate-Oxydschichten auf den Kanalgebieten
des zweiten Ansteuertransistors Qd2 und eines zweiten Last-Transistors
Q12 dazwischen legt. Ein dritte Gate-Elektrodenschicht 58 erstreckt
sich in Spaltenrichtung über
den Kanalgebiet des ersten Transfer-Transistors Qt1 durch dessen
Gate-Oxydschicht, so daß sie
sich in Kontakt mit der oberen Seitenkante des Zellgebietes 10 befindet.
Eine vierte Gate-Elektrodenschicht 60 erstreckt sich in
Spaltenrichtung, indem sie eine Gate-Oxydschicht auf dem Kanalgebiet des
zweiten Transfer-Transistors Qt2 dazwischen schiebt, so daß sie sich
in Kontakt mit der unteren Seitenkante des Zellgebietes 10 befindet.
Jede der ersten bis vierten Gate-Elektrodenschichten 46, 48, 58 und 60 ist
eine leitende Schicht einer ersten Ebene, die aus demselben Material
hergestellt ist. Ein Endteil 50 der ersten Gate-Elektrodenschicht 46 liegt über dem
Isolationsgebiet 8, so daß er einen Endteil des Drain-Gebietes 44 des
zweiten Last-Transistors Q12 überlappt.
Der Endteil 50 kann seitlich neben dem Endteil des Drain-Gebietes 44 liegen.
In ähnlicher
Weise liegt ein Endteil 52 der zweiten Gate-Elektrodenschicht 48 über dem
Isoliergebiet 8, um einen Endteil des Drain-Gebietes 40 des
ersten Last-Transistors Q11 zu überlappen.
Der Endteil 52 kann seitlich neben dem Endteil des Drain-Gebietes 40 liegen.
Die ersten und dritten Gate-Elektrodenschichten 46 und 58 sind
im wesentlichen symmetrisch zur zweiten beziehungsweise vierten Gate-Elektrodenschicht 48 und 60 bezüglich der Zentralachse
C angeordnet.
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Eine erste Verdrahtungsschicht 54 hat
eine L-Form, um das erste Speichergebiet N1 mit dem Drain-Gebiet 40 des
ersten Last-Transistors Q11 und der zweiten Gate-Elektrodenschicht 48 zu
verbinden. Eine zweite Verdrahtungsschicht 56 hat eine
L-Form, um das zweite Speichergebiet N2 mit dem Drain-Gebiet 44 des
zweiten Last-Transistors Q12 und der ersten Gate-Elektrodenschicht 46 zu
verbinden. Jeder der ersten und zweiten Verdrahtungsschichten 54 und 56 ist
eine leitende Schicht, die aus demselben Material hergestellt ist.
Die erste Verdrahtungsschicht 54 ist darüberhinaus
im wesentlichen zur zweiten Verdrahtungsschicht 56 bezüglich der
Zentralachse C ausgerichtet.
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Eine Wortleitungsschicht 62 (oder
WL) erstreckt sich länglich
in Spaltenrichtung auf einer ersten Zwischenebenen-Isolier schicht.
Die Wortleitungsschicht 62 ist mit den dritten und vierten Gate-Elektrodenschichten 58 und 60 durch
ein Halbkontaktloch 64, das in der oberen Kante angeordnet ist,
und ein Halbkontaktloch 66, das an der unteren Kante angeordnet
ist, verbunden. Eine zweite Zwischenebenen-Isolierschicht wird auf
der Wortleitungsschicht 62 und der ersten Zwischenebenen-Isolierschicht abgelagert.
Wie unten beschrieben wird, sind eine Erdverdrahtungsschicht und
eine Leistungsversorgungsverdrahtungsschicht im Wechsel auf der
zweiten Zwischenebenenisolierschicht ausgebildet. Die Leistungsversorgungsverdrahtungsschicht 68 ist
in 3 dargestellt. Die
Schicht 68 ist mit dem Source-Gebiet 38 des ersten Last-Transistors
Q11 durch ein Halbkontaktloch 72, das an der rechten Seitenkante
angeordnet ist, und mit dem Source-Gebiet 42 des zweiten
Last-Transistors Q12 durch ein Halbkontaktloch 74, das
an der linken Seitenkante angeordnet ist, verbunden.
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Ein Viertelkontaktloch 76 ist
an der oberen rechten Kante angeordnet und mit der Erdverdrahtungsschicht
angrenzend an die rechte Seitenkante verbunden, um die Erdquelle
für das
Source-Gebiet 22 des ersten Ansteuertransistors Qd1 zu
liefern. Ein Viertelkontaktloch 78 ist an der unteren linken
Seitenkante angeordnet und mit der Erdverdrahtungsschicht angrenzend
an die linke Seitenkante verbunden, um die Erdquelle des Source-Gebietes 30 des zweiten
Ansteuertransistors Qd2 zu liefern.
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Eine dritte Zwischenebenen-Isolierschicht
ist auf der Leistungsversorgungsverdrahtungsschicht 68,
der Erdverdrahtungsschicht und der zweiten Zwischenebenenisolierschicht
abgelagert. Ein Paar Datenleitungen 80 (oder DL) und 82 (oder
DL) ist länglich
ausgeformt, so daß sie
sich in Zeilenrichtung auf der dritten Zwischenebenen-Isolierschicht
erstrecken. Die Datenleitungen 80 und 82 stehen
in komplementärer
Beziehung zueinander. Die Datenleitung 80 ist mit dem Source-Gebiet 26 des
ersten Transfer-Transistors Qt1 durch ein Halbkontaktloch 84,
das an der rechten Seitenkante angeordnet ist, verbunden, während die
Datenleitung 82 mit dem Source-Gebiet 34 des zweiten
Transfer-Transistors Qt2 durch ein Halbkontaktloch 86,
das an der linken Seitenkante angeordnet ist, verbunden ist.
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Die 2A und 2B zeigen eine vergrößerte Aufsicht
von vier aneinandergrenzenden Zellen mit ihrer Kombination. Das
Zellgebiet der obere rechte Seite 10a der 2A ist dasselbe wie das Zellgebiet der 3.
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Bezieht man sich auf die 2A und 2B, so werden vier Zellgebiete 10a bis 10d durch
die Zeilenlinien 100a, 100b und 100c und
die Spaltenlinien 102a, 102b und 102c definiert.
Für die
einfachere Darstellung sollte beachtet werden, daß obwohl
vier benachbarte Zellen gezeigt sind, eine Mehrzahl von vier benachbarten
Zellen in Zeilen und Spalten so angeordnet sind, das sie aneinander
angrenzen. Somit werden Zellgebiete durch eine Vielzahl von durch Zeilen-
und Spaltenlinien begrenzte Speicherzellen definiert. Die Zeilenlinien
werden in wechselnde erste und zweite Zeilenlinien unterteilt, und
die Spaltenlinien werden in wechselnde erste und zweite Spaltenlinien
unterteilt. Ein Paar erster aktiver Gebiete ist auf beiden Seiten
jeder ersten Zeilenlinie angeordnet, und ein Paar zweiter aktiver
Gebiete ist auf beiden Seiten jeder der zweiten Zeilenlinien angeordnet.
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Das Zellgebiet 10b ist im
wesentlichen symmetrisch zum Zellgebiet 10a bezüglich der
Spaltenlinie 102b. Das Zellgebiet 10c ist im wesentlichen symmetrisch
zum Zellgebiet 10a bezüglich
der Zeilenlinie 100b. Das Zellgebiet 10d ist im
wesentlichen symmetrisch zum Zellgebiet 10a bezüglich des
Kreuzungspunktes der Zeilenlinie 100b und der Spaltenlinie 102b.
Somit ist ein Paar erster aktiver Gebiete 12 so angeordnet,
daß sie
sich in Zeilenrichtung an entgegengesetzten Seiten jeder der ersten
Zeilenlinien 100a und 100c erstrecken (erste aktive
Gebiete am oberen Teil der Linie 100a und dem unteren Teil
der Linie 100c sind in der Zeichnung nicht gezeigt). Ein Paar
zweiter aktiver Gebiete 14 ist ebenfalls so angeordnet,
daß es
sich in Zeilenrichtung an entgegengesetzten Seiten der zweiten Zeilenlinie 100b erstreckt. Erste
Brückengebiete 104 sind
im Substrat ausgeformt, um Kreuzungspunkte der ersten Spaltenlinie 102a und 102c und
der ersten Zeilenlinie 100a und 100c entlang der
erste Spaltenlinie 102a und 102c zu umgehen, um
benachbarte erste aktive Gebiete 12 des ersten aktiven
Gebietspaares zu verbinden. In ähnlicher
Weise wird ein zweite Brückengebiet 106 im
Substrat ausgebildet, um einen Kreuzungspunkt der zweiten Spaltenlinie 102b und
der zweiten Zeilenlinie 100b entlang der zweiten Spaltenlinie 102b zu
umgehen, um das Paar zweiter aktiver Gebiete 14 zu verbinden.
Somit sind zweite Brückengebiete 106 auf
der zweiten Zeilenlinie 100b in wechselnder Beziehung mit
den ersten Brückengebieten 104 der
ersten Zeilenlinie 100a oder 100c angeordnet.
Somit wird die Erdverdrahtungsschicht 70, die mit dem zweiten
Brückengebiet 106 durch
das Kontaktloch 65 verbunden ist, mit den Source-Gebieten
(oder den zweiten Erd-Gebieten) 14 des
zweiten Ansteuertransistors Qd2 von vier aneinandergrenzenden Zellen verbunden.
Da das zweite Brückengebiet 106 die Brückengebiete 14 des
zweiten Ansteuertransistors Qd2 der vier aneinandergrenzenden Zellen
teilt, brauchen jede der vier aneinandergrenzenden Zellen ein Viertel
des Kontaktloches 65 auf dem zweiten Brückengebiet 106. In ähnlicher
Weise teilt jedes der ersten Brückengebiete 104 auf
den ersten Zeilenlinien 100a und 100c Source-Gebiete
(oder erste Erd-Gebiete) 22 des ersten Ansteuertransistors
Qd1 der vier aneinandergrenzenden Zellen. Somit benötigt jede
der vier aneinandergrenzenden Zellen ein Viertel des Kontaktloches 75 auf
jedem ersten Brückengebiet 104.
Somit kann die Zahl der Kontaktlöcher
vermindert werden.
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Im Ergebnis sind die Kontaktlöcher 75 und 65 für die Erdverdrahtung
an Kreuzungspunkten sowohl der ersten Zeilenlinien und der ersten
Spaltenlinien als auch der zweiten Zeilenlinien und der zweiten
Spaltenlinien angeordnet. Die Kontaktlöcher 75 und 65 auf
zwei benachbarten Zeilenlinien sind in wechselnder Beziehung zueinander
angeordnet. Die Erdverdrahtungsschicht 70 ist mit den ersten
und zweiten Brückengebieten 104 und 106 durch
die Kontaktlöcher 75 und 65 verbunden.
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Die Source-Gebiete 16 zweier
benachbarter erster Last-Transistoren Q11 sind auf entgegengesetzten
Seiten einer der entsprechenden ersten Säulenlinien 102a und 102c angeordnet
(die Source-Gebiete auf der rechte Seite der Linie 102a und
solche auf der linken Seite der Linie 102c sind in den 2A und 2B nicht gezeigt). Somit werden Source-Gebiete 16 des
ersten Last-Transistors Q11 neben der ersten Spaltenlinie 102a mit
der Leistungsversorgungsverdrahtungsschichht 68 durch Kontaktlöcher 114 verbunden.
In ähnlicher
Weise werden Source-Gebiete 18 des zweiten Last-Transistors
Q12 neben der zweiten Spaltenlinie 102b mit der Leistungsversorgungsverdrahtungsschicht 68 durch
Kontaktlöcher 110 verbunden.
Somit sind die Kontaktlöcher 114 und 110 in wechselnder
Beziehung zueinander in den Zellgebieten in jeder Zeile angeordnet.
Somit sind die Leistungsversorgungsverdrahtungsschichten 68 alternativ
angeordnet, so daß sie
sich in Spaltenrichtung erstrecken, und jede der Leistungsversorgungsverdrahtungsschichten 68 ist
mit den Source-Gebieten der ersten und zweiten Last-Transistoren
Q11 und Q12 durch die Kontaktlöcher 110 und 114 verbunden.
Somit wird die Leistungsquelle, die von jeder Leistungsversorgungsverdrahtungsschicht
geliefert wird, auf die Last-Transistoren in zwei benachbarten Spalten
angewandt.
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Wie oben beschrieben wurde, ist die Leistungsversorgungsverdrahtungsschicht
oder die Erdverdrahtungsschicht über
Speicherzellen angeordnet, die in jeder Spalte angeordnet sind.
Somit kann die Breite jeder Schicht der Leistungsversorgungsverdrahtung
und der Erdverdrahtung ohne eine Verminderung des Zellgebietes genügend erhöht werden,
um somit die elektrischen Widerstände der Leistungsversorgungsverdrahtungsschicht
und der Erdverdrahtungsschicht zu erniedrigen.
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Erste Kontaktgebiete 25 sind
gemeinsam mit Source-Gebieten 26 der ersten Transfer-Transistoren
Qt1 verbunden und kreuzen sich mit der zweiten Spaltenlinie 102b.
Die ersten Kontaktgebiete 25 sind mit entsprechenden Datenleitungen 80 (oder
DL) verbunden, die sich in Zeilenrichtung durch die Kontaktlöcher 120 erstrecken.
In ähnlicher
Weise sind die zweiten Kontaktgebiete 35 gemeinsam mit
Source-Gebieten 34 des zweiten Transfer-Transistors Qt2 verbunden
und kreuzen sich mit ersten Spaltenlinien 102a und 102c.
Die zweiten Kontaktgebiete 35 sind mit entsprechenden Datenleitungen 82c (DL)
verbunden, die sich in Zeilenrichtung durch Kontaktlöcher 124 erstrecken.
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Bezieht man sich auf die 3 bis 9, so wird nachfolgend ein Verfahren
zur Herstellung der vollen CMOS-SRAM-Zelle gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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9 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie 9-9' der 3. Die 4 bis 8 sind
Aufsichten, die sequentielle Schichten in Verfahrensschritten bei
der Herstellung der CMOS-SRAM-Zelle der 3 zeigen.
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Grabenisolationsschichten 2 werden
auf einer Oberfläche
eines p-Typ Halbleitersubstrats 1 ausgeformt, um Vorrichtungselemente
durch die Verwendung einer konventionellen flachen Grabenisolationstechnik
zu isolieren. Der Graben hat eine Tiefe im Bereich von 0,4 bis 0,6 μm. Es wird
Tetraethylortho-Silizium
SiO2 in den Graben gefüllt. Die Isolationsschicht 2 kann
durch eine konventionelle LOCOS-Technik ausgeformt werden. Nach
der Ausbildung der Grabenisolationsschicht 2 werden n-Typ und
p-Typ Vertiefungen 3 und 4 ausgebildet. Die n-Typ
Vertiefung 3 hat eine Tiefe von ungefähr 0,4 μm und wird durch Arsenionenimplantierung
mit einer Energie von 300 – 400
keV mit einer Dosis von ungefähr
1 × 1013 Ionen/cm2 ausgebildet.
P-Typ Vertiefungen 4, die eine Tiefe von ungefähr 0,6 μm haben, werden
durch eine Borionenimplantierung mit einer Energie von 170 bis 200
keV mit einer Dosis von ungefähr
3 × 1013 Ionen/cm2 ausgebildet.
Dann werden, wie das in 4 gezeigt
ist, erste und zweite aktive Gebiete 12 und 14 durch
die Vertiefungsisolierschichten 2 definiert, um n-Kanal
IG-FETs auszubilden,
und dritte und vierte aktive Gebiete 16 und
18, um
p-Kanal IGFETs auszubilden, werden durch die Grabenisolationsschichten 2 definiert.
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Es wird eine Gate-Oxydschicht 6 auf
der Oberfläche
des Substrats mit einer Dicke von ungefähr 60 Å ausgebildet. Eine polykristalline
Schicht wird auf der Gate-Oxydschicht 6 abgelagert, und
ein Muster für
die Gate-Elektrodenschichten 46, 48, 58, 60 wird
durch eine konventionelle Photolithographietechnik ausgebildet,
wie das in 5 gezeigt
ist. Schwach dotierte Source- und Drain-Gebiete werden dann durch
Ionenimplantierung niedriger Konzentration ausgebildet. Um eine
schwach dotierte n, das heißt
n- Ionenimplantierung durchzuführen,
wird eine Maskierungsschicht für
die Ionenimplantierung über dem
dritten und vierten aktiven Gebiet 16 und 18 ausgeformt.
Es wird dann eine Arsenionenimplantierung mit den ersten und zweiten
aktiven Gebieten 12 und 14 mit einer Energie von
20-30 keV mit einer Dosis von 1-5 × 1013 Ionen/cm2 durchgeführt. Nach dem Entfernen der
Maskierungsschicht wird eine Maskierungsschicht über den ersten und zweiten
Gebieten 12 und 14 ausgebildet, um ein Ionenimplantant
mit p- auszubilden. Es wird dann eine BF2 Ionenimplantierung
mit den dritten und vierten aktiven Gebieten 16 und 18 mit
einer Energie von 30-40 keV mit einer Dosis von 1-5 × 1013 Ionen/cm2 durchgeführt. Nach
dem Entfernen der Maskierungsschicht werden Seitenwandabstandstücke 7 an
den Seitenwänden
der Gate-Elektroden 46, 48, 58, 60 ausgebildet.
Danach wird eine Ionenimplantierung mit einer hohen Konzentration
durchgeführt.
Es wird eine stark dotierte p, das heißt p+ Ionenimplantierung
mit den dritten und vierten aktiven Gebieten 16 und 18 durchgeführt, während eine
stark dotierte n, das heißt
n+ Ionenimplantierung mit den ersten und
zweiten aktiven Gebieten 12 und 14 durchgeführt wird.
Die n+ Ionenimplantierung wird mit einer
Energie von 50-70 keV mit Arsenionen, die eine Dosierung von 1-7 × 1015 Ionen/cm2 aufweisen,
durchgeführt.
Ein feuerfestes Metall der Polykristiallinsiliziumschicht kann auf
der stark dotierten polykristallinen Siliziumschicht ausgebildet
werden. Eine Siliziumnitridschicht 9, die eine Dicke von
ungefähr
200 Å aufweist,
wird dann pauschal abgelagert.
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Danach werden unter Verwendung einer grenzenlosen
Kontakttechnik erste und zweite Verdrahtungsschichten 54 und 56 und
Kontaktteile für das
Herstellen von Kontakten mit der Erdschicht, der Leistungsversorgungsschicht
und den Datenleitungsschichten ausgeformt, wie das in 6 gezeigt ist. Wie man in 6 sieht, kann, da keine
Notwendigkeit für
ein Grenze, die von einem Gebiet umgeben ist, das mit jedem der
Kontaktfenster verbunden ist, besteht, die Integrationsdichte erhöht werden. Nach
Ausbildung des Kontaktfensters mit einer konventionellen Photolithographietechnik,
wird eine Doppelschicht aus Ti und TiN mit einer Dicke von 500 Å durch
Sputtern abgelagert und dann in das in 6 gezeigte Muster gebracht. Danach wird
eine erste Zwischenebenenisolationsschicht 9, wie beispielsweise
TEOS, auf dem Substrat mit einer Dicke von ungefähr 8000 Å abgelagert.
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Wie in 7 gezeigt
ist, werden Kontaktlöcher 64 und 66 in
der ersten Zwischenebenenisolierschicht 9 ausgeformt, um
darunterliegende dritte und vierte Gate-Elektrodenschichten 58 und 60 freizulegen.
Wortleitungen, die aus Wolfram hergestellt sind, werden durch eine
konventionelle Wolfram-Damaszen-Technik ausgebildet. Danach wird
eine zweite Zwischenebenenisolierschicht 140, wie beispielsweise
TEOS, mit einer Dicke von ungefähr
4000 Å abgelagert.
Danach werden, wie das in 8 gezeigt
ist, Kontaktlöcher 72, 74, 76, 78 und 79 ausgeformt,
und es werden Wolframstopfen in den Kontaktlöchern ausgebildet. Eine Aluminiumschicht
wird pauschal mit einer Dicke von ungefähr 6000 Å abgelagert. Kontaktflächenschichten 132 und 134 werden
dann durch eine konventionelle Photolithographie ausgeformt, um
Kontakte mit der Leistungsversorgungsverdrahtungsschicht 70,
der Erdverdrahtungsschicht 68 und den Datenleitungen herzustellen.
Nach dem Ablagern der Isolationsschicht wird eine Einebnung mittels
einer chemischen, mechanischen Poliertechnik (CMP) durchgeführt. Danach
wird eine dritte Zwischenebenenisolierschicht 150, wie
beispielsweise TEOS, pauschal mit einer Dicke von ungefähr 4000 A
ausgeformt.
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Danach werden, wie in 3 gezeigt ist, Kontaktlöcher 84 und 86 ausgeformt,
um Datenleitungen 80 und 82 auszubilden. Wolframstopfen
werden in den Kontaktlöchern 84 und 86 ausgebildet. Eine
Aluminiumschicht von ungefähr
6000 Å wird pauschal
abgelagert und dann in ein Muster gebracht, um die Datenleitungen 80 und 82 auszubilden.
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Wie oben beschrieben wurde, umfassen
die SRAM-Zellgebiete der aktuellen Erfindung eine Vielzahl von Paaren
erster aktiver Gebiete, die sich in Zeilenrichtung erstrecken, eine
Vielzahl von Paaren zweiter aktiver Gebiete, die sich in Zeilenrichtung
erstrecken, so daß sie
mit den Paaren der ersten aktiven Gebiete abwechseln, erste Brückengebiete,
die jedes der Paare der ersten aktiven Gebiete verbinden, und zweite
Brückengebiete,
die jedes der Paare der zweiten aktiven Gebiete verbinden. Jedes
der ersten Brückengebiete
ist mit Source-Gebieten der ersten Ansteuertransistoren von vier
aneinandergrenzenden Zellen verbunden, und jedes der zweiten Brückengebiete
ist mit Source-Gebieten der zweiten Ansteuertransistoren von vier
aneinandergrenzenden Zellen verbunden. Somit teilt sich jedes der
Kontaktlöcher,
die in den ersten und zweiten Brückengebieten
ausgeformt sind, vier aneinandergrenzende Zellen, wodurch die Zahl
der Kontaktlöcher
vermindert werden kann. Anderseits kann, da die Erdverdrahtungsschichten
und die Leistungsversorgungsverdrahtungsschichten, die über den
Speicherzellen der entsprechenden Spalten ausgebildet sind, sich wechselnd
in der Spaltenrichtung erstrecken, jede Breite der Erdverdrahtungsschichten
und der Leistungsversorgungsschichten unabhängig von der Verminderung der
Speicherzellengröße erhöht werden, um
somit den elektrischen Widerstand jeder der Erdverdrahtungsschichten
und der Leistungsversorgungsverdrahtungsschichten zu erniedrigen.
Da die ersten und die zweiten Gate-Elektrodenschichten kein Serienverbindungsgebiet überlappen,
das ist ein gemeinsames Drain-Gebiet des Ansteuertransistors und
des Transfer-Transistors, und aktive Gebiete im Halbleitersubstrat
ausgebildet werden, so daß sie sich
in eine Richtung erstrecken, kann die Zellgröße vermindert werden. Da Elemente,
die die SRAM-Zelle bilden, im we sentlichen symmetrisch zu einer
vorgegebenen Achse angeordnet sind, kann der Datenspeicherzustand
stabilisiert werden.