JPS6252473B2 - - Google Patents

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JPS6252473B2
JPS6252473B2 JP53124903A JP12490378A JPS6252473B2 JP S6252473 B2 JPS6252473 B2 JP S6252473B2 JP 53124903 A JP53124903 A JP 53124903A JP 12490378 A JP12490378 A JP 12490378A JP S6252473 B2 JPS6252473 B2 JP S6252473B2
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JP
Japan
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depletion layer
potential
layer
region
substrate
Prior art date
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JP53124903A
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English (en)
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JPS5552266A (en
Inventor
Shinji Morozumi
Tatsuji Asakawa
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Publication of JPS5552266A publication Critical patent/JPS5552266A/ja
Publication of JPS6252473B2 publication Critical patent/JPS6252473B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/80Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs
    • H10D84/82Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components
    • H10D84/83Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components of only insulated-gate FETs [IGFET]
    • H10D84/85Complementary IGFETs, e.g. CMOS
    • H10D84/857Complementary IGFETs, e.g. CMOS comprising an N-type well but not a P-type well

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は低電力かつ高集積化が可能な論理デバ
イスを集積した半導体集積回路に関する。
従来低電力論理デバイスとしては相補型、すな
わちPチヤンネルMOSトランジスタと、Nチヤ
ンネルMOSトランジスタを電源VDD―GNDの間
に縦属接続したCMOS構造のICが一般的であ
る。このCMOSICは低電力の性能を利用して時
計、電卓、メモリー等に広く利用されている。第
1図はこのCMOSインバータを示している。1は
Pチヤンネルトランジスタ、2はNチヤンネルト
ランジスタを示す。又第2図はこのCMOSの構造
を示す。N-基板3内にP-ウエル4を作る。その
後Nチヤンネル側のソース・ドレインとなるN+
拡散層5,6又はP側のP+拡散層7,8を作
り、ゲート膜9,10ゲート電極11,12を形
成する。又ゲート入力VGとドレイン出力VDは第
1図と対応する。この構造からわかるようにゲー
ト一段を構成するのにゲート電極が2つにドレイ
ン拡散層が2つ必要とする。従つて集積度が低い
ということと、寄生容量が大きいのでスピードが
遅いという2つの大きな欠点を有する。従つて例
えばCMOSメモリーをとりあげてみると、そのス
タンバイパワーはμwのオーダでありバツテリー
バツクアツプをしてメモリーを不揮発として、不
揮性RAMとして用いることが可能となる。この
データの不揮発化は、機器の小型化を図るため従
来のコアメモリーに置きかわるための大きな要素
である。又一方ではメモリーの大容量化、及び高
速化ができないと、コンピユータを中心とするメ
インフレームメモリーには応用は不可能である。
従つてスタンバイパワーが極少で又動作電力が低
いこのCMOSメモリーは、先に述べた如く集積度
が悪く大容量化ができず又、スピードも遅く、結
局は応用範囲が狭くなつている。
従つて本発明の目的はCMOSICの如く低電力
でかつ、CMOSにない高集積度化と高スピードの
論理デバイスを提供することにある。
第3図は本発明の一具体例としての構造を示す
ものである。N+基板21にP--エピ層22を形成
する。その後通常のPチヤンネルトランジスタ用
のN-部24(これはインタフエイス部等に用い
るが、必要なければ除去してもよい)とP-部2
3の拡散層を形成する。P+拡散25によりアー
ス電位GNDに、Nチヤンネルの基板となるP-
はバイアスされる。又N+拡散33により基板全
体は+電位であるVDDにバイアスされる。Nチ
ヤンネル側のソース・ドレインとなるN+拡散2
9,30及びPチヤンネル側のP+拡散層31,
32とゲート酸化膜35,36、ゲート電極3
8,39は通常のMOSトランジスタを形成す
る。さて本発明のデバイスは通常のソース・ドレ
インをなすN+拡散層28,29,30,33と
同時に形成するN+拡散層26とこれより深く別
に形成したN+拡散層27により構成される。ゲ
ート膜34とゲート電極37はその下に通常のN
チヤンネルの導電層をコントロールする。又深い
N+拡散層27と基板21はP--エピ層22を介し
このNチヤンネルトランジスタの負荷部分として
動作する。
第4図はこの部分を拡大したものであり、記号
は第3図と共通である。斜線部43はP--エピ層
22にN+基板21から広がつている空乏層であ
る。もしNチヤンネルトランジスタのゲート電極
37に正の電位がかかつているとゲート直下に反
転層45ができてONしており、ドレインのN+
散層26の電位VDNはソースとなるN+拡散層2
8のGNDと同電位となる。この時N+拡散層は基
板となるP--層、P-層と同電位のため空乏層42
はそう広がらず拡散電位に依存した分のみにな
る。但しP--層は特に低濃度のため少し空乏層は
P-層中より広がり易くなつている。この空乏層
の広がり長Dは、 (1) D=√2(DDN)・B と表わされる。ここでεsiはシリコンの誘電率V
Dは拡散電位、VDNはN+とP-層、P--層との電
位、gは電荷、NBはP-層、P--層の濃度であ
る。もしNチヤンネルのゲートがGNDとなり、
チヤンネルがOFFすると深いN+拡散層は空乏層
42と43の間のわずかなリークによりN+基板
21側に引つ張られてVDD電位に近づく。そうす
ると(1)式に従いVDが増加すると、空乏層長さD
は増加し、44の破線で示すように空乏層43と
接触してドレインは正帰還により強力にVDD側に
引かれる。この空乏層のドレイン電位による伸縮
が、このNチヤンネルトランジスタの負荷として
作用する。P--エピ層22は非常に低濃度である
ので、わずかなドレイン電位VDNの変化で(1)式で
もわかるように空乏層広がりは大きく変化する。
これがP--層を用いている理由であるが、もし拡
散深さと濃度のコントロールが十分であれば通常
のCMOSICの如くN-基板中にP-ウエルを拡散す
る第2図の構造に、深いドレイン拡散層だけ設け
れば同じ原理は適応可能である。又通常のN+
散層のみでも微少なリークを無視すれば、第2図
の構造でPチヤンネルトランジスタを除いたもの
でも同様である。この時P-ウエルの拡散層は浅
くする必要がある。
第5図はこの第4図の負荷電流特性を示してい
る。もしドレイン電位VDNが基板と同電位の時は
空乏層がつながつているが、当然電流値は0であ
る。又VDNが基板のGNDと同電位の時空乏層は
離れており、電流IDNは非常に小さい。VDNが少
しづつ上昇すると、空乏層が近づいてきてこの間
をキヤリアが拡散していくようになり、VDNに対
し指数関数的に電流が上昇する。こうして図のよ
うな負性抵抗特性となる。aは基板濃度が高く、
cへ行くほど低くなる。又ドレインN+層と基板
N+層の間隔でもこの特性は変化する。第4図に
示すインバータの特性は安定させるためにはVDN
が0の時のIDNはチヤンネルリークよりわずかに
多く存在させる方がよい。又動作電流がそう極端
に低い所まで要求しなければaの特性のようにV
DNが0の時に空乏層を多少接触させておくと負荷
電流はかなり大きくとれスピードを早くするのに
有効である。
第6図は本発明の他の応用例を示しているもの
でありドレイン空乏層を平面的にVDD側に接触さ
せるものである。N-基板61にP-ウエル62を
形成する。その後ソース・ドレイン、VDDバイア
スのためのN+拡散層63,64,65を作る。
その後ゲート膜59,66と電極60,67を形
成する。このインバータの入力は電極67であ
る。もしドレインのN+拡散層64がGND電位の
時空乏層は69の如く縮まつており、N+拡散層
63の空乏層68とは離れている。もしVDNがV
DD電位に近づくとドレインの空乏層は70の如く
なり、空乏層68と接触し第4図と同様の動作を
する。この時この空乏層の接触点上のゲートの電
極60はGNDとなり、ドレイン及びVDDバイア
スの空乏層を表面から下へ押しやり空乏層のコン
トロールを確実にさせる役割をしているが、第5
図の特性が実現できるならなくてよい。又第4図
の如く空乏層が接触する部分を極低濃度で形成す
ると動作が一属安定する。又当然のことながら以
上の例のNタイプをPタイプに、PタイプをNタ
イプの半導体層に書きかえても同様の動作をす
る。
第7図は本発明の論理デバイスを用いて構成す
るスタテイツクのランダムアクセスメモリー
(RAM)のセルを示している。トランジスタ7
3,74がNチヤンネルのアクテイブ素子であ
り、71,72は本発明による空乏層制御の負荷
を示している。71と73,72と74がインバ
ータを構成する。トランジスタ75,76はアド
レス線ADDRESSによりスイツチされるトランス
フアーゲートでありBIT,とのデータの入出
力を制御する。
第8図は空乏層制御の負荷を用いて2トランジ
スタ/セルのスタテイツクメモリーを構成する図
を示す。従来スタテイツクは必ず6素子であつた
がその3分の1で同じ特性が得られる。第5図に
おいて同一電流値では(d)2つの安定電位が存在す
ることを利用する。ADDRESS線によりスイツチ
ングされるトランスフアーゲート81はわずかな
リークを基板(GND電位)との間にもつてい
る。もしこれが定電流であるとすればこれは静的
に、しかも非常に微少な電流で低電位か、高電位
かを記憶するメモリーのセルとなる。これは従来
にない画期的なスタテイツクメモリである。すな
わちかなりのセルが1チツプに収容でき従来のス
タテイツクメモリーの難点であつた高集積度を簡
単に実現するものである。トランジスタ82はゲ
ートとソースが同電位であるが、表面をわずかな
電流(サブスレツシヨルド電流)によりセルの内
容を維持する。又この電流は定電流である必要は
なく、パンチスルーやジヤンクシヨンのわずかな
リーク等、又ポリシリコン等の抵抗体を利用して
もよい。
第9図は第7図に示すメモリーセルをパターン
化した例である。ポリシリコン層102,94,
95は実線に囲まれた拡散領域91,92,93
との上でゲートを構成する。A配線104,1
05,106,107は×印96,97,10
0,101で拡散領域91,92,93と、又×
印98,99でポリシリコンとコンタクトされ
る。拡散領域91はGND電位のソース92,9
3はドレインである。このセルの面積は42μm×
28μm×60μmであり、NMOS960μm×40μm
に比し大幅に減少している。このパターンで第4
図に示す構造を用いてメモリーを試作した例を述
べるとP--層の濃度は約5×1014/cm2、P+層及び
P--層厚み11μm、N+深さ3μm、P-深さ4μm
でありイオン打込により形成される。この時セル
当りのスタンバイパワーは約1μwであり、又動
作スピードはアドレスアクセスは約150m secで
ある。これは従来のCMOSメモリーのパワーより
やや低く、スピードは3倍近く改善されている。
第10図は第8図のセルをパターン化した例で
ある。ゲート線113とソース拡散層110は
GNDと同電位である。ドレイン111の真下に
空乏層制御のメモリー部が存在する。ゲート線1
14はトランスフアーゲートを制御する。115
でセルのデータを入出力するためにAl配線11
6でできたBITにコンタクトする。このセルサイ
ズはわずか12μm×21μmであり従来のCMOSセ
ルのわずか5%である。逆に言えば20倍のメモリ
ー容量を達成できる。このデバイスは先に述べた
第9図のパターンと同様に製造可能である。又蛇
足ながらこのセルをトランスフアーする際は、ゲ
ート線113を+側にバイアスしてセルのインピ
ーダンスを下げると読み出しアクセスのスピード
はずつと上昇する。
本発明は空乏層制御により負荷の役割を低電力
かつ高スピードで実現するものであり、以上に述
べた如く、CMOSの低電力動作を維持しながら集
積度は抜群に改善されている。又ドレイン出力、
ゲート入力ともCMOSに比し素子面積が半分以下
になつているため、基板濃度が低くなつているこ
とと合せてその寄生容量は3分の1に減少しスピ
ードアツプが画れる。従つて本発明による論理デ
バイスは従来のデバイスに比し動作電力の低さ、
高集積度、高スピードというあらゆる点でまさる
ものであり、特に先例の如くメモリーにおいて比
較すればわかる通り大容量化、高スピード化が実
現できる点で絶大な効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のCMOSのインバータ、第2はそ
の構造を示す。第3図は本発明による論理デバイ
スの構造例を示す。第4図はその部分図、第5図
は本発明の負荷特性、第6図は本発明の他の例を
示す。第7図、第8図は本発明の素子を用いたメ
モリーのセルを示す。第9図、第10図は、第8
図、第9図のパターンを示す。 42,43,44,68,69,70…空乏
層、71,72,80…空乏層制御負荷。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電型の基板と、該基板に形成される第
    2導電型の第1の領域と、該第1の領域内に形成
    されるMOSトランジスタとを備える半導体集積
    回路において、前記MOSトランジスタはゲート
    電極と、ドレイン領域と、第1の電位が印加され
    るソース領域とを含み、前記基板と前記第1の領
    域との接合領域近傍には第1の空乏層が形成さ
    れ、前記ドレイン領域近傍には当該ドレイン領域
    の電位が前記第1の電位から第2の電位に変化す
    るに応じて広がる第2の空乏層が形成され、前記
    基板と前記ドレイン領域との間の前記第1の領域
    を前記第2の空乏層の広がりに応じて電流値の変
    化する負荷抵抗とすることを特徴とする半導体集
    積回路。 2 前記ドレイン領域近傍に形成される前記第2
    の空乏層は当該ドレイン領域の電位変化に応じて
    広がり、前記第1の空乏層と接触することを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の半導体集積回
    路。
JP12490378A 1978-10-11 1978-10-11 Semiconductor integrated circuit Granted JPS5552266A (en)

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JPS5552266A JPS5552266A (en) 1980-04-16
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0313871U (ja) * 1989-06-23 1991-02-13

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4684971A (en) * 1981-03-13 1987-08-04 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Ion implanted CMOS devices
NL8104862A (nl) * 1981-10-28 1983-05-16 Philips Nv Halfgeleiderinrichting, en werkwijze ter vervaardiging daarvan.
DE3340560A1 (de) * 1983-11-09 1985-05-15 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zum gleichzeitigen herstellen von schnellen kurzkanal- und spannungsfesten mos-transistoren in vlsi-schaltungen
DE68910445T2 (de) * 1988-09-01 1994-02-24 Fujitsu Ltd Integrierter Halbleiterschaltkreis.
KR930011223A (ko) * 1992-06-16 1993-06-24 김광호 바이씨모스 트랜지스터 및 그 제조방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5226177A (en) * 1975-08-25 1977-02-26 Toshiba Corp Semi-conductor unit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0313871U (ja) * 1989-06-23 1991-02-13

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