JPS6370575A - Mos論理集積回路 - Google Patents
Mos論理集積回路Info
- Publication number
- JPS6370575A JPS6370575A JP61213957A JP21395786A JPS6370575A JP S6370575 A JPS6370575 A JP S6370575A JP 61213957 A JP61213957 A JP 61213957A JP 21395786 A JP21395786 A JP 21395786A JP S6370575 A JPS6370575 A JP S6370575A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mos transistor
- transistor
- mos
- turned
- hot carrier
- Prior art date
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/80—Integrated 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
- H10D84/82—Integrated 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
- H10D84/83—Integrated 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]
- H10D84/83125—Integrated 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] the IGFETs characterised by having shared source or drain regions
Landscapes
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、WIm化したMOS)ランジスタを用いた
論理回路のホットキャリア現象を抑制するようにしたM
O3)ランジスタの論理集積回路に関する。
論理回路のホットキャリア現象を抑制するようにしたM
O3)ランジスタの論理集積回路に関する。
本発明のMO5型論理集植回路は、MOSトランジスタ
を微細な半導体構造とするときに発生するホットキャリ
ア現象を抑制するため、MO3論理回路と出力端子の間
に印加電圧を制限するようなMO3)ランジスタを介在
させるようにしたものである。
を微細な半導体構造とするときに発生するホットキャリ
ア現象を抑制するため、MO3論理回路と出力端子の間
に印加電圧を制限するようなMO3)ランジスタを介在
させるようにしたものである。
近年、MOS (Metal 0xide Sem1
Conductor)トランジスタ用いた論理回路を集
積化する場合に、集積度を向上するためますます微細化
した構造が用いられるようになってきた。
Conductor)トランジスタ用いた論理回路を集
積化する場合に、集積度を向上するためますます微細化
した構造が用いられるようになってきた。
しかしながら、微細化した構造を用いるとホットキャリ
ア現象と呼ばれる現象が起き、通常用いられる電源電圧
で使用するとMos+・ランジスタの特性及び論理回路
の信頼性が低下する。
ア現象と呼ばれる現象が起き、通常用いられる電源電圧
で使用するとMos+・ランジスタの特性及び論理回路
の信頼性が低下する。
第3図は、このようなホットキャリア現象を説11する
ための構造図である。
ための構造図である。
ドレ・Cン32とソース33との間に印加された電圧に
より、チャンネル内に電界が発生する。
より、チャンネル内に電界が発生する。
この電界強度は上記印加電圧に比例するが、ドレイン3
2とソース33間の間隔が、微細構造を用いた場合には
狭くなるため通常用いられる電源電圧を印加しても電界
の傾きが大きくなる。このため、この電界で加速された
電子40の運動エネルギーが大きくなりP型基板31の
シリコンの格子に加速された電子40が衝突して、電子
−正孔対41を発生させるようになる。
2とソース33間の間隔が、微細構造を用いた場合には
狭くなるため通常用いられる電源電圧を印加しても電界
の傾きが大きくなる。このため、この電界で加速された
電子40の運動エネルギーが大きくなりP型基板31の
シリコンの格子に加速された電子40が衝突して、電子
−正孔対41を発生させるようになる。
発生した正孔は主に基板31−流れるが、一部の電子は
ゲート34のゲート電圧VGに引さ寄せられ、ゲート酸
化膜35内に飛び込む。
ゲート34のゲート電圧VGに引さ寄せられ、ゲート酸
化膜35内に飛び込む。
その一部がゲート酸化膜35中に捕獲されて電荷として
残存する。この残存電荷により、MOSトランジスタの
スレシホールド電圧は正方向に移動すると共に、界面の
質を悪化させて相互コンダクタンスを低下させる。
残存する。この残存電荷により、MOSトランジスタの
スレシホールド電圧は正方向に移動すると共に、界面の
質を悪化させて相互コンダクタンスを低下させる。
このようにホットキャリア現象が起きると、MOSトラ
ンジスタが正常に動作しなくなることになり、MOS)
ランジスタの微細化を妨げる大きな要因となっている。
ンジスタが正常に動作しなくなることになり、MOS)
ランジスタの微細化を妨げる大きな要因となっている。
このホットキャリア現象を防屯するにはドレインソース
間電圧を下げることや、第4図に示すような低濃度ドレ
イン(LDD)と呼ばれる構造のMOS)テンジスタが
考えられている。
間電圧を下げることや、第4図に示すような低濃度ドレ
イン(LDD)と呼ばれる構造のMOS)テンジスタが
考えられている。
第4図に示すMOSトランジスタは、第3図に示すよう
な従来のMOS)ランジスタに低濃度ドレイン39を設
ける点で異なっている。
な従来のMOS)ランジスタに低濃度ドレイン39を設
ける点で異なっている。
低濃度ドレイン39を設けることによって特に、電界の
傾きが急であるドレイン近傍の電界が緩和されるので、
加速された電子はシリコンの格子と衝突しても電子−正
孔対を発生させることがなくなる。
傾きが急であるドレイン近傍の電界が緩和されるので、
加速された電子はシリコンの格子と衝突しても電子−正
孔対を発生させることがなくなる。
従って、ホットキャリア現象は抑制される。
なお、PチャンネルのMOS)ランジスタでは2正孔が
衝突電離を起こしにくいためと、ソース・ドレインの不
純物であるホウ素の拡散が速く、結果として緩傾斜ドレ
インを形成しているため、nチャンネル素子はどホット
キャリア現象は問題にならない。
衝突電離を起こしにくいためと、ソース・ドレインの不
純物であるホウ素の拡散が速く、結果として緩傾斜ドレ
インを形成しているため、nチャンネル素子はどホット
キャリア現象は問題にならない。
しかしながら、LDD構造のMOSトランジスタは、低
濃度ドレイン39を作るための工程が増えるので製造工
程が複雑になり、コストが高くなる欠点があった。
濃度ドレイン39を作るための工程が増えるので製造工
程が複雑になり、コストが高くなる欠点があった。
また、ドレインソース間電圧すなわち電源電圧を下げる
ことは、複数の電源が必要となると共に、出力レベルが
低下し、論理回路としては論理レベルのマージンが低く
なるという問題があった。
ことは、複数の電源が必要となると共に、出力レベルが
低下し、論理回路としては論理レベルのマージンが低く
なるという問題があった。
本発明は、かかる問題点を解消するために、第2のMO
S)う〉′ジスタを出力端子と論理トランジスタの出力
側の間に介在し、電B電圧を下げることなくホットキャ
リア現象を抑圧して動作スピード化がはかれるようにし
たものである。
S)う〉′ジスタを出力端子と論理トランジスタの出力
側の間に介在し、電B電圧を下げることなくホットキャ
リア現象を抑圧して動作スピード化がはかれるようにし
たものである。
第1図はこの発明の基本概念を示す図である。
第1図において、1,2はNチャンネルMOSトランジ
スタであり、3は抵抗等の負荷である。
スタであり、3は抵抗等の負荷である。
次に、この回路の動作を説明する。入力端子4に低レベ
ルの信号が加わると、MOS)ランジスタ1はオフとな
る。
ルの信号が加わると、MOS)ランジスタ1はオフとな
る。
従って、出力端子5に高レベル信号が出力される。もし
、MOSトランジスタ2がなければ、出力端子5の高レ
ベル信号がMOS)ランジスタ1のドレインに加わるこ
とになる。すると、MOSトランジスタ1が前述したよ
うに微細化された構造の時は、ドレイン−ソース間の電
圧が高い為にホットキャリア現象が起こる。
、MOSトランジスタ2がなければ、出力端子5の高レ
ベル信号がMOS)ランジスタ1のドレインに加わるこ
とになる。すると、MOSトランジスタ1が前述したよ
うに微細化された構造の時は、ドレイン−ソース間の電
圧が高い為にホットキャリア現象が起こる。
しかしながら、MOS)ランジスタ2が出力端子5とM
OS)ランジスタ1の間に挿入されており、MOS)ラ
ンジスタ2のゲートが電源電圧VOOの電源ライン7に
接続されているので、MOSトランジスタ2のソース電
圧は、電源電圧VflDよりMOSトランジスタ2のス
レシホールド電圧Vth(1,5V位)だけ低くなる。
OS)ランジスタ1の間に挿入されており、MOS)ラ
ンジスタ2のゲートが電源電圧VOOの電源ライン7に
接続されているので、MOSトランジスタ2のソース電
圧は、電源電圧VflDよりMOSトランジスタ2のス
レシホールド電圧Vth(1,5V位)だけ低くなる。
すると、MOSトランジスタ1のドレイン電圧VDIは
(V oo −Vth)と低くなるので、VDD=5V
とすると、30%電圧が低下し、MOS)ランジスタ1
のホットキャリア現象が殆どなくなる。
(V oo −Vth)と低くなるので、VDD=5V
とすると、30%電圧が低下し、MOS)ランジスタ1
のホットキャリア現象が殆どなくなる。
第2図(a)はこの発明の第一の実施例を示す図である
。
。
第2図(a)はN−MOSインバータ回路の回路図であ
り、同図において、1,2.31はNチャンネルMOS
)ランジスタである。
り、同図において、1,2.31はNチャンネルMOS
)ランジスタである。
この回路の動作を説明すると、入力端子4の入力信号が
高レベル信号であると、トランジスタ1はオンとなり、
MOS)ランジスタ2はゲートが電源VDDに接続され
ていて常にオンであるため、出力端子5には低レベル信
号が出力される。
高レベル信号であると、トランジスタ1はオンとなり、
MOS)ランジスタ2はゲートが電源VDDに接続され
ていて常にオンであるため、出力端子5には低レベル信
号が出力される。
逆に、入力端子4の入力信号が低レベル信号となると、
MOS)ランジスタ1はオフとなり、MOSトランジス
タ31はゲートが電源VDDに接続されていて常にオン
であるため、出力端子5には高レベル信号が出力される
。
MOS)ランジスタ1はオフとなり、MOSトランジス
タ31はゲートが電源VDDに接続されていて常にオン
であるため、出力端子5には高レベル信号が出力される
。
NチャンネルMOS)ランジスタ1がオフの時、そのド
レイン電圧Yel+は、電rX電圧VDDよりMO5I
−ランジスタ2のスレシホールド電圧Vthだけ低くな
り、ホットキャリア現象は抑制される。しかしこの時の
出力レベルは、はぼ電源電圧VOOに等しいレベルとな
る。
レイン電圧Yel+は、電rX電圧VDDよりMO5I
−ランジスタ2のスレシホールド電圧Vthだけ低くな
り、ホットキャリア現象は抑制される。しかしこの時の
出力レベルは、はぼ電源電圧VOOに等しいレベルとな
る。
第2図(b)は、CMOSインバータ回路に本発明を適
用した回路であり、PチャンネルMO3)ランジスタ3
3と、NチャンネルMOSトランジスタlとの間に、ホ
ットキャリア現象抑制用のNチャンネルMOS)ランジ
スタ2が挿入されている。
用した回路であり、PチャンネルMO3)ランジスタ3
3と、NチャンネルMOSトランジスタlとの間に、ホ
ットキャリア現象抑制用のNチャンネルMOS)ランジ
スタ2が挿入されている。
出力端子5は、MOS)ランジスタ2のドレインと、M
OSトランジスタ33との接続点から取り出されている
。
OSトランジスタ33との接続点から取り出されている
。
この回路も第2図(a)と同様に、MOS)ランジスタ
2によって印加電圧を低下させ、ホットキャリア現象を
抑制させることができる。
2によって印加電圧を低下させ、ホットキャリア現象を
抑制させることができる。
第2図(C)は、0MO3(7)NOR回路に本発明を
適用した回路である。
適用した回路である。
第2図(C)に示した回路も、出力端子5とアース電源
VSS側との間に接続されているNチャンネルMOS)
ランジスタ11,12との間に、ホットキャリア抑制用
のNチャンネルMOS)ランジスタ2が接続されている
。
VSS側との間に接続されているNチャンネルMOS)
ランジスタ11,12との間に、ホットキャリア抑制用
のNチャンネルMOS)ランジスタ2が接続されている
。
第2図(d)は、0MO3のNAND回路に本発明を適
用した回路である。
用した回路である。
第2図(d)に示した回路も、第2図(、l)〜(C)
に示した回路と同様に、ホフ・トキャリア現象抑制トラ
ンジスタ2が設けられている。
に示した回路と同様に、ホフ・トキャリア現象抑制トラ
ンジスタ2が設けられている。
このようなホットキャリア現象の抑制用トランジスタは
集積回路構造とするときにはきわめて容易に付加するこ
とができる。
集積回路構造とするときにはきわめて容易に付加するこ
とができる。
第2図(e)はMOS)ランジスタ1のドレイン側に、
MOS)ランジスタ2を付加するときの半導体構造を示
したもので61はP型基板、62゜G3,64は+n層
で構成されているソース、ドレイン(ソース)、ドレイ
ンを示し、第1図のMOS)ランジスタ1,2の直列構
造を示している。
MOS)ランジスタ2を付加するときの半導体構造を示
したもので61はP型基板、62゜G3,64は+n層
で構成されているソース、ドレイン(ソース)、ドレイ
ンを示し、第1図のMOS)ランジスタ1,2の直列構
造を示している。
65.66はチャンネルを形成する絶縁層、67.68
はゲート電極である。
はゲート電極である。
このような構造からみられるように第2のMOSトラン
ジスタ2は通常の集積回路においてトランジスタを構成
するマスクパターンのみを設計すれば、同一の工程で集
積化され、LDD構造の場合よりも製造が容易になる。
ジスタ2は通常の集積回路においてトランジスタを構成
するマスクパターンのみを設計すれば、同一の工程で集
積化され、LDD構造の場合よりも製造が容易になる。
以上説明したようにこの発明は、NチャンネルMOS)
ランジスタを一輪理トランジスタに対して1つ増やすだ
けの簡単な構成で、微細化したMOS)ランジスタ、及
びMOS)ランジスタを用いた論理回路等のホットキャ
リア現象を抑制することができる。
ランジスタを一輪理トランジスタに対して1つ増やすだ
けの簡単な構成で、微細化したMOS)ランジスタ、及
びMOS)ランジスタを用いた論理回路等のホットキャ
リア現象を抑制することができる。
また、ホットキャリア現象抑制用のNチャンネルMOS
トランジスタは、論理回路内に組込まれているNチャン
ネルMOS)ランジスタを作る時に同時に集積回路内に
製作することができるから、何ら製作上の工程が増加し
ないという効果がある。
トランジスタは、論理回路内に組込まれているNチャン
ネルMOS)ランジスタを作る時に同時に集積回路内に
製作することができるから、何ら製作上の工程が増加し
ないという効果がある。
すなわち、コストをほとんど上昇させることなく、微細
化した構造とされたMO3集積回路を、通常の電源電圧
で特性の劣化を促進することなく使用することができる
という効果がある。
化した構造とされたMO3集積回路を、通常の電源電圧
で特性の劣化を促進することなく使用することができる
という効果がある。
第1図はこの発明の基本概念を示す回路図、第2図(a
)〜(d)はこの発明の実施例を示す回路図、第2図(
e)は本発明の基本的な半導体構造を示す説明図、第3
図はホットキャリア現象を示すMOSトランジスタの説
明図、第4図はLDD構造のMo3)ランジスタを示す
図である。 図中、1,11,12,21.22はNチャンネルMo
3)ランジスタ、2はホットキャリア現象抑制用MO3
+・ランジスタ、4,41.42゜51.52は入力端
子、5は出力端子、6はアース′i′!源ライン、7は
電源ラインである。 矛杷哨n茎旧1芳 第1図 (a) (b) 拳cePUり麩党例を広ずml舅 第2図 拳地θ月のMo3^フ/ジズタつ槙改伊j第2図 イ’; ・、 l−tイリ19も1−門D4第3図 LDD手蓋、抛−のMo5t−フンジ′又り第4図
)〜(d)はこの発明の実施例を示す回路図、第2図(
e)は本発明の基本的な半導体構造を示す説明図、第3
図はホットキャリア現象を示すMOSトランジスタの説
明図、第4図はLDD構造のMo3)ランジスタを示す
図である。 図中、1,11,12,21.22はNチャンネルMo
3)ランジスタ、2はホットキャリア現象抑制用MO3
+・ランジスタ、4,41.42゜51.52は入力端
子、5は出力端子、6はアース′i′!源ライン、7は
電源ラインである。 矛杷哨n茎旧1芳 第1図 (a) (b) 拳cePUり麩党例を広ずml舅 第2図 拳地θ月のMo3^フ/ジズタつ槙改伊j第2図 イ’; ・、 l−tイリ19も1−門D4第3図 LDD手蓋、抛−のMo5t−フンジ′又り第4図
Claims (1)
- 論理出力信号を出力する出力端子と、論理入力信号で
オン・オフ制御される論理回路を構成する第1のMOS
トランジスタとの間に、ゲートを電源に接続した第2の
MOSトランジスタを設け、前記論理回路を構成する第
1のMOSトランジスタのホットキャリア現象を抑制す
るようにしたことを特徴とするMOS論理集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61213957A JPS6370575A (ja) | 1986-09-12 | 1986-09-12 | Mos論理集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61213957A JPS6370575A (ja) | 1986-09-12 | 1986-09-12 | Mos論理集積回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6370575A true JPS6370575A (ja) | 1988-03-30 |
Family
ID=16647856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61213957A Pending JPS6370575A (ja) | 1986-09-12 | 1986-09-12 | Mos論理集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6370575A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5570062A (en) * | 1979-10-19 | 1980-05-27 | Toshiba Corp | Complementary symmetry circuit |
| JPS55130170A (en) * | 1979-03-30 | 1980-10-08 | Hitachi Ltd | Semiconductor device and method of fabricating the same |
-
1986
- 1986-09-12 JP JP61213957A patent/JPS6370575A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55130170A (en) * | 1979-03-30 | 1980-10-08 | Hitachi Ltd | Semiconductor device and method of fabricating the same |
| JPS5570062A (en) * | 1979-10-19 | 1980-05-27 | Toshiba Corp | Complementary symmetry circuit |
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