JPH07106595A - Thin film mos transistor integrated circuit - Google Patents

Thin film mos transistor integrated circuit

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JPH07106595A
JPH07106595A JP5273217A JP27321793A JPH07106595A JP H07106595 A JPH07106595 A JP H07106595A JP 5273217 A JP5273217 A JP 5273217A JP 27321793 A JP27321793 A JP 27321793A JP H07106595 A JPH07106595 A JP H07106595A
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JP
Japan
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thin film
mos transistor
integrated circuit
film mos
transistors
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5273217A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shoichi Masui
昇一 桝井
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To realize a high speed integrated circuit and stable circuit operation, by setting a preliminary period for making carriers stored in body nodes of thin film transistors escape through a body node potential control circuit part, and an estimation period for turning the body nodes into an electrically floating state. CONSTITUTION:The source of an NMOS transistor M8 is connected with body nodes of NMOS transistors M2-M5, M7. The drain of a PMOS transistor M9 is connected with body nodes of PMOS transistors M1, M6. The transistors M8, M9 set a preliminary period for making carriers stored in the body nodes of the transistors M1-M7 escape and an estimation period for turning the body nodes into an electrically floating state. Thereby the transistors can be stably operated during the preliminary period and the estimation period, and high speed operation can be ensured.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜MOSトランジス
タ集積回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film MOS transistor integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン・ウエハ表面の酸化膜上に設け
られた単結晶シリコン薄膜、あるいは、ガラス基板上の
ポリシリコンやアモルファス・シリコン薄膜に形成され
たMOSトランジスタにおいては、これらの薄膜の厚み
が例えば約0.2μm以下と非常に薄く、ゲート酸化膜
下の空乏層が薄膜全体に広がってしまう場合を除いて、
MOSトランジスタの電圧−電流特性にキンクが見られ
たり、MOSトランジスタがオンしたときに過渡的に大
きなドレイン電流が流れることが報告されている(Veer
araghavan et al.,IEEE Trans.on Computer-Aided Desi
gn vol.CAD-5,No.4,pp.653-658,1986 )。
2. Description of the Related Art In a MOS transistor formed of a single crystal silicon thin film provided on an oxide film on the surface of a silicon wafer, or a polysilicon or amorphous silicon thin film on a glass substrate, the thickness of these thin films is Except when the depletion layer under the gate oxide film spreads over the entire thin film, it is very thin, for example, about 0.2 μm or less.
It has been reported that a kink is seen in the voltage-current characteristics of a MOS transistor, and a transiently large drain current flows when the MOS transistor is turned on (Veer
araghavan et al., IEEE Trans.on Computer-Aided Desi
gn vol.CAD-5, No.4, pp.653-658,1986).

【0003】キンクも過渡的なドレイン電流も、薄膜M
OSトランジスタのボディが電気的に浮いていることに
よって生じる。高電界のドレイン領域の近傍では、チャ
ネル電子によるインパクト・イオン化によって、過剰な
電子と正孔が生じる。ここで発生した電子はドレイン端
子から逃げることができるが、正孔は逃げ道がないの
で、そのままボディに蓄積され、ボディの電位をソース
電位よりも高い電位に上昇させる。
Both kink and transient drain current
It is caused by the electrically floating body of the OS transistor. In the vicinity of the high electric field drain region, excess electrons and holes are generated by impact ionization by channel electrons. The electrons generated here can escape from the drain terminal, but the holes have no escape route, so they are accumulated in the body as they are and raise the potential of the body to a potential higher than the source potential.

【0004】このため、薄膜MOSトランジスタのしき
い値が下がり、電圧−電流特性の測定時にキンクとなっ
て観測される。過渡的なドレイン電流は、薄膜MOSト
ランジスタがオンした時に、ゲート下の空乏層が広がる
ことによって、もともと基板表面近傍に存在していた正
孔が中性のボディ領域に流れ込み、ボディの電位が過渡
的に上昇することによって生じる。
For this reason, the threshold value of the thin film MOS transistor is lowered, and it is observed as a kink when measuring the voltage-current characteristics. When the thin film MOS transistor is turned on, the transient drain current causes the depletion layer under the gate to spread, causing holes originally existing near the substrate surface to flow into the neutral body region, causing the potential of the body to transition. It is caused by a rise in the price.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】キンクや過渡的なドレ
イン電流は、回路動作的には高速化を招くために好まし
いものであるが、ボディに蓄積される正孔の数が回路の
動作状態によって変わるために、回路動作の安定性に欠
けるという欠点を持っている。
Kinks and transient drain currents are preferable because they speed up the circuit operation, but the number of holes accumulated in the body depends on the operating state of the circuit. Since it changes, it has the drawback of lacking in stability of circuit operation.

【0006】キンクや過渡的なドレイン電流をなくすた
めには、ボディをソースやグランド端子に接続すること
が一般的に行われる。ところが、この構成では、回路動
作は安定するものの、キンクや過渡的なドレイン電流の
存在によってもたらされる回路の高速化が失われるとい
う欠点が生じる。
To eliminate kinks and transient drain currents, it is common practice to connect the body to a source or ground terminal. However, with this configuration, although the circuit operation is stable, there is a drawback in that the speedup of the circuit caused by the presence of a kink or a transient drain current is lost.

【0007】そこで、本発明の目的は、薄膜MOSトラ
ンジスタ集積回路の高速性と回路動作の安定性とを同時
に達成できるようにすることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to simultaneously achieve high speed and stability of circuit operation of a thin film MOS transistor integrated circuit.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の薄膜MOSトランジスタ集積回路は、
薄膜MOSトランジスタから構成される論理回路部と、
前記薄膜MOSトランジスタのボディ・ノードの電位を
制御するためのボディ・ノード電位制御回路部とを有
し、前記論理回路部を駆動するクロックの一周期におい
て、前記薄膜MOSトランジスタのボディ・ノードに蓄
積されたキャリアを前記ボディ・ノード電位制御回路部
を通じて逃がす準備期間と、前記薄膜MOSトランジス
タのボディ・ノードを電気的に浮かせた状態にする評価
期間とを備えている。
In order to solve the above-mentioned problems, the thin film MOS transistor integrated circuit of the present invention comprises:
A logic circuit section composed of thin film MOS transistors;
A body node potential control circuit section for controlling the potential of the body node of the thin film MOS transistor, and storing in the body node of the thin film MOS transistor in one cycle of a clock for driving the logic circuit section. It comprises a preparation period for allowing the generated carriers to escape through the body node potential control circuit section and an evaluation period for electrically floating the body node of the thin film MOS transistor.

【0009】また、本発明においては、前記論理回路部
を構成する前記薄膜MOSトランジスタのうちのNMO
Sトランジスタのボディ・ノード中のキャリアを前記ボ
ディ・ノード電位制御回路部に形成されたエンハンスメ
ント型NMOSトランジスタによって逃がし、前記論理
回路部を構成する前記薄膜MOSトランジスタのうちの
PMOSトランジスタのボディ・ノード中のキャリアを
前記ボディ・ノード電位制御回路部に形成されたエンハ
ンスメント型PMOSトランジスタによって逃がすこと
が好ましい。
Further, in the present invention, the NMO of the thin film MOS transistors forming the logic circuit section is used.
Carriers in the body node of the S transistor are released by the enhancement type NMOS transistor formed in the body node potential control circuit unit, and in the body node of the PMOS transistor of the thin film MOS transistors forming the logic circuit unit. It is preferable that the carriers of (1) are released by the enhancement type PMOS transistor formed in the body / node potential control circuit section.

【0010】また、本発明においては、前記論理回路部
を構成する前記薄膜MOSトランジスタのうちのNMO
Sトランジスタのみのボディ・ノード中のキャリアを、
前記ボディ・ノード電位制御回路部に形成されたエンハ
ンスメント型NMOSトランジスタによって逃がすこと
が好ましい。
Further, according to the present invention, the NMO of the thin film MOS transistors forming the logic circuit section is used.
Carriers in the body node of S transistor only,
It is preferable that the enhancement-type NMOS transistor formed in the body / node potential control circuit section is used for relief.

【0011】また、本発明においては、前記論理回路部
が、ドミノCMOS型集積回路であることが好ましい。
Further, in the present invention, it is preferable that the logic circuit section is a domino CMOS integrated circuit.

【0012】また、本発明においては、前記論理回路部
が、クロックトCMOS型集積回路であることが好まし
い。
Further, in the present invention, it is preferable that the logic circuit section is a clocked CMOS type integrated circuit.

【0013】また、本発明においては、前記論理回路部
が、NORA型CMOS型集積回路であることが好まし
い。
Further, in the present invention, it is preferable that the logic circuit section is a NORA type CMOS integrated circuit.

【0014】また、本発明においては、前記薄膜MOS
トランジスタが、シリコン・ウエハ表面の酸化膜上に設
けられた単結晶シリコン薄膜に形成されたSOI/MO
Sトランジスタであることが好ましい。
Further, in the present invention, the thin film MOS is provided.
SOI / MO in which a transistor is formed in a single crystal silicon thin film provided on an oxide film on the surface of a silicon wafer
It is preferably an S transistor.

【0015】また、本発明においては、前記薄膜MOS
トランジスタが、ガラス基板上のポリシリコン、あるい
は、アモルファス・シリコンに形成された薄膜MOSト
ランジスタであることが好ましい。
Also, in the present invention, the thin film MOS is provided.
The transistor is preferably a thin film MOS transistor formed of polysilicon on a glass substrate or amorphous silicon.

【0016】[0016]

【作用】本発明においては、集積回路の動作を制御する
クロックの一周期に準備期間と評価期間とを持たせ、準
備期間に薄膜MOSトランジスタのボディ・ノードに蓄
積されたキャリアを逃がして回路の安定性を確保し、評
価期間に薄膜MOSトランジスタのボディ・ノードを浮
かせた状態にして回路の高速性を確保する。
In the present invention, one cycle of the clock for controlling the operation of the integrated circuit has a preparation period and an evaluation period, and the carriers accumulated in the body node of the thin film MOS transistor are released during the preparation period to allow the circuit to operate. The stability is ensured and the body node of the thin film MOS transistor is floated during the evaluation period to ensure the high speed of the circuit.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の薄膜MOSトランジスタ集積
回路の実施例を図面を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a thin film MOS transistor integrated circuit of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】図1は、クロックの一周期において準備期
間と評価期間とを持つ薄膜MOSトランジスタ集積回路
の第1の実施例として、(A∧B)∨Cという論理式を
持つドミノCMOS型集積回路を示している。図1の回
路を構成するM1〜M9のトランジスタは、すべて薄膜
MOSトランジスタで構成されている。
FIG. 1 shows, as a first embodiment of a thin film MOS transistor integrated circuit having a preparation period and an evaluation period in one cycle of a clock, a domino CMOS integrated circuit having a logical expression of (A∧B) ∨C. Is shown. All of the transistors M1 to M9 forming the circuit of FIG. 1 are thin film MOS transistors.

【0019】図1に示すNMOSトランジスタの端子構
成を図2に、PMOSトランジスタの端子構成を図3に
それぞれ示す。これらの薄膜トランジスタが、シリコン
ウエハを利用して実現される通常のバルクMOSトラン
ジスタと異なるのは、ソース、ゲート、ドレインなどの
トランジスタ動作を行う端子に加えて、チャネル下にボ
ディ・ノードを有することである。
The terminal configuration of the NMOS transistor shown in FIG. 1 is shown in FIG. 2, and the terminal configuration of the PMOS transistor is shown in FIG. The difference between these thin film transistors and a normal bulk MOS transistor realized by using a silicon wafer is that they have a body node under a channel in addition to terminals such as a source, a gate, and a drain for performing a transistor operation. is there.

【0020】図1の集積回路は、M1〜M7のトランジ
スタで構成される論理動作を行う回路ブロックと、M
8、M9のトランジスタで構成されるボディ・ノードの
電位を制御するための回路ブロックとからなる。そし
て、NMOSトランジスタM8のソースは、NMOSト
ランジスタM2〜M5、M7のボディ・ノードに接続さ
れており、PMOSトランジスタM9のドレインは、P
MOSトランジスタM1、M6のボディ・ノードに接続
されていて、トランジスタM8、M9は、トランジスタ
M1〜M7のボディ・ノードに蓄積されたキャリアを逃
がしたり、ボディ・ノードを電気的に浮かせたりする。
The integrated circuit of FIG. 1 includes a circuit block for performing a logical operation, which is composed of transistors M1 to M7, and M.
8 and a circuit block for controlling the potential of the body node composed of M9 transistors. The source of the NMOS transistor M8 is connected to the body nodes of the NMOS transistors M2 to M5 and M7, and the drain of the PMOS transistor M9 is P.
Connected to the body nodes of the MOS transistors M1 and M6, the transistors M8 and M9 release the carriers accumulated in the body nodes of the transistors M1 to M7 and electrically float the body nodes.

【0021】φ1の信号は、論理動作を行う回路ブロッ
クを駆動するためのクロックであり、トランジスタM1
とM5のゲートに供給される。
The signal of φ1 is a clock for driving a circuit block which performs a logical operation, and is a transistor M1.
And to the gate of M5.

【0022】また、φ2とφ3の信号は、ボディ・ノー
ドの電位を制御するための回路ブロックを駆動するため
のクロックであり、φ2のクロックはトランジスタM8
のゲートに供給され、φ3のクロックはトランジスタM
9のゲートに供給される。
The signals φ2 and φ3 are clocks for driving a circuit block for controlling the potential of the body node, and the clock φ2 is the transistor M8.
The clock of φ3 is supplied to the gate of
9 gates.

【0023】図4は、図1の回路を駆動するためのクロ
ックの構成を示すタイミングチャートである。φ1のク
ロックが“Low”のときに、M1〜M7のトランジス
タで構成される論理動作を行う回路ブロックは準備期間
となり、トランジスタM1がV1のノードを電源電圧V
ddまでプリチャージし、V1のノードは“High”の
状態となる。この結果、出力電圧V0 はグランドに落と
され、“Low”の状態となる。
FIG. 4 is a timing chart showing the configuration of clocks for driving the circuit of FIG. When the clock of φ1 is “Low”, the circuit block configured by the transistors of M1 to M7 for performing the logical operation enters the preparation period, and the node of the transistor M1 having V1 supplies the power supply voltage V
It is precharged to dd, and the V1 node becomes "High". As a result, the output voltage V 0 is dropped to the ground and put in the “Low” state.

【0024】この時、トランジスタM5はオフであり、
トランジスタM2、M3、M4のゲートに入力される論
理入力A、B、Cがいかなる状態にあっても、V1のノ
ードをグランドから切り離している。
At this time, the transistor M5 is off,
The node of V1 is isolated from the ground regardless of the state of the logic inputs A, B, C input to the gates of the transistors M2, M3, M4.

【0025】本実施例では、この準備期間において、論
理回路を構成するM1〜M7の薄膜MOSトランジスタ
のボディ・ノードに蓄積された余分なキャリアを逃がし
て、トランジスタが評価期間中に安定に動作するように
する。
In the present embodiment, during this preparation period, extra carriers accumulated in the body nodes of the thin film MOS transistors M1 to M7 forming the logic circuit are released, and the transistor operates stably during the evaluation period. To do so.

【0026】クロックφ1が“High”になった時
が、論理回路の評価期間であり、トランジスタM1がオ
フとなり、トランジスタM5がオンすることによって、
V2のノードの電位は、グランドに落とされる。V1の
ノードの電位は、入力A、B、Cの状態によって、条件
的にグランドに落とされる。すなわち、図1の回路にお
いて、入力が(A∧B)∨C=“1”という条件を満た
した時のみ、ノードV1の電位は“Low”の状態とな
り、回路の出力V0 は“High”になる。つまり、図
1の回路全体が(A∧B)∨Cという論理機能を果たす
ことになる。
The time when the clock φ1 becomes "High" is the evaluation period of the logic circuit, and the transistor M1 is turned off and the transistor M5 is turned on.
The potential of the V2 node is dropped to ground. The potential of the V1 node is conditionally dropped to the ground depending on the states of the inputs A, B, and C. That is, in the circuit of FIG. 1, only when the input satisfies the condition of (A∧B) ∨C = “1”, the potential of the node V1 becomes “Low”, and the output V 0 of the circuit becomes “High”. become. That is, the entire circuit of FIG. 1 fulfills the logical function of (A∧B) ∨C.

【0027】本実施例においては、評価期間中に、論理
回路を構成する薄膜MOSトランジスタM1〜M7のボ
ディ・ノードを電気的に浮かせ、キンク効果や過渡的な
ドレイン電流を利用して回路の高速化を図っている。
In the present embodiment, during the evaluation period, the body nodes of the thin film MOS transistors M1 to M7 forming the logic circuit are electrically floated, and the kink effect and the transient drain current are used to increase the circuit speed. It is trying to make it.

【0028】以下に、ボディ・ノード中のキャリアを逃
がしたり、ボディ・ノードを電気的に浮かせるための効
率の良い具体的な方法を述べる。
The efficient and concrete method for escaping the carrier in the body node or electrically floating the body node will be described below.

【0029】図1の実施例では、このことを最も単純に
実現するための回路構成をとっている。すなわち、論理
回路中のNMOSトランジスタM2〜M5、M7とPM
OSトランジスタM1、M6のボディ・ノードの制御を
行うために、それぞれ、NMOSトランジスタM8、P
MOSトランジスタM9を割り当てるようにしたもので
ある。
The embodiment shown in FIG. 1 has a circuit configuration for achieving this in the simplest manner. That is, the NMOS transistors M2 to M5, M7 and PM in the logic circuit
In order to control the body nodes of the OS transistors M1 and M6, NMOS transistors M8 and P are respectively provided.
The MOS transistor M9 is assigned.

【0030】図1の回路の動作中において、NMOSト
ランジスタM2〜M5、M7のボディ・ノードには正孔
が、PMOSトランジスタM1、M6のボディ・ノード
には電子が蓄積されるので、例えばNMOSトランジス
タだけのように一種類のトランジスタのみを使用して、
ボディ・ノード中のキャリアを逃がすことは非効率的で
ある。
During operation of the circuit of FIG. 1, holes are stored in the body nodes of the NMOS transistors M2 to M5 and M7 and electrons are stored in the body nodes of the PMOS transistors M1 and M6. Using only one type of transistor like
Escape of carriers in body nodes is inefficient.

【0031】例えば、PMOSトランジスタM1、M6
のボディ・ノードに蓄積された電子をNMOSトランジ
スタで逃がそうとすると、クロックφ3は、図4に示す
位相と逆の位相にすることになる(つまり、クロックφ
2と同位相にする)が、蓄積された電子を逃がすために
は、クロックφ3はVb2の電位よりも高い電圧としな
ければならない。クロックφ3の電圧をVb2の電位よ
りも高くするためには、電源電圧とグランド以外の電圧
を外部から供給するか、または内部発生しなければなら
ないことになり、回路を駆動するための周辺回路への負
担を増大させることになる。
For example, PMOS transistors M1 and M6
When the electrons accumulated in the body node of the above are attempted to escape by the NMOS transistor, the clock φ3 has a phase opposite to the phase shown in FIG. 4 (that is, the clock φ3).
However, in order to release the accumulated electrons, the clock φ3 must be a voltage higher than the potential of Vb2. In order to make the voltage of the clock φ3 higher than the potential of Vb2, it is necessary to supply a voltage other than the power supply voltage and the ground from the outside or internally generate the voltage, and to the peripheral circuit for driving the circuit. Will increase the burden on.

【0032】この問題を生じないようにするためには、
論理回路中のNMOSトランジスタM2〜M5、M7と
PMOSトランジスタM1、M6のボディ・ノードの制
御を行うために、それぞれのトランジスタに対して、N
MOSトランジスタM8、PMOSトランジスタM9を
割り当てるのが良い。そして、図4に示すようなクロッ
クφ2でNMOSトランジスタM8の駆動を行い、図4
に示すようなクロックφ3でPMOSトランジスタM9
の駆動を行う。
In order to prevent this problem from occurring,
In order to control the body nodes of the NMOS transistors M2 to M5 and M7 and the PMOS transistors M1 and M6 in the logic circuit, N
It is preferable to allocate the MOS transistor M8 and the PMOS transistor M9. Then, the NMOS transistor M8 is driven by the clock φ2 as shown in FIG.
The clock φ3 as shown in FIG.
Drive.

【0033】この両トランジスタM8、M9を使用し
て、準備期間中には、ボディ・ノード制御用のトランジ
スタM8、M9をオンしてトランジスタM1〜M7のボ
ディ中のキャリアを逃がし、回路動作の安定化を保証
し、評価期間中には、ボディ・ノード制御用のトランジ
スタM8、M9をオフしてトランジスタM1〜M7のボ
ディ・ノードをフローティングさせた状態にして回路の
高速化を図る。
By using both the transistors M8 and M9, during the preparation period, the body node control transistors M8 and M9 are turned on to release the carriers in the bodies of the transistors M1 to M7 and stabilize the circuit operation. During the evaluation period, the transistors M8 and M9 for controlling the body node are turned off to leave the body nodes of the transistors M1 to M7 in a floating state to speed up the circuit.

【0034】そして使用するNMOSトランジスタM
8、PMOSトランジスタM9は、クロックの“Hig
h”、“Low”の現実的な電圧、すなわち、理想的に
は“High”はVdd、“Low”はグランドである
が、通常はこれにノイズが重畳した電圧に対して、オ
ン、オフが確実となるエンハンスメント型を使用する。
Then, the NMOS transistor M to be used
8, the PMOS transistor M9 is a clock "High"
Although realistic voltage of h "and" Low ", that is," High "is ideally Vdd and" Low "is ground, it is normally turned on and off with respect to the voltage in which noise is superimposed. Use a reliable enhancement type.

【0035】なお、準備期間中において、ボディ・ノー
ドの接続状態を制御するトランジスタM8、M9はオン
に保たれ、それぞれ、論理回路を構成するNMOSトラ
ンジスタM2〜M5、M7、PMOSトランジスタM
1、M6のボディ・ノードに電圧Vb1、電圧Vb2を
供給する。電圧Vb1はグランド電位、電圧Vb2は電
源電圧Vddとすればよいが、それ以外の電圧でも差し支
えない。
During the preparation period, the transistors M8 and M9 that control the connection state of the body nodes are kept on, and the NMOS transistors M2 to M5 and M7 and the PMOS transistor M that form the logic circuit, respectively.
The voltage Vb1 and the voltage Vb2 are supplied to the body nodes of M1 and M6. The voltage Vb1 may be the ground potential and the voltage Vb2 may be the power supply voltage Vdd, but any other voltage may be used.

【0036】図5は、本発明の薄膜MOSトランジスタ
集積回路の第2の実施例を示す回路図である。この第2
の実施例は、図1の実施例のトランジスタM8によっ
て、NMOSトランジスタM2〜M5、M7のボディ・
ノードの制御のみを行い、PMOSトランジスタM1、
M6のボディ・ノードの制御は行わないようにしたもの
である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a second embodiment of the thin film MOS transistor integrated circuit of the present invention. This second
In this embodiment, the body of the NMOS transistors M2 to M5 and M7 is controlled by the transistor M8 of the embodiment of FIG.
Only the node control is performed, and the PMOS transistor M1
The body node of M6 is not controlled.

【0037】一般的に、薄膜PMOSトランジスタのボ
ディ・ノードに蓄積されるキャリアの量は、薄膜NMO
Sトランジスタのボディ・ノードに蓄積されるキャリア
の量に比べて少ない。これは、PMOSトランジスタの
キャリアである正孔のインパクト・イオン化の割合が低
いためや、NMOSトランジスタのドレイン近傍の電界
が高いためと考えられる。このことは、例えば、“M.Ka
kumu et al.,IEEE Trans.on Electron Devices,vol.37,
No.5,pp.1334-1342,1990”に記載されている。
Generally, the amount of carriers stored in the body node of a thin film PMOS transistor is determined by the thin film NMO.
It is smaller than the amount of carriers stored in the body node of the S transistor. It is considered that this is because the rate of impact / ionization of holes that are carriers of the PMOS transistor is low and the electric field near the drain of the NMOS transistor is high. This means, for example, “M.Ka
kumu et al., IEEE Trans.on Electron Devices, vol.37,
No. 5, pp. 1334-1342, 1990 ”.

【0038】このため、実際の回路においては、図5に
示すように、NMOSトランジスタM2〜M5、M7の
ボディ・ノードのみを制御するだけで、十分な効果が得
られる場合も存在する。図5の回路においては、図1の
回路よりも素子数が少ないために、同じ機能を満たすの
に必要な面積が小さくなる。
Therefore, in an actual circuit, as shown in FIG. 5, there are cases where a sufficient effect can be obtained by controlling only the body nodes of the NMOS transistors M2 to M5 and M7. Since the circuit of FIG. 5 has a smaller number of elements than the circuit of FIG. 1, the area required to fulfill the same function becomes smaller.

【0039】なお、以上の実施例の説明においては、論
理回路としてドミノCMOS型集積回路を用いた例を示
したが、本発明は、クロックトCMOS型集積回路、N
ORA型CMOS集積回路などの論理回路にもほとんど
同様にして適用が可能である。
In the above description of the embodiments, an example in which a domino CMOS integrated circuit is used as a logic circuit has been shown, but the present invention is a clocked CMOS integrated circuit, N
It can be applied to a logic circuit such as an ORA type CMOS integrated circuit in almost the same manner.

【0040】また、上記の薄膜MOSトランジスタとし
ては、シリコン・ウエハ表面の酸化膜上に設けられた単
結晶シリコン薄膜に形成されたSOI/MOSトランジ
スタ(SIMOX法によるSOI構造の場合も含
む。)、または、ガラス基板上のポリシリコン、あるい
は、アモルファス・シリコンに形成された薄膜MOSト
ランジスタであってもよい。
As the above-mentioned thin film MOS transistor, an SOI / MOS transistor (including an SOI structure by SIMOX method) formed in a single crystal silicon thin film provided on an oxide film on the surface of a silicon wafer, Alternatively, it may be a thin film MOS transistor formed of polysilicon on a glass substrate or amorphous silicon.

【0041】次に、本発明に使用される薄膜MOSトラ
ンジスタの製造方法の一例を図6〜図12を参照しなが
ら説明する。
Next, an example of a method of manufacturing the thin film MOS transistor used in the present invention will be described with reference to FIGS.

【0042】まず、図6に示すように、SIMOX法に
より、シリコン基板23に、酸化シリコンからなる埋め
込み絶縁膜22と単結晶シリコン薄膜(SOI)21を
形成する。
First, as shown in FIG. 6, a buried insulating film 22 made of silicon oxide and a single crystal silicon thin film (SOI) 21 are formed on a silicon substrate 23 by a SIMOX method.

【0043】本例において、埋め込み絶縁膜22の膜厚
は440nm、単結晶シリコン薄膜21の膜厚は500
nmで、この単結晶シリコン薄膜21は、酸素イオンを
注入した後、単結晶シリコンを埋め込み絶縁膜22上に
エピタキシャル成長させることによって実現できる。な
お、SIMOX基板の他、レーザー再結晶法や固相エピ
タキシャル成長法などによって得られたSOI基板でも
利用できる。
In this example, the thickness of the buried insulating film 22 is 440 nm and the thickness of the single crystal silicon thin film 21 is 500.
nm, this single crystal silicon thin film 21 can be realized by implanting oxygen ions and then epitaxially growing single crystal silicon on the buried insulating film 22. In addition to the SIMOX substrate, an SOI substrate obtained by a laser recrystallization method, a solid phase epitaxial growth method, or the like can also be used.

【0044】次に、図7に示すように、このSOI基板
上に、熱酸化によってパッド酸化膜24を形成し、続い
て、CVD法によって窒化シリコン膜25を堆積する。
その後、フォトリソグラフィによって、素子領域以外の
領域に存在する窒化シリコン膜25を除去し、ウエット
酸化によって、窒化シリコン膜25が除去された領域の
単結晶シリコン薄膜21を埋め込み絶縁膜22に到達す
るまで完全に酸化する。
Next, as shown in FIG. 7, a pad oxide film 24 is formed on this SOI substrate by thermal oxidation, and then a silicon nitride film 25 is deposited by a CVD method.
After that, the silicon nitride film 25 existing in a region other than the element region is removed by photolithography, and the single crystal silicon thin film 21 in the region where the silicon nitride film 25 is removed is reached by wet oxidation until the buried insulating film 22 is reached. It oxidizes completely.

【0045】この工程によって、後にMOSトランジス
タが形成される単結晶シリコン薄膜21の領域は、酸化
シリコンによって囲まれて、周囲から電気的に絶縁され
た状態となる。この後、ドライ・エッチングによって、
表面と裏面に残った窒化シリコン膜25を除去し、続い
て、ウエット・エッチングによって、パッド酸化膜24
を除去する。
By this step, the region of the single crystal silicon thin film 21 where the MOS transistor will be formed later is surrounded by silicon oxide and is electrically insulated from the surroundings. After this, by dry etching,
The silicon nitride film 25 remaining on the front surface and the back surface is removed, and then the pad oxide film 24 is formed by wet etching.
To remove.

【0046】次に、犠牲酸化膜を形成した後、単結晶シ
リコン薄膜21中の不純物濃度を制御するために、Nチ
ャネル型SOI/MOSトランジスタとPチャネル型S
OI/MOSトランジスタが形成される領域にそれぞれ
ホウ素をイオン注入する。
Next, after forming the sacrificial oxide film, in order to control the impurity concentration in the single crystal silicon thin film 21, an N channel type SOI / MOS transistor and a P channel type S are formed.
Boron is ion-implanted in each region where the OI / MOS transistor is formed.

【0047】次に、図8に示すように、ウエット・エッ
チングによって犠牲酸化膜を除去した後、ドライ酸化に
よってゲート絶縁膜26を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, after removing the sacrificial oxide film by wet etching, a gate insulating film 26 is formed by dry oxidation.

【0048】次に、図9に示すように、LPCVD法に
よって、リンをドーピングしたポリシリコンを堆積し、
フォトリソグラフィによって、ポリシリコン薄膜29を
所定の形状に加工する。この後の熱処理によって、Nチ
ャネル素子にはP型のポリシリコン・ゲートが形成さ
れ、Pチャネル素子にはN型のポリシリコン・ゲートが
形成される。続いて、セルフ・アライン技術によって、
ゲートとソース/ドレイン領域27、28にイオン注入
を行う。そして、注入後の熱処理によって、ソース/ド
レイン領域27、28の不純物を活性化する。
Next, as shown in FIG. 9, phosphorus-doped polysilicon is deposited by LPCVD,
The polysilicon thin film 29 is processed into a predetermined shape by photolithography. By the subsequent heat treatment, a P-type polysilicon gate is formed in the N-channel element and an N-type polysilicon gate is formed in the P-channel element. Then, with self-alignment technology,
Ions are implanted into the gate and the source / drain regions 27 and 28. Then, heat treatment after implantation activates the impurities in the source / drain regions 27 and 28.

【0049】次に、図10に示すように、ノンドープの
LTOを堆積し、異方性エッチングを行うことにより、
スペーサ30をゲートの側壁に形成する。
Next, as shown in FIG. 10, non-doped LTO is deposited and anisotropic etching is performed,
Spacers 30 are formed on the sidewalls of the gate.

【0050】次に、図11に示すように、全面にTiを
堆積し、窒素雰囲気中でアニールすることによって、ポ
リシリコン薄膜29の上部とスペーサ30の外側に位置
するソース/ドレイン領域27、28とをTiSi2
らなる金属硅化物領域31とする。
Next, as shown in FIG. 11, Ti is deposited on the entire surface and annealed in a nitrogen atmosphere to form source / drain regions 27, 28 located on the upper portion of the polysilicon thin film 29 and outside the spacer 30. And a metal silicide region 31 made of TiSi 2 .

【0051】次に、硫酸と過酸化水素水の混合液中で、
表面に形成されたTiNをエッチングした後、再び窒素
雰囲気中で熱処理を行うことによって、金属硅化物領域
31の形成をより確実なものとする。なお、この金属硅
化物は、ゲート、ソース、ドレインに付随する寄生抵抗
を小さくするために用いられる。
Next, in a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide,
After the TiN formed on the surface is etched, the heat treatment is performed again in a nitrogen atmosphere to make the formation of the metal silicide region 31 more reliable. The metal silicide is used to reduce the parasitic resistance associated with the gate, source and drain.

【0052】次に、図12に示すように、ノンドープの
LTO膜32を堆積し、フォトリソグラフィによって、
コンタクト領域の穴あけを行う。しかる後、バリア・メ
タルとなるTiWとアルミニウムを堆積し、フォトリソ
グラフィによって、金属配線層33を形成する。これに
より、SOI/MOSトランジスタが形成される。
Next, as shown in FIG. 12, a non-doped LTO film 32 is deposited and photolithography is performed.
Drill the contact area. Thereafter, TiW to be a barrier metal and aluminum are deposited, and the metal wiring layer 33 is formed by photolithography. As a result, an SOI / MOS transistor is formed.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明によれば、薄膜MOSトランジス
タ集積回路の安定性と高速性を同時に確保することがで
きる。
According to the present invention, stability and high speed of a thin film MOS transistor integrated circuit can be secured at the same time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の薄膜MOSトランジスタ集積回路の第
1の実施例を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a thin film MOS transistor integrated circuit of the present invention.

【図2】薄膜NMOSトランジスタの端子構成を示す模
式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a terminal configuration of a thin film NMOS transistor.

【図3】本発明の薄膜PMOSトランジスタの端子構成
を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a terminal configuration of a thin film PMOS transistor of the present invention.

【図4】図1の回路を駆動するためのクロックの構成を
示すタイミングチャートである。
FIG. 4 is a timing chart showing a configuration of a clock for driving the circuit of FIG.

【図5】本発明の薄膜MOSトランジスタ集積回路の第
2の実施例を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a second embodiment of the thin film MOS transistor integrated circuit of the present invention.

【図6】本発明の薄膜MOSトランジスタの製造工程を
示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the thin film MOS transistor of the present invention.

【図7】本発明の薄膜MOSトランジスタの製造工程を
示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the thin film MOS transistor of the present invention.

【図8】本発明の薄膜MOSトランジスタの製造工程を
示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the thin film MOS transistor of the present invention.

【図9】本発明の薄膜MOSトランジスタの製造工程を
示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the thin film MOS transistor of the present invention.

【図10】本発明の薄膜MOSトランジスタの製造工程
を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the thin film MOS transistor of the present invention.

【図11】本発明の薄膜MOSトランジスタの製造工程
を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the thin film MOS transistor of the present invention.

【図12】本発明の薄膜MOSトランジスタの製造工程
を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the thin film MOS transistor of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 単結晶シリコン薄膜(SOI) 22 埋め込み絶縁膜 23 シリコン基板 24 パッド酸化膜 25 窒化シリコン膜 26 ゲート酸化膜 27、28 ソース/ドレイン 29 ポリシリコン薄膜 30 スペーサ 31 金属硅化物領域 32 LTO膜 33 金属配線層 M1〜M9 薄膜MOSトランジスタ 21 single crystal silicon thin film (SOI) 22 buried insulating film 23 silicon substrate 24 pad oxide film 25 silicon nitride film 26 gate oxide film 27, 28 source / drain 29 polysilicon thin film 30 spacer 31 metal silicide region 32 LTO film 33 metal wiring Layer M1 to M9 Thin film MOS transistor

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 薄膜MOSトランジスタから構成される
論理回路部と、 前記薄膜MOSトランジスタのボディ・ノードの電位を
制御するためのボディ・ノード電位制御回路部とを有
し、 前記論理回路部を駆動するクロックの一周期において、
前記薄膜MOSトランジスタのボディ・ノードに蓄積さ
れたキャリアを前記ボディ・ノード電位制御回路部を通
じて逃がす準備期間と、前記薄膜MOSトランジスタの
ボディ・ノードを電気的に浮かせた状態にする評価期間
とを備えることを特徴とする薄膜MOSトランジスタ集
積回路。
1. A logic circuit section including a thin film MOS transistor, and a body node potential control circuit section for controlling a potential of a body node of the thin film MOS transistor, and driving the logic circuit section. In one cycle of the clock
A preparation period for allowing carriers stored in the body node of the thin film MOS transistor to escape through the body node potential control circuit section, and an evaluation period for electrically floating the body node of the thin film MOS transistor are provided. A thin film MOS transistor integrated circuit characterized by the above.
【請求項2】 前記論理回路部を構成する前記薄膜MO
SトランジスタのうちのNMOSトランジスタのボディ
・ノード中のキャリアを前記ボディ・ノード電位制御回
路部に形成されたエンハンスメント型NMOSトランジ
スタによって逃がし、 前記論理回路部を構成する前記薄膜MOSトランジスタ
のうちのPMOSトランジスタのボディ・ノード中のキ
ャリアを前記ボディ・ノード電位制御回路部に形成され
たエンハンスメント型PMOSトランジスタによって逃
がすことを特徴とする請求項1記載の薄膜MOSトラン
ジスタ集積回路。
2. The thin film MO forming the logic circuit section.
Carriers in the body node of the NMOS transistor of the S transistors are released by the enhancement type NMOS transistor formed in the body node potential control circuit section, and the PMOS transistor of the thin film MOS transistors forming the logic circuit section. 2. The thin film MOS transistor integrated circuit according to claim 1, wherein the carriers in the body node are released by an enhancement type PMOS transistor formed in the body node potential control circuit section.
【請求項3】 前記論理回路部を構成する前記薄膜MO
SトランジスタのうちのNMOSトランジスタのみのボ
ディ・ノード中のキャリアを、前記ボディ・ノード電位
制御回路部に形成されたエンハンスメント型NMOSト
ランジスタによって逃がすことを特徴とする請求項1記
載の薄膜MOSトランジスタ集積回路。
3. The thin film MO forming the logic circuit section.
2. The thin film MOS transistor integrated circuit according to claim 1, wherein carriers in the body node of only the NMOS transistor of the S transistors are released by the enhancement type NMOS transistor formed in the body node potential control circuit section. .
【請求項4】 前記論理回路部が、ドミノCMOS型集
積回路であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか
1項に記載の薄膜MOSトランジスタ集積回路。
4. The thin film MOS transistor integrated circuit according to claim 1, wherein the logic circuit section is a domino CMOS integrated circuit.
【請求項5】 前記論理回路部が、クロックトCMOS
型集積回路であることを特徴とする請求項1〜3のいず
れか1項に記載の薄膜MOSトランジスタ集積回路。
5. The logic circuit section is a clocked CMOS
4. The thin film MOS transistor integrated circuit according to claim 1, wherein the thin film MOS transistor integrated circuit is a type integrated circuit.
【請求項6】 前記論理回路部が、NORA型CMOS
型集積回路であることを特徴とする請求項1〜3のいず
れか1項に記載の薄膜MOSトランジスタ集積回路。
6. The NORA type CMOS is provided in the logic circuit section.
4. The thin film MOS transistor integrated circuit according to claim 1, wherein the thin film MOS transistor integrated circuit is a type integrated circuit.
【請求項7】 前記薄膜MOSトランジスタが、シリコ
ン・ウエハ表面の酸化膜上に設けられた単結晶シリコン
薄膜に形成されたSOI/MOSトランジスタであるこ
とを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の薄
膜MOSトランジスタ集積回路。
7. The thin film MOS transistor is an SOI / MOS transistor formed on a single crystal silicon thin film provided on an oxide film on a surface of a silicon wafer, according to claim 1. 2. A thin film MOS transistor integrated circuit according to item 1.
【請求項8】 前記薄膜MOSトランジスタが、ガラス
基板上のポリシリコン、あるいは、アモルファス・シリ
コンに形成された薄膜MOSトランジスタであることを
特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の薄膜M
OSトランジスタ集積回路。
8. The thin film MOS transistor according to claim 1, wherein the thin film MOS transistor is a thin film MOS transistor formed of polysilicon on a glass substrate or amorphous silicon. Thin film M
OS transistor integrated circuit.
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