JP2007251173A - Manufacturing method for semiconductor device - Google Patents

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JP2007251173A
JP2007251173A JP2007064514A JP2007064514A JP2007251173A JP 2007251173 A JP2007251173 A JP 2007251173A JP 2007064514 A JP2007064514 A JP 2007064514A JP 2007064514 A JP2007064514 A JP 2007064514A JP 2007251173 A JP2007251173 A JP 2007251173A
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gate
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circuit
channel
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JP2007064514A
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Inventor
Kenichi Osada
健一 長田
Koichiro Ishibashi
孝一郎 石橋
Yoshikazu Saito
良和 斉藤
Akio Nishida
彰男 西田
Masaru Nakamichi
勝 中道
Naoki Kitai
直樹 北井
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Renesas Technology Corp
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Renesas Technology Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for a semiconductor device that reduces the gate tunnel leakage current and GIDL current of an on-chip memory mounted on SRAM and system LSI, a microprocessor, or a MOS transistor used for system LSI. <P>SOLUTION: The manufacturing method for the semiconductor device with N-channel type primary and secondary MIS transistors comprises a process to form a primary p-type well 210 that forms the primary MIS transistor and secondary p-type well 212 that forms the secondary MIS transistor, process to form a gate insulating film 221 and gate electrodes 230, 233 and 234 on the primary and secondary p-type wells, process to implant phosphor into the primary p-type well 210, process to implant arsenic into the secondary p-type well 212, process to form the sidewall film of the gate electrodes after the processes to implant phosphor and arsenic into the primary and secondary p-type wells respectively, and process to implant arsenic into the primary and secondary p-type wells 212 after the process to form the sidewall film of the gate electrodes. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、特にSRAM(static random access memory)、システムLSIに搭載されるオンチップメモリ、マイクロプロセッサ、あるいは、システムLSIなどに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an SRAM (static random access memory), an on-chip memory mounted on a system LSI, a microprocessor, or a system LSI.

ゲートトンネルリーク電流を低減する公知技術として、特願平9-536055が知られている
。この公知例においては、ゲートトンネルリーク電流が大きいときにゲート酸化膜の厚い
ゲートトンネルリーク電流の小さいスイッチMOSで電源を遮断することにより、リーク
電流を削減する回路が示されている。また、GIDL(Gate Induced Drain Leakage)電
流を低減する技術として、特願2000−357962号が知られている。この公知例に
おいては、MOSトランジスタのしきい値が比較的低いことを前提として、まずサブスレ
ッショルドリーク電流を削減するためにPチャネル型MOSトランジスタの基板電極を電
源電圧以上、Nチャネル型MOSトランジスタの基板電極を接地電位以下に制御する。そ
の結果GIDLが顕在化するため、電源電圧を低減してGIDL電流を削減する技術が開
示されている。また、特開平9−135029号公報には、GIDL電流対策としてnチ
ャネルMISトランジスタのゲート電極とソース・ドレイン領域に燐イオンを注入してい
る技術が開示されている。
特願平9−536055号 特願2000−357962号 特開平9−135029号公報
Japanese Patent Application No. 9-536055 is known as a known technique for reducing the gate tunnel leakage current. This known example shows a circuit that reduces the leakage current by shutting off the power supply with a switch MOS having a thick gate tunnel leakage current and a small gate tunnel leakage current when the gate tunnel leakage current is large. Japanese Patent Application No. 2000-357862 is known as a technique for reducing GIDL (Gate Induced Drain Leakage) current. In this known example, on the premise that the threshold value of the MOS transistor is relatively low, first, in order to reduce the subthreshold leakage current, the substrate electrode of the P-channel type MOS transistor is set to a power supply voltage or higher and the N-channel type MOS transistor The substrate electrode is controlled below the ground potential. As a result, since GIDL becomes obvious, a technique for reducing the GIDL current by reducing the power supply voltage is disclosed. Japanese Patent Laid-Open No. 9-135029 discloses a technique in which phosphorus ions are implanted into the gate electrode and the source / drain regions of an n-channel MIS transistor as a countermeasure against the GIDL current.
Japanese Patent Application No. 9-536055 Japanese Patent Application No. 2000-357862 JP-A-9-1335029

近年プロセスの微細化に伴い、MOSトランジスタのゲート酸化膜厚が4nm以下にな
ってきている。しかしながら、ゲート酸化膜が4nm以下になるとゲートトンネルリーク
電流が増大し、ゲート電極とソース電極間に動作時の電圧が印加されると、ゲートトンネ
ルリーク電流がティピカルプロセスで10−12A/μm以上となる。
In recent years, with the miniaturization of processes, the gate oxide film thickness of MOS transistors has become 4 nm or less. However, when the gate oxide film is 4 nm or less, the gate tunnel leakage current increases. When a voltage during operation is applied between the gate electrode and the source electrode, the gate tunnel leakage current is 10 −12 A / μm 2 by a typical process. That's it.

携帯電話に使用されるLSIにおいては、低リーク電流での待機が要求される。特にS
RAMは、ボタン電池でデータを一週間以上保持する必要があり、プロセスがワーストに
なり、酸化膜が薄くなった場合、ゲートトンネルリーク電流が増大し一週間以上のデータ
保持が不可能となる問題がある。また、ドレインから基板へ流れるリーク電流であるGI
DL電流の増加も同様に問題となっている。
An LSI used for a mobile phone is required to stand by with a low leakage current. Especially S
RAM needs to hold data for more than a week with a button battery, and if the process becomes worst and the oxide film becomes thin, the gate tunnel leakage current increases, making it impossible to hold data for more than a week There is. In addition, GI which is a leakage current flowing from the drain to the substrate
An increase in DL current is also a problem.

しかし、ゲートトンネルリーク電流を低減する従来の公知例(特願平9-536055)ではM
OSで電源を遮断するため、SRAMセルやレジスタファイルおよびラッチ回路等の保持
データが破壊されてしまうという問題があった。また、GIDL電流を低減する従来の公
知例(特願平11-255317)においては、比較的高いしきい値たとえば0.7VのMOSト
ランジスタを使用する場合には、サブスレッショルドリーク電流が顕著でないため、Nャ
ネル型MOSトランジスタの基板電極を接地電位以下の電位に、Pチャネル型MOSトラ
ンジスタの基板電極を電源電位以上の電位にしてもオフ電流は低減せず、かえって接合リ
ーク電流が増大するという問題があった。
However, in the conventional known example (Japanese Patent Application No. 9-536055) for reducing the gate tunnel leakage current, M
Since the power supply is shut down by the OS, there is a problem that data held in the SRAM cell, the register file, the latch circuit, and the like are destroyed. In addition, in the conventional known example (Japanese Patent Application No. 11-255317) for reducing the GIDL current, when a MOS transistor having a relatively high threshold, for example, 0.7 V is used, the subthreshold leakage current is not significant. Even when the substrate electrode of the N-channel MOS transistor is set to a potential lower than the ground potential and the substrate electrode of the P-channel MOS transistor is set to a potential higher than the power supply potential, the off-current is not reduced, but the junction leakage current is increased. was there.

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通り
である。半導体装置は、少なくとも1個のNチャネル型MOSトランジスタを有する第1
の電流路と、少なくとも1個のPチャネル型MOSトランジスタを有する第2の電流路か
らなる少なくとも1個の論理回路からなり、前記論理回路の双方の電流路の一方の端子が
相互に接続されており、一方の電流路が導通状態のとき他方の電流路が非導通状態となる
。前記少なくとも1個の論理回路は、前記第1の電流路の他方の端子がソース線によって
接続されており、当該ソース線にスイッチ回路が接続されており、当該スイッチ回路は、
前記少なくとも1個の論理回路が動作するように選択された場合にはソース線を接地電位
に保ち、かつ、そのように選択されない待機時にはソース線を接地電位より高い電圧に保
つことを特徴とする半導体集積回路装置。
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application. The semiconductor device includes a first having at least one N-channel MOS transistor.
And at least one logic circuit comprising a second current path having at least one P-channel MOS transistor, and one terminal of both current paths of the logic circuit is connected to each other. When one current path is conductive, the other current path is non-conductive. In the at least one logic circuit, the other terminal of the first current path is connected by a source line, a switch circuit is connected to the source line, and the switch circuit is
The source line is kept at a ground potential when the at least one logic circuit is selected to operate, and the source line is kept at a voltage higher than the ground potential during standby when not selected. Semiconductor integrated circuit device.

前記Nチャネル型MOSトランジスタの基板電極は接地電位あるいは前記ソース線に接
続される。
The substrate electrode of the N-channel MOS transistor is connected to the ground potential or the source line.

待機時には、オン状態のMOSトランジスタのゲート−ソース電極間に印加される電圧
が電源電圧より小さくなる為ゲートトンネルリーク電流を低減でき、なおかつラッチ等の
保持データが破壊されない。
During standby, the voltage applied between the gate and source electrodes of the on-state MOS transistor is smaller than the power supply voltage, so that the gate tunnel leakage current can be reduced, and the retained data such as the latch is not destroyed.

また、サブスレッショルド電流がGIDLより小さい、しきい値の高いMOSトランジ
スタでは、オフ状態でのゲート−ドレイン電極間に印加される電圧が電源電圧より小さい
ため、GIDLが低減されオフ電流が低減される。しかし、Nチャネル型MOSトランジ
スタの基板電極には、接地電位あるいは接地電位より高い電圧が、Pチャネル型MOSト
ランジスタの基板電極には電源電位が印加されるため接合リーク電流は増大しない。
Further, in a MOS transistor having a high threshold value with a subthreshold current smaller than GIDL, the voltage applied between the gate and drain electrodes in the off state is smaller than the power supply voltage, so that GIDL is reduced and the off current is reduced. . However, since a ground potential or a voltage higher than the ground potential is applied to the substrate electrode of the N-channel MOS transistor and a power supply potential is applied to the substrate electrode of the P-channel MOS transistor, the junction leakage current does not increase.

図13にしきい値電圧が0.7V程度と比較的高くサブスレッショルド電流がGIDL
電流より小さいNチャネル型MOSトランジスタのドレイン−ソース間電流Idsのゲー
ト電圧依存性を示した。Idsはログスケールで表示されている。ドレイン電圧を電源電
位(1.5V)にした場合と本発明である電源電位より低い電位にした場合(1.0V)
について示している。ソース電極および基板電極は接地電位に接続され、基板電位にバイ
アスがかけられていない。オフ状態では、ゲート−ドレイン間に印加される電位差が下が
りGIDL電流が小さくなるため、リーク電流が低減する低減できる。
FIG. 13 shows that the threshold voltage is relatively high, about 0.7 V, and the subthreshold current is GIDL
The gate voltage dependence of the drain-source current Ids of the N-channel MOS transistor smaller than the current was shown. Ids is displayed on a log scale. When the drain voltage is set to the power supply potential (1.5 V) and when the drain voltage is set lower than the power supply potential according to the present invention (1.0 V)
Shows about. The source electrode and substrate electrode are connected to ground potential and the substrate potential is not biased. In the off state, the potential difference applied between the gate and the drain decreases and the GIDL current becomes small, so that the leakage current can be reduced.

また本発明は半導体装置において、ソース・ドレイン領域のうち、コンタクトをとる領
域に砒素を、エクステンション領域に燐を用いたNチャネル型MOSトランジスタを具備
する。SRAMを有する半導体装置において、前記Nチャネル型MOSトランジスタをS
RAMのメモリセル内のNチャネル型MOSトランジスタに用い、メモリセルを制御する
周辺回路のNチャネル型MOSトランジスタにはコンタクトをとる領域とエクステンショ
ン領域いずれにも砒素を用いたNチャネル型MOSトランジスタを用いる。
According to the present invention, the semiconductor device further includes an N-channel MOS transistor using arsenic in a contact region of the source / drain regions and phosphorus in the extension region. In a semiconductor device having SRAM, the N-channel MOS transistor is replaced with S.
An N-channel MOS transistor in an RAM memory cell is used, and an N-channel MOS transistor using arsenic is used for both a contact area and an extension area for an N-channel MOS transistor in a peripheral circuit that controls the memory cell. .

本発明によれば、データを破壊することなくリーク電流を低減することができる。   According to the present invention, leakage current can be reduced without destroying data.

以下、本発明に係わる半導体記憶装置の好適ないくつかの事例につき、図面を用いて説
明する。
Several preferred examples of the semiconductor memory device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

〈実施例1〉
図1は、本発明に係わる半導体装置の一実施例を示す回路図である。本回路は、Pチャ
ネル型MOSトランジスタMPおよびNチャネル型MOSトランジスタMNより構成され
る半導体集積回路の一部を示しており、MOSトランジスタのゲートに使用される絶縁膜
が4nm以下か、ゲートトンネルリーク電流が電源電圧1.5Vで、10−12A/μm
以上である半導体集積回路製造技術を用いて単結晶シリコンのような半導体基板に形成
される。
<Example 1>
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. This circuit shows a part of a semiconductor integrated circuit composed of a P-channel MOS transistor MP and an N-channel MOS transistor MN. An insulating film used for the gate of the MOS transistor is 4 nm or less, or a gate tunnel leak 10 -12 A / μm at a power supply voltage of 1.5 V
It is formed on a semiconductor substrate such as single crystal silicon by using a semiconductor integrated circuit manufacturing technique of two or more.

図1には半導体集積回路装置の一部として、インバータ回路INVおよびデータを保持
するラッチ回路LATCHが示されている。
FIG. 1 shows an inverter circuit INV and a latch circuit LATCH for holding data as a part of the semiconductor integrated circuit device.

インバータ回路INV102は、Pチャネル型MOSトランジスタMP102およびN
チャネル型MOSトランジスタMN102より構成される。Pチャネル型MOSトランジ
スタMP102のゲート電極には入力信号I0が、ドレイン電極には接続ノードN0が、
ソース電極には電源電位VDDがそれぞれ接続される。
The inverter circuit INV102 includes P-channel MOS transistors MP102 and N
It is composed of a channel type MOS transistor MN102. The gate electrode of the P-channel MOS transistor MP102 has an input signal I0, the drain electrode has a connection node N0,
A power supply potential VDD is connected to each source electrode.

またPチャネル型MOSトランジスタMP102の基板電極は、電源電位VDDに接続
される。Nチャネル型MOSトランジスタMN102のゲート電極には入力信号I0が、
ドレイン電極には接続ノードN0が、ソース電極には接地ソース電極線VSSMがそれぞ
れ接続される。またNチャネル型MOSトランジスタMN102の基板電極は、接地ソー
ス電極線VSSMあるいは接地電位VSSに接続される。
The substrate electrode of the P-channel MOS transistor MP102 is connected to the power supply potential VDD. An input signal I0 is applied to the gate electrode of the N-channel MOS transistor MN102.
A connection node N0 is connected to the drain electrode, and a ground source electrode line VSSM is connected to the source electrode. The substrate electrode of the N-channel MOS transistor MN102 is connected to the ground source electrode line VSSM or the ground potential VSS.

インバータ回路INV103は、Pチャネル型MOSトランジスタMP103およびN
チャネル型MOSトランジスタMN103より構成される。Pチャネル型MOSトランジ
スタMP103のゲート電極には接続ノードN0が、ドレイン電極には接続ノードN1が
、ソース電極には電源電位VDDがそれぞれ接続される。またPチャネル型MOSトラン
ジスタMP103の基板電極は、電源電位VDDに接続される。Nチャネル型MOSトラ
ンジスタMN103のゲート電極には接続ノードN0が、ドレイン電極には接続ノードN
1が、ソース電極には接地ソース電極線VSSMがそれぞれ接続される。またNチャネル
型MOSトランジスタMN103の基板電極は、接地ソース電極線VSSMあるいは接地
電位VSSに接続される。
The inverter circuit INV103 includes P-channel MOS transistors MP103 and N
The channel type MOS transistor MN103 is used. P channel MOS transistor MP103 has a gate electrode connected to connection node N0, a drain electrode connected to connection node N1, and a source electrode connected to power supply potential VDD. The substrate electrode of the P-channel MOS transistor MP103 is connected to the power supply potential VDD. The connection node N0 is connected to the gate electrode of the N-channel MOS transistor MN103, and the connection node N is connected to the drain electrode.
1 and the source electrode are connected to the ground source electrode line VSSM, respectively. The substrate electrode of the N-channel MOS transistor MN103 is connected to the ground source electrode line VSSM or the ground potential VSS.

インバータ回路INV104は、Pチャネル型MOSトランジスタMP104およびN
チャネル型MOSトランジスタMN104より構成される。Pチャネル型MOSトランジ
スタMP104のゲート電極には接続ノードN1が、ドレイン電極には出力ノードO0が
、ソース電極には電源電位VDDがそれぞれ接続される。またPチャネル型MOSトラン
ジスタMP104の基板電極は、電源電位VDDに接続される。Nチャネル型MOSトラ
ンジスタMN104のゲート電極には接続ノードN1が、ドレイン電極には出力ノードO
0が、ソース電極には接地ソース電極線VSSMがそれぞれ接続される。またNチャネル
型MOSトランジスタMN104の基板電極は、接地ソース電極線VSSMあるいは接地
電位VSSに接続される。
The inverter circuit INV104 includes P-channel MOS transistors MP104 and N104.
The channel type MOS transistor MN104 is used. The connection node N1 is connected to the gate electrode of the P-channel MOS transistor MP104, the output node O0 is connected to the drain electrode, and the power supply potential VDD is connected to the source electrode. The substrate electrode of the P-channel MOS transistor MP104 is connected to the power supply potential VDD. The connection node N1 is connected to the gate electrode of the N-channel MOS transistor MN104, and the output node O is connected to the drain electrode.
0 and the source electrode are connected to the ground source electrode line VSSM, respectively. The substrate electrode of the N-channel MOS transistor MN104 is connected to the ground source electrode line VSSM or the ground potential VSS.

ラッチ回路LATCHは、CMOSインバータの入力と出力が互いに接続されて構成さ
れるフリップ・フロップ(Pチャネル型MOSトランジスタ(MP105、MP06)、
Nチャネル型トランジスタ(MN105、MN106)で構成される)で、記憶ノードN
2と記憶ノードN3に情報が記憶される。
The latch circuit LATCH includes flip-flops (P-channel MOS transistors (MP105, MP06)) configured by connecting the input and output of a CMOS inverter to each other.
N-channel type transistor (consisting of MN105 and MN106) and storage node N
2 and the storage node N3 store information.

Pチャネル型MOSトランジスタMP105のゲート電極には記憶ノードN3が、ドレ
イン電極には記憶ノードN2が、ソース電極には電源電位VDDがそれぞれ接続される。
またPチャネル型MOSトランジスタMP105の基板電極は、電源電位VDDに接続さ
れる。
Storage node N3 is connected to the gate electrode of P-channel MOS transistor MP105, storage node N2 is connected to the drain electrode, and power supply potential VDD is connected to the source electrode.
The substrate electrode of the P-channel MOS transistor MP105 is connected to the power supply potential VDD.

Pチャネル型MOSトランジスタMP106のゲート電極には記憶ノードN2が、ドレ
イン電極には記憶ノードN3が、ソース電極には電源電位VDDがそれぞれ接続される。
またPチャネル型MOSトランジスタMP106の基板電極は、電源電位VDDに接続さ
れる。
Storage node N2 is connected to the gate electrode of P-channel MOS transistor MP106, storage node N3 is connected to the drain electrode, and power supply potential VDD is connected to the source electrode.
The substrate electrode of the P-channel MOS transistor MP106 is connected to the power supply potential VDD.

Nチャネル型MOSトランジスタMP105のゲート電極には記憶ノードN3が、ドレ
イン電極には記憶ノードN2が、ソース電極には接地ソース電極線VSSMがそれぞれ接
続される。またNチャネル型MOSトランジスタMN105の基板電極は、接地ソース電
極線VSSMあるいは接地電位VSSに接続される。Nチャネル型MOSトランジスタM
P106のゲート電極には記憶ノードN2が、ドレイン電極には記憶ノードN3が、ソー
ス電極には接地ソース電極線VSSMがそれぞれ接続される。またNチャネル型MOSト
ランジスタMN106の基板電極は、接地ソース電極線VSSMあるいは接地電位VSS
に接続される。
N-channel MOS transistor MP105 has a gate electrode connected to storage node N3, a drain electrode connected to storage node N2, and a source electrode connected to ground source electrode line VSSM. The substrate electrode of the N-channel MOS transistor MN105 is connected to the ground source electrode line VSSM or the ground potential VSS. N-channel MOS transistor M
The storage node N2 is connected to the gate electrode of P106, the storage node N3 is connected to the drain electrode, and the ground source electrode line VSSM is connected to the source electrode. The substrate electrode of the N-channel MOS transistor MN106 is connected to the ground source electrode line VSSM or the ground potential VSS.
Connected to.

また、接地ソース電極線VSSMを接地電位VSSと接続するNチャネル型MOSトラ
ンジスタMN101および接地ソース電極線VSSMを接地電位より高い電位VSSSた
とえば0.5Vに接続するNチャネル型MOSトランジスタMN100が配置される。
An N channel type MOS transistor MN101 for connecting the ground source electrode line VSSM to the ground potential VSS and an N channel type MOS transistor MN100 for connecting the ground source electrode line VSSM to the potential VSSS higher than the ground potential, for example, 0.5V are arranged. .

次に動作状態および待機状態について図2の動作波形を用いて説明する。ここでは、電
源電圧VDDを1.5V、接地電位VSSを0V、接地電位より高い電位VSSSを0.
5Vとする。この電圧はデバイスの特性等により変更される。
Next, the operation state and the standby state will be described using the operation waveforms of FIG. Here, the power supply voltage VDD is 1.5 V, the ground potential VSS is 0 V, and the potential VSSS higher than the ground potential is 0.00.
5V. This voltage is changed depending on the characteristics of the device.

動作時では、Nチャネル型MOSトランジスタMN101がオンしており、VSSMは
接地電位VSS、たとえば0Vとなっている。I0、N1、N3の電位が1.5V、N0
、N2の電位が0Vとなっている。このときPチャネル型MOSトランジスタ(MP10
3、MP106)およびNチャネル型MOSトランジスタ(MN102、MN104、M
N105)がオン、Pチャネル型MOSトランジスタ(MP102、MP104、MP1
05)およびNチャネル型MOSトランジスタ(MN103、MN106)がオフしてい
る。
In operation, the N-channel MOS transistor MN101 is on, and VSSM is at the ground potential VSS, for example 0V. The potentials of I0, N1, and N3 are 1.5V, N0
, N2 potential is 0V. At this time, a P-channel MOS transistor (MP10
3, MP106) and N-channel MOS transistors (MN102, MN104, M
N105) is on and P-channel MOS transistors (MP102, MP104, MP1)
05) and the N-channel MOS transistors (MN103, MN106) are off.

Pチャネル型MOSトランジスタMP103のゲート−ソース電極間には1.5Vが印
加されゲートトンネルリーク電流がソース電極からゲート電極に流れる。この電流は、接
続ノードN0、オン状態のNチャネル型MOSトランジスタMN102を通って接地電位
VSSへ流れる。
1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP103, and a gate tunnel leakage current flows from the source electrode to the gate electrode. This current flows to the ground potential VSS through the connection node N0 and the on-state N-channel MOS transistor MN102.

同様に、Nチャネル型MOSトランジスタMP104のゲート−ソース電極間には1.
5Vが印加されゲートトンネルリーク電流がゲート電極からソース電極に流れる。この電
流は、接続ノードN1、オン状態のPチャネル型MOSトランジスタMP103を通って
電源電位VDDから流れる。
Similarly, 1. between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MP104.
5V is applied, and a gate tunnel leakage current flows from the gate electrode to the source electrode. This current flows from the power supply potential VDD through the connection node N1 and the on-channel P-channel MOS transistor MP103.

同様に、Pチャネル型MOSトランジスタMP106のゲート−ソース電極間には1.
5Vが印加されゲートトンネルリーク電流がソース電極からゲート電極に流れる。この電
流は、接続ノードN2、オン状態のNチャネル型MOSトランジスタMN105を通って
接地電位VSSへ流れる。
Similarly, 1. between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP106.
5V is applied, and a gate tunnel leakage current flows from the source electrode to the gate electrode. This current flows to the ground potential VSS through the connection node N2 and the on-state N-channel MOS transistor MN105.

同様に、Nチャネル型MOSトランジスタMN105のゲート−ソース電極間には1.
5Vが印加されゲートトンネルリーク電流がゲート電極からソース電極に流れる。この電
流は、接続ノードN2、オン状態のPチャネル型MOSトランジスタMP106を通って
電源電位VDDから流れる。以上のようなパスにより動作時にはゲートトンネルリーク電
流が流れる。
Similarly, 1. between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MN105.
5V is applied, and a gate tunnel leakage current flows from the gate electrode to the source electrode. This current flows from the power supply potential VDD through the connection node N2 and the on-channel P-channel MOS transistor MP106. A gate tunnel leakage current flows during operation by the above path.

一方待機時には、Nチャネル型MOSトランジスタMN100がオンしており、VSS
Mは接地電位より高い電位VSSSたとえば0.5Vとなっている。I0、N1、N3の
電位が1.5V、N0、N2の電位が0.5Vとなっている。このときPチャネル型MO
Sトランジスタ(MP103、MP106)およびNチャネル型MOSトランジスタ(M
N102、MN104、MN105)がオン、Pチャネル型MOSトランジスタ(MP1
02、MP104、MP105)およびNチャネル型MOSトランジスタ(MN103、
MN106)がオフしている。
On the other hand, during standby, the N-channel MOS transistor MN100 is on and VSS
M is a potential VSSS higher than the ground potential, for example, 0.5V. The potentials of I0, N1, and N3 are 1.5V, and the potentials of N0 and N2 are 0.5V. At this time, P-channel MO
S transistor (MP103, MP106) and N channel type MOS transistor (M
N102, MN104, MN105) are on, and a P-channel MOS transistor (MP1)
02, MP104, MP105) and an N-channel MOS transistor (MN103,
MN 106) is off.

Pチャネル型MOSトランジスタMP103のゲート−ソース電極間には1.0Vが印
加されゲートトンネルリーク電流が1.5Vの電位差が引加されている場合に比べ、約1
桁低減される。
Compared with the case where 1.0 V is applied between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP103 and a potential difference of 1.5 V is applied to the gate tunnel leakage current, about 1
The order of magnitude is reduced.

同様に、Nチャネル型MOSトランジスタMN104のゲート−ソース電極間には1.
0Vが印加されゲートトンネルリーク電流が1.5Vの電位差が引加されている場合に比
べ、約1桁低減される。
Similarly, 1. between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MN104.
Compared with the case where 0 V is applied and the potential difference of 1.5 V is applied to the gate tunnel leakage current, it is reduced by about one digit.

同様に、Pチャネル型MOSトランジスタMP106のゲート−ソース電極間には1.
0Vが印加されゲートトンネルリーク電流が1.5Vの電位差が引加されている場合に比
べ、約1桁低減される。
Similarly, 1. between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP106.
Compared with the case where 0 V is applied and the potential difference of 1.5 V is applied to the gate tunnel leakage current, it is reduced by about one digit.

同様に、Nチャネル型MOSトランジスタMN105のゲート−ソース電極間には1.
0Vが印加されゲートトンネルリーク電流が1.5Vの電位差が印加されている場合に比
べ、約1桁低減される。
Similarly, 1. between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MN105.
Compared with the case where 0 V is applied and the potential difference of 1.5 V is applied to the gate tunnel leakage current, the voltage is reduced by about one digit.

以上のようにゲート−ソース間に印加される電圧が下がるためゲートトンネルリーク電
流が減少する。一方、保持データは破壊されない。また、オフ状態でゲート−ドレイン間
に印可される電圧が下がるためGIDL電流も減少する。
As described above, since the voltage applied between the gate and the source decreases, the gate tunnel leakage current decreases. On the other hand, the retained data is not destroyed. In addition, since the voltage applied between the gate and the drain in the off state decreases, the GIDL current also decreases.

本実施例では、インバータ回路およびラッチ回路の場合について述べたが、その他の半
導体集積回路たとえば、ナンド回路、ノア回路等でも同様の効果が得られる。
In this embodiment, the case of the inverter circuit and the latch circuit has been described. However, the same effect can be obtained with other semiconductor integrated circuits such as a NAND circuit and a NOR circuit.

〈実施例2〉
図3は、本発明に係わる半導体装置の一実施例を示す回路図である。本回路は、Pチャ
ネル型MOSトランジスタMPおよびNチャネル型MOSトランジスタMNより構成され
る半導体集積回路の一部を示しており、MOSトランジスタのゲートに使用される絶縁膜
が4nm以下か、トンネルリーク電流が電源電圧1.5Vで、10−12A/μm以上
である半導体集積回路製造技術を用いて単結晶シリコンのような半導体基板に形成される
<Example 2>
FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. This circuit shows a part of a semiconductor integrated circuit composed of a P-channel MOS transistor MP and an N-channel MOS transistor MN. The insulating film used for the gate of the MOS transistor is 4 nm or less, or a tunnel leakage current Is formed on a semiconductor substrate such as single crystal silicon by using a semiconductor integrated circuit manufacturing technique with a power supply voltage of 1.5 V and 10 −12 A / μm 2 or more.

図3には半導体集積回路装置の一部として、インバータ回路INVおよびデータを保持
するラッチ回路LATCHが示されている。
FIG. 3 shows an inverter circuit INV and a latch circuit LATCH for holding data as a part of the semiconductor integrated circuit device.

インバータ回路INV112は、Pチャネル型MOSトランジスタMP112およびN
チャネル型MOSトランジスタMN112より構成される。Pチャネル型MOSトランジ
スタMP112のゲート電極には入力信号I1が、ドレイン電極には接続ノードN4が、
ソース電極には電源ソース電極線VDDMがそれぞれ接続される。またPチャネル型MO
SトランジスタMP112の基板電極は、電源ソース電極線VDDMあるいは電源電位V
DDに接続される。Nチャネル型MOSトランジスタMN112のゲート電極には入力信
号I1が、ドレイン電極には接続ノードN4が、ソース電極には接地電位VSSがそれぞ
れ接続される。またNチャネル型MOSトランジスタMN112の基板電極は、接地電位
VSSに接続される。
The inverter circuit INV112 includes P-channel MOS transistors MP112 and N
It is composed of a channel type MOS transistor MN112. The input signal I1 is connected to the gate electrode of the P-channel MOS transistor MP112, the connection node N4 is connected to the drain electrode,
A power source electrode line VDDM is connected to each source electrode. P-channel MO
The substrate electrode of the S transistor MP112 is connected to the power source electrode line VDDM or the power source potential V.
Connected to DD. The input signal I1 is connected to the gate electrode of the N-channel MOS transistor MN112, the connection node N4 is connected to the drain electrode, and the ground potential VSS is connected to the source electrode. The substrate electrode of the N-channel MOS transistor MN112 is connected to the ground potential VSS.

インバータ回路INV113は、Pチャネル型MOSトランジスタMP113およびN
チャネル型MOSトランジスタMN113より構成される。Pチャネル型MOSトランジ
スタMP113のゲート電極には接続ノードN4が、ドレイン電極には接続ノードN5が
、ソース電極には電源ソース電極線VDDMがそれぞれ接続される。またPチャネル型M
OSトランジスタMP113の基板電極は、電源ソース電極線VDDMあるいは電源電位
VDDに接続される。Nチャネル型MOSトランジスタMN113のゲート電極には接続
ノードN4が、ドレイン電極には接続ノードN5が、ソース電極には接地電位VSSがそ
れぞれ接続される。またNチャネル型MOSトランジスタMN114の基板電極は、接地
電位VSSに接続される。
The inverter circuit INV113 includes P-channel MOS transistors MP113 and N
The channel type MOS transistor MN113 is used. A connection node N4 is connected to the gate electrode of the P-channel MOS transistor MP113, a connection node N5 is connected to the drain electrode, and a power source electrode line VDDM is connected to the source electrode. P channel type M
The substrate electrode of the OS transistor MP113 is connected to the power source electrode line VDDM or the power potential VDD. N channel MOS transistor MN113 has a gate electrode connected to connection node N4, a drain electrode connected to connection node N5, and a source electrode connected to ground potential VSS. The substrate electrode of the N-channel MOS transistor MN114 is connected to the ground potential VSS.

インバータ回路INV114は、Pチャネル型MOSトランジスタMP114およびN
チャネル型MOSトランジスタMN114より構成される。Pチャネル型MOSトランジ
スタMP114のゲート電極には接続ノードN5が、ドレイン電極には出力信号O1が、
ソース電極には電源ソース電極線VDDMがそれぞれ接続される。またPチャネル型MO
SトランジスタMP114の基板電極は、電源ソース電極線VDDMあるいは電源電位V
DDに接続される。Nチャネル型MOSトランジスタMN114のゲート電極には接続ノ
ードN5が、ドレイン電極には出力信号O1が、ソース電極には接地電位VSSがそれぞ
れ接続される。またNチャネル型MOSトランジスタMN114の基板電極は、接地電位
VSSに接続される。
The inverter circuit INV114 includes P-channel MOS transistors MP114 and N
It is composed of a channel type MOS transistor MN114. The gate of the P-channel MOS transistor MP114 has a connection node N5, the drain electrode has an output signal O1,
A power source electrode line VDDM is connected to each source electrode. P-channel MO
The substrate electrode of the S transistor MP114 is the power source electrode line VDDM or the power source potential V
Connected to DD. The connection node N5 is connected to the gate electrode of the N-channel MOS transistor MN114, the output signal O1 is connected to the drain electrode, and the ground potential VSS is connected to the source electrode. The substrate electrode of the N-channel MOS transistor MN114 is connected to the ground potential VSS.

ラッチ回路LATCHは、CMOSインバータの入力と出力が互いに接続されて構成さ
れるフリップ・フロップ(Pチャネル型MOSトランジスタ(MP115、MP116)
、Nチャネル型トランジスタ(MN115、MN116)で構成される)で、記憶ノード
N6と記憶ノードN7に情報が記憶される。
The latch circuit LATCH is a flip-flop (P-channel MOS transistors (MP115, MP116)) in which the input and output of a CMOS inverter are connected to each other.
The information is stored in the storage node N6 and the storage node N7 using N-channel transistors (MN115 and MN116).

Pチャネル型MOSトランジスタMP115のゲート電極には記憶ノードN7が、ドレ
イン電極には記憶ノードN6が、ソース電極には電源ソース電極線VDDMがそれぞれ接
続される。またPチャネル型MOSトランジスタMP105の基板電極は、電源ソース電
極線VDDMあるいは電源電位VDDに接続される。
Storage node N7 is connected to the gate electrode of P-channel MOS transistor MP115, storage node N6 is connected to the drain electrode, and power source electrode line VDDM is connected to the source electrode. The substrate electrode of the P-channel MOS transistor MP105 is connected to the power source electrode line VDDM or the power potential VDD.

Pチャネル型MOSトランジスタMP116のゲート電極には記憶ノードN6が、ドレ
イン電極には記憶ノードN7が、ソース電極には電源ソース電極線VDDMがそれぞれ接
続される。またPチャネル型MOSトランジスタMP116の基板電極は、電源ソース電
極線VDDMあるいは電源電位VDDに接続される。
Storage node N6 is connected to the gate electrode of P-channel MOS transistor MP116, storage node N7 is connected to the drain electrode, and power source electrode line VDDM is connected to the source electrode. The substrate electrode of the P-channel MOS transistor MP116 is connected to the power source electrode line VDDM or the power potential VDD.

Nチャネル型MOSトランジスタMP115のゲート電極には記憶ノードN7が、ドレ
イン電極には記憶ノードN6が、ソース電極には接地電位VSSがそれぞれ接続される。
またNチャネル型MOSトランジスタMN115の基板電極は、接地電位VSSに接続さ
れる。
N-channel MOS transistor MP115 has a gate electrode connected to storage node N7, a drain electrode connected to storage node N6, and a source electrode connected to ground potential VSS.
The substrate electrode of the N-channel MOS transistor MN115 is connected to the ground potential VSS.

Nチャネル型MOSトランジスタMP116のゲート電極には記憶ノードN6が、ドレ
イン電極には記憶ノードN7が、ソース電極には接地電位VSSがそれぞれ接続される。
またNチャネル型MOSトランジスタMN116の基板電極は、接地電位VSSに接続さ
れる。
N-channel MOS transistor MP116 has a gate electrode connected to storage node N6, a drain electrode connected to storage node N7, and a source electrode connected to ground potential VSS.
The substrate electrode of the N-channel MOS transistor MN116 is connected to the ground potential VSS.

また、電源ソース電極線VDDMを電源電位VDDと接続するPチャネル型MOSトラ
ンジスタMP101および電源ソース電極線VDDMを電源電位より低い電位VDDDた
とえば1.0Vに接続するPチャネル型MOSトランジスタMP100が配置される。
In addition, a P channel type MOS transistor MP101 for connecting the power source electrode line VDDM to the power source potential VDD and a P channel type MOS transistor MP100 for connecting the power source electrode line VDDM to a potential VDDD lower than the power source potential, for example, 1.0V are arranged. .

次に動作状態および待機状態について図4の動作波形を用いて説明する。ここでは、電
源電圧VDDを1.5V、接地電位VSSを0V、電源電位より低い電位VDDDを1.
0Vとする。この電圧はデバイスの特性等により変更される。
Next, the operation state and the standby state will be described using the operation waveforms of FIG. Here, the power supply voltage VDD is 1.5V, the ground potential VSS is 0V, and the potential VDDD lower than the power supply potential is 1.V.
0V. This voltage is changed depending on the characteristics of the device.

動作時では、Nチャネル型MOSトランジスタMP100がオンしており、VDDMは
電源電位VDD、たとえば1.5Vとなっている。N4、N7の電位が1.5V、I1、
N5、N6の電位が0Vとなっている。このときPチャネル型MOSトランジスタ(MP
112、MP114、MP116)およびNチャネル型MOSトランジスタ(MN113
、MN115)がオン、Pチャネル型MOSトランジスタ(MP113、MP115)およ
びNチャネル型MOSトランジスタ(MN112、MP114、MN116)がオフして
いる。
In operation, the N-channel MOS transistor MP100 is on and VDDM is at the power supply potential VDD, for example, 1.5V. N4, N7 potential is 1.5V, I1,
The potentials of N5 and N6 are 0V. At this time, a P-channel MOS transistor (MP
112, MP114, MP116) and an N-channel MOS transistor (MN113)
, MN1 15) are on, and the P-channel MOS transistors (MP113, MP115) and N-channel MOS transistors (MN112, MP114, MN116) are off.

Nチャネル型MOSトランジスタMN113のゲート−ソース電極間には1.5Vが印
加されゲートトンネルリーク電流がゲート電極からソース電極に流れる。この電流は、接
続ノードN4、オン状態のPチャネル型MOSトランジスタMP112を通って電源電位
VDDから流れる。
1.5 V is applied between the gate and the source electrode of the N-channel MOS transistor MN113, and a gate tunnel leakage current flows from the gate electrode to the source electrode. This current flows from the power supply potential VDD through the connection node N4 and the on-channel P-channel MOS transistor MP112.

同様に、Pチャネル型MOSトランジスタMP114のゲート−ソース電極間には1.
5Vが印加されゲートトンネルリーク電流がソース電極からゲート電極に流れる。この電
流は、接続ノードN5、オン状態のNチャネル型MOSトランジスタMN113を通って
接地電位VSSへ流れる。
Similarly, 1. between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP114.
5V is applied, and a gate tunnel leakage current flows from the source electrode to the gate electrode. This current flows to the ground potential VSS through the connection node N5 and the on-state N-channel MOS transistor MN113.

同様に、Pチャネル型MOSトランジスタMP116のゲート−ソース電極間には1.
5Vが印加されゲートトンネルリーク電流がソース電極からゲート電極に流れる。この電
流は、接続ノードN6、オン状態のNチャネル型MOSトランジスタMN115を通って
接地電位VSSへ流れる。
Similarly, 1. between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP116.
5V is applied, and a gate tunnel leakage current flows from the source electrode to the gate electrode. This current flows to the ground potential VSS through the connection node N6 and the on-state N-channel MOS transistor MN115.

同様に、Nチャネル型MOSトランジスタMN115のゲート−ソース電極間には1.
5Vが印加されゲートトンネルリーク電流がゲート電極からソース電極に流れる。この電
流は、接続ノードN6、オン状態のPチャネル型MOSトランジスタMP116を通って
電源電位VDDから流れる。以上のようなパスにより動作時にはゲートトンネルリーク電
流が流れる。
Similarly, 1. between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MN115.
5V is applied, and a gate tunnel leakage current flows from the gate electrode to the source electrode. This current flows from the power supply potential VDD through the connection node N6 and the on-channel P-channel MOS transistor MP116. A gate tunnel leakage current flows during operation by the above path.

一方待機時には、Pチャネル型MOSトランジスタMP101がオンしており、VDD
Mは電源電位より低い電位VVDDたとえば1.0Vとなっている。N4、N7の電位が
1.0V、I1、N5、N6の電位が0Vとなっている。このときPチャネル型MOSト
ランジスタ(MP112、MP114、MP116)およびNチャネル型MOSトランジ
スタ(MN113、MN115)がオン、Pチャネル型MOSトランジスタ(MP113
、MP115)およびNチャネル型MOSトランジスタ(MN112、MN114、MN
116)がオフしている。
On the other hand, during standby, the P-channel MOS transistor MP101 is on and VDD
M is a potential VVDD lower than the power supply potential, for example, 1.0V. The potentials of N4 and N7 are 1.0V, and the potentials of I1, N5, and N6 are 0V. At this time, the P-channel MOS transistors (MP112, MP114, MP116) and the N-channel MOS transistors (MN113, MN115) are turned on, and the P-channel MOS transistors (MP113)
, MP115) and N-channel MOS transistors (MN112, MN114, MN
116) is off.

Nチャネル型MOSトランジスタMN113のゲート−ソース電極間には1.0Vが印
加されゲートトンネルリーク電流が1.5Vの電位差が引加されている場合に比べ、約1
桁低減される。
Compared with the case where 1.0 V is applied between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MN113 and a potential difference of 1.5 V is applied to the gate tunnel leakage current, about 1
The order of magnitude is reduced.

同様に、Pチャネル型MOSトランジスタMP114のゲート−ソース電極間には1.
0Vが印加されゲートトンネルリーク電流が1.5Vの電位差が引加されている場合に比
べ、約1桁低減される。
Similarly, 1. between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP114.
Compared with the case where 0 V is applied and the potential difference of 1.5 V is applied to the gate tunnel leakage current, it is reduced by about one digit.

同様に、Pチャネル型MOSトランジスタMP116のゲート−ソース電極間には1.
0Vが印加されゲートトンネルリーク電流が1.5Vの電位差が引加されている場合に比
べ、約1桁低減される。
Similarly, 1. between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP116.
Compared with the case where 0 V is applied and the potential difference of 1.5 V is applied to the gate tunnel leakage current, it is reduced by about one digit.

同様に、Nチャネル型MOSトランジスタMN115のゲート−ソース電極間には1.
0Vが印加されゲートトンネルリーク電流が1.5Vの電位差が引加されている場合に比
べ、約1桁低減される。
Similarly, 1. between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MN115.
Compared with the case where 0 V is applied and the potential difference of 1.5 V is applied to the gate tunnel leakage current, it is reduced by about one digit.

以上のようにゲート−ソース間に印加される電圧が下がるためゲートトンネルリーク電
流が減少する。一方、保持データは破壊されない。また、オフ状態でゲート−ドレイン間
に印可される電圧が下がるためGIDL電流も減少する。
As described above, since the voltage applied between the gate and the source decreases, the gate tunnel leakage current decreases. On the other hand, the retained data is not destroyed. In addition, since the voltage applied between the gate and the drain in the off state decreases, the GIDL current also decreases.

本実施例では、インバータ回路およびラッチ回路の場合について述べたが、その他の半
導体集積回路たとえば、ナンド回路、ノア回路等でも同様の効果が得られる
In the present embodiment, the case of the inverter circuit and the latch circuit has been described, but the same effect can be obtained with other semiconductor integrated circuits such as a NAND circuit and a NOR circuit.

〈実施例3〉
図15は、本発明をSRAMに適用した場合の一実施例を示す回路図である。本半導体
製造装置98は、Pチャネル型MOSトランジスタおよびNチャネル型MOSトランジス
タより構成され、MOSトランジスタのゲートに使用される絶縁膜が4nm以下か、トンネ
ルリーク電流が電源電圧1.5Vで、10−12A/μm以上である半導体集積回路製
造技術を用いて単結晶シリコンのような半導体基板に形成される。
<Example 3>
FIG. 15 is a circuit diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to an SRAM. The semiconductor manufacturing apparatus 98 is composed of P-channel type MOS transistor and N-channel type MOS transistors, MOS transistors or insulating film is 4nm or less to be used in the gate of the tunnel leakage current power supply voltage 1.5V, 10 - It is formed on a semiconductor substrate such as single crystal silicon by using a semiconductor integrated circuit manufacturing technique of 12 A / μm 2 or more.

半導体装置であるSRAM98は、複数のマットMEMBLKに分割されている。マッ
トの詳細は図5に示した。マット単位は例えば2Mビット毎で、16MのSRAMでは8マットに
分割される。降圧回路PWRは、外部パッドより印加される電源電位VCCを基に、内部
電源(VDD、VSSS、VDDD)を生成し各マットへ分配する。インプットバッファ
INBUFからのデータ116は、プリデコーダ115および制御回路117を通してデ
コード信号および制御信号となり、各マットに分配される。各マット108は、複数の基
本ユニット106より構成される。基本ユニットは2カラムのメモリCELLで構成され
る。
The SRAM 98 that is a semiconductor device is divided into a plurality of mats MEMBLK. Details of the mat are shown in FIG. The mat unit is, for example, every 2M bits, and is divided into 8 mats in a 16M SRAM. The step-down circuit PWR generates internal power supplies (VDD, VSSS, VDDD) based on the power supply potential VCC applied from the external pad, and distributes them to each mat. Data 116 from the input buffer INBUF becomes a decode signal and a control signal through the predecoder 115 and the control circuit 117, and is distributed to each mat. Each mat 108 includes a plurality of basic units 106. The basic unit is composed of a two-column memory CELL.

CELL0は、1対のCMOSインバータの入力と出力が互いに接続されて構成される
フリップ・フロップ(負荷型Pチャネル型MOSトランジスタ(MP00、MP01)、
駆動型Nチャネル型トランジスタ(MN00、MN01)で構成される)と、前記フリッ
プ・フロップの記憶ノードNL0と記憶ノードNR0とをデータ線(DT0、DB0)に
選択的に接続する転送型Nチャネル型MOSトランジスタ(MN02、MN03)とで構
成される。Nチャネル型MOSトランジスタ(MN02、MN03)のゲート電極には、
サブワード線SWL0が接続される。
CELL0 is a flip-flop (load-type P-channel MOS transistors (MP00, MP01)) formed by connecting the input and output of a pair of CMOS inverters to each other.
A transfer type N channel type which selectively connects a drive type N channel type transistor (consisting of MN00 and MN01) and a storage node NL0 and a storage node NR0 of the flip-flop to a data line (DT0, DB0). It is composed of MOS transistors (MN02, MN03). The gate electrode of the N channel type MOS transistor (MN02, MN03)
Sub-word line SWL0 is connected.

メモリセルCELL1は、1対のCMOSインバータの入力と出力が互いに接続されて
構成されるフリップ・フロップ(Pチャネル型MOSトランジスタ(MP10、MP11
)、Nチャネル型トランジスタ(MN10、MN11)で構成される)と、前記フリップ
・フロップの記憶ノードNL1と記憶ノードNR1とをデータ線(DT1、DB1)に選
択的に接続するNチャネル型MOSトランジスタ(MN12、MN13)とで構成される
。Nチャネル型MOSトランジスタ(MN12、MN13)のゲート電極には、サブワー
ド線SWL0が接続される。
The memory cell CELL1 is a flip-flop (P-channel MOS transistors (MP10, MP11) formed by connecting the inputs and outputs of a pair of CMOS inverters to each other.
), An N-channel MOS transistor configured to selectively connect the storage node NL1 and the storage node NR1 of the flip-flop to data lines (DT1, DB1). (MN12, MN13). A sub word line SWL0 is connected to the gate electrodes of the N channel type MOS transistors (MN12, MN13).

また、基本ユニットには、センスアンプ回路(103)とリードデータドライブ回路(
104)とライトアンプ回路(105)とイコライズ・プリチャージ回路(99、100
)およびYスイッチ回路(101、102)が含まれている。センスアンプ回路(103
)は、Pチャネル型MOSトランジスタ(MP20、MP21)とNチャネル型MOSト
ランジスタ(MN20、MN21)からなるフリップ・フロップとセンスアンプを活性に
するNチャネル型MOSトランジスタMN22からなるラッチ型センスアンプ回路とスイ
ッチ回路(MP22、MP23)から構成される。MOSトランジスタ(MN22、MP
22、MP23)のゲート電極には、活性化信号SAが接続されている。
The basic unit includes a sense amplifier circuit (103) and a read data drive circuit (
104), a write amplifier circuit (105), and an equalize precharge circuit (99, 100).
) And a Y switch circuit (101, 102). Sense amplifier circuit (103
) Includes a flip-flop composed of P-channel MOS transistors (MP20, MP21) and N-channel MOS transistors (MN20, MN21), and a latch-type sense amplifier circuit composed of an N-channel MOS transistor MN22 that activates the sense amplifier. It is composed of switch circuits (MP22, MP23). MOS transistor (MN22, MP
22, MP23) is connected to an activation signal SA.

Yスイッチ回路101はデータ線(DT0、DB0)とセンスアンプ回路103をつな
ぐPチャネル型MOSトランジスタ(MP05、MP06)とNチャネル型MOSトラン
ジスタ(MN04、MN05)からなる。
The Y switch circuit 101 includes P-channel MOS transistors (MP05, MP06) and N-channel MOS transistors (MN04, MN05) that connect the data lines (DT0, DB0) and the sense amplifier circuit 103.

Yスイッチ回路102はデータ線(DT1、DB1)とセンスアンプ回路103をつな
ぐPチャネル型MOSトランジスタ(MP15、MP16)とNチャネル型MOSトラン
ジスタ(MN14、MN15)からなる。
The Y switch circuit 102 includes P-channel MOS transistors (MP15, MP16) and N-channel MOS transistors (MN14, MN15) that connect the data lines (DT1, DB1) and the sense amplifier circuit 103.

制御信号(YSW、YSWB)は、センスアンプ回路103をデータ線(DT0、DB
0)に接続するかデータ線(DT1、DB1)に接続するか選択する信号である。
The control signals (YSW, YSWB) send the sense amplifier circuit 103 to the data lines (DT0, DB
0) or a data line (DT1, DB1).

ライトアンプ回路105は、2つのクロックドインバータ(CINV2、CINV3)
およびインバータINV0より構成される。制御信号(WBC、WBCB)によってデー
タバス111の信号がデータ線に伝播される。
The write amplifier circuit 105 has two clocked inverters (CINV2, CINV3).
And an inverter INV0. The signal on the data bus 111 is propagated to the data line by the control signal (WBC, WBCB).

リードデータドライブ回路104は、2つのクロックドインバータ(CINV2、CI
NV3)より構成される。制御信号(RBC、RBCB)によってデータバス111に読
み出しデータが伝播される。
The read data drive circuit 104 includes two clocked inverters (CINV2, CI
NV3). The read data is propagated to the data bus 111 by control signals (RBC, RBCB).

イコライズ・プリチャージ回路99は、電源電位VDDとデータ線DT0をつなぐPチ
ャネル型MOSトランジスタMP02と電源電位VDDとデータ線DB0をつなぐPチャ
ネル型MOSトランジスタMP03およびデータ線DT0とデータ線DB0をつなぐPチ
ャネル型MOSトランジスタMP04より構成される。
The equalize / precharge circuit 99 includes a P-channel MOS transistor MP02 that connects the power supply potential VDD and the data line DT0, a P-channel MOS transistor MP03 that connects the power supply potential VDD and the data line DB0, and a P that connects the data line DT0 and the data line DB0. The channel type MOS transistor MP04 is used.

Pチャネル型MOSトランジスタ(MP02、MP03、MP04)のゲート電極には
制御信号EQが接続される。
A control signal EQ is connected to the gate electrodes of the P-channel MOS transistors (MP02, MP03, MP04).

イコライズ・プリチャージ回路99は、電源電位VDDとデータ線DT0をつなぐPチ
ャネル型MOSトランジスタMP02と電源電位VDDとデータ線DB0をつなぐPチャ
ネル型MOSトランジスタMP03およびデータ線DT0とデータ線DB0をつなぐPチ
ャネル型MOSトランジスタMP04より構成される。Pチャネル型MOSトランジスタ
(MP02、MP03、MP04)のゲート電極には制御信号EQが接続される。
The equalize / precharge circuit 99 includes a P-channel MOS transistor MP02 that connects the power supply potential VDD and the data line DT0, a P-channel MOS transistor MP03 that connects the power supply potential VDD and the data line DB0, and a P that connects the data line DT0 and the data line DB0. The channel type MOS transistor MP04 is used. A control signal EQ is connected to the gate electrodes of the P-channel MOS transistors (MP02, MP03, MP04).

イコライズ・プリチャージ回路100は、電源電位VDDとデータ線DT1をつなぐP
チャネル型MOSトランジスタMP12と電源電位VDDとデータ線DB1をつなぐPチ
ャネル型MOSトランジスタMP13およびデータ線DT1とデータ線DB1をつなぐP
チャネル型MOSトランジスタMP14より構成される。Pチャネル型MOSトランジス
タ(MP12、MP13、MP14)のゲート電極には制御信号EQが接続される。
The equalize / precharge circuit 100 is configured to connect the power supply potential VDD and the data line DT1 to P
P-channel MOS transistor MP13 connecting channel type MOS transistor MP12, power supply potential VDD and data line DB1, and P connecting data line DT1 and data line DB1
It is composed of a channel type MOS transistor MP14. A control signal EQ is connected to the gate electrodes of the P-channel MOS transistors (MP12, MP13, MP14).

各カラムには待機時にデータ線(DT、DB)に電源電圧より低い電圧、たとえば1.
0Vを供給するためのスイッチ回路(109、110)が配置される。スイッチ回路10
9は、電源電圧より低い電圧VDDDとデータ線DT0を接続するPチャネル型MOSト
ランジスタMP07と電源電圧より低い電圧VDDDとデータ線DB0を接続するPチャ
ネル型MOSトランジスタMP08より構成される。Pチャネル型MOSトランジスタ(
MP07、MP08)のゲート電極には制御信号CVDDDが接続される。
Each column has a voltage lower than the power supply voltage on the data lines (DT, DB) during standby, for example, 1.
Switch circuits (109, 110) for supplying 0V are arranged. Switch circuit 10
9 includes a P-channel MOS transistor MP07 that connects the voltage VDDD lower than the power supply voltage and the data line DT0, and a P-channel MOS transistor MP08 that connects the voltage VDDD lower than the power supply voltage and the data line DB0. P-channel MOS transistor (
The control signal CVDDD is connected to the gate electrodes of MP07 and MP08).

スイッチ回路110は、電源電圧より低い電圧VDDDとデータ線DT1を接続するP
チャネル型MOSトランジスタMP17と電源電圧より低い電圧VDDDとデータ線DB
1を接続するPチャネル型MOSトランジスタMP18より構成される。Pチャネル型M
OSトランジスタ(MP17、MP18)のゲート電極には制御信号CVDDDが接続さ
れる。
The switch circuit 110 connects the voltage VDDD lower than the power supply voltage and the data line DT1 to P
Channel type MOS transistor MP17, voltage VDDD lower than power supply voltage and data line DB
1 is composed of a P-channel type MOS transistor MP18 connected to one. P channel type M
A control signal CVDDD is connected to the gate electrodes of the OS transistors (MP17, MP18).

メモリマット108内の全てのメモリセル接地ソース電極線VSSMは、金属層によっ
て接続されており、Nチャネル型MOSトランジスタ(MN6、MN7)によって電源に
接続される。Nチャネル型MOSトランジスタMN6は接地電位VSSより高い電圧を供
給する電源VSSSと接地ソース電極線VSSMを接続するトランジスタであり、ゲート
電極には制御信号STVSSMが接続されている。Nチャネル型MOSトランジスタMN
7は接地電位VSSと接地ソース電極線VSSMを接続するトランジスタであり、ゲート
電極には制御信号ACVSSMが接続されている。
All the memory cell ground source electrode lines VSSM in the memory mat 108 are connected by a metal layer, and are connected to a power source by N channel type MOS transistors (MN6, MN7). The N-channel MOS transistor MN6 is a transistor that connects the power supply VSSS that supplies a voltage higher than the ground potential VSS and the ground source electrode line VSSM, and a control signal STVSSM is connected to the gate electrode. N-channel MOS transistor MN
A transistor 7 connects the ground potential VSS and the ground source electrode line VSSM, and a control signal ACVSSM is connected to the gate electrode.

制御信号STVSSMは、チップ選択信号CSおよびマット選択信号MATを使ってア
ンド回路AND0およびインバータ回路INV1によって生成される。制御信号ACVS
SMは、チップ選択信号CSおよびマット選択信号MATを使ってアンド回路AND0に
よって生成される。
The control signal STVSSM is generated by the AND circuit AND0 and the inverter circuit INV1 using the chip selection signal CS and the mat selection signal MAT. Control signal ACVS
SM is generated by the AND circuit AND0 using the chip selection signal CS and the mat selection signal MAT.

制御信号CVDDDは、チップ選択信号CSおよびマット選択信号MATを使ってアン
ド回路AND0によって生成される。
The control signal CVDDD is generated by the AND circuit AND0 using the chip selection signal CS and the mat selection signal MAT.

サブワード線SWLは入力されたアドレスおよび制御信号116をプリデコーダ115
でプリデコードし、ワードデコーダおよびワードドライバ114により生成される。
The sub-word line SWL receives the input address and control signal 116 as a predecoder 115.
And pre-decoded by the word decoder and the word driver 114.

制御信号EQは、チップ選択信号CS、マット選択信号MATおよびリセットパルスA
TDを使ってナンド回路NAND0によって生成される。
The control signal EQ includes a chip selection signal CS, a mat selection signal MAT, and a reset pulse A.
It is generated by the NAND circuit NAND0 using TD.

制御信号(YSWB、YSW)は、YアドレスAYを使って、インバータ回路INV2
によって生成される。
The control signal (YSWB, YSW) uses the Y address AY to invert the inverter circuit INV2.
Generated by.

制御信号SAは、チップ選択信号CS、マット選択信号MAT、書き込み選択信号WE
およびFSENを使ってアンド回路AND2およびインバータ回路(INV3、INV4
)によって生成される。FSENはATDより生成されるタイミングパルスである。
The control signal SA includes a chip selection signal CS, a mat selection signal MAT, and a write selection signal WE.
AND circuit AND2 and inverter circuit (INV3, INV4 using FSEN)
). FSEN is a timing pulse generated from ATD.

制御信号(RBC、RBCB)は、制御信号SAを使ってインバータ回路INV5によ
って生成される。
Control signals (RBC, RBCB) are generated by the inverter circuit INV5 using the control signal SA.

制御信号(WBC、WBCB)は、チップ選択信号CS、マット選択信号MATおよび
書き込み選択信号WEを使ってアンド回路AND3およびインバータ回路INV6によっ
て生成される。
The control signals (WBC, WBCB) are generated by the AND circuit AND3 and the inverter circuit INV6 using the chip selection signal CS, the mat selection signal MAT, and the write selection signal WE.

制御信号(CS、WE、YA、MAT、ATD)は、入力されたアドレスおよび制御信
号よりコントロール回路117を用いて生成される。マット選択信号MATは、図15に
示したように、別のコントロール回路118を用いて、速いマット選択信号FMATが用
意される場合もある。ワード線の選択は誤動作防止のためプロセスばらつき・タイミング
を十分に考慮するのに対し、メモリセルに対し読み出し・書き込みをするために駆動され
る回路(動作電位を選択状態に制御する回路、イコライズ・プリチャージ回路等)はワード
線の選択よりも早ければ、タイミングの制御精度は落としてもよい。
Control signals (CS, WE, YA, MAT, ATD) are generated using the control circuit 117 from the input address and control signal. The mat selection signal MAT may be prepared as a fast mat selection signal FMAT using another control circuit 118 as shown in FIG. The selection of the word line takes into account the process variation and timing to prevent malfunction, while the circuit driven to read / write the memory cell (the circuit that controls the operating potential to the selected state, If the precharge circuit or the like is earlier than the word line selection, the timing control accuracy may be lowered.

そこで、ワード線を選択するもととなるコントロール回路117には高いしきい値のM
OSFET(Pチャネル型とNチャネル型いずれも含む)を用い、メモリセルに対し読み出
し・書き込みをするために駆動される回路を活性化する信号を出力するコントロール回路
118には前記高いしきい値及び低いしきい値の2種類のしきい値のMOSFET(Pチ
ャネル型とNチャネル型いずれも含む)を用いる。しきい値の低いMOSFETを含める
と、プロセスばらつきに対して弱くなり、出力タイミングの精度をとることが難しくなる
が、(コントロール回路117よりコントロール回路118は早くマット選択信号を出力
することができる。同じ回路構成を用いて設計を簡易にすることもできる。ワード線を選
択するもととなるコントロール回路よりも低いしきい値のMOSFETを含めてしきい値
の種類を増やしてメモリセルに対し読み出し・書き込みをするために駆動される回路を制
御する回路を構成する。これにより、ワード線を選択するもととなるマット選択信号MA
Tのタイミングの精度を上げるとともに、メモリセルに対し読み出し・書き込みをするた
めに駆動される回路を選択するもととなるマット選択信号FMATのタイミングをマット
選択信号MATよりも早く確実に出力させることができる。
Therefore, the control circuit 117 that is the source for selecting the word line has a high threshold value M.
The control circuit 118 that uses an OSFET (including both P-channel type and N-channel type) and outputs a signal that activates a circuit driven to read / write data from / to the memory cell has the high threshold value and Two types of low threshold voltage MOSFETs (including both P-channel type and N-channel type) are used. If a MOSFET with a low threshold value is included, it becomes weak against process variations and it is difficult to obtain the accuracy of output timing, but the control circuit 118 can output the mat selection signal earlier than the control circuit 117. It is possible to simplify the design by using the same circuit configuration, and read out from the memory cell by increasing the types of thresholds including MOSFETs having lower threshold values than the control circuit from which the word line is selected. A circuit for controlling a circuit driven for writing is configured, whereby a mat selection signal MA from which a word line is selected
The accuracy of the timing of T is increased, and the timing of the mat selection signal FMAT, which is a source for selecting a circuit to be read / written to / from the memory cell, is surely output earlier than the mat selection signal MAT. Can do.

本構成は非同期式で選択タイミングの精度が厳しいメモリ装置の設計に特に有効である
。速いマット選択信号FMATは、例えばメモリセル接地ソース電極線VSSMを制御す
る回路のアンド回路AND0、VDDD供給を制御する回路のアンド回路AND1、イコ
ライズ・プリチャージを制御する回路のナンド回路NAND0に、マット信号MATの代
わりに使用される。
This configuration is particularly effective in the design of memory devices that are asynchronous and have strict selection timing accuracy. For example, the fast mat selection signal FMAT is supplied to the AND circuit AND0 of the circuit that controls the memory cell ground source electrode line VSSM, the AND circuit AND1 of the circuit that controls the supply of VDDD, and the NAND circuit NAND0 of the circuit that controls the equalization / precharge. Used in place of signal MAT.

次に待機状態から読み出し動作を行う場合について図6の動作波形を用いて説明する。
チップ選択信号CSが“L”(“LOW”レベル)のときあるいはマットが選択されてな
い時には、メモリマットは待機状態となる。このときメモリセル接地ソース電極線VSS
Mには接地電位より高い電圧VSSSたとえば0.5Vが供給される。またデータ線(D
T、DB)には、電源電圧VDDより低い電圧VDDDたとえば1.0Vが供給される。
このときメモリセルCELL0の蓄積ノードNL0は、0.5Vに、NR0は電源電位V
DDたとえば1.5Vとなる。オン状態であるPチャネル型MOSトランジスタMP01
のゲート−ソース電極間には電源電圧1.5Vより低い1.0Vの電圧が印加され、ゲー
トトンネルリーク電流が低減される。またオン状態であるNチャネル型MOSトランジス
タMN00のゲート−ソース電極間には電源電圧1.5Vより低い1.0Vの電圧が印加
され、ゲートトンネルリーク電流が低減される。また、オフ状態のトランスファーNチャ
ネル型MOSトランジスタ(MN02、MN03)のゲート−ソース電極間には電源電圧
1.5Vより低い1.0Vの電圧が印加され、GIDL電流が低減される。
Next, a case where a read operation is performed from the standby state will be described with reference to operation waveforms in FIG.
When the chip selection signal CS is “L” (“LOW” level) or when the mat is not selected, the memory mat is in a standby state. At this time, the memory cell ground source electrode line VSS
M is supplied with a voltage VSSS, for example, 0.5 V, higher than the ground potential. The data line (D
T, DB) is supplied with a voltage VDDD lower than the power supply voltage VDD, for example, 1.0V.
At this time, the storage node NL0 of the memory cell CELL0 is 0.5V, and NR0 is the power supply potential V
DD, for example, 1.5V. P-channel MOS transistor MP01 in the on state
A voltage of 1.0 V, which is lower than the power supply voltage of 1.5 V, is applied between the gate and source electrodes of the gate, and the gate tunnel leakage current is reduced. In addition, a voltage of 1.0 V, which is lower than the power supply voltage 1.5 V, is applied between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MN00 in the on state, and the gate tunnel leakage current is reduced. In addition, a voltage of 1.0 V lower than the power supply voltage 1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the off-state transfer N-channel MOS transistors (MN02, MN03), and the GIDL current is reduced.

チップ選択信号CSが“H”になるかアドレスが変わると、ATDパルスが生成され読
み出し動作が開始される。マット選択信号MATとチップ選択信号CSにより、選択され
たマット108のメモリセル接地ソース電極線VSSMが接地電位0Vとなる。また、デ
ータ線(DT、DB)に電圧VDDDを供給していたPチャネル型MOSトランジスタ(
MP07、MP08、MP17、MP18)がオフする。
When the chip selection signal CS becomes “H” or the address changes, an ATD pulse is generated and a read operation is started. The memory cell ground source electrode line VSSM of the selected mat 108 becomes the ground potential 0 V by the mat selection signal MAT and the chip selection signal CS. Further, a P-channel MOS transistor (that has supplied the voltage VDDD to the data lines (DT, DB)) (
MP07, MP08, MP17, MP18) are turned off.

ATDパルスから生成された制御信号EQによりデータ線(DT、DB)が、電源電圧
VDDにプリチャージされる。
The data lines (DT, DB) are precharged to the power supply voltage VDD by the control signal EQ generated from the ATD pulse.

この結果メモリセルCELL0の蓄積ノードNL0は、0Vに、NR0は電源電位VD
Dたとえば1.5Vとなる。オン状態であるPチャネル型MOSトランジスタMP01の
ゲート−ソース電極間には電源電圧1.5Vが印加され、ゲートトンネルリーク電流が増
大する。またオン状態であるNチャネル型MOSトランジスタMN00のゲート−ソース
電極間には電源電圧1.5Vが印加され、ゲートトンネルリーク電流が増大する。また、
オフ状態のトランスファーNチャネル型MOSトランジスタ(MN02、MN03)のゲ
ート−ソース電極間には電源電圧1.5Vが印加され、GIDL電流が増加する。
As a result, the storage node NL0 of the memory cell CELL0 is 0V, and NR0 is the power supply potential VD.
D For example, 1.5V. A power supply voltage of 1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP01 in the on state, and the gate tunnel leakage current increases. Further, a power supply voltage of 1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MN00 in the on state, and the gate tunnel leakage current increases. Also,
A power supply voltage of 1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the off-state transfer N-channel MOS transistors (MN02, MN03), and the GIDL current increases.

その後ワード線SWL0が選択され、データ線(DT、DB)に微小電位差が生じ、制
御信号SAでセンスアンプ103を活性化することにより微小電位差を増幅してデータを
データバス111に出力する。
Thereafter, the word line SWL0 is selected, a minute potential difference is generated in the data lines (DT, DB), and the sense amplifier 103 is activated by the control signal SA to amplify the minute potential difference and output the data to the data bus 111.

次に待機状態から書き込み動作を行う場合について図7の動作波形を用いて説明する。
待機状態は読み出し動作の時と同様である。
Next, the case where the write operation is performed from the standby state will be described with reference to the operation waveforms of FIG.
The standby state is the same as in the read operation.

チップ選択信号CSが“H”になるかアドレスが変わると、ATDパルスが生成され書
き込み動作が開始される。マット選択信号MATとチップ選択信号CSにより、選択され
たマット108のメモリセル接地ソース電極線VSSMが接地電位0Vとなる。また、デ
ータ線(DT、DB)に電圧VDDDを供給していたPチャネル型MOSトランジスタ(
MP07、MP08、MP17、MP18)がオフする。
When the chip selection signal CS becomes “H” or the address changes, an ATD pulse is generated and a write operation is started. The memory cell ground source electrode line VSSM of the selected mat 108 becomes the ground potential 0 V by the mat selection signal MAT and the chip selection signal CS. Further, a P-channel MOS transistor (that has supplied the voltage VDDD to the data lines (DT, DB)) (
MP07, MP08, MP17, MP18) are turned off.

ATDパルスから生成された制御信号EQによりデータ線(DT、DB)が、電源電圧
VDDにプリチャージされる。
The data lines (DT, DB) are precharged to the power supply voltage VDD by the control signal EQ generated from the ATD pulse.

この結果メモリセルCELL0の蓄積ノードNL0は、0Vに、NR0は電源電位VD
Dたとえば1.5Vとなる。オン状態であるPチャネル型MOSトランジスタMP01の
ゲート−ソース電極間には電源電圧1.5Vが印加され、ゲートトンネルリーク電流が増
大する。またオン状態であるNチャネル型MOSトランジスタMN00のゲート−ソース
電極間には電源電圧1.5Vが印加され、ゲートトンネルリーク電流が増大する。また、
オフ状態のトランスファーNチャネル型MOSトランジスタ(MN02、MN03)のゲ
ート−ソース電極間には電源電圧1.5Vが印加され、GIDL電流が増加する。
As a result, the storage node NL0 of the memory cell CELL0 is 0V, and NR0 is the power supply potential VD.
D For example, 1.5V. A power supply voltage of 1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP01 in the on state, and the gate tunnel leakage current increases. Further, a power supply voltage of 1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MN00 in the on state, and the gate tunnel leakage current increases. Also,
A power supply voltage of 1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the off-state transfer N-channel MOS transistors (MN02, MN03), and the GIDL current increases.

その後ワード線SWL0が選択される。データ線(DT、DB)には、データバス11
1の信号が入力され、この信号によりメモリセルCELLにデータが書き込まれる。
Thereafter, the word line SWL0 is selected. A data bus 11 is connected to the data lines (DT, DB).
1 is input, and data is written into the memory cell CELL by this signal.

本実施例ではメモリセルのソース電圧を待機時に0.5Vに上げたが、メモリセルの電
源を1.0Vに下げてもいい。ただし、待機状態から動作状態に変わるときは、動作状態
から待機状態に変わるときより高速に移行することが要求される。このため、待機時にソ
ース電圧を0.5Vに上げるほうが、メモリセルの電源を1.0Vにさげるより、電源回
路の負担が小さくなるため、ソースを0.5Vに上げるほうが有利である。また、図13の
特性を見ても分るとおり、同じ0.5Vであっても、低電位側のソース電圧を高くするこ
とが電流を下げる上で有利であるといえる。
In this embodiment, the source voltage of the memory cell is raised to 0.5 V during standby, but the power supply of the memory cell may be lowered to 1.0 V. However, when changing from the standby state to the operating state, it is required to shift faster than when changing from the operating state to the standby state. For this reason, raising the source voltage to 0.5 V during standby is more advantageous than raising the source to 0.5 V because the burden on the power supply circuit is less than reducing the power supply of the memory cell to 1.0 V. Further, as can be seen from the characteristics of FIG. 13, even when the voltage is the same 0.5 V, it can be said that increasing the source voltage on the low potential side is advantageous in reducing the current.

図14に待機時と動作時の1SRAMセルのリーク電流を示した。GIDL電流、サブ
スレッショルドリーク電流、GIDL全てが待機時で小さくなっている。
FIG. 14 shows the leakage current of the 1 SRAM cell during standby and during operation. The GIDL current, subthreshold leakage current, and GIDL are all small during standby.

図16に降圧回路PWRの特性の一例を示す。ビット線等に供給する電位VDDD及び
、メモリセルに供給する動作電位(高電位VDD、低電位VSSS)を生成するに際し、外
部パッドより供給される電位VCCがある所定値以上となるときに外部パッドより供給さ
れる電位を制御して出力する構成をとっている。例えば、外部パッドより供給される電位
VCCが1.5V以下では、メモリセルに供給する高電位VDDは、外部パッドより供給
される電源電位VCCと同一であり、VCCが1.5V以上では、VDDは1.5Vで一
定となるように制御する。また、電源電位より低い電位VDDDは、VCCが1.0V以
下では、外部パッドより供給される電位VCCと同一であり、VCCが1.0V以上では
、1.0Vで一定となるように制御する。接地電位より高い電位VSSSは、電位VCC
が1.0V以下の時は0Vであり、外部電源パッドより供給される電位VCCが1.0V
以上の時は、メモリセルに供給する高電位側の電位VDDに基づいてそれよりより1.0
V低い値になるように制御される。これにより、半導体チップの外より入力される電源電
位VCCが変動してもメモリセルに印加される電圧が常に1.0Vとなりデータ破壊が生
じないようにすることが可能となる。尚、別の外部パッドから供給される低電位側の電位
VSSは接地電位であることから変動しないものと考えることができる。帰還回路により
制御が可能となる動作電位生成回路の適用は、メモリを具備する半導体集積回路に限られ
ず、前の実施例においても有効である。
FIG. 16 shows an example of the characteristics of the step-down circuit PWR. When generating the potential VDDD supplied to the bit line or the like and the operation potential (high potential VDD, low potential VSSS) supplied to the memory cell, the external pad is supplied when the potential VCC supplied from the external pad becomes a predetermined value or more. The configuration is such that the supplied potential is controlled and output. For example, when the potential VCC supplied from the external pad is 1.5 V or less, the high potential VDD supplied to the memory cell is the same as the power supply potential VCC supplied from the external pad, and when VCC is 1.5 V or more, VDD Is controlled to be constant at 1.5V. The potential VDDD lower than the power supply potential is controlled to be the same as the potential VCC supplied from the external pad when VCC is 1.0 V or less, and constant at 1.0 V when VCC is 1.0 V or more. . The potential VSSS higher than the ground potential is the potential VCC.
Is 0 V when the voltage is 1.0 V or less, and the potential VCC supplied from the external power supply pad is 1.0 V.
In the above case, it is 1.0 based on the high potential VDD supplied to the memory cell.
V is controlled to be a low value. As a result, even if the power supply potential VCC input from outside the semiconductor chip fluctuates, the voltage applied to the memory cell is always 1.0 V, and data destruction can be prevented. Note that the low-potential-side potential VSS supplied from another external pad is a ground potential, so it can be considered that it does not vary. The application of the operation potential generation circuit that can be controlled by the feedback circuit is not limited to the semiconductor integrated circuit including the memory, and is also effective in the previous embodiment.

本実施例においては、GIDL電流の低減のために半導体装置において、ソース・ドレ
イン領域のうち、コンタクトをとる領域に砒素を、エクステンション領域に燐を用いたN
チャネル型MOSトランジスタを具備させる。SRAMを有する半導体装置において、前
記Nチャネル型MOSトランジスタをSRAMのメモリセル内のNチャネル型MOSトラ
ンジスタに用い、メモリセルを制御する周辺回路のNチャネル型MOSトランジスタには
コンタクトをとる領域とエクステンション領域いずれにも砒素を用いたNチャネル型MO
Sトランジスタを用いる。
In this embodiment, in order to reduce the GIDL current, in the semiconductor device, arsenic is used for the contact region and phosphorus is used for the extension region among the source / drain regions.
A channel type MOS transistor is provided. In a semiconductor device having an SRAM, the N-channel MOS transistor is used as an N-channel MOS transistor in an SRAM memory cell, and a contact region and an extension region are provided for an N-channel MOS transistor in a peripheral circuit that controls the memory cell. N-channel MO using arsenic for both
S transistors are used.

図26において、Nチャネル型MOSトランジスタのソース・ドレイン領域のうち、コ
ンタクトをとる領域に砒素をいずれにも用い、エクステンション領域に砒素を用いたとき
のゲート電圧Vgsとソース・ドレイン間の電流の特性Idsを(a)に、燐を用いたとき
のゲート電圧Vgsとソース・ドレイン間の電流Idsの特性を(b)に示す。座標は(a)
(b)で同じである。この波形を見て明らかなように、ゲート電圧が0.0Vにおけるオフ
電流は燐を用いた方(b)が明らかに低下しており、さらに今回の発明の方式(スタンバイ
時にメモリセルの動作電位Vssmを0.0Vから0.5Vにあげる方式)とした場合に
燐をエクステンション領域に用いることがオフ電流を低減するに対し有効であることがわ
かる。ここには示していないが、高温動作領域での効果が顕著であることがわかっている
In FIG. 26, the characteristics of the gate voltage Vgs and the current between the source and the drain when arsenic is used for the contact region and the arsenic is used for the extension region among the source / drain regions of the N-channel MOS transistor. The characteristics of the gate voltage Vgs and the current Ids between the source and the drain when phosphorus is used are shown in FIG. The coordinates are (a)
The same applies to (b). As is apparent from this waveform, the off current when the gate voltage is 0.0 V is clearly lower in the case where phosphorus is used (b), and the method of the present invention (the operating potential of the memory cell during standby) When Vssm is increased from 0.0 V to 0.5 V), it can be seen that using phosphorus in the extension region is effective for reducing the off-current. Although not shown here, it has been found that the effect in the high temperature operating region is significant.

As(砒素)よりP(リン)は、Vth−Lowering特性などのデバイス特性への変動が大きく
、電流駆動力はAsより低下するため、イオン打込み濃度やエネルギーの調整が難しいため
、一般にはコンタクトを取る領域及びエクステンション領域には砒素が用いられていた。
特開平9-135029 号においてはコンタクトを取る領域及びエクステンション領域いずれに
も燐をデバイス構造が開示されているが、本発明者らによりGIDL電流低減にはエクス
テンション領域に燐を注入することが有効であり、コンタクトを取る領域にはデバイスの
性能面(電流駆動力、短チャネル特性)から砒素を用いることが有効であることが示された
P (phosphorus) has a larger variation in device characteristics such as Vth-Lowering characteristics than As (arsenic), and the current driving force is lower than that of As. Therefore, it is difficult to adjust the ion implantation concentration and energy. Arsenic was used for the area to be removed and the extension area.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-135029 discloses a device structure of phosphorus in both the contact region and the extension region, but it is effective for the present inventors to inject phosphorus into the extension region to reduce the GIDL current. In addition, it has been shown that it is effective to use arsenic in the contact area in terms of device performance (current driving capability, short channel characteristics).

本効果が得られる理由は、ゲート電極下にオーバーラップしているエクステンション領
域での燐注入により、ゲート電極からの縦方向電界によるバンド曲がりが緩和されるため
である。また、インプラプロファイルのブロード化により、チャネル領域とエクテンショ
ン領域との縦方向の接合電界強度が緩和され、PN接合リークが低減した効果も寄与してい
る。
The reason why this effect is obtained is that the band bending due to the vertical electric field from the gate electrode is alleviated by phosphorus implantation in the extension region overlapping under the gate electrode. Further, the broadening of the implantation profile alleviates the junction field strength in the vertical direction between the channel region and the extension region, thereby contributing to the effect of reducing the PN junction leakage.

図17〜図25は、本実施例の半導体装置の製造方法の一例を工程順に示した断面図で
ある。それぞれの図はメモリセル部MCを構成するNチャネル型MOSトランジスタQm
nとPチャネル型MOSトランジスタQmpと、周辺回路部PERIを構成するNチャネ
ル型MOSトランジスタQpnとPチャネル型MOSトランジスタQppと、高耐圧部H
Vを構成するNチャネル型MOSトランジスタQhnとPチャネル型MOSトランジスタ
Qhpとに分けて記載している。メモリセル部MCを構成するNチャネル型MOSトラン
ジスタQmnは図5の各メモリセルCELLの駆動と転送MOSトランジスタに用いられ
る。メモリセル部MCを構成するPチャネル型MOSトランジスタQmpは図5の各メモ
リセルCELLの負荷MOSトランジスタに用いられる。周辺回路部PERIを構成する
Nチャネル型MOSトランジスタQpnとPチャネル型MOSトランジスタQppは図5
のメモリセル部以外のPとNチャネル型MOSトランジスタに用いられる。つまり、セン
スアンプ回路(103)、リードデータドライブ回路(104)、ライトアンプ回路(1
05)、イコライズ・プリチャージ回路(99、100)とYスイッチ回路(101、1
02)、ワードデコーダおよびワードドライバ(114)、プリデコーダ(115)、制御回
路(117)に用いられるMOSトランジスタを含む。高耐圧部HVを構成するNチャネ
ル型MOSトランジスタQhnとPチャネル型MOSトランジスタQhpは入力と出力の
動作電圧が異なる回路、つまり図15の入力バッファ(INBUF)、降圧回路(PWR)
、入出力回路IOを構成するNとPチャネル型MOSトランジスタに用いられる。
17 to 25 are cross-sectional views showing an example of the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment in the order of steps. Each figure shows an N channel type MOS transistor Qm constituting the memory cell portion MC.
n, a P channel type MOS transistor Qmp, an N channel type MOS transistor Qpn and a P channel type MOS transistor Qpp constituting the peripheral circuit part PERI, and a high breakdown voltage part H
The description is divided into an N-channel MOS transistor Qhn and a P-channel MOS transistor Qhp constituting V. The N channel type MOS transistor Qmn constituting the memory cell unit MC is used for driving and transfer MOS transistors of each memory cell CELL in FIG. The P channel type MOS transistor Qmp constituting the memory cell portion MC is used as a load MOS transistor of each memory cell CELL in FIG. The N channel type MOS transistor Qpn and the P channel type MOS transistor Qpp constituting the peripheral circuit portion PERI are shown in FIG.
This is used for P and N channel type MOS transistors other than the memory cell portion. That is, the sense amplifier circuit (103), the read data drive circuit (104), and the write amplifier circuit (1
05), equalizing precharge circuit (99, 100) and Y switch circuit (101, 1
02), a MOS transistor used for a word decoder and a word driver (114), a predecoder (115), and a control circuit (117). The N-channel MOS transistor Qhn and the P-channel MOS transistor Qhp constituting the high withstand voltage portion HV are circuits having different input and output operating voltages, that is, the input buffer (INBUF) and the step-down circuit (PWR) in FIG.
Used for the N and P channel type MOS transistors constituting the input / output circuit IO.

以下、図面を用いて工程順に説明する。まず、図17(a)に示すように、たとえばp-
型の単結晶シリコンからなる半導体基板200を用意し、半導体基板200の主面に素子
分離領域201を形成する。素子分離領域201は、たとえば以下のようにして形成でき
る。まず、半導体基板200の主面上にシリコン酸化膜(SiO)およびシリコン窒化
膜(Si)を順次形成し、このシリコン窒化膜をパターニングされたフォトレジス
ト膜を用いてエッチングし、このエッチングされたシリコン窒化膜をマスクとして半導体
基板200に溝型の分離領域を形成する。その後、溝型の分離領域を埋め込む絶縁膜、た
とえばシリコン酸化膜を堆積し、CMP法等を用いて溝型分離領域以外の領域のシリコン
酸化膜を除去し、さらにウエットエッチング法等によりシリコン窒化膜を除去する。これ
により素子分離領域(トレンチアイソレーション)201が形成される。素子分離領域は
、溝型の分離領域に限定されるものではなく、例えばLOCOS(Local Oxidization of
Silicon)法によって形成されたフィールド絶縁膜で形成しても良い。次のイオン注入工
程による半導体基板表面のダメージを緩和するために、薄いシリコン酸化膜を堆積させる
Hereinafter, it demonstrates in order of a process using drawing. First, as shown in FIG.
A semiconductor substrate 200 made of single crystal silicon is prepared, and an element isolation region 201 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 200. The element isolation region 201 can be formed as follows, for example. First, a silicon oxide film (SiO 2 ) and a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) are sequentially formed on the main surface of the semiconductor substrate 200, and this silicon nitride film is etched using a patterned photoresist film. A groove-type isolation region is formed in the semiconductor substrate 200 using the etched silicon nitride film as a mask. Thereafter, an insulating film, for example, a silicon oxide film, for embedding the trench type isolation region is deposited, and the silicon oxide film in a region other than the trench type isolation region is removed by using a CMP method or the like, and further a silicon nitride film by a wet etching method or the like. Remove. Thereby, an element isolation region (trench isolation) 201 is formed. The element isolation region is not limited to the trench type isolation region. For example, LOCOS (Local Oxidization of
(Silicon) may be used to form a field insulating film. A thin silicon oxide film is deposited in order to mitigate damage on the surface of the semiconductor substrate due to the next ion implantation process.

その後パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして不純物をイオン注入し、図
17(b)に示すように、pウエル210、212およびnウエル211、213を形成す
る。pウエルにはp型の導電型を示す不純物たとえばボロンB又はフッ化ボロンBF2を
イオン注入し、nウエルにはn型の導電型を示す不純物たとえばリンP、砒素Asをイオ
ン注入する。この後、各ウエル領域にMOSFETのしきい値を制御するための不純物(
Nチャネル型MOSトランジスタではn型の導電型を示す不純物(P)、Pチャネル型MO
Sトランジスタではp型の導電型を示す不純物(BF2))をイオン注入する。
Thereafter, impurities are ion-implanted using the patterned photoresist film as a mask to form p wells 210 and 212 and n wells 211 and 213 as shown in FIG. Impurities having a p-type conductivity, such as boron B or boron fluoride BF2, are ion-implanted into the p-well, and impurities having an n-type conductivity, such as phosphorus P and arsenic As, are ion-implanted into the n-well. Thereafter, impurities for controlling the threshold value of the MOSFET in each well region (
In an N channel type MOS transistor, an impurity (P) having an n type conductivity type, a P channel type MO transistor
In the S transistor, an impurity (BF2) having a p-type conductivity is ion-implanted.

次に図17(b)に示すように、ゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜221を形成する。
この際に、高耐圧部には厚膜ゲート酸化膜、周辺回路部とメモリセル部には薄膜ゲート酸
化膜をホトリソグラフィー、エッチング技術を用いて形成した。
Next, as shown in FIG. 17B, a silicon oxide film 221 to be a gate insulating film is formed.
At this time, a thick gate oxide film was formed in the high breakdown voltage portion, and a thin gate oxide film was formed in the peripheral circuit portion and the memory cell portion using photolithography and etching techniques.

本実施例では、厚膜ゲート酸化膜の膜厚は外部入出力で3.3Vに対応するため8.0
nm、薄膜ゲート酸化膜は待機時におけるゲートリーク電流が問題となる3.0nmとし
た。高耐圧部以外の酸化膜をホトリソグラフィー・ウエットエッチング技術により除去し
た後に、再度、熱酸化して熱酸化することにより2種類の膜厚の酸化膜が形成される。そ
の後、ゲート電極用の多結晶シリコン膜222を堆積し、レジストマスク223を用いて
NとPチャネル型MOSの電極領域にそれぞれn型/p型の不純物(燐、ボロン)をイオン
注入する。
In this embodiment, since the thickness of the thick gate oxide film corresponds to 3.3 V by external input / output, it is 8.0.
The thickness of the thin gate oxide film was set to 3.0 nm, which causes a problem of gate leakage current during standby. After removing the oxide film other than the high withstand voltage portion by the photolithography / wet etching technique, the oxide film having two kinds of film thickness is formed by thermal oxidation again and thermal oxidation. Thereafter, a polycrystalline silicon film 222 for the gate electrode is deposited, and n-type / p-type impurities (phosphorus and boron) are ion-implanted into the N and P-channel MOS electrode regions using the resist mask 223, respectively.

図18(a)に示すように、ホトリソグラフィー・ドライエッチングを用いて加工するこ
とによりゲート電極230、231、232、233、234、235が形成される。次
に図18(b)に示すようにエクステンション領域となる半導体領域及びそれとパンチスル
ーを抑制するための反対の導電型(ウエルと同導電型でウエル領域よりも高濃度)の半導
体領域をイオン注入法で形成する。Nチャネル型MOSトランジスタにおいてはメモリセル部
MCと周辺回路部PERIと高耐圧部HVとでそれぞれマスク(工程)を変えてイオン注入を行う
。メモリセル部MCにおいてはスタンバイ時のGIDL電流を低減するためにn型の不純物であ
る燐、p型の不純物(ボロン)を注入することによりn型半導体領域241、242とp型
半導体領域243、244を形成する。その際には他の領域(Pチャネル型MOSトランジス
タ領域、周辺回路部・高耐圧部領域)はレジストでマスクされる。周辺回路部PERIにおい
ては高速動作を実現するためにn型の不純物である砒素、p型の不純物(ボロン)を注入す
ることによりn型半導体領域245、246とp型半導体領域247、248を形成する
。その際には他の領域(Pチャネル型MOSトランジスタ領域、メモリセル部・高耐圧部領域)
はレジストでマスクされる。
As shown in FIG. 18A, gate electrodes 230, 231, 232, 233, 234, and 235 are formed by processing using photolithography / dry etching. Next, as shown in FIG. 18B, the semiconductor region to be the extension region and the semiconductor region of the opposite conductivity type (the same conductivity type as the well and higher concentration than the well region) for suppressing punch through are ion-implanted. Form by law. In the N channel type MOS transistor, ion implantation is performed by changing the mask (process) in each of the memory cell portion MC, the peripheral circuit portion PERI, and the high breakdown voltage portion HV. In the memory cell part MC, n-type semiconductor regions 241 and 242 and a p-type semiconductor region 243 are implanted by injecting n-type impurities such as phosphorus and p-type impurities (boron) in order to reduce a standby GIDL current. 244 is formed. In this case, other regions (P-channel MOS transistor region, peripheral circuit portion / high voltage portion region) are masked with a resist. In the peripheral circuit portion PERI, n-type semiconductor regions 245 and 246 and p-type semiconductor regions 247 and 248 are formed by implanting n-type impurities such as arsenic and p-type impurities (boron) in order to realize high-speed operation. To do. In that case, other areas (P-channel MOS transistor area, memory cell area / high voltage area)
Is masked with resist.

次に図18(c)で示すように、Pチャネル型MOSトランジスタとなるn型ウエル領域
211にはp型の不純物(ボロン)、n型の不純物(As)を注入することにより、エクステ
ンション領域となる半導体領域251、254、255、256、パンチスルーを抑制す
るための、ウエルと同導電型でウエル領域よりも高濃度の半導体領域253、254、2
57、258を形成する。Pチャネル型MOSトランジスタはメモリセル部MC、周辺回
路部PERIで不純物の種類・イオン注入の条件(エネルギー)を変えないため、同じマス
ク(工程)で行い、イオンを注入する際にはNチャネル型MOSトランジスタとなる領域及び高
耐圧部HVのPチャネル型MOSトランジスタとなる領域はレジストでマスクする。高耐圧
部のNチャネル型MOSトランジスタはエッジ端の縦方向電界を緩和するようにn型の不純物
である砒素及び燐、p型の不純物(ボロン)を注入することによりn型半導体領域259、
260、261、262とp型半導体領域263、264を形成する。分布係数の違いに
より半導体表面に近いn型半導体領域259、260は砒素により主に構成され、より深
く注入されるn型半導体領域261、262は燐が主成分となる。
Next, as shown in FIG. 18C, the p-type impurity (boron) and the n-type impurity (As) are implanted into the n-type well region 211 to be a P-channel MOS transistor, thereby extending the extension region and Semiconductor regions 251, 254, 255, 256, semiconductor regions 253, 254, 2 having the same conductivity type as the well and having a higher concentration than the well region for suppressing punch-through.
57, 258 are formed. The P channel type MOS transistor does not change the type of impurities and the condition (energy) of the ion implantation in the memory cell part MC and the peripheral circuit part PERI. A region to be a MOS transistor and a region to be a P-channel MOS transistor in the high breakdown voltage portion HV are masked with a resist. The N-channel MOS transistor of the high breakdown voltage portion is formed by injecting n-type impurities arsenic and phosphorus and p-type impurities (boron) so as to alleviate the vertical electric field at the edge end, thereby causing an n-type semiconductor region 259,
260, 261, and 262 and p-type semiconductor regions 263 and 264 are formed. The n-type semiconductor regions 259 and 260 close to the semiconductor surface are mainly composed of arsenic due to the difference in distribution coefficient, and the n-type semiconductor regions 261 and 262 implanted deeper are mainly composed of phosphorus.

次に図19(a)に示すように、高耐圧部HVのPチャネル型MOSトランジスタとなる
n型ウエル領域213にはp型の不純物(ボロン)、n型の不純物(As)を注入することに
より、エクステンション領域となるp型半導体領域266、パンチスルーを抑制するため
の、ウエルと同導電型でウエル領域よりも高濃度の半導体領域267を形成する。本実施
例では、高耐圧部HVとメモリセル部MC、周辺回路部PERIでマスク(工程、イオン
打ち込み条件)を変えたが、耐圧が製品の特性を満たすことが可能であれば、Pチャネル
型MOSトランジスタをメモリセル部MC、周辺回路部PERI、高耐圧部HVで不純物
の種類・イオン注入の条件(エネルギー)を変えずに一つのマスク(工程)で行うことが可能
となる。
Next, as shown in FIG. 19A, p-type impurities (boron) and n-type impurities (As) are implanted into the n-type well region 213 to be a P-channel MOS transistor of the high breakdown voltage portion HV. As a result, a p-type semiconductor region 266 serving as an extension region and a semiconductor region 267 having the same conductivity type as the well and having a higher concentration than the well region are formed to suppress punch-through. In this embodiment, the mask (process, ion implantation condition) is changed between the high breakdown voltage portion HV, the memory cell portion MC, and the peripheral circuit portion PERI. If the breakdown voltage can satisfy the characteristics of the product, the P channel type is used. The MOS transistor can be formed in one mask (process) without changing the impurity type and ion implantation conditions (energy) in the memory cell portion MC, the peripheral circuit portion PERI, and the high breakdown voltage portion HV.

尚、エクステンション領域及びウエルと反導電型で高濃度の半導体領域のイオン注入の
順序は問わない。つまり、Nチャネル型MOSトランジスタ領域へのイオン注入より先にPチ
ャネル型MOSトランジスタとなる領域のイオン注入を行ってもよく。また、図18(b)(c
)によれば、Nチャネル型MOSトランジスタの内、メモリセル部、周辺回路部、高耐圧部の
順にイオン注入を行っているが、順番は問わない。高耐圧部のイオン注入をするに当たっ
て不純物量によっては、メモリセル部、周辺回路部のイオン注入の際にマスクで覆わず、
高耐圧部のためにマスクを用意しないことも可能ではあるが、不純物量に違いがあれば、
図18(c)のように別のマスクを用意する必要がある。
The order of ion implantation of the extension region and the well and the anti-conducting and high-concentration semiconductor region is not limited. That is, ion implantation of a region that becomes a P-channel MOS transistor may be performed prior to ion implantation into the N-channel MOS transistor region. 18 (b) (c
According to the above, in the N channel type MOS transistor, the ion implantation is performed in the order of the memory cell portion, the peripheral circuit portion, and the high breakdown voltage portion, but the order does not matter. Depending on the amount of impurities in the ion implantation of the high withstand voltage portion, the memory cell portion and the peripheral circuit portion are not covered with a mask when ion implantation is performed.
Although it is possible not to prepare a mask for the high voltage section, if there is a difference in the amount of impurities,
It is necessary to prepare another mask as shown in FIG.

図19(a)で示すように、半導体基板200上に、たとえばCVD法でシリコン酸化膜
を堆積した後、このシリコン酸化膜を異方性エッチングすることにより、ゲート電極23
0、231、232、233、234、235の側壁にサイドウォールスペーサ(ゲート
側壁膜)265をそれぞれ形成する。次に図19(b)に示すように、フォトレジスト膜2
70をマスクとして、ウエルnウエル210、212にp型不純物(ボロン)をイオン注
入し、nウエル上のゲート電極231、232、235の両側にp型半導体領域271を
形成する。p型半導体領域271は、ゲート電極231、232、235およびサイドウ
ォールスペーサ265に対して自己整合的に形成され、pチャネルMISFETのソース
、ドレイン領域として機能する。
As shown in FIG. 19A, after depositing a silicon oxide film on the semiconductor substrate 200 by, for example, a CVD method, the silicon oxide film is anisotropically etched, whereby the gate electrode 23 is obtained.
Side wall spacers (gate side wall films) 265 are formed on the side walls of 0, 231, 232, 233, 234, and 235, respectively. Next, as shown in FIG. 19B, the photoresist film 2
Using p as a mask, p-type impurities (boron) are ion-implanted into the well n-wells 210 and 212 to form p-type semiconductor regions 271 on both sides of the gate electrodes 231, 232 and 235 on the n-well. The p-type semiconductor region 271 is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrodes 231, 232, 235 and the sidewall spacer 265, and functions as a source / drain region of the p-channel MISFET.

同様に、フォトレジスト膜をマスクとしてpウエル211、213にn型不純物(As
)をイオン注入し、電極とコンタクトを取ることになるn型半導体領域280を形成する
。n型半導体領域280は、ゲート電極230、233、234およびサイドウォールス
ペーサ265に対して自己整合的に形成される。また、n型半導体領域280は、nチャ
ネルMISFETのソース、ドレイン領域として機能する。その結果、サイドウォールス
ペーサ265の形成前に低濃度の不純物半導体領域を形成し、サイドウォールスペーサ2
65の形成後に高濃度の不純物半導体領域を形成するLDD(Lightly Doped Drain)構
造のトランジスタがそれぞれの領域で形成される(図19(c))。尚、本実施例ではNチ
ャネル型MOSトランジスタのソース・ドレイン領域を先に形成したが、Pチャネル型M
OSトランジスタを先に形成してもよい。
Similarly, an n-type impurity (As) is formed in the p wells 211 and 213 using the photoresist film as a mask.
) Is implanted to form an n-type semiconductor region 280 to be in contact with the electrode. The n-type semiconductor region 280 is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrodes 230, 233 and 234 and the sidewall spacer 265. The n-type semiconductor region 280 functions as a source / drain region of the n-channel MISFET. As a result, a low concentration impurity semiconductor region is formed before the sidewall spacer 265 is formed, and the sidewall spacer 2 is formed.
After the formation of 65, an LDD (Lightly Doped Drain) structure transistor for forming a high concentration impurity semiconductor region is formed in each region (FIG. 19C). In this embodiment, the source / drain regions of the N-channel MOS transistor are formed first, but the P-channel M
The OS transistor may be formed first.

次に図20(a)に示すように、シリコン酸化膜をエッチングし、ソース・ドレイン半導
体領域の表面を露出し、高融点金属膜(Co、Ti、W、Mo、Ta)を堆積させ、アニー
ルし、未反応の高融点金属膜を除去することによりゲート電極230、231、232、
233、234、235及びソース・ドレインを形成する半導体領域の表面の一部をシリ
サイド化(290、291)させる。その後、シリコン窒化膜292を堆積させる。
Next, as shown in FIG. 20A, the silicon oxide film is etched to expose the surface of the source / drain semiconductor region, and a refractory metal film (Co, Ti, W, Mo, Ta) is deposited and annealed. Then, by removing the unreacted refractory metal film, the gate electrodes 230, 231, 232,
233, 234, 235 and part of the surface of the semiconductor region forming the source / drain are silicided (290, 291). Thereafter, a silicon nitride film 292 is deposited.

図19(b)に示すように、半導体基板200上にCVD法またはスパッタ法でシリコン
酸化膜を堆積した後、そのシリコン酸化膜を、たとえばCMP法で研磨することにより、
表面が平坦化された第1層間絶縁膜300を形成する。次に、フォトリソグラフィ技術を
用いて第1層間絶縁膜300に接続孔を形成する。この接続孔は、n型半導体領域あるい
はp型半導体領域上の必要部分に形成する。
As shown in FIG. 19B, after a silicon oxide film is deposited on the semiconductor substrate 200 by a CVD method or a sputtering method, the silicon oxide film is polished by, for example, a CMP method,
A first interlayer insulating film 300 having a planarized surface is formed. Next, a connection hole is formed in the first interlayer insulating film 300 using a photolithography technique. This connection hole is formed in a necessary portion on the n-type semiconductor region or the p-type semiconductor region.

接続孔内にプラグを、たとえば以下のようにして形成する。まず、接続孔の内部を含む
半導体基板200の全面に窒化チタン膜301を形成する。窒化チタン膜は、たとえばC
VD法により形成できる。CVD法は被膜の段差被覆性に優れるため、微細な接続孔内に
も均一な膜厚で窒化チタン膜を形成できる。次に、接続孔を埋め込む金属(リチウム)膜3
02を形成する。金属膜は、たとえばCVD法で形成できる。次に、接続孔以外の領域の
金属膜および窒化チタン膜を、たとえばCMP法により除去してプラグを形成できる。
For example, a plug is formed in the connection hole as follows. First, the titanium nitride film 301 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 200 including the inside of the connection hole. The titanium nitride film is, for example, C
It can be formed by the VD method. Since the CVD method is excellent in the step coverage of the coating, it is possible to form a titanium nitride film with a uniform thickness even in a fine connection hole. Next, a metal (lithium) film 3 for embedding the connection hole
02 is formed. The metal film can be formed by, for example, a CVD method. Next, the plug can be formed by removing the metal film and the titanium nitride film in regions other than the connection holes by, for example, a CMP method.

このようなシリサイド層を形成することにより、接続孔12底部でのコンタクト抵抗を
低減できる。同様にして第2層間絶縁膜310に接続孔を形成する。接続孔は窒化チタン
膜311と金属(タングステン)膜312により形成される。これらのプラグはローカル配
線の接続に用いられる。次に、半導体基板200の全面に、CVD法またはスパッタ法に
よりたとえば窒化チタン膜321とアルミニウム膜322を形成し、堆積された膜をフォ
トリソグラフィ技術によりパターニングし、第1配線層の配線を形成する。第1層の配線
はメモリ部ではビット線等に用いられる。配線を覆う絶縁膜、たとえばシリコン酸化膜を
形成し、この絶縁膜をCMP法により平坦化して第2層間絶縁膜330を形成する。第2
層間絶縁膜330上に接続孔が形成される領域に開孔を有するフォトレジスト膜を形成し
、このフォトレジスト膜をマスクとしてエッチングを施す。これにより第2層間絶縁膜3
30の所定の領域に接続孔を形成する。接続孔内にプラグを形成する。
By forming such a silicide layer, the contact resistance at the bottom of the connection hole 12 can be reduced. Similarly, a connection hole is formed in the second interlayer insulating film 310. The connection hole is formed by a titanium nitride film 311 and a metal (tungsten) film 312. These plugs are used to connect local wiring. Next, for example, a titanium nitride film 321 and an aluminum film 322 are formed on the entire surface of the semiconductor substrate 200 by a CVD method or a sputtering method, and the deposited films are patterned by a photolithography technique to form a wiring of the first wiring layer. . The first layer wiring is used for a bit line or the like in the memory portion. An insulating film that covers the wiring, for example, a silicon oxide film is formed, and this insulating film is planarized by CMP to form a second interlayer insulating film 330. Second
A photoresist film having an opening is formed on the interlayer insulating film 330 in a region where a connection hole is to be formed, and etching is performed using this photoresist film as a mask. As a result, the second interlayer insulating film 3
Connection holes are formed in 30 predetermined regions. A plug is formed in the connection hole.

プラグは以下のようにして形成できる。まず、接続孔の内部を含む半導体基板200の
全面にバリアメタル層340を形成し、さらに接続孔を埋め込む金属(タングステン)膜34
1を形成する。その後、接続孔以外の領域の金属膜およびバリアメタル層をCMP法によ
り除去してプラグを形成する。バリアメタル層は第2層間絶縁膜330等周辺へのタングス
テンの拡散を防止する機能を有し、たとえば窒化チタン膜を例示できる。なお、窒化チタ
ン膜には限られず、タングステンの拡散防止機能を有する限り他の金属膜であってもよい
。たとえば、窒化チタンに代えてタンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)を用いるこ
ともできる。第1配線層と同様に、第2配線層の配線(351、352)を形成する。配線
を覆う絶縁膜を形成し、この絶縁膜をCMP法により平坦化して第3層間絶縁膜360を
形成する。第3層間絶縁膜360上に第2層間絶縁膜330で設けたと同様に接続孔を形
成し、接続孔内にプラグ(361、362)を形成する。第2配線層と同様に、第3配線層
の配線(363、364)を形成する。配線を覆う絶縁膜370を形成し、この絶縁膜の上
に窒化シリコン膜をパッシベーション膜371として形成する。製品として出荷する前に
は検査工程、樹脂封止工程等がある。
The plug can be formed as follows. First, a barrier metal layer 340 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 200 including the inside of the connection hole, and further a metal (tungsten) film 34 that fills the connection hole.
1 is formed. Thereafter, the metal film and the barrier metal layer in the region other than the connection hole are removed by CMP to form a plug. The barrier metal layer has a function of preventing diffusion of tungsten to the periphery of the second interlayer insulating film 330 and the like. For example, a titanium nitride film can be exemplified. Note that the film is not limited to a titanium nitride film, and may be another metal film as long as it has a function of preventing diffusion of tungsten. For example, tantalum (Ta) or tantalum nitride (TaN) can be used instead of titanium nitride. Similar to the first wiring layer, the wiring (351, 352) of the second wiring layer is formed. An insulating film covering the wiring is formed, and the insulating film is planarized by CMP to form a third interlayer insulating film 360. A connection hole is formed on the third interlayer insulating film 360 in the same manner as the second interlayer insulating film 330, and plugs (361, 362) are formed in the connection hole. Similar to the second wiring layer, wirings (363, 364) of the third wiring layer are formed. An insulating film 370 that covers the wiring is formed, and a silicon nitride film is formed as a passivation film 371 on the insulating film. Before shipping as a product, there are an inspection process, a resin sealing process, and the like.

砒素をエクステンション領域とコンタクトをとる領域に注入した場合と燐をエクステン
ション領域に適用した本デバイス構造を用いたメモリセルを試作した結果、スタンバイ電
流は25℃、90℃において約50%低減できることがわかった。つまり、通常動作の温
度だけでなく、高温においても半導体装置のスタンバイ電流を抑制することができ、本構
造をとることにより製品の動作保証温度(例えば70度C以下)を高く設定することができ
るという効果を有する。
As a result of prototyping a memory cell using this device structure in which arsenic is implanted into a region that makes contact with the extension region and phosphorus is applied to the extension region, it is found that the standby current can be reduced by about 50% at 25 ° C. and 90 ° C. It was. In other words, the standby current of the semiconductor device can be suppressed not only at the normal operation temperature but also at a high temperature, and by adopting this structure, the guaranteed operation temperature of the product (for example, 70 ° C. or less) can be set high. It has the effect.

薄膜NMOSに本デバイス構造を採る事により、半導体装置のスタンバイ電流が従来As構造
での2.5uAから1.0uA程度と低減することができる。この効果は、スタンバイ電
流の主成分がNMOSのGIDL電流(約70%程度)であることに起因する。
By adopting this device structure in the thin film NMOS, the standby current of the semiconductor device can be reduced from 2.5 uA to 1.0 uA in the conventional As structure. This effect is due to the fact that the main component of the standby current is the NMOS GIDL current (about 70%).

尚、メモリセル部のNチャネル型MOSトランジスタのエクステンション領域には燐の
みを用いたが、高速動作のために燐及び砒素を注入することもある。この場合には、イオ
ン源が2種類必要となるが駆動電流が増えるという効果がでる。構造は高耐圧部のNチャ
ネル型MOSトランジスタと類似する。高耐圧MOSよりも低いエネルギーでイオン注入
を行う必要があるため、高耐圧部のエクステンション領域のイオン打ちこみをするときと
マスクを変える必要があり、その結果半導体領域の広がりは高耐圧部のそのものより狭く
なる。
Note that only phosphorus is used in the extension region of the N-channel MOS transistor in the memory cell portion, but phosphorus and arsenic may be implanted for high-speed operation. In this case, two types of ion sources are required, but the effect of increasing the drive current can be obtained. The structure is similar to that of the N-channel MOS transistor in the high breakdown voltage portion. Since it is necessary to perform ion implantation with energy lower than that of the high breakdown voltage MOS, it is necessary to change the mask when ion implantation is performed in the extension region of the high breakdown voltage portion. As a result, the spread of the semiconductor region is larger than that of the high breakdown voltage portion itself. Narrow.

〈実施例4〉
図8は、本発明をマイクロプロセッサに適用した実施例を示している。MOSトランジ
スタのゲートに使用される絶縁膜が4nm以下か、トンネルリーク電流が電源電圧1.5V
で、10−12A/μm以上である半導体集積回路製造技術を用いて単結晶シリコンの
ような半導体基板に形成される。
<Example 4>
FIG. 8 shows an embodiment in which the present invention is applied to a microprocessor. The insulation film used for the gate of the MOS transistor is 4nm or less, or the tunnel leakage current is 1.5V.
Thus, it is formed on a semiconductor substrate such as single crystal silicon by using a semiconductor integrated circuit manufacturing technique of 10 −12 A / μm 2 or more.

マイクロプロセッサ130は、IP回路133、キャッシュメモリ131およびCPU
132より構成されている。また、動作および待機状態をコントロールするコントロール
回路134もマイクロプロセッサ130に搭載されている。
The microprocessor 130 includes an IP circuit 133, a cache memory 131, and a CPU.
132. A control circuit 134 for controlling the operation and standby state is also mounted on the microprocessor 130.

キャッシュメモリ131の接地ソース電極線VSSMは、Nチャネル型MOSトランジ
スタMN200を介して接地電位より高い電位VSSSに接続され、またNチャネル型M
OSトランジスタMN201を介して接地電位VSSに接続されている。Nチャネル型M
OSトランジスタMN200のゲート電極には制御信号STBY0が接続されている。N
チャネル型MOSトランジスタMN201のゲート電極には制御信号ACTV0が接続さ
れている。
The ground source electrode line VSSM of the cache memory 131 is connected to a potential VSSS higher than the ground potential via an N-channel MOS transistor MN200.
It is connected to the ground potential VSS via the OS transistor MN201. N channel type M
A control signal STBY0 is connected to the gate electrode of the OS transistor MN200. N
A control signal ACTV0 is connected to the gate electrode of the channel type MOS transistor MN201.

CPU回路132の接地ソース電極線VSSMは、Nチャネル型MOSトランジスタM
N202を介して接地電位より高い電位VSSSに接続され、またNチャネル型MOSト
ランジスタMN203を介して接地電位VSSに接続されている。Nチャネル型MOSト
ランジスタMN202のゲート電極には制御信号STBY1が接続されている。Nチャネ
ル型MOSトランジスタMN203のゲート電極には制御信号ACTV1が接続されてい
る。
The ground source electrode line VSSM of the CPU circuit 132 is connected to an N-channel MOS transistor M.
It is connected to the potential VSSS higher than the ground potential via N202, and is connected to the ground potential VSS via the N-channel MOS transistor MN203. A control signal STBY1 is connected to the gate electrode of the N-channel MOS transistor MN202. A control signal ACTV1 is connected to the gate electrode of the N-channel MOS transistor MN203.

IP回路133の接地ソース電極線VSSMは、Nチャネル型MOSトランジスタMN
204を介して接地電位より高い電位VSSSに接続され、またNチャネル型MOSトラ
ンジスタMN205を介して接地電位VSSに接続されている。Nチャネル型MOSトラ
ンジスタMN204のゲート電極には制御信号STBY2が接続されている。Nチャネル
型MOSトランジスタMN205のゲート電極には制御信号ACTV2が接続されている
The ground source electrode line VSSM of the IP circuit 133 is connected to an N-channel MOS transistor MN.
It is connected to the potential VSSS that is higher than the ground potential via 204, and is also connected to the ground potential VSS via the N-channel MOS transistor MN205. A control signal STBY2 is connected to the gate electrode of the N-channel MOS transistor MN204. A control signal ACTV2 is connected to the gate electrode of the N-channel MOS transistor MN205.

制御信号STBY0が“H”、ACTV0が“L”となると、キャッシュメモリ131
は、待機状態となり、VSSMの電位が接地電位より高い電圧VSSSたとえば0.5V
となる。この時MOSトランジスタのゲート−ソース間に印加される電圧が下がり、ゲー
トトンネルリーク電流が低減される。ただし、キャッシュメモリ内のデータは破壊されず
保持される。
When the control signal STBY0 becomes “H” and ACTV0 becomes “L”, the cache memory 131 is set.
Is in a standby state, and the voltage VSSS, for example, 0.5 V, where the potential of VSSM is higher than the ground potential.
It becomes. At this time, the voltage applied between the gate and source of the MOS transistor is lowered, and the gate tunnel leakage current is reduced. However, the data in the cache memory is retained without being destroyed.

制御信号STBY0が“L”、ACTV0が“H”となると、キャッシュメモリ131
は、動作状態となり、VSSMの電位が接地電位VSSとなる。この場合MOSトランジ
スタのゲートトンネルリーク電流は待機時に比べ増加する。
When the control signal STBY0 is “L” and ACTV0 is “H”, the cache memory 131 is set.
Becomes an operating state, and the potential of VSSM becomes the ground potential VSS. In this case, the gate tunnel leakage current of the MOS transistor increases compared to the standby time.

制御信号STBY1が“H”、ACTV1が“L”となると、CPU回路132は、待
機状態となり、VSSMの電位が接地電位より高い電圧VSSSたとえば0.5Vとなる
。この時MOSトランジスタのゲート−ソース間に印加される電圧が下がり、ゲートトン
ネルリーク電流が低減される。ただし、レジスターファイルおよびラッチ内のデータは破
壊されず保持される。
When the control signal STBY1 becomes “H” and ACTV1 becomes “L”, the CPU circuit 132 enters a standby state, and the potential of VSSM becomes a voltage VSSS higher than the ground potential, for example, 0.5V. At this time, the voltage applied between the gate and source of the MOS transistor is lowered, and the gate tunnel leakage current is reduced. However, the data in the register file and the latch is retained without being destroyed.

制御信号STBY1が“L”、ACTV1が“H”となると、CPU回路132は、動
作状態となり、VSSMの電位が接地電位VSSとなる。この場合MOSトランジスタの
ゲートトンネルリーク電流は待機時に比べ増加する。
When the control signal STBY1 is “L” and ACTV1 is “H”, the CPU circuit 132 is in an operating state, and the potential of VSSM becomes the ground potential VSS. In this case, the gate tunnel leakage current of the MOS transistor increases compared to the standby time.

制御信号STBY2が“H”、ACTV2が“L”となると、IP138は、待機状態
となり、VSSMの電位が接地電位より高い電圧VSSSたとえば0.5Vとなる。この
時MOSトランジスタのゲート−ソース間に印加される電圧が下がり、ゲートトンネルリ
ーク電流が低減される。
When the control signal STBY2 becomes “H” and ACTV2 becomes “L”, the IP 138 enters a standby state, and the potential of VSSM becomes a voltage VSSS higher than the ground potential, for example, 0.5V. At this time, the voltage applied between the gate and source of the MOS transistor is lowered, and the gate tunnel leakage current is reduced.

制御信号STBY2が“L”、ACTV2が“H”となると、IP138は、動作状態
となり、VSSMの電位が接地電位VSSとなる。この場合MOSトランジスタのゲート
トンネルリーク電流は待機時に比べ増加する。
When the control signal STBY2 is “L” and ACTV2 is “H”, the IP 138 is in an operating state and the potential of VSSM becomes the ground potential VSS. In this case, the gate tunnel leakage current of the MOS transistor increases compared to the standby time.

〈実施例5〉
図9は、本発明をマイクロプロセッサに適用した実施例を示している。MOSトランジ
スタのゲートに使用される絶縁膜が4nm以下か、トンネルリーク電流が電源電圧1.5V
で、10−12A/μm以上である半導体集積回路製造技術を用いて単結晶シリコンの
ような半導体基板に形成される。
<Example 5>
FIG. 9 shows an embodiment in which the present invention is applied to a microprocessor. The insulation film used for the gate of the MOS transistor is 4nm or less, or the tunnel leakage current is 1.5V.
Thus, it is formed on a semiconductor substrate such as single crystal silicon by using a semiconductor integrated circuit manufacturing technique of 10 −12 A / μm 2 or more.

マイクロプロセッサ135は、IP回路138、キャッシュメモリ136およびCPU
137より構成されている。また、動作および待機状態をコントロールするコントロール
回路139もマイクロプロセッサ135に搭載されている。
The microprocessor 135 includes an IP circuit 138, a cache memory 136, and a CPU.
137. A control circuit 139 for controlling the operation and standby state is also mounted on the microprocessor 135.

キャッシュメモリ136の電源ソース電極線VDDMは、Pチャネル型MOSトランジ
スタMP200を介して電源電位より低い電位VDDDに接続され、またPチャネル型M
OSトランジスタMP201を介して電源電位VDDに接続されている。Pチャネル型M
OSトランジスタMP200のゲート電極には制御信号STBYB0が接続されている。
Pチャネル型MOSトランジスタMP201のゲート電極には制御信号ACTVB0が接
続されている。
The power source electrode line VDDM of the cache memory 136 is connected to the potential VDDD lower than the power source potential via the P channel type MOS transistor MP200, and the P channel type M
It is connected to the power supply potential VDD via the OS transistor MP201. P channel type M
A control signal STBYB0 is connected to the gate electrode of the OS transistor MP200.
A control signal ACTVB0 is connected to the gate electrode of the P-channel MOS transistor MP201.

CPU回路137の電源ソース電極線VDDMは、Pチャネル型MOSトランジスタM
P202を介して電源電位より低い電位VDDDに接続され、またPチャネル型MOSト
ランジスタMP203を介して電源電位VDDに接続されている。Pチャネル型MOSト
ランジスタMP202のゲート電極には制御信号STBYB1が接続されている。Pチャ
ネル型MOSトランジスタMP203のゲート電極には制御信号ACTVB1が接続され
ている。
The power source electrode line VDDM of the CPU circuit 137 is connected to the P channel type MOS transistor M.
It is connected to a potential VDDD lower than the power supply potential via P202, and is connected to the power supply potential VDD via a P-channel MOS transistor MP203. A control signal STBYB1 is connected to the gate electrode of the P-channel MOS transistor MP202. A control signal ACTVB1 is connected to the gate electrode of the P-channel MOS transistor MP203.

IP回路138の電源ソース電極線VDDMは、Pチャネル型MOSトランジスタMP
204を介して電源電位より低い電位VDDDに接続され、またPチャネル型MOSトラ
ンジスタMP205を介して電源電位VDDに接続されている。Pチャネル型MOSトラ
ンジスタMP204のゲート電極には制御信号STBYB2が接続されている。Pチャネ
ル型MOSトランジスタMP205のゲート電極には制御信号ACTVB2が接続されて
いる。
The power source electrode line VDDM of the IP circuit 138 is connected to the P channel type MOS transistor MP.
It is connected to the power supply potential VDDD lower than the power supply potential through 204, and is connected to the power supply potential VDD through the P-channel MOS transistor MP205. A control signal STBYB2 is connected to the gate electrode of the P-channel MOS transistor MP204. A control signal ACTVB2 is connected to the gate electrode of the P-channel MOS transistor MP205.

制御信号STBYB0が“L”、ACTVB0が“H”となると、キャッシュメモリ1
36は、待機状態となり、VDDMの電位が電源電位より低い電圧VDDDたとえば1.
0Vとなる。この時MOSトランジスタのゲート−ソース間に印加される電圧が下がり、
ゲートトンネルリーク電流が低減される。ただし、キャッシュメモリ内のデータは破壊さ
れず保持される。
When the control signal STBYB0 becomes “L” and ACTVB0 becomes “H”, the cache memory 1
36 is in a standby state where the voltage VDDD is lower than the power supply potential.
0V. At this time, the voltage applied between the gate and source of the MOS transistor decreases,
Gate tunnel leakage current is reduced. However, the data in the cache memory is retained without being destroyed.

制御信号STBYB0が“H”、ACTVB0が“L”となると、キャッシュメモリ1
36は、動作状態となり、VDDMの電位が電源電位VDDとなる。この場合MOSトラ
ンジスタのゲートトンネルリーク電流は待機時に比べ増加する。制御信号STBYB1が
“L”、ACTVB1が“H”となると、CPU回路137は、待機状態となり、VDD
Mの電位が電源電位より低い電圧VDDDたとえば1.0Vとなる。この時MOSトラン
ジスタのゲート−ソース間に印加される電圧が下がり、ゲートトンネルリーク電流が低減
される。ただし、レジスタファイルおよびラッチ内のデータは破壊されず保持される。
When the control signal STBYB0 becomes “H” and ACTVB0 becomes “L”, the cache memory 1
36 becomes an operating state, and the potential of VDDM becomes the power supply potential VDD. In this case, the gate tunnel leakage current of the MOS transistor increases compared to the standby time. When the control signal STBYB1 becomes “L” and ACTVB1 becomes “H”, the CPU circuit 137 enters a standby state and VDD
The potential M becomes a voltage VDDD lower than the power supply potential, for example, 1.0V. At this time, the voltage applied between the gate and source of the MOS transistor is lowered, and the gate tunnel leakage current is reduced. However, the data in the register file and the latch is retained without being destroyed.

制御信号STBYB1が“H”、ACTVB1が“L”となると、CPU回路137は
、動作状態となり、VDDMの電位が電源電位VDDとなる。この場合MOSトランジス
タのゲートトンネルリーク電流は待機時に比べ増加する。
When the control signal STBYB1 becomes “H” and ACTVB1 becomes “L”, the CPU circuit 137 enters an operating state, and the potential of VDDM becomes the power supply potential VDD. In this case, the gate tunnel leakage current of the MOS transistor increases compared to the standby time.

制御信号STBYB2が“L”、ACTVB2が“H”となると、IP回路138は、
待機状態となり、VDDMの電位が電源電位より低い電圧VDDDたとえば1.0Vとな
る。この時MOSトランジスタのゲート−ソース間に印加される電圧が下がり、ゲートト
ンネルリーク電流が低減される。
When the control signal STBYB2 becomes “L” and ACTVB2 becomes “H”, the IP circuit 138
In a standby state, the potential VDDM becomes a voltage VDDD lower than the power supply potential, for example, 1.0V. At this time, the voltage applied between the gate and source of the MOS transistor is lowered, and the gate tunnel leakage current is reduced.

制御信号STBYB2が“H”、ACTVB2が“L”となると、IP回路138は、
動作状態となり、VDDMの電位が電源電位VDDとなる。この場合MOSトランジスタ
のゲートトンネルリーク電流は待機時に比べ増加する。
When the control signal STBYB2 becomes “H” and ACTVB2 becomes “L”, the IP circuit 138
An operating state is entered, and the potential of VDDM becomes the power supply potential VDD. In this case, the gate tunnel leakage current of the MOS transistor increases compared to the standby time.

〈実施例6〉
図10は、本発明を使ったSRAMあるいはマイクロプロセッサを携帯電話などの電池
で動作するシステムに応用した実施例を示している。携帯電話140には、電池141と
実施例3で述べたSRAM、実施例4で述べたマイクロプロセッサ130が搭載されてい
る。電池駆動するための端子とSRAMとマイクロプロセッサが単一の半導体基板に搭載
されている半導体装置からなる。また接地電位より高い電圧VSSSたとえば0.5Vを
電源電位VDDから生成する回路143も搭載されている。
<Example 6>
FIG. 10 shows an embodiment in which an SRAM or a microprocessor using the present invention is applied to a system operating on a battery such as a mobile phone. The mobile phone 140 is equipped with the battery 141, the SRAM described in the third embodiment, and the microprocessor 130 described in the fourth embodiment. A battery driving terminal, an SRAM, and a microprocessor are provided on a single semiconductor substrate. A circuit 143 that generates a voltage VSSS higher than the ground potential, for example, 0.5 V from the power supply potential VDD is also mounted.

SRAM98はCSが“L”のときに待機状態となり接地電極が0.5Vとなりゲート
トンネルリーク電流が低減される。
The SRAM 98 is in a standby state when CS is “L”, the ground electrode becomes 0.5 V, and the gate tunnel leakage current is reduced.

マイクロプロセッサ130はSTBYが“H”でACTVが“L”のとき待機状態とな
り接地電極が0.5Vとなりゲートトンネルリーク電流が低減される。この結果電池の寿
命を延ばすことが可能となる。
The microprocessor 130 is in a standby state when STBY is “H” and ACTV is “L”, the ground electrode becomes 0.5 V, and the gate tunnel leakage current is reduced. As a result, the life of the battery can be extended.

〈実施例6〉
図10は、本発明を使ったSRAMあるいはマイクロプロセッサを携帯電話などの電池
で動作するシステムに応用した実施例を示している。携帯電話140には、電池141と
実施例3で述べたSRAM、実施例4で述べたマイクロプロセッサ130が搭載されてい
る。電池駆動するための端子とSRAMとマイクロプロセッサが単一の半導体基板に搭載
されている半導体装置からなる。また接地電位より高い電圧VSSSたとえば0.5Vを
電源電位VDDから生成する回路143も搭載されている。
<Example 6>
FIG. 10 shows an embodiment in which an SRAM or a microprocessor using the present invention is applied to a system operating on a battery such as a mobile phone. The mobile phone 140 is equipped with the battery 141, the SRAM described in the third embodiment, and the microprocessor 130 described in the fourth embodiment. A battery driving terminal, an SRAM, and a microprocessor are provided on a single semiconductor substrate. A circuit 143 that generates a voltage VSSS higher than the ground potential, for example, 0.5 V from the power supply potential VDD is also mounted.

SRAM98はCSが“L”のときに待機状態となり接地電極が0.5Vとなりゲート
トンネルリーク電流が低減される。
The SRAM 98 is in a standby state when CS is “L”, the ground electrode becomes 0.5 V, and the gate tunnel leakage current is reduced.

マイクロプロセッサ130はSTBYが“H”でACTVが“L”のとき待機状態とな
り接地電極が0.5Vとなりゲートトンネルリーク電流が低減される。この結果電池の寿
命を延ばすことが可能となる。
The microprocessor 130 is in a standby state when STBY is “H” and ACTV is “L”, the ground electrode becomes 0.5 V, and the gate tunnel leakage current is reduced. As a result, the life of the battery can be extended.

〈実施例7〉
図11は、本発明を使ったSRAMあるいはマイクロプロセッサを携帯電話などの電池
で動作するシステムに応用した実施例を示している。携帯電話144には、電池141と
SRAM146、マイクロプロセッサ147が搭載されている。SRAM146とマイク
ロプロセッサ147の電源VDDIを供給する電源チップ145も搭載されている。
<Example 7>
FIG. 11 shows an embodiment in which an SRAM or a microprocessor using the present invention is applied to a system operating with a battery such as a cellular phone. The mobile phone 144 is equipped with a battery 141, an SRAM 146, and a microprocessor 147. A power supply chip 145 that supplies the power supply VDDI of the SRAM 146 and the microprocessor 147 is also mounted.

図12に動作波形を示す。動作時にはスタンバイ信号STBYが“L”となりSRAM
146とマイクロプロセッサ147に電源電位VDDが与えられる。待機時にはスタンバ
イ信号STBYが“H”となりSRAM146とマイクロプロセッサ147に電源電位V
DDより低い電位が与えられる。このときゲートトンネルリーク電流およびGIDL電流
が低減される。この結果電池の寿命を延ばすことが可能となる。
FIG. 12 shows operation waveforms. During operation, the standby signal STBY becomes "L" and the SRAM
146 and the microprocessor 147 are supplied with the power supply potential VDD. During standby, the standby signal STBY becomes “H” and the power supply potential V is applied to the SRAM 146 and the microprocessor 147.
A potential lower than DD is applied. At this time, the gate tunnel leakage current and the GIDL current are reduced. As a result, the life of the battery can be extended.

尚、本文中のMOSトランジスタのゲート酸化膜を絶縁膜としたMISトランジスタに
適用してもよい。本発明によれば、データを破壊することなくリーク電流を低減すること
ができる。
Note that the present invention may be applied to a MIS transistor in which the gate oxide film of the MOS transistor in this text is used as an insulating film. According to the present invention, leakage current can be reduced without destroying data.

実施例1に係わる半導体装置集積回路の回路図。1 is a circuit diagram of a semiconductor device integrated circuit according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係わる半導体装置集積回路の動作波形。6 is an operation waveform of the semiconductor device integrated circuit according to the first embodiment. 実施例2に係わる半導体装置集積回路の回路図。6 is a circuit diagram of a semiconductor device integrated circuit according to Embodiment 2. FIG. 実施例2係わる半導体装置集積回路の動作波形。7 is an operation waveform of the semiconductor device integrated circuit according to the second embodiment. 実施例3に係わる半導体記憶装置の回路図。4 is a circuit diagram of a semiconductor memory device according to Embodiment 3. FIG. 実施例3に係わる待機時および読み出し時の動作波形。FIG. 10 shows operation waveforms during standby and reading according to the third embodiment. FIG. 実施例3に係わる待機時および書き込み時の動作波形。9 shows operation waveforms during standby and writing according to the third embodiment. 実施例4に係わる半導体集積回路の回路図。6 is a circuit diagram of a semiconductor integrated circuit according to Embodiment 4. FIG. 実施例5に係わる半導体集積回路の回路図。FIG. 10 is a circuit diagram of a semiconductor integrated circuit according to a fifth embodiment. 実施例6に係わる半導体集積回路の回路図。FIG. 10 is a circuit diagram of a semiconductor integrated circuit according to a sixth embodiment. 実施例7に係わる半導体集積回路の回路図。FIG. 10 is a circuit diagram of a semiconductor integrated circuit according to a seventh embodiment. 実施例7に係わる半導体集積回路の動作波形。FIG. 10 is an operation waveform of the semiconductor integrated circuit according to the seventh embodiment. 本方式におけるMOSトランジスタ電流低減効果。MOS transistor current reduction effect in this method. 実施例3に係わるリーク電流低減効果。The leakage current reduction effect concerning Example 3. FIG. 実施例3に係わる半導体記憶装置の概略回路図。6 is a schematic circuit diagram of a semiconductor memory device according to Embodiment 3. FIG. 実施例3に係わる降圧回路の特性図。FIG. 10 is a characteristic diagram of a step-down circuit according to the third embodiment. 本発明の半導体集積回路の製造方法を示す半導体基板の要部断面図。1 is a cross-sectional view of main parts of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to the present invention. 本発明の半導体集積回路の製造方法を示す半導体基板の要部断面図。1 is a cross-sectional view of main parts of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to the present invention. 本発明の半導体集積回路の製造方法を示す半導体基板の要部断面図。1 is a cross-sectional view of main parts of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to the present invention. 本発明の半導体集積回路の製造方法を示す半導体基板の要部断面図。1 is a cross-sectional view of main parts of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to the present invention. 本発明の半導体集積回路の製造方法を示す半導体基板の要部断面図。1 is a cross-sectional view of main parts of a semiconductor substrate showing a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to the present invention. 本発明の製造方法を適用した場合の特性図。The characteristic view at the time of applying the manufacturing method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

CELL……SRAMメモリセル
MN……Nチャネル型MOSトランジスタ
MP……Pチャネル型MOSトランジスタ
INV……インバータ回路
CINV……クロックドインバータ回路
LATCH……ラッチ回路
NAND……NAND回路
AND……NAND回路
N……接続ノード
I……入力信号
O……出力信号
NL、NR……SRAMメモリセル内部ノード
VDD……電源電位
VDDD……電源電位より低い電位
VCC……外部パッドより供給される高電位側の電源電位
VDDM……電源ソース電極線
VSS……接地電位
VSSS……接地電位より高い電位
VSSM……接地ソース電極線
DT、DB……データ線
SWL……サブワード線
STBY……待機選択信号
ACTV……動作選択信号
ACVSSM……制御信号
STVSSM……制御信号
CVDDD……制御信号
EQ……イコライズ・プリチャージ回路制御信号
YSW、YSWB……Yスイッチ制御信号
SA……センスアンプ制御信号
RBC、RBCB……読み出しデータ出力制御信号
WBC、WBCB……書き込みデータ入力制御信号
CS……チップ選択信号
WE……書き込み選択信号
AY……Yアドレス
MAT……マット選択信号
ATD……ATDパルス
98、146……SRAM
99、100……イコライズ、プリチャージ回路
101、102……Yスイッチ回路
103……センスアンプ回路
104……リードデータドライブ回路
105……ライトアンプ回路
106……基本ユニット
108、MEMBLK……メモリセルマット
109、110……スイッチ回路
111……データバス
114……ワードデコーダおよびワードドライバ
115……プリデコーダ
116……アドレスおよび制御信号
117、118……制御回路
130、135、147……マイクロプロセッサ
131、136……キャッシュメモリ
132、137……CPU回路
133、138……IP回路
134、139……コントロール回路
140、144……携帯電話システム
141……電池
143、145……電源回路。
FMAT……速いマット選択信号
PWR……降圧回路
INBUF……インプットバッファ
Qmn、Qmp……メモリセル部のNとPチャネル型MISFET
Qpn、Qpp……周辺回路部のNとPチャネル型MISFET
Qhn、Qhp……高耐圧部のNとPチャネル型MISFET
200……半導体基板
201……素子分離領域
210、211、212、213……ウエル
221……絶縁膜
222……多結晶シリコン膜
223、270……レジストマスク
230、231、232、233、234、235……ゲート電極
241、242、245、246、253、254、257、258、259、
260、261、262、267、280……n型半導体領域
243、244、247、248、251、254、255、256、263、
264、266、271……p型半導体領域
265……サイドウォールスペーサ
290、291……シリサイド膜
292……シリコン窒化
300、310、330、360、370……層間絶縁膜
301、311、321……窒化チタン膜
302、312、322、341、352、364……金属膜
340、351、364……バリアメタル層
371……パッシベーション膜。
CELL …… SRAM memory cell
MN: N-channel MOS transistor
MP …… P-channel MOS transistor
INV …… Inverter circuit CINV …… Clocked inverter circuit LATCH …… Latch circuit NAND …… NAND circuit AND …… NAND circuit N …… Connection node I …… Input signal O …… Output signal
NL, NR... SRAM memory cell internal node VDD... Power supply potential VDDD... Potential lower than power supply VCC... High power supply potential VDDM supplied from external pad. VSSS …… potential higher than ground potential VSSM …… ground source electrode line DT, DB …… data line SWL …… sub word line STBY …… standby selection signal ACTV …… operation selection signal ACVSSM …… control signal STVSSM …… control signal CVDDD ... Control signal EQ ... Equalize / precharge circuit control signals YSW, YSWB ... Y switch control signal SA ... Sense amplifier control signals RBC, RBCB ... Read data output control signals WBC, WBCB ... Write data input control signals CS …… Chip selection signal WE …… Write selection signal AY …… Y address MAT ...... mat selection signal ATD ...... ATD pulse 98,146 ...... SRAM
99, 100 ... Equalize, precharge circuit 101, 102 ... Y switch circuit 103 ... Sense amplifier circuit 104 ... Read data drive circuit 105 ... Write amplifier circuit 106 ... Basic unit 108, MEMBLK ... Memory cell mat 109, 110 ... Switch circuit 111 ... Data bus 114 ... Word decoder and word driver 115 ... Predecoder 116 ... Address and control signals 117, 118 ... Control circuits 130, 135, 147 ... Microprocessor 131, 136... Cache memory 132, 137... CPU circuit 133, 138... IP circuit 134, 139... Control circuit 140, 144.
FMAT …… Fast mat selection signal PWR …… Step down circuit INBUF …… Input buffer Qmn, Qmp …… N of memory cell portion and P channel type MISFET
Qpn, Qpp ...... N of peripheral circuit part and P channel type MISFET
Qhn, Qhp ... N and P-channel type MISFETs in the high voltage section
200... Semiconductor substrate 201... Device isolation regions 210, 211, 212, 213... Well 221... Insulating film 222 .. Polycrystalline silicon film 223, 270 ... Resist masks 230, 231, 232, 233, 234 235... Gate electrodes 241, 242, 245, 246, 253, 254, 257, 258, 259,
260, 261, 262, 267, 280... N-type semiconductor regions 243, 244, 247, 248, 251, 254, 255, 256, 263,
264, 266, 271... P-type semiconductor region 265... Side wall spacers 290, 291... Silicide film 292. Titanium nitride films 302, 312, 322, 341, 352, 364... Metal films 340, 351, 364... Barrier metal layer 371.

Claims (3)

Nチャネル型の第1と第2MISトランジスタとを有する半導体装置の製造方法におい
て、
半導体基板内に前記第1MISトランジスタを形成する第1P型ウエルと、前記第2M
ISトランジスタを形成する第2P型ウエルを形成する工程と、
前記第1と第2P型ウエル上にゲート絶縁膜と、ゲート電極を形成する工程と、
前記第1P型ウエルに燐を注入する工程と、
前記第2P型ウエルに砒素を注入する工程と、
前記第1と第2P型ウエルにそれぞれ燐と砒素を注入する工程後、前記ゲート電極の側
壁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁膜を形成する工程後、前記第1と第2P型ウエルに砒素を注入す
る工程とを有する半導体装置の製造方法。
In a method of manufacturing a semiconductor device having N-channel first and second MIS transistors,
A first P-type well for forming the first MIS transistor in a semiconductor substrate; and the second M
Forming a second P-type well for forming an IS transistor;
Forming a gate insulating film and a gate electrode on the first and second P-type wells;
Injecting phosphorus into the first P-type well;
Injecting arsenic into the second P-type well;
Forming a sidewall film of the gate electrode after implanting phosphorus and arsenic into the first and second P-type wells, respectively;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of implanting arsenic into the first and second P-type wells after the step of forming a sidewall film of the gate electrode.
前記半導体装置はSRAMメモリセルとそれを制御する回路とを有し、
前記SRAMメモリセル内のNチャネル型MISトランジスタは前記第1MISトラン
ジスタで構成され、
前記制御する回路内のNチャネル型MISトランジスタは前記第2MISトランジスタ
で構成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device includes an SRAM memory cell and a circuit for controlling the SRAM memory cell.
The N-channel MIS transistor in the SRAM memory cell is composed of the first MIS transistor,
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an N-channel MIS transistor in the circuit to be controlled is configured by the second MIS transistor.
前記半導体装置はさらにNチャネル型の第3MISトランジスタを具備する入出力回路
とを有し、
前記第1と第2P型ウエルを形成する工程において、前記第3MISトランジスタを形
成する第3P型ウエルは形成され、
前記ゲート絶縁膜と、ゲート電極を形成する工程において、前記第3P型ウエル上にゲ
ート絶縁膜とゲート電極が形成され、
前記ゲート電極の側壁膜を形成した後、前記第1と第2P型ウエルに砒素を注入する工
程において、前記第3P型ウエルに砒素が注入され、
前記ゲート電極の側壁膜を形成する工程より前に前記第3P型ウエルに砒素と燐を注入
する工程とをさらに有することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device further includes an input / output circuit including an N-channel third MIS transistor,
In the step of forming the first and second P-type wells, a third P-type well for forming the third MIS transistor is formed.
In the step of forming the gate insulating film and the gate electrode, a gate insulating film and a gate electrode are formed on the third P-type well,
In the step of injecting arsenic into the first and second P-type wells after forming the sidewall film of the gate electrode, arsenic is injected into the third P-type well,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising a step of injecting arsenic and phosphorus into the third P-type well before the step of forming the sidewall film of the gate electrode.
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