JP2009260361A - Semiconductor device and method of driving the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain high function in a semiconductor element 1 composed of MOSFETs, a plurality of which are formed in an integrated circuit and which constitute a logical circuit and the like. <P>SOLUTION: In a MOSFET where a source region 3 and a drain region 4 are formed in a well 2, and a gate electrode 7 is formed on a channel region 5 between those regions via a gate insulating film 6, for example an SOI substrate is used, and respective elements are electrically insulated therebetween with the use of a field oxide film. Further, for each element a contact hole is formed in an interlayer dielectric in a region other than the source region 3 and the drain region 4, and a substrate terminal TW is taken out from the channel region 5. Hereby, a two-input-one-output element can be achieved, which adopts both of a gate terminal TG and the substrate terminal TW as inputs. Upon constructing a logical circuit the degree of integration is enhanced to achieve high speed and reduction in cost. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、MOSFETで実現される半導体装置およびそれに所定動作を行わせるための駆動方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device realized by a MOSFET and a driving method for causing the semiconductor device to perform a predetermined operation.

前記MOSFETは、ゲート電極に印加する電圧を変化することによって、ソース−ドレイン間の電気的導通を制御することができ、たとえばN型のMOSFETでは、ゲート電極に、ハイレベルを入力するとソース−ドレイン間が導通し、ローレベルを入力すると遮断する。このとき、ウェルの電位は、通常は固定されており、たとえば前記N型のMOSFETではローレベルに、P型のMOSFETではハイレベルに固定されている。このようにして、従来からのMOSFETは、ゲート電極を入力とし、ソース−ドレイン間のスイッチングを行う3端子素子として使用されている。   The MOSFET can control the electrical continuity between the source and the drain by changing the voltage applied to the gate electrode. For example, in an N-type MOSFET, when a high level is input to the gate electrode, the source and drain are controlled. The connection is established, and shuts off when a low level is input. At this time, the potential of the well is normally fixed. For example, the potential of the well is fixed to a low level in the N-type MOSFET and to a high level in the P-type MOSFET. In this way, the conventional MOSFET is used as a three-terminal element that performs switching between the source and the drain with the gate electrode as an input.

図22は、このようなMOSFETを用いる一例の、典型的な従来技術の半導体装置である論理回路log1の電気回路図である。この論理回路log1は、入力端子p1,p2への入力in1,in2がそれぞれ与えられるPMOSFET(qp1),(qp2)の並列回路が、ハイレベルVDDの電源ラインと出力端子p3との間に接続され、前記入力in1,in2がそれぞれ与えられるNMOSFET(qn1),(qn2)の直列回路が、前記出力端子p3とローレベルGNDの電源ラインとの間に介在されて構成され、入力in1,in2の少くともいずれか一方がローレベルであるときに出力outをハイレベルとするNAND回路である。   FIG. 22 is an electric circuit diagram of a logic circuit log1 which is an example of a typical prior art semiconductor device using such a MOSFET. In the logic circuit log1, a parallel circuit of PMOSFETs (qp1) and (qp2) to which inputs in1 and in2 to input terminals p1 and p2 are respectively applied is connected between a high-level VDD power line and an output terminal p3. A series circuit of NMOSFETs (qn1) and (qn2) to which the inputs in1 and in2 are respectively provided is configured to be interposed between the output terminal p3 and the power line of the low level GND, and the inputs in1 and in2 are few. Both are NAND circuits that set the output out to a high level when either one is at a low level.

また、図23は他の従来技術の論理回路log2の電気回路図である。この論理回路log2は、前記入力in1,in2がそれぞれ与えられるPMOSFET(qp1),(qp2)の直列回路が、ハイレベルVDDの電源ラインと出力端子p3との間に介在され、前記入力in1,in2がそれぞれ与えられるNMOSFET(qn1),(qn2)の並列回路が、前記出力端子p3とローレベルGNDの電源ラインとの間に介在されて構成され、入力in1,in2の少くともいずれか一方がハイレベルであるときに、出力outをローレベルとするNOR回路である。   FIG. 23 is an electric circuit diagram of another conventional logic circuit log2. In the logic circuit log2, a series circuit of PMOSFETs (qp1) and (qp2) to which the inputs in1 and in2 are respectively applied is interposed between a power line of a high level VDD and an output terminal p3, and the inputs in1 and in2 NMOSFETs (qn1) and (qn2) are respectively provided between the output terminal p3 and the low level GND power supply line, and at least one of the inputs in1 and in2 is high. This is a NOR circuit that sets the output out to the low level when it is at the level.

上述のような従来技術の半導体装置である論理回路log1,log2では、各MOSFETが1つの入力に対してその出力が対応するので、上述のようにNAND回路やNOR回路に4個のMOSFETを必要とする。また、AND回路は前記NAND回路にNOT回路を直列に接続し、OR回路は前記NOR回路にNOT回路を直列に接続することによって実現できるので、それぞれ6個のMOSFETを必要とする。したがって、集積度の向上の障害となり、このため動作速度の高速化、歩留まりの向上、およびコストの削減の妨げとなっている。   In the logic circuits log1 and log2, which are the conventional semiconductor devices as described above, each MOSFET corresponds to one input, so that four MOSFETs are required for the NAND circuit and the NOR circuit as described above. And The AND circuit can be realized by connecting a NOT circuit in series to the NAND circuit, and the OR circuit can be realized by connecting a NOT circuit in series to the NOR circuit, so each requires six MOSFETs. Therefore, it becomes an obstacle to improvement in the degree of integration, which hinders increase in operation speed, improvement in yield, and cost reduction.

本発明の目的は、高機能化を図ることができる半導体装置およびその駆動方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a driving method thereof that can achieve high functionality.

本発明に係る半導体装置は、前記課題を解決するために、半導体基板と、前記半導体基板内に形成されるP,Nいずれか一方の導電型式のディープウェル領域と、前記ディープウェル領域上に形成され、第1の電極となるP,Nいずれか他方の導電型式のシャローウェル領域と、前記シャローウェル領域内に形成され、P,Nいずれか一方の導電型式で第2の電極となるソース領域および第3の電極となるドレイン領域と、前記ソース領域とドレイン領域との間に形成されるチャネル領域と、前記チャネル領域上に形成されるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、第4の電極となるゲート電極とを備え、相互に隣接する素子間が溝型分離領域によって少くともシャローウェル領域が電気的に分離されており、該溝型分離領域で隣接素子間が区分された各シャローウェル領域毎に、ソース領域およびドレイン領域以外の領域にコンタクト孔を設けることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a semiconductor device according to the present invention is formed on a semiconductor substrate, a P-type or N-type deep well region formed in the semiconductor substrate, and the deep well region. The P or N conductivity type shallow well region that becomes the first electrode, and the source region that is formed in the shallow well region and becomes the second electrode with either P or N conductivity type And a drain region to be a third electrode, a channel region formed between the source region and the drain region, a gate insulating film formed on the channel region, and formed on the gate insulating film, And a gate electrode serving as a fourth electrode, and at least the shallow well region is electrically isolated between adjacent elements by the groove type isolation region, and adjacent to the groove type isolation region. Each shallow well each region between the elements is divided, is characterized by providing a contact hole in a region other than the source and drain regions.

また、本発明に係る半導体装置は、導電型式が相互に逆極性の素子を一対とし、P型素子のソースを高電位固定とし、N型素子のソースを低電位固定とし、両者のゲートを共通に第1の入力端子とし、両者のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とし、両者のドレインを共通に出力端子とすることが好ましい。   The semiconductor device according to the present invention has a pair of elements whose conductivity types are opposite to each other, the source of the P-type element is fixed at a high potential, the source of the N-type element is fixed at a low potential, and the gates of both are shared. Preferably, the first input terminal, the contact holes of both are commonly used as the second input terminal, and the drains of both are preferably used as the output terminal.

また、本発明に係る半導体装置は、導電型式が相互に逆極性の素子を一対とし、P型素子のソースを高電位固定とし、N型素子のソースを低電位固定とし、P型素子のゲートおよびN型素子のコンタクト孔を共通に第1の入力端子とし、N型素子のゲートおよびP型素子のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とし、両者のドレインを共通に出力端子とすることが好ましい。   The semiconductor device according to the present invention includes a pair of elements having opposite conductivity types, a P-type element source fixed at a high potential, an N-type element source fixed at a low potential, and a P-type element gate. And the contact hole of the N-type element are commonly used as the first input terminal, the contact hole of the N-type element and the contact hole of the P-type element are commonly used as the second input terminal, and the drains of both are commonly used as the output terminal. Is preferred.

また、本発明に係る半導体装置は、導電型式が相互に逆極性の素子を一対とし、N型素子のドレインを高電位固定とし、P型素子のドレインを低電位固定とし、両者のゲートを共通に第1の入力端子とし、両者のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とし、両者のソースを共通に出力端子とすることが好ましい。   The semiconductor device according to the present invention has a pair of elements whose conductivity types are opposite to each other, the drain of the N-type element is fixed at a high potential, the drain of the P-type element is fixed at a low potential, and both gates are shared. Preferably, the first input terminal, the contact hole of both are used as the second input terminal, and the source of both are used as the output terminal.

また、本発明に係る半導体装置は、導電型式が相互に逆極性の素子を一対とし、N型素子のドレインを高電位固定とし、P型素子のドレインを低電位固定とし、N型素子のゲートおよびP型素子のコンタクト孔を共通に第1の入力端子とし、P型素子のゲートおよびN型素子のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とし、両者のドレインを共通に出力端子とすることが好ましい。   In addition, the semiconductor device according to the present invention includes a pair of elements whose conductivity types are opposite to each other, the drain of the N-type element is fixed at a high potential, the drain of the P-type element is fixed at a low potential, and the gate of the N-type element The P-type element contact hole is commonly used as the first input terminal, the P-type element gate and N-type element contact hole are commonly used as the second input terminal, and both drains are commonly used as the output terminal. Is preferred.

また、本発明に係る半導体装置の駆動方法は、前記半導体装置において、ゲートおよびコンタクト孔をそれぞれ入力端子とし、相互に同期した個別の入力信号を入力することが好ましい。   In the semiconductor device driving method according to the present invention, it is preferable that the gate and the contact hole are input terminals in the semiconductor device, and individual input signals synchronized with each other are input.

本発明に係る半導体装置は、以上のように、半導体基板と、前記半導体基板内に形成されるP,Nいずれか一方の導電型式のディープウェル領域と、前記ディープウェル領域上に形成され、第1の電極となるP,Nいずれか他方の導電型式のシャローウェル領域と、前記シャローウェル領域内に形成され、P,Nいずれか一方の導電型式で第2の電極となるソース領域および第3の電極となるドレイン領域と、前記ソース領域とドレイン領域との間に形成されるチャネル領域と、前記チャネル領域上に形成されるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、第4の電極となるゲート電極とを備え、相互に隣接する素子間が溝型分離領域によって少くともシャローウェル領域が電気的に分離されており、該溝型分離領域で隣接素子間が区分された各シャローウェル領域毎に、ソース領域およびドレイン領域以外の領域にコンタクト孔を設ける。   As described above, the semiconductor device according to the present invention is formed on a semiconductor substrate, a P-type or N-type deep well region formed in the semiconductor substrate, and the deep well region. A shallow well region of the other conductivity type of P or N which becomes one electrode, a source region which is formed in the shallow well region and becomes a second electrode by the conductivity type of P or N, and a third region A drain region to be an electrode of the first electrode, a channel region formed between the source region and the drain region, a gate insulating film formed on the channel region, and a gate insulating film formed on the gate insulating film, And at least the shallow well region is electrically isolated by the groove type isolation region between the adjacent elements, and the adjacent element is separated by the groove type isolation region. Each shallow well region which is provided with a contact hole in a region other than the source and drain regions.

それゆえ、高機能化を図ることができる半導体装置を提供することができる。   Therefore, it is possible to provide a semiconductor device that can have high functionality.

本発明の基本的な構成を表す、本発明の実施の第1の形態の半導体素子を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, showing a basic configuration of the present invention. 図1で示す半導体素子の動作特性の一例を示すグラフである。2 is a graph showing an example of operating characteristics of the semiconductor element shown in FIG. 1. 図1で示す半導体素子の動作特性の他の例を示すグラフである。6 is a graph showing another example of the operating characteristics of the semiconductor element shown in FIG. 1. 図1の構成を具体的に実現する本発明の実施の第2の形態の半導体素子の正面図である。It is a front view of the semiconductor element of the 2nd Embodiment of this invention which implement | achieves the structure of FIG. 1 concretely. 図4の切断面線V−Vから見た断面図である。It is sectional drawing seen from the cut surface line VV of FIG. 図4の切断面線VI−VIから見た断面図である。It is sectional drawing seen from the cut surface line VI-VI of FIG. 図1の構成を具体的に実現する本発明の実施の第3の形態の半導体素子の正面図である。It is a front view of the semiconductor element of the 3rd Embodiment of this invention which implement | achieves the structure of FIG. 1 concretely. 図7の切断面線VIII−VIIIから見た断面図である。It is sectional drawing seen from the cut surface line VIII-VIII of FIG. 図7の切断面線IX−IXから見た断面図である。It is sectional drawing seen from the cut surface line IX-IX of FIG. 前記図1〜図9で示す半導体素子を用いる本発明の実施の第4の形態の論理回路の電気回路図である。FIG. 10 is an electric circuit diagram of a logic circuit according to a fourth embodiment of the present invention using the semiconductor element shown in FIGS. 図10で示す論理回路の動作特性を示すグラフである。11 is a graph showing operating characteristics of the logic circuit shown in FIG. 10. 前記図1〜図9で示す半導体素子を用いる本発明の実施の第5の形態の論理回路の電気回路図である。FIG. 10 is an electric circuit diagram of a logic circuit according to a fifth embodiment of the present invention using the semiconductor element shown in FIGS. 図12で示す論理回路の動作特性を示すグラフである。13 is a graph showing operating characteristics of the logic circuit shown in FIG. 12. 本発明の実施の第6の形態の論理回路の動作特性を示すグラフである。It is a graph which shows the operating characteristic of the logic circuit of the 6th Embodiment of this invention. 本発明の実施の第7の形態の論理回路の動作特性を示すグラフである。It is a graph which shows the operating characteristic of the logic circuit of the 7th Embodiment of this invention. 前記図1〜図9で示す半導体素子を用いる本発明の実施の第8の形態の論理回路の電気回路図である。FIG. 10 is an electric circuit diagram of a logic circuit according to an eighth embodiment of the present invention using the semiconductor element shown in FIGS. 図16で示す論理回路の動作特性を示すグラフである。It is a graph which shows the operation characteristic of the logic circuit shown in FIG. 前記図1〜図9で示す半導体素子を用いる本発明の実施の第9の形態の論理回路の電気回路図である。FIG. 10 is an electric circuit diagram of a logic circuit according to a ninth embodiment of the present invention using the semiconductor element shown in FIGS. 図18で示す論理回路の動作特性を示すグラフである。It is a graph which shows the operating characteristic of the logic circuit shown in FIG. 本発明の実施の第10の形態の論理回路の動作特性を示すグラフである。It is a graph which shows the operating characteristic of the logic circuit of the 10th Embodiment of this invention. 本発明の実施の第11の形態の論理回路の動作特性を示すグラフである。It is a graph which shows the operating characteristic of the logic circuit of the 11th Embodiment of this invention. 典型的な従来技術のMOSFET素子を用いて構成される論理回路の一例を示す電気回路図である。It is an electrical circuit diagram which shows an example of the logic circuit comprised using a typical prior art MOSFET element. 典型的な従来技術のMOSFET素子を用いて構成される論理回路の他の例を示す電気回路図である。It is an electric circuit diagram which shows the other example of the logic circuit comprised using a typical prior art MOSFET element.

本発明の実施の第1の形態について、図1〜図3に基づいて説明すれば以下の通りである。   The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図1は、本発明の基本的な構成を説明するための本発明の実施の第1の形態である半導体素子1を模式的に示す断面図である。ウェル2内に、ソース領域3とドレイン領域4とが形成され、これらの間のチャネル領域5上に、ゲート絶縁膜6を介してゲート電極7が形成されて構成される通常のMOSFETの構造において、ウェル2からコンタクト孔を介して基板端子TWを引出してこれを第1の電極とし、ソース領域3から引出されて第2の電極となるソース端子TSと、ドレイン領域4から引出されて第3の電極となるドレイン端子TDと、ゲート電極7から引出されて第4の電極となるゲート端子TGとの4端子構成とする。第1の入力端子である前記ゲート端子TGと第2の入力端子である前記基板端子TWとには、それぞれクロック信号などに基づいて相互に同期の取れた個別の入力IN1,IN2が与えられる。なお、ドレイン−ソース間には適当なドレイン電圧が印加されているものとする。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor element 1 according to a first embodiment of the present invention for explaining the basic configuration of the present invention. In a normal MOSFET structure in which a source region 3 and a drain region 4 are formed in a well 2 and a gate electrode 7 is formed on a channel region 5 between them through a gate insulating film 6. The substrate terminal TW is extracted from the well 2 through the contact hole, and this is used as the first electrode. The source terminal TS is extracted from the source region 3 and becomes the second electrode, and is extracted from the drain region 4 and the third electrode. The drain terminal TD serving as the first electrode and the gate terminal TG led out from the gate electrode 7 to serve as the fourth electrode are employed. The gate terminal TG, which is the first input terminal, and the substrate terminal TW, which is the second input terminal, are given separate inputs IN1 and IN2 that are synchronized with each other based on a clock signal or the like. It is assumed that an appropriate drain voltage is applied between the drain and the source.

前記半導体素子1において、ウェル2がP型に形成されるMOSFETの場合には、入力IN1,IN2の電位に対するドレイン電流の関係が、たとえば図2で示すようになる。入力IN2、すなわちウェル電位が低電位(L)であり、かつ入力IN1、すなわちゲート電位が低電位(L)であるときのドレイン電流はILLとなり、前記入力IN2が低電位(L)であり、かつ入力IN1が高電位(H)であるときのドレイン電流はIHLとなる。 In the semiconductor device 1, when the well 2 is a P-type MOSFET, the relationship of the drain current with respect to the potentials of the inputs IN1 and IN2 is as shown in FIG. When the input IN2, that is, the well potential is low potential (L) and the input IN1, that is, the gate potential is low potential (L), the drain current becomes ILL, and the input IN2 is low potential (L), The drain current when the input IN1 is at a high potential (H) is I HL .

これに対して、入力IN2が高電位(H)であり、かつ入力IN1が低電位(L)であるときにはILHのドレイン電流が流れ、入力IN2が高電位(H)であり、かつ入力IN1も高電位(H)であるときにはIHHのドレイン電流が流れる。 In contrast, when the input IN2 is at a high potential (H) and the input IN1 is at a low potential (L), a drain current of I LH flows, the input IN2 is at a high potential (H), and the input IN1 When I is at a high potential (H), a drain current of I HH flows.

このように、同じ入力IN1に対しても、入力IN2の電位が高い方がドレイン電流が大きくなっている。これは、MOSFETにおいて、ウェル2に正の電圧を印加すると、チャネル領域の電位障壁が低下し、閾値電圧が低下することによるものであり、すなわちゲート電極7に正の電圧を印加していったときに、ドレイン電流の流れ始める電圧が低下することによるものである。   As described above, the drain current is larger for the same input IN1 when the potential of the input IN2 is higher. This is because, when a positive voltage is applied to the well 2 in the MOSFET, the potential barrier in the channel region is lowered and the threshold voltage is lowered. That is, a positive voltage is applied to the gate electrode 7. This is because the voltage at which the drain current begins to flow sometimes decreases.

この図2から、入力IN2が低電位(L)であるときには、入力IN1が高電位(H)と低電位(L)とのいずれであっても、ドレイン電流には殆ど差が生じないけれども、入力IN2が高電位(H)であるときには、入力IN1に対して、高電位(H)と低電位(L)とでドレイン電流に大きな差が生じる。したがって、この図2の例では、入力IN1,IN2がともに高電位(H)である場合のみドレイン−ソース間が導通し、その他の場合には遮断する動作を実現している。   From FIG. 2, when the input IN2 is at a low potential (L), there is little difference in drain current regardless of whether the input IN1 is at a high potential (H) or a low potential (L). When the input IN2 is at a high potential (H), there is a large difference in drain current between the high potential (H) and the low potential (L) with respect to the input IN1. Therefore, in the example of FIG. 2, the drain-source conduction is realized only when both of the inputs IN1 and IN2 are at a high potential (H), and the cutoff operation is realized in the other cases.

一方、動作特性を図3のように設定することによって、入力IN1,IN2の少くともいずれか一方が高電位(H)であるときには、ドレイン−ソース間が導通し、入力IN1,IN2がともに低電位(L)であるときにのみ遮断する動作を実現することができる。   On the other hand, by setting the operating characteristics as shown in FIG. 3, when at least one of the inputs IN1 and IN2 is at a high potential (H), the drain-source is conductive and both the inputs IN1 and IN2 are low. An operation of cutting off only when the potential is (L) can be realized.

これら図2で示す特性と図3で示す特性とは、前記図1で示すような構造の半導体素子1において、たとえばチャネル領域5の不純物濃度や、入力IN1,IN2の高電位(H)のレベルおよび低電位(L)のレベルを適宜調整することによって、選択することができる。なお、前記ウェル2がN型に形成されるPMOSFETの場合には、これら図2および図3とは逆の動作特性となる。   The characteristics shown in FIG. 2 and the characteristics shown in FIG. 3 are, for example, the impurity concentration of the channel region 5 and the high potential (H) level of the inputs IN1 and IN2 in the semiconductor element 1 having the structure shown in FIG. It can be selected by appropriately adjusting the level of the low potential (L). In the case of a PMOSFET in which the well 2 is formed in an N-type, the operating characteristics are opposite to those shown in FIGS.

このようにして、相互に同期した2つの入力IN1,IN2に対して1つの出力を得ることができる素子を、1つの素子で実現して、該素子の高機能化を図り、集積回路化にあたって集積度を向上することができる。   In this way, an element capable of obtaining one output with respect to two inputs IN1 and IN2 synchronized with each other is realized by one element, so that the function of the element is enhanced and an integrated circuit is realized. The degree of integration can be improved.

本発明の実施の第2の形態について、図4〜図6に基づいて説明すれば以下の通りである。   The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図4〜図6は、上述の半導体素子1を具体的に実現するようにした半導体素子11の構造を示す図である。図4は正面図であり、図5は図4の切断面線V−Vから見た断面図であり、図6は図4の切断面線VI−VIから見た断面図である。なお図4では、後述する上部メタル配線および層間絶縁膜を取除いた実質の素子部分を示している。   4 to 6 are views showing the structure of the semiconductor element 11 that specifically realizes the semiconductor element 1 described above. 4 is a front view, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the cutting plane line V-V in FIG. 4, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the cutting plane line VI-VI in FIG. FIG. 4 shows a substantial element portion from which an upper metal wiring and an interlayer insulating film described later are removed.

この半導体素子11は、半導体基板12上に下地絶縁膜13が形成され、さらにこの下地絶縁膜13上に半導体層14が形成されたSOI基板を用いている。また、半導体層14は、隣接素子間でフィールド酸化膜15によって相互に電気的に分離されており、隣接する素子間のウェル電位の変化の影響を受けないように構成されている。半導体層14内には、該半導体層14の導電型式とは逆の導電型式、すなわち、たとえば該半導体素子11がNMOSFETであるときには、該半導体層14の導電型式はP型であり、N型となる前記ソース領域3およびドレイン領域4が形成され、それらのソース領域3とドレイン領域4との間のチャネル領域上に、前記ゲート絶縁膜6を介してゲート電極7が形成されている。   The semiconductor element 11 uses an SOI substrate in which a base insulating film 13 is formed on a semiconductor substrate 12 and a semiconductor layer 14 is further formed on the base insulating film 13. Further, the semiconductor layer 14 is electrically isolated from each other by the field oxide film 15 between adjacent elements, and is configured not to be affected by a change in well potential between adjacent elements. In the semiconductor layer 14, the conductivity type opposite to the conductivity type of the semiconductor layer 14, that is, for example, when the semiconductor element 11 is an NMOSFET, the conductivity type of the semiconductor layer 14 is P-type, The source region 3 and the drain region 4 are formed, and a gate electrode 7 is formed on the channel region between the source region 3 and the drain region 4 with the gate insulating film 6 interposed therebetween.

このように形成された素子は、層間絶縁膜16で被覆されている。この層間絶縁膜16には、コンタクト孔17,18,19が形成されて上部メタル配線21,22,23がそれぞれ前記ソース領域3、ドレイン領域4、ゲート電極7と電気的に接続される。これによって、該上部メタル配線21,22,23が、それぞれ前記ソース端子TS、ドレイン端子TD、第1の入力端子であるゲート端子TGとなる。また、この層間絶縁膜16において、前記ソース領域3およびドレイン領域4以外の領域に、コンタクト孔20が形成されている。前記半導体層14において、このコンタクト孔20に対応する領域14aは、前記半導体層と同じ導電型式で不純物濃度の濃い領域であり、この領域14aによって、前記コンタクト孔20に形成される上部メタル配線24は、半導体層14とオーミック接続されて、該上部メタル配線24は第2の入力端子である基板端子TWとなる。   The element thus formed is covered with an interlayer insulating film 16. Contact holes 17, 18 and 19 are formed in the interlayer insulating film 16, and upper metal wirings 21, 22 and 23 are electrically connected to the source region 3, the drain region 4 and the gate electrode 7, respectively. Thus, the upper metal wirings 21, 22, and 23 become the source terminal TS, the drain terminal TD, and the gate terminal TG that is the first input terminal, respectively. In the interlayer insulating film 16, a contact hole 20 is formed in a region other than the source region 3 and the drain region 4. In the semiconductor layer 14, a region 14 a corresponding to the contact hole 20 is a region having the same conductivity type and a high impurity concentration as the semiconductor layer, and the upper metal wiring 24 formed in the contact hole 20 by the region 14 a. Are ohmic-connected to the semiconductor layer 14 and the upper metal wiring 24 becomes a substrate terminal TW which is a second input terminal.

このような構造によって、SOI基板を用いて、さらに半導体層14にフィールド酸化膜15を形成するだけで、比較的容易に、隣接素子間を絶縁分離して、前記図1で示すような4端子素子を実現することができる。   With such a structure, by simply forming a field oxide film 15 on the semiconductor layer 14 using an SOI substrate, the four terminals as shown in FIG. An element can be realized.

本発明の実施の第3の形態について、図7〜図9に基づいて説明すれば以下の通りである。   A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図7〜図9は、前記図1で示す半導体素子1を、前記図4〜図6で示す半導体素子11とは異なる構造で実現するようにした、半導体素子31の構造を示す図である。図7は正面図であり、図8は図7の切断面線VIII−VIIIから見た断面図であり、図9は図7の切断面線IX−IXから見た断面図である。なお図7では、層間絶縁膜および上部メタル配線を省略している。   7 to 9 are views showing the structure of the semiconductor element 31 in which the semiconductor element 1 shown in FIG. 1 is realized with a structure different from that of the semiconductor element 11 shown in FIGS. 7 is a front view, FIG. 8 is a cross-sectional view taken along section line VIII-VIII in FIG. 7, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along section line IX-IX in FIG. In FIG. 7, the interlayer insulating film and the upper metal wiring are omitted.

この半導体素子31では、半導体基板32内に、ディープウェル領域33と、このディープウェル領域33とは逆の導電形式のシャローウェル領域34とを積層形成するようにした基板を用いる。なお、前記シャローウェル領域34内には、該シャローウェル領域34の抵抗を低減するための高濃度埋込領域35が形成されており、また隣接する素子間は、電気絶縁性の溝型素子分離領域36によって相互に電気的に分離されている。前記シャローウェル領域34には、該シャローウェル領域34と逆の導電形式のソース領域3およびドレイン領域4が形成されており、またこのソース領域3とドレイン領域4との間のチャネル領域上には、ゲート絶縁膜6を介してゲート電極7が形成されている。   The semiconductor element 31 uses a substrate in which a deep well region 33 and a shallow well region 34 having a conductivity type opposite to that of the deep well region 33 are stacked in a semiconductor substrate 32. A high-concentration buried region 35 for reducing the resistance of the shallow well region 34 is formed in the shallow well region 34, and an electrically insulating trench type element isolation is provided between adjacent elements. The regions 36 are electrically separated from each other. In the shallow well region 34, a source region 3 and a drain region 4 having a conductivity type opposite to that of the shallow well region 34 are formed, and a channel region between the source region 3 and the drain region 4 is formed on the shallow well region 34. A gate electrode 7 is formed through the gate insulating film 6.

前記ソース領域3、ドレイン領域4およびゲート電極7は、層間絶縁膜37に形成されたコンタクト孔41,42,43を介して、上部メタル配線45,46,47にそれぞれ電気的に接続されている。また、前記シャローウェル領域34において、前記ソース領域3およびドレイン領域4以外の領域に、不純物濃度の濃い領域34aが形成されており、この領域34aは前記層間絶縁膜37に形成されたコンタクト孔44を介して、上部メタル配線48と電気的に接続される。これによって、シャローウェル領域34は、上部メタル配線48とオーミック接続される。前記領域34aとゲート電極7との間には、フィールド酸化膜38が形成されている。   The source region 3, drain region 4 and gate electrode 7 are electrically connected to upper metal wirings 45, 46 and 47 through contact holes 41, 42 and 43 formed in the interlayer insulating film 37, respectively. . Further, in the shallow well region 34, a region 34 a having a high impurity concentration is formed in a region other than the source region 3 and the drain region 4, and this region 34 a is a contact hole 44 formed in the interlayer insulating film 37. Is electrically connected to the upper metal wiring 48. As a result, the shallow well region 34 is ohmically connected to the upper metal wiring 48. A field oxide film 38 is formed between the region 34 a and the gate electrode 7.

この半導体素子31において、前記ソース領域3およびドレイン領域4は、たとえばその深さが約100nmおよび不純物濃度が1×1020/cm3 以上に形成され、シャローウェル領域34は、その深さが約1,000nmおよび不純物濃度が5×1016〜1×1017/cm3に形成され、高濃度埋込領域35は、その不純物の濃度分布がピークとなる深さが500〜700nm、またそのピーク濃度が約1×1018〜1×1019/cm3 に形成され、ディープウェル領域33は、その深さが約3μmおよび不純物濃度が約5×1016/cm3 に形成される。なお、各領域の深さおよび不純物濃度は、これに限るものではない。 In the semiconductor element 31, the source region 3 and the drain region 4 are formed with a depth of, for example, about 100 nm and an impurity concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more, and the shallow well region 34 has a depth of about 100 nm. The high-concentration buried region 35 is formed with a depth of 500 to 700 nm and a peak at which the impurity concentration distribution is at a peak, and is formed at a thickness of 1,000 nm and an impurity concentration of 5 × 10 16 to 1 × 10 17 / cm 3. The concentration is about 1 × 10 18 to 1 × 10 19 / cm 3 , and the deep well region 33 is formed with a depth of about 3 μm and an impurity concentration of about 5 × 10 16 / cm 3 . Note that the depth and impurity concentration of each region are not limited to this.

また、前記溝型素子分離領域36の深さは、シャローウェル領域34の深さに、該シャローウェル領域34とディープウェル領域との接合によって形成される空乏層幅(正確には該空乏層幅のうち、ディープウェル領域33側に伸びている長さ)を加算した値以上に設定することによって、隣接する素子間でシャローウェル領域34を相互に電気的に絶縁することができる。   The depth of the trench type element isolation region 36 is the same as the depth of the shallow well region 34, the width of the depletion layer formed by the junction of the shallow well region 34 and the deep well region (more precisely, the depletion layer width). Among them, the shallow well region 34 can be electrically insulated from each other by setting the length (extended to the deep well region 33 side) to a value equal to or greater than the added value.

一方、前記溝型素子分離領域36の深さが、シャローウェル領域34の深さと、該シャローウェル領域34とディープウェル領域33との接合によって形成される空乏層幅との合計値に達しない場合には、ディープウェル領域33側の空乏層によって、隣接する素子のシャローウェル領域33間が電気的に導通することになり、パンチスルーが発生してしまう。   On the other hand, the depth of the trench type element isolation region 36 does not reach the total value of the depth of the shallow well region 34 and the width of the depletion layer formed by the junction of the shallow well region 34 and the deep well region 33. In this case, the depletion layer on the deep well region 33 side electrically connects the shallow well regions 33 of adjacent elements, and punch-through occurs.

このため、前述のように構成することによって、素子形成上の最小加工寸法に略等しい溝型分離領域36部分の僅かなスペースが増加するだけで、隣接する素子間を相互に電気的に絶縁することができる。これによって、前述の図4〜図6で示す半導体素子11のように、ボディー抵抗が高く、高価なSOI基板を用いることなく、前記図1で示すような4端子の半導体素子1を構成することができる。   For this reason, with the configuration as described above, adjacent grooves are electrically insulated from each other only by increasing a slight space of the groove-type isolation region 36 that is substantially equal to the minimum processing dimension in element formation. be able to. As a result, the four-terminal semiconductor element 1 as shown in FIG. 1 can be formed without using an expensive SOI substrate having a high body resistance as in the semiconductor element 11 shown in FIGS. Can do.

本発明の実施の第4の形態について、図10および図11に基づいて説明すれば以下の通りである。   The following describes the fourth embodiment of the present invention with reference to FIG. 10 and FIG.

図10は、単位素子である前述の半導体素子1,11,31を用いる具体例を示すものであり、CMOS構成の論理回路LOG1の電気回路図である。この論理回路LOG1は、対を成すPMOSFET(QP)と、NMOSFET(QN)とを備えており、PMOSFET(QP)のソースTSPがハイレベル(VDD)の電源ラインと接続され、NMOSFET(QN)のソースTSNがローレベル(GND)の電源ラインと接続され、両MOSFET(QP),(QN)のドレインTDP,TDNが共通に出力端子P3に接続され、ゲートTGP,TGNが共通に第1の入力端子P1に接続される通常のCMOSインバータの構成において、基板端子TWP,TWNを共通に第2の入力端子P2に接続するようにしたものである。 FIG. 10 shows a specific example using the above-described semiconductor elements 1, 11, and 31 which are unit elements, and is an electric circuit diagram of a logic circuit LOG1 having a CMOS structure. The logic circuit LOG1 includes a pair of PMOSFET (QP) and NMOSFET (QN), and the source TSP of the PMOSFET (QP) is connected to a high level (V DD ) power supply line, and the NMOSFET (QN) Source TSN is connected to a low level (GND) power supply line, drains TDP and TDN of both MOSFETs (QP) and (QN) are connected in common to the output terminal P3, and gates TGP and TGN are connected in common to the first In the configuration of a normal CMOS inverter connected to the input terminal P1, the substrate terminals TWP and TWN are commonly connected to the second input terminal P2.

また、電源電圧VDDやチャネル領域の不純物濃度を適宜選択することによって、PMOSFET(QP)の入力IN1,IN2に対するドレイン電流の動作特性は、図11(a)で示すように設定されており、同様にNMOSFET(QN)の入力IN1,IN2に対するドレイン電流の動作特性は、図11(b)で示すように設定されている。すなわち、両MOSFET(QP),(QN)は、ともに入力IN2が低電位(L)のときには閾値電圧(グラフにおける折点)が高電位(H)より高く、入力IN2が高電位(H)であるときには閾値電圧が該高電位(H)より低く、かつ低電位(L)より高くなるように設定されている。 Further, by appropriately selecting the power supply voltage V DD and the impurity concentration of the channel region, the operation characteristics of the drain current with respect to the inputs IN1 and IN2 of the PMOSFET (QP) are set as shown in FIG. Similarly, the operation characteristics of the drain current for the inputs IN1 and IN2 of the NMOSFET (QN) are set as shown in FIG. That is, both MOSFETs (QP) and (QN) have a threshold voltage (a break point in the graph) higher than the high potential (H) when the input IN2 is at a low potential (L), and the input IN2 is at a high potential (H). In some cases, the threshold voltage is set to be lower than the high potential (H) and higher than the low potential (L).

上述のように構成された論理回路LOG1では、入力IN1が低電位(L)であるときには、入力IN2の電位に拘らず、PMOSFET(QP)は導通し、NMOSFET(QN)は遮断し、出力OUTは高電位(H)となる。これに対して、入力IN1が高電位(H)であると、入力IN2が低電位(L)であるときにPMOSFET(QP)は導通し、NMOSFET(QN)は遮断し、出力OUTは高電位(H)となり、入力IN2も高電位(H)となると、PMOSFET(QP)は遮断し、NMOSFET(QN)は導通し、出力OUTは低電位(L)となる。以上の動作をまとめると表1のようになり、入力IN1,IN2がともに高電位(H)であるときにのみ出力OUTが低電位(L)となり、入力IN1,IN2の少なくともいずれか一方が低電位(L)であるときには出力OUTが高電位(H)となるNAND動作を実現することが理解される。   In the logic circuit LOG1 configured as described above, when the input IN1 is at a low potential (L), regardless of the potential of the input IN2, the PMOSFET (QP) is turned on, the NMOSFET (QN) is cut off, and the output OUT Becomes a high potential (H). In contrast, when the input IN1 is at a high potential (H), when the input IN2 is at a low potential (L), the PMOSFET (QP) is turned on, the NMOSFET (QN) is cut off, and the output OUT is at a high potential. When the input IN2 becomes the high potential (H), the PMOSFET (QP) is cut off, the NMOSFET (QN) is turned on, and the output OUT becomes the low potential (L). The above operations are summarized as shown in Table 1. The output OUT becomes a low potential (L) only when both the inputs IN1 and IN2 are at a high potential (H), and at least one of the inputs IN1 and IN2 is low. It is understood that a NAND operation in which the output OUT becomes a high potential (H) when the potential is (L) is realized.

Figure 2009260361
Figure 2009260361

したがって、通常は4個のMOSFETが必要なNAND回路を、2個のMOSFETで実現することができ、集積回路化にあたって、集積度を向上することができる。   Therefore, a NAND circuit that normally requires four MOSFETs can be realized with two MOSFETs, and the degree of integration can be improved when an integrated circuit is formed.

本発明の実施の第5の形態について、図12および図13に基づいて説明すれば以下の通りである。   The following describes the fifth embodiment of the present invention with reference to FIG. 12 and FIG.

図12は、本発明の実施の第5の形態の論理回路LOG2の電気回路図である。この論理回路LOG2は、P,N一対のMOSFET(QP),(QN)を備えて構成されており、PMOSFET(QP)のソースTSPは前記ハイレベル(VDD)の電源ラインに接続され、NMOSFET(QN)のソースTSNはローレベル(GND)の電源ラインに接続され、両者のドレインTDP,TDNが共通に出力端子P3に接続される点は、前述の論理回路LOG1と類似している。しかしながら、PMOSFET(QP)のゲートTGPとNMOSFET(QN)の基板端子TWNとを共通に入力端子P1に接続し、NMOSFET(QN)のゲートTGNとPMOSFET(QP)の基板端子TWPとを共通に入力端子P2に接続している。 FIG. 12 is an electric circuit diagram of the logic circuit LOG2 according to the fifth embodiment of this invention. The logic circuit LOG2 includes a pair of P and N MOSFETs (QP) and (QN), and the source TSP of the PMOSFET (QP) is connected to the high-level (V DD ) power supply line. The source TSN of (QN) is connected to the low-level (GND) power supply line, and both drains TDP and TDN are connected to the output terminal P3 in common with the logic circuit LOG1 described above. However, the gate TGP of the PMOSFET (QP) and the substrate terminal TWN of the NMOSFET (QN) are commonly connected to the input terminal P1, and the gate TGN of the NMOSFET (QN) and the substrate terminal TWP of the PMOSFET (QP) are input in common. It is connected to the terminal P2.

また、この論理回路LOG2の動作特性は、図13で示すように設定されている。すなわち、PMOSFET(QP)は、図13(a)で示すように、入力IN2、すなわちウェル電位が低電位(L)であるときには閾値電圧が高電位(H)より高く、前記入力IN2が高電位(H)であるときには前記閾値電圧が前記高電位(H)より低く、かつ低電位(L)より高くなるように設定されている。これに対して、NMOSFET(QN)は、図13(b)で示すように、入力IN1が低電位(L)であるときには閾値電圧が高電位(H)より高く、前記入力IN1が高電位(H)であるときには前記閾値電圧が前記高電位(H)より低く、かつ低電位(L)より高くなるように設定されている。   The operating characteristics of the logic circuit LOG2 are set as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 13A, the PMOSFET (QP) has an input IN2, that is, a threshold voltage higher than a high potential (H) when the well potential is a low potential (L), and the input IN2 is a high potential. When (H), the threshold voltage is set to be lower than the high potential (H) and higher than the low potential (L). On the other hand, as shown in FIG. 13B, the NMOSFET (QN) has a threshold voltage higher than the high potential (H) when the input IN1 is at a low potential (L), and the input IN1 is at a high potential (H). When it is H), the threshold voltage is set to be lower than the high potential (H) and higher than the low potential (L).

したがって、入力IN1が低電位(L)であるときには、入力IN2のレベルに拘らず、PMOSFET(QP)は導通し、NMOSFET(QN)は遮断し、出力OUTは高電位(H)となる。また、入力IN1が高電位(H)では、入力IN2が低電位(L)であると、PMOSFET(QP)は導通し、NMOSFET(QN)は遮断し、出力OUTは高電位(H)となる。さらにまた、入力IN1,IN2がともに高電位(H)であるときには、PMOSFET(QP)は遮断し、NMOSFET(QN)は導通し、出力OUTは低電位(L)となる。   Therefore, when the input IN1 is at a low potential (L), regardless of the level of the input IN2, the PMOSFET (QP) becomes conductive, the NMOSFET (QN) is cut off, and the output OUT becomes a high potential (H). When the input IN1 is at a high potential (H) and the input IN2 is at a low potential (L), the PMOSFET (QP) is turned on, the NMOSFET (QN) is cut off, and the output OUT is at a high potential (H). . Furthermore, when both the inputs IN1 and IN2 are at a high potential (H), the PMOSFET (QP) is cut off, the NMOSFET (QN) is turned on, and the output OUT is at a low potential (L).

すなわち、前記表1で示すように、入力IN1,IN2がともに高電位(H)であるときにのみ出力OUTは低電位(L)となり、その他の場合には出力OUTは高電位(H)となる。このように構成してもまた、前記NAND動作を実現することができる。   That is, as shown in Table 1, the output OUT becomes a low potential (L) only when both the inputs IN1 and IN2 are at a high potential (H), and in other cases, the output OUT becomes a high potential (H). Become. Even with this configuration, the NAND operation can be realized.

本発明の実施の第6の形態について、図14に基づいて説明すれば以下の通りである。   The following describes the sixth embodiment of the present invention with reference to FIG.

本実施の第6の形態では、前述の図10で示す論理回路LOG1において、MOSFET(QP),(QN)の動作特性を、それぞれ前記図11(a)および図11(b)のように設定するのではなく、図14(a)および図14(b)のように設定する。すなわち、MOSFET(QP),(QN)ともに、入力IN2が低電位(L)であるときには、閾値電圧が該低電位(L)より高く、かつ高電位(H)より低く、入力IN2が高電位(H)であるときには、前記閾値電圧が該低電位(L)より低くなるように設定されている。   In the sixth embodiment, in the logic circuit LOG1 shown in FIG. 10, the operating characteristics of the MOSFETs (QP) and (QN) are set as shown in FIG. 11 (a) and FIG. 11 (b), respectively. Instead, the settings are made as shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b). That is, in both MOSFETs (QP) and (QN), when the input IN2 is at a low potential (L), the threshold voltage is higher than the low potential (L) and lower than the high potential (H), and the input IN2 is at a high potential. When (H), the threshold voltage is set to be lower than the low potential (L).

これによって、入力IN1が高電位(H)であるときには、入力IN2の電位に拘らず、PMOSFET(QP)は遮断し、NMOSFET(QN)は導通し、出力OUTは低電位(L)となる。また、入力IN1が低電位(L)であり、かつ入力IN2が高電位(H)であるときにも、PMOSFET(QP)は遮断し、NMOSFET(QN)は導通し、出力OUTは低電位(L)となる。さらにまた、入力IN1,IN2がともに低電位(L)であるときには、PMOSFET(QP)は導通し、NMOSFET(QN)は遮断し、出力OUTは高電位(H)となる。したがって、これらの動作をまとめると、表2で示すように、入力IN1,IN2がともに低電位(L)であるときにのみ出力OUTが高電位(H)となり、その他の場合には出力OUTが低電位(L)となるNOR動作を実現することができる。   Thus, when the input IN1 is at a high potential (H), the PMOSFET (QP) is cut off, the NMOSFET (QN) is turned on, and the output OUT becomes a low potential (L) regardless of the potential of the input IN2. Also, when the input IN1 is at a low potential (L) and the input IN2 is at a high potential (H), the PMOSFET (QP) is cut off, the NMOSFET (QN) is conducted, and the output OUT is at a low potential ( L). Furthermore, when both the inputs IN1 and IN2 are at a low potential (L), the PMOSFET (QP) becomes conductive, the NMOSFET (QN) is cut off, and the output OUT becomes a high potential (H). Therefore, when these operations are summarized, as shown in Table 2, the output OUT becomes the high potential (H) only when the inputs IN1 and IN2 are both at the low potential (L), and in other cases, the output OUT is A NOR operation at a low potential (L) can be realized.

Figure 2009260361
Figure 2009260361

このようにして、通常は4個のMOSFETが必要なNOR回路を、2個のMOSFETによって実現することができる。   In this way, a NOR circuit that normally requires four MOSFETs can be realized by two MOSFETs.

本発明の実施の第7の形態について、図15に基づいて説明すれば以下の通りである。   The seventh embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

図15は、本発明の実施の第7の形態の動作特性を示すグラフであり、前述の図12で示す論理回路LOG2に適用される。図15(a)はPMOSFET(QP)の動作特性を表し、図15(b)はNMOSFET(QN)の動作特性を表す。すなわち、PMOSFET(QP)のウェル電位(入力IN2)およびNMOSFET(QN)のウェル電位(入力IN1)が、ともに低電位(L)であるときには、それぞれの閾値電圧が該低電位(L)より高く、かつ高電位(H)より低く設定され、ウェル電位がともに高電位(H)であるときには、閾値電圧が該低電位(L)より低くなるように設定されている。   FIG. 15 is a graph showing the operating characteristics of the seventh embodiment of the present invention, and is applied to the logic circuit LOG2 shown in FIG. FIG. 15A shows the operating characteristics of the PMOSFET (QP), and FIG. 15B shows the operating characteristics of the NMOSFET (QN). That is, when the well potential (input IN2) of the PMOSFET (QP) and the well potential (input IN1) of the NMOSFET (QN) are both low potential (L), the respective threshold voltages are higher than the low potential (L). And when the well potential is both high potential (H), the threshold voltage is set to be lower than the low potential (L).

したがって、入力IN1が高電位(H)であるときには、入力IN2の電位に拘らず、PMOSFET(QP)は遮断し、NMOSFET(QN)は導通し、出力OUTは低電位(L)となる。また、入力IN1が低電位(L)であり、入力IN2が高電位(H)であるときにも、PMOSFET(QP)は遮断し、NMOSFET(QN)は導通し、出力OUTは低電位(L)となる。さらにまた、入力IN1,IN2がともに低電位(L)であるときには、PMOSFET(QP)は導通し、NMOSFET(QN)は遮断し、出力OUTは高電位(H)となる。   Therefore, when the input IN1 is at a high potential (H), regardless of the potential of the input IN2, the PMOSFET (QP) is cut off, the NMOSFET (QN) is turned on, and the output OUT is at a low potential (L). Also, when the input IN1 is at a low potential (L) and the input IN2 is at a high potential (H), the PMOSFET (QP) is cut off, the NMOSFET (QN) is conducted, and the output OUT is at a low potential (L). ) Furthermore, when both the inputs IN1 and IN2 are at a low potential (L), the PMOSFET (QP) becomes conductive, the NMOSFET (QN) is cut off, and the output OUT becomes a high potential (H).

したがって、このように構成してもまた、前記表2で示すように、入力IN1,IN2がともに低電位(L)であるときにのみ出力OUTが高電位(H)となり、その他の場合には低電位(L)となるNOR動作を実現することができる。   Therefore, even with this configuration, as shown in Table 2, the output OUT is at a high potential (H) only when the inputs IN1 and IN2 are both at a low potential (L). A NOR operation at a low potential (L) can be realized.

本発明の実施の第8の形態について、図16および図17に基づいて説明すれば以下の通りである。   The eighth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図16は、本発明の実施の第8の形態の論理回路LOG3の電気回路図である。この論理回路LOG3では、NMOSFET(QN)のドレインTDNがハイレベル(VDD)の電源ラインと接続され、PMOSFET(QP)のドレインTDPがローレベル(GND)の電源ラインと接続され、両MOSFET(QP),(QN)のソースTSP,TSNが共通に出力端子P3に接続され、ゲートTGP,TGNが共通に第1の入力端子P1に接続され、基板端子TWP,TWNが共通に第2の入力端子P2に接続される。 FIG. 16 is an electric circuit diagram of the logic circuit LOG3 according to the eighth embodiment of the present invention. In this logic circuit LOG3, the drain TDN of the NMOSFET (QN) is connected to the high level (V DD ) power line, the drain TDP of the PMOSFET (QP) is connected to the low level (GND) power line, and both MOSFETs ( QP) and (QN) sources TSP and TSN are commonly connected to an output terminal P3, gates TGP and TGN are commonly connected to a first input terminal P1, and substrate terminals TWP and TWN are commonly connected to a second input. Connected to terminal P2.

また、電源電圧VDDやチャネル領域の不純物濃度を適宜選択することによって、PMOSFET(QP)の入力IN1,IN2に対するドレイン電流の動作特性は、図17(a)で示すように設定されており、同様にNMOSFET(QN)の入力IN1,IN2に対するドレイン電流の動作特性は、図17(b)で示すように設定されている。 Further, by appropriately selecting the power supply voltage V DD and the impurity concentration of the channel region, the operation characteristics of the drain current with respect to the inputs IN1 and IN2 of the PMOSFET (QP) are set as shown in FIG. Similarly, the operating characteristics of the drain current for the inputs IN1 and IN2 of the NMOSFET (QN) are set as shown in FIG.

すなわち、両MOSFET(QP),(QN)がともに入力IN2、すなわちウェル電位が低電位(L)であるときには、閾値電圧が高電位(H)より高くなるように設定され、入力IN2が高電位(H)であるときには、閾値電圧が該高電位(H)より低く、かつ低電位(L)より高くなるように設定されている。   That is, when both MOSFETs (QP) and (QN) are both input IN2, that is, when the well potential is low potential (L), the threshold voltage is set to be higher than high potential (H), and input IN2 is high potential. When it is (H), the threshold voltage is set to be lower than the high potential (H) and higher than the low potential (L).

したがって、入力IN1が低電位(L)であるときには、入力IN2の電位に拘らず、PMOSFET(QP)は導通し、NMOSFET(QN)は遮断し、出力OUTは低電位(L)となる。また、入力IN1が高電位(H)であり、入力IN2が低電位(L)であるときにも、PMOSFET(QP)は導通し、NMOSFET(QN)は遮断し、出力OUTは低電位(L)となる。さらにまた、入力IN1,IN2がともに高電位(H)であるときには、PMOSFET(QP)は遮断し、NMOSFET(QN)は導通し、出力OUTは高電位(H)となる。   Therefore, when the input IN1 is at a low potential (L), the PMOSFET (QP) is conducted, the NMOSFET (QN) is cut off, and the output OUT is at a low potential (L) regardless of the potential of the input IN2. Further, when the input IN1 is at a high potential (H) and the input IN2 is at a low potential (L), the PMOSFET (QP) is conducted, the NMOSFET (QN) is cut off, and the output OUT is at a low potential (L). ) Furthermore, when the inputs IN1 and IN2 are both at a high potential (H), the PMOSFET (QP) is cut off, the NMOSFET (QN) is turned on, and the output OUT is at a high potential (H).

したがって、表3で示すように、入力IN1,IN2がともに高電位(H)であるときにのみ出力OUTは高電位(H)となり、その他の場合には出力OUTは低電位(L)となって、AND動作を行うことが理解される。   Therefore, as shown in Table 3, the output OUT becomes a high potential (H) only when both the inputs IN1 and IN2 are at a high potential (H), and in other cases, the output OUT becomes a low potential (L). It is understood that the AND operation is performed.

Figure 2009260361
Figure 2009260361

このようにして、従来技術で述べたように、通常6個のMOSFETで構成されるAND回路を、2個のMOSFETで実現することができる。   In this way, as described in the prior art, an AND circuit normally composed of six MOSFETs can be realized with two MOSFETs.

本発明の実施の第9の形態について、図18および図19に基づいて説明すれば以下の通りである。   The ninth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図18は、本発明の実施の第9の形態の論理回路LOG4の電気回路図である。この論理回路LOG4では、NMOSFET(QN)のドレインTDNは前記ハイレベル(VDD)の電源ラインに接続され、PMOSFET(QP)のドレインTDPはローレベル(GND)の電源ラインに接続され、両者のソースTSP,TSNが共通に出力端子P3に接続される点は、前述の論理回路LOG3と類似している。しかしながら、NMOSFET(QN)のゲートTGNとPMOSFET(QP)の基板端子TWPとを共通に入力端子P1に接続し、PMOSFET(QP)のゲートTGPとNMOSFET(QN)の基板端子TWNとを共通に入力端子P2に接続している。 FIG. 18 is an electric circuit diagram of the logic circuit LOG4 according to the ninth embodiment of this invention. In this logic circuit LOG4, the drain TDN of the NMOSFET (QN) is connected to the high level (V DD ) power line, and the drain TDP of the PMOSFET (QP) is connected to the low level (GND) power line. The point that the sources TSP and TSN are commonly connected to the output terminal P3 is similar to the above-described logic circuit LOG3. However, the gate TGN of the NMOSFET (QN) and the substrate terminal TWP of the PMOSFET (QP) are commonly connected to the input terminal P1, and the gate TGP of the PMOSFET (QP) and the substrate terminal TWN of the NMOSFET (QN) are input in common. It is connected to the terminal P2.

また、この論理回路LOG4の動作特性は、図19で示すように設定されている。すなわち、PMOSFET(QP)は、図19(a)で示すように、入力IN1、すなわちウェル電位が低電位(L)であるときには閾値電圧が高電位(H)より高く、前記入力IN1が高電位(H)であるときには前記閾値電圧が前記高電位(H)より低く、かつ低電位(L)より高くなるように設定されている。これに対して、NMOSFET(QN)は、図19(b)で示すように、入力IN2が低電位(L)であるときには閾値電圧が高電位(H)より高く、前記入力IN2が高電位(H)であるときには前記閾値電圧が前記高電位(H)より低く、かつ低電位(L)より高くなるように設定されている。   Further, the operating characteristics of the logic circuit LOG4 are set as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 19A, the PMOSFET (QP) has a threshold voltage higher than the high potential (H) when the input IN1, ie, the well potential is low potential (L), and the input IN1 is high potential. When (H), the threshold voltage is set to be lower than the high potential (H) and higher than the low potential (L). On the other hand, as shown in FIG. 19B, the NMOSFET (QN) has a threshold voltage higher than the high potential (H) when the input IN2 is at a low potential (L), and the input IN2 is at a high potential (H). When it is H), the threshold voltage is set to be lower than the high potential (H) and higher than the low potential (L).

したがって、入力IN1が低電位(L)であるときには、入力IN2のレベルに拘らず、PMOSFET(QP)は導通し、NMOSFET(QN)は遮断し、出力OUTは低電位(L)となる。また、入力IN1が高電位(H)では、入力IN2が低電位(L)であると、PMOSFET(QP)は導通し、NMOSFET(QN)は遮断し、出力OUTは低電位(L)となる。さらにまた、入力IN1,IN2がともに高電位(H)であるときには、PMOSFET(QP)は遮断し、NMOSFET(QN)は導通し、出力OUTは高電位(H)となる。   Therefore, when the input IN1 is at a low potential (L), regardless of the level of the input IN2, the PMOSFET (QP) is turned on, the NMOSFET (QN) is cut off, and the output OUT is at a low potential (L). When the input IN1 is at a high potential (H) and the input IN2 is at a low potential (L), the PMOSFET (QP) is turned on, the NMOSFET (QN) is cut off, and the output OUT is at a low potential (L). . Furthermore, when the inputs IN1 and IN2 are both at a high potential (H), the PMOSFET (QP) is cut off, the NMOSFET (QN) is turned on, and the output OUT is at a high potential (H).

すなわち、前記表3で示すように、入力IN1,IN2がともに高電位(H)であるときにのみ出力OUTは高電位(H)となり、その他の場合には出力OUTは低電位(L)となる。このように構成してもまた、前記AND動作を実現することができる。   That is, as shown in Table 3, the output OUT is at a high potential (H) only when both the inputs IN1 and IN2 are at a high potential (H), and in other cases, the output OUT is at a low potential (L). Become. Even with this configuration, the AND operation can be realized.

本発明の実施の第10の形態について、図20に基づいて説明すれば以下の通りである。   The tenth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

図20は、本発明の実施の第10の形態の動作特性を示すグラフである。この動作特性は、前述の図16で示す論理回路LOG3に適用される。図20(a)はPMOSFET(QP)の動作特性を表し、図20(b)はNMOSFET(QN)の動作特性を表す。したがって、MOSFET(QP),(QN)のウェル電位、すなわち入力IN2がともに低電位(L)であるときには、閾値電圧が該低電位(L)より高く、かつ高電位(H)より低く、入力IN2が高電位(H)であるときには、閾値電圧が該低電位(L)より低くなるように設定されている。   FIG. 20 is a graph showing the operating characteristics of the tenth embodiment of the present invention. This operating characteristic is applied to the logic circuit LOG3 shown in FIG. 20A shows the operating characteristics of the PMOSFET (QP), and FIG. 20B shows the operating characteristics of the NMOSFET (QN). Therefore, when the well potentials of the MOSFETs (QP) and (QN), that is, the input IN2 is both low potential (L), the threshold voltage is higher than the low potential (L) and lower than the high potential (H). When IN2 is at a high potential (H), the threshold voltage is set to be lower than the low potential (L).

これによって、入力IN1が高電位(H)であるときには、入力IN2の電位に拘らず、PMOSFET(QP)は遮断し、NMOSFET(QN)は導通し、出力OUTは高電位(H)となる。また、入力IN1が低電位(L)であり、入力IN2が高電位(H)であるときにも、PMOSFET(QP)は遮断し、NMOSFET(QN)は導通し、出力OUTは高電位(H)となる。さらにまた、入力IN1,IN2がともに低電位(L)であるときには、PMOSFET(QP)は導通し、NMOSFET(QN)は遮断し、出力OUTは低電位(L)となる。   Thus, when the input IN1 is at a high potential (H), the PMOSFET (QP) is cut off, the NMOSFET (QN) is turned on, and the output OUT becomes a high potential (H) regardless of the potential of the input IN2. Even when the input IN1 is at a low potential (L) and the input IN2 is at a high potential (H), the PMOSFET (QP) is cut off, the NMOSFET (QN) is turned on, and the output OUT is at a high potential (H). ) Furthermore, when both the inputs IN1 and IN2 are at a low potential (L), the PMOSFET (QP) is turned on, the NMOSFET (QN) is cut off, and the output OUT is at a low potential (L).

すなわち、表4で示すように、入力IN1,IN2がともに低電位(L)であるときにのみ出力OUTが低電位(L)となり、その他の場合には出力OUTが高電位(H)となるOR動作を実現することが理解される。   That is, as shown in Table 4, the output OUT is at a low potential (L) only when both the inputs IN1 and IN2 are at a low potential (L), and in other cases, the output OUT is at a high potential (H). It is understood that an OR operation is realized.

Figure 2009260361
Figure 2009260361

このようにして、前述のように通常では6個のMOSFETで構成されるOR回路を、2個のMOSFETで実現することができる。   In this way, as described above, an OR circuit that is normally composed of six MOSFETs can be realized with two MOSFETs.

本発明の実施の第11の形態について、図21に基づいて説明すれば以下の通りである。   The eleventh embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

図21は、本発明の実施の第11の形態の動作特性を示すグラフであり、前述の図18で示す論理回路LOG4に適用される。図21(a)はPMOSFET(QP)の動作特性を表し、図21(b)はNMOSFET(QN)の動作特性を表す。すなわち、PMOSFET(QP)のウェル電位(入力IN1)、およびNMOSFET(QN)のウェル電位(入力IN2)が低電位(L)であるときに閾値電圧が該低電位(L)より高く、かつ高電位(H)より低くなり、前記ウェル電位が高電位(H)であるときには、閾値電圧が低電位(L)より低くなるように設定されている。   FIG. 21 is a graph showing the operating characteristics of the eleventh embodiment of the present invention, and is applied to the logic circuit LOG4 shown in FIG. FIG. 21A shows the operating characteristics of the PMOSFET (QP), and FIG. 21B shows the operating characteristics of the NMOSFET (QN). That is, when the well potential (input IN1) of the PMOSFET (QP) and the well potential (input IN2) of the NMOSFET (QN) are low potential (L), the threshold voltage is higher than the low potential (L) and high When the potential is lower than the potential (H) and the well potential is the high potential (H), the threshold voltage is set to be lower than the low potential (L).

したがって、入力IN1が高電位(H)であるときには、入力IN2の電位に拘らず、PMOSFET(QP)は遮断し、NMOSFET(QN)は導通し、出力OUTは高電位(H)となる。また、入力IN1が低電位(L)であり、入力IN2が高電位(H)であるときにも、PMOSFET(QP)は遮断し、NMOSFET(QN)は導通し、出力OUTは高電位(H)となる。さらにまた、入力IN1,IN2がともに低電位(L)であるときには、PMOSFET(QP)は導通し、NMOSFET(QN)は遮断し、出力OUTは低電位(L)となる。   Therefore, when the input IN1 is at a high potential (H), regardless of the potential of the input IN2, the PMOSFET (QP) is cut off, the NMOSFET (QN) is turned on, and the output OUT becomes a high potential (H). Even when the input IN1 is at a low potential (L) and the input IN2 is at a high potential (H), the PMOSFET (QP) is cut off, the NMOSFET (QN) is turned on, and the output OUT is at a high potential (H). ) Furthermore, when both the inputs IN1 and IN2 are at a low potential (L), the PMOSFET (QP) is turned on, the NMOSFET (QN) is cut off, and the output OUT is at a low potential (L).

すなわち、前記表4で示すように、入力IN1,IN2がともに低電位(L)であるときにのみ出力OUTが低電位(L)となり、その他の場合には出力OUTが高電位(H)となり、このように構成してもまた、前記OR動作を実現することができる。   That is, as shown in Table 4, the output OUT is low potential (L) only when both the inputs IN1 and IN2 are low potential (L), and in other cases, the output OUT is high potential (H). Even in this configuration, the OR operation can be realized.

本発明に係る半導体装置は、以上のように、SOI,SOS構造の基板上で、各素子の形成領域を素子分離領域によって電気的に分離し、分離された各素子形成領域毎にMOSFETを形成し、そのMOSFETの半導体層をコンタクト孔を介して外部と電気的に接続して電極として使用可能とする。   As described above, the semiconductor device according to the present invention electrically isolates the formation region of each element by the element isolation region on the SOI, SOS structure substrate, and forms a MOSFET for each separated element formation region. Then, the semiconductor layer of the MOSFET can be used as an electrode by being electrically connected to the outside through a contact hole.

それゆえ、1素子で2入力、1出力の回路を実現することができ、MOSFET単体の機能を向上することができる。これによって、たとえば論理回路を構成した場合には、集積回路化にあたって集積度を向上することができ、動作速度の高速化、歩留まりの向上およびコストの削減を図ることができる。   Therefore, a 2-input, 1-output circuit can be realized with one element, and the function of a single MOSFET can be improved. Thus, for example, when a logic circuit is configured, the degree of integration can be improved in the integration of an integrated circuit, and the operation speed can be increased, the yield can be improved, and the cost can be reduced.

また、本発明に係る半導体装置は、以上のように、半導体基板内にP,Nいずれか一方の導電型式のディープウェル領域と、P,Nいずれか他方の導電型式のシャローウェル領域とを形成し、かつ相互に隣接する素子間が溝型分離領域によって少くともそのシャローウェル領域を電気的に分離したバルク基板を用い、分離された各素子形成領域毎にMOSFETを形成し、そのMOSFETのソース領域およびドレイン領域以外の領域にコンタクト孔を設け、シャローウェル領域を外部と電気的に接続して電極として使用可能とする。   In addition, as described above, the semiconductor device according to the present invention forms either the P or N conductive type deep well region and the P or N conductive type shallow well region in the semiconductor substrate. In addition, using a bulk substrate in which at least the shallow well region is electrically isolated by a trench type isolation region between adjacent elements, a MOSFET is formed for each isolated element formation region, and the source of the MOSFET A contact hole is provided in a region other than the region and the drain region, and the shallow well region is electrically connected to the outside so that it can be used as an electrode.

上記の構成によれば、バルク基板であっても、各素子形成領域のシャローウェル領域を溝型素子分離領域で電気的に絶縁することによって、各素子相互間の干渉を防止して各素子毎の個別の動作を可能とする。そして、そのMOSFETの半導体層をコンタクト孔を介して外部と電気的に接続して電極として使用可能とし、ゲートへの入力とこの半導体層への入力との2つの入力を可能とする。   According to the above configuration, even in a bulk substrate, the shallow well region of each element formation region is electrically insulated by the grooved element isolation region, thereby preventing interference between the elements and for each element. Individual operation of Then, the semiconductor layer of the MOSFET is electrically connected to the outside through a contact hole and can be used as an electrode, and two inputs, that is, an input to the gate and an input to the semiconductor layer are enabled.

それゆえ、1素子で2入力、1出力の回路を実現することができ、MOSFET単体の機能を向上することができる。これによって、たとえば論理回路を構成した場合には、集積回路化にあたって集積度を向上することができ、動作速度の高速化、歩留まりの向上およびコストの削減を図ることができる。また、SOI,SOS基板を用いる場合よりも、低コスト化および第1の電極の抵抗値を低減することができる。   Therefore, a 2-input, 1-output circuit can be realized with one element, and the function of a single MOSFET can be improved. Thus, for example, when a logic circuit is configured, the degree of integration can be improved in the integration of an integrated circuit, and the operation speed can be increased, the yield can be improved, and the cost can be reduced. Further, the cost can be reduced and the resistance value of the first electrode can be reduced as compared with the case where an SOI or SOS substrate is used.

さらにまた、本発明に係る半導体装置は、以上のように、前記半導体装置において、導電型式が相互に逆極性の素子を一対としたCMOSインバータの構成において、両者のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とし、通常の入力である両者のゲートを共通に第1の入力端子とする。   Furthermore, as described above, in the semiconductor device according to the present invention, in the configuration of the CMOS inverter in which the conductivity types are a pair of elements having opposite polarities, both contact holes are shared by the second semiconductor device. Both input and normal gates are used as input terminals in common.

それゆえ、2つの入力の電位またはチャネル領域の不純物濃度を適宜調整することによって、NANDまたはNOR回路を実現することができ、従来では4つのMOSFETを要したこれらの回路を、2つのMOSFETで実現することができる。   Therefore, a NAND or NOR circuit can be realized by appropriately adjusting the potential of two inputs or the impurity concentration of the channel region, and these circuits that conventionally required four MOSFETs are realized by two MOSFETs. can do.

さらにまた、本発明に係る半導体装置は、以上のように、前記半導体装置において、導電型式が相互に逆極性の素子を一対としたCMOSインバータの構成において、PMOSFETおよびNMOSFETのゲートをそれぞれ第1および第2の入力端子とし、NMOSFETおよびPMOSFETのコンタクト孔もそれぞれ前記第1および第2の入力端子とする。   Furthermore, as described above, the semiconductor device according to the present invention includes a CMOS inverter having a pair of elements whose conductivity types are opposite to each other in the semiconductor device. The second input terminal is used, and the contact holes of the NMOSFET and PMOSFET are also used as the first and second input terminals, respectively.

それゆえ、2つの入力電位またはチャネル領域の不純物濃度を適宜調整することによって、NANDまたはNOR回路を実現することができる。これによって、従来では4つのMOSFETを要したこれらの回路を、2つのMOSFETで実現することができる。   Therefore, a NAND or NOR circuit can be realized by appropriately adjusting the two input potentials or the impurity concentration of the channel region. Thus, these circuits that conventionally required four MOSFETs can be realized by two MOSFETs.

さらにまた、本発明に係る半導体装置は、以上のように、前記半導体装置において、導電型式が相互に逆極性の素子を一対とし、N型素子のドレインを高電位固定とし、P型素子のドレインを低電位固定とし、両者のゲートを共通に第1の入力端子とし、両者のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とする。   Furthermore, as described above, the semiconductor device according to the present invention includes a pair of elements whose conductivity types are opposite to each other in the semiconductor device, the drain of the N-type element is fixed at a high potential, and the drain of the P-type element. Is fixed at a low potential, both gates are commonly used as a first input terminal, and both contact holes are commonly used as a second input terminal.

それゆえ、2つの入力電位またはチャネル領域の不純物濃度を適宜調整することによって、ANDまたはOR回路を実現することができる。これによって、従来では6つのMOSFETを要したこれらの回路を、2つのMOSFETで実現することができる。   Therefore, an AND or OR circuit can be realized by appropriately adjusting the two input potentials or the impurity concentration of the channel region. Thus, these circuits that conventionally required six MOSFETs can be realized by two MOSFETs.

また、本発明に係る半導体装置は、以上のように、前記半導体装置において、導電型式が相互に逆極性の素子を一対とし、N型素子のドレインを高電位固定とし、P型素子のドレインを低電位固定とし、N型素子のゲートおよびP型素子のコンタクト孔を共通に第1の入力端子とし、P型素子のゲートおよびN型素子のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とし、両者のドレインを共通に出力端子とする。   In addition, as described above, the semiconductor device according to the present invention includes a pair of elements whose conductivity types are opposite to each other in the semiconductor device, the drain of the N-type element is fixed at a high potential, and the drain of the P-type element is The low potential is fixed, the gate of the N-type element and the contact hole of the P-type element are commonly used as the first input terminal, the gate of the P-type element and the contact hole of the N-type element are commonly used as the second input terminal, Are commonly used as output terminals.

それゆえ、2つの入力電位またはチャネル領域の不純物濃度を適宜調整することによって、ANDまたはOR回路を実現することができる。これによって、従来では6つのMOSFETを要したこれらの回路を、2つのMOSFETで実現することができる。   Therefore, an AND or OR circuit can be realized by appropriately adjusting the two input potentials or the impurity concentration of the channel region. Thus, these circuits that conventionally required six MOSFETs can be realized by two MOSFETs.

さらにまた、本発明に係る半導体装置の駆動方法は、以上のように、前記いずれかに記載の半導体装置において、ゲートおよびコンタクト孔をそれぞれ入力端子とし、クロックなどによって相互に同期の取れた個別の入力信号を入力する。   Furthermore, as described above, in the semiconductor device driving method according to the present invention, in any of the semiconductor devices described above, the gate and the contact hole are used as input terminals, respectively, and are synchronized with each other by a clock or the like. Input an input signal.

それゆえ、単純な1入力1出力のON/OFF動作ではなく、2入力1出力の論理回路の動作を実現することができ、少ない素子数で論理回路を構成することができる。   Therefore, not a simple 1-input 1-output ON / OFF operation, but a 2-input 1-output logic circuit operation can be realized, and a logic circuit can be configured with a small number of elements.

本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成される下地絶縁膜と、前記下地絶縁膜上に形成され、かつ電気絶縁性の素子分離領域で外囲されて隣接素子間が区分され、第1の電極となるP,Nいずれか一方の導電型式の半導体層と、前記半導体層内に形成され、P,Nいずれか他方の導電型式で第2の電極となるソース領域および第3の電極となるドレイン領域と、前記ソース領域とドレイン領域との間に形成されるチャネル領域と、前記チャネル領域上に形成されるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、第4の電極となるゲート電極とを備え、前記素子分離領域で区分された各半導体層毎に、ソース領域およびドレイン領域以外の領域にコンタクト孔を設けることを特徴としてよい。   A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a base insulating film formed on the semiconductor substrate, and formed between the base insulating film and surrounded by an electrically insulating element isolation region. Are divided into semiconductor layers of one of P and N conductivity types serving as the first electrode, and source regions formed in the semiconductor layer and serving as the second electrode of either P or N conductivity type And a drain region to be a third electrode, a channel region formed between the source region and the drain region, a gate insulating film formed on the channel region, and formed on the gate insulating film, A gate electrode serving as a fourth electrode may be provided, and a contact hole may be provided in a region other than the source region and the drain region for each semiconductor layer partitioned by the element isolation region.

上記の構成によれば、半導体基板上に形成した下地絶縁膜上に素子を形成するSOI(Silicon On Insulator),SOS(Silicon On Sapphire )構造の基板を用いることによって、各素子の形成領域を素子分離領域によって、比較的容易に、電気的に分離することができ、こうして各素子相互間の干渉を防止し、各素子毎の個別の動作を可能とした状態で、分離された各素子形成領域毎にMOSFETを形成する。そして、その各MOSFETの半導体層をコンタクト孔を介して外部と電気的に接続して電極として使用可能とし、ゲートへの入力と、この半導体層への入力との2つの入力を可能とする4端子素子を実現する。   According to the above configuration, by using a substrate having an SOI (Silicon On Insulator) or SOS (Silicon On Sapphire) structure in which an element is formed on a base insulating film formed on a semiconductor substrate, the formation region of each element is defined as an element. Each isolation region can be electrically isolated relatively easily by the isolation region, thus preventing interference between the respective elements and enabling individual operations for each element. A MOSFET is formed every time. Then, the semiconductor layer of each MOSFET is electrically connected to the outside through a contact hole so that it can be used as an electrode, and two inputs, that is, an input to the gate and an input to the semiconductor layer are enabled 4 A terminal element is realized.

したがって、1素子で2入力、1出力の回路を実現することができ、MOSFET単体の機能を向上することができる。これによって、たとえば論理回路を構成した場合には、集積回路化にあたって集積度を向上することができ、動作速度の高速化、歩留まりの向上およびコストの削減を図ることができる。   Therefore, a 2-input, 1-output circuit can be realized with one element, and the function of a single MOSFET can be improved. Thus, for example, when a logic circuit is configured, the degree of integration can be improved in the integration of an integrated circuit, and the operation speed can be increased, the yield can be improved, and the cost can be reduced.

また、本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板内に形成されるP,Nいずれか一方の導電型式のディープウェル領域と、前記ディープウェル領域上に形成され、第1の電極となるP,Nいずれか他方の導電型式のシャローウェル領域と、前記シャローウェル領域内に形成され、P,Nいずれか一方の導電型式で第2の電極となるソース領域および第3の電極となるドレイン領域と、前記ソース領域とドレイン領域との間に形成されるチャネル領域と、前記チャネル領域上に形成されるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、第4の電極となるゲート電極とを備え、相互に隣接する素子間が溝型分離領域によって少くともシャローウェル領域が電気的に分離されており、該溝型分離領域で隣接素子間が区分された各シャローウェル領域毎に、ソース領域およびドレイン領域以外の領域にコンタクト孔を設けることを特徴としてよい。   The semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a P-type or N-type deep well region formed in the semiconductor substrate, a first electrode formed on the deep well region. A shallow well region of the other conductivity type of P or N, and a source region and a third electrode formed in the shallow well region and serving as the second electrode of either P or N conductivity type, A drain region, a channel region formed between the source region and the drain region, a gate insulating film formed on the channel region, and a fourth electrode formed on the gate insulating film And at least the shallow well region is electrically isolated by the groove type isolation region between adjacent elements, and the adjacent elements are separated by the groove type isolation region. Each shallow well region may be characterized by providing a contact hole in a region other than the source and drain regions.

上記の構成によれば、バルク基板であっても、各素子形成領域のシャローウェル領域を溝型分離領域で電気的に絶縁することによって、各素子相互間の干渉を防止し、各素子毎の個別の動作を可能とした状態で、分離された各素子形成領域毎にMOSFETを形成する。そして、そのMOSFETのシャローウェル領域をコンタクト孔を介して外部と電気的に接続して電極として使用可能とし、ゲートへの入力と、このシャローウェル領域への入力との2つの入力を可能とする4端子素子を実現する。   According to the above configuration, even in the bulk substrate, the shallow well region of each element formation region is electrically insulated by the groove-type isolation region, thereby preventing interference between the respective elements. A MOSFET is formed for each separated element formation region in a state where individual operations are possible. Then, the shallow well region of the MOSFET is electrically connected to the outside through a contact hole and can be used as an electrode, and two inputs, that is, an input to the gate and an input to the shallow well region are enabled. A four-terminal element is realized.

したがって、1素子で2入力、1出力の回路を実現することができ、MOSFET単体の機能を向上することができる。これによって、たとえば論理回路を構成した場合には、集積回路化にあたって集積度を向上することができ、動作速度の高速化、歩留まりの向上およびコストの削減を図ることができる。また、SOI,SOS基板を用いる場合よりも、低コスト化および第1の電極の抵抗値を低減することができる。   Therefore, a 2-input, 1-output circuit can be realized with one element, and the function of a single MOSFET can be improved. Thus, for example, when a logic circuit is configured, the degree of integration can be improved in the integration of an integrated circuit, and the operation speed can be increased, the yield can be improved, and the cost can be reduced. Further, the cost can be reduced and the resistance value of the first electrode can be reduced as compared with the case where an SOI or SOS substrate is used.

さらにまた、本発明に係る半導体装置は、前記半導体装置において、導電型式が相互に逆極性の素子を一対とし、P型素子のソースを高電位固定とし、N型素子のソースを低電位固定とし、両者のゲートを共通に第1の入力端子とし、両者のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とし、両者のドレインを共通に出力端子とすることを特徴としてよい。   Furthermore, in the semiconductor device according to the present invention, in the semiconductor device, a pair of elements whose conductivity types are opposite to each other is paired, the source of the P-type element is fixed at a high potential, and the source of the N-type element is fixed at a low potential. Both gates may be commonly used as first input terminals, both contact holes may be commonly used as second input terminals, and both drains may be commonly used as output terminals.

上記の構成によれば、P,N一対のMOSFETのうち、PMOSFETのソースを高電位固定とし、NMOSFETのソースを低電位固定とし、両者のドレインを出力としたCMOSインバータの構成において、両者のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とし、通常の入力である両者のゲートを共通に第1の入力端子とする。   According to the above configuration, in the configuration of the CMOS inverter in which the source of the PMOSFET is fixed at a high potential, the source of the NMOSFET is fixed at a low potential, and the drains of both are output, of the pair of P and N MOSFETs, The hole is commonly used as the second input terminal, and the two gates that are normal inputs are commonly used as the first input terminal.

したがって、2つの入力の電位またはチャネル領域の不純物濃度等を適宜調整することによって、NANDまたはNOR回路を実現することができる。これによって、従来では4つのMOSFETを要したこれらの回路を、2つのMOSFETで実現することができる。   Accordingly, a NAND or NOR circuit can be realized by appropriately adjusting the potentials of the two inputs or the impurity concentration of the channel region. Thus, these circuits that conventionally required four MOSFETs can be realized by two MOSFETs.

さらにまた、本発明に係る半導体装置は、前記半導体装置において、導電型式が相互に逆極性の素子を一対とし、P型素子のソースを高電位固定とし、N型素子のソースを低電位固定とし、P型素子のゲートおよびN型素子のコンタクト孔を共通に第1の入力端子とし、N型素子のゲートおよびP型素子のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とし、両者のドレインを共通に出力端子とすることを特徴としてよい。   Furthermore, in the semiconductor device according to the present invention, in the semiconductor device, a pair of elements whose conductivity types are opposite to each other is paired, the source of the P-type element is fixed at a high potential, and the source of the N-type element is fixed at a low potential. The gate of the P-type element and the contact hole of the N-type element are commonly used as the first input terminal, the gate of the N-type element and the contact hole of the P-type element are commonly used as the second input terminal, and the drains of both are common. The output terminal may be a feature.

上記の構成によっても、P,N一対のMOSFETのうち、PMOSFETのソースを高電位固定とし、NMOSFETのソースを低電位固定とし、両者のドレインを出力としたCMOSインバータの構成において、PMOSFETおよびNMOSFETのゲートをそれぞれ第1および第2の入力端子とし、NMOSFETおよびPMOSFETのコンタクト孔もそれぞれ前記第1および第2の入力端子とする。   In the configuration of the CMOS inverter in which the source of the PMOSFET is fixed at a high potential, the source of the NMOSFET is fixed at a low potential, and the drains of both are output, of the pair of P and N MOSFETs, the PMOSFET and the NMOSFET The gates are the first and second input terminals, respectively, and the contact holes of the NMOSFET and PMOSFET are also the first and second input terminals, respectively.

したがって、2つの入力の電位またはチャネル領域の不純物濃度等を適宜調整することによって、NANDまたはNOR回路を実現することができる。これによって、従来では4つのMOSFETを要したこれらの回路を、2つのMOSFETで実現することができる。   Accordingly, a NAND or NOR circuit can be realized by appropriately adjusting the potentials of the two inputs or the impurity concentration of the channel region. Thus, these circuits that conventionally required four MOSFETs can be realized by two MOSFETs.

さらにまた、本発明に係る半導体装置は、前記半導体装置において、導電型式が相互に逆極性の素子を一対とし、N型素子のドレインを高電位固定とし、P型素子のドレインを低電位固定とし、両者のゲートを共通に第1の入力端子とし、両者のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とし、両者のソースを共通に出力端子とすることを特徴としてよい。   Furthermore, in the semiconductor device according to the present invention, in the semiconductor device, a pair of elements whose conductivity types are opposite to each other is paired, the drain of the N-type element is fixed at a high potential, and the drain of the P-type element is fixed at a low potential. Both gates may be commonly used as first input terminals, both contact holes may be commonly used as second input terminals, and both sources may be commonly used as output terminals.

上記の構成によれば、2つの入力の電位またはチャネル領域の不純物濃度等を適宜調整することによって、ANDまたはOR回路を実現することができる。これによって、従来では6つのMOSFETを要したこれらの回路を、2つのMOSFETで実現することができる。   According to the above configuration, an AND or OR circuit can be realized by appropriately adjusting the potentials of the two inputs or the impurity concentration of the channel region. Thus, these circuits that conventionally required six MOSFETs can be realized by two MOSFETs.

また、本発明に係る半導体装置は、前記半導体装置において、導電型式が相互に逆極性の素子を一対とし、N型素子のドレインを高電位固定とし、P型素子のドレインを低電位固定とし、N型素子のゲートおよびP型素子のコンタクト孔を共通に第1の入力端子とし、P型素子のゲートおよびN型素子のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とし、両者のドレインを共通に出力端子とすることを特徴としている。   In the semiconductor device according to the present invention, in the semiconductor device, a pair of elements whose conductivity types are opposite to each other is paired, the drain of the N-type element is fixed to a high potential, and the drain of the P-type element is fixed to a low potential. The gate of the N-type element and the contact hole of the P-type element are commonly used as the first input terminal, the gate of the P-type element and the contact hole of the N-type element are commonly used as the second input terminal, and the drains of both are shared. It is characterized by being an output terminal.

上記の構成によっても、2つの入力の電位またはチャネル領域の不純物濃度等を適宜調整することによって、ANDまたはOR回路を実現することができる。これによって、従来では6つのMOSFETを要したこれらの回路を、2つのMOSFETで実現することができる。   Also with the above configuration, an AND or OR circuit can be realized by appropriately adjusting the potential of two inputs or the impurity concentration of the channel region. Thus, these circuits that conventionally required six MOSFETs can be realized by two MOSFETs.

さらにまた、本発明に係る半導体装置の駆動方法は、上記いずれかに記載の半導体装置において、ゲートおよびコンタクト孔をそれぞれ入力端子とし、相互に同期した個別の入力信号を入力することを特徴としてよい。   Furthermore, the method for driving a semiconductor device according to the present invention may be characterized in that, in any of the semiconductor devices described above, the gate and the contact hole are input terminals, and individual input signals synchronized with each other are input. .

上記の構成によれば、クロックなどによって同期した相互に同期の取れた2つの入力信号に対して、上記各素子が1つの出力信号を出力する。   According to the above configuration, each element outputs one output signal for two input signals synchronized with each other by a clock or the like.

したがって、単純な1入力1出力のON/OFF動作ではなく、2入力1出力の論理回路の動作を実現することができ、少ない素子数で論理回路を構成することができる。   Therefore, not a simple 1-input 1-output ON / OFF operation, but a 2-input 1-output logic circuit operation can be realized, and a logic circuit can be configured with a small number of elements.

1,11,31 半導体素子
2 ウェル
3 ソース領域
4 ドレイン領域
5 チャネル領域
6 ゲート絶縁膜
7 ゲート電極
12,32 半導体基板
13 下地絶縁膜
14 半導体層
15,38 フィールド酸化膜
16,37 層間絶縁膜
17,18,19,20;41,42,43,44 コンタクト孔
21,22,23,34;45,46,47,48 上部メタル配線
33 ディープウェル領域
34 シャローウェル領域
35 高濃度埋込領域
36 溝型素子分離領域
LOG1,LOG2,LOG3,LOG4 論理回路
QP PMOSFET
QN NMOSFET
TD;TDP,TDN ドレイン端子
TG;TGP,TGN ゲート端子
TS;TSP,TSN ソース端子
TW;TWP,TWN 基板端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11,31 Semiconductor element 2 Well 3 Source region 4 Drain region 5 Channel region 6 Gate insulating film 7 Gate electrode 12, 32 Semiconductor substrate 13 Underlying insulating film 14 Semiconductor layer 15, 38 Field oxide film 16, 37 Interlayer insulating film 17 , 18, 19, 20; 41, 42, 43, 44 Contact holes 21, 22, 23, 34; 45, 46, 47, 48 Upper metal wiring 33 Deep well region 34 Shallow well region 35 High concentration buried region 36 Groove Type element isolation region LOG1, LOG2, LOG3, LOG4 logic circuit QP PMOSFET
QN NMOSFET
TD; TDP, TDN Drain terminal TG; TGP, TGN Gate terminal TS; TSP, TSN Source terminal TW; TWP, TWN Substrate terminal

Claims (6)

半導体基板と、
前記半導体基板内に形成されるP,Nいずれか一方の導電型式のディープウェル領域と、
前記ディープウェル領域上に形成され、第1の電極となるP,Nいずれか他方の導電型式のシャローウェル領域と、
前記シャローウェル領域内に形成され、P,Nいずれか一方の導電型式で第2の電極となるソース領域および第3の電極となるドレイン領域と、
前記ソース領域とドレイン領域との間に形成されるチャネル領域と、
前記チャネル領域上に形成されるゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、第4の電極となるゲート電極とを備え、
相互に隣接する素子間が溝型分離領域によって少くともシャローウェル領域が電気的に分離されており、該溝型分離領域で隣接素子間が区分された各シャローウェル領域毎に、ソース領域およびドレイン領域以外の領域にコンタクト孔を設けることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A deep well region of either P or N conductivity type formed in the semiconductor substrate;
A shallow well region of the other conductivity type formed on the deep well region and serving as the first electrode, either P or N;
A source region formed as a second electrode and a drain region formed as a third electrode in one of the conductivity types of P and N, formed in the shallow well region;
A channel region formed between the source region and the drain region;
A gate insulating film formed on the channel region;
A gate electrode formed on the gate insulating film and serving as a fourth electrode;
At least a shallow well region is electrically isolated between adjacent elements by a groove type isolation region, and a source region and a drain are provided for each shallow well region in which adjacent elements are separated by the groove type isolation region. A semiconductor device, wherein a contact hole is provided in a region other than the region.
前記請求項1記載の半導体装置において、導電型式が相互に逆極性の素子を一対とし、P型素子のソースを高電位固定とし、N型素子のソースを低電位固定とし、両者のゲートを共通に第1の入力端子とし、両者のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とし、両者のドレインを共通に出力端子とすることを特徴とする半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a pair of elements having opposite conductivity types is paired, a source of a P-type element is fixed at a high potential, a source of an N-type element is fixed at a low potential, and both gates are shared. The semiconductor device is characterized in that the first input terminal, the contact hole of both are used as the second input terminal, and the drain of both are used as the output terminal in common. 前記請求項1記載の半導体装置において、導電型式が相互に逆極性の素子を一対とし、P型素子のソースを高電位固定とし、N型素子のソースを低電位固定とし、P型素子のゲートおよびN型素子のコンタクト孔を共通に第1の入力端子とし、N型素子のゲートおよびP型素子のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とし、両者のドレインを共通に出力端子とすることを特徴とする半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a pair of elements having conductivity types opposite to each other is paired, a source of the P-type element is fixed at a high potential, a source of the N-type element is fixed at a low potential, and a gate of the P-type element is fixed. And the contact hole of the N-type element are commonly used as the first input terminal, the contact hole of the N-type element and the contact hole of the P-type element are commonly used as the second input terminal, and the drains of both are commonly used as the output terminal. A semiconductor device characterized by the above. 前記請求項1記載の半導体装置において、導電型式が相互に逆極性の素子を一対とし、N型素子のドレインを高電位固定とし、P型素子のドレインを低電位固定とし、両者のゲートを共通に第1の入力端子とし、両者のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とし、両者のソースを共通に出力端子とすることを特徴とする半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a pair of elements whose conductivity types are opposite to each other is paired, a drain of the N-type element is fixed at a high potential, a drain of the P-type element is fixed at a low potential, and both gates are shared. A semiconductor device comprising: a first input terminal; a contact hole of both the terminals as a second input terminal; and a source of both terminals as an output terminal. 前記請求項1記載の半導体装置において、導電型式が相互に逆極性の素子を一対とし、N型素子のドレインを高電位固定とし、P型素子のドレインを低電位固定とし、N型素子のゲートおよびP型素子のコンタクト孔を共通に第1の入力端子とし、P型素子のゲートおよびN型素子のコンタクト孔を共通に第2の入力端子とし、両者のドレインを共通に出力端子とすることを特徴とする半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a pair of elements whose conductivity types are opposite to each other is paired, the drain of the N-type element is fixed at a high potential, the drain of the P-type element is fixed at a low potential, and the gate of the N-type element The P-type element contact hole is commonly used as the first input terminal, the P-type element gate and N-type element contact hole are commonly used as the second input terminal, and both drains are commonly used as the output terminal. A semiconductor device characterized by the above. 請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置において、ゲートおよびコンタクト孔をそれぞれ入力端子とし、相互に同期した個別の入力信号を入力することを特徴とする半導体装置の駆動方法。   6. The semiconductor device driving method according to claim 1, wherein the gate and the contact hole are input terminals, and individual input signals synchronized with each other are input.
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