JP4311561B2 - Semiconductor integrated circuit device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、半導体集積回路装置及び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 semiconductor integrated circuit device and a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a static random access memory (SRAM), an on-chip memory mounted in 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SRAM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GIDL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. In particular, the SRAM needs to hold data for one week or longer with a button battery. When the process becomes worst and the oxide film becomes thin, the gate tunnel leakage current increases and it becomes impossible to hold data for one week or longer. There's a problem. Similarly, an increase in GIDL current, which is a leakage current flowing from the drain to the substrate, 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MOS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, since the power is cut off by the MOS, the data stored in the SRAM cell, the register file, the latch circuit, etc. is destroyed. there were. 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 at least one logic circuit including a first current path having at least one N-channel MOS transistor and a second current path having at least one P-channel MOS transistor, One terminal of both current paths of the logic circuit is connected to each other, and 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 includes the at least one logic circuit. A semiconductor integrated circuit device characterized in that when a logic circuit is selected to operate, the source line is kept at a ground potential, and at the time of standby not so selected, the source line is kept at a voltage higher than the ground potential.

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 the gate voltage dependence of the drain-source current Ids of an N-channel MOS transistor having a relatively high threshold voltage of about 0.7 V and a subthreshold current smaller than the GIDL current. Ids is displayed on a log scale. The case where the drain voltage is set to the power supply potential (1.5 V) and the case where the drain voltage is set lower than the power supply potential according to the present invention (1.0 V) are shown. 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 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. In either case, an N-channel MOS transistor using arsenic is used.

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 It is formed on a semiconductor substrate such as single crystal silicon by using a semiconductor integrated circuit manufacturing technique in which a current is 10 −12 A / μm 2 or more at a power supply voltage of 1.5 V.

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 a P-channel MOS transistor MP102 and an N-channel MOS transistor MN102. The input signal I0 is connected to the gate electrode of the P-channel MOS transistor MP102, the connection node N0 is connected to the drain electrode, and the power supply potential VDD is connected to the 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. N-channel MOS transistor MN102 has a gate electrode connected to input signal I0, a drain electrode connected to connection node N0, and a source electrode connected to ground source electrode line VSSM. 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N1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 a P-channel MOS transistor MP103 and an N-channel MOS transistor MN103. 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. N-channel MOS transistor MN103 has a gate electrode connected to connection node N0, a drain electrode connected to connection node N1, and a source electrode connected to ground source electrode line VSSM. 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O0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 a P-channel MOS transistor MP104 and an N-channel MOS transistor MN104. 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. N-channel MOS transistor MN104 has a gate electrode connected to connection node N1, a drain electrode connected to output node O0, and a source electrode connected to ground source electrode line VSSM. 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N2と記憶ノードN3に情報が記憶される。   The latch circuit LATCH is a flip-flop (consisting of P-channel MOS transistors (MP105, MP06) and N-channel transistors (MN105, MN106)) configured by connecting the input and output of a CMOS inverter to each other. Information is stored in storage node N2 and storage node N3.

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 MP106 has a gate electrode connected to storage node N2, a drain electrode connected to storage node N3, and a source electrode connected to ground source electrode line VSSM. The substrate electrode of the N-channel MOS transistor MN106 is connected to the ground source electrode line VSSM or the ground potential VSS.

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 0.5 V. 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(MP103、MP106)およびNチャネル型MOSトランジスタ(MN102、MN104、MN105)がオン、Pチャネル型MOSトランジスタ(MP102、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。   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, and the potentials of N0 and N2 are 0V. At this time, the P-channel MOS transistors (MP103, MP106) and the N-channel MOS transistors (MN102, MN104, MN105) are turned on, and the P-channel MOS transistors (MP102, MP104, MP105) and the N-channel MOS transistors (MN103, MN106) ) 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1.5V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, 1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MP104, 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, 1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP106, 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, 1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MN105, 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、VSSM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MOSトランジスタ(MP103、MP106)およびNチャネル型MOSトランジスタ(MN102、MN104、MN105)がオン、Pチャネル型MOSトランジスタ(MP102、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 VSSM is at 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, the P-channel MOS transistors (MP103, MP106) and the N-channel MOS transistors (MN102, MN104, MN105) are turned on, and the P-channel MOS transistors (MP102, MP104, MP105) and the N-channel MOS transistors (MN103, MN106) ) 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 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, 1.0V is applied between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MN104, and the gate tunnel leakage current is reduced by an order of magnitude compared to the case where a potential difference of 1.5V is applied.

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, 1.0 V is applied between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP106, and the gate tunnel leakage current is reduced by about an order of magnitude compared to the case where a potential difference of 1.5 V is applied.

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, 1.0 V is applied between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MN105, and the gate tunnel leakage current is reduced by about an order of magnitude compared to the case where a potential difference of 1.5 V is applied.

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MOS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VDD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 a P-channel MOS transistor MP112 and an N-channel 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, and the power source electrode line VDDM is connected to the source electrode. The substrate electrode of the P-channel MOS transistor MP112 is connected to the power source electrode line VDDM or the power potential VDD. 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MOS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 a P-channel MOS transistor MP113 and an N-channel MOS transistor MN113. 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. The substrate electrode of the P-channel MOS 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MOS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VDD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 a P-channel MOS transistor MP114 and an N-channel MOS transistor MN114. The connection node N5 is connected to the gate electrode of the P-channel MOS transistor MP114, the output signal O1 is connected to the drain electrode, and the power source electrode line VDDM is connected to the source electrode. The substrate electrode of the P-channel MOS transistor MP114 is connected to the power source electrode line VDDM or the power potential VDD. 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 (consisting of P-channel MOS transistors (MP115, MP116) and N-channel transistors (MN115, MN116)) configured by connecting the input and output of the CMOS inverter to each other. Information is stored in storage node N6 and storage node N7.

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 1.5 V, the ground potential VSS is 0 V, and the potential VDDD lower than the power supply potential is 1.0 V. 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(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、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. The potentials of N4 and N7 are 1.5V, 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 the N-channel MOS transistors (MN112, MP114, MN116). ) 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1.5V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, 1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP114, 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, 1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP116, 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, 1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MN115, 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、VDDM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、MN116)がオフしている。   On the other hand, at the time of standby, the P-channel MOS transistor MP101 is turned on, and VDDM 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 the N-channel MOS transistors (MN112, MN114, MN116). ) 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 to the case where 1.0 V is applied between the gate and source electrodes of the N-channel type MOS transistor MN113 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, 1.0 V is applied between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP114, and the gate tunnel leakage current is reduced by about an order of magnitude compared to the case where a potential difference of 1.5 V is applied.

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, 1.0V is applied between the gate and source electrodes of the P-channel MOS transistor MP116, and the gate tunnel leakage current is reduced by about an order of magnitude compared to the case where a potential difference of 1.5V is applied.

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, 1.0 V is applied between the gate and source electrodes of the N-channel MOS transistor MN115, and the gate tunnel leakage current is reduced by about an order of magnitude compared to the case where a potential difference of 1.5 V is applied.

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 composed of flip-flops (load type P-channel type MOS transistors (MP00, MP01), driving type N-channel type transistors (MN00, MN01)) configured by connecting the input and output of a pair of CMOS inverters to each other. And transfer type N-channel MOS transistors (MN02, MN03) that selectively connect the storage node NL0 and the storage node NR0 of the flip-flop to the data lines (DT0, DB0). A sub word line SWL0 is connected to the gate electrodes of the N channel type MOS transistors (MN02, MN03).

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 composed of flip-flops (P-channel MOS transistors (MP10, MP11) and N-channel transistors (MN10, MN11)) configured by connecting the input and output of a pair of CMOS inverters to each other. ) And N-channel MOS transistors (MN12, MN13) for selectively connecting the storage node NL1 and the storage node NR1 of the flip-flop to data lines (DT1, DB1). 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、MP22、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), a read data drive circuit (104), a write amplifier circuit (105), an equalize / precharge circuit (99, 100), and a Y switch circuit (101, 102). It is. The 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 composed of an N-channel MOS transistor MN22 that activates the sense amplifier. Type sense amplifier circuit and switch circuit (MP22, MP23). An activation signal SA is connected to the gate electrodes of the MOS transistors (MN22, MP22, MP23).

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、DB0)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) are signals for selecting whether the sense amplifier circuit 103 is connected to the data lines (DT0, DB0) or the data lines (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 includes 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、CINV3)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, CINV3). 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 equalizing / precharging 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 equalizing / precharging 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 equalizing / precharging circuit 100 includes a P-channel MOS transistor MP12 connecting the power supply potential VDD and the data line DT1, a P-channel MOS transistor MP13 connecting the power supply potential VDD and the data line DB1, and a P connecting the data line DT1 and the 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109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。   In each column, switch circuits (109, 110) for supplying a voltage lower than the power supply voltage, for example, 1.0 V, to the data lines (DT, DB) during standby are arranged. The switch circuit 109 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. A control signal CVDDD is connected to the gate electrodes of the P channel type MOS transistors (MP07, 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DB1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MOS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 includes a P-channel MOS transistor MP17 that connects the voltage VDDD lower than the power supply voltage and the data line DT1, and a P-channel MOS transistor MP18 that connects the voltage VDDD lower than the power supply voltage and the data line DB1. A control signal CVDDD is connected to the gate electrodes of the P-channel MOS 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MN7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. The N-channel MOS transistor MN7 is a transistor that 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ACVSSM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. The control signal ACVSSM 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 is pre-decoded by the pre-decoder 115 with the input address and control signal 116, and is generated by the word decoder and 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ATDを使ってナンド回路NAND0によって生成される。   The control signal EQ is generated by the NAND circuit NAND0 using the chip selection signal CS, the mat selection signal MAT, and the reset pulse ATD.

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 signals (YSWB, YSW) are generated by the inverter circuit INV2 using the Y address AY.

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 is generated by the AND circuit AND2 and the inverter circuits (INV3, INV4) using the chip selection signal CS, the mat selection signal MAT, the write selection signals WE and 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MOSFET(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MAT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, a high-threshold MOSFET (including both P-channel and N-channel types) is used for the control circuit 117 that selects the word line, and is driven to read / write data from / to the memory cell. As the control circuit 118 for outputting a signal for activating the circuit, two types of MOSFETs (including both P-channel type and N-channel type) having a high threshold value and a low threshold value 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 that controls a circuit to be driven for writing is configured, thereby improving the accuracy of the timing of the mat selection signal MAT from which the word line is selected and reading / writing from / to the memory cell. Timing of the mat selection signal FMAT from which the circuit to be driven is selected It can be output reliably earlier than the mat selection signal MAT.

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VSSM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(DT、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VDD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 VSSM is supplied with a voltage VSSS higher than the ground potential, for example 0.5V. Further, a voltage VDDD lower than the power supply voltage VDD, for example, 1.0 V is supplied to the data lines (DT, DB). At this time, the storage node NL0 of the memory cell CELL0 is 0.5V, and NR0 is the power supply potential VDD, for example, 1.5V. A voltage of 1.0 V lower than the 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 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. Also, the P-channel MOS transistors (MP07, MP08, MP17, MP18) that have supplied the voltage VDDD to the data lines (DT, DB) 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VDD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, storage node NL0 of memory cell CELL0 is at 0V, and NR0 is at power supply potential VDD, 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. In addition, a power supply voltage of 1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the transfer N-channel MOS transistors (MN02, MN03) in the off state, 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. Also, the P-channel MOS transistors (MP07, MP08, MP17, MP18) that have supplied the voltage VDDD to the data lines (DT, DB) 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VDD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, storage node NL0 of memory cell CELL0 is at 0V, and NR0 is at power supply potential VDD, 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. In addition, a power supply voltage of 1.5 V is applied between the gate and source electrodes of the transfer N-channel MOS transistors (MN02, MN03) in the off state, 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111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. Data lines (DT, DB) receive a signal of the data bus 111, and data is written to 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1.0V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 0 V when the potential VCC is 1.0 V or less, and the potential on the high potential side supplied to the memory cell when the potential VCC supplied from the external power supply pad is 1.0 V or more. Based on VDD, the voltage is controlled to be 1.0 V lower than that. 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MOSトランジスタを用いる。   In this embodiment, in order to reduce the GIDL current, an N-channel MOS transistor using arsenic in the contact region and phosphorus in the extension region is provided in the semiconductor device in the semiconductor device. 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. In either case, an N-channel MOS transistor using arsenic is 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 the same in (a) and (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Qmn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(105)、イコライズ・プリチャージ回路(99、100)とYスイッチ回路(101、102)、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 Qmn and a P channel type MOS transistor Qmp constituting the memory cell part MC, 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. The description is divided into an N-channel MOS transistor Qhn and a P-channel MOS transistor Qhp that constitute part HV. 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. N channel type MOS transistor Qpn and P channel type MOS transistor Qpp constituting peripheral circuit portion PERI are used for P and N channel type MOS transistors other than the memory cell portion of FIG. That is, the sense amplifier circuit (103), the read data drive circuit (104), the write amplifier circuit (105), the equalize / precharge circuit (99, 100) and the Y switch circuit (101, 102), the word decoder and the word driver ( 114), a predecoder (115), and a MOS transistor used for the 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, an input buffer (INBUF), a step-down circuit (PWR), and an input / output circuit in FIG. Used for N and P channel type MOS transistors constituting 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. 17A, a semiconductor substrate 200 made of, for example, p − type 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. Remove. Thereby, an element isolation region (trench isolation) 201 is formed. The element isolation region is not limited to the trench type isolation region, and may be formed of a field insulating film formed by, for example, a LOCOS (Local Oxidization of Silicon) method. 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MOS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, an impurity for controlling the threshold value of the MOSFET in each well region (impurity (P) indicating n-type conductivity in an N-channel MOS transistor, p-type conductivity in a P-channel MOS transistor). Impurities (BF2) are 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8.0nm、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, the thickness of the thick gate oxide film is set to 8.0 nm because it corresponds to 3.3 V by external input / output, and the thin gate oxide film is set to 3.0 nm where the gate leakage current during standby is a problem. 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 this case, other regions (P channel type MOS transistor region, memory cell portion / high breakdown voltage region) are masked with a 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、257、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 to be formed, and semiconductor regions 253, 254, 257, 258 having the same conductivity type as the well and having a higher concentration than the well region are formed to suppress punch-through. 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 resist. The n-channel type MOS transistor of the high withstand voltage portion implants n-type semiconductor regions 259 and 260 by injecting n-type impurities such as arsenic and phosphorus and p-type impurities (boron) so as to relax the vertical electric field at the edge. , 261, 262 and p-type semiconductor regions 263, 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. 18B and 18C, the ion implantation is performed in the order of the memory cell portion, the peripheral circuit portion, and the high breakdown voltage portion in the N-channel MOS transistor, but the order is not limited. Depending on the amount of impurities in the ion implantation of the high withstand voltage part, it is possible not to cover the memory cell part and the peripheral circuit part with a mask and to prepare a mask for the high withstand voltage part. If there is a difference in amount, 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230、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270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 a silicon oxide film is deposited on the semiconductor substrate 200 by, for example, a CVD method, the silicon oxide film is anisotropically etched to thereby obtain gate electrodes 230, 231, 232, 233. Side wall spacers (gate side wall films) 265 are formed on the side walls 234 and 235, respectively. Next, as shown in FIG. 19B, p-type impurities (boron) are ion-implanted into the well n-wells 210 and 212 using the photoresist film 270 as a mask, and the gate electrodes 231, 232 and 235 on the n-well are formed. A p-type semiconductor region 271 is formed on both sides. 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265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MOSトランジスタを先に形成してもよい。   Similarly, an n-type impurity (As) is ion-implanted into the p-wells 211 and 213 using the photoresist film as a mask to form an n-type semiconductor region 280 that will 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 transistor having an LDD (Lightly Doped Drain) structure in which a low-concentration impurity semiconductor region is formed before the sidewall spacer 265 is formed and a high-concentration impurity semiconductor region is formed after the sidewall spacer 265 is formed. (FIG. 19C). In this embodiment, the source / drain regions of the N-channel MOS transistor are formed first, but the P-channel MOS 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 surface is planarized by polishing the silicon oxide film by, for example, a CMP method. A first interlayer insulating film 300 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CVD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302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 can be formed by, for example, a CVD 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 302 that fills the connection hole 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330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. A photoresist film having an opening is formed on the second 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. Thereby, a connection hole is formed in a predetermined region of the second interlayer insulating film 330. 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341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 341 that fills the connection hole 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 tungsten diffusion preventing function. 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 this 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 4 nm or less, or the tunnel leakage current is 1.5 V and the semiconductor integrated circuit manufacturing technique is 10 −12 A / μm 2 or more, such as single crystal silicon. Formed on a semiconductor substrate.

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CPU132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MOS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MOS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 the potential VSSS higher than the ground potential via the N-channel MOS transistor MN200, and is connected to the ground potential VSS via the N-channel MOS transistor MN201. A control signal STBY0 is connected to the gate electrode of the N-channel MOS transistor MN200. A control signal ACTV0 is connected to the gate electrode of the N-channel 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MN202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 the potential VSSS higher than the ground potential via the N channel type MOS transistor MN202, and is connected to the ground potential VSS via the N channel type 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MN204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 the potential VSSS higher than the ground potential via the N-channel MOS transistor MN204, and is 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 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 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 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 becomes “L” and ACTV1 becomes “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 4 nm or less, or the tunnel leakage current is 1.5 V and the semiconductor integrated circuit manufacturing technique is 10 −12 A / μm 2 or more, such as single crystal silicon. Formed on a semiconductor substrate.

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CPU137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MOS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MOS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 supply potential via the P channel type MOS transistor MP200, and is connected to the power source potential VDD via the P channel type MOS transistor MP201. A control signal STBYB0 is connected to the gate electrode of the P-channel MOS 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MP202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 potential VDDD lower than the power supply potential via the P channel type MOS transistor MP202, and is connected to the power source potential VDD via the P channel type 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MP204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 potential VDDD lower than the power supply potential via the P channel type MOS transistor MP204, and is connected to the power source potential VDD via the P channel type 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136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 136 enters a standby state, and the potential of 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. 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136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、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、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 136 is in 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 the potential of 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. 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 enters a standby state, and 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 is “H” and ACTVB2 is “L”, the IP circuit 138 is in 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.

〈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SRAM146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VDD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 power supply potential VDD is applied to the SRAM 146 and the microprocessor 147. During standby, the standby signal STBY becomes “H”, and a potential lower than the power supply potential VDD is applied to the SRAM 146 and the microprocessor 147. 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. FIG. 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 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. 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... Sidewall 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 (11)

論理回路と、
ラッチ回路と、
前記論理回路及び前記ラッチ回路に動作電圧を供給する第1配線及び第2配線とを有し、
前記論理回路及び前記ラッチ回路の各々は、ソースが第1配線に接続されるPチャネル型の第1MOSトランジスタと、ソースが第2配線に接続され、ドレインが前記第1MOSトランジスタのドレインに接続され、ゲートが前記第1MOSトランジスタのゲートに接続されるNチャネル型の第2MOSトランジスタとを含み、
前記論理回路が動作しない待機状態において前記第1配線と前記第2配線との間に印加される電圧は、前記ラッチ回路の保持データが破壊しないことを条件として、前記論理回路が動作する動作状態において前記第1配線と前記第2配線との間に印加される電圧よりも小さくされる半導体集積回路装置。
Logic circuit;
A latch circuit;
A first wiring and a second wiring for supplying an operating voltage to the logic circuit and the latch circuit;
Each of the logic circuit and the latch circuit includes a P-channel first MOS transistor whose source is connected to the first wiring, a source connected to the second wiring, and a drain connected to the drain of the first MOS transistor. An N-channel type second MOS transistor having a gate connected to the gate of the first MOS transistor,
In the standby state in which the logic circuit does not operate, the voltage applied between the first wiring and the second wiring is an operation state in which the logic circuit operates on condition that the data held in the latch circuit is not destroyed. the semiconductor integrated circuit device which is smaller than the voltage applied between the first wiring and the second wiring at.
請求項1において、
第3配線と、
前記第2配線と前記第3配線との間にソース・ドレイン経路を有するNチャネル型の第3MOSトランジスタとを有し、
前記動作状態において、前記第1配線に第1電位が供給され、前記第2配線にオン状態の前記第3MOSトランジスタを介して前記第3配線から前記第2配線に第2電位が供給され、
前記待機状態において、前記第1配線に前記第1電位が供給され、前記第3MOSトランジスタがオフ状態とされて、前記第2配線に前記第2電位よりも高い第3電位が供給される半導体集積回路装置。
In claim 1,
A third wiring;
An N-channel third MOS transistor having a source / drain path between the second wiring and the third wiring;
In the operating state, a first potential is supplied to the first wiring, and a second potential is supplied from the third wiring to the second wiring through the third MOS transistor in an on state to the second wiring.
In the standby state, the first potential is supplied to the first wiring, the third MOS transistor is turned off, and a third potential higher than the second potential is supplied to the second wiring. Circuit device.
請求項1において、
第4配線と、
前記第1配線と前記第4配線との間にソース・ドレイン経路を有するPチャネル型の第4MOSトランジスタとを有し、
前記動作状態において、前記第1配線にオン状態の前記第4MOSトランジスタを介して前記第4配線から前記第1配線に第1電位が供給され、前記第2配線に第2電位が供給され、
前記待機状態において、前記第4MOSトランジスタがオフ状態とされて、前記第1配線に前記第1電位よりも低い第4電位が供給され、前記第2配線に前記第2電位が供給される半導体集積回路装置。
In claim 1,
A fourth wiring;
A P-channel fourth MOS transistor having a source / drain path between the first wiring and the fourth wiring;
In the operating state, a first potential is supplied from the fourth wiring to the first wiring through the fourth MOS transistor that is on to the first wiring, and a second potential is supplied to the second wiring.
In the standby state, the fourth MOS transistor is turned off, a fourth potential lower than the first potential is supplied to the first wiring, and the second potential is supplied to the second wiring. Circuit device.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
オン状態とされる前記第1MOSトランジスタに対して、前記待機状態においてゲート−ソース間に印加される電位差は、前記動作状態においてゲート−ソース間に印加される電位差よりも小さい半導体集積回路装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
A semiconductor integrated circuit device in which a potential difference applied between a gate and a source in the standby state is smaller than a potential difference applied between a gate and a source in the operating state with respect to the first MOS transistor which is turned on.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
オン状態とされる前記第2MOSトランジスタに対して、前記待機状態においてゲート−ソース間に印加される電位差は、前記動作状態においてゲート−ソース間に印加される電位差よりも小さい半導体集積回路装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
A semiconductor integrated circuit device in which a potential difference applied between a gate and a source in the standby state is smaller than a potential difference applied between a gate and a source in the operating state with respect to the second MOS transistor which is turned on.
請求項1乃至5のいずれかにおいて、
前記ラッチ回路は、対となる一方のインバータの入力が他方のインバータの出力に接続され、他方のインバータの入力が一方のインバータの出力に接続されている半導体集積回路装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The latch circuit is a semiconductor integrated circuit device in which an input of one inverter in a pair is connected to an output of the other inverter, and an input of the other inverter is connected to an output of the one inverter.
請求項2において、
前記第1MOSトランジスタの基板電極は前記第1配線に接続され、
前記第2MOSトランジスタの基板電極は前記第2配線または前記第3配線に接続される半導体集積回路装置。
In claim 2,
A substrate electrode of the first MOS transistor is connected to the first wiring;
A semiconductor integrated circuit device in which a substrate electrode of the second MOS transistor is connected to the second wiring or the third wiring.
請求項3において、
前記第1MOSトランジスタの基板電極は前記第1配線または前記第4配線に接続され、
前記第2MOSトランジスタの基板電極は前記第2配線に接続される半導体集積回路装置。
In claim 3,
A substrate electrode of the first MOS transistor is connected to the first wiring or the fourth wiring;
A semiconductor integrated circuit device in which a substrate electrode of the second MOS transistor is connected to the second wiring.
請求項1乃至8のいずれかにおいて、
前記第1MOSトランジスタまたは前記第2MOSトランジスタのゲート絶縁膜の厚さは、4nm以下である半導体集積回路装置。
In any one of Claims 1 thru | or 8.
A semiconductor integrated circuit device, wherein a thickness of a gate insulating film of the first MOS transistor or the second MOS transistor is 4 nm or less.
請求項1乃至9のいずれかにおいて、
前記動作状態における前記第1MOSトランジスタまたは前記第2MOSトランジスタのゲートトンネルリーク電流が10-12A/μm2以上である半導体集積回路装置。
In any one of Claims 1 thru | or 9,
A semiconductor integrated circuit device, wherein a gate tunnel leakage current of the first MOS transistor or the second MOS transistor in the operating state is 10 −12 A / μm 2 or more.
請求項1乃至10のいずれかにおいて、
前記待機状態において、前記第1MOSトランジスタまたは前記第2MOSトランジスタのGIDLが低減される半導体集積回路装置。
In any one of Claims 1 thru | or 10.
A semiconductor integrated circuit device in which GIDL of the first MOS transistor or the second MOS transistor is reduced in the standby state.
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