JPH0147015B2 - - Google Patents

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JPH0147015B2
JPH0147015B2 JP54150251A JP15025179A JPH0147015B2 JP H0147015 B2 JPH0147015 B2 JP H0147015B2 JP 54150251 A JP54150251 A JP 54150251A JP 15025179 A JP15025179 A JP 15025179A JP H0147015 B2 JPH0147015 B2 JP H0147015B2
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JP
Japan
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gate
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JPS5673460A (en
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Junichi Nishizawa
Tadahiro Oomi
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Publication of JPH0147015B2 publication Critical patent/JPH0147015B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D89/00Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
    • H10D89/211Design considerations for internal polarisation
    • H10D89/213Design considerations for internal polarisation in field-effect devices
    • H10D89/217Design considerations for internal polarisation in field-effect devices comprising arrangements for charge injection in static induction transistor logic [SITL] devices

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高密度、高速、低電力動作する静電
誘導トランジスタ集積回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a static induction transistor integrated circuit that operates at high density, high speed, and low power.

短チヤンネルかつ低不純物密度に構成された静
電誘導トランジスタ(以下SITと称す)をノーマ
リオフ型に設計して集積回路に応用した例は、す
でに特許第1181984号(特公昭58−11102)半導体
集積回路において、提案、記述されており、高密
度、低電力動作できることが明らかにされてい
る。ノーマリオフ型SITをドライバトランジスタ
に使用したI2L型集積回路は、分離領域が不要な
こと、接地のワイヤリングが不要なこと、ワイヤ
ド論理が取れるなどから、きわめて集積度を高く
できる特徴を有している。また、チヤンネル領域
が高抵抗領域で構成されることから、ゲート・ソ
ース間、ゲート・ドレイン間の接合容量がきわめ
て小さくなり、低消費電力の動作が、ゲート寸法
の比較的大きなデバイスで得られている。たとえ
ば、第1図aに従来のI2L型SIT集積回路(以下
I2L型SITLと称す)の断面構造例を示す。n+基板
11、n-エピ領域12、n+領域13−1,13
−2はドレイン領域、p+領域14は倒立型SITの
ゲート領域、p+領域15はラテラルバイポーラ
トランジスタのエミツタ領域である。p+領域1
4は、ラテラルバイポーラトランジスタのコレク
タ領域の役割も果している。11′,13−1′及
び13−2′,14′,15′はそれぞれソース電
極、ドレイン電極、ゲート電極、エミツタ電極で
ある。17は、SIO2、Si、N4、Al2O3、AlNな
どの絶縁物層である。
An example of a normally-off design of a static induction transistor (hereinafter referred to as SIT) configured with a short channel and low impurity density and applied to an integrated circuit has already been disclosed in Patent No. 1181984 (Special Publication No. 11102) Semiconductor Integrated Circuit It has been proposed and described in , and has been shown to be capable of high-density, low-power operation. I 2 L integrated circuits that use normally-off SITs as driver transistors have the characteristics of being able to achieve extremely high levels of integration because they do not require isolation areas, do not require ground wiring, and can perform wired logic. There is. In addition, since the channel region consists of a high resistance region, the junction capacitance between the gate and source and between the gate and drain is extremely small, making it possible to achieve low power consumption operation in devices with relatively large gate dimensions. There is. For example, Figure 1a shows a conventional I 2 L type SIT integrated circuit (hereinafter referred to as
An example of the cross-sectional structure of a SITL (referred to as I 2 L-type SITL) is shown below. n + substrate 11, n - epi region 12, n + region 13-1, 13
-2 is a drain region, p + region 14 is a gate region of an inverted SIT, and p + region 15 is an emitter region of a lateral bipolar transistor. p + area 1
4 also serves as the collector region of the lateral bipolar transistor. 11', 13-1', 13-2', 14', and 15' are a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, and an emitter electrode, respectively. 17 is an insulating material layer such as SIO 2 , Si, N 4 , Al 2 O 3 or AlN.

第1図には、1入力2出力の例が示されてい
る。
FIG. 1 shows an example of one input and two outputs.

ゲート領域14と倒立型SITのソース領域11
が離れており、その間に高抵抗n−領域12が介
在することから、ゲート・ソース間容量がきわめ
て小さくなる。たとえば、n−エピ層厚さ5μm、
不純物濃度1〜3×1013cm-3、p+ゲート領域拡散
深さ1.3〜1.5μmの試料で、伝搬遅延時間30nsec
+消費電力0.07μWあるいは消費電力1μWで伝搬
遅延時間10nsecの結果が得られている。さらに、
高速動作を目指して、インジエクタ電圧を高くす
ると、ゲート・ソース間の拡散容量が急激に大き
くなつて、高速化が阻止される。n-領域のホー
ルの蓄積効果もきわめて顕著になる。接合容量は
大きいが、ある程度以上の電圧になつても拡散容
量の増大がそれほど大きくならないようにするに
は、第1図bのようにすればよい。すなわち、
p+ゲート領域14とn+ソース領域11が殆んど
もしくは完全に隣接しているわけである。しか
し、たとえこのような構造にしても、たとえば結
晶がSiの場合、ゲートに加わる電圧が、0.65Vか
ら0.7Vを越えると拡散容量の項が急激に大きく
なつて、動作速度に限界をもたらすわけである。
また、ゲート電流が大きくて、倒立型SITの電流
利得を低下させるわけである。
Gate region 14 and source region 11 of inverted SIT
Since they are separated from each other and the high resistance n- region 12 is interposed between them, the gate-source capacitance becomes extremely small. For example, n-epi layer thickness 5 μm,
Propagation delay time is 30 nsec for sample with impurity concentration of 1 to 3 × 10 13 cm -3 and p + gate region diffusion depth of 1.3 to 1.5 μm.
+ Power consumption of 0.07μW or power consumption of 1μW results in a propagation delay time of 10nsec. moreover,
If the injector voltage is increased with the aim of high-speed operation, the diffusion capacitance between the gate and source increases rapidly, which prevents high-speed operation. The accumulation effect of holes in the n -region also becomes extremely significant. Although the junction capacitance is large, in order to prevent the diffusion capacitance from increasing so much even when the voltage exceeds a certain level, the method shown in FIG. 1b may be used. That is,
This means that the p + gate region 14 and the n + source region 11 are almost or completely adjacent to each other. However, even with this structure, if the crystal is Si, for example, if the voltage applied to the gate exceeds 0.65V to 0.7V, the diffusion capacitance term will suddenly increase, putting a limit on the operating speed. It is.
Furthermore, the gate current is large, which reduces the current gain of the inverted SIT.

第2図は叙上の欠点を改良したI2L型SITLの例
である。第2図aは拡散領域を示す平面図、第2
図bはA−A′線に沿う断面図、第2図cは他の
構造の平面図、第2図dは基本ゲート部の回路構
成である。第2図は、例として1入力2出力の例
が示されている。第1図の構造に比較して、第2
図の構造ではp+領域14及び15とn+領域11
の間に絶縁層18が設けられている。Siの場合で
あれば、18はSiO2やSi3N4あるいはこれらの複
合膜であることが普通である、Al2O3やAlNの膜
でもよい。絶縁層18とn+領域11は、この例
では直接接触しているが、離れていてもよいこと
はもちろんである。第2図に示されているのは、
基本ゲート部であり、その回路構成は第2図dの
ようになつている。ドライバトランジスタT2
倒立型SIT、負荷がバイポーラトランジスタ(以
下BJTと称す)T1で構成されている。p+(15)−
n-(12)−p+(14)が、ラテラルBJTのエミツタ、
ベース、コレクタになつている。n+領域11,
p+領域14,n+領域13−1,13−2がそれ
ぞれ倒立型SITのソース領域、ゲート領域、ドレ
イン領域である。11′,13−1′及び13−
2′,14′,15′はそれぞれソース電極、ドレ
イン電極、ゲート電極、エミツタ電極である。1
7はSiO2、Si、N、Al2O3、AlN,GaOXNY等の
絶縁層である。n-領域12の不純物密度ND及び
厚さ(ソース・ドレイン間距離l)、ゲートとゲ
ートの間隔は次のように決められる。
Figure 2 is an example of an I 2 L type SITL that has improved the above-mentioned drawbacks. Figure 2a is a plan view showing the diffusion region;
FIG. 2b is a sectional view taken along the line A-A', FIG. 2c is a plan view of another structure, and FIG. 2d is a circuit configuration of the basic gate section. FIG. 2 shows an example of one input and two outputs. Compared to the structure in Figure 1, the second
In the structure shown, p + regions 14 and 15 and n + region 11
An insulating layer 18 is provided between them. In the case of Si, the film 18 may be a film of Al 2 O 3 or AlN, which is usually a film of SiO 2 , Si 3 N 4 or a composite film thereof. Insulating layer 18 and n + region 11 are in direct contact with each other in this example, but of course they may be apart. What is shown in Figure 2 is
This is a basic gate section, and its circuit configuration is as shown in FIG. 2d. The driver transistor T2 is an inverted SIT, and the load is a bipolar transistor (hereinafter referred to as BJT) T1 . p + (15)−
n - (12)−p + (14) is the emitter of the lateral BJT,
It has become a base and a collector. n + area 11,
The p + region 14, n + regions 13-1 and 13-2 are the source region, gate region, and drain region of the inverted SIT, respectively. 11', 13-1' and 13-
2', 14', and 15' are a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, and an emitter electrode, respectively. 1
7 is an insulating layer made of SiO 2 , Si, N, Al 2 O 3 , AlN, GaO X N Y , or the like. The impurity density N D and thickness (source-drain distance l) of the n - region 12 and the distance between the gates are determined as follows.

NDW2<3×107cm-1及びl/W>0.5。第1の
条件はゲート・チヤンネル間の拡散電位だけでチ
ヤンネルが十分にピンチオフし、チヤンネル中に
電位障壁が生じるための条件である。第2の条件
は、ソース・ドレイン間に拡散電位程度の電圧が
印加された状態でも、ゲート・ソース間が殆んど
同電位に保たれる条件のもとで、チヤンネル中に
電位障壁が残つて、それほどの電流が流れないよ
うにするための条件である。NDが大きくなれば、
l/wは次第に大きくしなければならない。しか
し、l/wが大きくなりすぎると、導通時の抵抗
が大きくなるから、遮断が十分実現できるぎりぎ
りのl/wの値にすることが望ましい。通常l/
wは、2〜5程度以下になされる。当然のことな
がら、NDが大きくなつたり、lが短くなつたり
すると、ゲート・ゲート間隔Wは小さくなされな
ければならない。第2図a,bでは、倒立型SIT
のドレイン領域が左右に並べられた例であるが、
第2図cのように上下に並べることも、もちろん
できるわけである。ゲート・ソース間に絶縁層1
8が設けられたことにより、p+ゲート領域とn+
ソース領域の間を直接流れる電流は存在しなくな
る。ゲートから注入されるホールは、チヤンネル
領域だけに有効に注入されるようになる。従つ
て、ゲート電流は激減し、同時にゲート・ソース
間の拡散容量も激減し、きわめて速い動作が行え
るようになる。ラテラルBJTのエミツタ領域1
5の下にも絶縁層が設けられているから、エミツ
タ領域15からソース領域11に直接流れてしま
う電流は殆んど存在しなくなる。そのために1
5′から流れ込む電流が、きわめて効率よくコレ
クタ領域14に流れるから、消費電力も減少す
る。こうした傾向をさらに強調するためには、
p+ゲート領域14の外周やp+エミツタ領域15
の外周のうち、ベース領域として動作するところ
以外に隣接してSiO2等の絶縁物領域を設ければ
よい。p+領域15と14に狭まれるn-領域ベー
ス12は、他のn-領域12と同じ不純物密度で
あるように示されているが、イオン注入などによ
り、不純物密度を高くしておいてもよい。また、
ベース領域は中性領域が残るようその長さが設定
されてもよいし、またパンチングスルー状態でも
よいし、ある動作状態では、パンチスルー状態に
近くてもよいわけである。
N D W 2 <3×10 7 cm −1 and l/W >0.5. The first condition is that the channel is sufficiently pinched off only by the diffusion potential between the gate and the channel, and a potential barrier is created in the channel. The second condition is that even if a voltage similar to the diffusion potential is applied between the source and drain, a potential barrier remains in the channel under the condition that the gate and source are kept at almost the same potential. This is a condition that prevents that much current from flowing. If N D becomes large,
l/w must be gradually increased. However, if l/w becomes too large, the resistance during conduction will increase, so it is desirable to set l/w to the value that is as low as possible to achieve sufficient interruption. Usually l/
w is set to about 2 to 5 or less. Naturally, as N D becomes larger or l becomes shorter, the gate-to-gate interval W must be made smaller. In Figure 2 a and b, the inverted SIT
In this example, the drain regions of are arranged on the left and right,
Of course, it is also possible to arrange them one above the other as shown in Figure 2c. Insulating layer 1 between gate and source
8, the p + gate region and n +
No current flows directly between the source regions. Holes injected from the gate are effectively injected only into the channel region. Therefore, the gate current is drastically reduced, and at the same time, the diffusion capacitance between the gate and source is also drastically reduced, allowing extremely fast operation. Lateral BJT emitter area 1
Since the insulating layer is also provided under the emitter region 15, almost no current flows directly from the emitter region 15 to the source region 11. For that purpose 1
Since the current flowing from 5' flows into the collector region 14 very efficiently, power consumption is also reduced. To further emphasize this trend,
The outer periphery of the p + gate region 14 and the p + emitter region 15
An insulator region such as SiO 2 may be provided adjacent to the outer periphery of the region other than the region that operates as the base region. The n - region base 12 narrowed by the p + regions 15 and 14 is shown to have the same impurity density as the other n - regions 12, but the impurity density has been increased by ion implantation etc. Good too. Also,
The length of the base region may be set so that a neutral region remains, it may be in a punch-through state, or it may be close to a punch-through state in certain operating conditions.

第2図では、負荷がBJTの場合を示したが、
負荷は抵抗でもよいわけである。しかしながら前
述したようにl/W>0.5程度にしないとノーマ
リオフの特性が得がたく、短チヤンネル化に不利
で、導通時の抵抗が大きくなる欠点があつた。
Figure 2 shows the case where the load is a BJT, but
The load may be a resistance. However, as mentioned above, it is difficult to obtain normally-off characteristics unless l/W>0.5, which is disadvantageous in shortening the channel, and has the drawback of increasing resistance when conducting.

本発明の目的は、叙上の従来の欠点を除去した
短チヤンネル化に適した高密度高速低エネルギ動
作する静電誘導集積回路を提供することになる。
An object of the present invention is to provide an electrostatic induction integrated circuit which eliminates the above-mentioned conventional drawbacks and which operates at high density, high speed, and low energy and is suitable for shortening channels.

以下図面を参照しながら本発明を詳細に説明す
る。第7図は、負荷が抵抗であるSITLの1入力
2出力の場合の回路構成である。第3図及至第6
図では、同時にチヤンネル領域がp-領域で構成
される例を示している。チヤンネル領域がp-
域で形成されることにより、第2図の例とくらべ
て、l/wをはるかに小さい値にできるわけであ
る。すなわち、より短チヤンネルのドライバトラ
ンジスタになるわけである。チヤンネルp-領域
で形成されれば、n-領域で形成される場合にく
らべて本質的にチヤンネルの電位障壁は高くなる
わけである。したがつて、ソース・ドレイン間隔
lをより短くしても、遮断状態が作り易いわけで
ある。p-領域の不純物密度にもよるわけである
が、l/wは0.1程度に短くしても遮断状態がで
きるわけである。チヤンネルがp-領域で設定さ
れる構造では、この領域の不純物密度NAが大き
くなるにつれてl/w小さくして行くわけであ
る。チヤンネル領域の不純物密度NAと寸法は、
遮断状態にあるとき、ソースらドレインまでの間
に殆んどもしくは完全に中性領域が残らないよう
に設定する。l/wが小さいわけであるから、導
通時の電圧降下が小さくかつ電流が沢山流れて、
きわめて低インピーダンスであり、かつ消費電力
が小さい。また、過剰キヤリアの蓄積効果が少な
くスピードも速いわけである。第3図では、負荷
抵抗はp+領域15とp+領域14の間のp-領域の
寸法で決められる。より高速動作を目指して、抵
抗を小さくするときには、間隔を短くしてもよい
が、第4図のようにイオン注入などによりp領域
16を所定の不純物密度で所定の深さまで設けれ
ばよいわけである。第5図のようにp領域16の
上に薄い絶縁層を介してp+ポリシリコン領域1
6′を設けると抵抗はより小さくなる。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 7 shows the circuit configuration of a SITL with one input and two outputs, in which the load is a resistor. Figures 3 to 6
The figure shows an example in which the channel region is also composed of p - regions. By forming the channel region as a p - region, l/w can be made to a much smaller value than in the example shown in FIG. In other words, it becomes a shorter channel driver transistor. If the channel is formed in the p - region, the potential barrier of the channel will essentially be higher than if it is formed in the n - region. Therefore, even if the source-drain distance l is made shorter, it is easier to create a cut-off state. Although it depends on the impurity density in the p - region, a cut-off state can be achieved even if l/w is shortened to about 0.1. In a structure in which the channel is set in the p - region, l/w is reduced as the impurity density N A in this region increases. The impurity density N A and dimensions of the channel region are
When in the cut-off state, settings are made so that little or no neutral region remains between the source and the drain. Since l/w is small, the voltage drop during conduction is small and a large amount of current flows,
Extremely low impedance and low power consumption. In addition, the accumulation effect of excess carriers is small and the speed is high. In FIG. 3, the load resistance is determined by the dimensions of the p- region between p + region 15 and p + region 14. When aiming for higher speed operation and lowering the resistance, the spacing may be shortened, but as shown in FIG. 4, it is sufficient to provide the p region 16 to a predetermined depth with a predetermined impurity density by ion implantation or the like. It is. As shown in FIG.
6', the resistance becomes smaller.

第3図乃至第5図は、p+領域が表面からの拡
散によ設けられる場合に対して示しわけである
が、p+領域はイオン注入で設けてもよいわけで
ある。その場合には、第6図のようにp+領域が
表面から離れた所にふくらみを持つような構造に
することもできるわけである。この構造の方が、
遮断が容易に行えて、導通時の抵抗や電圧降下が
小さくすぐれている。
Although FIGS. 3 to 5 show the case where the p + region is provided by diffusion from the surface, the p + region may also be provided by ion implantation. In that case, it is possible to create a structure in which the p + region bulges away from the surface, as shown in Figure 6. This structure is better
It can be easily cut off and has low resistance and voltage drop when conducting.

これまでの実施例の各領域の不純物密度や諸寸
法について述べておく。n+領域11:1×1018
×1021cm-3程度、n-領域12:1×1012〜3×
1015cm-3程度、p-領域12′:1×1013〜1×1016
cm-3程度、p+領域14及び15:1×1017〜1×
1021cm-3程度、n+領域13:1×1018〜1×1021
cm-3程度である(p領域16:1×1015〜1×
1018cm-3程度)。n+領域11及び13、p+領域1
4及び15の不純物密度は結晶性を損なわざる限
り高い程望ましい。ソース・ドレイン間隔lは
0.2〜3μm程度、ゲート・ゲート間隔Wは0.3〜3μ
m程度である。絶縁層18の厚さは100Å程度か
ら、2000Å程度である。第7図で、VEE,Vin,
Voutは第2図dと同様電源電圧、入力電圧、出
力電圧を示す。
The impurity density and various dimensions of each region in the embodiments so far will be described. n + area 11: 1×10 18 ~
×10 21 cm -3 degree, n - area 12: 1 × 10 12 ~ 3 ×
About 10 15 cm -3 , p -region 12': 1 x 10 13 to 1 x 10 16
cm -3 degree, p + area 14 and 15: 1 x 10 17 ~ 1 x
10 21 cm -3 degree, n + area 13: 1×10 18 to 1×10 21
cm -3 (p region 16: 1×10 15 to 1×
10 18 cm -3 degree). n + area 11 and 13, p + area 1
The impurity density of 4 and 15 is preferably as high as possible without impairing crystallinity. The source-drain distance l is
Approximately 0.2 to 3μm, gate-to-gate interval W is 0.3 to 3μm
It is about m. The thickness of the insulating layer 18 is about 100 Å to about 2000 Å. In Figure 7, V EE , Vin,
Vout indicates the power supply voltage, input voltage, and output voltage as in FIG. 2d.

次に具体的な特性改善例について述べる。第8
図に従来例のI2L型SITLの平面マスク寸法と断面
図構造例を示す。第8図aは、p+ボロン拡散マ
スクを示している。n+基板11の抵抗率0.01Ω−
cm、n-領域不純物密度:4.5×1013cm-3、p+拡散
深さ:2.0〜2.1μm、ソース・ドレイン間隔:2μ
mである。マスクレベルでのゲート・ゲート間隔
をWdとする。負荷抵抗はイオン注入によるp領
域16で作られている。
Next, a specific example of characteristic improvement will be described. 8th
The figure shows an example of the planar mask dimensions and cross-sectional structure of a conventional I 2 L-type SITL. Figure 8a shows a p + boron diffusion mask. n + Resistivity of substrate 11 0.01Ω−
cm, n - region impurity density: 4.5×10 13 cm -3 , p + diffusion depth: 2.0-2.1 μm, source-drain spacing: 2 μm
It is m. Let Wd be the gate-to-gate interval at the mask level. The load resistor is made of p-region 16 by ion implantation.

まず、倒立型SITの電流とゲート電圧の関係を
第9図に示す。ドレイン電圧Vdが0.5Vに保たれ
た場合の例である。aがWd=5μmの場合、bが
Wd=6μmの場合である。Idはドレイン電流、Ig
はゲート電流である。Igは、Wdが5μmでも6μm
でも殆んど差はないが、IdはWd=6μmの方が当
然大きくなつている。
First, FIG. 9 shows the relationship between the current and gate voltage of the inverted SIT. This is an example when the drain voltage Vd is kept at 0.5V. If a is Wd=5μm, b is
This is the case when Wd=6 μm. Id is the drain current, Ig
is the gate current. Ig is 6μm even if Wd is 5μm
However, although there is almost no difference, Id is naturally larger when Wd = 6 μm.

第8図と殆んど同一の構造でp+領域14及び
15とn+領域11の間に300Å程度のSiO2層を介
在させたときの倒立型SITの電流のゲート電圧依
存性を第10図に示す。aはWd=5μmの場合、
bはWd=6μmの場合である。ドレイン電流Id
は、第9図の例と殆んど同じだが、ゲート電流Ig
が1桁以上小さくなつていることが分る。すなわ
ち不要なゲート電流が減少して、電流利得が大き
くなつている。ゲート電流Igが減少していること
は、ゲートソース間の拡散容量が減少することを
意味している。その様子を、第11図に示す。
a,bはそれぞれWdが5μmの場合と6μmの場合
に相当する。実線が、第8図に示されるものの結
果であり、点線が本発明の倒立型SITの結果であ
る。ゲートドレイン間容量は当然のことながら殆
んど変化しないが、ゲート・ソース間容量は当然
のことながら、絶縁層18を介在させたものでは
1桁以上小さくなつている。高速度動作が当然行
えるわけである。
Figure 10 shows the gate voltage dependence of the current in an inverted SIT when a SiO 2 layer of about 300 Å is interposed between the p + regions 14 and 15 and the n + region 11 with almost the same structure as in Fig. 8. As shown in the figure. a is when Wd=5μm,
b is the case when Wd=6 μm. Drain current Id
is almost the same as the example in Figure 9, but the gate current Ig
It can be seen that the value has become smaller by more than one order of magnitude. In other words, unnecessary gate current is reduced and current gain is increased. The reduction in gate current Ig means that the diffusion capacitance between the gate and source is reduced. The situation is shown in FIG.
a and b correspond to cases where Wd is 5 μm and 6 μm, respectively. The solid line is the result shown in FIG. 8, and the dotted line is the result of the inverted SIT of the present invention. Naturally, the gate-drain capacitance hardly changes, but the gate-source capacitance is reduced by more than one order of magnitude when the insulating layer 18 is interposed. Naturally, high-speed operation can be performed.

第12図のように倒立型SITを連続して接続し
た回路構成における。ドレイン電圧Vdと電流I
の関係を第13図に示す。aは第8図の構造のも
のの結果であり、bは絶縁層18が導入されたも
のの結果である。第13図aでは、Vdが0.75V以
上になると急激に電流Iの増加が現われることが
示されている。これは、次段のゲートに流れる電
流が急激に増加することによつている。絶縁層1
8を導入した例ではVdが0.9Vになつてわずかな
電流上昇が認められる程度である。
In a circuit configuration in which inverted SITs are connected in series as shown in Fig. 12. Drain voltage Vd and current I
The relationship is shown in FIG. A is the result of the structure shown in FIG. 8, and b is the result of the structure in which the insulating layer 18 is introduced. FIG. 13a shows that when Vd exceeds 0.75V, the current I suddenly increases. This is due to the sudden increase in the current flowing to the gate of the next stage. Insulating layer 1
In the example where 8 is introduced, Vd becomes 0.9V and a slight increase in current is observed.

負荷抵抗の値を変えた試料で9段のリング発振
器を構成した得た電力遅延特性を第14図に示
す。aは従来例、bは本発明の結果である。消費
電力100μW前後で2nsec程度であた。搬遅延時間
が、同程度の消費電力で0.5nsecにまで改善され
ていることが示されている。第14図b、Rc=
510Ωの場合、リング発振器の発振波形は、まだ
十分に低レベル、高レベルが分離されている。す
なわち、周期9nsecで立上り時間2nsec程度、立下
り時間3nsec程度である。まだまだ速くできるわ
けである。負荷抵抗をこのままに保つて、倒立型
SITの寸法をもう少し小さくすればよいわけであ
る。第14図は、Wd=6μmの例であるが、Wd
=5μmにすると動作速度は、1.5倍から2倍程度
遅くなる。第14図の結果は、p+ゲート領域1
4がかなり幅広いもので得られている。拡散で作
つているので、表面のp+ゲート領域14の幅は
7μm程度になつている。この領域をイオン注入
で構成して、細くすればそれだけ速度は速くな
る。さらにチヤンネルをp-領域にして、ソース
ドレイン間隔を短くすればさらに速くなるわけで
ある。
FIG. 14 shows the power delay characteristics obtained by constructing a nine-stage ring oscillator using samples with different load resistance values. a is the conventional example, and b is the result of the present invention. The power consumption was around 100μW and about 2nsec. It has been shown that the delay time has been improved to 0.5nsec with the same power consumption. Figure 14b, Rc=
In the case of 510Ω, the ring oscillator's oscillation waveform still has sufficient separation between low and high levels. That is, the period is 9 ns, the rise time is about 2 ns, and the fall time is about 3 ns. It can still be done faster. Keep the load resistance as it is and use the inverted type
The size of SIT should be made a little smaller. Figure 14 shows an example where Wd=6μm, but Wd
= 5 μm, the operating speed will be about 1.5 to 2 times slower. The result in Figure 14 is p + gate region 1
4 has been obtained in a fairly wide range of cases. Since it is made by diffusion, the width of the p + gate region 14 on the surface is
It is approximately 7μm. If this region is formed by ion implantation and made thinner, the speed will be faster. Furthermore, if the channel is made into a p - region and the source/drain distance is shortened, the speed will be even faster.

ゲート・ソース間容量のゲート電圧依存性を第
15図に示す。実線が従来例、点線が本発明の例
である。Vgが0.7Vを越すと急激にCgsが増大し
ている。Cgsの接合容量は2PF程度であるが、Vg
=0.8VになるとCgsは25PFにもなつている。絶
縁層18を入た本発明のものでは、Vg=0.8Vで
もCgsはきわめて小さい。
FIG. 15 shows the gate voltage dependence of the gate-source capacitance. The solid line is the conventional example, and the dotted line is the example of the present invention. When Vg exceeds 0.7V, Cgs increases rapidly. The junction capacitance of Cgs is about 2PF, but Vg
When it becomes =0.8V, Cgs becomes 25PF. In the device of the present invention including the insulating layer 18, Cgs is extremely small even when Vg=0.8V.

本発明の例が、ここで述べたものに限らないこ
とは言うまでもない。ここでは、ソース領域11
はすべて基板として説明してきたが、p基板に設
けたn+埋込み領域でよいことはもちろんである。
p+ゲート領域やエミツタ領域のチヤンネル領域
やベース領域隣接しない不要な外周はSiO2など
の絶縁物で囲うことは、電流利得を上昇させ、
Cgsを低下させて高速化に有効である。
It goes without saying that the examples of the present invention are not limited to those described here. Here, the source area 11
Although all explanations have been made using a substrate, it goes without saying that an n + buried region provided in a p-substrate may also be used.
Surrounding the unnecessary outer periphery of the p + gate region or emitter region that is not adjacent to the channel region or base region with an insulator such as SiO 2 increases the current gain.
Effective for speeding up by lowering Cgs.

そうした例をさらに強調した構造例を第16図
に示す。第16図aは平面図、第16図bは
BB′線に沿う断面構造である。チヤンネルの周囲
がこれまでのようにp+ゲート領域で囲まれるの
ではなく、SiO2等の絶縁層17′により、チヤン
ネルの一部が囲まれた構造になつている。したが
つて、ゲート電流やゲート容量は一層小さくなり
高速化に適しているわけである。p+ゲートと絶
縁物領域17′の距離は、両側がゲート領域にな
つているものにくらべれば、当然狭く設計される
わけである。チヤンネルに隣接する絶縁物領域を
全部絶縁物にするのではなく、p+チヤンネル領
域に隣接する部分をうすい絶縁膜にしてその上に
p+ポリシリコンを設ける構造にすれば、両側p+
ゲート領域になされたものと殆んど同じ構造でよ
いわけである。p+ポリシリコンをソース領域と
電極で直結して同電位に保てば、こうした傾向は
一層顕著になる。
A structural example that further emphasizes such an example is shown in FIG. Figure 16a is a plan view, Figure 16b is a
This is a cross-sectional structure along line BB'. The channel is not surrounded by a p + gate region as in the past, but has a structure in which a part of the channel is surrounded by an insulating layer 17' made of SiO 2 or the like. Therefore, the gate current and gate capacitance are further reduced, making it suitable for higher speeds. The distance between the p + gate and the insulator region 17' is naturally designed to be narrower than in the case where both sides are gate regions. Rather than making the entire insulator region adjacent to the channel an insulator, the area adjacent to the p + channel region is made of a thin insulating film and then placed on top of it.
If you create a structure with p + polysilicon, both sides p +
This means that almost the same structure as that made in the gate region can be used. This tendency becomes even more pronounced if the p + polysilicon is directly connected to the source region through an electrode and kept at the same potential.

負荷抵抗を半導体内部に設けた抵抗で説明した
が、表面絶縁層上に設けたポリシリコン抵抗でも
よいことはもちろんである。高速化を一層推進す
るには、ゲート領域をできるだけ小さくするこ
と、不要なゲート電流を流さないこと(こうする
ことによりゲートの拡散容量が小さくなる)ソー
ス・ドレイン内距離を短くして、小さなチヤンネ
ル面積で大きな電流が流せるようにすること、ゲ
ート・ドレイン間が、あまり深く順方向にバイア
スされないように適切な負荷抵抗値にすること、
ゲートドレイン間の順方向電圧は、少なくとも
0.6V程度以下することが必要である。ここでは、
1入力1出力の場合を示したが、本発明の倒立型
SITLの電流利得は容易に数100以上になるから、
出力端子を増加させることはきわめて容易であ
る。10以上のフアンアウトを取ることもまた容易
である。
Although the load resistor has been described as a resistor provided inside the semiconductor, it is of course possible to use a polysilicon resistor provided on the surface insulating layer. To further increase speed, the gate region should be made as small as possible, unnecessary gate current should not flow (this will reduce the diffusion capacitance of the gate), and the distance between the source and drain should be shortened to create a small channel. To allow a large current to flow in a given area, and to set an appropriate load resistance value so that the gate and drain are not forward biased too deeply.
The forward voltage between gate and drain is at least
It is necessary to keep the voltage below about 0.6V. here,
Although the case of 1 input and 1 output is shown, the inverted type of the present invention
Since the current gain of SITL can easily be several hundred or more,
It is extremely easy to increase the number of output terminals. It is also easy to take fan outs of 10 or more.

ここでは、絶縁層18を、n+基板にあらかじ
め薄いSiO2膜を設け、所定のパターニングをし
て窓あけしたのち、n-エビ成長を行つて試料を
製作したが、絶縁層18はSi3N4膜でももちろん
よい。また、絶縁層18は、酸素や窒素を所定の
場所にイオン注入で打込んで形成してもよいわけ
である。
Here, the insulating layer 18 was prepared by forming a thin SiO 2 film on an n + substrate in advance, patterning it in a predetermined manner, opening a window, and then performing n - growth to prepare the sample . Of course, an N 4 membrane is also suitable. Further, the insulating layer 18 may be formed by implanting oxygen or nitrogen into a predetermined location by ion implantation.

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

第1図a,bは従来のI2L型SITLの断面構造
例、第2図IはI2L型SITLでaは平面図、bは
AA′線に沿う断面図、cは他の構造の平面図、d
基本ゲートの回路構成、第3図乃至第6図は本発
明のSITL断面構造例、第7図は基本ゲート部の
回路構成、第8図は従来のI2L型SITLでaは平面
図、bは断面図、第9図は電流のゲート電圧依存
性でaはWd=5μmの場合、bはWd=6μmの場
合、第10図は本発明の倒立型SITの電流のゲー
ト電圧依存性でaはWd=5μmの場合、bはWd
=6μmの場合、第11図はゲート・ソース間容
量Cgs及びゲート・ドレイン間容量Cgdのドレイ
ン電流依存性でaはWd=5μmの場合、bはWd
=6μmの場合、第12図は回路構成、第13図
は電流電圧特性(Wd=6μm)でaは従来例、b
は本発明の例、第14図電力遅延特性(9段リン
グ発振器)でaは従来例(Wd=6μm)、bは本
発明の例(Wd=6μm)、第15図はCgsのVg依
存性(Wd=6μm)で、実線は従来例、点線は本
発明のもの、第16図は本発明のSITLの構造例
でaは平面図、bはBB′線に沿う断面構造例であ
る。
Figure 1 a and b are examples of the cross-sectional structure of a conventional I 2 L type SITL, Figure 2 I is an I 2 L type SITL, a is a plan view, and b is a
Cross-sectional view along line AA′, c is a plan view of another structure, d
The circuit configuration of the basic gate, FIGS. 3 to 6 are examples of the SITL cross-sectional structure of the present invention, FIG. 7 is the circuit configuration of the basic gate part, FIG. 8 is the conventional I 2 L type SITL, and a is a plan view. b is a cross-sectional view, Fig. 9 is the dependence of current on gate voltage, a is when Wd = 5 μm, b is when Wd = 6 μm, and Fig. 10 is the dependence of current on gate voltage of the inverted SIT of the present invention. a is Wd = 5μm, b is Wd
= 6 μm, Figure 11 shows the drain current dependence of the gate-source capacitance Cgs and the gate-drain capacitance Cgd, where a is Wd = 5 μm, b is Wd
= 6 μm, Fig. 12 shows the circuit configuration, Fig. 13 shows the current-voltage characteristics (Wd = 6 μm), a is the conventional example, and b
is an example of the present invention, Figure 14 is the power delay characteristic (9-stage ring oscillator), a is the conventional example (Wd = 6 μm), b is the example of the present invention (Wd = 6 μm), Figure 15 is the Vg dependence of Cgs (Wd=6 μm), the solid line is the conventional example, the dotted line is the present invention, and FIG. 16 is a structural example of the SITL of the present invention, where a is a plan view and b is a cross-sectional structural example along line BB'.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 第1導電型高不純物密度の第1の半導体領域
と、前記第1の半導体領域の上部の一部に形成さ
れた少なく共1つ以上の直径もしくは一辺の長さ
がWの開口部を有する第1の絶縁物領域と、前記
第1の半導体領域の上部の一部で、前記第1の絶
縁物領域とは離反して形成された第2の絶縁物領
域と、前記第1の半導体領域の上部に前記第1の
半導体領域と隣接して形成された第2導電型の不
純物密度1×1013cm-3から1×1016cm-3で厚みが
lの第2の半導体領域と、前記第1の絶縁物領域
の上部に形成された第2導電型高不純物密度の第
3の半導体領域と、前記第2の絶縁物領域の上部
に形成された第2導電型高不純物密度の第4の半
導体領域と、前記第1の絶縁物領域の開口部の上
部に位置し、前記第2の半導体領域の表面に形成
された第1導電型高不純物密度の第5の半導体領
域とで構成し、前記lと前記Wとの比すなわち
l/Wが0.1程度であり前記第3の半導体領域に
入力信号を印加し、前記第5の半導体領域より出
力信号を取り出し、前記第4の半導体領域に電源
電圧を印加する部分を少なく共含む半導体集積回
路。
1 A first semiconductor region of a first conductivity type with high impurity density, and at least one opening having a diameter or a side length of W formed in a part of the upper part of the first semiconductor region. a first insulator region, a second insulator region formed in a part of the upper part of the first semiconductor region and separated from the first insulator region, and the first semiconductor region a second semiconductor region having a second conductivity type impurity density of 1×10 13 cm −3 to 1×10 16 cm −3 and a thickness l formed on top of the semiconductor region adjacent to the first semiconductor region; a third semiconductor region of a second conductivity type with high impurity density formed above the first insulator region; and a third semiconductor region of a second conductivity type with high impurity density formed above the second insulator region. and a fifth semiconductor region of a first conductivity type with high impurity density located above the opening of the first insulator region and formed on the surface of the second semiconductor region. The ratio of the l to the W, that is, l/W, is about 0.1, and an input signal is applied to the third semiconductor region, an output signal is taken out from the fifth semiconductor region, and the input signal is applied to the third semiconductor region. A semiconductor integrated circuit that includes a small number of parts that apply power supply voltage to the circuit.
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