JPH0255950B2 - - Google Patents

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JPH0255950B2
JPH0255950B2 JP60187008A JP18700885A JPH0255950B2 JP H0255950 B2 JPH0255950 B2 JP H0255950B2 JP 60187008 A JP60187008 A JP 60187008A JP 18700885 A JP18700885 A JP 18700885A JP H0255950 B2 JPH0255950 B2 JP H0255950B2
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mos transistor
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Masaki Sato
Shigeru Atsumi
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] この発明は絶縁ゲート型トランジスタにより構
成される半導体装置に係り、特に微細化されたト
ランジスタを使用する絶縁ゲート型半導体装置に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a semiconductor device constituted by insulated gate transistors, and more particularly to an insulated gate semiconductor device using miniaturized transistors.

[発明の技術的背景とその問題点] 半導体装置の分野において、MOS型集積回路
の素子の微細化には目覚ましいものがある。特
に、MOSトランジスタのスイツチング速度の改
善の観点からチヤネル長の縮小化が図られてい
る。しかしながら、チヤネル長が縮小されるのに
伴い、素子特性の面から次のような問題が生じて
いる。
[Technical background of the invention and its problems] In the field of semiconductor devices, the miniaturization of elements of MOS type integrated circuits has been remarkable. In particular, efforts are being made to reduce the channel length from the viewpoint of improving the switching speed of MOS transistors. However, as the channel length is reduced, the following problems have arisen in terms of device characteristics.

まず、一つにはチヤネル長が減少するにつれて
短チヤネル領域でのトランジスタの閾値電圧が浅
くなる、いわゆるシヨートチヤネル効果が生じ
る。具体的には、ゲートチヤネル長Lと閾値電圧
Vthとの関係を示す第6図の特性曲線図のよう
に、短チヤネル領域でトランジスタの閾値電圧
Vthが急激に低下し、素子の製造工程での僅かな
変化によつて閾値電圧が大幅に変動する。これは
ソース、ドレイン領域間の間隔が短くなるため、
チヤネル領域おいて、ソース、ドレイン領域の近
傍に生じる空乏層の影響が無視できなくなり、そ
の結果、実効的にチヤネル領域表面を反転させる
に要するゲート電圧が低くなることにより説明さ
れる。一般に、チヤネル領域を形成する基板の電
位はソース領域の電位と等しいか、もしくは非常
に近いので、ソース、ドレイン領域間の電界は集
中的にドレイン領域近傍のチヤネル領域表面で強
くなる。従つて、閾値電圧の低下に及ぼす影響も
この部分で最も強くなる。
First, as the channel length decreases, the threshold voltage of the transistor in the short channel region becomes shallower, which is the so-called short channel effect. Specifically, the gate channel length L and the threshold voltage
As shown in the characteristic curve diagram in Figure 6 showing the relationship with Vth, the threshold voltage of the transistor in the short channel region is
Vth decreases rapidly, and the threshold voltage fluctuates significantly due to slight changes in the device manufacturing process. This is because the distance between the source and drain regions becomes shorter.
This is explained by the fact that in the channel region, the influence of the depletion layer generated near the source and drain regions cannot be ignored, and as a result, the gate voltage required to effectively invert the surface of the channel region becomes lower. Generally, the potential of the substrate forming the channel region is equal to or very close to the potential of the source region, so the electric field between the source and drain regions becomes concentrated and strong at the surface of the channel region near the drain region. Therefore, the influence on the reduction of the threshold voltage is also strongest in this part.

また、チヤネル長が減少するにつれ、ソース、
ドレイン領域間に印加される電圧によりチヤネル
領域に生じる電界が強くなり、その結果、チヤネ
ル電流によりインパクトアイオニゼーシヨンの起
こる確率が大きくなる。このインパクトアイオニ
ゼーシヨンで発生するエレクロンまたはホールの
一部は半導体基板とゲート絶縁物間のエネルギー
障壁を越えてゲート絶縁物の中に飛込み、ゲート
電極に流れ出してゲート電流を生じさせるが、そ
の一部はゲート絶縁物内にトラツプさせて溜る。
これによりトランジスタの閾値電圧の変動、ある
いはチヤネルコンダクタンスの変化等、トランジ
スタの動作特性が変化し、デバイスの信頼性を損
う大きな原因となる。しかるにソース、ドレイン
領域間の電界は集中的にドレイン領域近傍のチヤ
ネル領域で強くなるため、インパクトアイオニゼ
ーシヨンは主としてこの領域で起こる。このよう
なことから、第7図の断面図に示すように、ドレ
イン領域を形成する不純物領域のうちチヤネル領
域に近い領域に不純物濃度が比較的低い領域を設
けたLDD(ライトリー・ドープド・ドレイン)構
造のMOSトランジスタが開発されている。すな
わち、第7図において80は例えばP型の半導体
基板であり、この基板80中のフイールド絶縁膜
81で分離された島領域にはソース領域となるN
型不純物拡散領域82と83、ドレイン領域とな
るN型不純物拡散領域84と85が互いに分離し
て設けられている。ここでソース、ドレイン領域
を構成するN型不純物拡散領域82ないし85の
うち、領域82と84とは比較的不純物濃度が高
いN+型領域であり、その濃度は例えば〜1020
cm3程度にされている。これに対して領域83と8
5は比較的不純物濃度が低いN-型領域であり、
その濃度は例えば〜1018/cm3程度にされている。
これらソース、ドレイン領域間の基板80上には
ゲート絶縁膜86を介してゲート電極87が設け
られている。そして全面に層間絶縁膜88が設け
られていると共に、この絶縁膜88にはコンタク
トホール89を介して、前記ソース、ドレイン領
域82,84それぞれと接続するアルミニユーム
による配線90が設けられている。
Also, as the channel length decreases, the source,
The voltage applied between the drain regions increases the electric field generated in the channel region, which increases the probability that impact ionization will occur due to channel current. Some of the electrons or holes generated in this impact ionization cross the energy barrier between the semiconductor substrate and the gate insulator, jump into the gate insulator, flow out to the gate electrode, and generate a gate current. Some of it gets trapped in the gate insulator.
This changes the operating characteristics of the transistor, such as a change in the threshold voltage of the transistor or a change in channel conductance, which is a major cause of deterioration of device reliability. However, since the electric field between the source and drain regions becomes concentrated and strong in the channel region near the drain region, impact ionization mainly occurs in this region. For this reason, as shown in the cross-sectional view of FIG. ) structure has been developed. That is, in FIG. 7, 80 is, for example, a P-type semiconductor substrate, and an island region in this substrate 80 separated by a field insulating film 81 has N as a source region.
Type impurity diffusion regions 82 and 83 and N type impurity diffusion regions 84 and 85, which become drain regions, are provided separately from each other. Of the N type impurity diffusion regions 82 to 85 constituting the source and drain regions, regions 82 and 84 are N + type regions having a relatively high impurity concentration, for example, ~10 20 /
It is about cm 3 . On the other hand, areas 83 and 8
5 is an N - type region with relatively low impurity concentration,
Its concentration is, for example, approximately 10 18 /cm 3 .
A gate electrode 87 is provided on the substrate 80 between these source and drain regions with a gate insulating film 86 interposed therebetween. An interlayer insulating film 88 is provided over the entire surface, and wiring 90 made of aluminum is provided in this insulating film 88 to connect to the source and drain regions 82 and 84, respectively, through contact holes 89.

このような構造のMOSトランジスタでは、チ
ヤネル領域に接する部分のドレイン領域が不純物
濃度の低いN型不純物拡散領域85にされている
ので、ソース、ドレイン間に印加される電圧の一
部をこの部分で受け持つことができ、ドレイン領
域近傍のチヤネル領域に集中していた電界を弱め
ることができる。従つて、上記のようなチヤネル
長の減少による閾値電圧の変動やデバイスの信頼
性を改善することができる。
In a MOS transistor with such a structure, the portion of the drain region in contact with the channel region is made into an N-type impurity diffusion region 85 with a low impurity concentration, so that part of the voltage applied between the source and drain is transferred to this portion. The electric field concentrated in the channel region near the drain region can be weakened. Therefore, it is possible to improve the fluctuation of the threshold voltage due to the decrease in channel length as described above and the reliability of the device.

しかしながら、第7図のような構造のMOSト
ランジスタにあつては、チヤネル領域に接するソ
ース、ドレイン領域が低濃度不純物拡散領域で構
成されているため、必然的にその部分の抵抗値が
高くなる。このため、トランジスタのスイツチン
グ速度が低下し、高速性を損う原因となる。この
トランジスタのソース、ドレイン領域の低濃度化
による抵抗値の増大現象は、特にトランジスタが
何段にもわたつて直列接続された場合に著しく動
作速度を低下させることになる。すなわち第8図
は上記のようにソース、ドレイン領域それぞれが
高濃度拡散領域と低濃度拡散領域とで構成された
2個のエンハンスメント型NチヤネルMOSトラ
ンジスタ101および102と、負荷用のデプレ
ツシヨン型NチヤネルMOSトランジスタ103
を用いて2入力のNAND回路を構成した場合の
素子構造を示す断面図である。図において、11
0はP型半導体基板、111および112は一方
のMOSトランジスタ102のソース領域を構成
する高濃度および低濃度のN型不純物拡散領域、
113および114はこのMOSトランジスタ1
02のドレイン領域を構成する高濃度および低濃
度のN型不純物拡散領域、115はこのMOSト
ランジスタ102のゲート電極、116および1
17は他方のMOSトランジスタ101のソース
領域を構成する高濃度および低濃度のN型不純物
拡散領域、118および119はこのMOSトラ
ンジスタ101のドレイン領域を構成する高濃度
および低濃度のN型不純物拡散領域、120はこ
のMOSトランジスタ101のゲート電極、12
1は負荷用のMOSトランジスタ103のソース
領域であるN型不純物拡散領域、122はこの
MOSトランジスタ103のドレイン領域である
N型不純物拡散領域、123はこのMOSトラン
ジスタ103のチヤネル拡散領域、124はゲー
ト電極である。そして上記N型不純物拡散領域1
22は高電位の電源電圧VDDに、不純物拡散領域
111は低電位の電源電圧VSSにそれぞれ接続さ
れ、ゲート電極120,115には入力信号A
1,A2がそれぞれ入力され、N型不純物拡散領
域113と116が共通接続され、さらにゲート
電極124とN型不純物拡散領域121および1
18が共通接続されてここから上記入力信号A
1,A2に応じた論理の出力信号Youtが取り出
されるようになつている。
However, in a MOS transistor having a structure as shown in FIG. 7, since the source and drain regions in contact with the channel region are formed of low concentration impurity diffusion regions, the resistance value of those portions inevitably becomes high. Therefore, the switching speed of the transistor decreases, causing loss of high speed performance. This phenomenon of increased resistance due to lower concentration in the source and drain regions of the transistor significantly reduces the operating speed, especially when transistors are connected in series over many stages. That is, FIG. 8 shows two enhancement-type N-channel MOS transistors 101 and 102 whose source and drain regions each consist of a high-concentration diffusion region and a low-concentration diffusion region as described above, and a depletion-type N-channel MOS transistor for load. MOS transistor 103
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an element structure when a two-input NAND circuit is constructed using the following. In the figure, 11
0 is a P-type semiconductor substrate, 111 and 112 are high-concentration and low-concentration N-type impurity diffusion regions that constitute the source region of one MOS transistor 102;
113 and 114 are this MOS transistor 1
115 is the gate electrode of this MOS transistor 102, 116 and 1 are
Reference numeral 17 indicates high concentration and low concentration N type impurity diffusion regions that constitute the source region of the other MOS transistor 101, and 118 and 119 indicate high concentration and low concentration N type impurity diffusion regions that constitute the drain region of this MOS transistor 101. , 120 is the gate electrode of this MOS transistor 101, 12
1 is an N-type impurity diffusion region which is the source region of the load MOS transistor 103, and 122 is this region.
123 is a channel diffusion region of this MOS transistor 103, and 124 is a gate electrode. and the N-type impurity diffusion region 1
22 is connected to a high potential power supply voltage VDD , and the impurity diffusion region 111 is connected to a low potential power supply voltage VSS.The gate electrodes 120 and 115 are connected to an input signal A.
1 and A2 are respectively input, N-type impurity diffusion regions 113 and 116 are commonly connected, and gate electrode 124 and N-type impurity diffusion regions 121 and 1 are connected in common.
18 are commonly connected and from here the above input signal A
1, A2, a logical output signal Yout is taken out.

このような素子構造を持つ2入力NAND回路
の等価回路を第9図に示す。第9図において、
MOSトランジスタ101,102のソース、ド
レインに三角印を付した箇所が上記のような低濃
度N型不純物拡散領域を持つ構造にされ、この部
分で抵抗値が高くなつている。この2入力
NAND回路では、入力信号A1,A2として例
えば“0”レベルまたは“1”レベルの論理レベ
ルに対応してVSSまたはVDDの電圧が入力され、
出力信号Voutとして両入力信号A1,A2の
NAND論理信号が出力される。すなわち、電源
電圧VDD、VSSとして例えば通常の5Vおよび0Vが
使用される場合、信号A1をゲート入力とするエ
ンハンスメント型MOSトランジスタ101のド
レイン領域側には、デプレツシヨン型MOSトラ
ンジスタ103を介して5Vの電圧が印加され、
入力信号A1,A2の論理レベルに応じてMOS
トランジスタ101,102が導通制御され、
MOSトランジスタ101,102が共に導通し
た場合には出力信号Voutとして0Vが出力され、
MOSトランジスタ101,102のうちいずれ
か一方が非導通の場合には出力信号Voutとして
5Vが出力される。ここで上記両MOSトランジス
タ101,102はそれぞれLDD構造にされて
いるので、各ソース、ドレイン領域部分でそれぞ
れ高い抵抗値を持つことになる。そしてこれら抵
抗は信号Voutの出力端子とVSSとの間に直列接続
されることになり、これらの抵抗はVoutを5Vか
ら0Vに放電する際の放電動作を妨げる。従つて、
このNAND回路の動作速度は著しく低下するこ
とになる。この速度低下は、信号Voutの出力端
子とVSSとの間に直列接続されるMOSトランジス
タの数が増加するのに伴つて増す。このようなこ
とはデプレツシヨン型の負荷用MOSトランジス
タを使用する回路のみならず、高電位の電源電圧
VDD側にPチヤネルMOSトランジスタを設けるよ
うにしたCMOS構造の回路でも同様である。
FIG. 9 shows an equivalent circuit of a two-input NAND circuit having such an element structure. In Figure 9,
The triangular portions of the sources and drains of the MOS transistors 101 and 102 are structured to have low concentration N-type impurity diffusion regions as described above, and the resistance value is high in these portions. These two inputs
In the NAND circuit, a voltage of V SS or V DD is input as input signals A1 and A2, for example, corresponding to a logic level of "0" level or "1" level,
Both input signals A1 and A2 are used as the output signal Vout.
A NAND logic signal is output. That is, when normal 5V and 0V are used as the power supply voltages V DD and V SS , for example, 5V is applied to the drain region side of the enhancement type MOS transistor 101 whose gate input is the signal A1 via the depletion type MOS transistor 103. voltage is applied,
MOS depending on the logic level of input signals A1 and A2
Transistors 101 and 102 are controlled to be conductive,
When both MOS transistors 101 and 102 are conductive, 0V is output as the output signal Vout,
When either one of the MOS transistors 101 and 102 is non-conductive, the output signal Vout is output.
5V is output. Since both of the MOS transistors 101 and 102 have an LDD structure, each of the source and drain regions has a high resistance value. These resistors are connected in series between the output terminal of the signal Vout and V SS , and these resistors prevent the discharging operation when discharging Vout from 5V to 0V. Therefore,
The operating speed of this NAND circuit will drop significantly. This speed reduction increases as the number of MOS transistors connected in series between the output terminal of the signal Vout and V SS increases. This problem occurs not only in circuits that use depletion-type load MOS transistors, but also in circuits that use high-potential power supply voltages.
The same applies to a circuit with a CMOS structure in which a P-channel MOS transistor is provided on the V DD side.

[発明の目的] この発明は上記のような事情を考慮してなされ
たものでありその目的は、微細化された絶縁ゲー
ト型トランジスタを使用する半導体装置におい
て、各トランジスタの特性を損うことなしに動作
速度の向上を図ることができる絶縁ゲート型半導
体装置を提供することにある。
[Purpose of the Invention] This invention was made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a semiconductor device using miniaturized insulated gate transistors without impairing the characteristics of each transistor. An object of the present invention is to provide an insulated gate semiconductor device that can improve operating speed.

[発明の概要] この発明では、出力端子に直接に接続されたN
チヤネルトランジスタのドレイン領域の一部を不
純物濃度が比較的低い拡散領域で構成し、このN
チヤネルトランジスタのソース領域を不純物濃度
が比較的高い拡散領域のみで構成し、このNチヤ
ネルトランジスタと低電位との間に接続される他
のNチヤネルトランジスタのドレイン領域および
ソース領域それぞれを不純物濃度が比較的高い拡
散領域のみで構成するようにしている。すなわ
ち、微細化された絶縁ゲート型トランジスタにお
いて、インパクトアイオニゼーシヨンが問題とな
るるのはドレイン領域に高電位である電源電圧が
直接印加される部分のみであることに着目し、高
電位の電源電圧が直接印加される位置である出力
端子に直接に接続されたNチヤネルトランジスタ
のドレイン領域の一部を不純物濃度が比較的低い
拡散領域で構成することにより、出力端子と低電
位の電源との間に挿入される低抗の値を大幅に減
少させ、これにより回路の動作速度を向上させる
ようにしている。
[Summary of the invention] In this invention, the N
A part of the drain region of the channel transistor is composed of a diffusion region with a relatively low impurity concentration, and this N
The source region of a channel transistor is composed only of a diffusion region with a relatively high impurity concentration, and the impurity concentration is compared with each of the drain region and source region of another N-channel transistor connected between this N-channel transistor and a low potential. It is made up of only highly targeted diffusion regions. In other words, we focused on the fact that in miniaturized insulated gate transistors, impact ionization becomes a problem only in the part where a high potential power supply voltage is directly applied to the drain region. By configuring a part of the drain region of the N-channel transistor directly connected to the output terminal, which is the position where the power supply voltage is directly applied, as a diffusion region with a relatively low impurity concentration, the output terminal and the low potential power supply can be connected. The value of the low resistor inserted between the two is significantly reduced, thereby improving the operating speed of the circuit.

[発明の実施例] 以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明
する。
[Embodiments of the Invention] Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

第1図はこの発明に係る絶縁ゲート型半導体装
置の一実施例による素子構造を示す断面図あり、
この発明を2入力NAND回路に実施したもので
ある。図において10はP型半導体基板である。
この基板10はフイールド絶縁膜11で分離さ
れ、三箇所の島領域12,13,14が形成され
ている。このうち一つの島領域12には不純物濃
度が比較的高くされ、MOSトランジスタのソー
ス、ドレイン領域となる一対のN型不純物拡散領
域15および16が互いに分離して形成されてい
る。これら領域15および16間の基板10上に
図示しないゲート絶縁膜を介してゲート電極17
が設けられている。島領域13には、不純物濃度
が比較的高くされ、MOSトランジスタのソース、
ドレイン領域となる一対のN型不純物拡散領域1
8および19が互いに分離して形成され、さらに
ドレイン領域となる一方のN型不純物拡散領域1
9のチヤネル領域側にはこの領域19と接するよ
うに、ドレイン領域の一部となり不純物濃度が比
較的低くされたN型不純物拡散領域20が形成さ
れている。そして上記領域18および20間の基
板10上には図示しないゲート絶縁膜を介してゲ
ート電極21が設けられている。さらに残りの島
領域14には、不純物濃度が比較的高くされ、
MOSトランジスタのソース、ドレイン領域とな
る一対のN型不純物拡散領域22および23が互
いに分離して形成されている。上記両領域22と
23間の基板10には、基板と同一導電型、すな
わちP型の不純物拡散領域24が形成されてい
る。また領域22および23間の基板10上には
図示しないゲート絶縁膜を介してゲート電極25
が設けられている。ここで上記N型不純物拡散領
域のうち不純物濃度が比較的高くされている領域
はその濃度が例えば〜1020/cm3程度にされ、不純
物濃度が比較的低くされている領域はその濃度が
例えば〜1018/cm3程度にされている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an element structure according to an embodiment of an insulated gate semiconductor device according to the present invention.
This invention is implemented in a two-input NAND circuit. In the figure, 10 is a P-type semiconductor substrate.
This substrate 10 is separated by a field insulating film 11, and three island regions 12, 13, and 14 are formed. One of the island regions 12 has a relatively high impurity concentration, and a pair of N-type impurity diffusion regions 15 and 16, which become the source and drain regions of the MOS transistor, are formed separately from each other. A gate electrode 17 is formed on the substrate 10 between these regions 15 and 16 via a gate insulating film (not shown).
is provided. The impurity concentration is relatively high in the island region 13, and the source of the MOS transistor,
A pair of N-type impurity diffusion regions 1 serving as drain regions
8 and 19 are formed separately from each other, and one N-type impurity diffusion region 1 which becomes a drain region
On the side of the channel region 9, an N-type impurity diffusion region 20, which is part of the drain region and has a relatively low impurity concentration, is formed so as to be in contact with this region 19. A gate electrode 21 is provided on the substrate 10 between the regions 18 and 20 via a gate insulating film (not shown). Further, the remaining island region 14 has a relatively high impurity concentration,
A pair of N-type impurity diffusion regions 22 and 23, which become the source and drain regions of the MOS transistor, are formed separated from each other. In the substrate 10 between the two regions 22 and 23, an impurity diffusion region 24 of the same conductivity type as the substrate, that is, P type, is formed. Further, a gate electrode 25 is provided on the substrate 10 between the regions 22 and 23 via a gate insulating film (not shown).
is provided. Here, among the N-type impurity diffusion regions, the region where the impurity concentration is relatively high has a concentration of, for example, about 10 20 /cm 3 , and the region where the impurity concentration is relatively low has a concentration of, for example, about 10 20 /cm 3 . ~ 1018 / cm3 .

そして上記N型不純物拡散領域23は高電位の
電源電圧VDDに、N型不純物拡散領域15は低電
位の電源電圧VSSにそれぞれ接続され、ゲート電
極21,17には入力信号A1,A2がそれぞれ
入力され、N型不純物拡散領域16と18が共通
接続され、さらにゲート電極25とN型不純物拡
散領域23および19が共通接続されてここから
上記入力信号A1,A2に応じた論理の出力信号
Voutが取り出されるようになつている。
The N-type impurity diffusion region 23 is connected to a high-potential power supply voltage VDD , and the N-type impurity diffusion region 15 is connected to a low-potential power supply voltage VSS , and the gate electrodes 21 and 17 receive input signals A1 and A2. The N-type impurity diffusion regions 16 and 18 are commonly connected, and the gate electrode 25 and the N-type impurity diffusion regions 23 and 19 are commonly connected to output a logic output signal corresponding to the input signals A1 and A2.
Vout is now being taken out.

第2図は上記実施例半導体装置の等価回路図で
ある。図においてMOSトランジスタ31は前記
島領域13に形成され、ゲートに信号A1が供給
されるエンハンスメント型のものであり、同様に
MOSトランジスタ32は前記島領域12に形成
され、ゲートに信号A2が供給されるエンハンス
メント型のものであり、さらにMOSトランジス
タ33は前記島領域14に形成され、ゲートがソ
ースに接続された負荷用のデプレツシヨン型のも
のである。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor device of the above embodiment. In the figure, a MOS transistor 31 is formed in the island region 13 and is of an enhancement type whose gate is supplied with a signal A1.
The MOS transistor 32 is formed in the island region 12 and is an enhancement type transistor whose gate is supplied with the signal A2. Furthermore, the MOS transistor 33 is formed in the island region 14 and is a load transistor whose gate is connected to the source. It is a depression type.

このような2入力NAND回路において、図中
丸印を付して示すように、出力信号Voutの端子
に直接接続されているNチヤネルMOSトランジ
スタ31のドレインのみが上記のような高濃度と
低濃度のN型不純物拡散領域を持つ構造にされ、
この部分でのみ抵抗値が高くなつている。このた
め、信号Voutの出力端子とVSSとの間に接続され
る抵抗はこの抵抗の一つになり、Voutを5Vから
0Vに放電する際の放電速度を従来よりも十分に
速くすることができる。従つて、動作の高速化を
達成することができる。
In such a two-input NAND circuit, only the drain of the N-channel MOS transistor 31, which is directly connected to the terminal of the output signal Vout, is connected to the high concentration and low concentration as shown by the circle in the figure. It has a structure with an N-type impurity diffusion region,
The resistance value is high only in this part. Therefore, the resistor connected between the output terminal of the signal Vout and V SS becomes one of these resistors, and Vout is changed from 5V to
The discharge speed when discharging to 0V can be made sufficiently faster than before. Therefore, high-speed operation can be achieved.

またトランジスタの微細化によるドレイン領域
近傍でのインパクトアイオニゼーシヨンによる特
性の劣化が最も問題になる出力信号Voutに直接
接続されたMOSトランジスタ31については、
そのドレイン領域がLDD構造にされているので
ホツトキヤリアの発生による信頼性の低下を防止
することができる。
In addition, regarding the MOS transistor 31 directly connected to the output signal Vout, where the deterioration of characteristics due to impact ionization near the drain region due to transistor miniaturization is the most problematic,
Since the drain region has an LDD structure, it is possible to prevent a decrease in reliability due to the generation of hot carriers.

第3図は上記実施例の装置を3出力NAND回
路に実施した場合の等価回路図である。この実施
例による回路では、前記第2図回路において信号
A2がゲートに供給されるMOSトランジスタ3
2とVSSとの間に、ソース、ドレイン領域がMOS
トランジスタ32と同様に高濃度のN型不純物拡
散領域のみで構成されたエンハンスメント型のN
チヤネルMOSトランジスタ34を挿入し、この
MOSトランジスタ34のゲートに入力信号A3
を供給するようにしたものである。この場合にも
信号Voutの出力端子とVSSとの間に接続される抵
抗はMOSトランジスタ31のドレイン部分のみ
になり、Voutを5Vから0Vに放電する際の放電速
度を従来よりも十分に速くすることができ、これ
により動作の高速化を達成することができる。さ
らにトランジスタの微細化によるドレイン領域近
傍でのインパクトアイオニゼーシヨンによる特性
の劣化についても、この問題が最も大きい出力信
号Voutに直接に接続されたMOSトランジスタ3
1については、そのドレイン領域がLDD構造に
されているのでホツトキヤリアの発生による信頼
性の低下を防止することができる。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram when the device of the above embodiment is implemented in a 3-output NAND circuit. In the circuit according to this embodiment, the MOS transistor 3 whose gate is supplied with the signal A2 in the circuit of FIG.
2 and V SS , the source and drain regions are MOS
Like the transistor 32, the enhancement type N transistor is composed of only a high concentration N type impurity diffusion region.
Insert the channel MOS transistor 34 and
Input signal A3 to the gate of MOS transistor 34
It is designed to supply In this case as well, the only resistor connected between the output terminal of the signal Vout and V SS is the drain portion of the MOS transistor 31, so that the discharge speed when discharging Vout from 5V to 0V is sufficiently faster than before. This makes it possible to achieve faster operation. Furthermore, regarding the deterioration of characteristics due to impact ionization near the drain region due to miniaturization of transistors, this problem is greatest in the MOS transistor 3 directly connected to the output signal Vout.
Regarding No. 1, since its drain region has an LDD structure, it is possible to prevent a decrease in reliability due to the generation of hot carriers.

第4図はこの発明に係る絶縁ゲート型半導体装
置の他の実施例による素子構造を示す断面図あ
り、この発明を2入力のCMOS−NAND回路に
実施したものである。この実施例装置でもP型半
導体基板40が使用され、この基板40にはNウ
エル領域41が形成されている。P型の基板40
にはフイールド絶縁膜42で分離された二箇所の
島領域43,44が形成されている。このうち一
つの島領域43には不純物濃度が比較的高くさ
れ、MOSトランジスタのソース、ドレイン領域
となる一対のN型不純物拡散領域45および46
が互いに分離して形成されている。これら領域4
5および46間の基板40上には図示しないゲー
ト絶縁膜を介してゲート電極47が設けられてい
る。もう一つの島領域44には、不純物濃度が比
較的高くされ、MOSトランジスタのソース、ド
レイン領域となる一対のN型不純物拡散領域4
8,49および基板40に対してコンタクトを得
るためのN型不純物拡散領域50がそれぞれ分離
して形成され、さらにドレイン領域となる上記N
型不純物拡散領域49のチヤネル領域側にはこの
領域49と接するように、ドレイン領域の一部と
なり不純物濃度が比較的低くされたN型不純物拡
散領域51が形成されている。そして上記領域4
8および51間の基板40上には図示しないゲー
ト絶縁膜を介してゲート電極52が設けられてい
る。そしてこの場合にも上記N型不純物拡散領域
のうち不純物濃度が比較的高くされている領域は
その濃度が例えば〜1020/cm3程度にされ、不純物
濃度が比較的低くされている領域はその濃度が例
えば〜1018/cm3程度にされている。
FIG. 4 is a sectional view showing the element structure of another embodiment of the insulated gate type semiconductor device according to the present invention, in which the present invention is implemented in a two-input CMOS-NAND circuit. A P-type semiconductor substrate 40 is also used in the device of this embodiment, and an N-well region 41 is formed in this substrate 40. P-type substrate 40
Two island regions 43 and 44 separated by a field insulating film 42 are formed. One of the island regions 43 has a relatively high impurity concentration, and a pair of N-type impurity diffusion regions 45 and 46 which become the source and drain regions of the MOS transistor.
are formed separately from each other. These areas 4
A gate electrode 47 is provided on the substrate 40 between 5 and 46 via a gate insulating film (not shown). Another island region 44 has a relatively high impurity concentration, and a pair of N-type impurity diffusion regions 4 that become the source and drain regions of the MOS transistor.
8, 49 and the substrate 40 are separately formed.
On the channel region side of the type impurity diffusion region 49, an N type impurity diffusion region 51, which is part of the drain region and has a relatively low impurity concentration, is formed so as to be in contact with this region 49. And the above area 4
A gate electrode 52 is provided on the substrate 40 between 8 and 51 via a gate insulating film (not shown). In this case as well, the region where the impurity concentration is relatively high among the N-type impurity diffusion regions is set at a concentration of, for example, approximately 10 20 /cm 3 , and the region where the impurity concentration is relatively low is set at that concentration. The concentration is, for example, approximately 10 18 /cm 3 .

Nウエル領域41にはフイールド絶縁膜42で
分離された二箇所の島領域53,54が形成され
ている。このうち一つの島領域53にはMOSト
ランジスタのソース、ドレイン領域となる一対の
P型不純物拡散領域55,56およびNウエル領
域41に対してコンタクトを得るためのP型不純
物拡散領域57がそれぞれ分離して形成されてい
る。上記領域55および56間のNウエル領域4
1上には図示しないゲート絶縁膜を介してゲート
電極58が設けられている。もう一つの島領域5
4にもMOSトランジスタのソース、ドレイン領
域となる一対のP型不純物拡散領域59および6
0が互いに分離して形成されている。そして上記
領域59および60間のNウエル領域41上には
図示しないゲート絶縁膜を介してゲート電極61
が設けられている。
Two island regions 53 and 54 separated by a field insulating film 42 are formed in the N-well region 41 . A pair of P-type impurity diffusion regions 55 and 56 that become the source and drain regions of the MOS transistor and a P-type impurity diffusion region 57 for contacting the N-well region 41 are separated from one of the island regions 53. It is formed as follows. N-well region 4 between the regions 55 and 56
A gate electrode 58 is provided on the gate electrode 1 via a gate insulating film (not shown). Another island area 5
4 also has a pair of P-type impurity diffusion regions 59 and 6 which become the source and drain regions of the MOS transistor.
0 are formed separately from each other. A gate electrode 61 is placed on the N-well region 41 between the regions 59 and 60 via a gate insulating film (not shown).
is provided.

上記P型不純物拡散領域61,55および57
はそれぞれ高電位の電源電圧VDDに、N型不純物
拡散領域45および50はそれぞれ低電位の電源
電圧VSSにそれぞれ接続され、ゲート電極61お
よび52には入力信号A1が、ゲート電極58お
よび47には入力信号A2がそれぞれ入力され、
さらにN型絶縁拡散領域46と48が共通接続さ
れ、N型不純物拡散領域49とP型不純物拡散領
域56と60が共通接続されここから上記入力信
号A1,A2に応じた論理の出力信号Voutが取
り出される。
The P-type impurity diffusion regions 61, 55 and 57
are connected to a high-potential power supply voltage V DD , and N-type impurity diffusion regions 45 and 50 are connected to a low-potential power supply voltage V SS , respectively. The input signal A2 is input to each of
Furthermore, the N-type insulating diffusion regions 46 and 48 are commonly connected, and the N-type impurity diffusion region 49 and the P-type impurity diffusion regions 56 and 60 are commonly connected, from which a logic output signal Vout corresponding to the input signals A1 and A2 is output. taken out.

第5図は上記実施例半導体装置の等価回路図で
ある。図においてMOSトランジスタ71は前記
島領域44に形成され、ゲートに入力信号A1が
供給されるエンハンスメント型でNチヤネルのも
のであり、MOSトランジスタ72は前記島領域
43に形成され、ゲートに入力信号A2が供給さ
れるエンハンスメント型でNチヤネルのものであ
り、さらにMOSトランジスタ73は前記島領域
54に形成され、ゲートに入力信号A1が供給さ
れるエンハンスメント型でPチヤネルのものであ
り、MOSトランジスタ74は前記島領域53に
形成され、ゲートに入力信号A2が供給されるエ
ンハンスメント型でPチヤネルのものである。
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor device of the above embodiment. In the figure, a MOS transistor 71 is formed in the island region 44 and is an enhancement type N-channel type whose gate is supplied with an input signal A1, and a MOS transistor 72 is formed in the island region 43 and has a gate supplied with an input signal A2. Further, the MOS transistor 73 is formed in the island region 54 and is an enhancement type P-channel transistor whose gate is supplied with the input signal A1. It is formed in the island region 53 and is of an enhancement type and P channel whose gate is supplied with an input signal A2.

このような2入力NAND回路において、図中
丸印を付して示すように、出力信号Voutの端子
に直接接続されているるNチヤネルMOSトラン
ジスタ71のドレインのみが上記のように高濃度
と低濃度のN型不純物拡散領域とから構造にさ
れ、この部分でのみ抵抗値が高くなつている。従
つて、この実施例でも、信号Voutの出力端子と
VSSとの間に接続される抵抗はこの抵抗の一つに
なり、Voutを5Vから0Vに放電する際の放電速度
を従来よりも十分に速くすることができ、動作の
高速化を達成することができる。
In such a two-input NAND circuit, only the drain of the N-channel MOS transistor 71, which is directly connected to the terminal of the output signal Vout, is connected to the high concentration and low concentration as shown by the circle in the figure. The structure is made up of an N-type impurity diffusion region, and the resistance value is high only in this part. Therefore, in this embodiment as well, the output terminal of the signal Vout and
The resistor connected between V SS becomes one of these resistors, and the discharge speed when discharging Vout from 5 V to 0 V can be made sufficiently faster than before, achieving faster operation. be able to.

またトランジスタの微細化によるドレイン領域
近傍でのインパクトアイオニゼーシヨンによる特
性の劣化については、出力信号Voutに直接接続
され、最も問題となるMOSトランジスタ71の
ドレイン領域がLDD構造にされているので、ホ
ツトキヤリアの発生による信頼性の低下を防止す
ることができる。
In addition, regarding deterioration of characteristics due to impact ionization near the drain region due to miniaturization of transistors, the drain region of the MOS transistor 71, which is directly connected to the output signal Vout and is the most problematic, has an LDD structure. Deterioration in reliability due to the occurrence of hot carriers can be prevented.

なお、この実施例装置の場合にも、信号Vout
の出力端子とVSSとの間のNチヤネルMOSトラン
ジスタの段数が多くなるにつれ、その効果は従来
に比べて大きくなる。
Note that also in the case of this embodiment device, the signal Vout
As the number of stages of N-channel MOS transistors between the output terminal of and V SS increases, the effect becomes larger than in the past.

[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、微細化
された絶縁ゲート型トランジスタを使用する半導
体装置において、各トランジスタの特性を損うこ
となしに動作速度の向上を図ることができる絶縁
ゲート型半導体装置を提供することができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, it is possible to improve the operating speed of a semiconductor device using miniaturized insulated gate transistors without impairing the characteristics of each transistor. An insulated gate semiconductor device can be provided.

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

第1図はこの発明に係る絶縁ゲート型半導体装
置の一実施例による素子構造を示す断面図、第2
図は上記実施例半導体装置の等価回路図、第3図
は上記実施例の装置を3入力NAND回路に実施
した場合の等価回路図、第4図はこの発明に係る
絶縁ゲート型半導体装置の他の実施例による素子
構造を示す断面図、第5図はその等価回路図、第
6図はMOSトランジスタにおけるゲートチヤネ
ル長と閾値電圧との関係を示す特性曲線図、第7
図はLDD構造のMOSトランジスタの断面図、第
8図は従来のNAND回路の素子構造を示す断面
図、第9図はその等価回路である。 10……P型の半導体基板、15,16,1
8,19,22,23……高濃度のN型拡散領
域、20……低濃度のN型拡散領域、17,2
1,25……ゲート電極。
FIG. 1 is a sectional view showing an element structure according to an embodiment of an insulated gate semiconductor device according to the present invention, and FIG.
The figure is an equivalent circuit diagram of the semiconductor device of the above embodiment, FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the device of the above embodiment implemented in a 3-input NAND circuit, and FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the insulated gate semiconductor device according to the present invention. 5 is an equivalent circuit diagram thereof, FIG. 6 is a characteristic curve diagram showing the relationship between gate channel length and threshold voltage in a MOS transistor, and FIG.
The figure is a cross-sectional view of a MOS transistor with an LDD structure, FIG. 8 is a cross-sectional view showing the element structure of a conventional NAND circuit, and FIG. 9 is an equivalent circuit thereof. 10...P-type semiconductor substrate, 15, 16, 1
8, 19, 22, 23...High concentration N type diffusion region, 20...Low concentration N type diffusion region, 17, 2
1, 25...gate electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 複数個の絶縁ゲート型トランジスタからなり
入力信号に対応して所望の論理値を出力端子から
出力信号として出力する絶縁ゲート型半導体装置
において、上記出力端子に直接接続されたNチヤ
ネルトランジスタのドレイン領域の一部を不純物
濃度が比較的低い拡散領域で構成し、このNチヤ
ネルトランジスタのソース領域を不純物濃度が比
較的高い拡散領域で構成し、このNチヤネルトラ
ンジスタと低電位との間に接続される他のNチヤ
ネルトランジスタのドレイン領域およびソース領
域それぞれを不純物濃度が比較的高い拡散領域の
みで構成するようにしたことを特徴とする絶縁ゲ
ート型半導体装置。 2 前記出力端子と高電位との間にNチヤネルの
負荷トランジスタが挿入されている特許請求の範
囲第1項に記載の絶縁ゲート型半導体装置。 3 前記出力端子と高電位との間にはゲートに入
力信号が供給されるPチヤネルトランジスタが挿
入されている特許請求の範囲第1項に記載の絶縁
ゲート型半導体装置。
[Scope of Claims] 1. In an insulated gate semiconductor device that includes a plurality of insulated gate transistors and outputs a desired logical value as an output signal from an output terminal in response to an input signal, an insulated gate transistor that is directly connected to the output terminal A part of the drain region of the N-channel transistor is configured with a diffusion region with a relatively low impurity concentration, a source region of this N-channel transistor is configured with a diffusion region with a relatively high impurity concentration, and a low potential is connected to the N-channel transistor. 1. An insulated gate type semiconductor device characterized in that each of the drain region and source region of another N-channel transistor connected therebetween is composed of only diffusion regions having a relatively high impurity concentration. 2. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein an N-channel load transistor is inserted between the output terminal and a high potential. 3. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein a P-channel transistor whose gate is supplied with an input signal is inserted between the output terminal and the high potential.
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