JPH0529548A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体装置の製造方法

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JPH0529548A
JPH0529548A JP18224791A JP18224791A JPH0529548A JP H0529548 A JPH0529548 A JP H0529548A JP 18224791 A JP18224791 A JP 18224791A JP 18224791 A JP18224791 A JP 18224791A JP H0529548 A JPH0529548 A JP H0529548A
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JP
Japan
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semiconductor device
wiring node
inverter
wiring
forming
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JP18224791A
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English (en)
Inventor
Kiyoyuki Morita
清之 森田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 MOS LSIの回路において、遅延時間マ
ージンの大きい論理ゲートを遅くすることにより、遅延
時間マージンの小さい論理ゲートを高速化し、高速動作
可能な半導体装置を提供する。 【構成】 ひとつのインバータ2の出力に対し、複数の
インバータ3及び5の入力が接続される回路において、
インバータ2の出力とインバータ5の入力の間にのみ直
列抵抗12を設ける。100kΩの直列抵抗を設けるこ
とにより、ノード6とノード9の間の遅延時間は{(T
22−T21)−(T24−T23)}の時間分だけ減
少する。すなわち、遅延時間マージンの大きい論理ゲー
トを遅くすることにより、遅延時間マージンの小さい論
理ゲートを高速化し、高速動作可能な半導体装置を提供
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高速動作可能な半導体
装置及びその製造方法に関し、特に簡便な構造及び方法
を用いたMOS LSI動作の高速化手法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置におけるパターン幅の
微細化が進み、これに伴ってMOSLSIを用いた半導
体装置の動作高速化が達成されてきた。現在も、半導体
装置のさらなる動作高速化が切望されている。ところ
が、パターン幅の微細化は年々困難になり、MOS L
SIを用いた半導体装置の動作の高速化もパターン幅の
微細化以外の技術で達成する必要が生じてきた。
【0003】以下図面を参照しながら、従来の半導体装
置における、動作高速化手法の一例について説明する。
図3(a)は、従来の半導体装置の論理回路図の一部で
ある。図3の回路において、配線ノード106の入力信
号は、インバータ101及び102を通して、配線ノー
ド107へ出力される。配線ノード107は、配線ノー
ド108及び配線ノード110と接続されている。配線
ノード108はインバータ103の入力に接続されてい
る。インバータ103の出力はインバータ104を通し
て配線ノード109に出力される。配線ノード110は
インバータ105の入力に接続されている。インバータ
105の出力は配線ノード111と接続されており、こ
こに出力される。今、配線ノード106の入力信号に対
し、配線ノード109の出力に対する回路動作のタイミ
ングマージンが非常に小さいとする。一方、配線ノード
111の出力に対する回路動作のタイミングマージンは
非常に大きいとする。この場合、回路動作のタイミング
マージンが小さい配線ノード109の出力に、できるか
ぎりマージンを多く持たせるため、配線ノード106の
信号入力から配線ノード109の信号出力までの遅延時
間をできるかぎり小さく抑える必要がある。この方法と
しては、回路動作のタイミングマージンが大きいインバ
ータ105を構成するトランジスタのサイズを小さくす
ることにより、インバータ102の負荷を小さくするこ
とが一般的である。
【0004】図9(b)は、図9(a)の回路における
配線ノード106と配線ノード109の時間変化を示し
たものである。破線は、全てのインバータを同じサイズ
のトランジスタで構成した場合の結果である。配線ノー
ド106が2.5Vになった時間T1と配線ノード10
9が2.5Vになった時間T2との差(T2−T1)を
配線ノード106と配線ノード109の間の遅延時間と
定義する。
【0005】同様に、インバータ105を構成するトラ
ンジスタのサイズを最小にした場合(実線)についても
配線ノード106と配線ノード109の間の遅延時間を
求めると、配線ノード106が2.5Vになった時間T
3と配線ノード109が2.5Vになった時間T4との
差(T4−T3)と表される。この場合、インバータ1
05を構成するトランジスタのサイズを最小にすること
により、{(T2−T1)−(T4−T3)}の時間分
だけ遅延時間が減少し、高速化されていることがわか
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
構成及び方法では、高速化に対して限度がある。インバ
ータ102の負荷容量全体に対するインバータ105の
入力容量の割合は約30%となり、かなり大きい。この
ため、インバータ105を構成するトランジスタサイズ
を小さくすればするほど高速化に対しては効果がある。
但し、デザインルール上小さくできる限界があり、それ
以上は不可能である。前記の例ではインバータ105を
構成するトランジスタのサイズを最小にした場合につい
て述べたが、この例ではこれ以上の高速化は不可能であ
る。高速化は、インバータ105以外のインバータを構
成するトランジスタのサイズを大きくすることによって
も可能であるが、トランジスタのサイズを大きくする
と、半導体装置のチップ面積が増加するため、半導体装
置の製造コストが上昇し、適当な方法とはいえない。
【0007】本発明の目的は、簡単な構造により高速動
作可能な半導体装置を提供することである。また本発明
の他の目的は、簡便な工程により上記半導体装置を製造
する方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
ひとつの論理ゲートの出力に対し、複数の論理ゲートの
入力が接続される回路において、前記論理ゲートの入力
のうち特定のものと前記論理ゲートの出力との間に直列
に抵抗を挿入する構造を備えるものである。
【0009】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
MOSトランジスタのゲート電極を形成する工程と、こ
のゲート電極上に絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜
に前記ゲート電極への接続孔を形成する工程と、前記接
続孔内のみにポリシリコン薄膜を形成する工程と、前記
ポリシリコン薄膜のうち特定のもののみに不純物を導入
する工程と、前記ポリシリコン薄膜を介して前記MOS
トランジスタのゲート電極に接続する金属配線を形成す
る工程とを備えたものである。
【0010】
【作用】本発明は上記した構成によって、特定の論理ゲ
ートの入力に直列抵抗を挿入し、前段の論理ゲートの負
荷を軽減することにより、直列抵抗を挿入していない論
理ゲートの遅延時間を小さくすることができる。
【0011】
【実施例】(実施例1)以下本発明の一実施例の半導体
装置について、図面を参照しながら説明する。図1
(a)は、本発明の実施例における半導体装置の一部を
示す論理回路図である。
【0012】図1(a)の回路において、配線ノード6
の入力信号は、インバータ1及び2を通して、配線ノー
ド7へ出力される。配線ノード7は、配線ノード8と接
続されており、かつ、抵抗12を通して配線ノード10
と接続されている。配線ノード8はインバータ3の入力
に接続されている。インバータ3の出力はインバータ4
を通して配線ノード9と接続されており、ここに出力さ
れる。配線ノード10はインバータ5の入力に接続され
ている。インバータ5の出力は配線ノード11と接続さ
れており、ここに出力される。
【0013】配線ノード6の入力信号に対し、配線ノー
ド9の出力に対する回路動作のタイミングマージンは非
常に小さい。一方、配線ノード11の出力に対する回路
動作のタイミングマージンは非常に大きい。回路動作の
タイミングマージンが小さい配線ノード9の出力に、で
きるかぎりマージンを多く持たせるため、配線ノード6
の信号入力から配線ノード9の信号出力までの遅延時間
をできるかぎり小さく抑える必要がある。このため、イ
ンバータ5を構成するトランジスタのサイズをデザイン
ルール上最小にした。すなわち、Nch、Pch共にチ
ャネル幅2μm、チャネル長1μmである。インバータ
1〜4を構成するトランジスタのサイズは全てチャネル
長1μm、Nchチャネル幅7μm、Pchチャネル幅
13μmである。さらに、抵抗12の抵抗値を大きくす
ることにより、時定数が大きくなり見かけ上インバータ
2の負荷容量を小さくする働きをする。
【0014】図1(b)は、図1(a)の回路における
配線ノード6と配線ノード9の時間変化を示したもので
ある。破線は抵抗12の抵抗値が0Ωの場合であり、従
来技術を用いた結果である。配線ノード6が2.5Vに
なった時間T21と配線ノード9が2.5Vになった時
間T22との差(T22−T21)を配線ノード6と配
線ノード9の間の遅延時間と定義する。この例の場合、
(T22−T21)は0.624nSである。同様に、
抵抗12の抵抗値が100KΩの場合についても配線ノ
ード6と配線ノード9の間の遅延時間を求めると、配線
ノード6が2.5Vになった時間T23と配線ノード9
が2.5Vになった時間T24との差(T24−T2
3)と表される。この例の場合、(T24−T23)は
0.600nSである。この場合、抵抗12を0Ωから
100kΩにすることにより、{(T22−T21)−
(T24−T23)}の時間分だけ遅延時間が減少し、
高速化されていることがわかる。この例の場合、{(T
22−T21)−(T24−T23)}は0.024n
Sであり、配線ノード6と配線ノード9の間に直列に抵
抗12を設けたことにより、従来法と比較して3.85
%高速化されている。
【0015】以上のように本実施例によれば、簡便な方
法で遅延時間の小さい高速な半導体装置が得られる。
【0016】(実施例2)以下、本発明の一実施例の半
導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明
する。図2〜図8は、本発明を用いた実施例の各工程に
おける半導体装置の部分拡大断面図である。
【0017】図2では、p型半導体基板31上に分離酸
化膜32、ゲート酸化膜33、ポリシリコンゲート34
(a)及び34(b)を順に形成する。図3では、p型
半導体基板31上にボロンリンガラス35を800nm
の厚さで形成する。図4では、フォトリソグラフィーと
ドライエッチングによりコンタクトホール36(a)及
び36(b)を形成する。図5では、コンタクトホール
36(a)及び36(b)内のみに選択的にポリシリコ
ン薄膜37(a)及び37(b)を形成する。
【0018】図6では、フォトリソグラフィーによりレ
ジストパターン38を形成する。レジストパターン38
は、ポリシリコン薄膜37(a)上は被覆しているが、
ポリシリコン薄膜37(b)上は被覆していない。その
後、レジストパターン38をマスクにリンイオン39を
注入する。図7では、リンイオン39を活性化するた
め、850℃30分の熱処理を行う。ポリシリコン薄膜
37(a)は高抵抗のままであるが、ポリシリコン薄膜
37(b)はリンが拡散されるため、低抵抗ポリシリコ
ン薄膜40(b)に変化する。図8では、アルミ配線4
1(a)及び41(b)を形成した後、保護絶縁膜とし
てシリコン窒化膜42を500nm厚形成し、半導体装
置が完成する。
【0019】この半導体装置において、アルミ配線41
(a)は高抵抗ポリシリコン薄膜37(a)を介してポ
リシリコンゲート34(a)と接続されている。アルミ
配線41(b)は低抵抗ポリシリコン薄膜40(b)を
介してポリシリコンゲート34(b)と接続されてい
る。即ち、ポリシリコンゲート34(b)で構成される
論理ゲートはアルミ配線41(b)との間に小さな直列
抵抗しか持たないが、ポリシリコンゲート34(a)で
構成される論理ゲートはアルミ配線41(a)との間に
大きな直列抵抗を寄生容量を伴うことなく持つ。ポリシ
リコンゲート34(a)及び(b)は各論理ゲートの入
力となっているため、特定の論理ゲート入力と金属配線
の間に選択的に直列抵抗を形成することができる。
【0020】以上のように本実施例によれば、特定のト
ランジスタゲートと金属配線の間に高抵抗ポリシリコン
薄膜を直列に挿入することができる。このことにより、
簡便な方法で高速な半導体装置を得ることができる。
【0021】
【発明の効果】以上のように本発明の半導体装置は、複
数の論理ゲートの入力が接続される回路において、前記
論理ゲートの入力のうち特定のものと前段の論理ゲート
の出力との間に直列抵抗を挿入する構成により、前段の
論理ゲート負荷を軽減し、直列抵抗を挿入していない論
理ゲートの遅延時間を小さくすることができる。
【0022】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
MOSトランジスタのゲート電極を形成する工程と、こ
のゲート電極上に絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜
に前記ゲート電極への接続孔を形成する工程と、前記接
続孔内のみにポリシリコン薄膜を形成する工程と、前記
ポリシリコン薄膜のうち特定のもののみに不純物を導入
する工程と、前記ポリシリコン薄膜を介して前記MOS
トランジスタのゲート電極に接続する金属配線を形成す
る工程を備え、特定の論理ゲートの入力に直列抵抗を挿
入することができ、直列抵抗を挿入していない論理ゲー
トの遅延時間を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における半導体装置の一部を示
す論理回路図及び、論理回路図における各配線ノード電
位の時間変化を示す図
【図2】本発明を用いた製造方法の実施例における半導
体装置の部分拡大断面図
【図3】本発明を用いた製造方法の実施例における半導
体装置の部分拡大断面図
【図4】本発明を用いた製造方法の実施例における半導
体装置の部分拡大断面図
【図5】本発明を用いた製造方法の実施例における半導
体装置の部分拡大断面図
【図6】本発明を用いた製造方法の実施例における半導
体装置の部分拡大断面図
【図7】本発明を用いた製造方法の実施例における半導
体装置の部分拡大断面図
【図8】本発明を用いた製造方法の実施例における半導
体装置の部分拡大断面図
【図9】従来の半導体装置の一部を示す論理回路図及
び、論理回路図における各配線ノード電位の時間変化を
示す図
【符号の説明】
1〜5,101〜105 インバータ 6〜11,106〜111 配線ノード 112 抵抗 31 p型半導体基板 32 分離酸化膜 33 ゲート酸化膜 34(a),(b) ポリシリコンゲート 35 ボロンリンガラス 36(a),(b) コンタクトホール 37(a),(b) ポリシリコン薄膜 38 レジストパターン 39 リンイオン 40(b) 低抵抗ポリシリコン薄膜 41(a),(b) アルミ配線 42 シリコン窒化膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ひとつの論理ゲートの出力に対し、複数の
    論理ゲートの入力が接続される回路において、前記論理
    ゲートの入力のうち特定のものと前記論理ゲートの出力
    との間に直列に抵抗を挿入することを特徴とする半導体
    装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の直列に挿入する抵抗とし
    て、ポリシリコン薄膜を用いることを特徴とする半導体
    装置。
  3. 【請求項3】MOSトランジスタのゲート電極を形成す
    る工程と、このゲート電極上に絶縁膜を形成する工程
    と、この絶縁膜に前記ゲート電極への接続孔を形成する
    工程と、前記接続孔内のみにポリシリコン薄膜を形成す
    る工程と、前記ポリシリコン薄膜のうち特定のもののみ
    に不純物を導入する工程と、前記ポリシリコン薄膜を介
    して前記MOSトランジスタのゲート電極に接続する金
    属配線を形成する工程とを備えた半導体装置の製造方
    法。
JP18224791A 1991-07-23 1991-07-23 半導体装置及び半導体装置の製造方法 Pending JPH0529548A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0709892A3 (en) * 1994-09-30 1998-11-04 Yozan Inc. MOS inverter forming method
US6143369A (en) * 1996-01-12 2000-11-07 Matsushita Electric Works, Ltd. Process of impregnating substrate and impregnated substrate

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0709892A3 (en) * 1994-09-30 1998-11-04 Yozan Inc. MOS inverter forming method
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