JPH07249688A - 半導体集積回路装置 - Google Patents
半導体集積回路装置Info
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- JPH07249688A JPH07249688A JP6041570A JP4157094A JPH07249688A JP H07249688 A JPH07249688 A JP H07249688A JP 6041570 A JP6041570 A JP 6041570A JP 4157094 A JP4157094 A JP 4157094A JP H07249688 A JPH07249688 A JP H07249688A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/788—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
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- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/401—Multistep manufacturing processes
- H01L29/4011—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes
- H01L29/40114—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes the electrodes comprising a conductor-insulator-conductor-insulator-semiconductor structure
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】トランジスタの閾値電圧を各素子ごとに容易に
調整することができる論理回路を備えた半導体集積回路
装置を提供する。 【構成】半導体基板11上に第1の絶縁膜14を介して
フローティングゲート15が形成され、該フローティン
グゲート15の上に第2の絶縁膜16を介してコントロ
ールゲート17が形成され、前記フローティングゲート
15の両側の前記半導体基板11の表層にソース/ドレ
イン領域層12,13が形成されてなるMOS型トラン
ジスタが、論理回路内の全てのトランジスタに用いら
れ、かつ前記フローティングゲート15に注入される電
荷の量が、各素子の閾値電圧に応じて異なる論理回路を
有すること。
調整することができる論理回路を備えた半導体集積回路
装置を提供する。 【構成】半導体基板11上に第1の絶縁膜14を介して
フローティングゲート15が形成され、該フローティン
グゲート15の上に第2の絶縁膜16を介してコントロ
ールゲート17が形成され、前記フローティングゲート
15の両側の前記半導体基板11の表層にソース/ドレ
イン領域層12,13が形成されてなるMOS型トラン
ジスタが、論理回路内の全てのトランジスタに用いら
れ、かつ前記フローティングゲート15に注入される電
荷の量が、各素子の閾値電圧に応じて異なる論理回路を
有すること。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置に
関し、より詳しくは、論理回路を有する半導体集積回路
装置の改善に関する。
関し、より詳しくは、論理回路を有する半導体集積回路
装置の改善に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、一般的に用いられる半導体集積回
路装置で論理回路を構成する際には、論理回路のスイッ
チング素子などに用いられるMOS型トランジスタの閾
値電圧を均一にして回路を構成していた。
路装置で論理回路を構成する際には、論理回路のスイッ
チング素子などに用いられるMOS型トランジスタの閾
値電圧を均一にして回路を構成していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、MOS型トラン
ジスタを用いる半導体集積回路装置は微細化による集積
密度の向上と動作速度の向上が目ざましく、サブミクロ
ンレベルまで微細化されると短チャネル効果による閾値
電圧の低下が生じ、製造プロセスのわずかなばらつきに
よって各素子の閾値が大きく変動してしまう。
ジスタを用いる半導体集積回路装置は微細化による集積
密度の向上と動作速度の向上が目ざましく、サブミクロ
ンレベルまで微細化されると短チャネル効果による閾値
電圧の低下が生じ、製造プロセスのわずかなばらつきに
よって各素子の閾値が大きく変動してしまう。
【0004】このため各素子の閾値電圧にかなりのばら
つきが生じてしまい、その後各素子の閾値電圧を調整す
ることは非常に困難であった。また、特に論理回路を有
する半導体集積回路装置では、同一の論理回路内に閾値
電圧の異なるMOS型トランジスタを形成したほうが回
路性能が向上する場合が多いが、それを実現する為には
複数回不純物を注入したり、ゲート絶縁膜の膜厚を各素
子について選択的に変えるなどして、選択的に閾値電圧
を制御する必要があり、そのプロセスが非常に複雑であ
って、各素子ごとに閾値電圧を調整することは非常に困
難であった。
つきが生じてしまい、その後各素子の閾値電圧を調整す
ることは非常に困難であった。また、特に論理回路を有
する半導体集積回路装置では、同一の論理回路内に閾値
電圧の異なるMOS型トランジスタを形成したほうが回
路性能が向上する場合が多いが、それを実現する為には
複数回不純物を注入したり、ゲート絶縁膜の膜厚を各素
子について選択的に変えるなどして、選択的に閾値電圧
を制御する必要があり、そのプロセスが非常に複雑であ
って、各素子ごとに閾値電圧を調整することは非常に困
難であった。
【0005】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであって、MOS型トランジスタの閾値電圧を各素
子ごとに容易に調整することができる論理回路を備えた
半導体集積回路装置を提供することを目的とする。
ものであって、MOS型トランジスタの閾値電圧を各素
子ごとに容易に調整することができる論理回路を備えた
半導体集積回路装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、図1に
例示するような半導体基板11上に第1の絶縁膜14を
介してフローティングゲート15が形成され、該フロー
ティングゲート15の上に第2の絶縁膜16を介してコ
ントロールゲート17が形成され、前記フローティング
ゲート15の両側の前記半導体基板11の表層にソース
/ドレイン領域層12,13が形成されてなるMIS型
トランジスタが、論理回路内の全て又は一部のトランジ
スタに用いられ、かつ前記フローティングゲート15に
注入される電荷の量が、各素子の閾値電圧に応じて調整
された論理回路を有することを特徴とすることによって
解決する。
例示するような半導体基板11上に第1の絶縁膜14を
介してフローティングゲート15が形成され、該フロー
ティングゲート15の上に第2の絶縁膜16を介してコ
ントロールゲート17が形成され、前記フローティング
ゲート15の両側の前記半導体基板11の表層にソース
/ドレイン領域層12,13が形成されてなるMIS型
トランジスタが、論理回路内の全て又は一部のトランジ
スタに用いられ、かつ前記フローティングゲート15に
注入される電荷の量が、各素子の閾値電圧に応じて調整
された論理回路を有することを特徴とすることによって
解決する。
【0007】
【作 用】本発明によれば、図1に例示するようなフロ
ーティングゲート15とコントロールゲート17を有す
るMIS型トランジスタが、論理回路に用いる全て又は
一部のトランジスタに用いられ、フローティングゲート
15に注入される電荷の量が、各素子の閾値電圧に応じ
て調整されている。
ーティングゲート15とコントロールゲート17を有す
るMIS型トランジスタが、論理回路に用いる全て又は
一部のトランジスタに用いられ、フローティングゲート
15に注入される電荷の量が、各素子の閾値電圧に応じ
て調整されている。
【0008】このため、フローティングゲート15へ注
入する電荷量を変化させることで、コントロールゲート
17に対する見かけの閾値電圧が変化するので、デバイ
ス内での各素子の閾値電圧のばらつきをあとから調整し
たり、回路性能向上のために同一の論理回路内に閾値電
圧の異なるMIS型トランジスタを形成することが比較
的容易に可能になる。
入する電荷量を変化させることで、コントロールゲート
17に対する見かけの閾値電圧が変化するので、デバイ
ス内での各素子の閾値電圧のばらつきをあとから調整し
たり、回路性能向上のために同一の論理回路内に閾値電
圧の異なるMIS型トランジスタを形成することが比較
的容易に可能になる。
【0009】なお、本発明に係る半導体集積回路装置に
おいて、フローティングゲート15の電荷量を調整する
のに、フローティングゲート15へ、電子ビームによっ
て電荷を注入する事で調整しているので、各素子につい
て選択的にフローティングゲート15の電荷量を調整す
ることが容易に可能となる。
おいて、フローティングゲート15の電荷量を調整する
のに、フローティングゲート15へ、電子ビームによっ
て電荷を注入する事で調整しているので、各素子につい
て選択的にフローティングゲート15の電荷量を調整す
ることが容易に可能となる。
【0010】
【実施例】以下で、本発明の実施例に係る半導体集積回
路装置について説明する。本実施例では、CMOSを用
いた論理回路で頻繁に用いられる、図3に例示するよう
な準スタティックT型フリップフロップ(以下T−F/
Fと称する)を例に用いて説明する。
路装置について説明する。本実施例では、CMOSを用
いた論理回路で頻繁に用いられる、図3に例示するよう
な準スタティックT型フリップフロップ(以下T−F/
Fと称する)を例に用いて説明する。
【0011】図2(a),(b)はそれぞれT−F/F
に用いられるトランスファーゲート及びインバータであ
る。図3に示すように、本実施例に係るT−F/FはC
MOSからなるインバータ21〜25と、トランスファ
ーゲート26,27で構成される回路であって、インバ
ータ21,22,23で構成される3連インバータ回路
とインバータ22,24及びインバータ23,25が構
成する2連インバータ回路の動作により、トランスファ
ーゲート26,27から入力される入力データ信号C
P,CPバーに基づき、2状態の出力信号Q,Qバーを
出力する回路である。なお、入力データ信号CPバーは
入力データ信号CPの反転論理である。
に用いられるトランスファーゲート及びインバータであ
る。図3に示すように、本実施例に係るT−F/FはC
MOSからなるインバータ21〜25と、トランスファ
ーゲート26,27で構成される回路であって、インバ
ータ21,22,23で構成される3連インバータ回路
とインバータ22,24及びインバータ23,25が構
成する2連インバータ回路の動作により、トランスファ
ーゲート26,27から入力される入力データ信号C
P,CPバーに基づき、2状態の出力信号Q,Qバーを
出力する回路である。なお、入力データ信号CPバーは
入力データ信号CPの反転論理である。
【0012】本実施例では、このインバータ21〜25
と、トランスファーゲート26,27で用いられるMO
S型トランジスタを全て図1に示すようなフローティン
グゲートを有するMOS型トランジスタ、すなわち半導
体基板11上に第1の絶縁膜14を介してフローティン
グゲート15が形成され、該フローティングゲート15
の上に第2の絶縁膜16を介してコントロールゲート1
7が形成され、フローティングゲート15の両側の半導
体基板11の表層にソース/ドレイン領域層12,13
が形成されてなるトランジスタで構成し、その閾値電圧
が全て同一になるように設計する。
と、トランスファーゲート26,27で用いられるMO
S型トランジスタを全て図1に示すようなフローティン
グゲートを有するMOS型トランジスタ、すなわち半導
体基板11上に第1の絶縁膜14を介してフローティン
グゲート15が形成され、該フローティングゲート15
の上に第2の絶縁膜16を介してコントロールゲート1
7が形成され、フローティングゲート15の両側の半導
体基板11の表層にソース/ドレイン領域層12,13
が形成されてなるトランジスタで構成し、その閾値電圧
が全て同一になるように設計する。
【0013】その後、図2(a)のようなトランスファ
ーゲートを構成する素子のフローティングゲート15に
は電荷を注入せず、同図(b)のようなCMOSインバ
ータを構成する素子のフローティングゲート15には、
電子ビームを用いてコントロールゲート17の上から選
択的に電荷を注入する。すると、図2(b)のCMOS
インバータにおいて、pチャネル型のMOS型トランジ
スタは、負のゲート電圧でONするので、このフローテ
ィングゲートに電荷が注入されると、コントロールゲー
トに対するみかけの閾値電圧は低下して、ONしやすく
なる。
ーゲートを構成する素子のフローティングゲート15に
は電荷を注入せず、同図(b)のようなCMOSインバ
ータを構成する素子のフローティングゲート15には、
電子ビームを用いてコントロールゲート17の上から選
択的に電荷を注入する。すると、図2(b)のCMOS
インバータにおいて、pチャネル型のMOS型トランジ
スタは、負のゲート電圧でONするので、このフローテ
ィングゲートに電荷が注入されると、コントロールゲー
トに対するみかけの閾値電圧は低下して、ONしやすく
なる。
【0014】逆に、nチャネル型のMOS型トランジス
タは、正のゲート電圧でONするので、このフローティ
ングゲートに電荷が注入されると、コントロールゲート
に対するみかけの閾値電圧は上昇して、ONしにくくな
る。一般に、図2(b)に示すようなnチャネル型のM
OS型トランジスタとpチャネル型のMOS型トランジ
スタとで構成されるCMOSのインバータでは、動作速
度を速めるためにpチャネル型のMOS型トランジスタ
の閾値電圧は低くし、OFF時のリーク電流を減少させ
るためにnチャネル型のMOS型トランジスタの閾値電
圧は高くしたいという要求があるが、この要求は、CM
OSのインバータを構成するMOS型トランジスタのフ
ローティングゲートの両方に電子ビームなどで電荷を注
入することにより、簡単に満たされることになる。
タは、正のゲート電圧でONするので、このフローティ
ングゲートに電荷が注入されると、コントロールゲート
に対するみかけの閾値電圧は上昇して、ONしにくくな
る。一般に、図2(b)に示すようなnチャネル型のM
OS型トランジスタとpチャネル型のMOS型トランジ
スタとで構成されるCMOSのインバータでは、動作速
度を速めるためにpチャネル型のMOS型トランジスタ
の閾値電圧は低くし、OFF時のリーク電流を減少させ
るためにnチャネル型のMOS型トランジスタの閾値電
圧は高くしたいという要求があるが、この要求は、CM
OSのインバータを構成するMOS型トランジスタのフ
ローティングゲートの両方に電子ビームなどで電荷を注
入することにより、簡単に満たされることになる。
【0015】このことにより、図2(a)のトランスフ
ァーゲートの閾値電圧は図2(b)のCMOSインバー
タに比して相対的に高くなるが、動作安定性確保のため
に、この閾値電圧は高いほうが望ましいので全く問題な
く、また、図2(b)のCMOSインバータの閾値電圧
は、MOS型トランジスタのフローティングゲートへの
電荷注入で、動作速度を速めるためにpチャネル型のM
OS型トランジスタの閾値電圧は低くし、OFF時のリ
ーク電流を減少させるためにnチャネル型のFAMOS
の閾値電圧は高くしたいという要求を同時に満たすこと
ができるので、T−F/Fを構成する上で最適な条件の
閾値電圧を得ることが出来る。
ァーゲートの閾値電圧は図2(b)のCMOSインバー
タに比して相対的に高くなるが、動作安定性確保のため
に、この閾値電圧は高いほうが望ましいので全く問題な
く、また、図2(b)のCMOSインバータの閾値電圧
は、MOS型トランジスタのフローティングゲートへの
電荷注入で、動作速度を速めるためにpチャネル型のM
OS型トランジスタの閾値電圧は低くし、OFF時のリ
ーク電流を減少させるためにnチャネル型のFAMOS
の閾値電圧は高くしたいという要求を同時に満たすこと
ができるので、T−F/Fを構成する上で最適な条件の
閾値電圧を得ることが出来る。
【0016】また、本実施例では、フローティングゲー
ト15への電荷注入は電子ビームを所望の素子に照射す
ることによって行っているので、選択的に電荷をフロー
ティングゲート15に注入することも比較的容易であっ
て、閾値電圧の調整も容易になる。よって、例えば論理
回路の設計上、論理回路を構成する各素子の閾値電圧を
一定にしたいような場合に、たとえプロセスのばらつき
によって閾値電圧がばらついても、閾値電圧が低い素子
のフローティングゲートに後から電子ビームを選択的に
注入することによって、各素子間の閾値電圧のばらつき
を調整することが容易に可能になる。
ト15への電荷注入は電子ビームを所望の素子に照射す
ることによって行っているので、選択的に電荷をフロー
ティングゲート15に注入することも比較的容易であっ
て、閾値電圧の調整も容易になる。よって、例えば論理
回路の設計上、論理回路を構成する各素子の閾値電圧を
一定にしたいような場合に、たとえプロセスのばらつき
によって閾値電圧がばらついても、閾値電圧が低い素子
のフローティングゲートに後から電子ビームを選択的に
注入することによって、各素子間の閾値電圧のばらつき
を調整することが容易に可能になる。
【0017】また、ユーザーが論理回路内の素子の閾値
電圧をあとから所望の値に調整することもできるので、
ASIC(Application Specific Integrated Circuit
)などのカスタムICの論理ゲートを、上述のような
フローティングゲートを有するトランジスタで構成し、
不揮発性メモリも同時に構成できるようにしても有効で
ある。
電圧をあとから所望の値に調整することもできるので、
ASIC(Application Specific Integrated Circuit
)などのカスタムICの論理ゲートを、上述のような
フローティングゲートを有するトランジスタで構成し、
不揮発性メモリも同時に構成できるようにしても有効で
ある。
【0018】なお、本実施例では論理回路の一例として
CMOSインバータを用いたT−F/Fについて説明し
ているが、本発明はこれに限らず、例えばE/DMOS
(Enhancement/Depletion MOS)インバータを用いた論理
回路など、凡そ論理回路であればどの様なものであって
も、本実施例と同様の効果を奏する。また、本実施例で
はフローティングゲートへの電荷注入を電子ビームで行
っているが、本発明はこれに限らず、例えばフラッシュ
メモリなどのようにトンネル電流や、ホットキャリアを
用いても、同様の効果を奏する。
CMOSインバータを用いたT−F/Fについて説明し
ているが、本発明はこれに限らず、例えばE/DMOS
(Enhancement/Depletion MOS)インバータを用いた論理
回路など、凡そ論理回路であればどの様なものであって
も、本実施例と同様の効果を奏する。また、本実施例で
はフローティングゲートへの電荷注入を電子ビームで行
っているが、本発明はこれに限らず、例えばフラッシュ
メモリなどのようにトンネル電流や、ホットキャリアを
用いても、同様の効果を奏する。
【0019】さらに、本実施例ではゲート絶縁膜が酸化
膜の場合について説明しているが、本発明はこれに限ら
ず、例えば酸化窒化膜や窒化膜、Ta2O5 などの絶縁膜な
どでも同様の効果を奏する。
膜の場合について説明しているが、本発明はこれに限ら
ず、例えば酸化窒化膜や窒化膜、Ta2O5 などの絶縁膜な
どでも同様の効果を奏する。
【0020】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、フロ
ーティングゲートを有するMIS型トランジスタが、論
理回路に用いる全てのトランジスタに用いられ、フロー
ティングゲートに注入される電荷の量が、各素子の閾値
電圧に応じて異なるように調整されているので、デバイ
ス内での各素子の閾値電圧のばらつきを調整したり、回
路性能向上のために同一の論理回路内に閾値電圧の異な
るMIS型トランジスタを形成することが、容易に可能
になる。
ーティングゲートを有するMIS型トランジスタが、論
理回路に用いる全てのトランジスタに用いられ、フロー
ティングゲートに注入される電荷の量が、各素子の閾値
電圧に応じて異なるように調整されているので、デバイ
ス内での各素子の閾値電圧のばらつきを調整したり、回
路性能向上のために同一の論理回路内に閾値電圧の異な
るMIS型トランジスタを形成することが、容易に可能
になる。
【図1】本発明の実施例に係る半導体集積回路装置に用
いられるMOS型トランジスタを説明する断面図であ
る。
いられるMOS型トランジスタを説明する断面図であ
る。
【図2】本発明の実施例に係る半導体集積回路装置を説
明する第1の回路図である。
明する第1の回路図である。
【図3】本発明の実施例に係る半導体集積回路装置を説
明する第2の回路図である。
明する第2の回路図である。
11 半導体基板 12,13 ソース/ドレイン領域層 14 第1の絶縁膜 15 フローティングゲート 16 第2の絶縁膜 17 コントロールゲート
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/78 21/8247 29/788 29/792 H01L 29/78 371
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体基板(11)上に第1の絶縁膜
(14)を介してフローティングゲート(15)が形成
され、該フローティングゲート(15)の上に第2の絶
縁膜(16)を介してコントロールゲート(17)が形
成され、前記フローティングゲート(15)の両側の前
記半導体基板(11)の表層にソース/ドレイン領域層
(12,13)が形成されてなるMIS型トランジスタ
が、論理回路内の全て又は一部のトランジスタに用いら
れ、 かつ前記フローティングゲート(15)に注入される電
荷の量が、各素子の閾値電圧に応じて調整された論理回
路を有することを特徴とする半導体集積回路装置。 - 【請求項2】 前記フローティングゲート(15)の電
荷量の調整は、電子ビームによる前記フローティングゲ
ート(15)への電荷の注入によってなされることを特
徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項3】 高速な動作をする前記MIS型トランジ
スタのフローティングゲート(15)に注入される電荷
の量は、それ以外のMIS型トランジスタのフローティ
ングゲート(15)に注入される電荷の量に比して多い
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の半導体集
積回路装置。 - 【請求項4】 CMOSインバータに用いられるMIS
型トランジスタの前記フローティングゲート(15)内
の電荷の量が、トランスファーゲートに用いられるMI
S型トランジスタの前記フローティングゲート(15)
内の電荷の量に比して多いフリップフロップ回路を有す
ることを特徴とする請求項1,請求項2又は請求項3記
載の半導体集積回路装置。 - 【請求項5】 請求項1,請求項2,請求項3又は請求
項4記載の半導体集積回路装置と、不揮発性メモリとを
有するカスタムICであることを特徴とする半導体集積
回路装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6041570A JPH07249688A (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 半導体集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6041570A JPH07249688A (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 半導体集積回路装置 |
Publications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1994
- 1994-03-11 JP JP6041570A patent/JPH07249688A/ja not_active Withdrawn
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