JPH1012743A - インバータ - Google Patents

インバータ

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JPH1012743A
JPH1012743A JP8162890A JP16289096A JPH1012743A JP H1012743 A JPH1012743 A JP H1012743A JP 8162890 A JP8162890 A JP 8162890A JP 16289096 A JP16289096 A JP 16289096A JP H1012743 A JPH1012743 A JP H1012743A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
inverter
mos transistor
transistor
semiconductor substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP8162890A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuyoshi Takeuchi
信善 竹内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NKK Corp, Nippon Kokan Ltd filed Critical NKK Corp
Priority to JP8162890A priority Critical patent/JPH1012743A/ja
Publication of JPH1012743A publication Critical patent/JPH1012743A/ja
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】内部の急峻な接合部分に大きな電界が集中する
ことを防止し、ホットエレクトロンの発生を防止して素
子の寿命を長く保持できるようにしたインバータを提供
することを目的とする。 【解決手段】 電源端子間に直列に接続され互いに反
対導電型を有する第1、第2のMOSトランジスタ1
2、13の間に抵抗素子15を接続し、前記第1、第2
のMOSトランジスタ12、13のゲートにおける入力
電圧と前記第2のMOSトランジスタ13のドレインと
の間に印加される電位差を低減せしめることを特徴とし
てインバータが構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はインバータ、特に
CMOSで構成されたインバータに関する。
【0002】
【従来の技術】CMOSで構成されたインバータは、電
源端子間に直列に接続された2個のMOSトランジスタ
のうちの一方のみが入力信号のレベルに応じてONにな
ることで出力端子に反転信号を得るものである。図4は
従来のCMOSインバータの回路を示し、入力端子41
は互いに直列に接続されたPMOSトランジスタ42と
NMOSトランジスタ43のゲートに共通に接続され
る。PMOSトランジスタ42のドレインはVcc電源
に接続され、NMOSトランジスタ43のソースは接地
される。PMOSトランジスタ42のソースとNMOS
トランジスタ43のドレインの接続ノードは出力端子4
4に接続される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図4に示した従来のイ
ンバータにおいて、入力端子41に「0」信号が入力さ
れると、PMOSトランジスタ42がON,NMOSト
ランジスタ43がOFFとなり、Vcc電圧が出力端子
44に「1」信号として得られる。したがって、NMO
Sトランジスタ43のドレインにVcc電圧が印加され
ることになり、「0」信号に対応する低い電圧が印加さ
れているゲートとの間に高い電位差が生じる。一般にN
MOSトランジスタ43のドレインは半導体基板との接
合が急峻な部分を含んでいるので、この急峻な接合部分
に電界が集中する。
【0004】このようなインバータは単体として形成さ
れることはなく、通常はLSI装置の入出力バッファと
して一体に半導体基板上に組み込まれた状態で形成され
るので、極めて微細な素子構造を有する。LSI装置は
ますます微細化の傾向が強まりつつあるが、電源電圧の
低減化はそれほどは進んでいない。このためNMOSト
ランジスタ43のドレインの急峻な接合部分に大きな電
界が集中し、NMOSトランジスタ43がオンになった
ときにこの部分にホットエレクトロンが発生する。この
発生したホットエレクトロンによりNMOSトランジス
タ43の特性が変化し、その寿命が短くなることにな
る。
【0005】そこで、この発明は、微細な素子構造を有
する場合でもその動作の過程で内部の急峻な接合部分に
大きな電界が集中することを防止し、ホットエレクトロ
ンの発生を防止して素子の寿命を長く保持できるように
したインバータ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】この発明のインバータ
は、電源端子間に直列に接続され互いに反対導電型を有
する第1、第2のMOSトランジスタと、この第1、第
2のMOSトランジスタの間に接続された抵抗素子と、
前記第1、第2のMOSトランジスタのゲートに共通に
接続された入力端子と、前記第1のMOSトランジスタ
と抵抗素子との間に接続された出力端子とから構成され
ている。
【0007】上記の構成により、一方のMOSトランジ
スタが導通した場合に出力端子に現れる電源電圧が、抵
抗素子を介して他方のMOSトランジスタに印加される
ため、この抵抗素子における電圧降下によりこの他方の
MOSトランジスタの内部の急峻な接合部分に大きな電
界が集中することを防止でき、ホットエレクトロンの発
生を抑制して素子の寿命を長く保持できるようにしたイ
ンバータを提供することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、この発明の第1の実施の形
態について図面を参照して説明する。
【0009】図1はこの発明の第1の実施例のCMOS
インバータの回路を示し、入力端子11は後で述べる抵
抗素子15を介して互いに直列に接続されたPMOSト
ランジスタ12とNMOSトランジスタ13のゲートに
共通に接続される。PMOSトランジスタ12のドレイ
ンはVcc電源に接続され、NMOSトランジスタ13
のソースは接地される。PMOSトランジスタ12のソ
ースとNMOSトランジスタ13のドレインとの間には
抵抗素子15が接続され、NMOSトランジスタ13の
ドレインと抵抗素子15との接続ノードは出力端子14
に接続される。図1に示したインバータにおいて、入力
端子11に「0」信号Vinが入力されると、PMOS
トランジスタ12がON,NMOSトランジスタ13が
OFFとなり、Vcc電圧が出力端子14に「1」信号
Voutとして得られる。ここで、このVcc電圧は抵
抗素子15を介してNMOSトランジスタ13のドレイ
ンに印加されるから、このMOSトランジスタの内部の
急峻な接合部分にVcc電圧が直接印加されることがな
く、結果的にこの部分に大きな電界が集中することが防
止できる。
【0010】次に、図1のインバータ回路が形成された
半導体装置の表面のパターンおよび内部の構造を図2を
参照して詳細に説明する。図1に示したPMOSトラン
ジスタ12は図2(b)に示したように、P形の半導体
基板21に形成されたN型ウエル22の表面領域に形成
される。このPMOSトランジスタ12はN型ウエル2
2の表面領域に形成されたP+型のドレイン領域12
D、ソース領域12Sと、ゲート酸化膜12oxを介し
て形成されたポリシリコンのゲート12Gとを有する。
ドレイン領域12D、ソース領域12Sのチャンネルを
挟んで互いに対向する部分には低い不純物濃度のP−領
域12Cが一体に形成される。
【0011】P形の半導体基板21の表面領域にはNM
OSトランジスタ13が形成される。このNMOSトラ
ンジスタ13は半導体基板21の表面領域に形成された
N+型のドレイン領域13D、ソース領域13Sと、ゲ
ート酸化膜13oxを介して形成されたポリゲート13
Gとを有する。ドレイン領域13D、ソース領域13S
のチャンネルを挟んで互いに対向する部分には、PMO
Sトランジスタ12と同様に、低い不純物濃度のN−領
域13Cが一体に形成される。ポリゲート12G、13
Gはこれらと一体に形成されたポリ導体Pにより共通に
接続される。
【0012】半導体基板21とN型ウエル22の界面が
半導体基板21の表面に露出した部分はフィールド酸化
膜23によりカバーされ、P+型のドレイン領域12D
の一端はフィールド酸化膜24によりカバーされ、N+
型のドレイン領域13Dの一端はフィールド酸化膜25
によりカバーされ、ソース領域13Sの一端はフィール
ド酸化膜26によりカバーされる。フィールド酸化膜2
3はソース領域12Sの一端まで延長して形成される。
【0013】更に、二つのフィールド酸化膜23、25
の間には、N+型の不純物拡散領域15が図1の抵抗素
子として形成される。この不純物拡散領域15はNMO
Sトランジスタ13のドレイン領域13D、ソース領域
13Sと同じ不純物の拡散により同時に形成できるの
で、N+型の不純物拡散領域15を図1の抵抗素子とし
て形成するために製造工程数が増加することはない。
【0014】半導体基板21とN型ウエル22の表面に
形成されたフィールド酸化膜23−26、ゲート12
G、13G、ポリ導体Pおよび抵抗素子用の不純物拡散
領域15のすべては層間絶縁膜27によって覆われる。
この層間絶縁膜27には複数のコンタクト28a,28
b,28c,28d,28e,28fが形成される。コ
ンタクト28aはドレイン領域12Dに達し、コンタク
ト28bはソース領域12Sに達し、コンタクト28
c,28dは不純物拡散領域15に達し、コンタクト2
8eはドレイン領域13Dに達し、コンタクト28fは
ソース領域13Sに達する。コンタクト28gはポリ導
体Pに形成され、図1の入力端子11に接続される。
【0015】コンタクト28aにはドレイン領域12D
に達する金属層29aが層間絶縁膜27上に形成され、
コンタクト28b,28cの間にはソース領域12Sと
不純物拡散領域15との間を接続するための金属層29
bが層間絶縁膜27上に形成され、コンタクト28d,
28eの間には不純物拡散領域15とドレイン領域13
Dとの間を接続するための金属層29cが層間絶縁膜2
7上に形成される。金属層29aは電源Vccに接続さ
れる。さらに、コンタクト28fにはソース領域13S
に達する金属層29dが層間絶縁膜27上に形成され、
この金属層29dの他端は接地導体領域30に図示しな
いコンタクトを介して接続される。
【0016】このように構成されたインバータにおい
て、論理「0」の入力信号Vinがコンタクト28gに
印加されると、この信号がポリ導体Pを介してトランジ
スタ12、13のゲート12G、13Gに供給され、ト
ランジスタ12が導通状態となる。この結果、電源Vc
cが金属層29a、トランジスタ12、金属層29bを
介して抵抗素子として機能する不純物拡散領域15のコ
ンタクト28cに印加される。この不純物拡散領域15
は抵抗素子として機能するから、ここで所定の電圧降下
が生じ、この降下した電圧が金属層29cを介してトラ
ンジスタ13のドレイン領域13Dに印加される。
【0017】このトランジスタ13のゲート13Gには
ポリ導体Pを介して論理「0」の入力信号Vinが供給
されているが、ドレイン領域13Dには電源電圧Vcc
より所定値だけ低下した電圧が印加されるから、ゲート
13Gとの間の電位差がその分だけ小さくなっており、
ドレイン領域13Dにおける電界の集中が緩和される。
このため、ポリ導体Pを介して「1」の入力信号が供給
され、NMOSトランジスタ13がONになっても、こ
の電界の集中に原因するホットキャリアの発生も抑圧さ
れる。これによりNMOSトランジスタ13の長寿命化
が達成できる。
【0018】図3はインバータに用いられるNMOSト
ランジスタの寿命と電源電圧Vccとの関係を示したグ
ラフであるが、電源電圧Vccの値が低下するに従って
寿命が飛躍的に長くなることが分かる。
【0019】この実施例の説明では不純物拡散領域15
を抵抗素子として用いたが、たとえばポリシリコンに不
純物を注入して抵抗素子として用いてもよい。
【0020】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
微細な素子構造を有する場合でもその動作の過程で内部
の急峻な接合部分に大きな電界が集中することを防止
し、ホットエレクトロンの発生を防止して素子の寿命を
長く保持できるようにしたインバータを提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例のインバータの回路構成を
示す図。
【図2】図1に示したインバータが形成された半導体基
板の平面図および断面図を示す図。
【図3】図1に示したインバータに用いられるNMOS
トランジスタの電圧と寿命との関係を示す図。
【図4】従来のインバータの構成を示す回路図。
【符号の説明】
11…入力端子 12…PMOSトランジスタ 13…NMOSトランジスタ 14…出力端子 15…抵抗素子 21…半導体基板 22…N−ウエル 23−26…フィールドオキサイト 27…層間絶縁膜 28a−28g…コンタクト 29a−29d…導通層 30…接地層。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源端子間に直列に接続され互いに反対
    導電型を有する第1、第2のMOSトランジスタと、 この第1、第2のMOSトランジスタの間に接続された
    抵抗素子と、 前記第1、第2のMOSトランジスタのゲートに共通に
    接続された入力端子と、 前記第1のMOSトランジス
    タと抵抗素子との間に接続された出力端子とを具備する
    ことを特徴とするインバータ。
  2. 【請求項2】 第1導電型の半導体基板と、 この半導体基板に形成された第2導電型のウエル領域
    と、 このウエル領域表面に形成された第1導電型の第1MO
    Sトランジスタと、 前記半導体基板の表面領域に形成された第2導電型の第
    2MOSトランジスタと、 前記半導体基板の表面領域に形成された抵抗領域と、 前記第1MOSトランジスタのソース領域と抵抗領域と
    の間および第2MOSトランジスタのドレイン領域と抵
    抗領域との間に夫々形成された第1導電部材と、 前記第1、第2MOSトランジスタのゲートを共通に接
    続する第2導電部材とを具備することを特徴とするイン
    バータ。
  3. 【請求項3】 前記抵抗領域は前記半導体基板の表面領
    域に形成された不純物拡散層を含むことを特徴とする請
    求項第2項に記載のインバータ。
  4. 【請求項4】 前記抵抗領域は前記第2MOSトランジ
    スタのソース、ドレインと同じ不純物の拡散層であるこ
    とを特徴とする請求項第2項に記載のインバータ。
  5. 【請求項5】 前記第1導電部材はメタルで形成され、
    第2導電部材はポリシリコンで形成されていることを特
    徴とする請求項第2項に記載のインバータ。
JP8162890A 1996-06-24 1996-06-24 インバータ Pending JPH1012743A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI496419B (zh) * 2011-10-12 2015-08-11 Taiwan Semiconductor Mfg Co Ltd 反相器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI496419B (zh) * 2011-10-12 2015-08-11 Taiwan Semiconductor Mfg Co Ltd 反相器

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