JPH11220124A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH11220124A
JPH11220124A JP1940398A JP1940398A JPH11220124A JP H11220124 A JPH11220124 A JP H11220124A JP 1940398 A JP1940398 A JP 1940398A JP 1940398 A JP1940398 A JP 1940398A JP H11220124 A JPH11220124 A JP H11220124A
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JP
Japan
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gate
insulating film
gate electrodes
semiconductor device
gate insulating
Prior art date
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Application number
JP1940398A
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Japanese (ja)
Inventor
Noritoshi Abe
文紀 安部
Masashige Aoyama
将茂 青山
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make threshold voltage equal to other elements around it, and to obtain a load element and a lagging element having a little leakage current by a method wherein a plurality of gate electrodes are electrically connected to a gate insulating film, and the gate electrodes are arranged along the gate insulating film separately with each other. SOLUTION: A rectangular gate insulating film 4 is formed on a P-type semiconductor substrate 1, and a plurality of gate electrodes 6a, 6b and 6c are formed on the gate insulating film 4. As the length of each channel region is determined by each gate electrode 6 even when the channel length is made longer by increasing the number of the gate electrodes, their threshold voltage Vt is constant even when the gate electrode 6 is formed in an optional number, and the threshold voltage of the gate electrode is equal to that of other plurality of MOS transistors located in the circuit. That is, the semiconductor element is substantially functions as the MOS transistors having a long channel length, and the channel length can be adjusted by the number of the gate electrodes 6, and they function as an individual transistor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関す
るものであり、さらに詳しく言えば、負荷素子や、遅延
回路の遅延素子として用いる高抵抗なMOSトランジスタ
素子に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a high-resistance MOS transistor element used as a load element or a delay element of a delay circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の半導体集積回路構造の微細化の進
展に伴い、最近では0.25μmデザインルールが実用化さ
れている。ここで言うデザインルールとは、半導体集積
回路において加工できる最小の線幅を指し、一般的に、
トランジスタのチャネル長(Gate Length)をその尺度
としている。従って、0.25μmデザインルールとは、半
導体集積回路におけるトランジスタの最小チャネル長が
0.25μmであることを意味する。MOSトランジスタのチャ
ネル長を短くすることによって、回路のサイズを縮小で
きることはもとより、チャネルの抵抗の低減化を通じて
素子の高速化が図れ、また、電源電圧の低減が可能とな
る。
2. Description of the Related Art With the recent progress in miniaturization of semiconductor integrated circuit structures, 0.25 μm design rules have recently been put to practical use. The design rule here refers to the minimum line width that can be processed in a semiconductor integrated circuit, and generally,
The channel length (Gate Length) of the transistor is used as the measure. Therefore, the 0.25 μm design rule means that the minimum channel length of a transistor in a semiconductor integrated circuit is
It means 0.25 μm. By shortening the channel length of the MOS transistor, not only the size of the circuit can be reduced, but also the speed of the element can be increased by reducing the resistance of the channel, and the power supply voltage can be reduced.

【0003】しかしながら、半導体集積回路には、種々
の素子が組み込まれ、その中には、回路内の電圧降下を
調整するための負荷素子や、回路全体の動作タイミング
を調整するための遅延回路等が含まれている場合があ
る。負荷素子は、抵抗値が高いことが必要であり、半導
体集積回路においてはチャネル長の長いMOSトランジス
タを用いることが一般的である。これは、ゲート電極に
電圧が印加されチャネルが導通した状態でのチャネルの
電気抵抗が、周囲の不純物拡散領域に比較して大きいこ
とを利用したものであり、この様なMOSトランジスタを
特に負荷MOSと呼ぶ。負荷MOSはチャネル長を調節するこ
とによって抵抗値を調節でき、チャネル長が長いほどよ
り高い抵抗を有する。負荷MOSはMOSトランジスタである
ので、半導体集積回路を製造する際に容易にかつ他の半
導体装置と同時に形成することができ、また、ゲート電
極のON・OFFによって抵抗の使用、不使用を制御できる
等の特徴を持つ。また、遅延回路はチャネル長の長いMO
Sトランジスタと、コンデンサを組み合わせて構成す
る。負荷MOS同様、チャネル長を長くすることでMOSトラ
ンジスタの抵抗値を高くできるので、遅延時間の調整が
でき、また、ゲート電極のON・OFFによって使用、不使
用を制御できる等の特徴を持つ。従来のチャネル長の長
いMOSトランジスタを図6に示す。
However, various elements are incorporated in a semiconductor integrated circuit, including a load element for adjusting a voltage drop in the circuit, a delay circuit for adjusting the operation timing of the entire circuit, and the like. May be included. The load element needs to have a high resistance value, and a MOS transistor having a long channel length is generally used in a semiconductor integrated circuit. This is based on the fact that the electrical resistance of the channel when a voltage is applied to the gate electrode and the channel is conductive is larger than that of the surrounding impurity diffusion region. Call. The resistance of the load MOS can be adjusted by adjusting the channel length. The longer the channel length, the higher the resistance. Since the load MOS is a MOS transistor, it can be formed easily and simultaneously with other semiconductor devices when manufacturing a semiconductor integrated circuit, and the use / non-use of a resistor can be controlled by ON / OFF of a gate electrode. Etc. The delay circuit is an MO with a long channel length.
It is configured by combining an S transistor and a capacitor. Like the load MOS, the resistance value of the MOS transistor can be increased by increasing the channel length, so that the delay time can be adjusted, and the use and non-use can be controlled by turning on / off the gate electrode. FIG. 6 shows a conventional MOS transistor having a long channel length.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来より、チャネル長
GLを短くするとMOSトランジスタのゲートの閾値電圧(V
t)は低下する、いわゆる短チャネル効果と呼ばれる現
象が知られている。しかしながら、基板に添加する不純
物の濃度が高くなったときや、図6に示す従来のMOSト
ランジスタのように不純物濃度の高いパンチスルースト
ッパ55を形成したときは、逆にチャネル長を長くする
とVtが低下する、いわゆる逆短チャネル効果が起こるこ
とが明らかになってきた。
Conventionally, the channel length
When GL is shortened, the threshold voltage (V
t) is reduced, a phenomenon called the so-called short channel effect is known. However, when the concentration of the impurity added to the substrate becomes high or when the punch-through stopper 55 having a high impurity concentration is formed as in the conventional MOS transistor shown in FIG. It has become clear that a so-called inverse short channel effect, which decreases, occurs.

【0005】逆短チャネル効果が生じている場合のチャ
ネル長に対するVtの変化を図4に示す。MOSトランジス
タに流れる電流Idsはトランジスタの幅GW、チャネル長G
L、ゲートとソース間の電圧Vgs、閾値電圧Vt、及びソー
スドレイン間の電圧Vdsの関数であり、 Ids∝GW・(Vgs - Vt ) /GL の関係にある。従って、MOSトランジスタを高抵抗化す
る、換言すればIdsを小さくするためにはGLを大きくす
ればよいことが判る。しかし、逆短チャネル効果が生じ
るために、GLを大きくするとVtが小さくなってしまい、
効果が相殺されてしまう。
FIG. 4 shows the change in Vt with respect to the channel length when the inverse short channel effect occurs. The current Ids flowing through the MOS transistor is the transistor width GW and channel length G
It is a function of L, the voltage Vgs between the gate and the source, the threshold voltage Vt, and the voltage Vds between the source and the drain, and has a relationship of Ids∝GW · (Vgs−Vt) / GL. Therefore, it can be seen that the resistance of the MOS transistor can be increased, in other words, the GL can be increased to reduce Ids. However, since the reverse short channel effect occurs, increasing GL decreases Vt,
The effect is offset.

【0006】ところで、一般にMOSトランジスタは、ゲ
ート電極の電圧がVtよりも低い場合であっても、ゲート
直下の基盤が弱く反転しているゲート電圧領域が存在
し、ソース、ドレイン間に電圧を印加することにより、
いわゆる弱反転電流が生じる。この様な弱反転領域にお
けるゲート電圧Vgsとドレイン、ソース間に流れる電流I
dsとの関係を図5に示す。図から判るとおり、チャネル
長が大きくなり、閾値電圧が低下すると、Vgsが0Vであ
っても電流値が0Aにならず、いわゆるリーク電流が流れ
るようになる。
In general, even when the voltage of a gate electrode is lower than Vt, a MOS transistor generally has a gate voltage region in which a base immediately below a gate is weakly inverted, and a voltage is applied between a source and a drain. By doing
A so-called weak inversion current is generated. The gate voltage Vgs and the current I flowing between the drain and the source in such a weak inversion region
FIG. 5 shows the relationship with ds. As can be seen from the figure, when the channel length increases and the threshold voltage decreases, the current value does not become 0 A even when Vgs is 0 V, and a so-called leak current flows.

【0007】前述の負荷MOSや遅延素子は一つのチップ
の中に多数組み込まれることは少なく、チップ内のほと
んどのMOSトランジスタのチャネル長は短く、閾値電圧
の設定はそれらチャネル長の短い素子を標準として設定
される。この時、前述した理由から、チャネル長の長い
トランジスタのVtが低下し、リーク電流が無視できな
い。
The load MOSs and delay elements described above are rarely incorporated into a single chip in a large number. Most MOS transistors in the chip have short channel lengths, and the threshold voltage is set by using elements having short channel lengths as standard. Is set as At this time, for the above-described reason, Vt of the transistor having a long channel length decreases, and the leak current cannot be ignored.

【0008】今後回路の微細化がさらに進展すると、上
記の問題点はさらに顕在化することが予想され、解決手
段が必要とされていた。
[0008] If the miniaturization of the circuit further advances in the future, it is expected that the above-mentioned problems will become more apparent, and a solution is required.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点に
鑑みて成されたものであり、チャネル長の長いトランジ
スタを単一のトランジスタで構成せず、チャネルの途中
に拡散層を挿入して、ゲート電極を複数に分割し、実効
的に長いチャネル長を得る半導体装置である。拡散層で
仕切られた各チャネルは逆短チャネル効果的にはチャネ
ル長の短い1個のトランジスタとして振る舞い、各チャ
ネルを形成する各ゲート電極は集積回路内の他のチャネ
ル長の短いトランジスタと同じであるので、ゲートの閾
値電圧も集積回路内の他のトランジスタと等しい。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and a transistor having a long channel length is not constituted by a single transistor, but a diffusion layer is inserted in the middle of a channel. The gate electrode is divided into a plurality of gate electrodes to obtain an effective long channel length. Each channel separated by a diffusion layer is an inverse short channel, effectively acting as one transistor having a short channel length, and each gate electrode forming each channel is the same as another short channel transistor in an integrated circuit. As such, the threshold voltage of the gate is also equal to other transistors in the integrated circuit.

【0010】請求項1に記載の発明は、第1の導電型の
半導体基板と、前記半導体基板上に帯状に形成されたゲ
ート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の周囲の前記半導体基
板上に形成された素子分離膜と、前記ゲート絶縁膜上
に、電気的に接続され、かつ前記ゲート絶縁膜に沿って
相互に離間されて配置された、複数のゲート電極と、前
記複数のゲート電極のうち両端に配置されたゲート電極
の外側の前記半導体基板表面に形成された第2の導電型
のソース領域及びドレイン領域と、前記複数のゲート電
極の間の前記半導体基板表面に形成された第2の導電型
の拡散領域とを備えた半導体装置である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor substrate of a first conductivity type, a gate insulating film formed in a strip shape on the semiconductor substrate, and a gate insulating film formed on the semiconductor substrate around the gate insulating film. And a plurality of gate electrodes that are electrically connected to each other on the gate insulating film, and are disposed apart from each other along the gate insulating film. A second conductivity type source region and a drain region formed on the surface of the semiconductor substrate outside gate electrodes disposed at both ends, and a second region formed on the surface of the semiconductor substrate between the plurality of gate electrodes; This is a semiconductor device including a conductive diffusion region.

【0011】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の半導体装置において、前記複数のゲート電極の電気的
な接続は、前記複数のゲート電極に一体となって設けら
れた接続部を介してなされることを特徴とした半導体装
置である。請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の
半導体装置において、前記接続部は、前記素子分離膜上
に前記ゲート絶縁膜の少なくとも一部に沿って形成され
ていることを特徴とした半導体装置である。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the plurality of gate electrodes are electrically connected to each other by a connecting portion provided integrally with the plurality of gate electrodes. The semiconductor device is characterized by being performed via a semiconductor device. According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, the connection portion is formed on the element isolation film along at least a part of the gate insulating film. It is a semiconductor device.

【0012】 〔発明の詳細な説明〕[Detailed Description of the Invention]

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に本発明の第1の実施形態に
ついて説明する。図1(a)は本実施形態の半導体装置
の平面図であり、図1(b)は図1(a)のAA線における
断面図である。p型半導体基板1上に矩形状のゲート絶
縁膜4が形成されており、ゲート絶縁膜4上に複数のゲ
ート電極6a、6b、6cが形成されている。両端のゲー
ト電極6a、6cの外側の半導体基板1上にはn型のソー
ス領域9及びドレイン領域10が形成されており、それ
ぞれの領域からソース電極、ドレイン電極が取り出され
ている。個々のゲート電極の間の半導体基板1上にはn
型の拡散領域11が形成されている。ソース領域9とド
レイン領域10の端部及び、拡散領域11の両端部には
短チャネル効果を防止するためのパンチスルーストッパ
7が形成されている。ゲート絶縁膜4の外側はLOCOS酸
化膜による素子分離膜3が形成されている。個々のゲー
ト電極は素子分離膜3上に各ゲート電極6a、6b、6c
と一体的に形成された接続部6dを介して、電気的に接
続されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1A is a plan view of the semiconductor device of the present embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1A. A rectangular gate insulating film 4 is formed on a p-type semiconductor substrate 1, and a plurality of gate electrodes 6a, 6b, 6c are formed on the gate insulating film 4. An n-type source region 9 and a drain region 10 are formed on the semiconductor substrate 1 outside the gate electrodes 6a and 6c at both ends, and a source electrode and a drain electrode are extracted from each region. N on the semiconductor substrate 1 between the individual gate electrodes
A mold diffusion region 11 is formed. A punch-through stopper 7 for preventing a short channel effect is formed at the end of the source region 9 and the drain region 10 and at both ends of the diffusion region 11. Outside the gate insulating film 4, an element isolation film 3 of a LOCOS oxide film is formed. The individual gate electrodes are formed on the element isolation film 3 by the respective gate electrodes 6a, 6b, 6c.
Are electrically connected via a connecting portion 6d formed integrally with the second member.

【0014】以下において、各ゲート電極6a、6b、6
c及び接続部6dは一体となって形成されており、これを
総じて、ゲート電極6と略称する。また、接続部6dを
含めない各ゲート電極6a、6b、6cを、各ゲート電極
6と略称する。本実施形態では例示として、各ゲート電
極6を3つとして図示したが、必要なチャネル長に応
じ、2つ以上のいくつのゲート電極を形成してもよい。
この場合、各ゲート電極6間それぞれに拡散領域11が
形成される。
In the following, each gate electrode 6a, 6b, 6
c and the connection portion 6d are integrally formed, and are generally referred to as a gate electrode 6. Each gate electrode 6a, 6b, 6c not including the connection portion 6d is abbreviated as each gate electrode 6. In this embodiment, three gate electrodes 6 are shown as an example, but two or more gate electrodes may be formed according to a required channel length.
In this case, a diffusion region 11 is formed between each gate electrode 6.

【0015】次に本実施形態の動作を説明する。ゲート
電極6にVtよりも大きいゲート電圧Vgを印加すると各ゲ
ート電極6直下の半導体基板1表面に反転層が発生し、
チャネル領域が形成され、導通となる。各ゲート電極6
の間は拡散領域11が形成されているため導通であるの
で、ゲート電圧Vgの印加により、ソース領域9とドレイ
ン領域10は導通となる。即ち、本実施形態の基本的な
動作は従来のMOSトランジスタとほぼ同様であると言え
る。ここで、各チャネル長が等しいとき(この時のチャ
ネル長は回路内のその他の素子のチャネル長に等しいこ
とが多い)、各チャネルの抵抗は等しく、これをrとす
ると、本実施形態の半導体装置全体の抵抗値Rは、拡散
領域の抵抗はチャネル抵抗に比べて十分高く無視できる
ので、 R = n・r と表される。nは、ゲート電極の個数であり、図1にお
いてはn=3である。従って、ゲート電極の個数nを増加さ
せることによって、素子の抵抗値を、rを単位にして増
加させることができる。また、遅延回路においては、ゲ
ート電極の個数を増やすことによって、遅延時間を長く
することもできる。
Next, the operation of this embodiment will be described. When a gate voltage Vg larger than Vt is applied to the gate electrode 6, an inversion layer is generated on the surface of the semiconductor substrate 1 immediately below each gate electrode 6,
A channel region is formed and becomes conductive. Each gate electrode 6
Since the diffusion region 11 is formed between the source and drain regions, the source region 9 and the drain region 10 become conductive by application of the gate voltage Vg. That is, it can be said that the basic operation of this embodiment is almost the same as that of the conventional MOS transistor. Here, when the respective channel lengths are equal (the channel length at this time is often equal to the channel length of the other elements in the circuit), the resistance of each channel is equal. The resistance value R of the entire device is expressed as R = n · r since the resistance of the diffusion region is sufficiently higher than the channel resistance and can be ignored. n is the number of gate electrodes, and n = 3 in FIG. Therefore, by increasing the number n of the gate electrodes, the resistance value of the element can be increased in units of r. In the delay circuit, the delay time can be increased by increasing the number of gate electrodes.

【0016】一方、ゲート電極の個数を増やしてチャネ
ル長を長くしても、チャネル領域一つ一つの長さは個々
のゲート電極によって決まるので、その閾値電圧Vtはゲ
ート電極をいくつ形成しても一定であり、回路内に多数
存在するその他のMOSトランジスタと等しい。即ち、言
い換えれば、本発明の半導体素子は、回路内における動
作の観点からは、実質的にチャネル長の長いMOSトラン
ジスタとして振る舞い、そのチャネル長はゲート電極の
個数によって調整することができ、閾値電圧の観点から
は個々のトランジスタとして振る舞う、と言える。
On the other hand, even if the channel length is increased by increasing the number of gate electrodes, the length of each channel region is determined by each gate electrode. It is constant and equal to many other MOS transistors present in the circuit. In other words, in other words, from the viewpoint of operation in a circuit, the semiconductor element of the present invention behaves as a MOS transistor having a substantially long channel length, and the channel length can be adjusted by the number of gate electrodes, and the threshold voltage From the viewpoint of, it can be said that the transistor behaves as an individual transistor.

【0017】以下に本実施形態の製造方法について、例
えば0.5μmデザインルールに基づいて図2を用いて説明
する。 工程1:図2(a)に示すように、p型半導体基板1上に
熱酸化法を用いてパッド酸化膜2を厚さ250Åに形成す
る。パッド酸化膜2は半導体基板1を保護する目的で形
成するシリコン酸化膜である。次に図示しない耐酸化膜
としてのシリコン窒化膜を形成し、素子を形成する領域
に開口部を形成する。次にLOCOS(Local Oxidation Of
Silicon)法を用いて前記シリコン窒化膜をマスクとし
て半導体基板1を酸化して素子分離膜3を厚さ3000Åに
形成し、シリコン窒化膜を除去する。 工程2:図2(b)に示すように、パッド酸化膜2を除
去し、熱酸化法もしくはCVD(Chemical Vapor Depositi
on)法を用いてゲート絶縁膜4を100Åに形成する。次
に、CVD法を用いてポリシリコン膜を厚さ2000Åに形成
し、全面に例えばP等のp型不純物をイオン注入して導電
膜5を形成する。 工程3:図2(c)に示したように、導電膜5を所定領
域エッチングしてゲート電極6を形成する。この時、個
々のゲート電極6のチャネル長GLは0.5μmである。ま
た、拡散領域11とするための領域は0.5μmである。次
に、ゲート電極6をマスクとしてp型不純物を高エネル
ギーで注入して、パンチスルーストッパ7を形成する。 工程4:図2(d)に示すように、CVD法により全面にSi
O2よりなる絶縁膜を形成し、全面エッチバックすること
でサイドウォール8を形成する。 工程5:図1(b)に示すように、ゲート電極6及びサ
イドウォール8をマスクとしてn型不純物をイオン注入
してソース領域9、ドレイン領域10、拡散領域11を
形成する。次にアニール処理を行い、各層に注入した不
純物を活性化する。次に全面を図示しない層間絶縁膜に
よって覆い、所定領域を開口してコンタクト孔を形成
し、ソース、ドレイン電極を形成する。以上のようにし
て本実施形態の半導体装置が形成される。本発明の半導
体装置は半導体集積回路を形成する上で必要に応じて組
み込まれ、上記のように形成することによって、回路内
の他の多くの素子を形成する際に同時に形成できる。
The manufacturing method according to the present embodiment will be described below with reference to FIG. 2 based on, for example, a 0.5 μm design rule. Step 1: As shown in FIG. 2A, a pad oxide film 2 is formed on a p-type semiconductor substrate 1 to a thickness of 250 ° by using a thermal oxidation method. The pad oxide film 2 is a silicon oxide film formed for the purpose of protecting the semiconductor substrate 1. Next, a silicon nitride film as an oxidation-resistant film (not shown) is formed, and an opening is formed in a region where an element is to be formed. Next, LOCOS (Local Oxidation Of
Using the silicon nitride film as a mask, the semiconductor substrate 1 is oxidized using a silicon (Si) method to form an element isolation film 3 having a thickness of 3000.degree., And the silicon nitride film is removed. Step 2: As shown in FIG. 2 (b), the pad oxide film 2 is removed, and a thermal oxidation method or a CVD (Chemical Vapor Depositi) method is used.
On) method, a gate insulating film 4 is formed to a thickness of 100 °. Next, a polysilicon film is formed to a thickness of 2000 Å using a CVD method, and a p-type impurity such as P is ion-implanted over the entire surface to form a conductive film 5. Step 3: As shown in FIG. 2C, a predetermined region of the conductive film 5 is etched to form a gate electrode 6. At this time, the channel length GL of each gate electrode 6 is 0.5 μm. The area for forming the diffusion area 11 is 0.5 μm. Next, a p-type impurity is implanted with high energy using the gate electrode 6 as a mask to form a punch-through stopper 7. Step 4: As shown in FIG.
An insulating film made of O2 is formed, and the entire surface is etched back to form a sidewall 8. Step 5: As shown in FIG. 1B, an n-type impurity is ion-implanted using the gate electrode 6 and the sidewall 8 as a mask to form a source region 9, a drain region 10, and a diffusion region 11. Next, an annealing process is performed to activate the impurities implanted into each layer. Next, the entire surface is covered with an interlayer insulating film (not shown), a predetermined region is opened, a contact hole is formed, and source and drain electrodes are formed. As described above, the semiconductor device of the present embodiment is formed. The semiconductor device of the present invention is incorporated as needed in forming a semiconductor integrated circuit, and can be formed at the same time as forming many other elements in the circuit by forming as described above.

【0018】以下に本発明の第2の実施形態について説
明する。図3(a)は第2の実施形態の半導体素子の平
面図であり、本実施形態のA−A線における断面図は図
1(b)と同様である。本実施形態においては、ゲート
電極6の各ゲート電極は素子分離膜3上に設けられた2
つの接続部6dによって接続されている点で第1の実施
形態と異なっている。本実施形態のゲート電極6の形状
は、矩形のゲート電極のゲート絶縁膜4上の一部に開口
部を設けてあると表現することもできる。本実施形態の
動作、製造方法は第1の実施形態とほぼ同様である。
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3A is a plan view of the semiconductor device of the second embodiment, and a cross-sectional view taken along line AA of this embodiment is the same as FIG. 1B. In the present embodiment, each gate electrode of the gate electrode 6 is provided on the element isolation film 3.
The third embodiment differs from the first embodiment in that they are connected by two connection portions 6d. The shape of the gate electrode 6 of the present embodiment can also be described as an opening provided in a part of the rectangular gate electrode on the gate insulating film 4. The operation and manufacturing method of this embodiment are almost the same as those of the first embodiment.

【0019】以下に本発明の第3の実施形態について説
明する。図3(b)は第3の実施形態の半導体装置の平
面図である。本実施形態は、ゲート長が長い、即ちゲー
ト電極の個数が多くなった場合の本発明の応用例であっ
て、例えば回路のレイアウトの都合等によって、ゲート
絶縁膜4を屈曲して形成している。屈曲したゲート絶縁
膜4に併せて、ゲート電極6の連結部6dは、ゲート絶
縁膜4の長手方向に実質平行に形成されており、コ字状
に屈曲したゲート絶縁膜4の中央に位置している。各ゲ
ート電極6は連結部6dからゲート絶縁膜4上に延在し
ており、各ゲート電極6の間の半導体基板1上は拡散領
域11が形成されている。本実施形態の動作、製造方法
は第1の実施形態とほぼ同様である。
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3B is a plan view of the semiconductor device according to the third embodiment. The present embodiment is an application example of the present invention in the case where the gate length is long, that is, the number of gate electrodes is increased. For example, the gate insulating film 4 is formed to be bent due to a circuit layout or the like. I have. Along with the bent gate insulating film 4, the connecting portion 6d of the gate electrode 6 is formed substantially parallel to the longitudinal direction of the gate insulating film 4, and is located at the center of the gate insulating film 4 bent in a U-shape. ing. Each gate electrode 6 extends on the gate insulating film 4 from the connecting portion 6d, and a diffusion region 11 is formed on the semiconductor substrate 1 between each gate electrode 6. The operation and manufacturing method of this embodiment are almost the same as those of the first embodiment.

【0020】ゲート電極6の形状は、図3(c)に示す
ように、接続部6dをゲート絶縁膜4の外側に設けても
よい。また、接続部6dを2つ以上設けてもよい。この
様なゲート電極6の形状によって本実施形態の半導体装
置の動作、製造方法が大きく変わることはない。また、
ゲート絶縁膜4の屈曲はコ字状に限定されるものではな
く、L字状、S字状、その他回路レイアウトの都合によ
り任意に形成することができる。
The shape of the gate electrode 6 may be such that the connecting portion 6d is provided outside the gate insulating film 4, as shown in FIG. Further, two or more connection portions 6d may be provided. The operation and the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment do not greatly change depending on such a shape of the gate electrode 6. Also,
The bending of the gate insulating film 4 is not limited to the U-shape, but can be formed arbitrarily according to the L-shape, S-shape, or other circuit layout.

【0021】以上に示した実施形態は本発明の実施形態
の例示にすぎず、複数のゲート電極が電気的に接続され
ていればどのような形状でもよく、例えば、図3(d)
に示したように、接続部6dを各ゲート電極の上に設け
てもよく、また、例えば、個々に形成したゲート電極に
対し、コンタクトを介しもしくは直接、金属配線などに
よって接続する等してもよい。ただし、これらの場合
は、製造工程数の増加につながる。
The embodiment described above is merely an example of the embodiment of the present invention, and may have any shape as long as a plurality of gate electrodes are electrically connected. For example, FIG.
As shown in (1), the connection portion 6d may be provided on each gate electrode. For example, the connection portion 6d may be connected to an individually formed gate electrode via a contact or directly by a metal wiring or the like. Good. However, these cases lead to an increase in the number of manufacturing steps.

【0022】以上に説明した製造工程において、各膜の
材質、膜厚等は、既存の技術を用いて例示したものであ
り、もちろんこれに捕らわれるものではない。即ち、材
質は例えばポリシリコンに変えてアモルファスシリコン
としてもよく、p型半導体基板に変えてn型に、もしくは
ウエルにする等してもよい。また、各膜厚は0.5μmデザ
インルールを例示して説明したが、もちろんこれに捕ら
われるものではなく、任意に設定することができる。
In the above-described manufacturing process, the materials, thicknesses, and the like of the respective films are exemplified using the existing technology, and are not limited to them. That is, the material may be amorphous silicon instead of polysilicon, for example, or n-type or well instead of the p-type semiconductor substrate. In addition, although each film thickness has been described using the 0.5 μm design rule as an example, it is needless to say that the thickness is not limited to this and can be set arbitrarily.

【0023】以上に説明した実施形態において、各ゲー
ト電極のチャネル長は、集積回路内の他のトランジスタ
と等しいとしたが、ゲート電圧の閾値の変動が無視でき
る範囲で大きく形成してもよい。一つ一つのゲート電極
を極力大きくとることによって、ゲート電極の個数を低
減できるので、装置の微細化ができる。また、各ゲート
電極の間隔は、狭い方が素子の微細化の観点から好適で
あるが、一般的にチャネル長が加工できる最小サイズで
あるために、チャネル長と等しいとしたが、もちろん、
より狭い方がよい。
In the embodiment described above, the channel length of each gate electrode is equal to that of the other transistors in the integrated circuit. However, the gate electrode may be formed as large as possible within a range in which a change in the threshold of the gate voltage can be ignored. By taking each gate electrode as large as possible, the number of gate electrodes can be reduced, so that the device can be miniaturized. In addition, the interval between the gate electrodes is preferably smaller from the viewpoint of miniaturization of the element, but is generally equal to the channel length because the channel length is the minimum size that can be processed.
The narrower is better.

【0024】[0024]

【発明の効果】請求項1に記載の発明は、第1の導電型
の半導体基板と、前記半導体基板上に形成されたゲート
絶縁膜上に、電気的に接続され、かつ相互に離間されて
配置された、複数のゲート電極と、前記複数のゲート電
極のうち両端に配置されたゲート電極の外側の前記半導
体基板表面に形成された第2の導電型のソース領域及び
ドレイン領域と、前記複数のゲート電極の間の前記半導
体基板表面に形成された第2の導電型の拡散領域とを備
えた半導体装置であるので、半導体集積回路内において
はチャネル長の長い一つのトランジスタとして振る舞
い、一方で、チャネル長そのものは半導体集積回路内の
その他の素子と同じチャネル長を有するので、逆短チャ
ネル効果による閾値電圧Vtの他の素子との差異が生じな
い。従って、Vtが周囲のその他の素子と等しく、リーク
電流の少ない負荷素子や、遅延素子を得ることができ
る。また、図2(d)に示したように、ゲート電極6を
マスクとしてイオン注入を行うので、拡散領域11を自
己整合的に形成することができる。
According to the first aspect of the present invention, a semiconductor device of the first conductivity type and a gate insulating film formed on the semiconductor substrate are electrically connected and separated from each other. A plurality of gate electrodes disposed; a second conductivity type source region and a drain region formed on the surface of the semiconductor substrate outside the gate electrodes disposed at both ends of the plurality of gate electrodes; And a second conductive type diffusion region formed on the surface of the semiconductor substrate between the gate electrodes of the semiconductor device, so that the semiconductor device behaves as a single transistor having a long channel length in a semiconductor integrated circuit. Since the channel length itself has the same channel length as other elements in the semiconductor integrated circuit, there is no difference from the other elements of the threshold voltage Vt due to the inverse short channel effect. Therefore, it is possible to obtain a load element and a delay element having a small leak current with Vt equal to other surrounding elements. Further, as shown in FIG. 2D, since the ion implantation is performed using the gate electrode 6 as a mask, the diffusion region 11 can be formed in a self-aligned manner.

【0025】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の半導体装置において、前記複数のゲート電極の電気的
な接続は、前記複数のゲート電極に一体となって設けら
れた接続部を介してなされることを特徴とした半導体装
置であるので、請求項1に記載の発明と同様の効果を得
ることができると共に、より少ない工程数で製造するこ
とができ、集積回路内のその他の素子と同時に製造する
ことができる。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the plurality of gate electrodes are electrically connected to each other by a connecting portion provided integrally with the plurality of gate electrodes. Since the semiconductor device is characterized in that the semiconductor device is manufactured through the steps described above, the same effects as those of the invention described in claim 1 can be obtained, and the semiconductor device can be manufactured in a smaller number of steps, and other components in the integrated circuit can be manufactured. It can be manufactured simultaneously with the device.

【0026】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
の半導体装置において、前記接続部は、前記素子分離膜
上に前記ゲート絶縁膜の少なくとも一部に沿って形成さ
れていることを特徴とした半導体装置であり、ゲート電
極の個数が増えて、素子領域が長くなった場合でも、素
子領域を屈曲して形成し、ゲート電極の接続部を屈曲し
た素子領域の一部に沿って形成することによって、最小
の面積で本発明の半導体装置を形成することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, the connection portion is formed on the element isolation film along at least a part of the gate insulating film. A semiconductor device characterized by the fact that, even when the number of gate electrodes increases and the element region becomes longer, the element region is formed by bending and the connection part of the gate electrode is formed along a part of the bent element region. By forming the semiconductor device, the semiconductor device of the present invention can be formed with a minimum area.

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

【図1】本発明の第1の実施形態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態の製造工程を説明する
ための断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施形態を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the present invention.

【図4】逆短チャネル効果が生じている場合のチャネル
長と閾値電圧の関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a channel length and a threshold voltage when an inverse short channel effect occurs.

【図5】ゲート電極、ソース領域間の電圧に対するソー
ス領域、ドレイン領域間の電流の関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a current between a source region and a drain region with respect to a voltage between a gate electrode and a source region.

【図6】従来のチャネル長の長いMOSトランジスタを示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a conventional MOS transistor having a long channel length.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の導電型の半導体基板と、前記半導
体基板上に帯状に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲー
ト絶縁膜の周囲の前記半導体基板上に形成された素子分
離膜と、前記ゲート絶縁膜上に、電気的に接続され、か
つ前記ゲート絶縁膜に沿って相互に離間されて配置され
た、複数のゲート電極と、前記複数のゲート電極のうち
両端に配置されたゲート電極の外側の前記半導体基板表
面に形成された第2の導電型のソース領域及びドレイン
領域と、前記複数のゲート電極の間の前記半導体基板表
面に形成された第2の導電型の拡散領域とを備えた半導
体装置。
A semiconductor substrate of a first conductivity type; a gate insulating film formed in a strip shape on the semiconductor substrate; an element isolation film formed on the semiconductor substrate around the gate insulating film; A plurality of gate electrodes electrically connected to each other on the gate insulating film and arranged apart from each other along the gate insulating film, and gate electrodes arranged at both ends of the plurality of gate electrodes A source region and a drain region of the second conductivity type formed on the surface of the semiconductor substrate outside the semiconductor device, and a diffusion region of the second conductivity type formed on the surface of the semiconductor substrate between the plurality of gate electrodes. Equipped semiconductor device.
【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置において、
前記複数のゲート電極の電気的な接続は、前記複数のゲ
ート電極に一体となって設けられた接続部を介してなさ
れることを特徴とした半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein
The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of gate electrodes are electrically connected to each other through a connection portion provided integrally with the plurality of gate electrodes.
【請求項3】 請求項2に記載の半導体装置において、
前記接続部は、前記素子分離膜上に前記ゲート絶縁膜の
少なくとも一部に沿って形成されていることを特徴とし
た半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein
The semiconductor device according to claim 1, wherein the connection portion is formed on the element isolation film along at least a part of the gate insulating film.
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