JPS5936960A - Semiconductor memory device - Google Patents

Semiconductor memory device

Info

Publication number
JPS5936960A
JPS5936960A JP58132570A JP13257083A JPS5936960A JP S5936960 A JPS5936960 A JP S5936960A JP 58132570 A JP58132570 A JP 58132570A JP 13257083 A JP13257083 A JP 13257083A JP S5936960 A JPS5936960 A JP S5936960A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
conductivity type
drain
gate
impurity density
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP58132570A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH041505B2 (en
Inventor
Junichi Nishizawa
潤一 西澤
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.)
Semiconductor Research Foundation
Original Assignee
Semiconductor Research Foundation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Research Foundation filed Critical Semiconductor Research Foundation
Priority to JP58132570A priority Critical patent/JPS5936960A/en
Publication of JPS5936960A publication Critical patent/JPS5936960A/en
Publication of JPH041505B2 publication Critical patent/JPH041505B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices

Landscapes

  • Static Random-Access Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce consumed power and make the action speedy by a method wherein a gate electrode is provided on the surface of a part close to the source via an insulator film, and a region of reverse conductivity type of high resistivity is always made into a depletion layer in a region of the main action. CONSTITUTION:A memory cell including an electrostatic induction transitor is arranged in the intersection of a matrix composed of the matrix line of an address column line and a write-read row line. The region 52 of reverse conductivity type is provided adjacent to the source region 51 composed of a region of high impurity density. The region 53 of high resistivity of the same conductivity type as the reverse conductivity type is interposed between the drain region 54 composed of the region of impurity density of the same conductivity type as the region 51. The gate electrode 56 is provided on the surface of the part close to the source via the insulator film 55. The region 53 always becomes a depletion layer in the main action, and the impurity density and various dimensions are selected so as to show the characteristic of unsaturated current- voltage.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、絶縁ゲート型(IG)静心誘導トランノスタ
に関し、特にゲート容1+tを十分少な(した絶縁ケー
ト型(IG)静電誘導トランジスタ(S I T)及び
それを用いた半導体記憶集積回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an insulated gate type (IG) static induction transnoster, and in particular to an insulated gate type (IG) static induction transistor (SIT) with a sufficiently small gate capacitance (1+t) and its use. The present invention relates to semiconductor memory integrated circuits.

従来の電界効果トランジスタは、接合型、絶縁ゲート型
のいずれにおいても、ドレイン電流かドレイン電圧の増
加に対して次第に飽和する飽和型の電流電圧特性を示し
ていた。
Conventional field effect transistors, both junction type and insulated gate type, exhibit saturation type current-voltage characteristics that gradually saturate as drain current or drain voltage increases.

一方、ドレイン電流がドレイン電圧の増加とともに増加
し続ける静電誘導電界効果トランジスタ(以後SITと
称す。)が本発明者4=h−kによって発明され(特許
第9683’36号)、その後種々の発展かなされてい
る(特許第968337号他)。SIrは従来の電界効
果トランジスタ(以後FETと称す。)に対して次のよ
うな特徴を有している。
On the other hand, a static induction field effect transistor (hereinafter referred to as SIT) in which the drain current continues to increase as the drain voltage increases was invented by the present inventor 4=hk (Patent No. 9683'36), and subsequently various It has been developed (Patent No. 968337, etc.). SIr has the following characteristics compared to conventional field effect transistors (hereinafter referred to as FETs).

1) 主動作領域の少なくとも一部において、ソース、
ドレイン間がパンチスルーしない状態即ち、ソース、ゲ
ート間に空乏状態にならない状態が残って、キャリア注
入状態か存在し、しかもソースからピンチオフ点までの
直列抵抗r、と固有の(真の)変換コンダクタンスG。
1) In at least a portion of the main operating region, the source,
There remains a state in which there is no punch-through between the drains, that is, a state in which there is no depletion state between the source and gate, and a carrier injection state exists.Moreover, there is a series resistance r from the source to the pinch-off point, and an inherent (true) conversion conductance. G.

との積が1より小になるように選定された不純物密度並
びに諸寸法を有すること番こより、電流電圧特性が不飽
和特性を示すこと。
The impurity density and various dimensions are selected such that the product of is less than 1, and the current-voltage characteristics exhibit unsaturated characteristics.

2)電流電圧特性が不飽和特性を示すことにより、商人
カインピ・−ダンス、低出力インピーダンス素子として
使用でき、しかも見掛上の変換コンダクタンスCT□が
大きくとれ、歪も小さくてきること。
2) Since the current-voltage characteristics exhibit unsaturated characteristics, it can be used as a commercial impedance and low output impedance element, and moreover, the apparent conversion conductance CT□ can be increased and the distortion can be reduced.

3)出力電流が大きくとれ、所定の領域に高抵抗層を用
いることにより耐圧を大きくすること、もてき、大電流
、高耐圧の大出力用素子が得られること。
3) It is possible to obtain a large output current, and to increase the withstand voltage by using a high resistance layer in a predetermined region, and to obtain a large output device with a large current and a high withstand voltage.

4) ゲート領域の密度を高不純物密度とでき1、しか
もゲートの形状を小型にてきるので、電極間寄生7(1
,i及びゲート抵抗を減少させることができ、1列抵抗
が小さいことと相まって高周波化、高速度化がはかれる
こと。
4) Since the density of the gate region can be made high impurity density 1 and the shape of the gate can be made small, inter-electrode parasitics 7 (1
, i and gate resistance can be reduced, and together with the small single-row resistance, high frequency and high speed can be achieved.

5) ゲートから延びる空乏層゛によりチャンネルが殆
んとIνわれるような状態にあるSITては、きわめて
広いケート電圧範囲にわたり、また、電流電圧特性が殆
んと指数関数間に従う低電流領域はもとより、1列抵抗
r8やドレイン抵抗R,の効果により特性か指数関数間
からすれ、はとんと直線的な特性となる大電流領域まで
含めたきわめて広い、場合によっては、10桁以上の電
流範囲にわたり、増幅係数を殆んど一定1こ保つなど、
きわめて歪の少ない動作が行なえること。
5) SIT, in which the channel is almost completely depleted by the depletion layer extending from the gate, has an extremely wide gate voltage range, as well as a low current region where the current-voltage characteristics almost follow an exponential function. , due to the effects of the single-row resistor r8 and the drain resistor R, the characteristic shifts from an exponential function to a very linear characteristic over a very wide current range, including a large current range, in some cases more than 10 orders of magnitude, Keeping the amplification factor almost constant at 1, etc.
Ability to perform operations with extremely low distortion.

6)電流値がきわめて小さな領域になっても増幅係数を
殆んど一定に保てることから、低電流、低消費電力状態
において、きわめて優れたスイッチング動作等が行なえ
ること。
6) Since the amplification coefficient can be kept almost constant even when the current value is extremely small, extremely excellent switching operations can be performed in low current and low power consumption states.

7)大電流状態の温度特性を負にてきることから熱暴走
が起らないこと。また、殆んど温度特性を持たない構造
設計が行なえること。
7) Since the temperature characteristics in the large current state are negative, thermal runaway does not occur. Also, it is possible to design a structure that has almost no temperature characteristics.

8)きわめて広い動作温度範囲にわたり、たとえば20
0°C以上にわたり、増幅係数を一定に保てること。
8) Over a very wide operating temperature range, e.g.
The amplification factor can be kept constant over 0°C.

9)  チャンネル幅を狭<シ、チャンネルの不純物密
度を低くすることにより、ゲート電圧が零では殆んど電
流が流れず、ゲートに順方向電圧か加わって始めて電流
が流れるという高速度の工/ハンスメント・モードのス
イ・ノチング動作か行なえること。
9) By narrowing the channel width and lowering the impurity density in the channel, almost no current flows when the gate voltage is zero, and current only flows when a forward voltage is applied to the gate. Ability to perform switch-notching operations in hancement mode.

すなわち、SITは大電力、高耐圧、大電流、低歪、低
雑音、低消費電力高速度動作等いずれの而においてもす
くれており、その温素子として、また集積回路用素子と
してその優秀さはすてに実証され、各方面にあらたな応
用分野を切り開いている。
In other words, SIT is superior in terms of high power, high withstand voltage, large current, low distortion, low noise, low power consumption, and high speed operation, etc., and its excellence as a thermal element and as an element for integrated circuits. It has been proven successfully and is opening up new fields of application in various fields.

特に集積回路に適用した場合、商人ツノインピーダンス
であるのて、駆動電流を必要とせす集積瓜を高(でき、
かつ不飽和型電流電1!。
Particularly when applied to integrated circuits, the high impedance of integrated circuits requires high drive currents.
And unsaturated type electric current 1! .

特性を示して変換コンダクタンスが大きいのでファンア
ウト(fan −out )数を多く取れる等の利点を
何している。
It has many advantages such as a large number of fan-outs due to its large conversion conductance.

接合型SITの電流電圧特性の1例を第1図(al、(
biに示す。ゲート電圧たけてチャンネルかピンチオフ
する1〜2V以」二のケート電圧では、ドレイン電流I
dは、ゲート電圧Vg 。
An example of the current-voltage characteristics of a junction-type SIT is shown in Figure 1 (al, (
Shown in bi. At gate voltages higher than 1-2 V, which pinch off the channel as the gate voltage increases, the drain current I
d is the gate voltage Vg.

ドレイン電圧Vdのいずれに対しても低電流状態では殆
んと指数関数間Iこ従っており、電流が大きくなって直
列抵抗による負帰還作用か効果を持ち始めると指数関数
間からずれてくる。第1図tb+で電流の大きな領域が
点線で示されているのは、温度」1昇をさけるためにパ
ルス測定された結果を示しているからである。
For any drain voltage Vd, in a low current state, it almost follows an exponential function I, but as the current increases and a negative feedback effect due to the series resistance begins to occur, it deviates from the exponential function. The reason why the region of large current is indicated by a dotted line in FIG. 1 tb+ is that it shows the result of pulse measurement to avoid a temperature increase of 1.

エンハンスモード(Eモード)或いはエンハンスモード
とディプレッションモード(Dモード)で動作する絶縁
ゲート型静電誘導トランジスタの基本的構造は、本願発
明者か昭和52年1月11日出願のrMO3,MIS静
電誘導電界効果トランジスタ」においてすてに明らかに
している。拡散電位を含めたゲート電月二の影響がソー
ス近傍で弱くなるようにして、ソース領域近傍に電位障
壁を生じさせる手段として、具体的に五種類の構造を提
案している。すなわち、(1)ゲート電極(An  な
どの金属、もしくはポリ7リコン等の低抵抗半導体)か
ソース領域まで達していない構造、(2)ソース領域近
傍の絶縁層の厚さが一部厚くされた構造、(3)ソース
領域近傍のゲート電極金属が異種金属になっている構造
、(4)ソース領域近傍でゲート電極下の絶縁膜の一部
が誘電率の小さいもので構成されている構造、及び(5
)チャンネルの不純物密度がソース領域近傍で一部高く
されている構造である。これらの構造は平面構造として
取り入れてもよいし、半導体表面に切欠き(V型、U型
等)を設け、その側面に構成してもよい。いずれにして
も、主動作領域においてチャンネル内ソース前面に電位
障壁が生して多数キャリアrト入111制御動作となり
、不飽和型電流電圧特性を示す。
The basic structure of an insulated gate static induction transistor that operates in enhancement mode (E mode) or enhancement mode and depletion mode (D mode) is known from the rMO3, MIS electrostatic transistor filed by the inventor on January 11, 1978. This was fully clarified in ``Induced Field Effect Transistor''. Specifically, five types of structures are proposed as a means of creating a potential barrier near the source region by weakening the influence of the gate voltage, including the diffusion potential, near the source. In other words, (1) a structure in which the gate electrode (a metal such as An or a low-resistance semiconductor such as poly7 silicon) does not reach the source region; and (2) the thickness of the insulating layer near the source region is partially increased. (3) a structure in which the gate electrode metal near the source region is a different metal; (4) a structure in which a part of the insulating film under the gate electrode near the source region is made of a material with a low dielectric constant; and (5
) This is a structure in which the impurity density of the channel is partially increased near the source region. These structures may be incorporated as planar structures, or may be formed on the sides of a notch (V-shaped, U-shaped, etc.) provided on the semiconductor surface. In any case, in the main operating region, a potential barrier is generated in front of the source in the channel, resulting in majority carrier r-to-input 111 control operation, and unsaturated current-voltage characteristics are exhibited.

しかしながら、これらの構造では、ゲート電極が殆んと
ソース領域からドレイン領域まで達していて、従来型M
O3FETの持っていた、ゲート容ia (ゲートと)
λ板の間の容11t)が大きいこと、またゲート・ドレ
イン問答fitも大きいことによって動作速度か遅いこ
と、あるいはゲート・ドレイン間耐圧が小さくて大電圧
動作に向かないこと、等の欠点が完全には克服されてお
らす、接合型SITにおける低電力、高速度動作、ある
いは大電圧、入電力動作可能という特徴が必すしも十分
に発揮されないものになっていた。
However, in these structures, the gate electrode extends almost from the source region to the drain region, and the conventional M
O3FET had a gate capacity (with gate)
The shortcomings such as slow operation speed due to the large capacitance 11t) between the λ plates and large gate-drain fit, or unsuitability for high-voltage operation due to the small gate-drain breakdown voltage, cannot be completely overcome. The previously overcome features of junction-type SITs, such as low power, high speed operation, or high voltage, high power input operation, were not necessarily fully utilized.

本発明の目的は、上記の絶縁ゲート(rG)SITの欠
点を克服して、ゲート容量及びゲート・ドレイン間容量
が小さく、しかもゲート・ドレイン間耐圧が太き(でき
、低電力で高速度動作が行なえる構造の絶縁ゲート静電
誘導トランジスタを提供することてあり、同時にまたこ
うした絶縁ゲート静電誘導トランジスタを用いた低電力
てしかも高速度動作する半導体集積回路を提供すること
である。
An object of the present invention is to overcome the drawbacks of the above-mentioned insulated gate (rG) SIT, have small gate capacitance and gate-drain capacitance, and high gate-drain breakdown voltage (low power, high speed operation). It is an object of the present invention to provide an insulated gate static induction transistor having a structure that enables the above-mentioned insulated gate static induction transistor, and at the same time to provide a semiconductor integrated circuit using such an insulated gate static induction transistor that operates at low power and at high speed.

以下図面を参解して本発明を詳細に述べる。The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

IGSITにおいてゲート容量を減少させるためには、
当然のことながら、チャンネル十に存在するゲート電極
の面積を小さくするか、ゲート電極下の絶縁層の厚さを
厚くするかのいずれかである。絶縁膜を厚くすると反転
層を作ってチャンネルを導通状態にするに必要なゲート
の印加電圧(しきい値電圧)が高くなって、動作特性上
望ましいことではない。残る方法は、ゲート電極を小さ
くすることたけである。ゲート容量を十分に小さくした
構造の1実施例の断面図をルチャンネル型のもので第2
図に示す。
In order to reduce the gate capacitance in IGSIT,
Naturally, either the area of the gate electrode present in the channel 10 should be reduced, or the thickness of the insulating layer under the gate electrode should be increased. If the insulating film is made thicker, the voltage applied to the gate (threshold voltage) necessary to create an inversion layer and make the channel conductive becomes higher, which is not desirable in terms of operating characteristics. The only remaining method is to make the gate electrode smaller. A cross-sectional view of one example of a structure with a sufficiently small gate capacitance is shown in the second example of a Le channel type structure.
As shown in the figure.

第2図でn+領域51.54はそれぞれソース領域、ド
レイン領域であり、不純物密度は+o17〜1021α
、−3程度である。r領域52はソースからトレイン側
にべ〕入される電子の量を制御するチャンネル部となる
ところで、その不純物比・麿はチャンネル長によるが1
014〜102°m″′3程度である。この領域の不純
物密度は、主動作領域において、ソース・ドレイン間が
パンチスルーしないように、即ち全飴域かドレインから
延びる空乏層によって覆われてしまわないように選定さ
れる。又その長さは数1oo人から数μmである。P−
領域53は、低不純物密度領域で、ドレイン領域54と
の拡散電位たけてP−領域全体が空乏層となるような寸
d:と不純物密度をイjしている。たとえば不純物密度
は10” −10”an−3(’L度であり、チャンネ
ルからドレイン領域までの距離が長いほど低不純物密度
にしなければならない。55は、5i02 s Si3
N4 、Alz 03等の絶縁層、あるいはこれらを複
数個組み合せた絶縁層である。51′、54′はそれぞ
れソース、ドレインの金属電極である。
In Figure 2, the n+ regions 51 and 54 are the source region and drain region, respectively, and the impurity density is +o17~1021α
, about -3. The r region 52 becomes a channel portion that controls the amount of electrons injected from the source to the train side, and its impurity ratio is 1 depending on the channel length.
The impurity density in this region is set to prevent punch-through between the source and drain in the main operating region, that is, the entire candy region is covered by a depletion layer extending from the drain. The length is selected to be from several 10 mm to several μm.P-
The region 53 is a low impurity density region, and the impurity density is set to a dimension d: such that the entire P- region becomes a depletion layer due to the diffusion potential with the drain region 54. For example, the impurity density is 10"-10"an-3 ('L degree), and the longer the distance from the channel to the drain region, the lower the impurity density must be.55 is 5i02s Si3
This is an insulating layer made of N4, Alz 03, etc., or a combination of a plurality of these. 51' and 54' are source and drain metal electrodes, respectively.

56はゲート電極であり、AI等の金属でもよいし、ポ
リ7リコン等の低抵抗率半導体でもよい。しかし、チャ
ンネルが非常に短かくなって、ゲート電極か細くなった
場合には、ゲート電極の抵抗とケート容量から決る時定
数か動作速度の限界を一′jえることになるから、金に
ハ電極であることか望ましく、しかもその金属の厚さも
厚いはと抵抗か小さくなって望ましい。ケート電極下の
絶縁層の厚さは、チャンネル長や動作モード(Eモード
かE/Dモート)によって変るか100人稈度から10
00人程度である。同−祠Fl 、 、同一チャンネル
長てあれば、Eモードで動作する場合は絶縁層の厚さは
、E/Dモードで動作する場合に比へてやや厚い。ドレ
イン電極にある正電圧か印加されており、さらにゲート
電極に正電圧か印加されて絶縁層に接するP領域の表面
近傍の電位か引き下けられると、この電位障壁を越えて
空乏層きなったP一層に電子か注入され、P一層は電界
によってドリフトしドレイン領域に流れる。従って、こ
の構造で、流れる電流はドレイン側に注入される電子の
量によって殆んと決定するから、ソースから電位障壁、
まての直列抵抗rsによる負帰還作用や、電位障壁から
ドレインまでのドレイン抵抗の電月゛効果か顕著になら
ない電流領域では、ドレイ/電lイtはケート電圧Vg
、ドレイン電圧Vdのいずれに対しても殆んと指数関数
間にiノtっでドレイン電lA仁は流Aすることになる
。チャノイルとなるP領域の不純物密度を表面近傍1こ
おいて表面から中に入るにつれて漸減するJ、うな分布
にすれはチャンネルとなる反転層か広くなって直列抵抗
か低下し、電流の立」ニリは急峻になる。また、ドレイ
ン側のP領域も同(lで、表面から中に入るほと不純物
密度が低下していれは注入された電子かより拡がって流
れて、ドレイン抵抗を小さくする。第2図の構造でゲー
ト容Juは十分小さくなるか、もう一つ絶縁ゲート(I
G)SITの動作速度を低下する大きな要因になってい
るソース 基板間容量及びドレイン・基板間容量は殆ん
ど減少していない。勿論、ソースと基板を同電位にして
使用するときは、ソース・基板問答ji」は動作に影響
しないし、トレインと基板を同電位にすれば1・1ツイ
ン・基板間容量は動作に影響しないか、ソースとトレイ
ンとのうち少なくとも一方は電位変動をするのでその容
jIFか動作速度を制限する。ドレイン・基板問答fj
を減少させる構造を第3図に示す。即ち、ヂャノ不ルと
なるへきP領域62は、ソース領域61の周囲にのみ形
成されている。その厚さは、第2図と同様にソース・ド
レイン間がノ望ノチスルーしてしまわないように不純物
密度とともに決定される。P領域62の厚さ及び不純物
密度は、P−領域63の不純物密度及び厚さとの関連で
決定される。P◇r1域62の厚さW2、不純物密度N
A2、P−領域63の厚さWl、不純物元度N^1とし
て、ドレインに加える代表的な電圧VD、拡散電位Vb
iとすると、ソース・ドレイン間かパンチスルーしない
条件は、 てほぼtJえられる。T−゛領域64がドレイン、66
かゲート電極である。各領域の不純物密度等は、第2図
の場合と同経である。ドレイン領域64はP−領域63
と接しているから空乏層がP−領域63に十分拡がって
、ドレイン・ノ、(板間谷IIFはジl’ 1i’=に
小さくてきる。第3図の構」告で、ドレインの電圧か高
速で変化する場合には、P一層での空乏層の幅の変化か
追随できず、電力消費の原因となる。従って、非′に;
に高速の動作をさせる場合には、第4図のようにP−領
域の下にざらにP領域67を設けて、ドレイン領域かへ
乏層か殆んどの動作領域で、P領域67に到達している
ようにすればよい。P領域67の不純物密度はP−領域
63の不純物密度より十分高く、1015〜IQ20c
m ”程度である。第5図は、イオン打込み等でソース
領域をドレイン側に延はした構造の実施例を示す。不純
物密度や動作は第3図と殆んと同しである。第3図と同
様にドレインの空乏層幅の変化の遅れが動作速度を限定
するような場合には、第6図のようにp領域77を設け
て、殆んとの動f′1状態でドレインからの空乏層かP
領域77に到達するようにしておけばよい。いずれの構
造てもドレインからチャンネルまでのP−領域は拡散電
位たけて空乏層となるように不純物密度及び=1法か選
定されている。ゲート電極面積を小さくして容量を減少
させる構造は、勿論これにIll、!るものではない。
Reference numeral 56 denotes a gate electrode, which may be made of a metal such as AI or a low resistivity semiconductor such as poly-7 silicon. However, if the channel becomes very short and the gate electrode becomes thin, the time constant or operating speed limit determined by the resistance of the gate electrode and the gate capacitance will be lowered. It is desirable that the metal is thick, and that the eye resistance is small. The thickness of the insulating layer under the gate electrode varies depending on the channel length and operation mode (E mode or E/D mode).
Approximately 00 people. For the same channel length, the thickness of the insulating layer is slightly thicker when operating in E mode than when operating in E/D mode. When a positive voltage is applied to the drain electrode and a positive voltage is further applied to the gate electrode, which lowers the potential near the surface of the P region in contact with the insulating layer, the depletion layer is formed across this potential barrier. Electrons are injected into the P layer, which drifts due to the electric field and flows into the drain region. Therefore, in this structure, the flowing current is mostly determined by the amount of electrons injected to the drain side, so from the source to the potential barrier,
In the current region where the negative feedback effect due to the series resistor rs of the gate and the electric moon effect of the drain resistance from the potential barrier to the drain are not noticeable, the drain/current is reduced to the gate voltage Vg.
, the drain voltage IA flows almost exponentially with respect to any of the drain voltages Vd. The impurity density in the P region, which becomes a channel, is set near the surface and gradually decreases from the surface to the inside. becomes steep. In addition, the P region on the drain side is also the same (l), and the impurity density decreases from the surface to the inside, and the injected electrons spread out more and flow, reducing the drain resistance.Structure shown in Figure 2 Then, the gate capacitance Ju becomes sufficiently small, or another insulated gate (I
G) The source-to-substrate capacitance and the drain-to-substrate capacitance, which are major factors that reduce the operating speed of SIT, have hardly decreased. Of course, when using the source and the board at the same potential, the source/substrate question and answer ji' will not affect the operation, and if the train and the board are at the same potential, the capacitance between the 1/1 twin/board will not affect the operation. However, since at least one of the source and the train undergoes potential fluctuations, its capacity and operating speed are limited. Drain/board question and answer fj
FIG. 3 shows a structure for reducing . That is, the cleavage P region 62 which becomes a failure is formed only around the source region 61. The thickness is determined together with the impurity density so as to prevent unwanted leakage between the source and drain, as in FIG. 2. The thickness and impurity density of P region 62 are determined in relation to the impurity density and thickness of P- region 63. Thickness W2 of P◇r1 region 62, impurity density N
A2, thickness Wl of P-region 63, impurity degree N^1, typical voltage VD applied to the drain, diffusion potential Vb
Assuming that i, the condition that no punch-through occurs between the source and drain can be obtained as approximately tJ. T-' region 64 is the drain, 66
or gate electrode. The impurity density etc. of each region are the same as in the case of FIG. Drain region 64 is P- region 63
Since the depletion layer is in contact with the P- region 63, the depletion layer spreads sufficiently into the P- region 63, and the drain voltage (Itama valley IIF becomes small to 1i'). If it changes at high speed, it cannot follow the change in the width of the depletion layer in the P layer, which causes power consumption.
When performing high-speed operation, a P region 67 is provided roughly below the P- region as shown in Fig. 4, and the P region 67 is reached in most of the operation region, whether it is the drain region or the depletion layer. Just do what you do. The impurity density of the P region 67 is sufficiently higher than the impurity density of the P- region 63, and is 1015 to IQ20c.
Figure 5 shows an example of a structure in which the source region is extended to the drain side by ion implantation etc. The impurity density and operation are almost the same as in Figure 3. If the delay in the change in the width of the drain depletion layer limits the operating speed, as shown in the figure, a p-region 77 is provided as shown in Figure 6, and the drain is separated from the drain in most of the dynamic f'1 states. The depletion layer of P
It is only necessary to make sure that the area 77 is reached. In either structure, the impurity density and the =1 method are selected so that the P- region from the drain to the channel becomes a depletion layer as the diffusion potential increases. Of course, the structure that reduces the gate electrode area and reduces the capacitance is, of course, Ill! It's not something you can do.

導電型を全く反転したPチャンネルでもよいし、ソース
、ケ−1・、ドレインの形状やチャンネルの形状も、勿
論これに限るものではなく、各種の変形かある。
It may be a P channel whose conductivity type is completely reversed, and the shapes of the source, drain, and channel are, of course, not limited to these, and there are various modifications.

ゲート電極面積を小さくしてゲート容量を十分減少させ
た縦型のIG SITの断面構造例をnチャンネルを例
にして第7〜10図Iζ示ず。
An example of the cross-sectional structure of a vertical IG SIT in which the gate capacitance is sufficiently reduced by reducing the gate electrode area is shown in FIGS. 7 to 10, using an n-channel as an example.

第7棟1てn→−領域8】、84はそれぞれソース、ド
レインであり、P領域82はチャンネルとなるへき領域
、P−動域83は拡散電位たけで空乏層となる領域、8
5は絶縁層、86はゲート電極である。不純物密度等は
前述のプレーナ型の場合と同しである。ケートtLt極
により反転層か生し始めるとドレイン電〆Atが流れ出
す。第7図では、ケート・ソース間容量か大きくなる前
向にあるか、それを改fff した例か第8図てあり、
ケート電極がチャン7・ルとなるp I’ir!域」に
殆んと限定されている以外は第7図と同しである。第9
図では、ソースがノiI、板側に構成された例である。
84 are the source and drain, respectively, the P region 82 is a separate region that becomes a channel, the P-motion region 83 is a region that becomes a depletion layer due to the diffusion potential, 8
5 is an insulating layer, and 86 is a gate electrode. The impurity density etc. are the same as in the case of the planar type described above. When an inversion layer begins to form due to the gate tLt pole, the drain voltage At flows out. In Fig. 7, the capacitance between the gate and the source is increasing, and Fig. 8 shows an example of changing it.
Kate electrode becomes channel 7 le p I'ir! It is the same as Fig. 7 except that it is mostly limited to "area". 9th
The figure shows an example in which the source is configured on the board side.

n十頭域101.104かそれぞれソース、トルイン、
P領域102かチャンネルとなるへき領域、P−領域1
03は拡散電位たけて空乏層となる領域、105か絶縁
層、106はゲート電極である。第9図のV字型t1η
造をU字型構造にした例が第10図である。ケート電極
116か二つtこ分かれたことを除けは原理的には第9
図と同しである。勿論、ここでソース・ゲート間容量が
多少太き(なってもよいのであれば、二つのゲート電極
はつながっていても構わない。第7〜10図では、ソー
スとドレインか広い面積で対向することになって、高速
動作を目的として、ソース・ドレイン間距離か短くされ
た場合には、ソース・トレイン間容量か大きくなる傾向
にあり、やはり高速動作の限界を与える要素となってく
る。この困難を克服するには、ソースもし−くはドレイ
ンの一方を小さく構成すればよい。
n 10 head area 101.104 respectively sauce, toluin,
P area 102 or a separate area that becomes a channel, P- area 1
03 is a region which becomes a depletion layer as the diffusion potential increases, 105 is an insulating layer, and 106 is a gate electrode. V-shaped t1η in Figure 9
An example of a U-shaped structure is shown in FIG. In principle, except for the fact that the gate electrode 116 was separated into two parts, the ninth
It is the same as the figure. Of course, the two gate electrodes may be connected if the capacitance between the source and the gate is somewhat thick. Therefore, when the distance between the source and drain is shortened for the purpose of high-speed operation, the capacitance between the source and the train tends to increase, which becomes a factor that limits high-speed operation. To overcome this difficulty, either the source or the drain can be made smaller.

その例を第11〜13図に示す。Examples are shown in FIGS. 11-13.

第11図、第12図は、第7図、第8図の構造において
、ソース領域を小さく構成した場合である。第11図て
rL+領域121.131はソース、124はドレイン
、P領域122.132はチャンネルとなる領域、P〜
領域123は拡散電位だけて空乏層となる領域、125
は絶縁層、126、]36はゲート電極、121′、1
31′はそれぞれソース、金属電極である。第12図は
V字型切り込みか基板のn十まで到達している例を示し
、それ以外は、第11図と同しである。第9図のドレイ
ンを小さな領域164に形成した例が第13図である。
FIGS. 11 and 12 show cases in which the source regions are made smaller in the structures shown in FIGS. 7 and 8. In Fig. 11, rL+ regions 121.131 are sources, 124 are drains, P regions 122.132 are channel regions, P~
Region 123 is a region that becomes a depletion layer due to the diffusion potential, 125
is an insulating layer, 126, ]36 is a gate electrode, 121', 1
31' are a source and a metal electrode, respectively. FIG. 12 shows an example in which the V-shaped cut reaches up to n0 of the substrate, and the rest is the same as FIG. 11. FIG. 13 shows an example in which the drain shown in FIG. 9 is formed in a small region 164.

第11〜13区1のように構成することにより、各種容
量を十分小さく抑え、高速度動作可能なIG  SIT
を作れる。第7図な、いし第13図に示された41η造
も、勿論これに限るものではなく、切り込みも7字、U
字型に限るものではない。導電型を全く反転したPチャ
ンネルでもよいことは勿論であるし、チャンネルを多数
備えたマルチチャンネル型にするのも容易である。大電
力動作を「1的とする場合には、ドレインからチャンネ
ルまてのP″′領域を長くして耐圧を十分取るようにす
ればよい。またこの時には、ある程度ドレイン電圧が力
[目つってP−領域が全領域空乏層となるようにしても
構わないから、拡散電位たけてはP−領域全体は空乏層
とならないような長さ及び不純物密度に選定してもよい
。又こうした時には、ゲート電極かP−領域」二に相当
はみたしていても、いずれP−領域は殆んとの動作状態
て空乏層となっているから、殆んど容量の増加にはなら
ない。勿論、集積回路内の低電力高速スイッチング用等
に用いるききにはドレイン電圧を印加しない状態で全領
域空乏層となっている方が、わずかなドレイン電圧て電
流か流れるから多くの場合は好都合である。もっとも、
ある程度ドレイン電圧が加わってはしめて所望の電流が
流れるようにするため、拡散電位だけては一部空乏層と
ならない領域がP−領域に残るように設計する場合もあ
る。チャンネル長が短く、ゲート電極下の絶縁層か薄く
て、しかも誘電率が大きく設定されれば、ゲートに加え
られた電圧は殆んどチャンネルとなる半導体領域に加わ
るから、′:12位障壁を越えてI’レイン側に注入さ
れるキャリアの星はバイポーラトランジスタの場合にか
なり近い値になる。
By configuring 11th to 13th sections 1, various capacities can be kept sufficiently small and IG SIT can operate at high speed.
can be made. Of course, the 41η structure shown in Figure 7 and Figure 13 is not limited to this, and the notches are also 7 characters, U
It is not limited to fonts. It goes without saying that a P channel with completely reversed conductivity type may be used, and it is also easy to use a multichannel type with a large number of channels. If high power operation is desired, the P'' region from the drain to the channel may be made long to ensure sufficient breakdown voltage. In addition, at this time, the drain voltage may be increased to a certain extent so that the entire P- region becomes a depletion layer, so the diffusion potential must be so long that the entire P- region does not become a depletion layer. It may be selected depending on the impurity density. In addition, in such a case, even if the gate electrode or the P-region 2 is filled, the P-region will eventually become a depletion layer in most operating conditions, so the capacitance will hardly increase. . Of course, for applications such as low-power, high-speed switching in integrated circuits, it is often more convenient to have a depletion layer in the entire region without applying a drain voltage, since current flows even with a small drain voltage. be. However,
In order to allow the desired current to flow by applying a certain amount of drain voltage, the P- region may be designed so that a portion of the region does not become a depletion layer due to the diffusion potential alone. If the channel length is short, the insulating layer under the gate electrode is thin, and the dielectric constant is set high, most of the voltage applied to the gate will be applied to the semiconductor region that will become the channel. The number of carrier stars that are injected into the I' lane side is quite similar to that of a bipolar transistor.

このような低電力、高速度マ゛動作する本発明のIG 
BITを半導体記憶装置として使用するならば、その性
能を一段と向上させることができる。以下にその具体例
を示す。
The IG of the present invention operates at such low power and high speed.
If BIT is used as a semiconductor memory device, its performance can be further improved. A specific example is shown below.

第14図、第15図は本発明IG  SITを用いたダ
イナミックRAMメモリセルの例である。
FIGS. 14 and 15 are examples of dynamic RAM memory cells using the IG SIT of the present invention.

第14図バー個のIGSIT3o3を使ッテ、容量C3
04にメモリするメモリセルである。
Figure 14 uses IGSIT3o3, capacity C3
This is a memory cell that stores memory in 04.

301が書き込み読み出しのアドレス線(列線)、30
2が書き込み読み出しのデータcA(?テ#A)である
。書き込み、読み出しの速度は rGSITの変換コン
ダクタンスをcT、とすると、殆んどC70,、y、て
′jえられる。本発明のIGB’lT のG?nはバイ
ポーラトランジスタ1こがすり近イIll′1ニテキル
かう、M OS  F E T lcよるメモリセルよ
り少なくとも一桁以」二高速の書き込み、読み出しが行
える。第15図は、3個の本発明ノS I ’T、31
5.316.317を用いたメモリセルであり、311
. 312  ハ書き込み、読み出しアドレス線、31
3.314はデータ読み出し線、書き込み線である。こ
の回路では、S I T 316のゲート容ri11こ
メモリする方式であるがら、この3托のゲート容量は大
きいことが望ましい、又316は動作速度にそれほど影
響しないから、従来の IGSITでもよいし、IGF
ETでもよい。
301 is a write/read address line (column line), 30
2 is data cA (?te#A) for writing and reading. The write and read speeds can be approximately calculated as C70, y, and y, where cT is the conversion conductance of rGSIT. G of IGB'IT of the present invention? Since the bipolar transistor 1 is close to the current level, writing and reading can be performed at least one order of magnitude faster than the memory cell based on the MOS FET lc. FIG. 15 shows three S I'Ts of the present invention, 31
It is a memory cell using 5.316.317, and 311
.. 312 C write, read address line, 31
3.314 is a data read line and a write line. In this circuit, although the gate capacity of the SIT 316 is stored in memory, it is desirable that the gate capacity of these three gates be large, and since the 316 does not affect the operating speed much, a conventional IGSIT may be used. IGF
It may be ET.

第16図は、本発明のIG  SITをスタティックR
AMメモリセルに応用した一例である。
FIG. 16 shows the IG SIT of the present invention in a static R
This is an example of application to an AM memory cell.

321はアドレス線、322はデータ読み出し線、32
3はデータ書き込み線、324乃至329は本発明のI
G  SITである。特に動作速瓜を決定する324.
325,328,329のSITはゲート容量などの各
容量を小さく設定し、gmも大きくなるように設定する
のがよい。326.327は従来のSITでも、又従来
のMOS  FETでもよい。第16図の構成で、ff
来MO5FETで構成されていたものより1桁程度以上
書き込み読み出し速度の速い動(’+か行える。RAM
の回路構成は勿論、これらIζ限るものではない。又、
nチャンネルSITを主体に回路を構成したが、Pチャ
ンネルてもよいことはいうまでもない。第17図は本発
明のIG  SETを相補型に構成した場合のスタティ
ックRAMメモリセルの1例である。第16図のものに
比べれば、相補型構成になっていることから電)J消費
は極めて少なく、1/10程度に減少している。331
はア、ドレス線、332はデータ読み出し線、333は
データ書き込み線、334乃至339は本発明のIG 
 SITである。
321 is an address line, 322 is a data read line, 32
3 is a data write line, 324 to 329 are I of the present invention.
GSIT. In particular, 324. determines the operating speed.
For SITs 325, 328, and 329, each capacitance such as the gate capacitance is preferably set to be small, and gm is also set to be large. 326.327 may be a conventional SIT or a conventional MOS FET. With the configuration shown in Figure 16, ff
The write and read speed is about one order of magnitude faster than the previous MO5FET configuration ('+ can be performed.RAM
Of course, the circuit configuration of Iζ is not limited to these. or,
Although the circuit was constructed mainly using an n-channel SIT, it goes without saying that a P-channel SIT may also be used. FIG. 17 shows an example of a static RAM memory cell in which the IG SET of the present invention is configured in a complementary manner. Compared to the one shown in FIG. 16, since it has a complementary configuration, the electric power consumption is extremely low, and has been reduced to about 1/10. 331
is an address line, 332 is a data read line, 333 is a data write line, and 334 to 339 are IGs of the present invention.
It is SIT.

本発明のSITは、こうしたRAMばかりでなく、RO
M  (Read  0nly  Memory )に
も、ソフトレジスタにも、又7$遊ゲートなどを備えた
不揮発性メモリにも応用できる。
The SIT of the present invention can be used not only for such RAM but also for RO
It can be applied to M (Read Only Memory), soft registers, and non-volatile memories equipped with 7$ play gates.

以」ユ述べたIG  SIT及びそれを用いた記憶集積
回路は、全てこれまで公介助結晶技術、拡散技術、イオ
ン打ち込み技術、微細加工技術により製造することがで
きる。
The IG SIT and the memory integrated circuit using the same described above can all be manufactured using conventional crystal assisted crystal technology, diffusion technology, ion implantation technology, and microfabrication technology.

本発明のIG  SITは、ソース近傍のチャンネルと
なるべき狭い半導体領域の」二に絶縁層を介してゲート
電極を構成し、チャンネルからドレインまでは高抵抗率
領域になっていて実質的に空乏層化しており、キャリア
はドリフト走行する。このように構成することにより、
ゲート容量を十分小さくでき、又ドレイン・基板間容量
を十分小さくてきるうえに、変換コンダクタンスを太き
(できるから、極めて低電力かつ高速度で動作する。そ
の製造もそれはと後着1てないこととあいまって、記憶
装置に応用された時、極めて顕著な性能向」二をもたら
し、その工業的価値は非常1ζ大きい。
In the IG SIT of the present invention, the gate electrode is formed with an insulating layer interposed between the narrow semiconductor region that is to become the channel near the source, and the region from the channel to the drain is a high resistivity region, which is essentially a depletion layer. The carrier drifts. By configuring like this,
The gate capacitance can be made sufficiently small, the drain-to-substrate capacitance can be made sufficiently small, and the conversion conductance can be made large (because it is possible to make it possible to operate at extremely low power and high speed. Its manufacturing is also a matter of course. Combined with this, when applied to storage devices, it brings extremely remarkable performance improvements, and its industrial value is extremely large.

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

第1図ta+及び(blは静電誘導トランジスタの1構
造例の動作特性図、第2図乃至第6図はそれぞれ本発明
の実施例によるIG  SITの平面型構造の断面図、
第7図乃至第10図はそれぞれ本発明の実施例による切
欠きゲート型IGSITの構造を示す断面図、第11図
乃至第13図は本発明の他の実施例による切欠きゲート
型IG  SITの構造を示す断面図、第14図、第1
5図はIG  SITで構成したダイナミックRAMメ
モリセルの1例の回路図、第16図はIG  SITを
用いたスタティックRAMメモリセルの1例の回路図、
第17図は相補型IG  SITスタティックRAMメ
モリセルの1例の回路図である。 ! 館4W!j 第6′″図 第5図 館7図 館、5wJ 第9図 *y’0WI iり 4“ 第1/図 Al1グ 第72図 館ノ3図
FIGS. 1(a) and 1(b) are operating characteristic diagrams of an example of a structure of a static induction transistor, FIGS. 2 to 6 are sectional views of a planar structure of an IG SIT according to an embodiment of the present invention, respectively.
7 to 10 are cross-sectional views showing the structure of a notched gate type IGSIT according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 11 to 13 are cross-sectional views showing the structure of a notched gate type IGSIT according to another embodiment of the present invention. Cross-sectional view showing the structure, Fig. 14, 1st
Figure 5 is a circuit diagram of an example of a dynamic RAM memory cell configured with IG SIT, Figure 16 is a circuit diagram of an example of a static RAM memory cell using IG SIT,
FIG. 17 is a circuit diagram of an example of a complementary IG SIT static RAM memory cell. ! Hall 4W! j Figure 6''' Figure 5 Figure 7, 5wJ Figure 9 *y'0WI iri 4'' Figure 1/Figure Al1g Figure 72 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 所要本数の7トレス用列線及び所要本数の書き込み読み
出し用行線の行列線から成るマトリ7クスの交点中、少
なくとも一部に高不純物密度(jn域からなるソース領
域に隣接して反対導電型領域を設け、さら1こ前記反対
導電型と同導電型高抵抗率領域を、ソース領域と同じ導
電型高不純物密度領域からなるドレイン領域までの間に
介イIさせ、ソースに近い部分の表面上に絶縁物膜を介
してゲート電極を設け、主動作領域において前記高抵抗
率反対導電型領域は常に空乏層となり、不飽和型電流電
圧特性を示すべく不純物密度及び諸司法を選定した絶縁
ゲート静電誘導トランジスタを少な(とも1個含むメモ
リセルを配置し、前記静電誘導トランジスタの少なくと
も一つのゲートが直接もしくは他の素子を介して前記行
線もしくは前記列線に接続されもよう構成した部分を少
なくとも一部に含むことを特徴とする半導体記憶装置。
At least some of the intersection points of the matrix consisting of the required number of 7 trace column lines and the required number of write/read row lines are of high impurity density (conductivity of opposite conductivity type adjacent to the source region consisting of the jn region). Furthermore, one high resistivity region of the opposite conductivity type and the same conductivity type is interposed between the source region and the drain region consisting of a high impurity density region of the same conductivity type, and the surface of the portion near the source is A gate electrode is provided on the top via an insulating film, and in the main operating region, the high resistivity and opposite conductivity type region always becomes a depletion layer, and the impurity density and various rules are selected to exhibit unsaturated current-voltage characteristics. A memory cell including a small number (one at least) of static induction transistors is arranged, and at least one gate of the static induction transistor is connected to the row line or the column line directly or through another element. What is claimed is: 1. A semiconductor memory device characterized in that at least a portion of the semiconductor memory device includes
JP58132570A 1983-07-20 1983-07-20 Semiconductor memory device Granted JPS5936960A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58132570A JPS5936960A (en) 1983-07-20 1983-07-20 Semiconductor memory device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58132570A JPS5936960A (en) 1983-07-20 1983-07-20 Semiconductor memory device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1355877A Division JPS5399778A (en) 1977-02-11 1977-02-11 Mos and mis electrostatic induction transistor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5936960A true JPS5936960A (en) 1984-02-29
JPH041505B2 JPH041505B2 (en) 1992-01-13

Family

ID=15084395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58132570A Granted JPS5936960A (en) 1983-07-20 1983-07-20 Semiconductor memory device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5936960A (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50128475A (en) * 1974-03-27 1975-10-09

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50128475A (en) * 1974-03-27 1975-10-09

Also Published As

Publication number Publication date
JPH041505B2 (en) 1992-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4994872A (en) Insulated gate static induction transistor and integrated circuit including same
US3995172A (en) Enhancement-and depletion-type field effect transistors connected in parallel
JPH0457369A (en) Semiconductor integrated circuit
JPS5918870B2 (en) semiconductor integrated circuit
JPS6352475B2 (en)
US4939571A (en) Insulated-gate type transistor and semiconductor integrated circuit using such transistor
JPS638624B2 (en)
JPS6228518B2 (en)
JPH0231506B2 (en)
JPS5936960A (en) Semiconductor memory device
EP0022266B1 (en) Semiconductor circuit device
US5821588A (en) Transistor and semiconductor device
JPS6137799B2 (en)
JPS6044833B2 (en) Insulated gate static induction transistor
JPH0311549B2 (en)
JPH03292770A (en) Electrostatic induction thyristor
JPS6349392B2 (en)
JPS6139743B2 (en)
JP2982049B2 (en) Insulated gate type static induction transistor
JPS6048933B2 (en) integrated circuit
JPS6323664B2 (en)
JPS5917859B2 (en) semiconductor equipment
JPS6224953B2 (en)
Oh et al. Electrical Coupling for Monolithic 3-D Integrated Circuit Consisting of Feedback Field-Effect Transistors
JPS5853517B2 (en) semiconductor integrated circuit