JPS59981B2 - 静電誘導形半導体論理回路装置 - Google Patents
静電誘導形半導体論理回路装置Info
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- JPS59981B2 JPS59981B2 JP53062526A JP6252678A JPS59981B2 JP S59981 B2 JPS59981 B2 JP S59981B2 JP 53062526 A JP53062526 A JP 53062526A JP 6252678 A JP6252678 A JP 6252678A JP S59981 B2 JPS59981 B2 JP S59981B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
- H01L27/0214—Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L
- H01L27/0218—Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L of field effect structures
- H01L27/0225—Charge injection in static induction transistor logic structures [SITL]
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は静電誘導形トランジスタをスイッチングトラン
ジスタとして用いる静電誘導形半導体論理回路装置に関
するものである。
ジスタとして用いる静電誘導形半導体論理回路装置に関
するものである。
半導体論理回路装置としてIIL(Integrate
dInJeCt10nLogic)が広く知られている
。
dInJeCt10nLogic)が広く知られている
。
このIILは逆動作のバイポーラトランジスタ(コレク
タとエミッタを逆に入れ換えて動作させる)をスイッチ
ングトランジスタとして使用する点に特徴を有している
。これに対し上記スイッチングトランジスタとして逆動
作の静電誘導形トランジスタ(ソースとドレインを逆に
入れ換えて動作させる一以下SITと称する)を代りに
用いた論理装置としてSITL(Staticlnje
ctlonTransistorLogic)が知られ
ている。両者を比較した場合、SITはバイポーラトラ
ンジスタのような少数キャリアの蓄積効果は少なく、ま
たゲートの全容量も通常はIILj、V)も小さくなる
ために、SITLはIIL以上の高速、低消費電力が期
待でき、最近好んで採用される傾向にある。第1図は以
上のようなSITLの基本ゲートIC構造を示すもので
、aは平面図、bはa図のA、A’断面図を示している
。
タとエミッタを逆に入れ換えて動作させる)をスイッチ
ングトランジスタとして使用する点に特徴を有している
。これに対し上記スイッチングトランジスタとして逆動
作の静電誘導形トランジスタ(ソースとドレインを逆に
入れ換えて動作させる一以下SITと称する)を代りに
用いた論理装置としてSITL(Staticlnje
ctlonTransistorLogic)が知られ
ている。両者を比較した場合、SITはバイポーラトラ
ンジスタのような少数キャリアの蓄積効果は少なく、ま
たゲートの全容量も通常はIILj、V)も小さくなる
ために、SITLはIIL以上の高速、低消費電力が期
待でき、最近好んで採用される傾向にある。第1図は以
上のようなSITLの基本ゲートIC構造を示すもので
、aは平面図、bはa図のA、A’断面図を示している
。
先ずNAr形半導体基板11の一方の主面に公知のエピ
タキシャル成長法により高比抵抗率のN 形領域12を
形成レ次にN−形領域12の表面からP形不純物を選択
+拡散することにより互いに独立したP 形領域13a
、13bを形成する。
タキシャル成長法により高比抵抗率のN 形領域12を
形成レ次にN−形領域12の表面からP形不純物を選択
+拡散することにより互いに独立したP 形領域13a
、13bを形成する。
さらにN 形領域12の表面+にN形不純物を高濃度に
選択拡散してN形領域+14を形成する。
選択拡散してN形領域+14を形成する。
最後に上記P形領域13a,+13b,N形領域14に
それぞれ金属電極16a,16b,16cを窓開けした
シリコン酸化膜層15を介して形成する。
それぞれ金属電極16a,16b,16cを窓開けした
シリコン酸化膜層15を介して形成する。
以上のようにして得られたSITLは横型PNPバイボ
ーラトランジスタと、逆動作のSITとの複合構造と成
つている。
ーラトランジスタと、逆動作のSITとの複合構造と成
つている。
すなわち、N形半導体基板11はSITのソース領域と
なり、N一形領域12はSITのチヤネル領域}よびP
NPトランジスタのベース領域となり、またp+形領域
13aはSITのゲート領域}よびPNPトランジス+
夕のコレクタ領域となり、さらにP 形領域13bはP
NPトランジスタのエミツタ領域として動+作する。
なり、N一形領域12はSITのチヤネル領域}よびP
NPトランジスタのベース領域となり、またp+形領域
13aはSITのゲート領域}よびPNPトランジス+
夕のコレクタ領域となり、さらにP 形領域13bはP
NPトランジスタのエミツタ領域として動+作する。
またP形領域13aに包囲されるよう+に形成されたN
形領域14はSITのドレイン領域として動作する。
形領域14はSITのドレイン領域として動作する。
+
この場合、SITLはN形基板11を接地して使用する
ため、PNPトランジスタに訃いてはベース接地、SI
TVC.}いてはソース接地として使用することになる
。
ため、PNPトランジスタに訃いてはベース接地、SI
TVC.}いてはソース接地として使用することになる
。
この場合ゲート電位が0あるいは微小値の時にはN一形
領域12にゲート領域13から空乏層が広く伸びて両側
からつながり、これによつてチヤネル領域が完全にピン
チオフ状態となるように設計されている。従つてドレイ
ン電位が低い状態ではチヤネル内に高い電位障壁が生じ
て}リ、ドレイン電流は流れない。一方ゲート電圧を正
力向に増加させていくと電位障壁は下がつてくる。すな
わち所定の電位をゲートに加えればソースからドレイン
に向つて電子が流れ始めることになり、ソース・ドレイ
ン間が導通状態になるように動作させることができる。
ここでSITLは定電流源であるPNPトランジスタを
SITによるスイツチングトランジスタの負荷として使
用しているため、電源}よび負荷(′て一切抵抗を使用
しない構成となつている。
領域12にゲート領域13から空乏層が広く伸びて両側
からつながり、これによつてチヤネル領域が完全にピン
チオフ状態となるように設計されている。従つてドレイ
ン電位が低い状態ではチヤネル内に高い電位障壁が生じ
て}リ、ドレイン電流は流れない。一方ゲート電圧を正
力向に増加させていくと電位障壁は下がつてくる。すな
わち所定の電位をゲートに加えればソースからドレイン
に向つて電子が流れ始めることになり、ソース・ドレイ
ン間が導通状態になるように動作させることができる。
ここでSITLは定電流源であるPNPトランジスタを
SITによるスイツチングトランジスタの負荷として使
用しているため、電源}よび負荷(′て一切抵抗を使用
しない構成となつている。
またPNPトランジスタに対してベース接地、SITに
対してソース接地となるようにそれぞれ共通領+
−域であるN形基板11}よびN形半導体
領域12を通常接地して使用するため、回路素子相互間
の分離は全く不要となる。
対してソース接地となるようにそれぞれ共通領+
−域であるN形基板11}よびN形半導体
領域12を通常接地して使用するため、回路素子相互間
の分離は全く不要となる。
このためSITLVC.$?いては構造的に非常に簡単
な構成となり高い集積度が得られる。
な構成となり高い集積度が得られる。
ここでSITLの性能に影響を与える因子とし+て、N
形領域12とP形領域13aとにより形成されるソース
●ゲート間容量Csgと、N+形領域14とにより形成
されるドレイン●ゲート間容量Cdgとがあげられる。
形領域12とP形領域13aとにより形成されるソース
●ゲート間容量Csgと、N+形領域14とにより形成
されるドレイン●ゲート間容量Cdgとがあげられる。
論理回路装置としての性能を示す指数である消費電力と
伝幡遅延時間との積はその容量に比例するため、低電流
動作領域に}ける上記積の値を小さくするには上記2つ
の容量CsgとCdgを極力小さくする事が必要である
。しかしながら従来のSITL構造に}いては、11L
のような他の論理素子に比較すれば高い集積度、小さい
容量を有しているとはいえ、第1図aに示したようKゲ
ート領域13aがドレイン領域14を包囲するように形
成されているため、現在の写真製版技術の精度上の制約
によりその容量を減らすのには限度がある。
伝幡遅延時間との積はその容量に比例するため、低電流
動作領域に}ける上記積の値を小さくするには上記2つ
の容量CsgとCdgを極力小さくする事が必要である
。しかしながら従来のSITL構造に}いては、11L
のような他の論理素子に比較すれば高い集積度、小さい
容量を有しているとはいえ、第1図aに示したようKゲ
ート領域13aがドレイン領域14を包囲するように形
成されているため、現在の写真製版技術の精度上の制約
によりその容量を減らすのには限度がある。
したがつて、本発明の目的はソース・ゲート間容量訃よ
びドレイン・ゲート間容量を減らすことにより論理素子
としての性能を向上させることが可能な静電誘導形半導
体倫理回路装置を提供するものである。
びドレイン・ゲート間容量を減らすことにより論理素子
としての性能を向上させることが可能な静電誘導形半導
体倫理回路装置を提供するものである。
このような目的を達成するため、本発明は従来ドレイン
領域を完全に包囲するように形成していたゲート領域の
大部分を絶縁膜に置き換え、本来のゲート領域は上記ド
レイン領域の直下に必要最小限の小面積として設けるよ
うにするもので、以下実施例を用いて詳細に説明する。
領域を完全に包囲するように形成していたゲート領域の
大部分を絶縁膜に置き換え、本来のゲート領域は上記ド
レイン領域の直下に必要最小限の小面積として設けるよ
うにするもので、以下実施例を用いて詳細に説明する。
第2図A,b}よびCは本発明に係る静電誘導形半導体
論理回路装置の一実施例を示し、aは平面図、bはAO
A,A′間断面図、cはaのB−B′間断面図を示して
いる。
論理回路装置の一実施例を示し、aは平面図、bはAO
A,A′間断面図、cはaのB−B′間断面図を示して
いる。
+
同図に}いて、21はN形半導体基板、22はその主面
にエビタキシヤル成長法により形成されたN形領域、2
6bはN形領域22に選択的に形成された帯状のP形領
域、26aはこの帯状のP形領域26bと相対する帯状
の第1部分aとP形領域26bから遠ざかる方向の帯状
をなした第2部分bとからなり、かつ上記N形領域22
に選択的に形成されたP形領域、27はP形領域26a
よりも浅く、かつ上記第2部分bの大部分と交差するよ
うに上記N形領域22に選択的K形成されたN一形領域
、25はP形領域26+a訃よびN形領域27の端部と
接触レこれらの領域を包囲するように上記領域26aよ
りも深く形成された絶縁膜、28a,28b,28cは
+それぞれ酸化膜層23に窓開けしてN形領域28、P
形領域26aNP形領域26b上に各々形成した金属電
極である。
にエビタキシヤル成長法により形成されたN形領域、2
6bはN形領域22に選択的に形成された帯状のP形領
域、26aはこの帯状のP形領域26bと相対する帯状
の第1部分aとP形領域26bから遠ざかる方向の帯状
をなした第2部分bとからなり、かつ上記N形領域22
に選択的に形成されたP形領域、27はP形領域26a
よりも浅く、かつ上記第2部分bの大部分と交差するよ
うに上記N形領域22に選択的K形成されたN一形領域
、25はP形領域26+a訃よびN形領域27の端部と
接触レこれらの領域を包囲するように上記領域26aよ
りも深く形成された絶縁膜、28a,28b,28cは
+それぞれ酸化膜層23に窓開けしてN形領域28、P
形領域26aNP形領域26b上に各々形成した金属電
極である。
以上の構成に}いて、P形領域26b,N形領域22、
P形領域26aはPNP形トランジス+夕を構成し、N
形領域27、P形領域26a,N形領域22は静電誘導
形トランジスタを構成する。
P形領域26aはPNP形トランジス+夕を構成し、N
形領域27、P形領域26a,N形領域22は静電誘導
形トランジスタを構成する。
本実施例による構造を第1図の従来構造と比較した場合
、ドレイン領域を包囲するように形成していたゲート領
域の大部分を絶縁膜で置き換え、本来のゲート領域はド
レイン領域の直下に必要最小限の面積〔上記第2部分b
に相当〕として設けた点が異つている。
、ドレイン領域を包囲するように形成していたゲート領
域の大部分を絶縁膜で置き換え、本来のゲート領域はド
レイン領域の直下に必要最小限の面積〔上記第2部分b
に相当〕として設けた点が異つている。
そして、このようなSILTl構造は第3図に示すよう
な製造方法により得られる。以下工程順に説明する。工
程〔A〕 (第3図a) 低担抗率、例えば0.01〜0.02Ω?程度のN1形
半導体基板21として例えばシリコンウエハを 二用意
臥その片方の主面にエピタキシヤル成長法によV)N形
半導体領域22を形成する。
な製造方法により得られる。以下工程順に説明する。工
程〔A〕 (第3図a) 低担抗率、例えば0.01〜0.02Ω?程度のN1形
半導体基板21として例えばシリコンウエハを 二用意
臥その片方の主面にエピタキシヤル成長法によV)N形
半導体領域22を形成する。
この領域22の不純物濃度は比較的低濃度に、例えば1
013〜1015/(17713程度に選ぶのが望まし
い。な}上記基板21としては、高抵抗率例えば10二
〜20Ω?程度のシリコンウエハを用意し、その+一部
に低抵抗率のN形半導体領域を選択拡散法により形成し
たものを代りに用いても良い。
013〜1015/(17713程度に選ぶのが望まし
い。な}上記基板21としては、高抵抗率例えば10二
〜20Ω?程度のシリコンウエハを用意し、その+一部
に低抵抗率のN形半導体領域を選択拡散法により形成し
たものを代りに用いても良い。
次にN形半導体領域22の一主面上に熱酸化法あるいは
CVO去等によりシリコン酸化膜23を形成し、、その
上にシリコン窒化膜24を形成する。工程〔B〕 (第
3図b) 周知の写真蝕刻技術によつて上記シリコン酸化膜23訃
よびシリコン窒化膜24の所定部分を除去し、残り部分
をマスクとしてN形領域22の,−ー部分をエツチング
により除去する。
CVO去等によりシリコン酸化膜23を形成し、、その
上にシリコン窒化膜24を形成する。工程〔B〕 (第
3図b) 周知の写真蝕刻技術によつて上記シリコン酸化膜23訃
よびシリコン窒化膜24の所定部分を除去し、残り部分
をマスクとしてN形領域22の,−ー部分をエツチング
により除去する。
工程〔C〕 (第3図c)
半導体基板21を酸化性雰囲気中で熱処理し、上述した
エツチングにより除去した部分に酸化膜25を生成させ
る。
エツチングにより除去した部分に酸化膜25を生成させ
る。
この酸化膜25は十分K厚く形成させる。次にシリコン
窒化膜24を除去する。工程〔D〕 (第3図d)シリ
コン酸化膜23の一部を除去L/SSITのゲートとな
るべきP形領域26a}よび横形PNPトランジスタの
エミツタとなるP形領域26bを熱拡散法あるいはイオ
ン注入法により形成する。
窒化膜24を除去する。工程〔D〕 (第3図d)シリ
コン酸化膜23の一部を除去L/SSITのゲートとな
るべきP形領域26a}よび横形PNPトランジスタの
エミツタとなるP形領域26bを熱拡散法あるいはイオ
ン注入法により形成する。
ここで上記P形領域26a}よび26bの平面パターン
は第2図aに示すような形となる。すなわち、P形領域
26aの形状はP形領域26bと相対する帯状の第1部
分aと、P形領域26bから遠ざかる方向の帯状をなし
た第2部分bとからなるように形成する。また厚い酸化
膜25は、これらP形領域26aを三方から包囲するよ
うに形成する。工程〔B〕 (第3図e) 既知の方法により、表面に再びシリコン酸化膜23を形
成した後一部を除去してマスクと+ SITのドレインとなるべきN形領域27を熱拡散法あ
るいはイオン注入法により形成する。
は第2図aに示すような形となる。すなわち、P形領域
26aの形状はP形領域26bと相対する帯状の第1部
分aと、P形領域26bから遠ざかる方向の帯状をなし
た第2部分bとからなるように形成する。また厚い酸化
膜25は、これらP形領域26aを三方から包囲するよ
うに形成する。工程〔B〕 (第3図e) 既知の方法により、表面に再びシリコン酸化膜23を形
成した後一部を除去してマスクと+ SITのドレインとなるべきN形領域27を熱拡散法あ
るいはイオン注入法により形成する。
すなわち、第2図aのごとくP形領域26aよりも浅く
かつ上記第2部分Bの大部分と交差するような形状に形
成する。工程〔F〕 (第3図f) シリコン酸化膜23の一部分を周知の写真蝕刻技術によ
り除去してコンタクト窓を形成する。
かつ上記第2部分Bの大部分と交差するような形状に形
成する。工程〔F〕 (第3図f) シリコン酸化膜23の一部分を周知の写真蝕刻技術によ
り除去してコンタクト窓を形成する。
以下、コンタクト窓に対し例えば真空蒸着法によりアル
ミニユウム等を付着することによ虱第2図A,b,cの
ごとくエミツタ領域26b,ゲート領域26a1ドレイ
ン領域27に対し各電極28c,28b,28aを形成
することによりSITLを完成する。第4図は本発明の
他の実施例を示すもので、特にドレイン・ゲート間容量
Cdgを減少させるための構造を示−ゲート領域26a
とドレイン領域27との間に絶縁膜29、例えばシリコ
ン酸化膜を介在させるようにしたものである。
ミニユウム等を付着することによ虱第2図A,b,cの
ごとくエミツタ領域26b,ゲート領域26a1ドレイ
ン領域27に対し各電極28c,28b,28aを形成
することによりSITLを完成する。第4図は本発明の
他の実施例を示すもので、特にドレイン・ゲート間容量
Cdgを減少させるための構造を示−ゲート領域26a
とドレイン領域27との間に絶縁膜29、例えばシリコ
ン酸化膜を介在させるようにしたものである。
この実施例構造の場合、ドレイン領域27のうち上記絶
縁膜29直上K位置する部分27bは多結晶半導体、例
えば多晶シリコンとなる。以上の説明から明らかなよう
に本発明によれば従来ドレイン領域を包囲するように形
成していたゲート領域の大部分を絶縁膜で置き換え、本
来のゲート領域はドレイン領域の直下に必要最小限の面
積として設けるようにしたため、実効的なチヤネル巾を
変えることなくドレイン・ゲート間容量Cdg訃よびソ
ース●ゲート間容量Csgを共に減少することができ、
これに伴なつて周波数特性の大巾な改善が図れるので論
理素子としての性能を向上させることができる。
縁膜29直上K位置する部分27bは多結晶半導体、例
えば多晶シリコンとなる。以上の説明から明らかなよう
に本発明によれば従来ドレイン領域を包囲するように形
成していたゲート領域の大部分を絶縁膜で置き換え、本
来のゲート領域はドレイン領域の直下に必要最小限の面
積として設けるようにしたため、実効的なチヤネル巾を
変えることなくドレイン・ゲート間容量Cdg訃よびソ
ース●ゲート間容量Csgを共に減少することができ、
これに伴なつて周波数特性の大巾な改善が図れるので論
理素子としての性能を向上させることができる。
また本発明によればドレイン領域は厚い絶縁膜と接触す
る構造となつているため、ドレイン領域とゲート領域を
形成する際の写真製版技術のズレの許容範囲は広くとる
ことができ、製造工程K}ける電気的特性のバラツキを
少なく抑えることができ、また歩留の向上を図ることも
できる優れた効果を有する。
る構造となつているため、ドレイン領域とゲート領域を
形成する際の写真製版技術のズレの許容範囲は広くとる
ことができ、製造工程K}ける電気的特性のバラツキを
少なく抑えることができ、また歩留の向上を図ることも
できる優れた効果を有する。
第1図a訃よびbは半導体論理回路装置の従来構造を示
す平面図面ち・よび断面図、第2図A,b,cは本発明
による静電誘導形半導体論理回路装置の一実施例構造を
示す平面図訃よび断面図、第3図a乃至fは第2図に示
す半導体装置の製造工程を示す断面図、第4図は本発明
の他の実施例構造を示す断面図である。 11,21・・・・・・N形半導体基板、12,22・
・・・・・N形エビタキシヤル成長領域、13a,13
b,26a,26b・・・・・・P形領域、14,27
・・・・・・N形領域、15,23・・・・・・シリコ
ン酸化膜、24・・・・・・シリコン窒化膜、16a,
28b・・・・・・ゲート電極、16b,28c・・・
・・・エミツタ電極、16c,28a・・・・・・ドレ
イン電祝、25・・・・・・厚いシリコン酸化膜、27
b・・・・・・多結晶シリコン29・・・・・・絶縁膜
。
す平面図面ち・よび断面図、第2図A,b,cは本発明
による静電誘導形半導体論理回路装置の一実施例構造を
示す平面図訃よび断面図、第3図a乃至fは第2図に示
す半導体装置の製造工程を示す断面図、第4図は本発明
の他の実施例構造を示す断面図である。 11,21・・・・・・N形半導体基板、12,22・
・・・・・N形エビタキシヤル成長領域、13a,13
b,26a,26b・・・・・・P形領域、14,27
・・・・・・N形領域、15,23・・・・・・シリコ
ン酸化膜、24・・・・・・シリコン窒化膜、16a,
28b・・・・・・ゲート電極、16b,28c・・・
・・・エミツタ電極、16c,28a・・・・・・ドレ
イン電祝、25・・・・・・厚いシリコン酸化膜、27
b・・・・・・多結晶シリコン29・・・・・・絶縁膜
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 第1導電形の第1領域と、この第1領域に選択的に
形成された帯状の第2導電形の第2領域と、この第2領
域よりも浅くかつその帯状部と交差するように上記第1
領域に選択的に形成された第1導電形の第3領域と、上
記第2領域および第3領域を包囲するように第2領域よ
りも深く形成された絶縁膜とを有して静電誘導形トラン
ジスタを構成したことを特徴とする静電誘導形半導体論
理回路装置。 2 第1導電形の第1領域と、この第1領域に選択的に
形成された帯状の第2導電形の第2領域と、この帯状の
第2領域と相対して上記第1領域に選択的に形成された
同じく帯状の第2導電形の第3領域と、この第3領域よ
りも浅くかつその帯状部と交差するように上記第1領域
に選択的に形成された第1導電形の第4領域と、上記第
3領域および第4領域を包囲するように第3領域よりも
深く形成された絶縁膜とを有し、上記第1領域、第3領
域および第4領域により静電誘導形トランジスタを構成
し、上記第1領域、第2領域および第3領域により接合
形トランジスタを構成したことを特徴とする静電誘導形
半導体論理回路装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP53062526A JPS59981B2 (ja) | 1978-05-24 | 1978-05-24 | 静電誘導形半導体論理回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP53062526A JPS59981B2 (ja) | 1978-05-24 | 1978-05-24 | 静電誘導形半導体論理回路装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS54152986A JPS54152986A (en) | 1979-12-01 |
JPS59981B2 true JPS59981B2 (ja) | 1984-01-10 |
Family
ID=13202708
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP53062526A Expired JPS59981B2 (ja) | 1978-05-24 | 1978-05-24 | 静電誘導形半導体論理回路装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59981B2 (ja) |
-
1978
- 1978-05-24 JP JP53062526A patent/JPS59981B2/ja not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS54152986A (en) | 1979-12-01 |
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