JPS6044833B2 - Insulated gate static induction transistor - Google Patents
Insulated gate static induction transistorInfo
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- JPS6044833B2 JPS6044833B2 JP52028275A JP2827577A JPS6044833B2 JP S6044833 B2 JPS6044833 B2 JP S6044833B2 JP 52028275 A JP52028275 A JP 52028275A JP 2827577 A JP2827577 A JP 2827577A JP S6044833 B2 JPS6044833 B2 JP S6044833B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体装置に関し、特にゲート容量を十分少
なくした絶縁ゲート型静電誘導トランジスタを用いた半
導体装置及び集積回路に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device and an integrated circuit using an insulated gate static induction transistor with sufficiently reduced gate capacitance.
従来の電界効果トランジスタは、接合型、絶縁,ゲート
型(MOS型、MIS型)のいずれにおいても、ドレイ
ン電流が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る。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(以下SITと称す)が本願発
明者により特願昭46一28405号1電界効果トラン
ジスタョ、特願昭46−57768号0電界効果トラン
ジスタョにおいて提案された。Conventional field effect transistors, whether junction type, insulated, or gate type (MOS type, MIS type), exhibit saturated current/voltage characteristics in which the drain current gradually saturates as the drain voltage increases. . On the other hand, when the drain current increases and the drain voltage increases. Static induction field effect transistors (hereinafter referred to as SITs), which continue to increase in number, were proposed by the present inventor in Japanese Patent Application No. 1, Field Effect Transistor, No. 1, Field Effect Transistor, No. 1, No. 1, 28405, 1982, and No. 0, Field Effect Transistor, No. 1, No. 57, 768, 1982, by the present inventor. Ta.
SITは電界効果トランジスタ(以下FETと称す)に
対し次のような特徴を有している。SIT has the following characteristics compared to field effect transistors (hereinafter referred to as FETs).
1主動作領域において、ソース●ドレイン間がパンチス
ルーLない状態、即ちソース●ゲート間に空乏状態にな
らない状態が残つて、キヤリア注入状態が存在し、しか
も直列抵抗5と変換コンダクタンスGmとの積が1より
小なるように選定された不純物密度並びに諸寸法を有す
ることにより、電流・電圧特性が不飽和特性を示すこと
。1 In the main operating region, there remains a state in which there is no punch-through L between the source and drain, that is, a state in which there is no depletion state between the source and gate, a carrier injection state exists, and the product of the series resistance 5 and the conversion conductance Gm remains. By having an impurity density and various dimensions selected such that is less than 1, current/voltage characteristics exhibit unsaturated characteristics.
電流・電圧特性が不飽和特性を示すことにより、高入力
インピーダンス、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Gmが大きく
とれ、歪も小さくできること。Since the current/voltage characteristics exhibit unsaturated characteristics, it can be used as a high input impedance, low output impedance element, and the apparent conversion conductance Gm can be increased and 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ができ、大電流、高
耐圧の大出力用素子が得られること。3. A large output current can be obtained, and by using a high-resistance layer in a predetermined region, the withstand voltage can be increased, and a large output device with a large current and a high withstand voltage can be obtained.
ゲート領域の密度を高不純物密度となし、しかもゲート
の形状を小型にできるので、電極間容量及びゲート抵抗
を減少させることができ、高周波化、高速度化がはかれ
ること、同時に直列抵抗が小さく設定されることも高周
波化、高速度化を一層有利にしていること。Since the gate region has a high impurity density and the gate shape can be made small, the interelectrode capacitance and gate resistance can be reduced, allowing for higher frequencies and higher speeds, and at the same time, the series resistance can be set small. This also makes higher frequencies and speeds even more advantageous.
j極めて広いゲート電圧範囲にわたり、又ゲート電圧だ
けでチヤンネルがピンチオフして電流・電圧特性が殆ん
ど指数関数則に従う低電流領域はもとより、直列抵抗R
sやドレイン抵抗Rdの効果により特性が指数関数則か
らすれ、殆んど直線的な特性となる大電流領域まで含め
た極めて広い、場によつては1晰以上の電流範囲にわた
り、増幅係数を殆んど一定に保つなど、極めて歪の少な
い動作が行えること。j Over a very wide gate voltage range, and not only in the low current region where the channel is pinched off by the gate voltage alone and the current/voltage characteristics almost follow an exponential law, but also in the low current region where the series resistance R
Due to the effects of s and drain resistance Rd, the characteristics deviate from the exponential law, and the amplification coefficient can be adjusted over an extremely wide current range, including a large current region where the characteristics become almost linear. Able to perform operations with extremely low distortion, such as by keeping it almost constant.
3電流値が極めて小さな領域になつても、多数キヤリア
注入てあるため、表面再結合や空乏層内再結合の影響が
殆んどなく、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、極めて優れたスイツ
チング動作等が行えること。3. Even when the current value is extremely small, since a large number of carriers are injected, there is almost no effect of surface recombination or recombination within the depletion layer, and the amplification coefficient can be kept almost constant.
Ability to perform extremely excellent switching operations under low current and low power consumption conditions.
7大電流状態の温度特性を負にできることから熱暴走が
起こらないこと。7. Temperature characteristics in large current state can be made negative, so thermal runaway does not occur.
又殆んど温度特性を持たない構造設計が行えること。8
極めて広い動作温度範囲にわたり、たとえば200゜C
以上にわたり、増幅係数を一定に保てること。Also, it is possible to design a structure that has almost no temperature characteristics. 8
Over a very wide operating temperature range, e.g. 200°C
The amplification factor can be kept constant over the above period.
9 チヤンネル幅を狭くし、チヤンネルの不純物密度を
低くすることにより、ゲート電圧が零ては殆んど電流が
流れず、ゲートに順方向電圧が加わつて始めて電流が流
れるという高速度のスイツチング動作が行えること。9 By narrowing the channel width and lowering the channel impurity density, a high-speed switching operation is achieved in which almost no current flows when the gate voltage is zero, and current only flows when forward voltage is applied to the gate. What you can do.
悴というように、SITは大電力、高耐圧、大電鉋、低
歪、低雑音、低消費電力、高速度動作等いずれの面にお
いても優れており、その温度特性をも含めて、従来のバ
イポーラトランジスタ、FETにくらべて、優れた面の
極めて多いトランジスタである。As mentioned above, SIT is superior in all aspects such as high power, high withstand voltage, large electric planer, low distortion, low noise, low power consumption, and high speed operation.Including its temperature characteristics, SIT is superior to conventional This transistor has many advantages over bipolar transistors and FETs.
個別素子として、又集積回路用素子としてその優秀さは
すでに実証され、各方面に新たな応用分野を切り開いて
いる。高入力インピーダンスであるため次段と直結でき
、駆動電力を必要としないことから集積度を高くでき、
不飽和型電流・電圧特性を示し、変換コンダクタンスが
大きいことから、フアン●アウト(FanOut)数を
多く取れる等集積回路に極めて適している。SITのド
レイン電流1dは、ゲート電圧Vgl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ど指数関数則に
従つており、電流が大きくなつて直列抵抗による負帰還
作用が効果を持ち始めると指数関数則からすれてくる。
エンハンスモード(Eモード)或いはエンハンスモード
とデイプレツシヨンモード(E/Dモード)て動作する
絶縁ゲート(IG)静電誘導トランジスタの基本的構造
は、本願発明者が昭和5拝1月11日出願、特願昭52
−1756号及び昭和5詳2月1田出願、特願昭52−
13558号においてすでに明らかにしている。Its excellence has already been demonstrated both as an individual element and as an element for integrated circuits, and it is opening up new fields of application in various fields. Because it has a high input impedance, it can be directly connected to the next stage, and since no drive power is required, the degree of integration can be increased.
Since it exhibits unsaturated current/voltage characteristics and has a large conversion conductance, it is extremely suitable for integrated circuits that can provide a large number of fan outs. The drain current 1d of SIT is equal to the gate voltage Vgl drain voltage Vd
In any case, in a low current state, it almost follows an exponential law, and as the current increases and the negative feedback effect by the series resistance begins to take effect, the exponential law is no longer followed.
The basic structure of an insulated gate (IG) static induction transistor that operates in enhancement mode (E mode) or enhancement mode and depletion mode (E/D mode) was developed by the inventor on January 11, 1932. Application, patent application 1972
-No. 1756 and patent application filed on February 1, 1973-
It has already been made clear in No. 13558.
IG−SIT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、チヤンネル上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
転層を作つてチヤンネルを導通状態にするに必要なゲー
トの印加電圧(閾値電圧)か高くなつて、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
することだけである。ゲート電極を十分に小さくした従
来のIG−SITの構造例の断面図をnチヤンネル型の
もので第1図、第2図、第3図に示す。第1図a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1017〜1σ1cm−3程度であ
る。In order to reduce the gate capacitance in IG-SIT, it is natural to either reduce the area of the gate electrode existing on the channel or increase the thickness of the insulating layer under the gate electrode. . 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. Cross-sectional views of examples of the structure of a conventional IG-SIT with a sufficiently small gate electrode are shown in FIGS. 1, 2, and 3 of an n-channel type. n+ in Figure 1a
The regions 51 and 54 are a source region and a drain region, respectively, and the impurity density is about 1017 to 1σ1 cm−3.
p領域52はソースからドレイン側に注入される電子の
量を制御するチヤンネル部となるとろで、その不純物密
度はチヤンネル長によるが、1014〜1018c!T
i−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、即ち全領域がドレインから延びる空乏層に覆わ
れてしまわないように選定される。又その長さは数10
0Aから数μmである。p一領域53は、低不純物密度
領域で、ドレイン領域54との拡散電位だけでp一領域
全体が空乏層となるような寸法と不純物密度を有してい
る。たとえば不純物密度は1011〜1017an−3
程度であり、チヤ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、
SiO2、Si3N4、,Al2O3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。The p region 52 becomes a channel portion that controls the amount of electrons injected from the source to the drain side, and its impurity density is 1014 to 1018c!, depending on the channel length. T
It is about i-3. The impurity density in this region is selected so that there is no punch-through between the source and drain in the main operating region, that is, so that the entire region is not covered by a depletion layer extending from the drain. Also, its length is several 10
It is several μm from 0A. The p-region 53 is a low impurity density region, and has such dimensions and impurity density that the entire p-region becomes a depletion layer just by the diffusion potential with the drain region 54. For example, the impurity density is 1011 to 1017an-3
The longer the distance from the channel to the drain region, the lower the impurity density must be. 55 is
This is an insulating layer made of SiO2, Si3N4, Al2O3, etc., or a combination of a plurality of these.
5「,54″はそれぞれソ・−ス、ドレインの金属電極
である。56はゲート電極であり、N等の金属でも9よ
いし、ポリシリコン等の低抵抗率半導体でもよい。5" and 54" are source and drain metal electrodes, respectively. Reference numeral 56 denotes a gate electrode, which may be made of a metal such as N, or may be made of a low resistivity semiconductor such as polysilicon.
しかし、チヤンネルが非常に短くなつて、ゲート電極が
細くなつた場合には、ゲート電極の抵抗とゲート容量か
ら決まる時定数が動作速度の限界を与えることになるか
ら、金属電極であることが望ましく、しかもその金属の
厚さも厚いほど抵抗が小さくなつて望ましい。ゲート電
極下の絶縁層の厚さは、チヤンネル長や動作モード(E
モードかE/Dモード)によつて変わるが100A程度
から1000A程度である。高耐圧用にする場合にはも
つと厚くてもよい。同一のチヤンネル長であれば、Eモ
ード動作する場合は絶縁層の厚さは、E/Dモードで動
作する場合にくらべてやや厚い。ゲート電極に正電圧が
印加されて絶縁層に接するp領域の表面近傍の電位が引
き下げられると、この電位障壁を越えて空乏層となつた
p一層に電子が注入され、p一層内では電界によつてド
リフトしドレイン領域に流れる。もちろん、電位障壁は
ドレイン電圧によつても制御されるようになされている
。従つて、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つて殆んど決定するから、ソースか
ら電位障壁までの直列抵抗5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圧効果が顕著
にならない電流領域では、ドレイン電流はゲート電圧g
1ドレイン電圧Vdのいずれに対しても殆んど指数関数
則に従つて流れることになる。ゲートに十分な正電圧が
加わつて、かつp一領域53がドレイン電圧により完全
に空乏層になつていれば、抵抗性の電流が流れることも
ある。チヤンネルとなるp領域の不純物密度を表面近傍
において表面から中に入るにつれて漸減するような分布
にすればチヤンネルとなる反転層が広くなつて直列抵抗
が低下し、電流の立上がりは急峻になる。また、ドレイ
ン側のp一領域も同様で、表面から中に入るほど不純物
密度が低下していれば注入された電子がより広がつて流
れて、ドレイン抵抗を小さくする。第1図aの構造でゲ
ート容量は十分小さくなるが、もう一つMOS,.SI
Tの動作速度を低下する大きな要因になつていたソース
・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・基板間容量は動作に影響しないし、ド
レインと基板を同電位にすれは下レーン・基板間容量は
動作に影響しない。たとえば、ドレイン・基板間容量を
減少させるには、第1図bのような構造にすればよい。
即ち、チヤンネルとなるべき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3図
aと同様にソース・ドレイン間がパンチスルーしてしま
わないようにすなわち、ドレインから空乏層が完全にソ
ースに到達しないように不純物密度とともに決定される
。n+領域64がドレイン、66がゲート電極である。
各領域の不純物密度等は、第1図aの場合と同様である
。ドレイン領域64はp一領域と接しているから十分に
空乏層が広がつて、ドレイン・基板間容量は非常に小さ
くできる。第1図bの構造で、ドレインの電圧が高速で
変化する場合には、p一層での空乏層の幅の変化が追随
できず、電力消費の原因となる。従つて、非常に高速の
動作をさせる場合には、第1図cのようにp一領域の下
にさらにp領域67を設けて、ドレイン領域からの空乏
層が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1015〜
1σ0cm−3程度である。第1図dは、イオン打込み
等でソース領域をドレイン側に延ばした構造となつてい
る。不純物密度や動作は第1図bと殆んど同じである。
第1図b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1図eのようにp
領域77を設けて、殆んどの動作状態でドレインからの
空乏層がp領域77に到達するようにしておけばよい。
いずれの構造でもドレインからチヤンネルまどのp]ま
拡散電位だけで空乏層となるように不純物密度及び寸法
が選定されている。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チヤンネルを例にして第2図に示す。However, if the channel becomes very short and the gate electrode becomes thin, the time constant determined by the gate electrode resistance and gate capacitance will limit the operating speed, so a metal electrode is preferable. Moreover, the thicker the metal, the lower the resistance, which is desirable. The thickness of the insulating layer under the gate electrode depends on the channel length and operation mode (E
It varies depending on the current mode (E/D mode or E/D mode), but it ranges from about 100A to about 1000A. When used for high voltage applications, it may be thicker. 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 gate electrode and the potential near the surface of the p-region in contact with the insulating layer is lowered, electrons are injected across this potential barrier into the p-layer, which has become a depletion layer, and an electric field is generated within the p-layer. Therefore, it drifts and flows into the drain region. Of course, the potential barrier is also controlled by the drain voltage. Therefore, in this structure, the flowing current is mostly determined by the amount of electrons injected into the drain side, so there is a negative feedback effect due to the series resistor 5 from the source to the potential barrier, and a negative feedback effect from the potential barrier to the drain. In the current region where the voltage effect of the drain resistance is not significant, the drain current increases with the gate voltage g.
For any one drain voltage Vd, the current flows almost according to an exponential law. If a sufficient positive voltage is applied to the gate and the p-region 53 is completely depleted by the drain voltage, a resistive current may flow. If the impurity density of the p-region, which becomes a channel, is distributed near the surface so that it gradually decreases from the surface to the inside, the inversion layer, which becomes a channel, becomes wider, the series resistance decreases, and the rise of the current becomes steeper. The same is true for the p-region on the drain side; if the impurity density decreases from the surface to the inside, the injected electrons will spread out and flow, reducing the drain resistance. Although the gate capacitance is sufficiently small in the structure shown in FIG. 1a, there is one more MOS, . S.I.
The source-to-substrate capacitance and the drain-to-substrate capacitance, which were major factors in reducing the operating speed of T, have hardly decreased. Of course, when using the source and substrate at the same potential, the capacitance between the source and the substrate does not affect the operation, and when the drain and the substrate are at the same potential, the capacitance between the lower lane and the substrate does not affect the operation. For example, in order to reduce the capacitance between the drain and the substrate, a structure as shown in FIG. 1b may be used.
That is, the p region 62 which should become a channel is formed only around the source region 61. The thickness is determined together with the impurity density so that punch-through between the source and drain does not occur, that is, the depletion layer does not completely reach the source from the drain, as in FIG. 3a. The n+ region 64 is a drain, and 66 is a gate electrode.
The impurity density etc. of each region are the same as in the case of FIG. 1a. Since the drain region 64 is in contact with the p-region, the depletion layer is sufficiently expanded, and the capacitance between the drain and the substrate can be made very small. In the structure shown in FIG. 1b, if the drain voltage changes rapidly, the change in the width of the depletion layer in the p layer cannot be followed, which causes power consumption. Therefore, when operating at a very high speed, a p region 67 is further provided below the p region as shown in FIG. 1c, so that the depletion layer from the drain region becomes p It suffices if the area 67 is reached. The impurity density of the p region 67 is 1015~
It is about 1σ0cm-3. FIG. 1d has a structure in which the source region is extended toward the drain side by ion implantation or the like. The impurity density and operation are almost the same as in FIG. 1b.
If the delay in the change in drain depletion layer width limits the operating speed as in Figure 1b, then p
Region 77 may be provided so that the depletion layer from the drain reaches p region 77 under most operating conditions.
In either structure, the impurity density and dimensions are selected so that a depletion layer is formed from the drain to the channel core with only the diffusion potential. FIG. 2 shows 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, taking an n-channel as an example.
第2図a′8n+領域81,84はそれぞれソース、ド
レインであり、p領域82はチヤンネルとなるべき領域
、p一領域83は拡散電位だけで空え層となる領域、8
5は絶縁層、86はゲート電極である。FIG. 2 a'8n+ regions 81 and 84 are a source and a drain, respectively, a p region 82 is a region to become a channel, a p- region 83 is a region to be a vacant layer with only a diffusion potential, 8
5 is an insulating layer, and 86 is a gate electrode.
不純物密度等は第1図の場合と同じである。ゲート電極
により反転層が生じ始めるとドレイン電流が流れ出す。
第2図aでは、ゲート・ソース間容量が大きくなる傾向
にあるが、それを改善した例が第2図bであり、ゲート
電極がチヤンネルとなるp領域上に殆んど限定されてい
る以外は第2図aと同じである。第2図cでは、ソース
が基板側に構成された例そある。n+領域101,10
4がそれぞれソース、ドレイン、p領域102がチヤン
ネルとなるべき領域、p?103は拡散電位だけで空乏
層となる領域、105が絶縁層、106はゲート電極で
ある。第2図cの字型構造をU字型構造に近くした例が
第2図dである。ゲート電極116が二つの分かれたこ
とを除けば第2図cと同じである。勿論、ここでソース
・ゲート間容量が多少大きくなつてもよいのであれぱ、
n+領域111上の絶縁層115を上全部のゲート電極
が設けられてもよい。第2図では、ソースとドレインが
広い面積で対向することによつて、高速動作を目的とし
て、領域82,83等が短くされた場合には、ソース・
ドレイン間容量が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つてくる。The impurity density etc. are the same as in the case of FIG. When an inversion layer begins to form due to the gate electrode, a drain current begins to flow.
In Fig. 2a, the gate-source capacitance tends to increase, but Fig. 2b shows an example in which this has been improved, except that the gate electrode is mostly limited to the p-region that becomes the channel. is the same as in Figure 2a. In FIG. 2c, there is an example in which the source is arranged on the substrate side. n+ area 101, 10
4 are the source and drain regions, and the p region 102 is the channel region, p? 103 is a region which becomes a depletion layer only by a diffusion potential, 105 is an insulating layer, and 106 is a gate electrode. FIG. 2 d is an example in which the character-shaped structure shown in FIG. 2 c is approximated to a U-shaped structure. The structure is the same as that in FIG. 2c except that the gate electrode 116 is divided into two parts. Of course, if the capacitance between the source and gate is allowed to be a little larger,
A gate electrode may be provided over the entire insulating layer 115 on the n+ region 111. In FIG. 2, when regions 82, 83, etc. are shortened for the purpose of high-speed operation by having the source and drain facing each other over a wide area, the source and drain
The drain-to-drain capacitance tends to increase and becomes a factor that limits high-speed operation.
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。その一例を第3図に示す
。第3図は、第2図A,bの例てソース領域を小さく構
成した場合である。To overcome this difficulty, it is necessary to
One of them may be made smaller. An example is shown in FIG. FIG. 3 shows a case where the source region is configured to be smaller than the example shown in FIGS. 2A and 2B.
第3図aでn+領域121,131はソース、124は
ドレイン、p領3域122,132はチヤンネルとなる
領域、p−領域123は拡散電位だけで空乏層となる領
域、125は絶縁層、126,136はゲート電極、1
2「,13「はそれぞれソースの金属電極である。第3
図bは字型切込みが基板のn+までL到達している以外
は、第3図aと同じである。第2図cのドレインを小さ
な領域164に形成した例が第3図cである。第3図の
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となる。大電力動作を
目的する楊合には、ドレインからチヤンネルまでのp−
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加わつて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
だけではp一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いてもよい。又こうした時には、ゲ
ート電極がp一領域上に相当はみだしていても、いずれ
p一領域は殆んどの動作状態で空乏層となつているから
、殆んど容量の増加にはならない。勿論、集積回路内の
低電力高速スイツチ用等に用いるときには全領域空乏層
となつている方が、わずかなドレイン電圧で電流が流れ
るから多くの場合は好都合である。もつとも、ある程度
ドレイン電圧が加わつて所望の電流が流れるようにする
には、拡散電位だけでは一部空乏層とならない領域がp
一領域に残るように設計する場合もある。チヤンネル長
が短かく、ゲート電極下の絶縁層が薄くて、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
んどチヤンネルとなる半導体領域に加わるから、電位障
壁を越えてドレイン側に注入されるキヤリアの量はパイ
ポーラトランジスタの場合にかなり近い値になる。注入
されキヤリアがドレインまで流れる機構はパイポーラト
ランジスタの場合と全く同じであるから、パイポーラト
ランジスタに近い変換コンダクタンスを持たせることが
てきる。しかも、各電極間(基板との間も含む)の容量
を十分に小さくできるから、極めて高速度の動作が行え
る。しかし、第1図乃至第3図に示された従来のIG−
SITはいずれも、ソース・ドレイン間がソース、ドレ
イン領域とは反対導電型領域になつていることから、あ
る程度ドレイン電圧を加えないと、ソース近傍に電位障
壁を生じさせることにならず、むしろ、第1図乃至第3
図でいえはP,p一接合境界近傍が電位障壁を与える仮
想ゲートとなつてしまい、ソースから仮想ゲートまでの
直列抵抗が大きくなつて電流の立上がりが不十分で変換
コンダクタンスが小さくなつてしまう欠点を有している
。本発明の目的は、叙上の欠点を克服して小さなドレイ
ン電圧領域から、ドレイン電流が十分に立上がつてしか
も変換コンダクタンスの大きいMOS..MlS,.S
ITを提供し、またこのSITを用いた半導体集積回路
を提供することである。In FIG. 3a, n+ regions 121 and 131 are sources, 124 is a drain, p regions 122 and 132 are regions that become channels, p- regions 123 are regions that become depletion layers only by diffusion potential, 125 is an insulating layer, 126, 136 are gate electrodes, 1
2" and 13" are the metal electrodes of the source, respectively.
Figure b is the same as Figure 3a, except that the letter-shaped cut reaches L up to n+ of the substrate. FIG. 3c shows an example in which the drain shown in FIG. 2c is formed in a small region 164. By configuring as shown in FIG. 3, the various capacitances can be kept sufficiently small and an IG-SIT capable of high-speed operation can be obtained. For the purpose of high power operation, p-
Just make it long to ensure sufficient pressure resistance. Also, at this time, it is okay to apply a certain amount of drain voltage so that the entire p- region becomes a depletion layer, so the length and impurity density are selected so that the entire p- region does not become a depletion layer with just the diffusion potential. You can leave it there. Further, in such a case, even if the gate electrode protrudes considerably over the p1 region, the capacitance will hardly increase because the p1 region eventually becomes a depletion layer in most operating conditions. Of course, when used for low-power, high-speed switches in integrated circuits, etc., it is often advantageous to have a full-area depletion layer because current flows with a small drain voltage. However, in order to apply a certain amount of drain voltage and cause the desired current to flow, the region that does not become a depletion layer with only the diffusion potential must be p
In some cases, it is designed to remain in one area. 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 becomes the channel, so it will not exceed the potential barrier. The amount of carriers injected into the drain side is quite similar to that of a bipolar transistor. Since the mechanism by which the injected carriers flow to the drain is exactly the same as in the case of a bipolar transistor, it is possible to have a conversion conductance close to that of a bipolar transistor. Moreover, since the capacitance between each electrode (including between the electrodes and the substrate) can be sufficiently reduced, extremely high-speed operation can be performed. However, the conventional IG-
In all SITs, the region between the source and drain is a region of the opposite conductivity type to the source and drain regions, so unless a certain amount of drain voltage is applied, a potential barrier will not be created near the source; Figures 1 to 3
In the figure, the area near the P/P junction boundary becomes a virtual gate that provides a potential barrier, and the series resistance from the source to the virtual gate increases, resulting in insufficient current rise and small conversion conductance. have. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to overcome the above-mentioned drawbacks and to provide a MOS with a sufficient drain current rising from a small drain voltage region and a large conversion conductance. .. MlS,. S
The purpose of the present invention is to provide IT and also to provide a semiconductor integrated circuit using this SIT.
第1図乃至第3図に示される従来のIG−SITにおい
て、ドレイン側に設けられた高抵抗領域をドレインと同
導電型の高抵抗領域に変更することによつて電位障壁を
与える仮想ゲートの位置をソース領域近傍にほぼ固定す
ることができる。In the conventional IG-SIT shown in FIGS. 1 to 3, a virtual gate that provides a potential barrier is created by changing the high resistance region provided on the drain side to a high resistance region of the same conductivity type as the drain. The position can be substantially fixed near the source region.
第1図乃至第3図に相当する、本発明のIG−SITの
断面構造例をnチヤンネルの場合を例にとつて第4図乃
至第6図に示す。ドレイン側に挿入される高抵抗領域は
チヤンネルとなる反対導電型領域との拡散電位差により
殆んど空乏層となるように不純物密度とその長さは選定
される。チヤンネルとなる領域上のSlO2,Si3N
4,Al。O3等もしくはこれらを組み合せた絶縁層は
薄く設定され、その上にゲート電極が設けられている。
絶縁層厚さは数百Aから数千Aである。第4図C,eに
おいて、ドレイン領域とp領域基板の間も主動作領域て
空乏層となるように距離が設定されている。ソース前面
の反対導電型領域の作る電位障壁高さは絶縁層を介した
ゲート電圧とドレイン電圧とにより制御される。チヤン
ネル領域の長さと不純物密度は、ドレイン電圧の増加に
つれて空乏層領域が一部チヤンネル領域にも延びてソー
ス前面の電位障壁を引き下げるように働くようになし、
かつ主動作領域のドレイン電圧に対してはチヤンネル領
域が全部空乏層となつてパンチスルーすることのないよ
うに、選定される。たとえば、半導体がシリコンでチヤ
ンネルの不純物密度が1×1013cm−3、1X10
14crfL−3、1×1015CTT1−3、1×1
0160−3とし、ドレイン電圧の最大値をたとえば1
0とすると、チヤlンネル領域の長さはそれぞれ、12
μMl3.8μMll.2μM,.O.38μmより長
くすることになる。チヤンネル領域の不純物密度にドレ
インに向うにつれて密度が低くなるような分布を持たせ
ることも、電位障壁のある仮想ゲート位置をソースj前
面に近付けて、ソースから仮想ゲートまでの直列抵抗を
十分減少させて電流の立上りを顕著にさせる。第4図乃
至第6図に示された構造の本発明のIG−SITは、ド
レイン電圧に対する電流の立上りノが速く起ることを除
くと、第1図乃至第3図の従来構造のIG−SITが有
していた特徴をそのまま保持している。Examples of the cross-sectional structure of the IG-SIT of the present invention, which correspond to FIGS. 1 to 3, are shown in FIGS. 4 to 6, taking an n-channel case as an example. The impurity density and length of the high-resistance region inserted on the drain side are selected so that it becomes almost a depletion layer due to the diffusion potential difference with the region of the opposite conductivity type, which becomes the channel. SlO2, Si3N on the area that becomes the channel
4, Al. An insulating layer made of O3 or a combination thereof is set thin, and a gate electrode is provided thereon.
The thickness of the insulating layer is from several hundred amps to several thousand amps. In FIGS. 4C and 4E, the distance between the drain region and the p-region substrate is also set so that a depletion layer is formed in the main operating region. The height of the potential barrier created by the opposite conductivity type region in front of the source is controlled by the gate voltage and drain voltage via the insulating layer. The length of the channel region and the impurity density are such that as the drain voltage increases, the depletion layer region partially extends into the channel region and acts to lower the potential barrier in front of the source.
In addition, the channel region is selected such that the entire channel region does not become a depletion layer and punch-through with respect to the drain voltage of the main operating region. For example, if the semiconductor is silicon and the channel impurity density is 1 x 1013 cm-3, 1 x 10
14crfL-3, 1x1015CTT1-3, 1x1
0160-3, and the maximum value of the drain voltage is, for example, 1.
0, the length of each channel region is 12
μMl3.8μMll. 2μM,. O. It will be longer than 38 μm. It is also possible to create a distribution in the impurity density in the channel region such that the density decreases toward the drain, and to bring the virtual gate position where the potential barrier is closer to the front of the source j to sufficiently reduce the series resistance from the source to the virtual gate. to make the current rise more noticeable. The IG-SIT of the present invention having the structure shown in FIGS. 4 to 6 is different from the IG-SIT of the conventional structure shown in FIGS. It retains the features of SIT.
ゲート電極が所要のチヤンネルの上だけに設けられてい
て面積が小さいため、ゲート・基板間容量、ゲート・ド
レイン間容量が極端に小さくなり、同時にゲート・基板
間容量が小さくなり高速度動作にきわめて適してくる。
また、ゲート容量が非常に小さくなり、同一駆動能力を
持つインバータや論理ゲート、クロツクパルス発生器な
どから取れるフアン・アウト数が多くなる。また、ゲー
ト電極下の絶縁層を薄くするかまたは誘導率を大きくす
るなどしてゲート電極に加わる電圧が殆んどチヤンネル
部の半導体に加わるようにすれば、ソースからドレイン
側に注入されるキヤリア量のゲート電圧による制御は、
バイポーラトランジスタに近くなり、チヤンネル部の電
位障壁を通り越えたキヤリアのドレインまでの流れ方は
バイポーラトランジスタとまつたく同じであるから、本
発明のMOS,MIS,SITの変換コンダクタンスは
バイポーラトランジスタの値に近く、きわめて大きな値
とすることができフアン・アウト数を多くすることがで
きる。第4図乃至第6図は、本発明のIG−SITのい
くつかの具体例を示したものであり、本発明のIG−S
ITの構造はもちろんこれに限らない。導電型をまつた
く反転したものでもよいことはもちろんであるし、第5
図、第6図のようなたて型の構造のものではマルチチヤ
ンネルにすることも容易である。第7図に本発明のIG
−SITを用いた相補型1G−SITの断面構造例を示
す。Since the gate electrode is provided only on the required channel and has a small area, the capacitance between the gate and the substrate and the capacitance between the gate and drain are extremely small.At the same time, the capacitance between the gate and the substrate is also small, making it extremely suitable for high-speed operation. It will be suitable.
In addition, the gate capacitance becomes very small, and the number of fan-outs that can be obtained from an inverter, logic gate, clock pulse generator, etc. with the same driving capability increases. In addition, if the voltage applied to the gate electrode is applied to the semiconductor in the channel part by making the insulating layer under the gate electrode thinner or increasing the dielectric constant, carriers injected from the source to the drain side can be reduced. Control of the amount by gate voltage is
It is close to a bipolar transistor, and the flow of carriers passing through the potential barrier in the channel part to the drain is exactly the same as that of a bipolar transistor, so the conversion conductance of the MOS, MIS, and SIT of the present invention is the same as that of a bipolar transistor. It is possible to set the value close to a very large value and increase the number of fan outs. 4 to 6 show some specific examples of the IG-SIT of the present invention.
Of course, the IT structure is not limited to this. Of course, it is also possible to use a conductivity type that is completely reversed.
With a vertical structure as shown in FIGS. and 6, it is easy to make it multi-channel. FIG. 7 shows the IG of the present invention.
An example of a cross-sectional structure of a complementary 1G-SIT using -SIT is shown.
第7図aは相補型1G−SIT(C−1G−SIT)の
インバータを示す等価回路、第7図bはその断面構造例
であり、第4図bの構造を基本にしている。61−62
−63−64−66でnチヤンネルIG−SITTlを
構成し、6「−62″−642−66″でpチヤンネル
IG−SITT2を構成している。FIG. 7a shows an equivalent circuit of a complementary 1G-SIT (C-1G-SIT) inverter, and FIG. 7b shows an example of its cross-sectional structure, which is based on the structure shown in FIG. 4b. 61-62
-63-64-66 constitute an n-channel IG-SITTl, and 6"-62"-642-66" constitute a p-channel IG-SITT2.
勿論、第7図aの回路を構成する構造がこれに限らない
ことはいうまでもない。本発明のIG−SITを用いた
C−1G−SITを基本にした低電力高速度で動作する
基本論理構成の1例を三入力の場合で第8図に示す。第
8図aは三入力のNORゲート、第8図bは三入力のN
ANDである。MOSFETを用いたCMOSFET構
造に比べて、ゲート容量、ドレイン容量等が小さい上に
変換コンダクタンスが大きいから、動作速度が速く消費
電力も小さい。又次・段駆動能力が大きいため、フアン
・アウト数が多く取れる長所も有している。次段との直
結も容易にできる。ノーマリ・オン状態にあるSITを
負荷にしたNOR.NANDゲートの1例を第9図A,
bにそれぞれ二人力の場合で示す。C−1G−SIT構
成に比べれば消費電力が多くなるが、こうした構成べも
、勿論高速度の動作が行える。第8図、第9図において
入力の数は、この図面に示されたものに限らず、任意に
増減できる。また、導電型をまつたく反対にしたもので
もよい。この他にも、電極容量が少なく、変換コンダク
タンスの大きい本発明のIG−SITは低電力、高速で
動作する各種の論理回路を構成することができjる。そ
の1例を第10図に示す。駆動用トランジスタ(Tl,
T2,T3・・・・・・)にnチヤンネル接合型SIT
l負荷用トランジスタに本発明のpチヤンネルIG−S
ITを用いた回路である。Of course, it goes without saying that the structure constituting the circuit of FIG. 7a is not limited to this. An example of a basic logic configuration based on a C-1G-SIT using the IG-SIT of the present invention that operates at low power and high speed is shown in FIG. 8 in the case of three inputs. Figure 8a shows a three-input NOR gate, and Figure 8b shows a three-input NOR gate.
It is AND. Compared to a CMOSFET structure using a MOSFET, the gate capacitance, drain capacitance, etc. are smaller, and the conversion conductance is larger, so the operating speed is faster and the power consumption is lower. Furthermore, since the next stage driving capacity is large, it also has the advantage of being able to obtain a large number of fan outs. It can also be easily connected directly to the next stage. NOR. with SIT in the normally on state as a load. An example of a NAND gate is shown in Figure 9A,
Figure b shows the case of two-person operation. Although power consumption is higher than that of the C-1G-SIT configuration, such a configuration can of course operate at high speed. The number of inputs in FIGS. 8 and 9 is not limited to what is shown in these drawings, and can be increased or decreased as desired. Alternatively, the conductivity types may be reversed. In addition, the IG-SIT of the present invention, which has a small electrode capacitance and a large conversion conductance, can be used to configure various logic circuits that operate at low power and high speed. An example is shown in FIG. Drive transistor (Tl,
n-channel junction type SIT for T2, T3...)
The p-channel IG-S of the present invention is used as the load transistor.
This is a circuit using IT.
一人力四出力のインバータ(基本回路)を組・み合せた
回路になつている。第10図bに基本回路部分の断面構
造例を示す。駆動用SITは表面配線型になつている。
切り込み型ゲートを用いればゲート容量をさらに低減で
き、より高速度の動作に適する。第10図bで、n+領
域171、n一領・域172、n+領域173,173
″ p+領域174がそれぞれ駆動用SITのソース、
チヤンネル、ドレイン、ゲートになつており、それぞれ
不純物密度は、1017〜1σ0C77!−3、101
1〜1016cTn−3、1σ8〜1(Plcm−3、
1α5〜1〔α−3程度である。p1領域176、n領
域177は負荷用1G−SITのソース及びチヤンネル
である。p+領域174は、IG−SITのドレインで
もある。この例では、177と174の間のp一領域は
拡散電位だけで十分空乏層になつている。倒立型SIT
のチヤンネルも零ゲートバイアス時には完全にピンチオ
フしており遮断状態にある。ゲートにある程度の順方向
バイアスが加わつて始めて導通状態に変る。第10図a
で、四出力のインバータが描かれていて、第10図bに
はドレインは173,173″の2つしか描かれていな
いが、残りの2つのドレインは紙面垂直方向に配置され
ている。174の金属電極として174″が第10図b
には示されているが、集積回路全体のレイアウトから必
要なら設ければよいので、必ずしも必要ではない。The circuit is a combination of single-power, four-output inverters (basic circuit). FIG. 10b shows an example of the cross-sectional structure of the basic circuit portion. The driving SIT is of a surface wiring type.
If a notched gate is used, the gate capacitance can be further reduced, making it suitable for higher speed operation. In FIG. 10b, n+ area 171, n- area/area 172, n+ area 173, 173
″ The p+ region 174 is the source of the driving SIT,
It becomes a channel, drain, and gate, and the impurity density of each is 1017~1σ0C77! -3, 101
1~1016cTn-3, 1σ8~1 (Plcm-3,
1α5 to 1[α-3]. The p1 region 176 and the n region 177 are the source and channel of the 1G-SIT for load. P+ region 174 is also the drain of IG-SIT. In this example, the p-region between 177 and 174 is sufficiently depleted by the diffusion potential alone. Inverted SIT
The channel is also completely pinched off and in a cut-off state when the gate bias is zero. It becomes conductive only when a certain amount of forward bias is applied to the gate. Figure 10a
, a four-output inverter is depicted, and only two drains, 173 and 173'', are depicted in Figure 10b, but the remaining two drains are arranged perpendicular to the plane of the paper. 174 174″ as the metal electrode in Fig. 10b.
However, it is not necessarily necessary, as it can be provided if necessary from the layout of the entire integrated circuit.
175は絶縁層、178はゲート電極である。175 is an insulating layer, and 178 is a gate electrode.
第10図の例では、負荷用のIG−SITのゲートはド
レインと同電位に保たれ、駆動用SITのゲートが高電
位V2に保たれたときには(前段の駆動用SITは遮断
状態)、IG−SITのゲート電位がVSS−V2=V
4で反転層が十分に生じておらず電流は流れない。すな
わち、駆動用SITのゲートに電流は流れない。導通状
態にある駆動用SITは、次段の負荷用1G一SITか
ら電流を供給される。即ち、導通状態にある駆動用SI
Tのドレイン電位はV1(V1〈2)であるから、その
時負荷用SITのソース・ドレイン間電圧(同時にゲー
ト電位である)は、V3=VSS一1となり電流hを供
給する(昭和52年2月15日出願0半導体装置及び半
導体集積回路ョ参照)。本実施例ではIG−SITのゲ
ートはドレインと同電位に設定されているが、かならず
しもこれに限らず、ソースと同電位に保つてもよいし、
独立に所定の電位を与えてもよい。第10図bで示した
構造では、負荷用1G−SITのソース領域が反対導電
型のかなり不純物密度の高い層で囲われている。In the example shown in FIG. 10, the gate of the load IG-SIT is kept at the same potential as the drain, and when the gate of the drive SIT is kept at a high potential V2 (the preceding drive SIT is in a cut-off state), the IG-SIT -SIT gate potential is VSS-V2=V
4, the inversion layer is not sufficiently formed and no current flows. That is, no current flows through the gate of the driving SIT. The driving SIT in the conductive state is supplied with current from the next-stage load 1G-SIT. In other words, the drive SI in a conductive state
Since the drain potential of T is V1 (V1<2), the voltage between the source and drain of the load SIT (which is also the gate potential at the same time) becomes V3 = VSS - 1, which supplies the current h (1972 February (See 0 Semiconductor Devices and Semiconductor Integrated Circuits). In this embodiment, the gate of the IG-SIT is set to the same potential as the drain, but it is not necessarily limited to this, and may be kept at the same potential as the source.
A predetermined potential may be applied independently. In the structure shown in FIG. 10b, the source region of the load 1G-SIT is surrounded by a fairly dense layer of impurity of the opposite conductivity type.
したがつて、その両領域間の拡散電位差が大きく取れる
特徴を有している。駆動用SITのソース領域と負荷用
SITソース領域には順方向電圧が加わる構成になつて
いるから、この例のように負荷用SITのソース領域が
高密度の反対導電型領域で囲まれている構造は、不要な
電流が流れることを抑える特徴を有している。負荷用1
G−SITのドレインと駆動用接合型SITのゲートと
が共通の領域て構成され、極めて集積度が高くてきる集
積回路の1実施例を示したものであり、勿論構造はこれ
に限るものではない。導電型を全く反転したnチヤンネ
ルIG−SITとpチヤンネル接合型SITの組み合せ
でもよい。IG−SITの構造も第10図に示すものに
限らず、第4図のような構造のものであればよい。p+
領域176,174はn+領域171に到達していても
よい。また、倒立接合型SITの構造もこれに限るもの
ではない。本願発明者が特願昭51−143698号1
電界効果トランジスタョ及び特願昭52−4633号1
静電誘導トランジスタ集積回路ョにおいて提案したよう
な構造であつても構わない。もちろん、また負荷用、駆
動用いずれもIG−SITとした集積回路とすることも
できる。その1例を第11図に示す。電源配布線を流れ
る電流に局所的な変動が生じて不都合なときは、特願昭
52−4633号1静電誘導トランジスタ集積回路ョ、
特願昭52−1587的J半導体装置及び半導体集積回
路ョ出願明細書にあるように、電源配布線とドレインを
同電位にし、駆動用SITのソースと同電位になるよう
にソースを構成し、ゲートを駆動用SITのゲートと直
結した、SITを配置すればよい(第12図)。Therefore, it has the characteristic that the difference in diffusion potential between both regions can be large. Since the configuration is such that a forward voltage is applied to the source region of the drive SIT and the source region of the load SIT, the source region of the load SIT is surrounded by high-density regions of opposite conductivity type, as in this example. The structure has the feature of suppressing unnecessary current flow. For load 1
This is an example of an integrated circuit in which the drain of the G-SIT and the gate of the driving junction type SIT are configured in a common area, and the degree of integration is extremely high.Of course, the structure is not limited to this. do not have. It may also be a combination of an n-channel IG-SIT and a p-channel junction type SIT whose conductivity types are completely reversed. The structure of the IG-SIT is not limited to that shown in FIG. 10, but may be any structure as shown in FIG. 4. p+
Regions 176 and 174 may reach n+ region 171. Furthermore, the structure of the inverted junction type SIT is not limited to this. The inventor of this application is Japanese Patent Application No. 51-143698 1
Field effect transistor and patent application No. 1982-4633
The structure may be similar to that proposed in the electrostatic induction transistor integrated circuit. Of course, it is also possible to use an IG-SIT integrated circuit for both the load and the drive. An example is shown in FIG. When local fluctuations occur in the current flowing through the power supply distribution line, which is inconvenient, Japanese Patent Application No. 52-4633 1 Static Induction Transistor Integrated Circuit
As stated in the application specification of Japanese Patent Application No. 52-1587 J Semiconductor Device and Semiconductor Integrated Circuit, the power supply distribution line and the drain are set at the same potential, and the source is configured to have the same potential as the source of the driving SIT. It is sufficient to arrange an SIT whose gate is directly connected to the gate of the driving SIT (FIG. 12).
低電力、高速度で動作する本発明のIG−SITは半導
体記憶装置として使用されても、その性能を一段と向上
させる。第13図は本発明のIG−SITを用いたダイ
ナミツクRAMメモリセルの1例である。Even when the IG-SIT of the present invention, which operates at low power and high speed, is used as a semiconductor memory device, its performance is further improved. FIG. 13 shows an example of a dynamic RAM memory cell using the IG-SIT of the present invention.
第13図aは一個のIG−SIT3O3を使つて、容量
C3O4にメモリするメモリセルである。FIG. 13a shows a memory cell that uses one IG-SIT3O3 to store memory in a capacitor C3O4.
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線(行線)である。301 is a write/read address line (column line), 30
2 is a data line (row line) for writing and reading.
書き込み、読み出しの速度はIG−SITの変換コンダ
クタンスを胛とすると、殆んどC/GITlで与えられ
る。本発明のIG−SIT(7)GrTlはバイポーラ
トランジスタにかなり近い値にできるから、MOSFE
Tによるメモリセルより少なくとも一桁以上高速の書き
込み、読み出しが行える。第13図bは、3個の本発明
のSITl3l5,3l6,3l7を用いたメモリセル
であり、311,312は書き込み、読み出しアドレス
線、313,314はデータ読み出し線、書き込み線で
ある。この回路では、SIT3l6のゲート容量にメモ
リする方式であるから、この316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、特願昭52−1756号7M0S,MIS
静電誘導電界効果トランジスタ.明細書に示されるよう
な従来のMOS,MISSITでもよいし、MOSFE
Tてもょぃ。第14図aは、本発明のIG−SITをス
タテイツクRAMメモリセルに応用した1例である。The writing and reading speeds are almost given by C/GITl, assuming the conversion conductance of IG-SIT. Since the IG-SIT (7) GrTl of the present invention can have a value quite close to that of a bipolar transistor, it can be used as a MOSFE.
Writing and reading can be performed at least one order of magnitude faster than the T memory cell. FIG. 13b shows a memory cell using three SITl3l5, 3l6, and 3l7 of the present invention, 311 and 312 are write and read address lines, and 313 and 314 are data read lines and write lines. In this circuit, since the memory is stored in the gate capacitance of the SIT 316, it is desirable that the gate capacitance of the SIT 316 is large. Also, since 316 does not affect the operating speed so much, Japanese Patent Application No. 1756-1987 7M0S,
Electrostatic induction field effect transistor. It may be a conventional MOS or MISSIT as shown in the specification, or it may be a MOSFE.
T-temyoi. FIG. 14a shows an example in which the IG-SIT of the present invention is applied to a static RAM 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てある。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.
There is G-SIT.
特に動作速度を決・定する324,325,328,3
29のSITはゲート容量などの各容量を小さく設定さ
れており、Gmも大きくなるように設定されている。3
26,327は第2図のSITても、又従来のMOSF
ETでもよい。In particular, 324, 325, 328, 3 that determines the operating speed
In SIT No. 29, each capacitance such as the gate capacitance is set to be small, and Gm is also set to be large. 3
26 and 327 are the SIT shown in Fig. 2, and the conventional MOSF
It may be ET.
第14図aの構成で、従来MOSノFET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
動作が行える。RAMの回路構成は勿論、これらに限る
ものではない。又、nチヤンネルSITを主体に回路を
構成したが、pチヤンネルでもよいことはいうまでもな
い。第14図bは本発明のIG−SITを相補型に構成
した場合にスタテイツクRAMメモリセルの1例である
。第14図aのものに比べれば、相補型構成になつてい
ることから電力消費は極めて少なく、売稈度に減少して
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。With the configuration shown in FIG. 14a, it is possible to operate at a read/write speed of about one order of magnitude faster than that conventionally configured with MOS FETs. Of course, the circuit configuration of the RAM is not limited to these. Further, although the circuit is mainly constructed using an n-channel SIT, it goes without saying that a p-channel may also be used. FIG. 14b shows an example of a static RAM memory cell when the IG-SIT of the present invention is configured in a complementary type. Compared to the one in FIG. 14a, since it has a complementary configuration, power consumption is extremely low, and the culm sales rate is reduced. 331 is an address line, 332 is a data read line, 333 is a data write line, and 334 to 339 are IG-SITs of the present invention.
本発明のSlTは、こうしたRAMばかりでなく、RO
M(ReadOnlyMemOry)にも、プログラマ
ブルROMlシフトレジスタにも、又浮遊ゲートなどを
備えた不揮発性メモリにも応用できる。The SlT of the present invention can be used not only for such RAM but also for RO
It can be applied to M (ReadOnlyMemOry), programmable ROM1 shift registers, and nonvolatile memories equipped with floating gates.
以上述べたIG−SIT及びそれを用いた集積回路は、
全てこれまで公知の結晶技術、拡散技術、イオン打ち込
み技術、微細加工技術、選択拡散、選択エツチング、選
択成長、選択酸化等により製造することができる。The IG-SIT described above and the integrated circuit using it are:
All of these can be manufactured by conventionally known crystal techniques, diffusion techniques, ion implantation techniques, microfabrication techniques, selective diffusion, selective etching, selective growth, selective oxidation, and the like.
本発明のIG−SITは、ソース近傍のチヤンネル,と
なるべき狭い半導体領域の上に絶縁層を介してゲート電
極を構成し、チヤンネルからドレインまでは高抵抗率領
域になつていて空乏層化しており、キヤリアはドリフト
走行する。In the IG-SIT of the present invention, a gate electrode is formed via an insulating layer on a narrow semiconductor region that is to become a channel near the source, and the region from the channel to the drain is a high resistivity region and is a depletion layer. The carrier then drifts.
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できる
うえに、小さなドレイン電圧で十分電流が立上がり変換
コンダクタンスを大きくできるから、極めて低電力かつ
高速度で動作する。その製造もそれほど複雑でないこと
とあいまつて、論理回路、記憶装置に応用された時、極
めて顕著な性能向上をもたらし、その工業的価値は非常
に大きい。By configuring in this way, the gate capacitance can be made sufficiently small, the capacitance between the drain and the substrate can be made sufficiently small, and the current can rise sufficiently with a small drain voltage to increase the conversion conductance. Therefore, extremely low power and high Works at speed. Coupled with the fact that its manufacture is not so complicated, it brings about extremely significant performance improvements when applied to logic circuits and memory devices, and its industrial value is extremely large.
第1図a乃至e1第2図a乃至d、第3図a乃l至cは
従来のIG−SITの断面構造例、第4図a乃至e、第
5図a乃至d、第6図a乃至cは本発明のIG−SIT
の断面構造例、第7図a及びbは相補型1G−SITの
回路例及び断面構造例、第8図a及びb1第9図a及び
bはIG−SIT基本論理構成例、第10図a及びbは
IG−SITと接合型(倒立型)SITを組み合せたイ
ンバータ、第11図a及びbはIG−SITを組み合せ
たインバータの回路図と断面構造例、第12図は電源配
布線を流れる電流を一定に保つ回路例、第13図a及び
bはIG一SITで構成したダイナミツクRAMメモリ
セルの1例、第14図aはIG−SITを用いたスタテ
イツクRAMメモリセルの1例、第14図bは相補型1
G−SITスタテイツクRAMメモリセルの1例である
。Figures 1 a to e1, Figures 2 a to d, and Figures 3 a to c are examples of cross-sectional structures of conventional IG-SITs, Figures 4 a to e, Figures 5 a to d, and Figure 6 a. to c are IG-SITs of the present invention
Figures 7a and b are circuit examples and cross-sectional structures of complementary 1G-SIT, Figures 8a and b1 Figures 9a and b are examples of IG-SIT basic logic configuration, Figure 10a and b are an inverter that combines an IG-SIT and a junction type (inverted) SIT, Figures 11a and b are a circuit diagram and an example of a cross-sectional structure of an inverter that combines an IG-SIT, and Figure 12 is a power supply distribution line. An example of a circuit that keeps the current constant; FIGS. 13a and 13b are an example of a dynamic RAM memory cell configured with IG-SIT; FIG. 14a is an example of a static RAM memory cell using IG-SIT; Diagram b is complementary type 1
This is an example of a G-SIT static RAM memory cell.
Claims (1)
トランジスタにおいて、少くともキャリアを供給するた
めの高不純物密度の第1導電型の主表面に隣接して形成
されるソース領域、キャリアを回収するための高不純物
密度の前記第1導電型の主表面に隣接して形成されるド
レイン領域、前記第1導電型で、前記ドレイン領域より
低い不純物密度を有し、前記ソース領域から離れて位置
し、且つ前記ドレイン領域に隣接し、且つ、その一部は
主表面に達している補助ドレイン領域、少くとも一部が
前記ソース領域と補助ドレイン領域の間にあり、低不純
物密度で、前記第1導電型と反対導電型の第2導電型の
チャンネル領域、前記チャンネル領域上に形成された絶
縁層と該絶縁層上に形成された導電性ゲート電極よりな
るゲートからなり、前記ゲートに印加されるゲート電圧
と、前記ドレイン領域に印加されるドレイン電圧に応じ
て、前記チャンネル領域の電位障壁の高さが制御される
ことによつて、不飽和電流−電圧特性を示すことを特徴
とした絶縁ゲート型静電誘導トランジスタ。 2 前記特許請求の範囲第1項記載の絶縁ゲート型静電
誘導トランジスタにおいて、半導体基体を第2導電型と
し、チャンネル領域と該半導体基体が共有領域となり、
補助ドレイン領域は隣接したドレイン領域から主表面に
沿つてソース領域に延びていることを特徴とした絶縁ゲ
ート型静電誘導トランジスタ。 3 前記特許請求の範囲第1項記載の絶縁ゲート型静電
誘導トランジスタにおいて、半導体基板を第1導電型と
し、補助ドレイン領域と該半導体基体が共有領域となり
、チャンネル領域が、ソース領域の少くとも一部をかこ
んでいる如く形成されていることを特徴とした絶縁ゲー
ト型静電誘導トランジスタ。 4 前記特許請求の範囲第1項記載の絶縁ゲート型静電
誘導トランジスタにおいて、半導体基体を第2導電型と
し、該半導体基体の上に第1導電型で低不純物密度の第
1領域を形成し、該第1領域中に該絶縁ゲート型静電誘
導トランジスタを形成し、該第1領域と補助ドレイン領
域を共有領域とし、チャンネル領域が、ソース領域の少
くとも一部をかこんでいる如く形成されていることを特
徴とした絶縁ゲート型静電誘導トランジスタ。 5 前記特許請求の範囲第3項又は第4項記載の絶縁ゲ
ート型静電誘導トランジスタにおいて、ソース領域の一
部が、主表面に沿つて、ドレイン領域に向つて延びてい
ることを特徴とした絶縁ゲート型静電誘導トランジスタ
。 6 主表面を有する半導体基体に形成された絶縁ゲート
型トランジスタにおいて、少くとも、キャリアを供給す
るための高不純物密度の第1導電型のソース領域、キャ
リアを回収するための高不純物密度のドレイン領域、前
記ソース領域と前記ドレイン領域の間にあり、少くとも
その一部は該ソース領域の一部に接して形成される前記
第1導電型と反対導電型の第2導電型のチャンネル領域
、前記チャンネル領域とドレイン領域の間にあり、少く
ともその一部は該チャンネル領域とドレイン領域に接し
て形成される前記第1導電型で前記ドレイン領域より低
い不純物密度を有する補助ドレイン領域を含み、前記各
領域を前記主表面に対して垂直方向に少くとも各領域の
一部は重ねて形成し、且つ前記主表面から所定の形の溝
を形成し、前記チャンネル領域は少くとも一部が溝部分
に露出し、少くとも該チャンネル領域上に形成された絶
縁層と該絶縁層上に形成された導電性ゲート電極よりな
るゲートからなり、前記ゲートに印加されるゲート電圧
と前記ドレイン領域に印加されるドレイン電圧に応じて
、前記チャンネル領域の電位障壁の高さが制御されるこ
とによつて、不飽和電流−電圧特性を示すことを特徴と
した絶縁ゲート型静電誘導トランジスタ。[Scope of Claims] 1. In an insulated gate transistor formed near the main surface of a semiconductor substrate, a source formed adjacent to the main surface of a first conductivity type having a high impurity density for supplying at least carriers. a drain region formed adjacent to the main surface of the first conductivity type having a high impurity density for recovering carriers; a drain region of the first conductivity type having a lower impurity density than the drain region; an auxiliary drain region located away from the source region and adjacent to the drain region, a portion of which reaches the main surface; a gate consisting of a channel region of a second conductivity type opposite to the first conductivity type in density, an insulating layer formed on the channel region, and a conductive gate electrode formed on the insulating layer, The height of the potential barrier of the channel region is controlled according to the gate voltage applied to the gate and the drain voltage applied to the drain region, thereby exhibiting unsaturated current-voltage characteristics. An insulated gate type static induction transistor featuring: 2. In the insulated gate static induction transistor according to claim 1, the semiconductor substrate is of a second conductivity type, and the channel region and the semiconductor substrate are a common region,
An insulated gate static induction transistor characterized in that the auxiliary drain region extends from the adjacent drain region along the main surface to the source region. 3. In the insulated gate static induction transistor according to claim 1, the semiconductor substrate is of the first conductivity type, the auxiliary drain region and the semiconductor substrate are shared regions, and the channel region is at least the source region. An insulated gate static induction transistor characterized by being formed so as to surround a part of the transistor. 4. In the insulated gate static induction transistor according to claim 1, the semiconductor substrate is of the second conductivity type, and a first region of the first conductivity type and low impurity density is formed on the semiconductor substrate. , the insulated gate static induction transistor is formed in the first region, the first region and the auxiliary drain region are shared regions, and the channel region is formed to surround at least a part of the source region. An insulated gate static induction transistor characterized by: 5. The insulated gate static induction transistor according to claim 3 or 4, characterized in that a portion of the source region extends toward the drain region along the main surface. Insulated gate static induction transistor. 6 In an insulated gate transistor formed on a semiconductor substrate having a main surface, at least a source region of a first conductivity type with high impurity density for supplying carriers and a drain region with high impurity density for recovering carriers. , a channel region of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, which is located between the source region and the drain region, and at least a part of which is formed in contact with a part of the source region; an auxiliary drain region having the first conductivity type and lower impurity density than the drain region; Each region is formed in a direction perpendicular to the main surface, with at least a portion of each region overlapping each other, and a groove of a predetermined shape is formed from the main surface, and the channel region is at least partially a groove portion. The gate includes an insulating layer formed on at least the channel region and a conductive gate electrode formed on the insulating layer, and a gate voltage applied to the gate and a gate voltage applied to the drain region. 1. An insulated gate static induction transistor, characterized in that the height of the potential barrier in the channel region is controlled according to the drain voltage, thereby exhibiting unsaturated current-voltage characteristics.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP52028275A JPS6044833B2 (en) | 1977-03-15 | 1977-03-15 | Insulated gate static induction transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP52028275A JPS6044833B2 (en) | 1977-03-15 | 1977-03-15 | Insulated gate static induction transistor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS53113483A JPS53113483A (en) | 1978-10-03 |
JPS6044833B2 true JPS6044833B2 (en) | 1985-10-05 |
Family
ID=12244027
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP52028275A Expired JPS6044833B2 (en) | 1977-03-15 | 1977-03-15 | Insulated gate static induction transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6044833B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS54144183A (en) * | 1978-05-01 | 1979-11-10 | Handotai Kenkyu Shinkokai | Insulated gate type electrostatic induction transistor and semiconductor integrated circuit |
JPS57211277A (en) * | 1981-06-23 | 1982-12-25 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Insulating gate type electrostatic induction transistor and manufacture thereof |
-
1977
- 1977-03-15 JP JP52028275A patent/JPS6044833B2/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS53113483A (en) | 1978-10-03 |
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