JPS63204655A - Mis transistor - Google Patents

Mis transistor

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JPS63204655A
JPS63204655A JP3695887A JP3695887A JPS63204655A JP S63204655 A JPS63204655 A JP S63204655A JP 3695887 A JP3695887 A JP 3695887A JP 3695887 A JP3695887 A JP 3695887A JP S63204655 A JPS63204655 A JP S63204655A
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JP
Japan
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electrode layers
gate electrode
regions
region
gate
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Application number
JP3695887A
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Japanese (ja)
Inventor
Haruji Futami
二見 治司
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPS63204655A publication Critical patent/JPS63204655A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable an MIS transistor to have increased drive current capacity without deteriorating its stability in operation, by providing the MIS transistor with a lattice-shaped gate electrode so as to divide an element forming region into island-type sub-regions having identical configurations. CONSTITUTION:An element forming region 2 demarkated by field insulation films 20 on one principal surface of an N-type semiconductor substrate 30 is divided into a plurality of sub-regions by gate electrode layers 3-1-3-8 having planar lattice configurations and gate insulation films 11-1-11-7 directly under the gate electrode layers. The sub-regions have source electrode layers 12-1-12-5 and drain electrode layers 10-1-10-4 and the source electrode layer 12-3 is connected to a substrate biasing region 6 provided by an N-type highly doped region formed in one of the sub-regions. The source electrode layers and drain electrode layers are arranged altenately one by one and such that they obliquely intersect gate electrode layers 3-1-3-8. In this manner, it is possible to provide a regular transistor structure having a large gate length per unit area over a large surface area and, thus, it is possible to satisfy both requirements of drive current capacity and stable operation.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、MISトランジスタに関し、特に出力バッフ
ァ等に用いられる、単位面積当りのゲート長が長いMO
Sトランジスタに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to MIS transistors, and in particular to MOS transistors with a long gate length per unit area, used for output buffers, etc.
Regarding S transistor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、この種のMoSトランジスタの形状は、できるか
ぎり単位面積当りのゲート長を長くすることを目的とし
て、第4図に示すような従来例がある。この例では、ソ
ース・ドレイン両領域のコンタクト位置をずらすことに
より、ゲート電極層3−1〜3−4を蛇行させゲート長
を長くするとともに、ソース、ドレイン領域コンタクト
間の縦および横方向の距離を短くすることによりソース
・トレイン領域の面積を小さくしている。
Conventionally, there is a conventional example of the shape of this type of MoS transistor as shown in FIG. 4 for the purpose of making the gate length per unit area as long as possible. In this example, by shifting the contact positions of both the source and drain regions, the gate electrode layers 3-1 to 3-4 are made to meander to increase the gate length, and the distance between the source and drain region contacts in the vertical and horizontal directions is By shortening , the area of the source train region is reduced.

また、別の従来例としては、第5図に示すように、ゲー
ト電&J’13−1〜3−6の形状を格子状とし、その
ゲート電極層により区画された環状領域をソース領域5
、ドレイン領域4としている。
In addition, as another conventional example, as shown in FIG.
, and the drain region 4.

第5図の例では、第4図の例に比較し、ソース・ドレイ
ン部コンタクト間の縦、横方向の距離は大きくなるもの
の、ゲート長を非常に長くすることができ、さらに加え
て、ソース・ドレイン領域の面積が少なくでき、コンタ
クトが多数段けられその結果、寄生容量が少なく、コン
タクト抵抗が小さいトランジスタが得られるという特色
を有している。
In the example shown in FIG. 5, although the vertical and horizontal distances between the source and drain contacts are larger than in the example shown in FIG. 4, the gate length can be made very long. - The area of the drain region can be reduced and the contacts can be arranged in multiple stages, resulting in a transistor with low parasitic capacitance and low contact resistance.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述した従来のMOS)−ランジスタは、高電流駆動の
必要な出力バッファ部などで用いられるのが普通であり
、PチャネルMO3)−ランジスタとNチャネルMOS
)−ランジスタを用いて、CMO8型O8バータを構成
する場合、PチャネルM○Sトランジスタのソース電極
は、正の電源電位にバイアスされ、NチャネルMOS)
ランジスタのソース電極は負の電源電位にバイアスされ
ることになるが、このような状態で、高電流が流れると
基板電位が変化し、その結果としてラッチアップ現象が
起こりやすいことがよく知られている。このような理由
から、従来のMOS)−ランジスタ構造では、基板電位
の変化を押さえるために、トランジスタ周囲に、基板電
位バイアス領域を設けるため、実際には、従来例の如き
、規則的で、単位面積当りのゲート長の長いトランジス
タ構造を非常に大面積にわたって構成することができず
、駆動電流能力と安定動作をともに満足することができ
ないという欠点がある。
The conventional MOS transistor mentioned above is usually used in an output buffer section that requires high current drive, and the P-channel MO transistor and N-channel MOS transistor are
) - When constructing a CMO8 type O8 inverter using a transistor, the source electrode of the P channel M○S transistor is biased to a positive power supply potential, and the source electrode of the N channel MOS)
The source electrode of a transistor is biased to a negative power supply potential, and it is well known that when a high current flows under such conditions, the substrate potential changes, and as a result, latch-up phenomenon is likely to occur. There is. For this reason, in the conventional MOS transistor structure, a substrate potential bias region is provided around the transistor in order to suppress changes in the substrate potential. The drawback is that a transistor structure with a long gate length per area cannot be constructed over a very large area, and it is not possible to satisfy both drive current capability and stable operation.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明のMI S)ランジスタは、格子状の平面形状を
有するゲート電極層及びその直下のゲート絶縁膜で、第
1導電型半導体基板の一主面のフィールド絶縁膜で区画
された素子形状領域が複数の部分領域に区画され、前記
ゲート電極層と斜交し、互いに一つおきに配置されたソ
ース電極層とトレイン電極層とを複数個有し、前記ソー
ス電極層のうち少なくとも一つが前記部分領域の少なく
とも一つに設けられた高濃度第1導電型不純物領域から
なる基板バイアス領域に接続されているというものであ
る。
The MIS) transistor of the present invention includes a gate electrode layer having a lattice-like planar shape and a gate insulating film immediately below the gate electrode layer, and an element-shaped region defined by a field insulating film on one principal surface of a first conductivity type semiconductor substrate. A plurality of source electrode layers and train electrode layers are divided into a plurality of partial regions, obliquely intersecting with the gate electrode layer, and arranged every other region, and at least one of the source electrode layers is in the portion. It is connected to a substrate bias region made of a high concentration first conductivity type impurity region provided in at least one of the regions.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の第1の実施例を示す半導体チップの平
面図、第2図は第1図のA−A’線断面図である。
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor chip showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA' in FIG.

なお、ドレイン電極層10−1〜10−4. トレイン
引出電極10、ソース電極層12−1〜12−5、ソー
ス引出電8i12は最上層にあるが便宜上破線で示しで
ある。
Note that drain electrode layers 10-1 to 10-4. The train lead electrode 10, the source electrode layers 12-1 to 12-5, and the source lead electrode 8i12 are located in the uppermost layer, but are shown by broken lines for convenience.

この実施例は、格子状の平面形状を有するゲート電極層
3−1〜3−8及びその直下のゲート絶縁膜11−1で
N型半導体基板30の一主面のフィールド絶縁膜20で
区画された素子形成領域2が複数の部分領域に区画され
、ゲート電極層3−1〜3−8と斜交し、互いに一つお
きに配置されたソース電極層12−1〜12−5とドレ
イン電極層10−1〜10−4とを有し、ソース電極層
12−3が部分領域の一つに設けられた高濃度のN型不
純物領域からなる基板バイアス領域6に接続されている
というものである。
In this embodiment, gate electrode layers 3-1 to 3-8 having a lattice-like planar shape and a gate insulating film 11-1 immediately below them are partitioned by a field insulating film 20 on one main surface of an N-type semiconductor substrate 30. The element formation region 2 is divided into a plurality of partial regions, and source electrode layers 12-1 to 12-5 and drain electrodes are arranged obliquely to the gate electrode layers 3-1 to 3-8 and arranged every other layer. It has layers 10-1 to 10-4, and the source electrode layer 12-3 is connected to a substrate bias region 6 made of a high concentration N-type impurity region provided in one of the partial regions. be.

N型半導体基板30上にフィールド絶縁膜20を選択的
に形成して素子形成領域2を設け、例えば膜厚600n
m程度の多結晶シリコン膜からなるゲート電極層3−1
〜3−8を格子状に形成し、素子形成領域2内では、膜
厚40nm程度のゲート酸化膜11−1.・・・を介し
てゲート電極として機能するように構成する。このゲー
ト電極層3−1〜3−8により、素子形成領域2は、網
目状に分割され、この島状の部分領域のうち基板バイア
ス領域6となる部分にはN型拡散開口部7より、ヒ素な
どのN型不純物を拡散あるいはイオン注入によってN型
半導体基板30に導入し、P型ソース領域5となる部分
には、N型拡散開口部7をレジスト膜でマスクすること
によって、それ以外の全ての部分領域にボロンなどのP
型不純物を深さ0.3〜0.5ミクロン程度で拡散ある
いはイオン注入を行なう。
A field insulating film 20 is selectively formed on an N-type semiconductor substrate 30 to provide an element formation region 2, and the film thickness is, for example, 600 nm.
Gate electrode layer 3-1 made of a polycrystalline silicon film of about m
3-8 are formed in a lattice shape, and within the element formation region 2, a gate oxide film 11-1 . It is configured to function as a gate electrode via... The element formation region 2 is divided into a mesh shape by the gate electrode layers 3-1 to 3-8, and a portion of the island-shaped partial region that will become the substrate bias region 6 is provided with an N-type diffusion opening 7. An N-type impurity such as arsenic is introduced into the N-type semiconductor substrate 30 by diffusion or ion implantation, and the N-type diffusion opening 7 is masked with a resist film in the portion that will become the P-type source region 5. P such as boron in all partial areas
Type impurities are diffused or ion-implanted to a depth of approximately 0.3 to 0.5 microns.

その後、P型ドレイン領域4.P型ソース領域5および
基板バイアス領域6内にコンタクトホール8を形成し、
アルミニウムなどの低抵抗物質を選択的に形成すること
により、ソース電極層12−1〜12−5. ドレイン
引出電極10.トレイン電極層10−1〜10−4、ソ
ース引出電極12、ソース電極層12−1〜12−5を
形成する。
Thereafter, P-type drain region 4. A contact hole 8 is formed in the P-type source region 5 and the substrate bias region 6,
By selectively forming a low resistance material such as aluminum, source electrode layers 12-1 to 12-5. Drain extraction electrode 10. Train electrode layers 10-1 to 10-4, source lead electrode 12, and source electrode layers 12-1 to 12-5 are formed.

なお、本実施例では、ソース電極は、基板電位にバイア
スされる場合を示したものでおり、ソース電極層12−
3を基板バイアス領域とコタクトホールを介して接続す
ることによって同電位としている。以上のように構成す
ることで本実施例のPチャネルMOSトランジスタが実
現する。なお、本実施例で、半導体の極性をそれぞれ逆
にすることにより、容易にNチャネルMOSトランジス
タが実現可能であることはいうまでもない。
In this example, the source electrode is biased to the substrate potential, and the source electrode layer 12-
3 is connected to the substrate bias region through a contact hole to make them at the same potential. With the configuration described above, the P-channel MOS transistor of this embodiment is realized. It goes without saying that in this embodiment, an N-channel MOS transistor can be easily realized by reversing the polarities of the semiconductors.

第3図は本発明の第2の実施例を示す半導体チップの平
面図である。
FIG. 3 is a plan view of a semiconductor chip showing a second embodiment of the present invention.

本実施例では、ゲート電f!層の構成を、それによって
区画される素子形成領域の部分領域の形状が正三角形と
なるようにしており、これによって、第1の実施例の場
合よりも、単位面積当りのゲート長が長くなるという利
点をもっている。本実施例においても、基板バイアス領
域6の位置は任意であり、またこの領域の有無にかかわ
らず、規則的な構造を保っている。また、本実施例はP
チャネルMO3)ランジスタを示したものであるが、半
導体の極性をそれぞれ逆にすることにより、Nチャネル
MOSトランジスタも実現可能である。
In this embodiment, the gate voltage f! The structure of the layer is such that the shape of the partial region of the element formation region partitioned by the layer is an equilateral triangle, and as a result, the gate length per unit area is longer than in the case of the first embodiment. It has the advantage of In this embodiment as well, the position of the substrate bias region 6 is arbitrary, and a regular structure is maintained regardless of the presence or absence of this region. In addition, in this example, P
Although a channel MO3) transistor is shown, an N-channel MOS transistor can also be realized by reversing the polarities of the semiconductors.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、MISトランジスタのゲ
ート電極を格子状に形成し、素子形成領域を島状に、か
つ同一形状で分離し、この島状に分離された素子形状領
域の部分領域の少なくとも一つには、基板と同一電導型
不純物を導入することによって、形成された基板バイア
ス領域を有して、しかもこの基板バイアス領域の存在に
よってその周辺のソース、ドレイン領域等の規則的な構
成をくずすことがないので、M I S )ランジスタ
の駆動電流能力を大きくしても動作の安定性が損なわれ
ないという効果があり、駆動電流能力と、耐ラツチアツ
プ特性の必要な、CMO3型出力相出力用インバータ有
効である。
As explained above, the present invention forms the gate electrode of a MIS transistor in a lattice shape, separates the element formation region into islands with the same shape, and divides the partial regions of the element-shaped regions separated into islands into At least one of them includes a substrate bias region formed by introducing impurities of the same conductivity type as the substrate, and the existence of this substrate bias region provides a regular structure of source, drain regions, etc. around the substrate bias region. This has the effect of not impairing the stability of operation even if the drive current capacity of the M I S transistor is increased, and it is suitable for CMO3 type output phase, which requires drive current capacity and latch-up resistance. Output inverter is enabled.

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

第1図は本発明の第1の実施例を示す半導体チップの平
面図、第2図は第1図のA−A’線断面図、第3図は本
発明の第2の実施例示す半導体チップの平面図、第4図
、第5図はそれぞれ従来例を示す半導体チップの平面図
である。   ・1・・・フィールド領域、2・・・素
子形成領域、3・・・ゲート引出電極、3−1〜3−8
.3−i〜3−j・・・ゲート電極層、4・・・ドレイ
ン領域、5・・・ソース領域、6・・・基板バイアス領
域、7・・・N型拡散開口部、8・・・コンタクトホー
ル、10・・・ドレイン引出電極、10−1〜10−4
・・・ドレイン電極層、11−1〜11−7・・・ゲー
ト絶縁膜、12・・・ソース引出電極、12−1〜12
−5・・・ソース電極層、20・・・フィールド絶縁膜
、30・・・N型半導体基板。 井 11!I 3軒  ノ  図 房 3 甜 φ/、4づド′しイン々Q城、  3外/15−2 ン
ーズ4ぐム役竿 4 凹 ギ 5 図
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor chip showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line A-A' in FIG. 1, and FIG. 3 is a semiconductor chip showing a second embodiment of the present invention. 4 and 5 are plan views of semiconductor chips showing conventional examples, respectively.・1...Field region, 2...Element formation region, 3...Gate extraction electrode, 3-1 to 3-8
.. 3-i to 3-j... Gate electrode layer, 4... Drain region, 5... Source region, 6... Substrate bias region, 7... N-type diffusion opening, 8... Contact hole, 10...Drain extraction electrode, 10-1 to 10-4
...Drain electrode layer, 11-1 to 11-7... Gate insulating film, 12... Source extraction electrode, 12-1 to 12
-5... Source electrode layer, 20... Field insulating film, 30... N-type semiconductor substrate. Well 11! I 3 houses no zubo 3 甜φ/, 4 zudo'shi inn Q castle, 3 outside/15-2 nes 4 gum yakashi 4 concave gi 5 fig.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  格子状の平面形状を有するゲート電極層及びその直下
のゲート絶縁膜で、第1導電型半導体基板の一主面のフ
ィールド絶縁膜で区画された素子形状領域が複数の部分
領域に区画され、前記ゲート電極層と斜交し、互いに一
つおきに配置されたソース電極層とドレイン電極層とを
複数個有し、前記ソース電極層のうち少なくとも一つが
前記部分領域の少なくとも一つに設けられた高濃度第1
導電型不純物領域からなる基板バイアス領域に接続され
ていることを特徴とするMISトランジスタ。
The element-shaped region defined by the field insulating film on one principal surface of the first conductivity type semiconductor substrate is divided into a plurality of partial regions by the gate electrode layer having a lattice-like planar shape and the gate insulating film immediately below the gate electrode layer, and A plurality of source electrode layers and drain electrode layers are arranged obliquely to the gate electrode layer and arranged every other layer, and at least one of the source electrode layers is provided in at least one of the partial regions. High concentration 1st
A MIS transistor characterized in that it is connected to a substrate bias region made of a conductive type impurity region.
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Cited By (6)

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