JPWO2015015565A1 - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

縦型トランジスタであるSurrounding Gate Transistor(SGT)を用いて、CMOS2入力NAND回路を構成する半導体装置を小さい面積で提供することが課題である。
1列に配置された4個のMOSトランジスタを用いて構成された2入力NAND回路において、前記NAND回路を構成するMOSトランジスタは、基板上に形成された平面状シリコン層上に形成され、ドレイン、ゲート、ソースが垂直方向に配置され、ゲートがシリコン柱を取り囲む構造を有し、前記平面状シリコン層は第1の導電型を持つ第1の活性化領域と第2の導電型を持つ第2の活性化領域からなり、それらが平面状シリコン層表面に形成されたシリコン層を通して互いに接続されることにより小さい面積のNAND回路を構成する半導体装置を提供する。

Description

本発明は、半導体装置に関する。
昨今、半導体集積回路は大規模化されており、最先端のMPU(Micro−processing Unit)では、トランジスタの数が1G(ギガ)個にも達する半導体チップが開発されており、従来の平面形成トランジスタ、いわゆるプレーナー型トランジスタは、非特許文献1に示されるように、PMOSを形成するN−well領域とNMOSを形成するP型シリコン基板(あるいはP−well領域)を完全に分離する必要があり、また、N−well領域およびP型シリコン基板には、それぞれ電位を与えるボディ端子が必要であり、さらに面積が大きくなる要因となっている。
この課題を解決する手段として、基板に対してソース、ゲート、ドレインが垂直方向に配置され、ゲートが島状半導体層を取り囲む構造のSurrounding Gate Transistor(SGT)が提案され、SGTの製造方法、SGTを用いたCMOSインバータ、NAND回路あるいはSRAMセルが開示されている。例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4を参照。
特許第5130596号公報 特許第5031809号公報 特許第4756221号公報 国際公開WO2009/096465号公報
CMOS OPアンプ回路実務設計の基礎(吉澤浩和 著)CQ出版社 page23
図17、図18a、図18bに、SGTを用いたインバータの回路図とレイアウト図を示している。
図17は、インバータの回路図であり、QpはPチャネルMOSトランジスタ(以下PMOSトランジスタと称す)、QnはNチャネルMOSトランジスタ(以下NMOSトランジスタと称す)、INは入力信号、OUTは出力信号、Vccは供給電源、Vssは基準電源である。
図18aには、一例として、図17のインバータをSGTで構成したレイアウトの平面図を示す。また、図18bには、図18aの平面図においてカットラインA−A’方向の断面図を示す。
図18a、図18bにおいて、基板上に形成された埋め込み酸化膜層(BOX)1などの絶縁膜上に平面状シリコン層2p、2nが形成され、上記平面状シリコン層2p、2nは不純物注入等により、それぞれp+拡散層、n+拡散層から構成される。3は、平面状シリコン層(2p、2n)の表面に形成されるシリサイド層であり、前記平面上シリコン層2p、2nを接続する。4nはn型シリコン柱、4pはp型シリコン柱、5は、シリコン柱4n、4pを取り巻くゲート絶縁膜、6はゲート電極、6aはゲート配線である。シリコン柱4n、4pの最上部には、それぞれp+拡散層7p、n+拡散層7nが不純物注入等により形成される。8はゲート絶縁膜5等を保護するためのシリコン窒化膜、9p、9nはp+拡散層7p、n+拡散層7nに接続されるシリサイド層、10p、10nは、シリサイド層9p、9nとメタル13a、13bとをそれぞれ接続するコンタクト、11は、ゲート配線6aとメタル配線13cを接続するコンタクトである。
シリコン柱4n、拡散層2p、拡散層7p、ゲート絶縁膜5、ゲート電極6により、PMOSトランジスタQpを構成し、シリコン柱4p、拡散層2n、拡散層7n、ゲート絶縁膜5、ゲート電極6により、NMOSトランジスタQnを構成する。拡散層7p、7nはソース、拡散層2p、2nはドレインとなる。メタル13aには供給電源Vccが供給され、メタル13bには基準電源Vssが供給され、メタル13cには、入力信号INが接続される。また、PMOSトランジスタQpのドレイン拡散層2pとNMOSトランジスタQnのドレイン拡散層2nを接続するシリサイド層3が出力OUTとなる。
図17、図18a、図18bで示したSGTを用いたインバータは、PMOSトランジスタ、NMOSトランジスタが構造上完全に分離されており、プレーナトランジスタのように、well分離が必要なく、さらに、シリコン柱はフローティングボディとなるため、プレーナトランジスタのように、wellへ電位を供給するボディ端子も必要なく、非常にコンパクトにレイアウト(配置)ができることが特徴である。
上述したように、SGTの最大の特徴は、構造原理的に、シリコン柱基板側に存在するシリサイド層による下層配線と、シリコン柱上部のコンタクト接続による上部配線が利用できる点にある。本発明は、このSGTの特徴を利用して、論理回路でもっとも良く用いられる2入力NAND回路を1列に並べることによりコンパクトに配置し、面積を最小にすることにより、低価格なロジック半導体装置を提供することが目的である。
本発明によれば、ソース、ドレイン及びゲートが、基板と垂直な方向に階層的に配置される4つのトランジスタを、基板上に1列に配列することによりNAND回路を構成する半導体装置であって、
前記各トランジスタは、
シリコン柱と、
前記シリコン柱の側面を取り囲む絶縁体と、
前記絶縁体を囲むゲートと、
前記シリコン柱の上部又は下部に配置されるソース領域と、
前記シリコン柱の上部又は下部に配置されるドレイン領域であって、前記シリコン柱に対して前記ソース領域と反対側に配置されるドレイン領域とを備え、
前記4つのトランジスタは、
第1のPチャネルMOSトランジスタと、
第2のPチャネルMOSトランジスタと、
第1のNチャネルMOSトランジスタと、
第2のNチャネルMOSトランジスタと
で構成され、
前記第1のPチャネルMOSトランジスタと前記第1のNチャネルMOSトランジスタのゲートは互いに接続されており、
前記第2のPチャネルMOSトランジスタと前記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートは互いに接続されており、
前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第1のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域は、シリコン柱より基板側に配置されており、
前記第2のNチャネルMOSトランジスタのソース領域は、シリコン柱より基板側に配置されており、
前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第1のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域は、互いにシリサイド領域を介して接続されており、
前記第1のNチャネルMOSトランジスタのソース領域は、前記第2のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域とコンタクトを介して接続されており、
前記第1のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のPチャネルMOSトランジスタのソースは、コンタクトを介して電源供給端子に接続されており、
前記第2のNMOSトランジスタのソース領域は、シリサイド領域を介して基準電源端子に接続されていることを特徴とする半導体装置が提供される。
本発明の好ましい態様では、前記半導体装置において、前記4つのトランジスタは、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置される。
また、別の態様では、前記半導体装置において、前記4つのトランジスタは、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置される。
更なる別の態様では、前期半導体装置において、前記第2のPチャネルMOSトランジスタと前記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートが、コンタクトを介して接続されることを特徴とする。
また、別の態様では、前記4つのトランジスタは、前記半導体装置において、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置される。
本発明の別の好ましい態様では、ソース、ドレイン及びゲートが、基板と垂直な方向に階層的に配置される4つのトランジスタを、基板上に1列に配列することによりNAND回路を構成する半導体装置であって、
前記各トランジスタは、
シリコン柱と、
前記シリコン柱の側面を取り囲む絶縁体と、
前記絶縁体を囲むゲートと、
前記シリコン柱の上部又は下部に配置されるソース領域と、
前記シリコン柱の上部又は下部に配置されるドレイン領域であって、前記シリコン柱に対して前記ソース領域と反対側に配置されるドレイン領域とを備え、
前記4つのトランジスタは、第1のPチャネルMOSトランジスタと、
第2のPチャネルMOSトランジスタと、
第1のNチャネルMOSトランジスタと、
第2のNチャネルMOSトランジスタと
で構成され、
前記第1のPチャネルMOSトランジスタと前記第1のNチャネルMOSトランジスタのゲートは互いに接続されており、
前記第2のPチャネルMOSトランジスタと前記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートは互いに接続されており、
前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域は、シリコン柱より基板側に配置されており、
前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第1のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域は、互いにシリサイド領域を介して接続されており、
前記第1のNチャネルMOSトランジスタのソース領域は、前記第2のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域とコンタクトとシリサイド領域を介して接続されており、
前記第1のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のPチャネルMOSトランジスタのソースは、コンタクトを介して電源供給端子に接続されており、
前記第2のNMOSトランジスタのソース領域は、コンタクトを介して基準電源端子に接続されていることを特徴とする半導体装置が提供される。
本発明の別の態様では、前記半導体装置において、前記4つのトランジスタは、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置される。
また、別の態様では、前記半導体装置において、前記4つのトランジスタは、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置されていることを特徴とする。
また、更なる別の態様では、前記半導体装置において、前記第2のPチャネルMOSトランジスタと前記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートが、コンタクトを介して接続されている。
更なる別の態様では、前記半導体装置において、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置されていることを特徴とする。
本発明の別の好ましい態様では、ソース、ドレイン及びゲートが、基板と垂直な方向に階層的に配置される4つのトランジスタを、基板上に1列に配列することによりNAND回路を構成する半導体装置であって、
前記各トランジスタは、
シリコン柱と、
前記シリコン柱の側面を取り囲む絶縁体と、
前記絶縁体を囲むゲートと、
前記シリコン柱の上部又は下部に配置されるソース領域と、
前記シリコン柱の上部又は下部に配置されるドレイン領域であって、前記シリコン柱に対して前記ソース領域と反対側に配置されるドレイン領域とを備え、
前記4つのトランジスタは、
第1のPチャネルMOSトランジスタと、
第2のPチャネルMOSトランジスタと、
第1のNチャネルMOSトランジスタと、
第2のNチャネルMOSトランジスタと
で構成され、
前記第1のPチャネルMOSトランジスタと前記第1のNチャネルMOSトランジスタのゲートは互いに接続されており、
前記第2のPチャネルMOSトランジスタと前記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートは互いに接続されており、
前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第1のNチャネルMOSトランジスタのソース領域は、シリコン柱より基板側に配置されており、
前記第2のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域はシリコン柱より基板側に配置されており、
前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び、前記第1のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域は、互いにコンタクトを介して接続されており、
前記第1のNチャネルMOSトランジスタのソース領域は、前記第2のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域とシリサイド領域を介して接続されており、
前記第1のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のPチャネルMOSトランジスタのソースは、シリサイド領域を介して電源供給端子に接続されており、
前記第2のNMOSトランジスタのソース領域は、コンタクトを介して基準電源端子に接続されていることを特徴とする半導体装置が提供される。
本発明の別の態様では、前記半導体装置において、前記4つのトランジスタは、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ、前記第2のNチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のPチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置される。
また、本発明の別の態様では、前記半導体装置において、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタのソース領域を、各々、前記4つのトランジスタが1列に配置された列方向と垂直方向に延在させたシリサイド領域を設けて、前記延在させたシリサイド領域とコンタクトを介して電源供給端子と接続することを特徴とする。
更なる別の態様では、前記半導体装置において、前記1列に配置された4つのトランジスタで構成される回路を、1列に配置された方向と垂直方向に複数個配置し、前記延在させたシリサイド領域を各々共通接続させて、且つ、複数個にひとつの割合で、前記延在させたシリサイド領域とコンタクトを介して電源供給端子と接続することを特徴とする。
また、別の態様では、前記半導体装置において、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置される。
また、更なる別の態様では、前記半導体装置において、前記第2のPチャネルMOSトランジスタと前記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲート配線が、コンタクトを介して、各々異なる信号線により供給される。
本発明の実施例のNAND回路を示す等価回路図である。 本発明の第1の実施例のNAND回路の平面図である。 本発明の第1の実施例のNAND回路の断面図である。 本発明の第2の実施例のNAND回路の平面図である。 本発明の第2の実施例のNAND回路の断面図である。 本発明の第3の実施例のNAND回路の平面図である。 本発明の第3の実施例のNAND回路の断面図である。 本発明の第4の実施例のNAND回路の平面図である。 本発明の第4の実施例のNAND回路の断面図である。 本発明の第5の実施例のNAND回路の平面図である。 本発明の第5の実施例のNAND回路の断面図である。 本発明の第6の実施例のNAND回路の平面図である。 本発明の第6の実施例のNAND回路の断面図である。 本発明の実施例のNAND回路を示す第2の等価回路である。 本発明の第7の実施例のNAND回路の平面図である。 本発明の第7の実施例のNAND回路の断面図である。 本発明の第8の実施例のNAND回路の平面図である。 本発明の第8の実施例のNAND回路の断面図である。 本発明の第9の実施例のNAND回路の平面図である。 本発明の第9の実施例のNAND回路の断面図である。 本発明の第9の実施例のNAND回路の断面図である。 本発明の第10の実施例のNAND回路の平面図である。 本発明の第10の実施例のNAND回路の断面図である。 本発明の第10の実施例のNAND回路の断面図である。 本発明の第11の実施例のNAND回路の平面図である。 本発明の第11の実施例のNAND回路の断面図である。 本発明の実施例のNAND回路を示す第3の等価回路である。 本発明の第12の実施例のNAND回路の平面図である。 本発明の第12の実施例のNAND回路の断面図である。 本発明の第13の実施例のNAND回路の平面図である。 本発明の第13の実施例のNAND回路の断面図である。 従来例を示すインバータ回路の等価回路である。 従来のインバータの平面図である。 従来のインバータの断面図である。
(実施例1)
図1に本発明に適用する2入力NAND回路の等価回路図を示す。Qp1、Qp2は、SGTで構成されたPMOSトランジスタ、Qn1、Qn2は、同じくSGTで構成されたNMOSトランジスタである。前記PMOSトランジスタQp1、Qp2のソースは共通に電源Vccに接続され、ドレインは共通にノードN1に接続される。NMOSトランジスタQn1のドレインはノードN1に接続され、ソースはノードN2を介してNMOSトランジスタQn2のドレインに接続され、NMOSトランジスタQn2のソースは基準電源Vssに接続される。また、PMOSトランジスタQp1、NMOSトランジスタQn1のゲートには入力信号IN1が接続され、PMOSトランジスタQp2、NMOSトランジスタQn2のゲートには入力信号IN2が接続される。
図2aおよび図2bに、第1の実施例を示す。図2aは、本発明の2入力NANDレイアウト(配置)の平面図、図2bは、カットラインA−A’に沿った断面図を示す。
図2aにおいて、図1のNAND回路のNMOSトランジスタQn1、PMOSトランジスタQp1、PMOSトランジスタQp2、NMOSトランジスタQn2が右より1列に配置されている。
なお、図2a、図2bにおいて、図18a、図18bと同じ構造の箇所については、100番台の同等の記号で示してある。
基板上に形成された埋め込み酸化膜層(BOX)101などの絶縁膜上に平面状シリコン層102na、102p、102nbが形成され、この平面状シリコン層102na、102p、102nbは不純物注入等により、それぞれn+拡散層、p+拡散層、n+拡散層から構成される。103は、平面状シリコン層(102na、102p、102nb)の表面に形成されるシリサイド層であり、平面上シリコン層102na、102pを接続する。104n1、104n2はn型シリコン柱、104p1、104p2はp型シリコン柱、105はシリコン柱104n1、104n2、104p1、104p2を取り巻くゲート絶縁膜、106はゲート電極、106a、106bはそれぞれゲート配線である。シリコン柱104n1、104n2の最上部には、それぞれp+拡散層107p1、107p2が不純物注入等により形成され、シリコン柱104p1、104p2の最上部には、それぞれn+拡散層107n1、107n2が不純物注入等により形成される。108はゲート絶縁膜105を保護するためのシリコン窒化膜、109p1、109p2、109n1、109n2はそれぞれp+拡散層107p1、107p2、n+拡散層107n1、107n2に接続されるシリサイド層、110p1、110p2、110n1、110n2は、シリサイド層109p1、109p2、109n1、109n2と第1メタル配線113c、113c、113a、113eとをそれぞれ接続するコンタクト、111aはゲート配線106aと第1メタル配線113bを接続するコンタクト、111bはゲート配線106bと第1メタル配線113dを接続するコンタクトである。112はn+拡散層102nbと接続しているシリサイド層103と第1メタル配線113fを接続するコンタクトである。
114n1は第1メタル配線113aと第2メタル配線115を接続するコンタクト、114n2は第1メタル配線113eと第2メタル配線115とを接続するコンタクトである。
シリコン柱104n1、下部拡散層102p、上部拡散層107p1、ゲート絶縁膜105、ゲート電極106により、PMOSトランジスタQp1を構成し、シリコン柱104n2、下部拡散層102p、上部拡散層107p2、ゲート絶縁膜105、ゲート電極106により、PMOSトランジスタQp2を構成し、シリコン柱104p1、下部拡散層102na、上部拡散層107n1、ゲート絶縁膜105、ゲート電極106により、NMOSトランジスタQn1を構成し、シリコン柱104p2、下部拡散層102nb、上部拡散層107n2、ゲート絶縁膜105、ゲート電極106により、NMOSトランジスタQn2を構成する。
また、PMOSトランジスタQp1のゲート電極106にはゲート配線106aが接続され、PMOSトランジスタQp2のゲート電極106にはゲート配線106bが接続され、NMOSトランジスタQn1のゲート電極106にはゲート配線106aが接続され、NMOSトランジスタQn2のゲート電極106にはゲート配線106bが接続される。
下部拡散層102naおよび102pはNMOSトランジスタQn1、PMOSトランジスタQp1、Qp2の共通ドレインとなり、出力OUT1に接続される。PMOSトランジスタQp1のソースである上部拡散層107p1はシリサイド109p1、コンタクト110p1を介して第1メタル配線113cに接続され、第1メタル配線113cには電源Vccが供給される。PMOSトランジスタQp2のソースである上部拡散層107p2はシリサイド109p2、コンタクト110p2を介して第1メタル配線113cに接続される。NMOSトランジスタQn1のソースである上部拡散層107n1はシリサイド109n1、コンタクト110n1を介して第1メタル配線113aに接続され、第1メタル配線113aはさらに、コンタクト114n1を介して第2メタル配線115に接続される。NMOSトランジスタQn2のドレインである上部拡散層107n2はシリサイド109n2、コンタクト110n2を介して第1メタル配線113eに接続され、第1メタル配線113eはさらに、コンタクト114n2を介して第2メタル配線115に接続される。ここで、NMOSトランジスタQn1のソースとNMOSトランジスタQn2のドレインは、第2メタル配線115を介して接続される。また、下部拡散層102nbはNMOSトランジスタQn2のソースとなり、シリサイド103、コンタクト112を介して第1メタル配線113fに接続され、第1メタル配線113fには基準電源Vssが供給される。
第1メタル配線113bには、入力信号IN1が供給され、コンタクト111aを介してゲート配線106aに接続され、PMOSトランジスタQp1およびNMOSトランジスタQn1のゲート電極に供給される。
第1メタル配線113dには、入力信号IN2が供給され、コンタクト111bを介してゲート配線106bに接続され、PMOSトランジスタQp2およびNMOSトランジスタQn2のゲート電極に接続される。
本実施例によれば、無駄な配線やコンタクト領域を設けずに、2入力NAND回路を構成する4個のSGTを1列に配置でき、面積が縮小された半導体装置が提供できる。
(実施例2)
図3a及び図3bに、第2の実施例を示す。図3aは、本発明の2入力NANDレイアウト(配置)の平面図、図3bは、カットラインA−A’に沿った断面図を示す。
図3aにおいて、図1のNAND回路のPMOSトランジスタQp2、Qp1、NMOSトランジスタQn1、Qn2が右より1列に配置されている。
図3a、図3bにおいて、図2a、図2bと同じ構造の箇所については、200番台の同等の記号で示してある。
基板上に形成された埋め込み酸化膜層(BOX)201などの絶縁膜上に平面状シリコン層202p、202na、202nbが形成され、この平面状シリコン層202p、202na、202nbは不純物注入等により、それぞれp+拡散層、n+拡散層、n+拡散層から構成される。203は、平面状シリコン層(202p、202na、202nb)の表面に形成されるシリサイド層であり、平面上シリコン層202p、202naを接続する。204n1、204n2はn型シリコン柱、204p1、204p2はp型シリコン柱、205はシリコン柱204n1、204n2、204p1、204p2を取り巻くゲート絶縁膜、206はゲート電極、206a、206b、206cはそれぞれゲート配線である。シリコン柱204n1、204n2の最上部には、それぞれp+拡散層207p1、207p2が不純物注入等により形成され、シリコン柱204p1、204p2の最上部には、それぞれn+拡散層207n1、207n2が不純物注入等により形成される。208はゲート絶縁膜205を保護するためのシリコン窒化膜、209p1、209p2、209n1、209n2はp+拡散層207p1、207p2、n+拡散層207n1、207n2に接続されるシリサイド層、210p1、210p2、210n1、210n2は、シリサイド層209p1、209p2、209n1、209n2と第1メタル配線213b、213b、213d、213dとをそれぞれ接続するコンタクト、211aはゲート配線206aと第1メタル配線213cを接続するコンタクト、211cはゲート配線206cと第1メタル配線213eを接続するコンタクトである。212はn+拡散層202nbと接続しているシリサイド層203と第1メタル配線213fを接続するコンタクトである。
また、ゲート配線206bは、後述する、PMOSトランジスタQp2のゲート電極206とNMOSトランジスタQn2のゲート電極206とを接続する配線である。
シリコン柱204n1、下部拡散層202p、上部拡散層207p1、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、PMOSトランジスタQp1を構成し、シリコン柱204n2、下部拡散層202p、上部拡散層207p2、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、PMOSトランジスタQp2を構成し、シリコン柱204p1、下部拡散層202na、上部拡散層207n1、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、NMOSトランジスタQn1を構成し、シリコン柱204p2、下部拡散層202nb、上部拡散層207n2、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、NMOSトランジスタQn2を構成する。
また、PMOSトランジスタQp1のゲート電極206にはゲート配線206aが接続され、PMOSトランジスタQp2のゲート電極206にはゲート配線206bが接続され、NMOSトランジスタQn1のゲート電極206には、ゲート配線206aが接続され、NMOSトランジスタQn2のゲート電極206にはゲート配線206b及び206cが接続される。
下部拡散層202pおよび拡散層202naはPMOSトランジスタQp1、Qp2、NMOSトランジスタQn1の共通ドレインとなり、出力OUT1に接続される。PMOSトランジスタQp1のソースである上部拡散層207p1はシリサイド209p1、コンタクト210p1を介して第1メタル配線213bに接続され、第1メタル配線213bには電源Vccが供給される。PMOSトランジスタQp2のソースである上部拡散層207p2はシリサイド209p2、コンタクト210p2を介して第1メタル配線213bに接続される。NMOSトランジスタQn1のソースである上部拡散層207n1はシリサイド209n1、コンタクト210n1を介して第1メタル配線213dに接続される。
NMOSトランジスタQn2のドレインである上部拡散層207n2はシリサイド209n2、コンタクト210n2を介して第1メタル配線213dに接続される。ここで、NMOSトランジスタQn1のソースである上部拡散層207n1とNMOSトランジスタQn2のドレインである上部拡散層207n2は、第2メタル配線213dを介して接続される。また、下部拡散層202nbはNMOSトランジスタQn2のソースとなり、シリサイド203、コンタクト212を介して第1メタル配線213fに接続され、第1メタル配線213fには基準電源Vssが供給される。
第1メタル配線213cには、入力信号IN1が供給され、コンタクト211aを介してゲート配線206aに接続され、PMOSトランジスタQp1およびNMOSトランジスタQn1のゲート電極に供給される。
第1メタル配線213eには、入力信号IN2が供給され、コンタクト211cを介してゲート配線206cに接続され、NMOSトランジスタQn2のゲート電極に供給され、且つ、ゲート配線206bを介してPMOSトランジスタQp2のゲート電極に供給される。なお、本実施例では、メタル配線を省略するために、NMOSトランジスタQn2とPMOSトランジスタQp2のゲート電極を延在させたゲート配線206bで接続しているが、空き領域である拡散層の間を通しているので、面積の増加にはならない。
本実施例によれば、無駄な配線やコンタクト領域を設けずに、2入力NAND回路を構成する4個のSGTを1列に配置でき、面積が縮小された半導体装置が提供できる。
また、ゲート配線206bを延在させることにより第1メタルのみで結線が可能であり、第2メタルを有効に使用できる。さらに、供給電源Vccとなる第1メタル配線213bが右端に、基準電源Vssとなる第1メタル配線213fが左端に配置されるので、本回路を左右に繰り返して配置する場合にそれぞれ電源を共有できるため、さらに面積を縮小することができる。
(実施例3)
図4a及び図4bに、第3の実施例を示す。図4aは、本発明の2入力NANDレイアウト(配置)の平面図、図4bは、カットラインA−A’に沿った断面図を示す。
図4のトランジスタの配置は、図3の配置と同じであり、PMOSトランジスタQp2、Qp1、NMOSトランジスタQn1、Qn2が右より1列に配置されている。
図3と異なるところは、PMOSトランジスタQp2とNMOSトランジスタQn2のゲート入力信号の接続方法が異なるところである。図4a及び図4bにおいて、図3a、図3bと同じ構造の箇所については、同じ、200番台の同等の記号で示してある。
基板上に形成された埋め込み酸化膜層(BOX)201などの絶縁膜上に平面状シリコン層202p、202na、202nbが形成され、この平面状シリコン層202p、202na、202nbは不純物注入等により、それぞれp+拡散層、n+拡散層、n+拡散層から構成される。203は、平面状シリコン層(202p、202na、202nb)の表面に形成されるシリサイド層であり、平面上シリコン層202p、202naを接続する。204n1、204n2はn型シリコン柱、204p1、204p2はp型シリコン柱、205はシリコン柱204n1、204n2、204p1、204p2を取り巻くゲート絶縁膜、206はゲート電極、206a、206b、206cはそれぞれゲート配線である。シリコン柱204n1、204n2の最上部には、それぞれp+拡散層207p1、207p2が不純物注入等により形成され、シリコン柱204p1、204p2の最上部には、それぞれn+拡散層207n1、207n2が不純物注入等により形成される。208はゲート絶縁膜205を保護するためのシリコン窒化膜、209p1、209p2、209n1、209n2はp+拡散層207p1、207p2、n+拡散層207n1、207n2に接続されるシリサイド層、210p1、210p2、210n1、210n2は、シリサイド層209p1、209p2、209n1、209n2と第1メタル配線213b、213b、213d、213dとをそれぞれ接続するコンタクト、211aはゲート配線206aと第1メタル配線213cを接続するコンタクト、211bはゲート配線206bと第1メタル配線213aを接続するコンタクト、211cはゲート配線206cと第1メタル配線213eを接続するコンタクトである。
214bは第1メタル配線213aと第2メタル配線215を接続するコンタクト、214cは第1メタル配線203eと第2メタル配線215とを接続するコンタクトである。
212はn+拡散層202nbと接続しているシリサイド層203と第1メタル配線213fを接続するコンタクトである。
シリコン柱204n1、下部拡散層202p、上部拡散層207p1、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、PMOSトランジスタQp1を構成し、シリコン柱204n2、下部拡散層202p、上部拡散層207p2、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、PMOSトランジスタQp2を構成し、シリコン柱204p1、下部拡散層202na、上部拡散層207n1、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、NMOSトランジスタQn1を構成し、シリコン柱204p2、下部拡散層202nb、上部拡散層207n2、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、NMOSトランジスタQn2を構成する。
また、PMOSトランジスタQp1のゲート電極206にはゲート配線206aが接続され、PMOSトランジスタQp2のゲート電極206にはゲート配線206bが接続され、NMOSトランジスタQn1のゲート電極206には、ゲート配線206aが接続され、NMOSトランジスタQn2のゲート電極206にはゲート配線206cが接続される。
下部拡散層202pおよび拡散層202naはPMOSトランジスタQp1、Qp2、NMOSトランジスタQn1の共通ドレインとなり、出力OUT1に接続される。PMOSトランジスタQp1のソースである上部拡散層207p1はシリサイド209p1、コンタクト210p1を介して第1メタル配線213bに接続され、第1メタル配線213bには電源Vccが供給される。PMOSトランジスタQp2のソースである上部拡散層207p2はシリサイド209p2、コンタクト210p2を介して第1メタル配線213bに接続される。NMOSトランジスタQn1のソースである上部拡散層207n1はシリサイド209n1、コンタクト210n1を介して第1メタル配線213dに接続される。
NMOSトランジスタQn2のドレインである上部拡散層207n2はシリサイド209n2、コンタクト210n2を介して第1メタル配線213dに接続される。ここで、NMOSトランジスタQn1のソースとNMOSトランジスタQn2のドレインは、第2メタル配線213dを介して接続される。また、下部拡散層202nbはNMOSトランジスタQn2のソースとなり、シリサイド203、コンタクト212を介して第1メタル配線213fに接続され、第1メタル配線213fには基準電源Vssが供給される。
第1メタル配線213cには、入力信号IN1が供給され、コンタクト211aを介してゲート配線206aに接続され、PMOSトランジスタQp1およびNMOSトランジスタQn1のゲート電極に供給される。
第1メタル配線213aには、入力信号IN2が供給され、コンタクト211bを介してゲート配線206bに接続され、PMOSトランジスタQp2のゲート電極206に接続され、且つ、コンタクト214bを介して第2メタル215に接続され、コンタクト214c、第1メタル213e及びコンタクト211cを介してゲート配線206cに接続され、NMOSトランジスタQn2のゲート電極206に接続される。
本実施例によれば、無駄な配線やコンタクト領域を設けずに、2入力NAND回路を構成する4個のSGTを1列に配置でき、面積が縮小された半導体装置が提供できる。
また、第2メタルを用いることにより、実施例2のゲート配線206bが省略できる。
(実施例4)
図5aおよび図5bに、第4の実施例を示す。図5aは、本発明の2入力NANDレイアウト(配置)の平面図、図5bは、カットラインA−A’に沿った断面図を示す。
図5のトランジスタの配置は、図2の配置と同じであり、NMOSトランジスタQn1、PMOSトランジスタQp1、Qp2、NMOSトランジスタQn2が右より1列に配置されている。
図2と異なるところは、NMOSトランジスタQn2のソースとドレインの接続を入れ替えたところである。図2a、図2bと同じ構造の箇所については、同じ、100番台の同等の記号で示す。
SGTは、ドレインとソースがそれぞれ下層部、上層部に位置し、構造上物理的な位置が異なる。製造工程上、できるだけ同等になるような製造を行うが、場合によっては、ドレインとソースの向きが異なることにより、電流特性に違いが出る可能性がある。本発明では、その点を改良したものである。
基板上に形成された埋め込み酸化膜層(BOX)101などの絶縁膜上に平面状シリコン層102na、102p、102nbが形成され、この平面状シリコン層102na、102p、102nbは不純物注入等により、それぞれn+拡散層、p+拡散層、n+拡散層から構成される。103は、平面状シリコン層(102na、102p、102nb)の表面に形成されるシリサイド層であり、平面上シリコン層102na、102pを接続する。104n1、104n2はn型シリコン柱、104p1、104p2はp型シリコン柱、105はシリコン柱104n1、104n2、104p1、104p2を取り巻くゲート絶縁膜、106はゲート電極、106a、106bはそれぞれゲート配線である。シリコン柱104n1、104n2の最上部には、それぞれp+拡散層107p1、107p2が不純物注入等により形成され、シリコン柱104p1、104p2の最上部には、それぞれn+拡散層107n1、107n2が不純物注入等により形成される。108はゲート絶縁膜105を保護するためのシリコン窒化膜、109p1、109p2、109n1、109n2はそれぞれp+拡散層107p1、107p2、n+拡散層107n1、107n2に接続されるシリサイド層、110p1、110p2、110n1、110n2は、シリサイド層109p1、109p2、109n1、109n2と第1メタル配線113c、113c、113a、113eとをそれぞれ接続するコンタクト、111aはゲート配線106aと第1メタル配線113bを接続するコンタクト、111bはゲート配線106bと第1メタル配線113dを接続するコンタクトである。112はn+拡散層102nbと接続しているシリサイド層103と第1メタル配線113fを接続するコンタクトである。
114n1は第1メタル配線113aと第2メタル配線115を接続するコンタクト、114は第1メタル配線113fと第2メタル配線115とを接続するコンタクトである。
シリコン柱104n1、下部拡散層102p、上部拡散層107p1、ゲート絶縁膜105、ゲート電極106により、PMOSトランジスタQp1を構成し、シリコン柱104n2、下部拡散層102p、上部拡散層107p2、ゲート絶縁膜105、ゲート電極106により、PMOSトランジスタQp2を構成し、シリコン柱104p1、下部拡散層102na、上部拡散層107n1、ゲート絶縁膜105、ゲート電極106により、NMOSトランジスタQn1を構成し、シリコン柱104p2、下部拡散層102nb、上部拡散層107n2、ゲート絶縁膜105、ゲート電極106により、NMOSトランジスタQn2を構成する。
また、PMOSトランジスタQp1のゲート電極106にはゲート配線106aが接続され、PMOSトランジスタQp2のゲート電極106にはゲート配線106bが接続され、NMOSトランジスタQn1のゲート電極106にはゲート配線106aが接続され、NMOSトランジスタQn2のゲート電極106にはゲート配線106bが接続される。
下部拡散層102naおよび102pはNMOSトランジスタQn1、PMOSトランジスタQp1、Qp2の共通ドレインとなり、出力OUT1に接続される。PMOSトランジスタQp1のソースである上部拡散層107p1はシリサイド109p1、コンタクト110p1を介して第1メタル配線113cに接続され、第1メタル配線113cには電源Vccが供給される。PMOSトランジスタQp2のソースである上部拡散層107p2はシリサイド109p2、コンタクト110p2を介して第1メタル配線113cに接続される。NMOSトランジスタQn1のソースである上部拡散層107n1はシリサイド109n1、コンタクト110n1を介して第1メタル配線113aに接続され、第1メタル配線113aはさらに、コンタクト114n1を介して第2メタル配線115に接続される。NMOSトランジスタQn2のドレインである下部拡散層102nbは、シリサイド層103、コンタクト112、第1メタル113f、コンタクト114を介して第2メタル115に接続されており、第2メタル115を介してNMOSトランジスタQn1のソースである上部拡散層107n1とNMOSトランジスタQn2のドレインである下部拡散層102nbが接続される。NMOSトランジスタQn2のソースである上部拡散層107n2はシリサイド109n2、コンタクト110n2を介して第1メタル配線113eに接続され、第1メタル113eには基準電源Vssが供給される。このような接続により、NMOSトランジスタQn1とQn2のドレインとソースの向きを同じにすることができ、すなわち電流の流れる方向を同じにできるため、電流特性を合わせることができる。
第1メタル配線113bには、入力信号IN1が供給され、コンタクト111aを介してゲート配線106aに接続され、PMOSトランジスタQp1およびNMOSトランジスタQn1のゲート電極に供給される。
第1メタル配線113dには、入力信号IN2が供給され、コンタクト111bを介してゲート配線106bに接続され、PMOSトランジスタQp2およびNMOSトランジスタQn2のゲート電極に接続される。
本実施例によれば、無駄な配線やコンタクト領域を設けずに、2入力NAND回路を構成する4個のSGTを1列に配置でき、面積が縮小された半導体装置が提供できる。
さらに、NMOSトランジスタQn1とNMOSトランジスタQn2の電流の流れる方向(ドレインとソースの向き)を同じにできるため、電流特性を合わせることができ、良好な特性が得られる。
(実施例5)
図6a及び図6bに、第5の実施例を示す。図6aは、本発明の2入力NANDレイアウト(配置)の平面図、図6bは、カットラインA−A’に沿った断面図を示す。
図6のトランジスタの配置は、図3の配置と同じであり、PMOSトランジスタQp2、Qp1、NMOSトランジスタQn1、Qn2の順番で右より1列に配置されている。
図3と異なるところは、NMOSトランジスタQn2のソースとドレインの接続を入れ替えたところである。図3a、図3bと同じ構造の箇所については、同じ、200番台の同等の記号で示す。
SGTは、ドレインとソースがそれぞれ下層部、上層部に位置し、構造上物理的な位置が異なる。製造工程上、できるだけ同等になるような製造を行うが、場合によっては、ドレインとソースの向きが異なることにより、電流特性に違いが出る可能性がある。本発明では、その点を改良したものである。
基板上に形成された埋め込み酸化膜層(BOX)201などの絶縁膜上に平面状シリコン層202p、202na、202nbが形成され、この平面状シリコン層202p、202na、202nbは不純物注入等により、それぞれp+拡散層、n+拡散層、n+拡散層から構成される。203は、平面状シリコン層(202p、202na、202nb)の表面に形成されるシリサイド層であり、平面上シリコン層202p、202naを接続する。204n1、204n2はn型シリコン柱、204p1、204p2はp型シリコン柱、205はシリコン柱204n1、204n2、204p1、204p2を取り巻くゲート絶縁膜、206はゲート電極、206a、206bはそれぞれゲート配線である。シリコン柱204n1、204n2の最上部には、それぞれp+拡散層207p1、207p2が不純物注入等により形成され、シリコン柱204p1、204p2の最上部には、それぞれn+拡散層207n1、207n2が不純物注入等により形成される。208はゲート絶縁膜205を保護するためのシリコン窒化膜、209p1、209p2、209n1、209n2はp+拡散層207p1、207p2、n+拡散層207n1、207n2に接続されるシリサイド層、210p1、210p2、210n1、210n2は、シリサイド層209p1、209p2、209n1、209n2と第1メタル配線213b、213b、213d、213fとをそれぞれ接続するコンタクト、211aはゲート配線206aと第1メタル配線213cを接続するコンタクト、211cはゲート配線206bと第1メタル配線213eを接続するコンタクトである。212はn+拡散層202nbと接続しているシリサイド層203と第1メタル配線213dを接続するコンタクトである。
また、ゲート配線206bは、後述する、PMOSトランジスタQp2のゲート電極206とNMOSトランジスタQn2のゲート電極206とを接続する配線である。
シリコン柱204n1、下部拡散層202p、上部拡散層207p1、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、PMOSトランジスタQp1を構成し、シリコン柱204n2、下部拡散層202p、上部拡散層207p2、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、PMOSトランジスタQp2を構成し、シリコン柱204p1、下部拡散層202na、上部拡散層207n1、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、NMOSトランジスタQn1を構成し、シリコン柱204p2、下部拡散層202nb、上部拡散層207n2、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、NMOSトランジスタQn2を構成する。
また、PMOSトランジスタQp1のゲート電極206にはゲート配線206aが接続され、PMOSトランジスタQp2のゲート電極206にはゲート配線206bが接続され、NMOSトランジスタQn1のゲート電極206には、ゲート配線206aが接続され、NMOSトランジスタQn2のゲート電極206にはゲート配線206bが接続される。
下部拡散層202pおよび拡散層202naはPMOSトランジスタQp1、Qp2、NMOSトランジスタQn1の共通ドレインとなり、出力OUT1に接続される。PMOSトランジスタQp1のソースである上部拡散層207p1はシリサイド209p1、コンタクト210p1を介して第1メタル配線213bに接続され、第1メタル配線213bには電源Vccが供給される。PMOSトランジスタQp2のソースである上部拡散層207p2はシリサイド209p2、コンタクト210p2を介して第1メタル配線213bに接続される。NMOSトランジスタQn1のソースである上部拡散層207n1はシリサイド209n1、コンタクト210n1を介して第1メタル配線213dに接続される。
NMOSトランジスタQn2のドレインである下部拡散層202nbはシリサイド203、コンタクト212を介して第1メタル配線213dに接続される。ここで、NMOSトランジスタQn1のソースである上部拡散層207n1とNMOSトランジスタQn2のドレインである下部拡散層202nbは、第2メタル配線213dを介して接続される。また、NMOSトランジスタQn2の上部拡散層207n2はソースとなり、シリサイド層209n2、コンタクト210n21介して第1メタル配線213fに接続され、第1メタル配線213fには基準電源Vssが供給される。
第1メタル配線213cには、入力信号IN1が供給され、コンタクト211aを介してゲート配線206aに接続され、PMOSトランジスタQp1およびNMOSトランジスタQn1のゲート電極に供給される。
第1メタル配線213eには、入力信号IN2が供給され、コンタクト211cを介してゲート配線206bに接続され、NMOSトランジスタQn2のゲート電極に供給され、且つ、ゲート配線206bはPMOSトランジスタQp2のゲート電極に接続される。
本実施例によれば、無駄な配線やコンタクト領域を設けずに、2入力NAND回路を構成する4個のSGTを1列に配置でき、面積が縮小された半導体装置が提供できる。
また、第1メタルのみで結線が可能であり、第2メタルを有効に使用できる。さらに、NMOSトランジスタQn1とNMOSトランジスタQn2の電流の流れる方向(ドレインとソースの向き)を同じにできるため、電流特性を合わせることができ、良好な特性が得られる。
(実施例6)
図7a及び図7bに、第6の実施例を示す。図7aは、本発明の2入力NANDレイアウト(配置)の平面図、図7bは、カットラインA−A’に沿った断面図を示す。
図7のトランジスタの配置は、図4の配置と同じであり、PMOSトランジスタQp2、Qp1、NMOSトランジスタQn1、Qn2が右より1列に配置されている。
図4と異なるところは、NMOSトランジスタQn2のソースとドレインの接続を入れ替えたところである。図4a、図4bと同じ構造の箇所については、同じ、200番台の同等の記号で示す。
SGTは、ドレインとソースがそれぞれ下層部、上層部に位置し、構造上物理的な位置が異なる。製造工程上、できるだけ同等になるような製造を行うが、場合によっては、ドレインとソースの向きが異なることにより、電流特性に違いが出る可能性がある。本発明では、その点を改良したものである。
基板上に形成された埋め込み酸化膜層(BOX)201などの絶縁膜上に平面状シリコン層202p、202na、202nbが形成され、この平面状シリコン層202p、202na、202nbは不純物注入等により、それぞれp+拡散層、n+拡散層、n+拡散層から構成される。203は、平面状シリコン層(202p、202na、202nb)の表面に形成されるシリサイド層であり、平面上シリコン層202p、202naを接続する。204n1、204n2はn型シリコン柱、204p1、204p2はp型シリコン柱、205はシリコン柱204n1、204n2、204p1、204p2を取り巻くゲート絶縁膜、206はゲート電極、206a、206b、206cはそれぞれゲート配線である。シリコン柱204n1、204n2の最上部には、それぞれp+拡散層207p1、207p2が不純物注入等により形成され、シリコン柱204p1、204p2の最上部には、それぞれn+拡散層207n1、207n2が不純物注入等により形成される。208はゲート絶縁膜205を保護するためのシリコン窒化膜、209p1、209p2、209n1、209n2はp+拡散層207p1、207p2、n+拡散層207n1、207n2に接続されるシリサイド層、210p1、210p2、210n1、210n2は、シリサイド層209p1、209p2、209n1、209n2と第1メタル配線213b、213b、213d、213fとをそれぞれ接続するコンタクト、211aはゲート配線206aと第1メタル配線213cを接続するコンタクト、211bはゲート配線206bと第1メタル配線213aを接続するコンタクト、211cはゲート配線206cと第1メタル配線213eを接続するコンタクトである。
214bは第1メタル配線213aと第2メタル配線215を接続するコンタクト、214cは第1メタル配線203eと第2メタル配線215とを接続するコンタクトである。
212はn+拡散層202nbと接続しているシリサイド層203と第1メタル配線213dを接続するコンタクトである。
シリコン柱204n1、下部拡散層202p、上部拡散層207p1、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、PMOSトランジスタQp1を構成し、シリコン柱204n2、下部拡散層202p、上部拡散層207p2、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、PMOSトランジスタQp2を構成し、シリコン柱204p1、下部拡散層202na、上部拡散層207n1、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、NMOSトランジスタQn1を構成し、シリコン柱204p2、下部拡散層202nb、上部拡散層207n2、ゲート絶縁膜205、ゲート電極206により、NMOSトランジスタQn2を構成する。
また、PMOSトランジスタQp1のゲート電極206にはゲート配線206aが接続され、PMOSトランジスタQp2のゲート電極206にはゲート配線206bが接続され、NMOSトランジスタQn1のゲート電極206には、ゲート配線206aが接続され、NMOSトランジスタQn2のゲート電極206にはゲート配線206cが接続される。
下部拡散層202pおよび拡散層202naはPMOSトランジスタQp1、Qp2、NMOSトランジスタQn1の共通ドレインとなり、出力OUT1に接続される。PMOSトランジスタQp1のソースである上部拡散層207p1はシリサイド209p1、コンタクト210p1を介して第1メタル配線213bに接続され、第1メタル配線213bには電源Vccが供給される。PMOSトランジスタQp2のソースである上部拡散層207p2はシリサイド209p2、コンタクト210p2を介して第1メタル配線213bに接続される。NMOSトランジスタQn1のソースである上部拡散層207n1はシリサイド209n1、コンタクト210n1を介して第1メタル配線213dに接続される。
NMOSトランジスタQn2のドレインである下部部拡散層202nbはシリサイド層203、コンタクト212を介して第1メタル配線213dに接続される。ここで、NMOSトランジスタQn1のソースとNMOSトランジスタQn2のドレインは、第1メタル配線213dを介して接続される。また、上部拡散層207n2はNMOSトランジスタQn2のソースとなり、シリサイド209n2、コンタクト210n2を介して第1メタル配線213fに接続され、第1メタル配線213fには基準電源Vssが供給される。
第1メタル配線213cには、入力信号IN1が供給され、コンタクト211aを介してゲート配線206aに接続され、PMOSトランジスタQp1およびNMOSトランジスタQn1のゲート電極に供給される。
第1メタル配線213aには、入力信号IN2が供給され、コンタクト211bを介してゲート配線206bに接続され、PMOSトランジスタQp2のゲート電極206に接続され、且つ、コンタクト214bを介して第2メタル215に接続され、コンタクト214c、第1メタル213e及びコンタクト211cを介してゲート配線206cに接続され、NMOSトランジスタQn2のゲート電極206に接続される。
本実施例によれば、無駄な配線やコンタクト領域を設けずに、2入力NAND回路を構成する4個のSGTを1列に配置でき、面積が縮小された半導体装置が提供できる。
また、第2メタルを用いることにより、実施例2のゲート配線206bが省略できる。さらに、NMOSトランジスタQn1とNMOSトランジスタQn2の電流の流れる方向(ドレインとソースの向き)を同じにできるため、電流特性を合わせることができ、良好な特性が得られる。
(実施例7)
図8に、図1の2入力NAND回路の変形例を示す。図1では、第1のPMOSトランジスタQp1と第2のPMOSトランジスタQp2のソースに供給される電源端子Vccが共通に接続されているが、図8では、第1のPMOSトランジスタQp10と第2のPMOSトランジスタQp20のソースには、各々電源電圧Vccが供給されている。動作としては同じであるが、トランジスタを配置する場合に、電源配線の配線方法が異なる。実施例7に、図8に基づいた配置を示す。
図9aおよび図9bに、第7の実施例の配置を示す。図9aは、本発明の2入力NANDレイアウト(配置)の平面図、図9bは、カットラインA−A’に沿った断面図を示す。
図9aにおいて、図8のNAND回路のPMOSトランジスタQp10、NMOSトランジスタQn10、PMOSトランジスタQp20、NMOSトランジスタQn20が右より1列に配置されている。
図9a、図9bにおいて、図2a、図2bと同じ構造の箇所については、300番台の同等の記号で示してある。
基板上に形成された埋め込み酸化膜層(BOX)301などの絶縁膜上に平面状シリコン層302pa、302na、302pb、302nbが形成され、この平面状シリコン層302pa、302na、302pb、302nbは不純物注入等により、それぞれp+拡散層、n+拡散層、p+拡散層、n+拡散層から構成される。303は、平面状シリコン層(302pa、302na、302pb、302nb)の表面に形成されるシリサイド層であり、平面上シリコン層302pa、302na、302pbを接続する。304n1、304n2はn型シリコン柱、304p1、304p2はp型シリコン柱、305はシリコン柱304n1、304n2、304p1、304p2を取り巻くゲート絶縁膜、306はゲート電極、306a、306bはそれぞれゲート配線である。シリコン柱304n1、304n2の最上部には、それぞれp+拡散層307p1、307p2が不純物注入等により形成され、シリコン柱304p1、304p2の最上部には、それぞれn+拡散層307n1、307n2が不純物注入等により形成される。308はゲート絶縁膜305を保護するためのシリコン窒化膜、309p1、309p2、309n1、309n2はp+拡散層307p1、307p2、n+拡散層307n1、307n2に接続されるシリサイド層、310p1、310p2、310n1、310n2は、シリサイド層309p1、309p2、309n1、309n2と第1メタル配線313a、313d、313c、313fとをそれぞれ接続するコンタクト、311aはゲート配線306aと第1メタル配線313bを接続するコンタクト、311bはゲート配線306bと第1メタル配線313eを接続するコンタクトである。312はn+拡散層302nbと接続しているシリサイド層303と第1メタル配線313gを接続するコンタクトである。
314n1は第1メタル配線313cと第2メタル配線315を接続するコンタクト、314n2は第1メタル配線303fと第2メタル配線315とを接続するコンタクトである。
シリコン柱304n1、下部拡散層302pa、上部拡散層307p1、ゲート絶縁膜305、ゲート電極306により、PMOSトランジスタQp10を構成し、シリコン柱304n2、下部拡散層302pb、上部拡散層307p2、ゲート絶縁膜305、ゲート電極306により、PMOSトランジスタQp20を構成し、シリコン柱304p1、下部拡散層302na、上部拡散層307n1、ゲート絶縁膜305、ゲート電極306により、NMOSトランジスタQn10を構成し、シリコン柱304p2、下部拡散層302nb、上部拡散層307n2、ゲート絶縁膜305、ゲート電極306により、NMOSトランジスタQn20を構成する。
また、PMOSトランジスタQp10のゲート電極306にはゲート配線306aが接続され、PMOSトランジスタQp20のゲート電極306にはゲート配線306bが接続され、NMOSトランジスタQn10のゲート電極306には、ゲート配線306aが接続され、NMOSトランジスタQn20のゲート電極306にはゲート配線306bが接続される。
下部拡散層302pa、302naおよび302pbはPMOSトランジスタQp10、Qp20、NMOSトランジスタQn10の共通ドレインとなり、出力OUT10に接続される。PMOSトランジスタQp10のソースである上部拡散層307p1はシリサイド309p1、コンタクト310p1を介して第1メタル配線313aに接続され、第1メタル配線313aには電源Vccが供給される。PMOSトランジスタQp20のソースである上部拡散層307p2はシリサイド309p2、コンタクト310p2を介して第1メタル配線313dに接続され、第1メタル配線313dには電源Vccが供給される。NMOSトランジスタQn10のソースである上部拡散層307n1はシリサイド309n1、コンタクト310n1を介して第1メタル配線313cに接続され、第1メタル配線313cはさらに、コンタクト314n1を介して第2メタル配線315に接続される。NMOSトランジスタQn20のドレインである上部拡散層307n2はシリサイド309n2、コンタクト310n2を介して第1メタル配線313fに接続され、第1メタル配線313fはさらに、コンタクト314n2を介して第2メタル配線315に接続される。ここで、NMOSトランジスタQn10のソースとNMOSトランジスタQn20のドレインは、第2メタル配線315を介して接続される。また、下部拡散層302nbはNMOSトランジスタQn20のソースとなり、シリサイド303、コンタクト312を介して第1メタル配線313gに接続され、第1メタル配線313gには基準電源Vssが供給される。
第1メタル配線313bには、入力信号IN1が供給され、コンタクト311aを介してゲート配線306aに接続され、PMOSトランジスタQp10およびNMOSトランジスタQn10のゲート電極に供給される。
第1メタル配線313eには、入力信号IN2が供給され、コンタクト311bを介してゲート配線306bに接続され、PMOSトランジスタQp20およびNMOSトランジスタQn20のゲート電極に接続される。
なお、第1メタル配線313aに供給される供給電源Vccと第1メタル配線313dに供給される供給電源Vccは図示しない箇所で接続されており、同一の電源として供給される。
実施例の図では、電源Vccが第1メタル配線313aと第1メタル配線313dに分かれて供給されるが、各々、PMOSトランジスタQp10とQp20の上部に配置されるので、面積の増加はなく、SGTの特徴を生かして、配置面積が縮小できる。
本実施例によれば、無駄な配線やコンタクト領域を設けずに、2入力NAND回路を構成する4個のSGTを1列に配置でき、面積が縮小された半導体装置が提供できる。
なお、図示しないが、図5あるいは図6のように、NMOSトランジスタQn20のソースとドレインの接続を入れ替えて、電流の向きをNMOSトランジスタQn10と合わせることも可能である。
なお、図示はしないが、図9a、図9bにおいて、NMOSトランジスタQn20とPMOSトランジスタQp20のゲート信号を供給する第1メタル配線313e、コンタクト311b、ゲート配線306bを、NMOSトランジスタQn20の左側に配置すれば、すなわち、第2メタル配線315の外側に配置すれば、入力信号IN2を供給する第1メタル配線313eを第2メタルに制約されずに配置できるので、配置の自由度が向上する。
(実施例8)
図10に、さらなる別の実施例を示す。本実施例の等価回路図は図8に従っている。
本実施例において、上述した実施例1〜実施例7と大きく異なるところは、PMOSトランジスタQp10、Qp20、NMOSトランジスタQn10及びQn20のソースとドレインの向きを上下逆に配置したことである。
図10aは、本発明の2入力NANDレイアウト(配置)の平面図、図10bは、カットラインA−A’に沿った断面図を示す。
図10aにおいて、図8のNAND回路のPMOSトランジスタQp10、NMOSトランジスタQn10、Qn20、PMOSトランジスタQp20が右より1列に配置されている。
図10a、図10bにおいて、図2a、図2bと同じ構造の箇所については、400番台の同等の記号で示してある。
基板上に形成された埋め込み酸化膜層(BOX)401などの絶縁膜上に平面状シリコン層402pa、402n、402pbが形成され、この平面状シリコン層402pa、402n、402pbは不純物注入等により、それぞれp+拡散層、n+拡散層、p+拡散層から構成される。403は、平面状シリコン層(402pa、402n、402pb)の表面に形成されるシリサイド層である。404n1、404n2はn型シリコン柱、404p1、404p2はp型シリコン柱、405はシリコン柱404n1、404n2、404p1、404p2を取り巻くゲート絶縁膜、406はゲート電極、406a、406bはそれぞれゲート配線である。柱状シリコン層404n1、404n2の最上部には、それぞれp+拡散層407p1、407p2が不純物注入等により形成され、柱状シリコン層404p1、404p2の最上部には、それぞれn+拡散層407n1、407n2が不純物注入等により形成される。408はゲート絶縁膜405を保護するためのシリコン窒化膜、409p1、409p2、409n1、409n2はp+拡散層407p1、407p2、n+拡散層407n1、407n2に接続されるシリサイド層、410p1、410p2、410n1、410n2は、シリサイド層409p1、409p2、409n1、409n2と第1メタル配線413b、413g、413d、413eとをそれぞれ接続するコンタクト、411aはゲート配線406aと第1メタル配線413cを接続するコンタクト、411bはゲート配線406bと第1メタル配線413fを接続するコンタクトである。412aはp+拡散層402paと接続しているシリサイド層403と第1メタル配線413aを接続するコンタクト、412bはp+拡散層402pbと接続しているシリサイド層403と第1メタル配線413hを接続するコンタクトである。
414p1は第1メタル配線413bと第2メタル配線415を接続するコンタクト、414p2は第1メタル配線413gと第2メタル配線415を接続するコンタクト、414n1は第1メタル配線413dと第2メタル配線415を接続するコンタクトである。
シリコン柱404n1、下部拡散層402pa、上部拡散層407p1、ゲート絶縁膜405、ゲート電極406により、PMOSトランジスタQp10を構成し、シリコン柱404n2、下部拡散層402pb、上部拡散層407p2、ゲート絶縁膜405、ゲート電極406により、PMOSトランジスタQp20を構成し、シリコン柱404p1、下部拡散層402n、上部拡散層407n1、ゲート絶縁膜405、ゲート電極406により、NMOSトランジスタQn10を構成し、シリコン柱404p2、下部拡散層402n、上部拡散層407n2、ゲート絶縁膜405、ゲート電極406により、NMOSトランジスタQn20を構成する。
また、PMOSトランジスタQp10のゲート電極406にはゲート配線406aが接続され、PMOSトランジスタQp20のゲート電極406にはゲート配線406bが接続され、NMOSトランジスタQn10のゲート電極406にはゲート配線406aが接続され、NMOSトランジスタQn20のゲート電極406にはゲート配線406bが接続される。
第2メタル配線415はPMOSトランジスタQp10、Qp20、NMOSトランジスタQn10の共通ドレインとなり、出力OUT10に接続される。PMOSトランジスタQp10のソースとなる下部拡散層402paはシリサイド403、コンタクト412aを介して第1メタル配線413aに接続され、第1メタル配線413aには電源Vccが供給される。PMOSトランジスタQp20のソースとなる下部拡散層402pbはシリサイド403、コンタクト412bを介して第1メタル配線413hに接続され、第1メタル配線413hには電源Vccが供給される。NMOSトランジスタQn10のソースである下部拡散層402nはNMOSトランジスタQn20のドレインとなる。NMOSトランジスタQn20のソースとなる上部拡散層407n2はシリサイド409n2、コンタクト410n2を介して第1メタル配線413eに接続され、第1メタル配線413eには基準電源Vssが供給される。
第1メタル配線413cには入力信号IN1が供給され、コンタクト411aを介してゲート配線406aに接続され、PMOSトランジスタQp10およびNMOSトランジスタQn10のゲート電極406に供給される。
第1メタル配線413fには、入力信号IN2が供給され、コンタクト411bを介してゲート配線406bに接続され、PMOSトランジスタQp20およびNMOSトランジスタQn20のゲート電極406に供給される。
実施例では、電源Vccが第1メタル配線413aと第1メタル配線413hに分かれて供給されるが、各々、図面上の左右の端に配置されるので、図示しない本発明の実施例を左右に連続で配置する場合に、共有化でき、面積増にはならないで配置が可能であり、SGTの特徴を生かして、配置面積が縮小できる。
また、本実施例では、出力OUT10を第2メタルで出力できるので、出力の取り出し方に自由度がある。例えば、出力配線となる第2メタル415は、図10aの右方向にも、左方向にも、自由に取り出せる。
本実施例によれば、無駄な配線やコンタクト領域を設けずに、2入力NAND回路を構成する4個のSGTを1列に配置でき、面積が縮小された半導体装置が提供できる。
(実施例9)
図11a、図11b及び図11cに、第9の実施例として、第8の実施例の変形例を示す。図11aは、本発明の2入力NANDレイアウト(配置)の平面図、図11bは、カットラインA−A’に沿った断面図、図11cは、カットラインB−B’に沿った断面図を示す。電源Vccは共通で供給するので、図1の回路図に従う。
図11aにおいて、図1のNAND回路のPMOSトランジスタQp1、NMOSトランジスタQn1、Qn2、PMOSトランジスタQp2が右より1列に配置されている。
図11a、図11bにおいて、図10a、図10bと同じ構造の箇所については、500番台の同等の記号で示してある。
本実施例と第8実施例(図10a、図10b)との違いは、PMOSトランジスタQp1、Qp2にVcc電源を供給するコンタクト512a、512bを、図10a、図10bでは、左右に配置しているのに対して、図11aでは図の上下(図11cでは図の左右)に配置していることである。
基板上に形成された埋め込み酸化膜層(BOX)501などの絶縁膜上に平面状シリコン層502pa、502n、502pbが形成され、この平面状シリコン層502pa、502n、502pbは不純物注入等により、それぞれp+拡散層、n+拡散層、p+拡散層から構成される。503は、平面状シリコン層(502pa、502n、502pb)の表面に形成されるシリサイド層である。504n1、504n2はn型シリコン柱、504p1、504p2はp型シリコン柱、505はシリコン柱504n1、504n2、504p1、504p2を取り巻くゲート絶縁膜、506はゲート電極、506a、506b、506c、506dはそれぞれゲート配線である。シリコン柱504n1、504n2の最上部には、それぞれp+拡散層507p1、507p2が不純物注入等により形成され、シリコン柱504p1、504p2の最上部には、それぞれn+拡散層507n1、507n2が不純物注入等により形成される。508はゲート絶縁膜505を保護するためのシリコン窒化膜、509p1、509p2、509n1、509n2はp+拡散層507p1、507p2、n+拡散層507n1、507n2に接続されるシリサイド層、510p1、510p2、510n1、510n2は、シリサイド層509p1、509p2、509n1、509n2と第1メタル配線513b、513e、513c、513dとをそれぞれ接続するコンタクト、511aはゲート配線506aと第1メタル配線513aを接続するコンタクト、511bはゲート配線506dと第1メタル配線513fを接続するコンタクトである。図11a、図11cにおいて、512aはp+拡散層502paと接続しているシリサイド層503と第1メタル配線513gを接続するコンタクトである。図11aにおいて、512bはp+拡散層502pbと接続しているシリサイド層503と第1メタル配線513hを接続するコンタクトである。
514p1は第1メタル配線513bと第2メタル配線515を接続するコンタクト、514p2は第1メタル配線513eと第2メタル配線515を接続するコンタクト、514n1は第1メタル配線513cと第2メタル配線515を接続するコンタクトである。
シリコン柱504n1、下部拡散層502pa、上部拡散層507p1、ゲート絶縁膜505、ゲート電極506により、PMOSトランジスタQp1を構成し、シリコン柱504n2、下部拡散層502pb、上部拡散層507p2、ゲート絶縁膜505、ゲート電極506により、PMOSトランジスタQp2を構成し、シリコン柱504p1、下部拡散層502n、上部拡散層507n1、ゲート絶縁膜505、ゲート電極506により、NMOSトランジスタQn1を構成し、シリコン柱504p2、下部拡散層502n、上部拡散層507n2、ゲート絶縁膜505、ゲート電極506により、NMOSトランジスタQn2を構成する。
また、PMOSトランジスタQp1のゲート電極506にはゲート配線506aが接続され、PMOSトランジスタQp2のゲート電極506にはゲート配線506dが接続され、NMOSトランジスタQn1のゲート電極506には、ゲート配線506bを経由してゲート配線506aが接続され、NMOSトランジスタQn2のゲート電極506にはゲート配線506cを経由してゲート配線506dが接続される。
第2メタル配線515はPMOSトランジスタQp1、Qp2、NMOSトランジスタQn1の共通ドレインとなり、出力OUT1に接続される。PMOSトランジスタQp1のソースとなる下部拡散層502paはシリサイド503、コンタクト512aを介して第1メタル配線513gに接続され、さらに、コンタクト514aを介して第2メタル配線516に接続される。第2メタル配線516には電源Vccが供給される。PMOSトランジスタQp2のソースとなる下部拡散層502pbはシリサイド503、コンタクト512bを介して第1メタル配線513hに接続され、さらに、コンタクト514bを介して第2メタル配線516に接続される。NMOSトランジスタQn1のソースである下部拡散層502nはNMOSトランジスタQn2のドレインとなる。NMOSトランジスタQn2のソースとなる上部拡散層507n2はシリサイド509n2、コンタクト510n2を介して第1メタル配線513dに接続され、第1メタル配線513dには基準電源Vssが供給される。
第1メタル配線513aには入力信号IN1が供給され、コンタクト511aを介してゲート配線506aに接続され、PMOSトランジスタQp1およびNMOSトランジスタQn1のゲート電極506に供給される。
第1メタル配線513fには、入力信号IN2が供給され、コンタクト511bを介してゲート配線506dに接続され、PMOSトランジスタQp2およびNMOSトランジスタQn2のゲート電極506に供給される。
この回路のレイアウトの基本単位をユニットブロックとして、1点鎖線でUB500を示す。このユニット単位で、複数のNAND回路を上下に配置すれば、電源Vccを供給するコンタクト512a、512bを共有でき、面積増を抑えることが可能である。
本実施例は第8実施例に対して、トランジスタQp1、Qp2にVcc電源を供給するコンタクト512a、512bを、図の上下に配置していることにより、図において、左右の幅が大幅に縮小できる。
本実施例によれば、無駄な配線やコンタクト領域を設けずに、2入力NAND回路を構成する4個のSGTを1列に配置でき、面積が縮小された半導体装置が提供できる。
(実施例10)
図12a、図12bおよび図12cに、第10の実施例として、第9の実施例の変形例を示す。図12aは、本発明の2入力NANDレイアウト(配置)の平面図、図12bは、カットラインA−A’に沿った断面図、図12cは、カットラインB−B’に沿った断面図を示す。
図12aは、図1のNAND回路を4セット配置した例である。図の右最上部より、PMOSトランジスタQp11、NMOSトランジスタQn11、Qn12、PMOSトランジスタQp12が1列に配置されている。同様にして、次の列に、PMOSトランジスタQp21、NMOSトランジスタQn21、Qn22、PMOSトランジスタQp22が1列に配置され、さらに下の列に、PMOSトランジスタQp31、NMOSトランジスタQn31、Qn32、PMOSトランジスタQp32が1列に配置され、4列目にPMOSトランジスタQp41、NMOSトランジスタQn41、Qn42、PMOSトランジスタQp42が1列に配置されている。これらのNAND回路4セットを一つにまとめて、NAND回路ユニットブロックUB600を構成する。
図12a、図12b、図12cにおいて、図11a、図11b、図11cと同じ構造の箇所については、600番台の同等の記号で示してあり、同じところは説明を省略し、本発明と第9実施例と異なるところのみを説明する。
本実施例では、PMOSトランジスタQp11、Qp21、Qp31、Qp41に電源Vccを供給するためのコンタクト612a、PMOSトランジスタQp12、Qp22、Qp32、Qp42に電源Vccを供給するコンタクト612bをNAND回路4セットに一対設けている。さらに、電源Vccを供給するメタル配線として、図12aの左右方向に延在して配置された第2メタル616を設けている。図12cにおいて、PMOSトランジスタQp11、Qp21、Qp31、Qp41は平面状シリコン層602paにソースを接続されており、平面状シリコン層602paに接続されたシリサイド603、コンタクト612aを介して第1メタル配線613kに接続され、第1メタル配線613kはコンタクト614kを介して第2メタル配線616に接続される。第2メタル配線616は図12aに示す通り、図の上側左右、下側左右及び左側上下に延在配置されており、左右から自由に電源Vccを供給できる。さらに、電源Vccをブロック単位で供給することで、図11の実施例に対して図の上下方向も最小間隔で配置できるため、縮小できる。
なお、本実施例では、NAND回路4セットに一対のコンタクトを設けたが、電源の供給経路は、シリサイド層603を経由して電流が流れるので、シリサイド配線の抵抗により、電圧降下を引き起こす場合がある。消費電流量と抵抗値を考慮してセット数を決めれば良い。
本実施例によれば、無駄な配線やコンタクト領域を設けずに、2入力NAND回路を構成する4個のSGTを1列に配置でき、面積が縮小された半導体装置が提供できる。
(実施例11)
図13aおよび図13bに、第11の実施例の配置を示す。図13aは、本発明の2入力NANDレイアウト(配置)の平面図、図13bは、カットラインA−A’に沿った断面図を示す。
図13aにおいて、図1のNAND回路のPMOSトランジスタQp2、Qp1、NMOSトランジスタQn1、Qn2が右より1列に配置されている。
図13a、図13bにおいて、図2a、図2bと同じ構造の箇所については、700番台の同等の記号で示してある。
基板上に形成された埋め込み酸化膜層(BOX)701などの絶縁膜上に平面状シリコン層702p、702nが形成され、この平面状シリコン層702p、702nは不純物注入等により、それぞれp+拡散層、n+拡散層から構成される。703は、平面状シリコン層(702p、702n)の表面に形成されるシリサイド層である。704n1、704n2、はn型シリコン柱、704p1、704p2はp型シリコン柱、705はシリコン柱704n1、704n2、704p1、704p2を取り巻くゲート絶縁膜、706はゲート電極、706a、706b、706cはそれぞれゲート配線である。シリコン柱704n1、704n2の最上部には、それぞれp+拡散層707p1、707p2が不純物注入等により形成され、シリコン柱704p1、704p2の最上部には、それぞれn+拡散層707n1、707n2が不純物注入等により形成される。708はゲート絶縁膜705を保護するためのシリコン窒化膜、709p1、709p2、709n1、709n2はp+拡散層707p1、707p2、n+拡散層707n1、707n2に接続されるシリサイド層、710p1、710p2、710n1、710n2は、シリサイド層709p1、709p2、709n1、709n2と第1メタル配線713d、713c、713f、713gとをそれぞれ接続するコンタクト、711aはゲート配線706aと第1メタル配線713eを接続するコンタクト、711bはゲート配線706bと第1メタル配線713bを接続するコンタクトである。712はp+拡散層702pと接続しているシリサイド層703と第1メタル配線713aを接続するコンタクトである。
714p1は第1メタル配線713dと第2メタル配線715を接続するコンタクト、714p2は第1メタル配線713cと第2メタル配線715を接続するコンタクト、714n1は第1メタル配線713fと第2メタル配線715を接続するコンタクトである。
シリコン柱704n1、下部拡散層702p、上部拡散層707p1、ゲート絶縁膜705、ゲート電極706により、PMOSトランジスタQp1を構成し、シリコン柱704n2、下部拡散層702p、上部拡散層707p2、ゲート絶縁膜705、ゲート電極706により、PMOSトランジスタQp2を構成し、シリコン柱704p1、下部拡散層702n、上部拡散層707n1、ゲート絶縁膜705、ゲート電極706により、NMOSトランジスタQn1を構成し、シリコン柱704p2、下部拡散層702n、上部拡散層707n2、ゲート絶縁膜705、ゲート電極706により、NMOSトランジスタQn2を構成する。
また、PMOSトランジスタQp1のゲート電極706にはゲート配線706aが接続され、PMOSトランジスタQp2のゲート電極706にはゲート配線706bが接続され、NMOSトランジスタQn1のゲート電極706には、ゲート配線706aが接続され、NMOSトランジスタQn2のゲート電極706にはゲート配線706cを介してゲート配線706bが接続される。
第2メタル配線715はPMOSトランジスタQp1、Qp2、NMOSトランジスタQn1の共通ドレインとなり、出力OUT1に接続される。PMOSトランジスタQp1およびQp2のソースとなる下部拡散層702pはシリサイド703、コンタクト712を介して第1メタル配線713aに接続され、第1メタル配線713aには電源Vccが供給される。NMOSトランジスタQn1のソースである下部拡散層702nはNMOSトランジスタQn2のドレインとなる。NMOSトランジスタQn2のソースとなる上部拡散層707n2はシリサイド709n2、コンタクト710n2を介して第1メタル配線713gに接続され、第1メタル配線713gには基準電源Vssが供給される。
第1メタル配線713eには入力信号IN1が供給され、コンタクト711aを介してゲート配線706aに接続され、PMOSトランジスタQp1およびNMOSトランジスタQn1のゲート電極706に供給される。
第1メタル配線713bには、入力信号IN2が供給され、コンタクト711bを介してゲート配線706bに接続され、PMOSトランジスタQp2のゲート電極706に供給されるとともに、ゲート配線706cを経由してNMOSトランジスタQn2のゲート電極706に供給される。
本実施例では、電源Vccの供給が図の最右側、基準電源Vssの供給が図の最左側から配線できるので、図示しない、本回路を左右に複数配置する場合に、電源Vcc、基準電源Vss同士を共有化して配置でき、更なる面積の縮小化が可能となる。
本実施例によれば、無駄な配線やコンタクト領域を設けずに、2入力NAND回路を構成する4個のSGTを1列に配置でき、面積が縮小された半導体装置が提供できる。
(実施例12)
図14には、さらに別のNAND回路図を示す。図1との違いは、PMOSトランジスタQp200と、NMOSトランジスタQn200の入力信号が、別配線にて接続されていることである。PMOSトランジスタQp200ゲートには信号IN2aが入力され、NMOSトランジスタQn200のゲートには、信号IN2bが入力される。信号IN2aと信号IN2bは、図で示す通り、別な箇所において、共通の信号IN2に接続されているので、動作としては、図1と同じである。配置の都合で、入力信号IN2a、IN2bを別系統で配線したものである。
図14の接続に従った実施例を図15に示す。図15は、図13の変形例である。
図15aおよび図15bに、第12の実施例の配置を示す。図15aは、本発明の2入力NANDレイアウト(配置)の平面図、図15bは、カットラインA−A’に沿った断面図を示す。
図15aにおいて、図1のNAND回路のPMOSトランジスタQp200、Qp100、NMOSトランジスタQn100、Qn200が右より1列に配置されている。
図15a、図15bにおいて、図13a、図13bと同じ構造の箇所については、同じ700番台の同等の記号で示してある。
基板上に形成された埋め込み酸化膜層(BOX)701などの絶縁膜上に平面状シリコン層702p、702nが形成され、この平面状シリコン層702p、702nは不純物注入等により、それぞれp+拡散層、n+拡散層から構成される。703は、平面状シリコン層(702p、702n)の表面に形成されるシリサイド層である。704n1、704n2、はn型シリコン柱、704p1、704p2はp型シリコン柱、705はシリコン柱704n1、704n2、704p1、704p2を取り巻くゲート絶縁膜、706はゲート電極、706a、706b、706cはそれぞれゲート配線である。シリコン柱704n1、704n2の最上部には、それぞれp+拡散層707p1、707p2が不純物注入等により形成され、シリコン柱704p1、704p2の最上部には、それぞれn+拡散層707n1、707n2が不純物注入等により形成される。708はゲート絶縁膜705を保護するためのシリコン窒化膜、709p1、709p2、709n1、709n2はp+拡散層707p1、707p2、n+拡散層707n1、707n2に接続されるシリサイド層、710p1、710p2、710n1、710n2は、シリサイド層709p1、709p2、709n1、709n2と第1メタル配線713d、713c、713f、713gとをそれぞれ接続するコンタクト、711aはゲート配線706aと第1メタル配線713eを接続するコンタクト、711bはゲート配線706bと第1メタル配線713bを接続するコンタクト、711cはゲート配線706cと第1メタル配線713hを接続するコンタクトである。712はp+拡散層702pと接続しているシリサイド層703と第1メタル配線713aを接続するコンタクトである。
714p1は第1メタル配線713dと第2メタル配線715を接続するコンタクト、714p2は第1メタル配線713cと第2メタル配線715を接続するコンタクト、714n1は第1メタル配線713fと第2メタル配線715を接続するコンタクトである。
シリコン柱704n1、下部拡散層702p、上部拡散層707p1、ゲート絶縁膜705、ゲート電極706により、PMOSトランジスタQp100を構成し、シリコン柱704n2、下部拡散層702p、上部拡散層707p2、ゲート絶縁膜705、ゲート電極706により、PMOSトランジスタQp200を構成し、シリコン柱704p1、下部拡散層702n、上部拡散層707n1、ゲート絶縁膜705、ゲート電極706により、NMOSトランジスタQn100を構成し、シリコン柱704p2、下部拡散層702n、上部拡散層707n2、ゲート絶縁膜705、ゲート電極706により、NMOSトランジスタQn200を構成する。
また、PMOSトランジスタQp100のゲート電極706にはゲート配線706aが接続され、PMOSトランジスタQp200のゲート電極706にはゲート配線706bが接続され、NMOSトランジスタQn100のゲート電極706には、ゲート配線706aが接続され、NMOSトランジスタQn200のゲート電極706にはゲート配線706cが接続される。
第2メタル配線715はPMOSトランジスタQp100、Qp200、NMOSトランジスタQn100の共通ドレインとなり、出力OUT100に接続される。PMOSトランジスタQp100およびQp200のソースとなる下部拡散層702pはシリサイド703、コンタクト712を介して第1メタル配線713aに接続され、第1メタル配線713aには電源Vccが供給される。NMOSトランジスタQn100のソースである下部拡散層702nはNMOSトランジスタQn200のドレインとなる。NMOSトランジスタQn200のソースとなる上部拡散層707n2はシリサイド709n2、コンタクト710n2を介して第1メタル配線713gに接続され、第1メタル配線713gには基準電源Vssが供給される。
第1メタル配線713eには入力信号IN1が供給され、コンタクト711aを介してゲート配線706aに接続され、PMOSトランジスタQp100およびNMOSトランジスタQn100のゲート電極706に供給される。
第1メタル配線713bには、入力信号IN2aが供給され、コンタクト711bを介してゲート配線706bに接続され、PMOSトランジスタQp200のゲート電極706に供給される。
第1メタル配線713hには入力信号IN2bが供給され、コンタクト711cを介してゲート配線706cに接続され、NMOSトランジスタQn200のゲート電極706に供給される。
なお、入力信号IN2a、IN2bは図1の入力信号IN2と同等であるが、第1メタル配線の接続箇所が異なるため、便宜上、信号名を区別してある。
本実施例では、入力信号用の配線(第1メタル配線713c)が図13に対して増加するが、図13におけるゲート配線706cが省略できるので、図示しない、図の上下に複数回路を配置した場合に、最小ピッチにて配置できるので、上下方向に縮小が可能である。
本実施例によれば、無駄な配線やコンタクト領域を設けずに、2入力NAND回路を構成する4個のSGTを1列に配置でき、面積が縮小された半導体装置が提供できる。
以上の実施例では、基板上に形成された埋め込み酸化膜層(BOX)などの絶縁膜上に平面状シリコンを配置したプロセスの例を用いて配置を説明したが、バルクのCMOSプロセスを用いても同様である。一例として、図16に、図2の実施例を、バルクCMOSプロセスにて配置した実施例を示す。
図16aは、本発明の2入力NANDレイアウト(配置)の平面図、図16bは、カットラインA−A’に沿った断面図を示す。
図16aにおいて、図1のNAND回路のNMOSトランジスタQn1、PMOSトランイスタQp1、Qp2、NMOSトランジスタQn2が右より1列に配置されていることは、図2と同じである。また、図16a、図16bにおいて、図2a、図2bと同じ構造の箇所については、同じ100番台の同等の記号で示してある。
特許文献4(特許第4756221号公報)を参照して、図2のBOXプロセスと図16のバルクCMOSプロセスでは、図16aの平面図では違いがないが、図16bの断面図において、異なる点がある。図16bにおいて、150は、p型シリコン基板である。160は、素子分離(アイソレーション)用の絶縁体である。また、170は、リーク防止の分離層となるn−領域である。このp型シリコン基板150、素子分離用の絶縁体160、リーク防止分離層170以外の、下層拡散層より上側の工程、構造はまったく同じであり、本発明の実施例1〜12までをバルクCMOSプロセスで実現できる。ただし、素子分離層160、リーク防止分離層170を設けるために、多少の面積増となる。
なお、本実施例の説明では、便宜上、PMOSトランジスタのシリコン柱はN型シリコン、NMOSシリコン柱はP型シリコン層と定義したが、微細化されたプロセスでは、不純物注入による濃度の制御が困難となるため、PMOSトランジスタもNMOSトランジスタも、シリコン柱は不純物注入を行わない、いわゆる中性(イントリンジック:Intrinsic)な半導体を用い、チャネルの制御、すなわちPMOS、NMOSの閾値は、金属ゲート材固有のワークファンクション(Work Functin)の差を利用する場合もある。
また、本発明の本質は、4つのトランジスタの配置を最適な形で定義したものであり、この配置順序に従った場合において、ゲート配線の配線方法、配線位置、メタル配線の配線方法及び配線位置等は本実施例の図面に示したもの以外のものも本発明の技術的範囲に属するものである。
Qp1、Qp2,Qp10、Qp20、Qp100、Qp200、Qp11,Qp21、Qp31、Qp41、Qp12、Qp22、Qp32、Qp42:PMOSトランジスタ
Qn1、Qn2,Qn10、Qn20、Qn100、Qn200、Qn11,Qn21、Qn31、Qn41、Qn12、Qn22、Qn32、Qn42:NMOSトランジスタ
101、201、301、401、501、601、701:埋め込み酸化膜層
102p、102n、202p、202n、302p、302n、402p、402n、502p、502n、602p、602n、702p、702n:平面状シリコン層
103、203、303、403、503、603、703:シリサイド層
104p1、104p2、204p1、204p2、304p1、304p2、404p1、404p2、504p1、504p2、604p1、604p2、704p1、704p2:p型シリコン柱
104n1、104n2、204n1、204n2、304n1、304n2、404n1、404n2、504n1、504n2、604n1、604n2、704n1、704n2:n型シリコン柱
105、205、305、405、505、605、705:ゲート絶縁膜
106、206、306、406、506、606、706:ゲート電極
106a、106b、206a、206b、206c、306a、306b、406a、406b、506a、506b、506c、506d、606a、606b、606c、606d、706a、706b、706c:ゲート配線
107p1、107p2、207p1、207p2、307p1、307p2、407p1、407p2、507p1、507p2、607p1、607p2、707p1、707p2:p+拡散層
107n1、107n2、207n1、207n2、307n1、307n2、407n1、407n2、507n1、507n2、607n1、607n2、707n1、707n2:n+拡散層
108、208、308、408、508、608、708:シリコン窒化膜
109p1、109p2、109n1、109n2、209p1、209p2、209n1、209n2、309p1、309p2、309n1、309n2、409p1、409p2、409n1、409n2、509p1、509p2、509n1、509n2、609p1、609p2、609n1、609n2、709p1、709p2、709n1、709n2、:シリサイド層
110p1、110p2、110n1、110n2、210p1、210p2、210n1、210n、310p1、310p2、310n1、310n2、410p1、410p2、410n1、410n2、510p1、510p2、510n1、510n2、610p1、610p2、610n1、610n2、710p1、710p2、710n1、710n2:コンタクト
111a、111b、211a、211b、211c、311a、311b、411a、411b、511a、511b、611a、611b、711a、711b、711c:コンタクト
112、212、312、412a、412b、512a、512b、612a、612b、712:コンタクト
113、213、313、413、513、613、713:第1メタル配線
114、214、314、414、514、614、714:コンタクト
115、215、315、415、515、516、615、616、715:第2メタル配線

Claims (16)

  1. ソース、ドレイン及びゲートが、基板と垂直な方向に階層的に配置される4つのトランジスタを、基板上に1列に配列することによりNAND回路を構成する半導体装置であって、
    前記各トランジスタは、
    シリコン柱と、
    前記シリコン柱の側面を取り囲む絶縁体と、
    前記絶縁体を囲むゲートと、
    前記シリコン柱の上部又は下部に配置されるソース領域と、
    前記シリコン柱の上部又は下部に配置されるドレイン領域であって、前記シリコン柱に対して前記ソース領域と反対側に配置されるドレイン領域とを備え、
    前記4つのトランジスタは、
    第1のPチャネルMOSトランジスタと、
    第2のPチャネルMOSトランジスタと、
    第1のNチャネルMOSトランジスタと、
    第2のNチャネルMOSトランジスタと
    で構成され、
    前記第1のPチャネルMOSトランジスタと前記第1のNチャネルMOSトランジスタのゲートは互いに接続されており、
    前記第2のPチャネルMOSトランジスタと前記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートは互いに接続されており、
    前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第1のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域は、シリコン柱より基板側に配置されており、
    前記第2のNチャネルMOSトランジスタのソース領域は、シリコン柱より基板側に配置されており、
    前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第1のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域は、互いにシリサイド領域を介して接続されており、
    前記第1のNチャネルMOSトランジスタのソース領域は、前記第2のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域とコンタクトを介して接続されており、
    前記第1のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のPチャネルMOSトランジスタのソースは、コンタクトを介して電源供給端子に接続されており、
    前記第2のNチャネルMOSトランジスタのソース領域は、シリサイド領域を介して基準電源端子に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記4つのトランジスタは、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記4つのトランジスタは、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 前記第2のPチャネルMOSトランジスタと前記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートが、コンタクトを介して接続されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
  5. 前記4つのトランジスタは、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  6. ソース、ドレイン及びゲートが、基板と垂直な方向に階層的に配置される4つのトランジスタを、基板上に1列に配列することによりNAND回路を構成する半導体装置であって、
    前記各トランジスタは、
    シリコン柱と、
    前記シリコン柱の側面を取り囲む絶縁体と、
    前記絶縁体を囲むゲートと、
    前記シリコン柱の上部又は下部に配置されるソース領域と、
    前記シリコン柱の上部又は下部に配置されるドレイン領域であって、前記シリコン柱に対して前記ソース領域と反対側に配置されるドレイン領域とを備え、
    前記4つのトランジスタは、
    第1のPチャネルMOSトランジスタと、
    第2のPチャネルMOSトランジスタと、
    第1のNチャネルMOSトランジスタと、
    第2のNチャネルMOSトランジスタと
    で構成され、
    前記第1のPチャネルMOSトランジスタと前記第1のNチャネルMOSトランジスタのゲートは互いに接続されており、
    前記第2のPチャネルMOSトランジスタと前記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートは互いに接続されており、
    前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域は、シリコン柱より基板側に配置されており、
    前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第1のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域は、互いにシリサイド領域を介して接続されており、
    前記第1のNチャネルMOSトランジスタのソース領域は、前記第2のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域とコンタクトとシリサイド領域を介して接続されており、
    前記第1のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のPチャネルMOSトランジスタのソースは、コンタクトを介して電源供給端子に接続されており、
    前記第2のNチャネルMOSトランジスタのソース領域は、コンタクトを介して基準電源端子に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  7. 前記4つのトランジスタは、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
  8. 前記4つのトランジスタは、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
  9. 前記第2のPチャネルMOSトランジスタと前記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートが、コンタクトを介して接続されていることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
  10. 前記4つのトランジスタは、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
  11. ソース、ドレイン及びゲートが、基板と垂直な方向に階層的に配置される4つのトランジスタを、基板上に1列に配列することによりNAND回路を構成する半導体装置であって、
    前記各トランジスタは、
    シリコン柱と、
    前記シリコン柱の側面を取り囲む絶縁体と、
    前記絶縁体を囲むゲートと、
    前記シリコン柱の上部又は下部に配置されるソース領域と、
    前記シリコン柱の上部又は下部に配置されるドレイン領域であって、前記シリコン柱に対して前記ソース領域と反対側に配置されるドレイン領域とを備え、
    前記4つのトランジスタは、
    第1のPチャネルMOSトランジスタと、
    第2のPチャネルMOSトランジスタと、
    第1のNチャネルMOSトランジスタと、
    第2のNチャネルMOSトランジスタと
    で構成され、
    前記第1のPチャネルMOSトランジスタと前記第1のNチャネルMOSトランジスタのゲートは互いに接続されており、
    前記第2のPチャネルMOSトランジスタと前記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲートは互いに接続されており、
    前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第一のNチャネルMOSトランジスタのソース領域は、シリコン柱より基板側に配置されており、
    前記第2のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域はシリコン柱より基板側に配置されており、
    前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ及び、前記第1のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域は、互いにコンタクトを介して接続されており、
    前記第1のNチャネルMOSトランジスタのソース領域は、前記第2のNチャネルMOSトランジスタのドレイン領域とシリサイド領域を介して接続されており、
    前記第1のPチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のPチャネルMOSトランジスタのソースは、シリサイド領域を介して電源供給端子に接続されており、
    前記第2のNチャネルMOSトランジスタのソース領域は、コンタクトを介して基準電源端子に接続されていることを特徴とする半導体装置。
  12. 前記4つのトランジスタは、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ、前記第2のNチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のPチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置されていることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。
  13. 前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタのソース領域を、各々、前記4つのトランジスタが1列に配置された列方向と垂直方向に延在させたシリサイド領域を設けて、前記延在させたシリサイド領域とコンタクトを介して電源供給端子と接続することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
  14. 請求項13に記載の半導体装置における1列に配置された4つのトランジスタで構成される回路を、1列に配置された方向と垂直方向に複数個配置し、前記延在させたシリサイド領域を各々共通接続させて、且つ、複数個にひとつの割合で、前記延在させたシリサイド領域とコンタクトを介して電源供給端子と接続することを特徴とする半導体装置。
  15. 前記4つのトランジスタは、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のPチャネルMOSトランジスタ、前記第1のNチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチャネルMOSトランジスタの順番に、1列に配置されていることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。
  16. 前記第2のPチャネルMOSトランジスタと前記第2のNチャネルMOSトランジスタのゲート配線が、コンタクトを介して、各々異なる信号線により供給されることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置。
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