TW382164B - Semiconductor IC device with tunnel current free MOS transistors for power supply intercept of main logic - Google Patents
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Description
A7 B7 五、發明説明(彳) 技術領域 本發明係關於一種構成元件具有MOS電晶體之半導體積 體電路,特別是關於一種適合在2 V以下的低電壓電源下使 其動作的_如通道電流流動一般使用具有薄閘極絕緣膜的 MOS電晶體之半導體積體電路裝置。 背景技術 作爲由細微MOS電晶體構成之半導體積體電路的一習知 例,可舉「1994非標準積體電路會議(CICC)」267頁到270 頁所載的「對MOSFET臨界電壓變化的CMOS供電電壓比J列 限制」.。此文獻中說明了電晶體的臨界値和備用時的漏電 流之關係。 發明之揭示 .現在一般的MOS電晶體在1.8〜2.5V程度的閘極電壓(閘極 、源極間電壓,通常等於電源電壓)使用5〜6 nm釋度的_閘極 絕緣膜。一般隨著MOS電晶體的製造基準細微化,閘極絕 緣膜也薄膜化。發明者們預測下一代的MOS電晶體,係在 2 V以下的閘極電壓使用4 nm以下閘極絕緣膜的電晶體。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一般認爲MOS電晶體的動作速度原理上與閘極絕緣膜厚 度成.反比而高速化。然而,大家都知道.在太薄的絕緣膜上 通道電流會流動。在MOS電晶體方面,會成爲本來應該不 流動的源極、閘極電流或汲極、閘極電流這種漏電流(通道 漏電流)而顯現。而且,會發生使MOS電晶體的備用時消耗 電力增大的問題。以下,將通道漏電流流動這種絕緣膜稱 爲薄閘極絕緣膜,將使用這種絕緣膜的MOS電晶體稱爲薄 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CMS ) A4規格(210X297公釐) A 7 B7 五、發明説明(2 ) 膜MOS電晶體。此外,將通道漏電流不流動的MOS電晶體 稱爲厚膜MOS電晶體。·關於通道漏電流的問題,半導體世 界月刊1995年7月號80〜94頁中雖有指出,但未提示解決此 問題的概念。 茲用圖1 0就通道電流的備用時消耗電力增大加以具體説 明v ' 圖10(a)顯示厚膜MOS電晶體之汲極電壓、電流特性。此 處,設想閘極氧化膜厚度爲約6 nm。由於氧化膜厚十分厚 ,所以在閘極、源極間及閘極、汲極間流動的通道漏電濟 可忽視。 圖10(b)顯示薄膜MOS電晶體之汲極電壓、電流特性。設 想閘極氧化膜厚度爲3.5 nm。由於氧化膜厚薄^所以漏電 流會在閘極、源極間及閘極、汲極間流動。因此,_即使没 極電壓爲0V,閘極電壓也不是0V時,不能忽視的電流會在 閘極、汲極間流動。在(.b)中,閘極電壓爲2.0V時,0.5mA 程度的汲極電流流動。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在以厚膜MOS電晶體構成的C.MOS(互補式金氧半導體)電 路方面,由於閘漏.爲可忽視之量,所以只要源極、没極間 無漏電流,穩態電流(直流電流)就不流動。然而,在以薄 膜MOS電晶體構成的CMOS電路方面,由於閘漏流動,所 以穩態電流(直流電流)流動。因此,即使電路未動作時, 也會消耗電力。 圖1 1顯示閘極絕緣膜厚度和閘漏電流之關係。即使閘極 電壓有2〜3 V程度,若絕緣膜厚度有6 nm程度以上,則通道 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) self* 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明( 3 A7 B7 ^流也是沒有問題的電平。另—方面,得知即使使間極 电壓比現狀低到W.5V,閉才亟絕緣膜厚度薄到約3麵程度 ^属電流大小也不可忽視。若閘極電壓2v前後,則絕緣膜 厚度4細前後認爲是境$。根據上述半導體世界指出.,以 閘極氧化膜厚度5 nm爲臨界,顯出量子力學的通道效應, 閘極氧化膜薄到丄5 nm時不用説;即使3 nm〜3 ·5枷程度, 顯著通道電流也流動。如圖U所示’爲省電力而閘極電壓 在變小的方向,即使如此,閘極絕緣膜&29nm薄到2〇· ,得知即使^下的閘極電壓,大的漏電流也會流動。又 ,目前可維持氧化矽性質的閘極氧化膜最小厚度,推測是 10 A(埃)程度。 此外,使MOS電晶體的臨界値上升,即使使用抑制在源 極、汲極間流動的次臨界漏電流的技術,使起因於在源極 、閘極間流動的通道電流的備用時消耗電力減低,原理上 也是不可能。 閘極漏電流(通道電流)藉由加厚閘極絕緣膜膜厚可因應 ,可縮小備用時消耗電力,但如已述,若將這種M〇s電晶 體用於電路’則電路動作速度變慢,不能得到所希望的性 本發明之目的在於提供一種不犧牲電路動作速度,而可 縮小備用時消耗電力之半導體積體電路裝置。 爲了達成上述目的,本發明提供一種有效地分別使用可 忽視通道電流的厚蹲MOS電晶體和雖有通道漏電流問題但 可高速動作的薄膜MOS電晶體,低消耗電力且高性能之半 6- 本紙張X·度適用中國國家標準(CNS > A4g ( 210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫各頁.) 4 ------1T-------0— ml n^i _ A7 _B7_ 五、發明説明(4 ) 導體積體電路裝置。 即,構成爲以下半導體積體電路裝置:在同一基板上設 置在源極、閘極間或汲極、閘極間流動的漏電流大小不同 的多種MOS電晶體,同時多種MOS電晶體之中.,具有主電 路:以漏電流大的至少1個Μ O S電晶體構成;及,控制電路 :插入主電路和2個電源的至少一方之間_,以漏電流小的至 少1個Μ 0 S電晶體構成。 MOS電晶體的閘極絕緣膜厚度在3.5 nm以下,可得到相 當的高速性能,而使其從3 ·0 nm以下薄到2.0 nm以下,會表 高速。然而,通道漏電流也增加,所.以最好用漏電流小的 MOS電晶體切斷到薄膜MOS電晶體的備用電源。電源切斷 用的MOS電晶體的閘極絕緣膜厚度若爲5.0 nm以上,則有 充分效果,若不被要求高速性,則可製成10.0 nm以上。 這種MOS電晶體藉由改變閘極絕緣膜厚度、改變閘極戴 子濃度或分佈或者改變汲極或源極戴子濃度或分佈,可得 到所希望的特性。一般加厚閘極絕緣膜厚度,則閘長的大 小也要增加。 此外,在製程上,兩種MOS電晶體之閘極絕緣膜、閘極 分別形成,則特性控制正確。特別是薄的閘極絕緣膜製程 中的特性控制困難,所以最好先形成厚的閘極絕緣膜,後 形成薄的閘極絕緣膜。此外,分別構成兩種MOS電晶體之 際,若在閘極層上先形成保護用的絕緣膜,則可防止下一 製程使閘極劣化。 此處,在本發明之半導體積體電路裝置方面,特別是處 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X 297公釐) ---------ΙΦ------tT------Φ— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _ 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 __.__B7_:_— 五、發明説明(5 ) 理被要求高速性的資訊信號的部分,例如CPU中的邏輯電 路(反及、反或等邏辑閘)、閂鎖、要求高速性的記憶體等 ,最好以薄膜MOS電晶體構成。 此外,切斷這些薄'膜MOS電晶體備用中的電源的開關, 最好使用厚度MOS電晶體作爲電源切斷用電晶體。再者, 不要求高速性的電路或要求高耐塵的電路,以厚度MOS電 晶體構成較佳。例如是不要求高速性的SRAM(靜態隨機存 取記憶體)、DRAM(動態隨機存取記憶體)、罩幕式唯讀記憶 體等記憶胞、爲防止閘極絕緣膜破壞而插入的保護電路爹 。此外,施加高電壓的厚膜MOS電晶體之源極、汲極構造 。最好使用LDD(輕摻雜汲極)型之類的電場缓和構造。 此外,將本發明之半導體積體電路裝置構成爲積體電路 晶片時,有時晶片内外的信號電平會不同,所以最好具備 進行信號電平變換的電平變換電路,但此時在施加晶片外 部南信號電平的部分使用厚膜Μ 0 S電晶體^在施加晶片内 部低信號電平的部分使用薄膜MOS電晶體,由電路的可靠 性來看也是最理想的。 以厚膜Μ 0 S電晶體構成的記憶胞最好構成如下:功能上 含有暫存器檔、快取記憶體、TBL及DRAM胞之中的至少1 個,於備用時保持資料。然而,也可以分層地構成如下: 記憶胞含有存取速度快的第一種記憶體和比此存取速度慢 的第二種記憶體,構成第一記憶體的MOS電晶體的漏電流 比構成第二記憶體的.MOS電晶體的漏電流大。 再者,電源切斷用電晶體切斷薄膜MOS電晶體的電源時 ^ … -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明(6 ) ,藉由具有電平保持電路,該電平保持電路係保持以薄膜 MQS電晶體構成的邏輯電路等輸出,可消除薄膜MOS電晶 體的電源切斷影響。此電平保持電路最好以漏電流小的厚 膜MOS電晶體構成。' 用於本發明之類的薄膜MOS電晶體,即使是以閘極電壓 不達到2 V的0.8V或1.2V程度的電‘壓動作時,漏電流也變大 ,所以如上述之備用中的電源切斷,減低消耗電流的效果 大。 又,最好如此漏電流大的MOS.電晶體和漏電流小的MQS 電晶體以不同的閘極電壓驅動。具體而言,係將此漏電流 小的MOS電晶體低的電壓施加.於閘極和源極或汲極之間而 驅動漏電流大的Μ 0 S電晶體。 此外,本案發明一側面也特徵化爲以下半導體積體電路 裝置:在同一珍基板上形成存在於源極、閘極間.或没極、 閘極間的絕緣膜厚度4 nm以下的第一 MOS電晶體和此絕緣 膜厚度超過4 nm的第二MO S電晶體。‘ 此外,本案發明其他側面係以下半導體積體電路裝置: 具有存在於源極、閘極間或汲極、閘極間的絕緣膜厚度4 nm以下的第一 MOS電晶體和存在於源極、閘極間或没極、 閘極間的絕緣膜厚度比第一 MOS電晶體之絕緣膜厚度厚的 第二MOS電晶體’以弟二MOS電晶體控制在第一 MOS電晶 體之源極、閘極間或汲極、閘極間流動的電流。 此外,其他一側面具體化爲以下半導體積體電路裝置: 具有存在於源極、閘極間或汲極、閘極間的絕緣膜厚度4 > '- -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A 7 B7 五、發明説明(7 ) nm以下的第一 MOS電晶體和切斷供應第一 MOS電晶體電源 的第二MOS電晶體,具有在電源切斷中保持第一 MOS電晶 體輸出的電平保持電路。 再者,其他側面表現爲以下半導體積體電路裝置:在同 一矽基板上形成在源極、閘極間或汲極、閘極間流動的漏 電流大的第一 MOS電晶體和漏電流比第一 MOS電晶體小的 第二MO S電晶體’以比第'一 MO S電晶體.南電壓的電源驅動 第二MOS電晶體。 此外,本發明之積體電路結構,係指輸入振幅電壓Vcp2 的輸入信號而回應此信號之半導體積體電路裝置,具體化 爲以下半導體積體電路裝置:具有使輸入信號的振幅電愿 下降到Vcc 1而形成内部信號的電平變換電路,以内部信號 爲輸入MOS電晶體之閘極、源極間或閘極、汲極間的漏電 流比以輸入信號爲輸入的MOS電晶體之閘極、源極間或閘 極、没極間的漏電流大。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此外,將本案發明特別適用於微電腦等積體電路裝置, 係指以MOS電晶體構成運算處理裝置和含有罩幕式唯讀記 憶體、SRAM、DRAM之中至少1個的記憶裝置之半導體積 體電路裝置,最好構成爲以下半導體積體電路裝置··構成 運算裝置中之邏辑電路的MOS電晶體之閘極絕緣膜厚比構 成記憶裝置之記憶胞的MOS電晶體之閘極絕緣膜薄。 此外,本發明之特徵在於:在同一矽基板上至少設置在 源極、閘極間或汲極、閘極間流動的通道電流大小不同的 多種MOS電晶體,同時通道電流大小不同的多種MOS電晶 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明(8 ) 體之中,具有主電路:以通道電流大的至少1個MOS電晶體 構成;及,控制電路:以通道電流小的至少1個MOS電晶體 構成,插入主電路和2個電源的至少一方之間;根據供應控 制電路的控制信號控制容許/不容許在構成主電.路的通道電 流大的MOS電晶體之源極、閘極間或汲極、閘極間電流流 動者。 _ 此外,多種MOS電晶體之特徵在於:以閘極絕緣膜厚度 不同的MOS電晶體或具有導入同一種類且濃度不同的雜質 之閘極的同一導電型MOS電晶體構成者。 ‘ 再者,其特徵在於:以閘極絕緣膜厚度不同的MOS電晶 體構成時,在具有厚的閘極絕緣膜的MOS電晶體之閘極側 壁黏附由不溶解於氫氟酸的絕緣材料構成的側壁間隔物者 。此侧壁間隔物也可用作形成前述LDD構造之際的罩幕。' 圖式之簡單説明 圖1爲顯示製造本發明半導體積體電路裝置之一實施例的 截面圖。圖2爲顯示製造本發明半導體積體電路裝置之其他 一實施例的截面圖。圖3爲顯示本發明半導體積體電路裝置 之一實施例的平面圖。圖4爲圖3之A-A'的截面圖。圖5爲 本發明之實施例的電路圖。圖6爲顯示本發明之其他實施例 的電路圖。圖7爲顯示本發明之其他實施例的電路圖。圖8 爲顯示本發明之其他實施例的電路圖。圖9爲顯示本發明之 其他實施例的電路圖。圖1 0爲通常MOS電晶體及在閘極絕 緣膜通道電流流動的MOS電晶體之典型電流特性。圖1 1爲 顯示閘極絕緣膜厚度和閘極電流密度之關係的曲線圖。圖 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ^wl.
12爲顯示土發明之其他實施例的電路圖。圖13爲顯示本發 明之其他貫施例的電路圖 *'v 例的·路圖…广 本發明之其他實施 圖161 H 本發明之其他實施例的電路圖。 發明之其他實施例的電路圖。圖18爲:示本 施例的電路圖。圖19爲顯示本發明之並 例二貫 。圖20爲顯示本發明之其他實施:實施例的电路圖 本發明之其他實施例的電路 圖21爲顯示 θ片的卓品国 _ 圖22屙本發明之積體電路 日“的千面圖。圖23爲本發明之積體電路晶片的平 圖24爲本發明之積體電路晶片的 心 ^ 積^曰圖。.圖25爲本發明之 二。圖26爲本發明之積體電路晶片的 二本發明之降壓電路的電路圖。㈣爲U 明其他實施例之降壓電路 9 發 經 濟 部 中 準 局 貝 合 作 社 .施例之降壓電路的電路圖。圖3:爲輸 圖31爲附有電平保持之電平變換電路的電路圖。圖32^ 他附有電平保持之電平變換電路的電路圖。圖3^備= 的電路圖。圖34爲本發明之微電腦的方塊圖。圖3; f::電ΐ:路:截面圖。圖36爲本發明之罩幕式唯讀記憒 路圖。圖38爲圖37之罩幕式㈡憶體的其他電 39爲本發明之罩慕切^買记憶體的部分截面圖。圖 3〇 . ^ ^ ,靖5己憶體的其他電路圖。圖40爲圖 39之罩幕式唯讀記憶體的部分截面圖。圖:.圖 幕式嘴讀記憶體的其他電路圖。圖42爲圖41之罩慕 記憶體的部分截面圖。圖 〔 幕式唯碩 圏43 Α本發明之DRAM的電路結構 本紙張^適财 -12- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明(10 ) 圖。圖4 4爲圖4 3之感測放大器的電路圖。圖4 5爲圖4 3之 感測放大驅動信號產生電路的電路圖。圖46爲圖43主放 大器的電路圖。圖47爲本發明之SRAM的電路圖。圖48爲 顯示圖4 7之字譯碼器、字驅動器、電平變換電.路的電路圖 。圖49爲顯示圖47之感測放大器及寫入電路的電路圖。圖 50爲本發明之η型MOS電晶體的要'部擴大截面圖。 實施發明之最佳形態 在本發明之較佳實施形態方面,係·在同一矽基板上設置 在源極、閘極間或汲極、閘極間通道電流流動的MOS電晶 體和實質上這種通道電流不流動(或者即使流動也非常小) 的MOS電晶體,將通道電流流動的MOS電晶體用作邏輯元 件等的主電路,將通道電流不流動(或者即使流動也非常小 )的MOS電晶體用作對該主電路的電源供應/切斷控制用的 控制電路。藉由此結構,可不犧牲電路動作速度而縮小備 用時的消耗電力。 以下,使用圖面説明本發明之半導體積體電路裝置。 圖1.及圖2爲説明最小加工尺寸0.1 8微米之際,在同一矽 基板上設置通道電流流動的MOS電晶體和貫質上這種通道 電流不流動(或者即使流動也非常小)的MOS電晶體之半導 體積體電路裝置製程之圖。圖1顯示使用厚度不同的絕緣膜 的本發明之第一實施例,圖2顯示利用雜質濃度的本發明之 第二實施例。又,此處所謂的最小加工尺寸,通常係根據 MOS電晶體之加工閘長規定,幾乎沒有源極及汲極和閘極 的重疊。另一方面,較之閘長之形狀加工尺寸,使評估電 -13- 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 11 五、發明説明( 乳特性所仵到的閘長特意縮短的製造方法也存在。這種情 沉,基於電氣特性的閘長,即「有效閘長」重要。在圖!及 中’ 閘長之形狀加工尺寸和有效閘長幾乎沒有差別 的形態,但先言明:即使比閘長之形狀加工尺寸意圖縮短 有效閘長的製造方法,也可以適用本技術。 茲用圖1説明本發明之第一實施例。本實施例係藉由改變 閘極絕緣膜厚度,以製造通道電流流動的M〇s電晶體和實 質上逞種通道電流不流動的撾〇;8電晶體之例。本實施例係 製造在p型MOS電晶體及n型M〇s電晶體雙方有兩種閘絕赛 膜厚度,但爲防止圖變成煩雜,而在此處只記載15型厘〇8電 的截面。在η型矽基板1〇丨上形成由熱氧化膜3〇〇 nm構 成的凡件分離絕緣膜領域丨02、η型雜質層103及η型雜質層 104。103及104爲平均濃度工x 1〇17/cm3程度,本來是和存在 於同一晶片内的η型M0S電晶體(薄膜、厚膜共同)之元件分 離所需的領域。對103及104的雜質導入方法不特別過問。 如各MOS電晶體之臨界値成爲所希望之値般地進行離子 植入後’全面形成厚度1 〇 nm的矽熱氧化膜1 〇5 ’接著全面 黏附厚度120 nm的多晶矽層1〇6。將磷離子導入ι〇6全面, 將多晶矽層106内部的磷平均濃度調整到1 χ i〇2〇/cm3以上 。此時的磷離子導入方法,可以加速能量4〇. Ke v程度用2 X 1015/cm2程度的離子植入,或者也可用侧掺雜多晶石夕或預 沉積(predeposition)。接著’全面黏附由膜厚5〇 nm的氧化 石夕膜構成的閘極保護.膜107(a)。關於107之作用,後述之。 利用光蚀刻和乾蝕刻製程加工熱氧化膜丨〇5、多晶石夕 . . ------~tr'------Awl (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -14- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 ____;__B7 __ 五、發明説明(12 ) 106及閘極保護膜107,考慮短通道效應而形成加工閘長 0.18 μιη以上的閘極108。此閘極1〇8構成厚膜MOS電晶體之 閘極。以閘極爲罩幕,將氟化侧以2〇 Ke V導入2 X1014/cm2 程度,形成ρ.型導電層109L ’作爲對於閘極1〇8的LDD型(輕 摻雜汲極)源極、汲極領域。其理由是因爲施加於厚膜MOS 電晶體的電壓越不受熱載子特性灰化影響越不變低。爲了 確保可靠性,最好採用LDD構造所代表的電場緩和構造。p 型雜質的導入使用離子植入,平均濃度5 X〗〇 1 s/cm3程度。 這按照必須使用的MOS電晶體特性調整,沒有關係。 在閘極108側壁形成由氮化矽構成的厚度丨〇〇 nm的侧壁間 隔物110。侧壁間隔物11 〇此後以氫氟酸洗淨全面之際,作 爲不侵蝕閘極108正下方的氧化矽膜(此膜作爲閘極1〇8之閘 極絕緣膜而發揮作用)的保護膜而發揮作用。緊接著將氟化 以20Ke V導入2 X 10.15/cm2程度,形成p型導電層1〇9,作 .爲對於.閘極108的源極、没極領域。p型雜質.的導入使用離 子植入,平均濃度5 xl019/cm3程度。 具有如此所形成的閘極108的MOS電晶體之閘極絕緣膜, 在本實施例爲10 nm。以本例所示的〇· 1 8 μηι閘長設計m〇S 電晶體時,電源電壓成爲1.8〜1.5V。閘極氧化膜中的電場 成爲1.8MV/cm2程度。通道電流l〇-2GA/cm2以下非常小,不 曰妨礙Μ 0 S電晶體的正常動作。也沒有因閘極漏電流而消 耗電力增大。此ρ型MOS電晶體因閘極絕緣膜厚(在本實施 例爲10 nm)而通道電流幾乎不流動。此ρ型MOS電晶體係爲 從電源對主電路供應(〇 N時)或切斷(〇 F F時)電荷所使用。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) - --------IΦ —— (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 五、發明説明( 13 A7 B7 M濟部中央標準局貝工消費合作社印袋 其次,形成側壁間隔物110後,以氫氟酸洗淨全面,在形 成元件分離絕緣領域102、閘極108的領域之外,即矽基板 101露出的.表面形成厚度3.5 nm的熱氧化膜111。接著,使 厚度1 8 0 nm的多晶冷112全面黏附。在多晶石夕1.12全面將蹲 離子以加速能量25Ke V導入5 X l〇15/cm2程度,製成雜質平 均濃度1 X 102G/cm3程度的η型多. >曰矽。在其正上方黏附膜 厚100 nm的氧化矽113(b)。113爲閘極的保護膜。 利用光蝕刻製程及乾蚀刻製程加工熱氧化膜11 1、多晶珍 112及氧化梦113,形成閘長.0.18 μπι的閘極114。閘極114辑 成薄膜MOS電晶體之閘極。此處,若無在先前製程形成的 107,則113加工時,厚膜M0S電晶體之閘極1〇6也被同時徐 去。在本製造形態,107是必需的。緊接著利用氟化硼2〇Ke V、2 X 1015/Cm2程度的離子植入設置p型源極、汲極領域 115(c)。在薄膜MOS電晶體所壞用的電壓相當低,而在厚 膜MOS電晶體所擔心之類的熱載子影響少,.所以無需形成 LDD構造那樣的電場緩和構造。 接著,進行抑制短通道效應的離子植入,但爲防止圖變 成須雜而在此處省略記載。然後,形成層間絕緣膜ιΐ6後, 以第:金屬配線層i 17連接各電晶體之端子(d)。按照需要 /成第 第一配、'泉層。具有此薄閘極氧化膜的MOS電 ,體m電源電壓!. 8 v這種低電源電恩,施加於間極 :化膜的電場也成爲5Mv/cm2,閘極漏電流變成卜… 表:。具1此薄閉極氧化膜的刪電晶體按照習知比例定 律使用於主電路。又,厚膜M〇s電晶體的閉長 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 10 I 1 訂 ---'--1 —r LIH —r---- -16- A7 B7 五、發明説明(14 ) 最好比薄膜MOS電晶體的閘長,即存在於同一晶片内的電 晶體的最小閘長加大。厚膜MOS電晶體的臨界値需比薄膜 Μ 0 S電晶體的臨値南地設定。然而,習知同一閘長而只加 厚閘極氧化膜,則有臨界値變低的傾向。臨界値變低,則 容易變成MOS電晶體不完全斷開的狀態,即因次臨界電流 而供應薄膜MOS電晶體電流。如k 一來,就不能發揮本發 明之效果。此現象可用加大源極、汲極的距離,即加大閘 長解決。此方法一般慣稱爲「比例定律」的MOS電晶體設 計準則和整合性佳。即,適用不按比例的MOS電晶體就f句 了。但是,這種情況,面積增大是不能否認的。 作爲其他方法,可舉加高厚膜MOS電晶體之通道部雜質 濃度的方法。此手法比先前的方法可縮小閘長,所以有小 抑制晶片上的Μ 0 S電晶體所估面積的優點。就缺點而言, 施加於MOS電晶體内部的電場大到比例定律所規定的以上 ,所以MOS電晶體的耐壓或可靠性降低。 圖5 0爲只記載η型MOS電晶體的形態。這以和在圖1説明 的MOS電晶體在同一基板上製造爲前提。以下,簡單説明 製造方法。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在η型矽基板5101上形成由熱氧化膜3 00 nm構成的元件分 離絕緣領域5102、η型雜質層5103及η型雜質層5104。5103 及5 104爲平均濃度1 X 1017/cm3程度,本來是和存在於同一 晶片内的p型MOS電晶體(薄膜、厚膜共同)的元件分離所需 的領域。對5 103及5 1.04的雜質導入方法不特別過問。 如各MOS電晶體之臨界値成爲所希望之値般地進行離子 _ 17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ' ~~---———.— _^2._____—__ 次、發明説明(15) 植入後,全面形成厚度1〇 nm的矽熱氧化膜5丨05,接著全面 黏附厚度120 nm的多晶矽層51〇6。將硼離子導入6106全面 ’將多晶石夕層5 106内部的硼平均濃度調整到i x i〇20/cm3以 上。此時的硼離子導入方法,可以加速能量4〇Ke V程度用2 X 1015/cm2程度的離子植入,或者也可用硼摻雜多晶矽。接 著’全面黏附由膜厚5〇 nm的氧彳b秒膜構成的.閘極保護膜 5107(a) 0 利用光蝕刻和乾蝕刻製程加工熱氧化膜5丨〇5、多晶矽層 5 106及閘極保護膜5丨07,考慮短通道效應而形成加工閘养 0.18 μπι以上的閘極5108。此閘極5108構成厚膜MOS電晶體 之閘極。以閘極爲罩幕,將砷以35Ke ν導入2 X i〇14/cm2, 形成11型導電層51091^,作爲對於閘極5108的1^00型(輕摻雜 汲極)源極、汲極領域。其理由如在圖i所詳述。此η型雜質 的導入使用離子植入,平均濃度5 X 1 〇18/cm3程度。這按照 必須使用的MOS電晶體特性調整,沒有關係。 在閘極5108侧壁形成由氮化矽構成的厚度10〇 nm的側壁 間隔物5110。側壁間隔物5110此後以氫氟酸洗淨全面之際 ,作爲不侵蝕閘極5 108正下方的氧化矽膜(此膜作爲閘極 5 10 8之閘極絕緣膜而發揮作用)的保護膜而發揮作用。緊接 著將磷以4〇Ke V導入2 X l〇15/cm2程度,形成n型導電屏 5 109,作爲對於閘極5 108的源極、汲極領域。η型雜質的導 入使用離子植入,平均濃度5 X 1019/cm3程度。 具有如此所形成的閘極5108的MOS電晶體之閘極絕緣膜 ,在本實施例爲10 nm。 -18- 本紙張尺^適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ' ----------0------訂丨_I---- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央榇準局負工消費合作社印製 A7 ________丨 _B7__ 五、發明説明(16 ) 其次’形成侧壁間隔物5 110後,以氫氟酸洗淨全面,在 形成元件分離絕緣領域5 102、閘極5 108的領域之外,即矽 基板5101露出的表面形成厚度3.5 nm的熱氧化膜5111。接 著,使厚度180 nm的多晶矽5112全面黏附。在多晶矽5112 全面將離子以加速能量40Ke V導入5 X l〇15/cm2程度,製 成雜質平均濃度1 X 102Q/cm3程度的η型多晶矽。在其正上 方黏附膜厚100 nm的氧化矽5113(b)。 利用光蝕刻製程及乾蝕刻製程加工熱氧化膜5 i丨丨、多晶 石夕5 112及氧化矽5 113,形成閘長〇. 18 μηι的閘極5丨! 4。閘择 5114構成薄膜厘0!3電晶體之閘極。緊接著利用坤4〇^^¥、2. χ 1 〇 5/cm2程度的離子植入設置η型源極、没極領域5丨丨5 (c) ο 接著,進行抑制短通道效應的離子植入,但爲防止圖變 成煩雜而在此處省略記載。然後,形成層間絕緣膜5116後 ’以第一金屬配線層5 117連接各電晶體之端子(d)。按照需 要,形成第二、第三配線層。 茲用圖2説明本發明之第二實施例。本實施例係藉由改變 =極及源極部分的雜質滚度,以製造通道電流流動的M〇s 電晶體和實質上這種通道電流不流動的MOS電晶體之例。 本實施例和第一實施例(圖υ同樣,只記載1)型]^〇3電晶體 的截面。在η型矽基板2〇1上形成元件分離絕緣領域2〇2、η 型雜質層203及ρ型雜質層2〇4。此處,11型雜質層2〇3供作構 成王電路的電晶體之井領域,Ρ型雜質層204供作對主電路 的電源供應及電源切斷用MOS電晶體之井。雜質層2〇3 L___ -19- 本紙張尺度適用中國國家榡準(CNS )八4规格(21GX297公後厂 -- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 --—__;__ B7 五、發明説明Y~) 一 ~ ' ' 1 ν 17 7 及204的雜質平均濃度爲i χ 1〇17/cm3程度。對η型雜質層 203及204的雜質導入方法不特別過問。將臨界値調整用離 子以離子値入導入形成各電晶體的領域後,在露出的基板 表面形成厚度3·5 nm的矽熱氧化膜2〇5。接著,在2〇5正上 方全面黏附厚度180 nm的多晶矽層2〇6(a)。 對形成進行通常電路動作的電’晶體之領域,將磷離子 207&以加速能量25Ke v導入2 χ 1〇15/cm2,形成11型多晶矽 207 〇 對形成具有電源切斷功能的電晶體之領域的磷離子纟a 導入,以35心''/導入2\.1〇15/()1112,形.成11型多晶參2.〇8(|3)。 藉由這些硼離子導入製程的差異,具有電源切斷功能妁 電晶體之閘極僅上部雜質濃度變高(大約i x 1〇2〇/cm3),接 近閑極絕緣膜的閘極下部的雜質濃度變低(大約1 X l〇17/cin3)。因此,閘極下部的載子濃度變低,顯示電氣上 類似閘極絕緣膜厚的MOS電晶體的特性。即,可小抑制在 閘極絕緣膜流動的通道電流。 磷離子207a及208a植入後,全面沉積1〇〇 nm的氧化矿膜 209。利用光蝕刻和乾蝕刻製程加工熱氧化膜2〇5、n型多晶_ 矽208及氧化矽膜209,形成閘極210及211(幻。閘極21〇的閘 長爲0.18 μηι。閘極211之閘極氧化膜厚地看得見,所以考慮 短通道效應而使閘長成爲〇18 μιη以上。閘極21〇及2ιι形成 後不久,形成Ρ型導電層212,作爲對於閘極21 〇的源極、没 極領域。同樣地,形成ρ型導電層213,作爲對於閘極2ιι的 源極、汲極領域(d)。ρ型雜質的導入使用離子植入,將氟 __ 20 - 本紙張尺度朝巾關家鱗(CNS ) A4· ( 21GX297公釐) '一~ -—-- -------------0--I!--、tT-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 --------;___B7 五、發明説明(彳8)
OiCe V導人2 X 程度。抑制短通道效應的離子 =入爲防止圖變成煩雜而在此處也省略記載。形成層間 s 彖膜214後’以第—金屬配線層2〗5連接各電晶體之端子 心照而要’形成第二、第三配線層。又,第二實施例(圖 2)的方法沒有到使氡化膜的通道電流徹底減低的效果,所 以消耗電力減低效果比圖!記載的形態小。另一方面,係只 ,分別植入離子即可的製程,而有可簡便製造的優點。^ 造後的檢驗,只是測量閘極絕緣膜厚度即可的圖丨之製程比 需要使其實際動作的圖2之製程有利。 其次,使用圖3及圖4説明本發明之第三實施例。圖3及圖 4係關於本發明之半導體積體電路裝置的具體結構例,圖3 爲本實施例的線路圖,圖4爲圖3之線路圖的a_a,間截面圖 。本電路裝置爲具有連續的2反及(NAND)閘電路之例。 在圖3中,MP及MN爲電源切斷用(控制電路用)的撾〇8電 晶體,閘極絕緣膜厚度5 nm程度也可使用,但在本實施例 爲10 nm。此外,TP及TN爲邏輯電路用(主電路用)的1^〇8 電晶體,閘極絕緣膜厚度爲3.5 nm。.如此,在本實施例中 使用閘極絕緣膜厚度不同的兩種M〇s電晶體。此時,閘極 絕緣膜厚度厚的Μ Ο S電晶體的閘長L M比閘極絕緣膜厚度薄 的MOS電晶體的閘長大。這是因爲如前所述,需要設^適 合閘極絕緣膜的閘長,絕緣膜厚時,閘長短,就會產生源 極、汲極間的次臨界洩漏,不能完全進行通/斷。 兹用圖4說明本實旅例中的半導體積體電路裝置内部構造 。在此實施例方面,基本上使用薄膜M〇s電晶體得到高速 _ -21 - 本紙張I度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(21〇Χ297公釐) ---- ^-------1T-------^9— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 19 五、發明説明( 動作’爲防止薄膜Mos電晶體備用時消耗漏電流而設置切 斷備用時迅源的開_。而且,在此開關部分使用通道漏電 流小的厚膜MOS電晶體。 在η 土基板301上设置p型井3〇2,設置元件分離領域川3。 304至307爲邏輯電路用M〇s電晶體τρ之源極、没極領域, 308及309爲電源切斷用M〇s電晶_Μρ之源極、a極領域。 310及311爲輯電路用MOS電晶體TP之閘才亟,312爲電源 切斷用MOS %晶體奶之閘極。⑺丁爲τρ之閑極氧化膜, GIM爲ΜΡ之閘極氧化膜。 形成第一層間膜313 ,將此膜穿孔而以第一配線層314、 3 15 3 16 3 17與各電晶體之源極、没極及間極連接。配線 層3 14及3 16連接於邏輯電路甩M〇s電晶體pM〇SLt源極領 域配線層3 1 5連接於邏輯電路用M〇s電晶體1)]^〇队之汲極 湏域。配線層317連接邏輯電路用M〇s電晶體?]^〇31^之源極 領域和電源切斷用]^〇3電晶體?]^〇8¥之汲極領域。配線層 3 1 8連接於電源切斷用M〇s電晶體pM〇sv之源極領域。 形成第二層間膜319後,將此膜穿孔而將第二配線層320 、321連接於前述第—配線層所希望的領域。配線層32〇並 聯電源切斷用MOS電晶體pMOSV之汲極。配線層321爲並 聯電源切斷用MOS電晶體pM〇SV之源極的第一電源線。配 線層321通過穿孔的第二層間膜319連接於第一配線層318。 經由以上的配置,可用電源切斷用MOS電晶體pMOSV控制 以邏輯電路用MOS電晶體pm〇SL及nMOSL所構成的邏輯電 路和第一電源的連。又,此處也只記載p型電源切斷用M〇s -22- 本紙張从適用中國國家標準(CNS )从雖(21〇><297公瘦) ----------·! (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7______ 五、發明説明(2〇) 電晶體pMOSV,但也可以將具有厚閘極絕緣膜的η型電源 切斷用MOS電晶體nMOSV連接於邏輯電路用MOS電晶體 nMOSL和第二電源線之間。在以後説明的電路圖(參照圖5 、圖6至圖9)中也記栽著此結構。 茲用圖5説明本發明之第四實施例。圖5係將本發明適用 於最簡單的反相電路者。 在圖5中’.L1爲CMOS反相器,TP1及MP1爲pfMOS電晶 體,TN1及MN1爲η型MOS電晶體。(在本中請案之電晶體 電路圖中,以後ρ型MOS電晶體在閘極端子部附上Ο記號記 載)ΤΡ1及ΤΝ1分別與圖1之ΤΡ及ΤΝ對應。ΤΡ1及ΤΝ1之]V[〇s 電晶體的閘極絕緣膜厚比ΜΡ1及ΜΝ1之MOS電晶體的閘極 絕緣膜厚薄。以下,如TP 1及TN 1般地將使用薄閘極絕緣膜 的·電晶體'記爲薄膜MOS電晶體或薄膜電晶體,如]VIP 1及 ΜΝ1般地將使用厚閘極絕緣膜的電晶體記爲厚膜MOS電晶 體或厚膜電晶體。(在本申請案之電晶體電路圖中,以後薄 膜MOS電晶體用圓包園表示)又,通常稱爲TFT(薄膜電晶體 )的薄膜電晶體係在絕緣基板上以薄膜形成技術製造,但請 注意在本發明所謂的薄膜、厚膜電晶體,單純只是閘極絶 緣膜厚度的比較,爲了方便起見而赋與定義。 厚膜MOS電晶體MP1及MN1插入CMOS反相器L 1和第—電 源Vdd、第二電源Vss之間。使用此電路處理信號之際(正常 時),以控制信號〇8爲^。根據此信號,厚膜]^〇8電晶體 MP1及MN1接通,將第一電源Vdd及第二電源Vss直接連= 於反相器L1。由於CMOS反相器L1以薄^M0S電晶體Τρι -23 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) --——~_ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} I.---^-------------------0------、耵-----ΙΦ------^--^----- A 7 __^_B7_ 五、發明説明(21 ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 及TNI構成,所以在其閘極、源極間及閘極、汲極間漏電流 (通道電流)流動。此漏電流通過厚膜MOS電晶體MP1及 MN1在第一電源Vdd和第二電源Vss間流動,電路全體的消 耗電力增加。不使用此電路時,即備用時,使控制信號C S 成爲’L'。此時,厚膜MOS電晶體MP1及MN1斷開,使第一 電源V dd、第二電源VssCMOS反相器L 1分離。上述閘極、 源極間及閘極、汲極間的漏電流因厚膜MOS電晶體MP 1及 MN1爲斷開而不會在第一電源Vdd和第二電源Vss間流動。 此時,因不供應第一電源Vdd及第二電源Vss而CMOS反;f目 器L1不起作用成爲反相器,(CS'L'時,輸出OUT變成高阻 抗狀態),利用厚膜MOS電晶體MP1及MN1可防止因上述漏 電流而消耗電力增加。在此實施例方面,係以厚膜MOS電 晶體的閘極絕緣膜厚度爲3.5 nm,以薄膜MOS電晶體的閘 極絕緣膜厚度爲6.0 nm,但只要有一點膜厚差(即厚膜電晶 體的通道漏電流比薄膜電晶體的通道漏電流少),就可得到 備用時漏電流減少的放果。又,通常稱爲時鐘反相電路的 電路係使C S成爲時鐘輸入的形式,若MP 1和丁P1及MN 1和 TN1成爲串聯連接,則即使改變MP1和TP 1的順序及MN1和 TN1的順序,對電路動作亦無妨礙。在本發明之電路方面 ,在改變MP1和TP1的連接順序或改變MN1和TN1的連接順 序就無其效果這一點,性質不同。 其次,使用圖6及圖7説明本發明之第五實施例。本實施 例係將本發明適用於由薄膜pMOS電晶體TP 1至TP3及薄膜η 型MOS電晶體ΤΝ1至ΤΝ3所構成的三級結構之CMOS反相器 -*· . -24- 本紙張尺皮適用中國國家橾準(CNS ) A4規格(2丨OX297公釐) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明(22 ) 的實施例.。 . 在同圖中,p型MOS電晶體MP1及MP3及η型MOS電晶體 ΜΝ1至ΜΝ3爲厚膜電晶體。 在圖6中,在電路乏第一電源Vdd及第二電源Vss和3個 CMOS反相器之各電源電極Vcdl、Vcsl至Vcd3、Vcs3間插 入厚膜MOS電晶體。藉由使施加;厚膜MOS電晶體的控制 信號CS成爲’L1,可縮小在薄膜MOS電晶體TP1至TP3、TN1 至TN3之閘極、源極間或閘極、汲極間流動的電流,可削減 消耗電力。 在圖7之實施例方面,將形成三級反相器的薄膜MOS電晶 體之源極連接於假想電源線VcdO、VcsO,在假想'電源線 VcdO、VcsO及第一電源Vdd、第二電源乂33之間插入厚膜 MOS電晶體。藉由此結構,可得到和圖6的情況同樣的效果. 〇 比較圖6和圖7,主要是圖7面積小。MP1至MP3及MN1至 MN3之閘寬需要決定如下:各反相器的延遲時間不因插入 MP1至MP3及MN1至MN3而延遲。圖6的情況,例如MP1及 MN1之閘寬形成和TP1及TN1之閘寬相同大小程度。然而, 在圖7中,可考慮各反相器的活化率而決定MP1及MN1之閘 寬。即,考慮連接於MP 1及MN1的邏輯電路(圖7之例係三 級反相器)的最大活化率而決定MP 1及MN1之閘寬。在圖7 之例方面,三級反相器之中,同時動作的反相器只是一級 ,所以將MP 1及MN 1設計成可充分供應該一級反相器電流 之類的閘寬即可。從結果來看,和圖6之MP1至MP3及MN1 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準( CNS ) A4規格(210X297公釐) I _ n _ I —__. _ .——_ n n I τ - I - In - I ^^^^1 I.------i (請先閱讀背面之注意事項再镇寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印11 五、發明説明( ,之閘寬相同閘寬程度即可,圖7比圖6面積小。 雄用圖8説明本發明之第六實施例。圖8係 LH1.連接於圖7所示> 铕r也 甩丁休待 I罘五實施例,控制信號C S變成'l 1而 反相器的動作停止,.g卩佔认,, 又冰^而 即使輸出(0UT2)變成高阻抗狀態,也 可保持輸出out的電平的實施例。控制信號cs由,h, 'L'時,保持,Η·時的最後邏輯電平。此處,作爲電平保持 LH1,係以反相器2個的問鎖實現,但若爲控制信號 時可保持輸出OUT的電平,對以輸出隨爲輸人的次級電 路沒有影響之類者.,什麼樣的都可以。 在本實施例方面,電平保持電路1^111不要求高速性,以 厚膜MOS電晶體構成而抑制漏電流。要求高速性時,電平 保持電路也可以薄膜MQS電晶體構成,但從反相器本體漏 電流增加,沒有意義,所以需留意設計。 此外,電平保持.電路插入的地方並不是電路中的哪裡都 可以,例如在圖8中,插入0UT1或〇UT2就沒有意義。需要 插入控制仏號C S ’ L ’時亦需保持邏輯電平的信號線(圖8係 0UT3)。 ’ 茲用圖9説明本發明之第七實施例。在上述圖5(第四實施 例)至圖8 (第7Τ貫施例)中,顯示以薄膜M〇s電晶體形成厂 反相器」的實施例,但若爲以薄膜M〇s電晶體構成的電路 ’則具有任何功此的都可以。圖9顯示比例。圖9係將圖5 之反相器變成具有雙輸入(IN1、IN2)的反及閘。根據此結 構’和圖5同樣,也可防止消耗電力的增加。 在圖5至圖9所示的實施例方面,係使用以厚氧化膜構成 • 26, 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(21〇X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁)
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明(24) 的厚膜MOS電晶體作爲連接於控制信號CS的控制電路,但 若爲利用控制信號C S可控制薄膜MOS電晶體之閘極、源極 間或閘極、汲極間的漏電流量者,則什麼樣的都可以。例 如也可以用與圖2所示的製程對應的閘極空乏化率比主電路 空乏化率大的MOS電晶體或以即使是薄膜閘極絕緣膜,閘 偏也小的閘極絕緣膜構成的MOS電晶體構成。 此外,在圖5至圖9所示的實施例方面,未就MOS電晶體 之基板電極特別提及,但在本發明方面,其連接不特別規 定。例如p型MOS電晶體之基板電極連接於第一電源Vdd/ η型MOS電晶體之基板電極連接於第二電源Vss也可以。此 外,在圖5中,將薄膜MOS電晶體TP 1之基板電極連接於 Vcd 1,將薄膜電晶體TN1之基板電極連接於Vcs 1也可以。 這種情況,可將CMOS反相器的標準單元照樣用於爲主電路 .的反相器L 1,該CMOS反相器的標準單元係將基板電極連 接於電源。 按照圖1及圖2所載的程序製造的半導體積體電路裝置, 可適用於下述圖5至圖9全部的電路結構。再者,圖5至圖9 所載的實施例若用於其電路動作頻率小的電路,則更有效 果。例如可舉記憶電路之字譯碼器驅動電路。單埠記憶電 路的情況,只有字元線數的字譯碼器驅動電路一次只能使 一個字譯碼器驅動電路活化。其他有多數字譯碼器驅動電 路仍是非活性,一有閘漏,穩態電流就流動,消耗電力.增 加。若使用上述實施例,則可減低有多數的非活性字譯碼 器驅動電路的消耗電力。 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ------------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 B7 五、發明説明(25 ) 圖1 2~圖1 9顯示減低以薄膜MOS電晶體TP1-TP4、TN1-TN4構成的電路中的備用時漏電流的厚膜MOS電晶體之插 入方法他例。 圖1 2和圖1 3爲備用時間中的IN和OUT的邏輯電平相等時 之例。 如圖12所示,若知道備用時間中IN = OUT='H',只在 V s s側插入開關ΜΡ1即可,在V d d側不需要。 如圖13所示,若知道備用時間中IN = OUT='L',只在Vss 側插入開關MP1即可,在Vdd侧不需要。LH 1爲電平保持 電路,在備用時間中保持輸出。 圖1 4 ~圖1 7爲備用時間中的IN和OUT的邏輯電平不同時 之例。 如圖1 4所示,備用時間中IN和OUT的邏輯電平不同時, 爲防止IN-OUT間的洩漏而將開關插入IN或OUT。IN = 、OUT = ’L'時,放入Vss和OUT或放入Vdd和IN。圖14係將 開關MN1和開關MP4、MN4放入Vss和OUT。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1 5不是將開關放入Vss和OUT,而是放入Vdd和IN(以 ΜΡ 1、MP5、MN5所示)。將開關放入需要負荷驅動能力的 OUT時,因該開關需以大閘寬的MOS電晶體構成而不理想 ,所以實用上圖1 5例較佳。 如圖1 6所示,備用時間中IN的邏輯電平和OUT的邏輯電 平不同時,爲防止IN-OUT間的洩漏而將開關插入IN或 OUT。IN = ’L’、OUT='H'時,將開關 MP1 和MP4、MN4放入 Vdd和OUT。 -28- 本紙張尺度適用中國國家操準(CNS ) A4規格(210X297公釐) A 7 B7 五、發明説明(26) 圖1 7不是將開關放入Vdd和OUT,而是放入Vss和IN(以 MN1、MP5、MN5所示)。由於將開關放入需要負荷驅動能 力的OUT不理想,所以實用上圖1 7之例較佳。 圖1 8係備用時IN、OUT的邏輯電平不明,但知道 IN = OUT時之例,將開關MP1和MN1放入Vdd和Vss即可。 在I N和OUT不需要開關。 ’ 圖1 9顯示有多數(INI、IN2)輸入信號時之例。備用時 ΙΝ1=Ή’、IN2 = OUT=’L',將開關 MP1 和 MP5、MN5 放入 Vdd 和IN1即可。 ^ 如在圖1 2到圖1 9之例可明白,削減閘極漏電流的厚膜 MOS電晶體的插入地方,因電路而有最適當的場所。因此 ,無需電路全體採用同一插入方法,各電路塊插入最適當 的地方即可。 圖2 0和圖2 1顯示電平保持電路LH1的他例。 圖2 0甲成反相二級結構’後級電晶體.的電流驅動能力 比連接於IN的邏輯閘之電晶體的電流驅動能力十分小,並 且比該邏輯閘的通道漏電流十分大。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖2 1爲將後級形成時鐘反相為之例,具有電晶體的電流 驅動能力設計自由度變大的效果。 在以上實施例的説明中,關於電晶體的臨界値,什麼也 沒限定,但設薄膜MOS電晶體爲低臨界値,設厚膜MOS電 晶體爲比此局的臨界値較有效。設電晶體爲低臨界値’所 謂次臨界漏電流就在源極、没極間流動,但可用插入電源 間的高臨界値之厚膜MOS電晶體切斷該漏電流。以下從圖 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明(27) 22起的實施例,顯示基本上厚膜MOS電晶體以次臨界漏電 流不成爲問題程度的例如0.5V程度的高臨界値構成,而薄 膜MOS電晶體以例如0. IV程度的低臨界値構成之例。 此外,在以上實施例方面,關於輸入薄膜M.OS電晶體之 閘極端子的電壓和輸入厚膜MOS電晶體之閘極端子的電壓 之關係,什麼也沒提及,但使輸入厚膜MOS電晶體之閘極 端子的電壓比薄膜MOS電晶體之閘極端子的電壓高較有效 。厚膜MOS電晶體的閘極氡化膜厚,所以可施加比薄膜 MOS電晶體高的電壓,藉此可提高厚膜MOS電晶體的電與 驅動能力。在從圖5到圖2 1的實施例方面,加大CS及/ C S 的信號振幅即可。當時,最好厚膜MOS電晶體的閘長比薄. 膜MOS電晶體的閘長加長。既可提高厚膜MOS電晶體的臨 界値,又可使以高電壓動作的厚膜MOS電晶體裝置的可靠 性提高。以下從圖2 2起的實施例,顯示基本上將例如3.3 V . 程度的高電壓施加於厚膜MOS電晶體,而將例如1.5 V程度 的低電壓施加於薄膜MOS電晶體之例。 以下,顯示使用本發明的各種半導體積體電路例。 圖2 2顯示根據本發明之半導體積體電路的方塊圖。在以 下之圖中,在面積比率方面主要是將以薄膜MOS電晶體構 成的電路塊用實線,將以厚膜MOS電晶體構成的電路塊用 點線,將兩者混在一起的電路塊以兩者包圍而加以區別。 由CPU核心等構成的主電路2201透過輸出入電路2202和 輸出入端子交換信號。此外,主電路220 1透過記憶體直接 周邊電路2204和記憶胞2205(例如以DRAM構成)交換信號 -30 - -----------0 II (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) A7 _ΒΤ_:_ 五、發明説明(28 ) 。備用控制電路(電源控制電路)2206對於上述各模組内的 薄膜MOS電晶體控制其電源等。通常半導體積體電’路晶片 内的信號電壓和晶片外的信號振幅不同,所以用後述電平 變換電路進行信號振幅的電平變·換_。 在圖2 2中,以點線所示的記憶胞2205主要係由可忽視通 道漏電流的具有閘極氧化膜之MOS(厚膜MOS電晶體)所構 成。閘極氧化膜爲例如5〜10 nm程度的厚氧化膜。 主電路2201、輸出入電路2202、記檍體直接周邊電路 2204及備用控制電路2206主要是使用薄膜MOS電晶體。舞 別是多含邏輯元件的主電路,薄膜MOS電晶體的比率多。 在這些電路中的薄膜MOS電晶體如在圖5到圖2 1所詳細敘 述,爲減低備用時的漏電流而以電源控制用的開關可切斷 電源。成爲電源控制用開關的電晶體有漏電流就沒有意義 ,所以使用厚膜MOS電晶體。這些電源開關用MOS爲來自 備用控制電路2206的控制所進行通/斷。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 此外,在此半導體積體電路裝置中,除了電源開關用的 厚膜MOS電晶體之外,在直接施加來自晶片外部的大信號 振幅輸入部分的電晶體(I/O電路等)也使用厚膜MOS電晶體 。這是因爲輸入大信號振幅的I / 0電路需要高閘極耐壓MOS ,一般厚膜MOS電晶體之閘極耐壓高。可將從圖5到圖2 1 説明的薄膜MOS電晶體之削減閘漏的厚膜MOS電晶體用於 南耐壓MOS電晶體’該南耐壓Μ Ο S電晶體係用於I / Ο電路 。藉由將相同厚膜MOS電晶體用於兩者的MOS電晶體,可 實現製程的簡化。 -31- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) A7 、發明説明( 記憶胞2205係備用時需要保持資料的記憶體,這些記憶 胞以可忽視通逭漏電流的厚膜M〇s電晶體構成。若將厚膜 MOS電晶體用於死憶胞,則動作速度會變慢,但無因閑漏 而,肖耗電力增加的間題,所以備用時可繼續供應記憶胞電 源。反乏,備用時無需保持資訊的記憶體,可將薄膜 ,晶體用於:記憶胞。備用時,儲存於記憶胞内的資訊會 消失掉’但藉由斷開供應記憶胞的電源,可防止因閑漏而 消耗電力增加。此外’若記憶體容量爲小容量且備用時即 使繼續供應電源也可忽視因閘漏而消耗電力增加,則同緣 可用溥膜MOS電晶體構成記憶胞。例如暫存器檔等爲小容 量二所以漏電流不太成爲問題,速度受到重視。這種記憶 m取好以薄膜MOS電晶體構成。此外,在本實施例之半導 體積,電路裝置方面’特別是問鎖、正反器等記憶電路被 要求高速,所以.最好使用薄膜¥〇8電晶體。又,以高電壓 驅動、不要求快速回應性的電路,例如前述薄膜m〇s電晶 體之電源控制用開關最好使用厚膜M〇s^晶體。 經濟部中央梯準局員工消費合作社印製 ___________-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 在圖22之例中,以至少兩種電源驅動晶片,比vcci大地 設定電源Vcc2。厚膜M0S電晶體爲電流供應能力高的vcc2 所驅動,薄膜MOS電晶體爲Vccl所驅動。在以下實施例中 ’ Vccl假設爲1.5V,Vcc2假設爲3.3V,但若分別滿足 Vcc2>Vcc 1的關係,則什麼樣的値都可以是不用説的。 在以上説明的圖22之半導體積體電路方面,由於以薄膜 MOS電晶體構成主要部分,所以高速動作可能。 圖23爲半導體積體電路之其他實施例。基本結構係由以 -32- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明(3〇 ) 邏輯電路等構成的主要電2301、輸出入電路2302及備用控 制電路2303所構成。在此例中,使用外部供應的3.3V之電壓 乂(^2降壓電路23 04降壓到1.5¥之¥〇〇1。降壓電路2304可以 在和主電路等同一的晶片上,也可以形成於另外的晶片上 。主電路23 01主要以薄膜MOS電晶體構成,高速動作可能 。降壓電路2304主要以厚膜MOS電晶體構成。薄膜和厚膜 MOS電晶體混入輸出入電路2302、備用控制電路。在這些 電路方面,薄膜MOS電晶體以Vcc 1驅動,厚膜MOS電晶體 以V c c 2驅動。備用控制電路爲抑制漏電流造成電力損失兩 於電路備用時斷開降壓電路2304的輸出。此外,從輸出入 電路23 02對主電路2301的輸出也成爲'L'。由於對主電路 2301的輸入變成'L'且供應主電路的電源電壓變成0V,所以 主電路中的主要節點的電位變成'L ',可削減通道洩漏造嘁 消耗電力增加·。又,設薄膜MOS電晶體爲低臨界値時,也 可同時削減次臨界漏電流造成消耗電力增加是不用説的。 圖2 4爲其他實施例,和圖2 3共同的部分以相同符號表示 。在此實施例方面,從外部供應晶片兩種電源Vcc 1和Vcc2 ,但Vccl透過以厚膜PMOS電晶體構成的開關2404供應主電 路230 1等。備用時,因備用控制電路2303而開關2404變成 斷開,Vccl的供電成爲斷開。此外,和圖2 3同樣,備用時 從輸出電路2302對主電路2301的輸出成爲'L'。開關2404可 以在和主電路等同一的晶片上,也可以是外裝於晶片外的 功率MOS電晶體。此處’開關2404以厚膜MOS電晶體構成 。和圖2 3同樣,由於對主電路2301的輸入變成'L '且供應主 -33 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐〉 ----------·! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-、1T A7 _____B7_'_ 五、發明説明(31 ) 電路的電源電壓變成〇 v,所以主電路中的主要節點的電位 變成'L1,可削減通道洩漏造成消耗電力增加。 圖2 5爲顯示再將補償主電路動作速度誤差的電路放入圖 2 3中的實施例之圖。和先前實施例同樣的結構,附上同一 號碼。在此實施例方面,主電路2501具備延遲監視電路 MONI。延遲監視電路的MONI會監視主電路中妁邏輯電路 的延遲時間。因此,此延遲監視電路原則上以和主電路之 薄膜MOS電晶體同樣的薄膜MOS電晶體構成。延遲監視電 路例如以環形振盪器構成。 ' 由Vcc2製造Vccl的降壓電路2504根據來自主電路中的延 遲監視電路MONI的信號控制Vccl之値,以便補償因主電路 之電晶體製造及溫度等環境變化而造成構成主電路之邏輯 電路的延遲時間誤差。這可以例如圖2 8所示的PLL(鎖相環 路)方式實現。例如溫度上升,構成主電路之邏輯電路的延 遲時間變慢時,降壓電路2504使其輸出Vccl上升。反之, 溫度下降,構成主電路之邏輯電路的延遲時間變快時,降 至電路2504使其輸出下降。藉此,可將構成主電路之邏輯 電路的延遲時間保持於一定。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖2 6爲顯示其他實施例之圖。圖2 5顯示利用監視電路 MONI監視構成主電路之邏輯電路的延遲時間的實施例,但 此處在晶片製造時的檢查測量構成主電路之Μ Ο S電晶體或 邏輯電路_的特性,.將其裝置特性先封入2 6 0 5。根據來自此 2605的控制信號,降壓電路2604決定Vccl之値。例如晶片 檢查時知道比設計値大一點地製造構成主電路之電晶體的 -34 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐〉 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明(32) 臨界値,就記憶於2605内,以便降壓電路2604以比設計値 大之値輸出Vcc 1。反之_,晶片檢查時知道比設計値小一點 地製造構成主電路之電晶體的臨界値,就記憶於2605内, 以便降壓電路2604以比設計値小之値輸出Vc.c 1.。如此一來 ,可補償製造誤差。又,記憶於2605内的裝置資訊可以是 電晶體.的臨界値,也可以是電晶體的飽和電流》値’總之, 能反映構成主電路之邏輯電路的延遲時間即可。此外,其 記憶方法不特別過問。作爲簡單的方法,例如圖2 7之降壓 電路的Vref値以用利用離子束切斷保險絲(鋁配線等)的F!B 加工的物理方法等變化的方法也可以。 圖2 5之方法可補償主電路之電晶體的製造及溫度等環境 變化,但圖2 6之方法可只補償主電路之電晶體的製造誤差 。然而,圖2 6之方法有以下優點:比圖2 5之方法簡便且面 積開銷可小。 圖2 5或圖2 6之方法以外,也可以考慮補償伴隨製造及溫 度等環境變化的主電路動作速度誤差的方法,任何方法都 可以。 圖27爲將在圖23所示的高電壓Vcc2變換成低電壓Vcc 1的 降壓電路(限壓器)2304之電路結構例。此降壓電路以來自 備用控制電路2303的控制信號STB控制,通/斷Vccl的供應 。限壓器處理高的電壓,所以原則上以厚膜MOS電晶體構 \ 成。但是,相位補償電容C C若是μΑ程度,則有漏電流也 沒關係。以薄膜MOS電晶體形成,可縮小電路面積。特別 是C C通常爲幾百〜幾千pF,所以晶片的面積縮小有效果。 -35 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
A 7 B7 五、發明説明(33) 構成分壓電路DIV1的電晶體也可容許μΑ程度的漏電流,即 使有洩漏也只是起作用爲分壓電阻,所以可用具有薄閘極 絕緣膜的MOS電晶體構成。 圖28爲在圖25説明的延遲監視電路ΜΟΝΙ和降壓電路 2 504的詳細電路圖。使用以CMOS反相器構成的環形振盪器 作爲延遲監視器。此電路形成鎖相環路(PLL),以頻率相位 比較器PFD比較延遲監視器MONI的振盪頻率和到主電路的 時鐘信號f 1,透過電平變換器LC3驅動電荷抽運電路C P。 C P的輸出通過低通過濾器LPF,輸出作爲Vref。以此Vref i! 之値爲基礎,製造Vccl。製造與時鐘信號f 1相應的Vccl。 此處,環形振盪器MONI、頻率相位比較器PFD以薄膜MOS 電晶體構成。此外^電荷抽運電路使用V c c作爲電源,所以 以厚朦MO S電晶體構成。藉由使主電路與時鐘信號f 1同步 而動作,可用最適合該時鐘頻率的電源電壓使主電路動作 〇 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖2 9顯示圖2 8之延遲監視電路和降壓電路之他例。基本 結構和圖2 8同樣,但將供應主電路的電源Vcc 1和供應延遲 監視電路的Vc_c3分離。Vccl和Vcc3本來爲相同電壓,但有 時雜訊會從主電路混入Vcc 1。於是,爲了減低混入Vcc 1的 雜訊對延遲監視電路的影響,使到延遲監視電路的電源 Vcc3和Vccl獨立而使監視精度提高。 圖30顯示圖22〜圖26中的輸出入電路2202、23 02之例。 此處只顯示1位元分。輸出入電路透過輸出入端子PAD進行 晶片内部和外部的信號。SEL'L'時,PAD成爲輸入端子, -36 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) A7 B7 五、發明説明(34 ) SEL'H’時成爲輸出端子。LC 1爲電平變換電路,來自備用控 制電路2206、2303(參照圖22〜圖26)的控制信號'L'時,將 Vccl的振幅信號變換成振幅大的Vcc2信號而從輸出端子 PAD輸出外部。因此,電平變換電路LC 1和輸出入端子PAD 之間的電晶體以爲Vcc2所驅動的厚膜MOS電晶體構成。此 處,PULL需要提升時,成爲’ L ',以PMOS的提升電晶體提 升。此PMOS以厚膜MOS電晶體構成。顯示電路備用的 STB'H'時,晶片内部的薄膜MOS電晶體被切斷電源,所以 LC1保持輸出。 - 在輸入側方面,將具有由外部所輸入的Vcc2振幅的信號 以由4004P及4004N所構成的反相器變換成Vccl振幅。因此 ,該2個電晶體處理電平變換前的信號,所以以厚膜MOS電 晶體構成。備用時,來自PAD的信號爲4015P2所切斷,IN 固定於〇 電阻Rl、R2、二極體4002D1、4002D2、電晶體4014Ν爲 輸入保護電路。又,二極體4002D1及4002D2也可以以MOS 電晶體構成。此輸入保護電路中的Μ Ο S.電晶體以南耐壓的 厚膜Μ Ο S電晶體構成。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖31顯示圖30之電平保持及電平變換電路LC1之具體電 路例。根據備用控制信號STB,電平保持電路3 101保持Vcc 1 振幅信號,其後以電平變換電路3 102變換成¥(^2振幅而輸 出。 圖32顯示圖30之電平保持及電平變換電路LC1之其他具 體電路例。根據備用控制信號STB,電平保持電路3201從 -37 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS )八4規格(210X297公釐) : A7 B7 五、發明説明(35 ) 電平變換電路3 202看在輸出侧,保持變換成Vcc2振幅信號 後的信號輸出。 比較圖3 1和圖3 2,功能上在以下意義相同:將小振幅 (Vccl)信號電平變換成大振幅(Vcc2)信號,STB變成’H·時 ,繼續輸出在此之前之値。但是,圖3 1有小面積即可的優 點。 ' 圖33顯示備用控制電路2206、2303(參照圖22~圖26)之 例。將由主電路2202、2301等送出的STBIN信號(Vccl振幅 )電平變換成Vcc2而製造STB及其反轉信號/STB。由於不黨 視速度,所以爲防止漏電流而主要以厚膜MOS電晶體構成 ,但處理Vccl信號振幅的部分使用薄膜MOS電晶體(以圓.包 圍的電晶體部分)。在本圖中,設想輸出STBIN信號的電路 也根據STB信號變成備用狀態,以問寬小(W小)的電晶體 3301、3302施加閂鎖保護備用時STBIN信號成爲不定,以 便保持STB輸出。 經濟部中央標準局員Η消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖3 4爲微電腦之實施例。記憶容量大而閘漏成爲問題, 所以將厚膜MOS電晶體用於命令快取記憶體3401和資料快 取記憶體3402之記憶胞3403、3404。又,比消耗電力重視 兩速性’將要求南速的部分以薄膜Μ Ο S電晶.體構成,也可 以形成層記憶體結構。此外,同樣重視速度的TLB(在3410 或3411中)或暫存器檔(3405或3406)以薄膜MOS電晶體爲主 體,減低消耗電力。 命令發行單元3412、通用暫存器3405、浮點暫存器3406 、整數運算單元3407、浮點運算單元3408、載入儲存單元 -38 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) A7 B7 五、發明説明(36 ) 3409,速度重要,並且若爲小容量,則消耗電力的影響可 忽視,所以以薄膜MOS電晶體形成。備用控制電路3413、 輸出入電路3 414和已説明過的同樣,所以説明省略。 圖35爲圖30所示的輸出入電路部分截面圖。圖中以A所 示的部分爲輸入保護電路,以B所示的部分爲輸出入電路領 域。輸出入電路領域含有電平變棱電路。 在N型基板4006上設置P型井4007P和N型井4007N,設置 元件分離領域4008 ° 4010P1 ' 4009P1、4009P、4010N1爲輸 入保護電路用MOS電晶體PMOSL之源極、汲極領域。R 1及 R2 爲電阻元件,4004P1 ' 4004P2、4000N2、4000P2、 4004N1及4004N2爲電平變換電路MOS電晶體之源極、汲極 領域。4004N4、4004P4爲MOS 電晶體 4004P、4004N之閘極 。4004N3、4004P3 爲 MOS 電晶體 4004P、4004N之閘極絕緣 膜。此外,配線層4013透過接觸孔4012供應電源。此處, 輸入電路領域中電平變換電路以厚膜Μ Ο S電晶體4004P3、 4004Ν3形成。其他的概略和圖4所示的結構同樣。 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖3 6〜圖4 2顯示本發明之罩幕式唯讀記憶體之例。在罩 幕式唯讀記憶體方面,基本上以使預先充電於位元線的電 荷放電而成爲接地電位或照樣保持而保持於高電位,儲存 二進位資訊。 圖3 6顯示擴散層程式方式的反或型罩幕式唯讀記憶體的 方塊圖。字譯碼器3604接到Ν組之行位址和Μ組之列位址, 選擇記憶胞中的1個位址(記憶胞單位)。字驅動器3602接到 字譯碼器的輸出而驅動該記憶胞單位。此處,如後所述, -39 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐)"""'
五、發明説明(37 由於記憶胞以厚膜MOS電晶體構成,所以字元線振幅變成 大振幅(Vcc2)。因此,字驅動器以供應Vcc2的厚膜M〇s電 晶體構成,通常由CPU等傳送的小振幅(Vccl)位址透過電 平變換電路將信號振幅變換成¥(^2振幅而連接於字驅動器 。處理小振幅信號的字譯碼器3 6〇4以薄膜M〇s電晶體構成 。若以薄膜電晶體構成記憶胞36〇1,則作爲最大値,僅(連 接於1位元線的記憶胞數)x (每個記憶胞的閘漏電流)的漏電 流通過字元線流到位元線。因此,以厚膜電晶體構成。因 此,連接於1位元線的記憶胞變多,即隨著記憶體變成大寮 量,本發明之效果變大。若以薄膜電晶體構成記憶胞3601 三則來自非選擇胞的漏電流流動,起和雜訊混入位元線同 等的作用,使S/N惡化,成爲錯誤動作的原因。電平變換 電路3603、感測放大電路3605、備用控制電路36〇6含有薄 ..膜MOS電晶體和厚膜MOS電晶體兩者。 在圖.36之例中,在保持"丨"之胞MMn〇〇不形成電晶體。 .即,不形成擴散層。使字元線W12成爲|H,,Mmnu就變成 接通’位元線BL1變成|L’。.另一方面,保持,,〇"之胞 MMN11構成電晶體,使字元線W11成爲ιΗ,,位元線bli也 不變成· 1/ 〇 圖3 7顯示離子植入程式方式的反或型罩幕式唯讀記憶體 之例。基本上和属3 6之例同樣’但記憶胞37〇 1内部結構若 干不同。使字元線W21、W22成爲'H,之際,以各Μ〇^電晶 體的臨界電壓Vth控制胞之電晶體變成接通或變成斷開。 圖3 8爲圖3 7之記憶胞要部截面圖。選擇字元線時,以 -40- —本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公瘦Ί " ~ ' -- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂' -ΦΙ. 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 __________B7 丨 --------- --- - 五、發明説明(38 ) MOS是否變成接通決定資訊。字元線的電壓(施加於記憶胞 之閘極的電壓)係字驅動器的輸出電壓,所以此電路的情況 成爲Vcc2(>Vccl)。因而,所謂高vth,意味著…匕%^ 。低Vth的情況,若MOS變成接通就夠了,所以Vth<Vcc2 。在本實施例方面,在連接於字元線W21的M〇s之閘極絕 緣膜正下方的邵分設置形成低Vth|的擴散層。 圖3 9顯示接觸孔程式方式的反或型罩幕式唯讀記憶體之 例。基本上和圖3 6之例同樣,但記憶胞3901内部結構若干 不同。各電晶體]VIMN31、MMN3 2的結構相同,但以是否锋 接於位元線BL3控制輸出的'η '和1 L'。 圖40爲圖39之記憶胞部分的要部截面圖。右側的厘〇8未 連接於位元線BL3。 圖4 1顯示離子植入程式方式的反及型罩幕式唯讀記憶體 之例。基本上和圖36之例同樣,但記憶胞41〇1的内部結構 若干不同。MOS電晶體構成單元塊。以使這些]^〇3電晶體 的臨界値成爲正(加強型)或成爲負(.空乏型)決定記憶内容 "1"和”0”。在此例中,使ΜΜΝ4Ι1成爲空乏型的M〇s。一使 選擇字元線BS4成爲'H',塊選擇電晶體BSMN4就成On。同_ 時選擇此塊内的字元線的任一成爲'L,。所選擇的字元線爲 W4n時,在此塊内單元電流流動,透過BSMN4將信號',輸 出到位元線BL4。 圖42顯,示圖41之1己憶胞的要部截面圖。在以上圖面共同 的部分附上同一符號,省略説明。 如以上,本發明可適用於各種罩幕式唯讀記憶體,但在 -41 - 本紙張从適用中國國家標準(CNS)从胁(21()><297公着) —-—:—— ___ - I I I I I---- I I T _ I I n n n 1- nnn 、-卩 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 _ B7____ 五、發明説明(39 ) 反或方式的記憶體方面,由於係以下構造:使MOS電晶體 並聯地多數陣列化,因輸入多而漏電流多;所以本發明減 低漏電流的效果顯著。 圖43爲關於本發明之DRAM之例。以厚膜M.OS電晶體構 成的輸出入電路43 11、備用控制電路4306及字驅動器43 12 主要是以設定成比Vccl高電壓的Vcc2、VPP動作。記憶胞 4301中的電晶體爲防止電荷從以電荷形式儲存資訊的電容 我漏而以厚膜Μ Ο S電晶體構成。爲了驅動該厚膜電晶體, 字元線W以大振幅驅動。此時,根據防止像習知DRAM厂 樣電荷從電容戌漏這種同樣的目的’使記憶胞中的電晶體 成爲高臨界値即可。處理小振幅信號的譯碼器43 13、43.1 8 或位址緩衝器4315、43 16以薄膜MOS電晶體構成,以低電 壓之Vccl驅動。感測放大器4305係厚膜MOS電晶體和薄膜 MOS電晶體混在一起。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 由於輸入輸入電路43 11的信號A i具有大振幅Vcc2,所以 使此信號成爲小振幅Vcc 1而以位址緩衝器43 1 5、43 16、譯 碼器4313、431 8處理。爲此,輸入電路,到Vccl的電平變 換前的電路,厚膜MOS電晶體適合。此外,根據同樣的理 由,輸出電路4320也具有厚膜MOS電晶體。以厚膜MOS電 晶體控制供應位址緩衝器43 1 5、43 16、譯碼器43 13、43 1 8 内的薄膜MOS電晶體的電源,和已述實施例同樣。雖然未 圖示,但列譯碼器43 13中有電平變換電路,使Vcc 1振幅信 號成爲更大的振幅(Vpp)信號而供應字驅動器4321。 在本實施例方面,設電壓Vcc2爲3.3V,設Vccl爲1.8V, -42- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) A 7 __B7_^_ 五、發明説明(40 ) 設Vpp爲3.6V,設VDD爲1.5V。這些電壓可以從外部施加, 也可以使用電壓變換器在内部變換電壓而形成。 圖4 4顯示圖4 3之感測放大器4305的内部結構。備用時, 位元線對B、/B爲預先充電電路PC所預先充電到VDD1/2。 此外,感測放大器驅動線NCS、PCS都在VDD1/2電平。因 此,構成感測放大器S A的電晶體TP11、TP12、TNI 1、 TN12都源極、汲極、閘極全在相同電位,次臨界漏電流、 通道漏電流都不流動。因此,這些以薄膜MOS電晶體構成 ,可使感測動作高速化。 ^ 預先充電信號PCB在備用時爲高電位(>VDD 1/2)。於是, 構成預先充電電路的電晶體MN11-MN13以具有厚閘極氧化 膜的MOS構成,防止通道漏電流。又,源極及汲極同電位 ,所以無需是高臨界値。 構成輸出入閘極YG的電晶體MN14、MN15也以厚膜MOS 電晶體構成。因爲行譯碼器的输出YS輸入這些電晶體之閘 極,備用時在接地電平。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖45顯示圖43之感測放大器電路4305的詳細。輸入信號 之中,A i、A j爲位址信號,_0爲定時信號。一般的記憶體 將記憶體陣列分割成多數子陣列,所以爲了只使所選擇的 子陣列之感測放大器動作,需要位址信號(通常係列位址信 號之中高位的幾位元)。反及閘NA1及反相器IV1、IV2以薄 膜MOS電晶體構成。備用時,Ai、Aj、0爲1L’,SAN也爲 ,SAP爲Ή',所以爲了防止通道漏電流,將開關放入 ΝΑ 1和IV1的電源侧、IV2的接地側和輸入而切斷備用時的 -43- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS〉A4規格(210Χ297公釐) A 7 __B7 ._ 五、發明説明(41 ) 電源。此外,爲保持S AN、SAP的電平而設置電平保持電路 LH1、LH2 〇 NCS、PCS之預先充電電路採用厚膜MOS電晶體。驅動電 晶體MN20、MP20採用厚膜MOS電晶體。這些.電晶體之源 極、汲極、閘極於備用時全在不同的電位,係爲了防止這 些之間的洩漏。 圖4 6顯示圖4 3之主放大器4309的結構例。此例以兩級差 動放大器MAI、MA2構成。構成這些放大器的電晶體採用 薄膜MOS電晶體,以謀求放大動作的高速化。放大器之轉 入信號DO、/D0、第一級之輸出信號D 1、/D1、第二級之輸 出電路D2、/D2都因未圖示的預先充電電路而於備用時變 成'Η ’,所以漏電流不流動。然而,活化電晶體MN3 1、 ΜΝ32採用厚膜MOS電晶體,防止對VSS的洩漏。 圖4 7爲本發明之SRAM的實施例。基本的電路結構和已 述的ROM、DRAM同樣,詳細省略。此處,就記憶胞470 1 的構造加以説明。記憶胞4701基本上以正反器構成,此以 厚膜MOS電晶體構成。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
構成記憶胞4701的電晶體之中,若以薄膜電晶體構成轉 移電晶體(也稱爲存取電晶體),則作爲最大値,僅(連接於 1位元線的記憶胞數)x(每個記憶胞的閘極漏電流)的漏電流 會透過字元線流到位元線,所以起雜訊混入位元線同等的 作用,使S/N惡化。因此,最好至少轉移電晶體採用厚膜 電晶體。轉移電晶體以外的電晶體的間漏只與消耗電力的 增加有關,所以若不重視消耗電力,則也可以以薄膜MOS s - -44 _ 本紙張尺度適用中國國家¥準(CNS )八4規格(210X297公釐) A7 B7 五、發明説明(42 ) 電晶體構成。連接於1位元線的記憶胞數變多,即隨著記憶 體變成大容量,本發明之效果變大。 此外,關於轉移電晶體的臨界電壓,也可説同樣。若轉 移電晶體的臨界値小,則作爲最大値,僅(_連接於1位元線 的記憶胞數)χ(每個記憶胞的轉移電晶體之源極、汲極間次 臨界漏電流)的漏電流會流到位元'線。這會起和雜訊混入位 元線同等的作用,使S /N惡化。爲了防止此漏電流,提高 轉移電晶體的臨界値即可。這例如可以改變對轉移電晶體 的通道植入量而調整,也可以少許長一點設計轉移電晶f豊 的閘長。_ 圖4 8顯示圖4 7之字譯碼器4704、字驅動器4702、電平變 換電路4703的電路例。字譯碼器輸入小振幅信號。因此, 以薄膜MOS電晶體構成,並且具有切斷備用時間閘極漏電 流的厚膜MOS電晶體MN11。字元線爲大振幅所驅動,所以 字驅動器成爲以Vcc2之電源電壓動作的電路,在字譯碼器 和字驅動器之間有電平變換電路。電平變換電路形成小振 幅到大振幅的信號所以基本上以厚版.Μ Ο S電晶體構成。 基本上是以圖3 3説明的同樣。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) 備用時,STB成爲'Η1,電源Vccl被斷開。因厚膜MOS電 晶體MN 12而電平變換電路的輸出WL2變成'Η1 (3.3 V),字元 線WL的電位被固定在’L'(O.OV)。藉此,防止備用時從記 憶胞到位元線的電流洩漏。 以上的字譯碼器4704、字驅動器4702、電平變換電路 4703的結構,在先前所述的SRAM或ROM方面,基本上也 -45- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS〉A4規格(210 X 297公釐) A7 B7 五、發明説明(43 ) 同樣。 圖4 9顯示圖4 3之感測放大、寫入電路4705的具體電路詳 細。由於位元線電位不影響資料的保持,所以備用時使電 源Vcc 1成爲斷開即寸。此感測放大、寫入電路以薄膜MOS 電晶體電路構成。 產業上之利用可能性 根據本發明之半導體積體電路裝置,不犧牲電路動作速 度,而可縮小備用時的消耗電力,實用效果大。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -46- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)
Claims (1)
- 六、申請專利範圍 1. 一種半導體積體電路裝置,其特徵在於:在同一基板上 設置在源極、間極間或没極、閉極.間流動的漏電流大小 不同的多種MOS電晶體,同時該多種MOS電晶體之中, 有主電路:以上述漏電流大的至少1個MOS電晶體構成; 及,控制電路:插入該主電路和2個電源的至少一方之間 ,以漏電流小的至少1個MO S會晶體構成者。 2. 根據申請專利範園第1項之半導體積體電路裝置,其中前 漏電流起因於通道電流。 3. 根據申請專利範圍第2項之半導體積體電路裝置,其中>前 述漏電流大小不同的多種MOS電晶體以閘極絕緣膜厚度 . 不同的MOS電晶體構成。 ' 4. 根據申請專利範圍第2至3項中任一項之半導體積體電路 裝置,其中前述漏電流大的MOS電晶體之閘極絕緣膜厚 度爲3.5 nm以下。 5. 根據申請專利範圍第2至3項中任一項之半導體積體電路 裝置,其中前述漏電流大妁MOS電晶體之閘極絕緣膜厚 度爲3.0 nm以下。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 6. 根據申請專利範圍第2至3項中任一項之半導體積體電路 裝置,其中前述漏電流大的MOS電晶體之閘極絕緣膜厚 度爲2.0 nm以下。 7. 根據申請專利範圍第2項之半導體積體電路裝置.,其中前 '述漏電流小的MOS電晶體之閘極絕緣膜厚度爲5.0 nm以 下。 8. 根據申請專利範圍第2項之半導體積體電路裝置,其中前 -47- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) A8 BB , C8 D8 六、申請專利範圍 述漏電流小的Μ 0 S電晶體之閘極絕緣膜厚度爲10.0 n m以 • 下 ο · 9. 根據申請專利範圍第2項之半導體積體電路裝置,其中前 述漏電流大小不同的多種MOS電晶體以具有導入濃度不 同的雜質之閘極的同一導電型MOS電晶體構成。 10. 根據申請專利範園第2項之半導體積體電路裝置,其中前 述漏電流大小不同的多種MOS電晶體以閘極之載子濃度 或分佈不同的MOS電晶體構成。 11. 根據申請專利範圍第2項之半導體積體電路裝置,其中1前 述主電路含有至少1個邏輯電路。 12. 根據申請專利範圍第2項之半導體積體電路裝置,其中前 述控制電路含有切斷前述電源的至少1個電源切斷用電晶 體。 13. 根據申請專利範圍第1 2項之半導體積體電路裝置,其中 具有前述電源切斷用電晶體切斷電源時的前述邏輯電路 或保持主電路輸出的電平保持電路。 14. 根據申請專利範圍第1 3項之半導體積體電路裝置,其中 前述電平保持電路以前述漏電流小的MOS電晶體構成。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 15. 根據申請專利範圍第2項之半導體積體電路裝置,其中前 述漏電流大的的MOS電晶體構成如下:閘極電壓0.8V以 上動作。 16. 根據申請專利範圍第2項之丰導體積體電路裝置,其中前 述漏電流大的的MOS電晶體構成如下:閘極電壓1.2V以 上動作。 -» — -48 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297公釐) 六、申請專利範圍 17. 根據申請專利範園第1項之半導體積體電路裝置,其中前 述漏電流大的的MOS電晶體和漏電流小的MOS電晶體以 不同的閘極電壓驅動。 18. 根據申請專利範圍第1項之半導體積體電路裝置,其中將 比前述漏電流小的MOS電晶體低的電壓施加於閘極和源 極或汲極之間而驅動前述漏電說大的Μ 0 S電晶體。 19. 根據申請專利範圍第1項之半導體積體電路裝置,其中具 .有.輸出入端子、進行該輸出入端子和前述主電路之間的 輸出入控制的輸出入電路、記錄來自前述主電路的輸出 / , 的記憶胞及控制該記憶胞動作的記憶體直接周邊電路。 20. 敕據申請專利範圍第1 9項之半導體積體電路裝置,其中 前述記憶胞以前述漏電流小的MO S電晶體構成。 21. 根據申請專利範圍第1 9項之半導體積體電路裝置,其中 前述記憶胞含有暫存器檔、快取記憶體、TBL及DRAM胞 之中的至少1個。 22. 根據申請專利範圍第1 9項之半導體積體電路裝置,其中 前述記憶胞係備用時保持資料的結構。 經濟.I中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 23. 根據申請專利範圍第1 9至2 1項中任一項之半導體積體電 路裝置,其中前述記憶胞含有存取速度快的第一種記憶 體和比此存取速度慢的第二種記憶體,構成第一記憶體 的MOS電晶體的前述漏電流比構成第二記憶體的MOS電 晶體的漏電流大。 24. 根據申請專利範園第19至22項中任一項之半導體積體電 路裝置,其中前述輸出入電路含有切斷電源的至少1個電 \ -49 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公H 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 源切斷用電晶體。 25. 根據申請專利範園第19至22項中任一項之半導體積體電 路裝置,其中前述記憶體直接周邊電路含有切斷電源的 至少1個電源切斷用電晶體。 26. 根據申請專利範圍第23項之半導體積體電路裝置,其中 具有控制前述電源切斷用電晶體的電源控制電路’電源 切斷用電晶體以比構成前述主電路的Μ 0 S電晶體漏_電流. 小的MO.S電晶體構成。 27. ——種半導體積體電路裝置,其特徵在於:在同一矽基<板 上形成存在於源極、閘極間或汲極、閘極間的絕緣膜厚 度4 nm以下的第一 MOS電晶體和上述絕緣膜厚度超過4 nm的第二MOS電晶體者。 28. —種半導體積體電路裝置,其特徵在於:具有存在於源 極、閘極間或汲極、閘極間的絕緣膜厚度4 nm以下的第 一 MOS電晶體和存在於源極、閘極間或汲極、閘極間的 絕緣膜厚度比上述第一 MOS電晶體的絕緣膜厚度厚的第 二MOS電晶體,以上述第二MOS電晶體控制在上述第一 MOS電晶體之源極、閘極間或汲極、閘極間流動的電流 者。 29. —種半導體積體電路裝置,其特徵在於:具有存在於源 極、閘極間或汲極、閘極間的絕緣膜厚膜4 nm以下的第 一 MOS電晶體和切斷供應該第一 MOS電晶體.電源的第.二 MOS電晶體,具有在該電源切斷中保持上述第一 MOS電 晶體輸出的電平保持電路者。 -50 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ______;_____一^__Λ__丁______ I —— —— 111 — I 、τ (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 , C8 D8 六、申請專利範圍 30. —種半導體積體電路裝置,其特徵在於:在同一矽基板 上形成在源極、閘極間或汲極、閘極間流動的漏電流大 的第一 MOS電晶體和上述漏電流比第一 MOS電晶體小的 第二MOS電晶體,,以比第一 MOS電晶體高電壓的電源驅 動該第二MOS電晶體者。 31. —種半導體積體電路裝置,係'指輸入振幅電壓Vcc2的輸 入信號而回應此信號之半導體積體電路裝置,其特徵在 於:具有使上述輸入信號的振幅電壓下降到Vccl而形成 内部信號的電平變換電路,以該内部信號爲輸入的MOS 電晶體之間極、源極間或間極、〉及極間的漏電流比以上 輸入信號爲輸入的MOS電晶體之閘極、源極間或閘極、 没極間的漏電流大者。 32. 一種半.導體積體電路裝置’係指以MOS電晶體構成運算處 理裝置和含有罩幕式唯讀記憶體、SRAM、DRAM之中至少 1個的記憶裝置之半導體積體電路裝置,其特徵在於:構 成上述運算裝置中之邏輯電路的MOS電晶體之閘絕緣膜 厚比構成上述記憶裝置之記憶胞的MOS電晶體之閘絕緣 膜薄者。 33. —種半導體積體電路裝置,其特徵在於:在同一矽基板 上設置在源極、閘極間或没極、.閘極間流動的通道電流 大小不同的多種MOS電晶體,同時該多種MOS電晶體之 中,具有主電路:以通道電流大的至少1個MOS電晶體; 及,控制電路:以通道電流小的至少1個MOS電晶體構成 ,插入前述主電路和2個電源的至少一方之間;根據供應 —* -51 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 六、申請專利範圍 前述控制電路的控制信號控制容許/不容許在構成前述主 電路的通道電流大的Μ 0 S電晶體之源極、間極間或没極 、閘極間電流流動者。 34. —種半導體積體電路裝置,其特徵在於:在同一半導體 基板上設置在源極、閘極間或汲極、閘極間的絕緣膜厚 度不同的多種MOS電晶體,同時該多種MOS電晶體之中 ,以上述絕緣膜薄的MOS電晶體構成至少1個邏輯電路, 以上述絕緣膜厚度的MOS電晶體構成控制供應上述邏輯 電路電源的控制電路。 ^ 35. —種半導體積體電路裝置,其特徵在於:具有存在於源 極、閘極間或汲極、閘極間的絕緣膜厚度4 nm以下的第 一 MOS電晶體和上述絕緣膜厚度超過4 nm的第二MOS電 晶體,以上述第二MOS電晶體控制供應上述第一 MOS電 晶體電源者。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 36. —種半導體積體電路裝置,其特徵在於:在同一半導體 基板上具有多種MOS電晶體,該多種MOS電晶體係因存 在於源極、閘極間或汲極、閘極間的絕緣膜厚度、閘極 的載子密度或分佈之至少1個不同而以同一閘電壓驅動時 ,源極、閘極間或源極、汲極間的漏電流不.同;利用該 多種MOS電晶體構成含有至少1個邏輯電路的CPU、對該 CPU從外部輸出入信號的輸出入電路、記憶來自該CPU的 信號的記憶電路,以上述漏電流小的MOS電晶體構成上 述邏輯電路,以上述漏電流大的MOS電晶體構成上述記 憶電路者。 -52 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS〉A4規格(210X297公釐) 六、申請專利範圍 37. —種半導體積體電路裝置,其特徵在於:在同一半導體 基板上具有多種MOS電晶體,該多種MOS電晶體係因存 在於源極、閘極間或汲極、閘極間的絕緣膜厚度、閘極 的載子密度或分佈之至少1個不同而將同一電壓施加於源 極或汲極和閘極之間時,源極、閘極間或源極、汲極間 的漏電流不同;爲驅動該多數MOS電晶體而有電壓不同 的多數電源,該多種MOS電晶體之中,上述漏電流大的 第一 MOS電晶體以低電壓的第一電源驅動,上述漏電流 小的第二電晶體以南電壓的第二電源驅動者。 38. —種半導體積體電路裝置,其特徵在於:在同一半導體 基板上具有多種MOS電晶體,該多種MOS電晶體係以同 .一閘極電壓驅動時,源極、閘極間或源極、汲極間的漏. 電流不同;爲驅動該多數MOS電晶體而有電壓不同的多 數電源,該多種MOS電晶體之中,漏電流大的第一 MOS 電晶體以低電壓的弟一電源驅動,漏電流小的第二電晶 體以南電壓·的弟二電源驅動,以上述弟二Μ 0 S電晶體控 制供應上述第一MOS電晶體電源者。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再瑱寫本頁) 39. —種半導體積體電路裝置,其特徵在於:在同一半導體 基板上具有以同一閘極電壓驅動時,源極、閘極間或源 極、>及極間的漏電流大的弟'MOS電晶體和漏電流小的 第二MOS電晶體,以上述第一 MOS電晶體構成第一電路 ,以上述第二MOS電晶體構成第二電路,第一電路的開 關速度比第二電路的開關速度快者。 40. —種半導體積體電路裝置,其特徵在於:具有源極、閘 -» 一 -53- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) 六、申請專利範圍 極間或源極、汲極間的絕緣膜厚度薄的第一 MOS電晶體 和絕緣膜厚度厚的第二MOS電晶體,將上述第一 MOS電 晶體用於要求快的開關速度的邏輯電路,將上述第二電 晶體用於比上述邏辑電路慢的開關速度的電路,和上述 第二MOS電晶體電路的電源獨立地控制上述第一 MOS電 晶體電路的電源者' 41. 一種半導體.積體電路装置,其特徵在於:具有具備第一 ..閉.極、第'一電極及..弟二電極的第一 MOS電晶體和具備.第 二閘極、第三電極及第四電極的第二MOS電晶體,上述 5 第一電極連接於第一電位,第二電極連接於第二電位, 上述第二MOS電晶體透過第三電極及第四電極插入上述 第一電極和弟一電位之間及弟二電極和弟二電位之間的 至少一方,上述第一 MOS電晶體的閘極絕緣膜厚度比第 二MOS電晶體的閘極絕緣膜厚度薄者。 42. 根據申請專利範圍第4 1項之半導體積體電路裝置,其中 前述第一 MOS電晶體的閘長比第二MOS電晶體的閘長小 〇 經濟部中央標準局貞工消費合作社印製 -(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 43. 根據申請專利範圍第41項之半導體積體電路裝置,其中 前述第一 MOS電晶體的鬧極電壓比第二MOS電晶體的閘 極電塵小。 44. 根據申請專利範圍第4 1項之半導體積體電路裝置,其中 前述第一 MOS電晶體的閘極電壓爲2 V以下。 45. 根據申請專利範圍第4 1項之半導體積體電路裝置,其中 前述第一 MOS電晶體的閘極絕緣膜厚度比4 nm薄,前述 -54 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)'申請專利 A8 B8 C8 D8經濟部中央標準局員工消費合作社印製 妬LM〇S電晶體的閉極絕緣膜厚度比4·厚。 前:::專利;園第41項之半導體積體電路裝置,其中 47根^弟一腦電晶體的閉極絕緣膜厚度比3.5⑽薄。 卞^請專利範圍第41項之半導體積體電路裝置 叫2弟一M〇S電晶體的鬧極絕緣膜厚度比3 nm薄。 ^據中請專利範園第41項之半導體積體電路裝置 49 昂一麵電晶體的閘極絕緣膜厚度比2咖薄。 . <據申請專利範圍第41項之半導體積體電路裝置 則迷第二MOS電晶體的閘極絕緣膜厚度比5_厚。 上據申請專利範園第4 i項之半導體積體電路裝置 则迷第二MOS.電晶體的閘極絕緣膜厚度比6nm厚。 據申請專利範圍第41项之半導體積體電路裝置 則述第二MOS電晶體的閘極絕緣膜厚度比〗〇nm厚。 種半導體積體電路裝置,其特徵在於:在同—矽基 士至少設置在源極、閘極間或汲極、閘極間流動的: 電流大小不同的多種馗08電晶體,同時通道電涼大】、 同的多種MOS電晶體之中,具有.主電路:以通二電 的至少1個MOS電晶體構成;及,控制電路:以通道電流 小的至少1個MOS電晶體構成,插入前述主電路和2個電 源的至少一方之間;根據供應前述控制電路的控制信號 ’在構成主電路的通道電流大的M〇S電晶體之源極、閑 極間或汲極、閘極間控制電流者。 53.根據申請專利範圍第5 2項之半導體積體電路裝置,其中 前述通道電流大小不同的多種M0S電晶體以閘極絕緣膜 其中 其中 其中 其中 其中 ------------ (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂· 曄· -55 A8 B8 , C8 D8 六、申請專利範圍 厚度不同的MOS電晶體構成。 54. 根據申請專利範圍第5 3項之半導體積體電路裝置,其中 前述閘極絕緣膜厚度不同的MOS電晶體之中,在具有厚 閘極絕緣膜的MOS電晶體之閘極側壁黏附由不溶解於氫 氟酸的絕緣材料辑成的側壁間隔物。 55. 根據申請專利範圍第5 2項之半導體積體電路裝置,其中 前述通道電流大小不同的多種MOS電晶體以具有導入同 一種類且濃度不同的雜質之閘極的同一導電型MO.S電晶 體構成。 ^ 56. —種半導體裝置之製造方法,係指在同一矽基板上形成 具有不同厚度的閘極絕緣膜的多數MOS電晶體之半導體 裝置之製造方法,其特徵在於:分別黏附上述不同厚度 的閘極絕緣膜者。 57. —種半導體裝置之製造方法,係指在同一矽基板上形成 具有不同厚度的閘極絕緣膜的多數MOS電晶體之半導體 裝置之製造方法,其特徵在於··比厚度薄的閘極絕緣膜 先形成厚度厚的閘極絕緣膜者。· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 58. —種半導體裝置之製造方法,係指在同一矽基板上有多 數具有閘極絕緣膜的層合構造之MOS電晶體,該多數 MOS電晶體之中含有上述閘極絕緣膜厚度不同的第一 MOS電晶體和第二MOS電晶體之半導體裝置之製造方法 ,其特徵在於:上述第一 MOS電晶體的閘極絕緣膜比第 二MOS電晶體閘極絕緣膜薄,形成上述第二MOS電晶體 的閘極絕緣膜和閘極後,形成上述第一 MOS電晶體的閘 — — -56 -本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公嫠) 六、申請專利範圍 極絕緣膜和閘極者。. 59. —種半導體積體電路裝置,其特徵在於:在同一矽基板 上形成具有預定膜厚的第一閘極絕緣膜的第一 MOS電晶 體和具有比上述第一絕緣膜厚的第二閘極絕緣膜的第二 MOS電晶體,上述第二MOS電晶體之源極及汲極的至少 一方係由和上述第一 MOS電晶'體之源極或汲極不同的載 子密度或不同的深度之雜質注入領域所構成者。 60. >種半導體積體電路裝置,其特徵在於:在同一矽基板 上形成具有第一閘極絕緣膜、其上的第一閘極、其上的 第一保護絕緣膜的第一 MOS電晶體和具有第二閘極絕緣 膜、其上的第二閘極、其上的第二保護絕緣膜的第二 MOS電晶體,上述第一閘極絕緣膜比上述第二閘極絕緣 膜薄,具有覆蓋上述第二閘極絕緣膜、第二閘極、第二 保護絕緣膜截面至少一部分的側壁絕緣膜者。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 61. —種半導體積體電路裝置,其特徵在於:在同一矽基板 上形成具有第一閘極絕緣膜、其上的第一閘極、其上的 第一保護絕緣膜的第一 MOS電晶體和具有第二閘極絕緣 膜、其上的第二閘極、其上的第二保護絕緣膜的第二 MOS電晶體,上述第一閘極絕緣膜比上述第二閘極絕緣 膜薄,具有覆蓋上述第二閘極絕緣膜、第二閘極、第二 保護絕緣膜截面至少一部分的側壁絕緣膜,具有存在於 該側壁絕緣層下的矽基板的第一雜質注入領域和具有存 在於鄰接於該侧璧絕緣層的矽基板、不存在於上述側壁 及上述閘極絕緣膜下的第二雜質注入領域者。 - .... -57- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS〉A4規格(210X297公釐) A8 B8 · C8 D8 六、申請專利範園 62. —種半導體積體電路裝置,其特徵在於:在同一矽基板 上形成存在於源極、閘極間或汲極、閘極間的絕緣膜厚 度4 nm以下的第一種MOS電晶體和上述絕緣膜厚度超過4 nm的第二種MOS電晶體,上述第一種MOS電晶體的閘長 之中最大的比上述第二MOS電晶體的閘長之中最小的小 者。 63. —種半導體積體電路裝置,其特徵在於:在同一矽基板. 上形成具有第一閘極絕緣膜、其上的第一閘極、其上的 第一保護絕緣膜的第一 MOS電晶體和具有第二閘極絕緣 膜、其上的第二閘極、其上的第二保護絕緣膜的第二 MOS電晶體,上述第一閘極絕緣膜比上述第二閘極絕緣 膜薄者。 . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -58- 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)
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