JP2006222329A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に係り、特にシャロートレンチ・アイソレーション構造の素子分離領域を有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having an element isolation region having a shallow trench isolation structure.
半導体装置は、大容量化が進み、使用される素子寸法は微細化され、素子分離方法としてシャロートレンチ・アイソレーション(Shallow Trench Isolation、以下STIと略記する。)法が採用されている。STIによる素子分離はシリコン基板にトレンチを形成し、そのトレンチ内に絶縁膜を埋め込むことで分離することから、従来のLOCOS(Local oxidation of Silicon )法に比べてバーズビークの発生がなく、高集積化に適している。 The capacity of semiconductor devices has been increased, and the dimensions of elements to be used have been reduced, and a shallow trench isolation (hereinafter abbreviated as STI) method has been adopted as an element isolation method. Element isolation by STI is performed by forming a trench in a silicon substrate and embedding an insulating film in the trench, so that there is no bird's beak compared to the conventional LOCOS (Local oxidation of Silicon) method and high integration is achieved. Suitable for
しかしながらSTIにおいては、シリコン基板にトレンチを形成することから分離領域とアクティブ領域の境界におけるシリコン表面のエッジにディボットが発生する。このディボットにおいては正常な絶縁膜が形成されないことから、本来のトランジスタ特性と異なるトランジスタが形成される。これらを図4(A)、(B)、図5に示す。図4(A)に従来のトランジスタの平面図、図4(B)にトランジスタのa−bにおける断面図、図5にトランジスタ特性を示す。 However, in STI, since a trench is formed in a silicon substrate, a divot is generated at the edge of the silicon surface at the boundary between the isolation region and the active region. In this divot, since a normal insulating film is not formed, a transistor different from the original transistor characteristic is formed. These are shown in FIGS. 4A, 4B, and 5. FIG. 4A is a plan view of a conventional transistor, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line ab of the transistor, and FIG. 5 illustrates transistor characteristics.
シリコン基板1に形成されたトレンチは絶縁体2により埋め込まれ、平坦化された後にゲート絶縁膜を成膜し、ゲート絶縁膜上にゲート電極4を形成する。このときトランジスタのチャンネルとなるアクティブ領域と絶縁体2との境界をなすアクティブ領域のエッジにはディボット3が形成されてしまう。図4の(A)の平面図において、トランジスタはドレイン(またはソース)拡散層5,ソース(またはドレイン)拡散層6、ゲート電極4から構成されている。
A trench formed in the silicon substrate 1 is filled with an
ゲート電極4の下側のアクティブ領域にはトランジスタのチャネルが形成される。アクティブ領域の中央部にはメイントランジスタ7、その両側のアクティブ領域のエッジに沿ってサブチャネルトランジスタ8が形成される。アクティブ領域のエッジのディボット3の領域には正常なゲート絶縁膜が形成されないために、サブチャネルトランジスタ8の閾値電圧は低い電圧となる。サブチャネルトランジスタ8は閾値電圧が低いことから、本来ならオフ状態となるべきゲート電圧において電流を流すことになり、半導体装置におけるオフリーク電流が発生することになる。このようにサブチャネルトランジスタの特性が本来のトランジスタの特性に悪影響を与える。
A channel of the transistor is formed in the active region below the
図5に、メイントランジスタ7の特性を実線で、サブチャネルトランジスタ8の特性を点線で示す。アクティブ領域中央部に形成されるメイントランジスタ7は本来のトランジスタ特性を有する。しかし、エッジ部に形成されるサブチャネルトランジスタ8は閾値電圧が低く、ばらつきも大きく、そのトランジスタ特性は一定ではない。その理由はディボットの形状がばらつき、ディボット部に形成されるゲート絶縁膜の膜質、膜厚がばらつくことから、サブチャネルトランジスタ8の特性もばらつくことになる。
In FIG. 5, the characteristic of the
このメイントランジスタ特性とサブチャネルトランジスタ特性を重ね合わせた特性が全体トランジスタ特性となる。本来電流が流れることのない低いゲート電圧において、サブチャネルトランジスタ8がオンすることで電流が流れ始め、その後のメイントランジスタ7がオンすることで階段状の電圧電流特性を有することになり、これらをハンプ特性と呼ばれている。
A characteristic obtained by superimposing the main transistor characteristic and the sub-channel transistor characteristic is the entire transistor characteristic. When the
このハンプ特性の対策として、図6に示す形状のトランジスタが広く使用されていた(以下ハンプ対策トランジスタ1と称する)。図6のトランジスタはアクティブ領域の中央にドレイン(またはソース)拡散層5とし、その拡散層5を囲むようにリング状にゲートを形成し、その外側をソース(またはドレイン)拡散層6としている。ゲートの取り出し部においてサブチャネルトランジスタ8が形成されるが、両方の拡散層は同一拡散層で、同一電位であり、電流は流れないことからハンプ特性は対策できる。しかし、この形状では素子面積が大きくなってしまうという問題があった。
As a countermeasure against this hump characteristic, a transistor having the shape shown in FIG. 6 has been widely used (hereinafter referred to as a “hump countermeasure transistor 1”). 6 has a drain (or source)
素子面積が大きくなってしまう理由としては、ゲートのソース〜ドレイン間のチャネル部分の形状を必ずリング状にする必要がある為、1個のトランジスタを形成するのに必要なサイズがX方向・Y方向共に、ゲートL寸法2本分のサイズと、3箇所分の拡散層(ソース及びドレイン領域)サイズが必要だからである。また、図7に示すように図7(A),(B)のトタンジスタにおいてはそれぞれトランジスタの幅は2W、Wと明確であるが、図7(C)のハンプ対策トランジスタ1においては、トランジスタのWサイズの定義がリング状ゲートチャネル部分の内側周回寸法W1なのか、中心周回寸法W2なのか、外側周回寸法W3なのかが明確でない問題もあった。 The reason why the element area becomes large is that the shape of the channel portion between the source and drain of the gate must be ring-shaped, so that the size required to form one transistor is X direction / Y This is because the size of two gate L dimensions and the size of diffusion layers (source and drain regions) for three locations are necessary in both directions. 7A and 7B, the transistor widths are clearly 2 W and W, respectively. However, in the anti-hump transistor 1 shown in FIG. There is also a problem that it is not clear whether the definition of the W size is the inner circumferential dimension W1 of the ring-shaped gate channel portion, the central circumferential dimension W2, or the outer circumferential dimension W3.
ハンプ対策トランジスタ1の問題の解決として、特許文献1(特開2002-198524)にその技術が開示されている。特許文献1によれば、図8に示すトランジスタを、図9に示す半導体記憶装置中に形成されたセンスアンプのラッチMOSトランジスタに適用している。センスアンプのラッチMOSトランジスタのペアトランジスタ同士は、回路特性上等しいトランジスタ特性を有する事が必要である為、ハンプ特性対策を施す必要とする回路である。 As a solution to the problem of the anti-hump transistor 1, the technique is disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-198524). According to Patent Document 1, the transistor shown in FIG. 8 is applied to a latch MOS transistor of a sense amplifier formed in the semiconductor memory device shown in FIG. Since the paired transistors of the latch MOS transistors of the sense amplifier need to have the same transistor characteristics in terms of circuit characteristics, it is a circuit that needs to take countermeasures against the hump characteristics.
図8に示すトランジスタはアクティブ領域の中央にドレイン拡散層5を設け、その両側にゲート電極4、さらにその外側にソース拡散層6を設けている。2本のゲート電極4により拡散層をソース、ドレイン領域に分断させ、ゲート電極4はさらにSTIとの境界の拡散層5のエッジ部を覆うように配置される。拡散層5のエッジをゲート電極4で覆うことでサブチャネルトランジスタは左右の拡散層6間に形成され、拡散層5とは切り離されることでハンプ特性を防止している。以下特許文献1に示されたハンプ対策トランジスタをハンプ対策トランジスタ2と称する。
In the transistor shown in FIG. 8, the
図9に半導体記憶装置におけるセンスアンプのラッチMOSトランジスタの2ペアを示す。センスアンプはメモリセルアレイに隣接して配置され、ペアトランジスタはばらつきのないトランジスタ特性が要求され、メモリセルのビット線ピッチにて繰り返し素子を作成する必要がある。プロセスの微細化が進むにつれてビット線ピッチが狭くなると、トランジスタ素子を形成するのに必要なコンタクト配置幅、及びゲートL寸法幅の確保が出来なくなり、メモリセルピッチ内にハンプ対策トランジスタ2が収まらなくなる問題が発生する。
FIG. 9 shows two pairs of latch MOS transistors of the sense amplifier in the semiconductor memory device. The sense amplifier is disposed adjacent to the memory cell array, the paired transistors are required to have uniform transistor characteristics, and it is necessary to repeatedly form elements at the bit line pitch of the memory cells. When the bit line pitch becomes narrower as the process becomes finer, the contact arrangement width and the gate L dimension width necessary for forming the transistor elements cannot be secured, and the
図10は従来例としてハンプ対策を行ってないトランジスタをビット線繰り返しピッチにて配置した例である。図10においては、ビット線2ペア分の繰り返しピッチを1ピッチとし、ビット線2ペア分の4個のラッチMOSトランジスタを収めている。この1ピッチに収める素子は、トランジスタゲート電極が2本、拡散層領域が3本、粗密補正用ダミーゲートが1本である。したがってメモリセルのピッチに収まる。ここで隣接するブロックと共用する本数は0.5本として計数する。また粗密補正用ダミーゲートは、ゲート電極のエッチング時にパターンに粗密があるとそのエッチングされる量が異なることから、エッチング寸法精度が異なり、このエッチング寸法のばらつきを防止するために配置される補正用のパターンである。 FIG. 10 shows an example in which transistors without hump countermeasures are arranged at a bit line repetition pitch as a conventional example. In FIG. 10, the repetition pitch for two pairs of bit lines is set to one pitch, and four latch MOS transistors for two pairs of bit lines are accommodated. The element contained in this one pitch has two transistor gate electrodes, three diffusion layer regions, and one density correction dummy gate. Therefore, it falls within the pitch of the memory cell. Here, the number shared with adjacent blocks is counted as 0.5. In addition, the roughness correction dummy gate has different etching dimensional accuracy because there is a difference in the etching amount if the pattern is rough when the gate electrode is etched. Therefore, the correction correction dummy gate is arranged to prevent variation in the etching size. Pattern.
図11、図12は特許文献1のハンプ対策トランジスタ2をセンスアンプのラッチMOSトランジスタに適用した例である。ハンプ対策トランジスタ2は1つのゲート電極が2つに分割され2本のゲート電極が必要であることから、ピッチ内に収める素子は、トランジスタゲート電極が4本、拡散層領域が4本となり、図11においてはピッチ内に収めることができなくなる。その結果、従来X方向に並んで配置していた素子を、図12のようにY方向にずらして配置しなければならなくなり、素子面積の増大につながる。
11 and 12 show examples in which the
また、特許文献1のハンプ対策トランジスタ2は、ゲート電極を分割して2本としているために、作成可能なトランジスタWサイズの最小値が、ゲート電極分割を行なわない場合の作成可能最小Wサイズの2倍のサイズになってしまう(図13)。その結果、回路能力的に最小Wサイズ(例えばW=1μm)でよいトランジスタでも、2倍のWサイズ(W=2μm)のトランジスタを作成する必要があり、素子面積の増大、及び電流の増大につながる問題がある。また、トランジスタの特性バラツキ、及び電流の増大を抑える為には、トランジスタのチャネル長を大きくする必要がある場合に、ハンプ対策トランジスタ2は、ゲート電極を分割して2本としているため、チャネル長が大きくなればその2倍の影響を受け、素子面積の増大につながるという問題がある。
Further, in the
上記したように、STI構造の素子分離方式を用いたトランジスタにおいては、ハンプ特性が発生してしまう問題を抱えていた。回路の特性上、ハンプ特性はバラつきがある為、ハンプ特性を容認出来ないで、トランジスタ特性を一定にしたいトランジスタがある。例えばDRAMセンスアンプのペアトランジスタ部やカレントミラー電流増幅回路を構成するトランジスタ等においては、ハンプ特性が発生しない対策を施したトランジスタ素子を配置する必要があるが、ハンプ特性対策を施したトランジスタ素子は、対策を施さないトランジスタ素子に比べて素子配置面積が大きくなってしまい、チップサイズの増大につながる問題がある。 As described above, the transistor using the STI structure element isolation method has a problem that the hump characteristic occurs. Since the hump characteristics vary due to the characteristics of the circuit, there are transistors that cannot accept the hump characteristics and want to make the transistor characteristics constant. For example, in a transistor constituting a pair transistor part of a DRAM sense amplifier or a current mirror current amplifier circuit, it is necessary to arrange a transistor element having a countermeasure against the occurrence of a hump characteristic. There is a problem that the element arrangement area becomes larger than that of a transistor element to which no countermeasure is taken, leading to an increase in chip size.
特許文献1において、それ以前のハンプ対策を施したハンプ対策トランジスタ1よりも小さな面積で素子を配置出来るハンプ対策トランジスタ2が発明されたが、近年の拡散プロセスの微細化に伴って、半導体記憶装置のセンスアンプ部の繰り返しピッチが小さくなり、小面積で配置する事が困難になった。また、ハンプ対策トランジスタ2においては、トランジスタのゲート電極を分割して2本で構成する為に、作成可能なトランジスタの最小Wサイズが、ゲート電極の分割を行なわない場合の2倍のWサイズになってしまうので、回路特性的に最小Wサイズでよいトランジスタでも、必要以上の2Wサイズのトランジスタを配置する事となり、消費電流が多くなってしまう問題もある。
In Patent Document 1, the
本発明の課題は、上記問題点に鑑み、素子面積がより小さく、ハンプ対策されたトランジスタを備え、安定した電気的特性を得ることができる半導体装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that includes a transistor having a smaller element area and has a countermeasure against humping and can obtain stable electrical characteristics.
本願の半導体装置は、シャロートレンチ・アイソレーション構造の素子分離領域を有し、前記素子分離領域によって分離されたソース拡散層、又はドレイン拡散層の少なくとも一方の拡散層のエッジをリング状にゲート電極で覆われたトランジスタを備えたこと特徴とする。 The semiconductor device of the present application has an element isolation region having a shallow trench isolation structure, and an edge of at least one of the source diffusion layer and the drain diffusion layer isolated by the element isolation region is formed in a ring shape in a ring shape It is characterized by having a transistor covered with.
本願の半導体装置においては、前記ゲート電極は、前記拡散層のエッジを覆い、前記拡散層のエッジからさらに拡散層側に延びていることを特徴とする。 In the semiconductor device of the present application, the gate electrode covers an edge of the diffusion layer and extends further to the diffusion layer side from the edge of the diffusion layer.
本願の半導体装置においては、前記ゲート電極は、前記拡散層のエッジを覆い、前記拡散層のエッジからさらに拡散層側に0.05μm以上延びていることを特徴とする。 In the semiconductor device of the present application, the gate electrode covers an edge of the diffusion layer and extends from the edge of the diffusion layer to the diffusion layer side by 0.05 μm or more.
本願の半導体装置においては、前記ゲート電極は、前記拡散層のエッジを覆い、さらにその外側のディボット部を覆うこと特徴とする。 In the semiconductor device of the present application, the gate electrode covers an edge of the diffusion layer and further covers a divot portion outside thereof.
本願の半導体装置においては、前記拡散層のエッジを覆うゲート電極は、粗密補正用のダミーゲートとして機能することを特徴とする。 In the semiconductor device of the present application, the gate electrode covering the edge of the diffusion layer functions as a dummy gate for density correction.
本願の半導体装置においては、前記ゲート電極で囲まれた拡散層からコンタクトを介して、金属配線で配線することを特徴とする。 The semiconductor device of the present application is characterized in that wiring is performed by metal wiring from a diffusion layer surrounded by the gate electrode through a contact.
本願の半導体装置においては、前記トランジスタをラッチ用トランジスタとして使用したことを特徴とする。 In the semiconductor device of the present application, the transistor is used as a latching transistor.
本願の半導体装置においては、前記トランジスタを半導体記憶装置のセンスアンプ用トランジスタとして使用したことを特徴とする。 In the semiconductor device of the present application, the transistor is used as a sense amplifier transistor of a semiconductor memory device.
本願の半導体装置は、シャロートレンチ・アイソレーション構造の素子分離領域を有し、前記素子分離領域によって分離されたソース拡散層、又はドレイン拡散層の少なくとも一方の拡散層は、該拡散層の中央部とエッジ部とを電気的に切り離す手段を有するトランジスタを備えたことを特徴とする。 The semiconductor device of the present application has an element isolation region having a shallow trench isolation structure, and at least one of the source diffusion layer and the drain diffusion layer separated by the element isolation region is a central portion of the diffusion layer. And a transistor having means for electrically separating the edge portion from each other.
本願の半導体装置においては、前記電気的に切り離す手段は、前記拡散層の中央部とエッジ部との間に設けられたトランジスタであることを特徴とする。 In the semiconductor device of the present application, the means for electrically separating is a transistor provided between a central portion and an edge portion of the diffusion layer.
本発明は、トランジスタのソース、又はドレイン領域のどちらか一方、又は両方の拡散層のエッジ部をゲート電極でリング状に覆う構成とすることで、ソース〜ドレイン間のサブチャネル経路を完全に遮断し、ハンプ特性を発生させないトランジスタが得られる効果がある。また、近年の微細な拡散プロセスにおいては、トランジスタのゲート寸法のバラつきを抑える目的で、一定間隔以上のトランジスタゲート電極においては、粗密補正ダミーゲートを配置する必要があるが、本発明のトランジスタ形状にする事により、トランジスタのゲート間隔が密になる為、新たに粗密補正ダミーゲートを配置する必要がなくなる効果も得られる。 The present invention completely cuts off the subchannel path between the source and the drain by covering the edge part of the diffusion layer of either or both of the source and drain regions of the transistor with a gate electrode in a ring shape. In addition, a transistor that does not generate hump characteristics can be obtained. Further, in recent minute diffusion processes, it is necessary to arrange a density correction dummy gate in a transistor gate electrode having a predetermined interval or more for the purpose of suppressing variation in the gate size of the transistor. By doing so, the gate spacing of the transistors becomes dense, so that an effect of eliminating the need to newly arrange a coarse / dense correction dummy gate can be obtained.
本発明について、図面を参照して以下詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
実施例1として、図1、図2を用いて説明する。図1にトランジスタの平面図、図2に粗密補正用ダミーゲートを説明するための平面図を示す。 A first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view of a transistor, and FIG. 2 is a plan view for explaining a density correction dummy gate.
図1(A)に示すトランジスタは、トランジスタのソース、又はドレイン領域のうちの片方の拡散層5のエッジをリング状にゲート電極4で覆われている。図1(B)はドレイン、及びソース領域の両方の拡散層5、拡散層6をともにゲート電極4で覆われている。図1(A)の片方の拡散層エッジを囲んだトランジスタは、2個のトランジスタを並べて作成して共通電位の拡散層6を共有した際に使用する。図1(B)両方の拡散層エッジを囲んだトランジスタは、共通電位拡散層の共有を行なわない場合に使用する。
In the transistor illustrated in FIG. 1A, the edge of one
また図2(A)に示すように、近年の微細な拡散プロセスにおいては、トランジスタのゲート寸法のバラつきを抑える目的で、一定間隔以上のゲート電極4のパターンにおいては、粗密補正ダミーゲート14が配置されているが、図2(B)のゲートパターンとする事により、トランジスタのゲート電極間隔が密になる為、新たに粗密補正ダミーゲートを配置する必要がなくなる。
In addition, as shown in FIG. 2A, in a recent fine diffusion process, a coarse / dense
本発明のトランジスタ構造がハンプ特性を発生させない理由を説明する。図1(A),(B)に示すようにトランジスタは、拡散層の中央にゲート電極4が配置され、拡散層はドレイン(またはソース)拡散層5と、ソース(またはドレイン)拡散層6に分離される。ドレイン拡散層6の3辺のエッジをリング状にゲート電極で覆っている。STIにより分離された拡散層エッジにおいてはディボットが発生し、そのディボット部にサブチャネルトランジスタ8(図においては、太い斜線で示す)が形成される。このサブチャネルトランジスタ8は、メイントランジスタの特性よりも低い閾値電圧VtでトランジスタがONする特性を持っている。
The reason why the transistor structure of the present invention does not generate hump characteristics will be described. As shown in FIGS. 1A and 1B, in the transistor, a
しかし、拡散層のエッジ部をゲート電極4にてリング状に覆ったトランジスタにおいては、ディボットの内側に正常な閾値電圧を有するトランジスタが形成されている。したがって、トランジスタのソース〜ドレイン領域間は、サブチャネルトランジスタと正常な閾値電圧を有するトランジスタとを介して接続されていることになり、低いVtにてサブチャネルトランジスタがONしたとしても、トランジスタのソース〜ドレイン間には電流が流れる事はなく、メイントランジスタがONする正常な閾値電圧Vtになって初めてトランジスタのソース〜ドレイン間に電流が流れる事となる。つまりは、図5のグラフにおいては、点線で示しているサブチャネルトランジスタの特性が全く見えなくなり、メイントランジスタの特性のみが見える事となり、ハンプ特性は発生しないで、安定した理想のトランジスタ特性を持つ事となる。
However, in the transistor in which the edge portion of the diffusion layer is covered with the
ここでハンプ特性を抑えるための拡散層のエッジを覆うゲート電極幅を検討する。ディボットに発生する低閾値電圧のサブチャネルトランジスタの内側に正常な閾値電圧をもつトランジスタを形成させるゲート電極幅が最小ゲート電極幅となる。拡散層の内側において、その拡散層エッジを完全に覆い正常な閾値電圧を有するトランジスタを形成すれば十分であり、完全に覆うためには0.05μm程度シリコン側に延在させるように配置させる。 Here, the width of the gate electrode that covers the edge of the diffusion layer for suppressing the hump characteristics is examined. The gate electrode width for forming a transistor having a normal threshold voltage inside the sub-channel transistor having a low threshold voltage generated in the divot is the minimum gate electrode width. Inside the diffusion layer, it is sufficient to completely cover the edge of the diffusion layer to form a transistor having a normal threshold voltage. To completely cover the diffusion layer, the transistor is arranged to extend to the silicon side by about 0.05 μm.
しかし、ゲート電極の最小パターン寸法の関係から、ここではディボットをも覆うようにゲート電極を形成させている。拡散層エッジ部に発生するディボットサイズは約0.2μm程度であるので、拡散層エッジ部を覆うゲート電極と拡散層との重なり寸法は0.2〜0.3μm程度とし、センスアンプのラッチMOSトランジスタゲートのチャネル長(ゲートL寸法)も安定したVtを得る為にLmin寸法ではなく、多少のL太寸法が望ましく、0.3μm程度必要なので、拡散層エッジ部を覆うゲート幅とトランジスタゲート幅を同一寸法とした。さらに拡散層のエッジを全て覆うためにその3辺のエッジをリング状に覆っている。 However, the gate electrode is formed so as to cover the divot here because of the minimum pattern size of the gate electrode. Since the divot size generated at the edge of the diffusion layer is about 0.2 μm, the overlap dimension between the gate electrode and the diffusion layer covering the edge of the diffusion layer is about 0.2 to 0.3 μm, and the latch MOS of the sense amplifier In order to obtain a stable Vt, the transistor gate channel length (gate L dimension) is preferably not a Lmin dimension but a slightly large L dimension, and about 0.3 μm is necessary. Therefore, the gate width covering the edge of the diffusion layer and the transistor gate width Have the same dimensions. Further, in order to cover all the edges of the diffusion layer, the edges of the three sides are covered in a ring shape.
また、図13に示す従来のハンプ対策トランジスタ2においては、トランジスタのチャネル部分のゲートは、必ず2本で構成しなければならなかったのに対して、本発明ではトランジスタのチャネル部分のゲートは1本で構成できることから、作成可能なトランジスタの最小W寸法値は、本発明の方が従来形状に比べて2分の1のサイズの最小W寸法トランジスタを形成する事が出来る。
Further, in the conventional
本実施例においては、拡散層のエッジ部をゲート電極にてリング状に覆ったトランジスタは、拡散層のエッジに沿って図1の太い斜線部に示すような形状にてサブチャネルトランジスタ8が形成される。このサブチャネルトランジスタ8は、図5で示すように、メイントランジスタの特性よりも低いVtにてトランジスタがONする特性を持っている。拡散層のエッジ部をゲート電極4にてリング状に覆ったトランジスタにおいては、拡散層とそのエッジの間に正常な閾値電圧のトランジスタが構成されてオフ状態のため、トランジスタのソース〜ドレイン領域間は、サブチャネルトランジスタ8では直接つながっていない。
In this embodiment, a transistor in which the edge portion of the diffusion layer is covered with a gate electrode in a ring shape, the
このため、低いVtにてサブチャネルトランジスタがONしたとしても、トランジスタのソース〜ドレイン間には電流が流れる事はなく、メイントランジスタがONするVtになって初めてトランジスタのソース〜ドレイン間に電流が流れる事となる。つまりは、図5のグラフにおいては、低ゲート電圧時には点線で示しているサブチャネルトランジスタの特性が全く見えなくなり、メイントランジスタの特性のみが見える事となり、安定した理想のトランジスタ特性を持つ事となる。STI構造の素子分離方式を用いたトランジスタにおいて、ディボットによって発生するサブチャネルトランジスタの影響を受けない、つまりはハンプ特性の無い安定したトランジスタ特性を得る事ができる。 For this reason, even if the sub-channel transistor is turned on at a low Vt, no current flows between the source and drain of the transistor, and the current does not flow between the source and drain of the transistor until the main transistor is turned on. It will flow. That is, in the graph of FIG. 5, when the gate voltage is low, the characteristics of the sub-channel transistor indicated by the dotted line are completely invisible, and only the characteristics of the main transistor are visible, so that stable ideal transistor characteristics are obtained. . In the transistor using the element isolation method of the STI structure, it is possible to obtain a stable transistor characteristic that is not affected by the subchannel transistor generated by the divot, that is, has no hump characteristic.
さらに、本願のハンプ対策トランジスタは、1本のゲートと、一方又は両方の拡散層のエッジを覆うゲート電極から構成されることから、従来のハンプ対策トランジスタに比べて、2分の1のサイズの最小W寸法トランジスタを形成する事が出来る。従って、回路的に最小W寸法でよいトランジスタを形成する場合には、従来形状と比べて本発明の方が、面積、及び消費電流の面において有利である。 Furthermore, the anti-hump transistor of the present application is composed of one gate and a gate electrode that covers the edge of one or both diffusion layers, so that it is half the size of the conventional anti-hump transistor. A minimum W size transistor can be formed. Therefore, when forming a transistor having a minimum W dimension in terms of circuit, the present invention is more advantageous in terms of area and current consumption than the conventional shape.
本願のハンプ対策トランジスタは、1本のゲートと、一方又は両方の拡散層のエッジを覆うゲート電極から構成とする。これらの構成とすることで素子面積の小さいトランジスタ、半導体装置が得られる。 The anti-hump transistor of the present application is composed of one gate and a gate electrode that covers the edge of one or both diffusion layers. With these structures, a transistor and a semiconductor device with a small element area can be obtained.
実施例2として、図3を用いて説明する。本実施例は回路の特性上、ハンプ特性は特性にバラつきがある為、ハンプ特性を容認出来ない回路として半導体記憶装置のセンスアンプに本願のハンプ対策トランジスタを用いた実施例である。半導体記憶装置においては、メモリセルアレイに隣接してセンスアンプ列が配置され、そのセンスアンプ回路はペアのラッチMOSトランジスタを有している。このペアのラッチMOSトランジスタ同士は、回路特性上等しいトランジスタ特性を有する事が必要である為、ハンプ特性対策を施す必要がある。 A second embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is an embodiment in which the anti-hump transistor of the present application is used as a sense amplifier of a semiconductor memory device as a circuit that cannot accept the hump characteristics because the hump characteristics vary in terms of circuit characteristics. In a semiconductor memory device, a sense amplifier row is arranged adjacent to a memory cell array, and the sense amplifier circuit has a pair of latch MOS transistors. Since the pair of latch MOS transistors need to have the same transistor characteristics in terms of circuit characteristics, it is necessary to take a countermeasure against the hump characteristics.
図3で示すように、メモリセル2ビット分のピッチに2ビット分の4個のラッチMOSトランジスタが配置されている。4個のトランジスタは上側にはソース拡散層を共有とした2個のトランジスタ、下側には図示していない隣とソース拡散層を共有した2個のトランジスタが配置され、それぞれの左側の2個のトランジスタで1ペア、右側の2個のトランジスタで1ペアのラッチトランジスタを構成されている。上下方向のビット線BL1T,BL1N、BL2T、BL2Nは金属配線11で配線される。ビット線BL1Tは、左上のドレイン拡散層及び左下のゲート電極に接続されている。ビット線BL1Nは、左上のゲート電極及び左下のドレイン拡散層に接続されている。ビット線BL2Tは、右上のゲート電極及び右下のドレイン拡散層に接続されている。ビット線BL2Nは、右上のドレイン拡散層及び右下のゲート電極に接続されている。金属配線11は拡散層とはコンタクト9を介して接続され、ゲート電極4とはスルホール10を介して接続されている。本図においてはソース拡散層の共通配線は図示されていない。
As shown in FIG. 3, four latch MOS transistors for two bits are arranged at a pitch for two bits of memory cells. The four transistors are arranged with two transistors sharing the source diffusion layer on the upper side, and two transistors sharing the source diffusion layer with the neighbor (not shown) on the lower side. One pair of latch transistors constitutes one pair, and two transistors on the right side constitute one pair of latch transistors. The bit lines BL1T, BL1N, BL2T, BL2N in the vertical direction are wired by the
個々のトランジスタにおいては、ビット線BLT(またはBLN)と接続されるドレイン拡散層領域のエッジ部をゲート電極4で完全に覆い、エッジ部を覆ったゲート電極はトランジスタチャネル部のゲート電極4と接触させて同電位にし、ビット線BLと接続される拡散層領域をリング状のゲート電極4にて完全に囲むように形成する。拡散層のエッジ部のシリコン基板には0.2μm程度のディボットが発生し、そのディボットにゲート電極が入り込んで、ハンプ特性の原因となるサブチャネルトランジスタが形成されるが、拡散層のエッジ部をリング状に覆ったゲート電極にて、サブチャネルトランジスタの内側、つまりはサブチャネルトランジスタと、ビット線BLと接続された拡散層領域との間の部分には、通常のVtにてONするトランジスタが形成されるので、低いVtにてサブチャネルトランジスタがONした場合でも、通常のVtになるまではトランジスタのソース〜ドレイン間に電流が流れる事は無い。つまりハンプ特性が発生しない安定したトランジスタ特性を有するトランジスタによりセンスアンプを構成することが出来る。
In each transistor, the edge portion of the drain diffusion layer region connected to the bit line BLT (or BLN) is completely covered with the
図3に示すセンスアンプのラッチMOSトランジスタの配置において、繰り返しピッチに配置された素子は、トランジスタゲート電極が2本、拡散層エッジを覆うゲート電極が2本、拡散層エッジを覆うゲート同士の間隔領域が1箇所、拡散層領域が3箇所である。ここで仮に本発明の拡散層エッジを覆うゲート幅とトランジスタゲート幅を同一幅とした場合において従来のハンプ対策トランジスタ2で構成した場合(図11)と比較する。ハンプ対策トランジスタ2で構成した図11において、トランジスタゲート電極が4本、拡散層領域が4箇所である。本発明の方がビット線ピッチ方向において拡散層領域1箇所分配置素子が少なくてすみ、拡散層エッジを覆うゲート同士の間隔領域が1箇所多くなる。
In the arrangement of the latch MOS transistors of the sense amplifier shown in FIG. 3, elements arranged at a repetitive pitch have two transistor gate electrodes, two gate electrodes covering the diffusion layer edge, and the distance between the gates covering the diffusion layer edge. There are one region and three diffusion layer regions. Here, suppose that the gate width covering the edge of the diffusion layer and the transistor gate width of the present invention are the same, compared with the case of the conventional anti-hump transistor 2 (FIG. 11). In FIG. 11 configured with the
これに具体的な数値を当てはめて、従来例(図11)と本発明の実施例(図3)のビット線繰り返し方向に配置する素子寸法の比較をすると、
拡散層領域1箇所分に必要な寸法
=コンタクト寸法+(コンタクト〜ゲート間寸法X2)
=0.16 + (0.12 X 2) = 0.4μm
拡散層エッジを覆うゲート同士の間隔寸法
=0.16μm
拡散層領域1箇所分に必要な寸法−拡散層エッジを覆うゲート同士の間隔寸法
=0.4 − 0.16 = 0.24μm となる。
By applying specific numerical values to this, and comparing the element dimensions arranged in the bit line repetition direction of the conventional example (FIG. 11) and the embodiment of the present invention (FIG. 3),
Necessary dimension for one diffusion layer region = Contact dimension + (Dimension between contact and gate X2)
= 0.16 + (0.12 X 2) = 0.4 μm
Distance between gates covering diffusion layer edge = 0.16 μm
Required dimension for one diffusion layer region-Distance between the gates covering the edge of the diffusion layer = 0.4-0.16 = 0.24 μm.
従って、従来例(図11)と本発明の実施例(図3)とでは、ビット線2ペア分あたりで、0.24μm、本発明の方が少ないピッチで素子を配置出来る。ビット線2ペア分のり返しピッチが2.0μmに満たないピッチ寸法である為、0.24μmという値は、素子配置の可否に大きな影響を与える事となり、従来ではビット線繰り返しピッチ方向に2個のトランジスタを配置する事が出来ないが、本発明においてはビット線繰り返しピッチ方向に2個のトランジスタを配置する事が出来る。 Therefore, in the conventional example (FIG. 11) and the embodiment of the present invention (FIG. 3), the elements can be arranged with a smaller pitch of 0.24 μm per two pairs of bit lines. Since the return pitch for two pairs of bit lines is less than 2.0 μm, a value of 0.24 μm has a great influence on the possibility of element arrangement. Conventionally, two in the bit line repeat pitch direction. However, in the present invention, two transistors can be arranged in the bit line repetition pitch direction.
本願のハンプ対策トランジスタは、1本のゲートと、一方又は両方の拡散層のエッジを覆うゲート電極から構成する。このハンプ対策トランジスタをラッチMOSトランジスタとして使用することで、狭いピッチ間隔においてもメモリセルピッチに合わせた最小の面積で、安定動作するラッチ回路、センスアンプ回路を備えた半導体装置が得られる。 The anti-hump transistor of the present application is composed of one gate and a gate electrode that covers the edge of one or both diffusion layers. By using this anti-hump transistor as a latch MOS transistor, a semiconductor device including a latch circuit and a sense amplifier circuit that operate stably with a minimum area corresponding to the memory cell pitch even in a narrow pitch interval can be obtained.
以上本願発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 Although the present invention has been specifically described above based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be variously modified without departing from the gist thereof.
1 シリコン基板
2 絶縁体
3 ディボット
4 ゲート電極
5、6 拡散層
7 メイントランジスタ
8 サブチャネルトランジスタ
9 コンタクト
10 スルホール
11 金属配線
14 粗密補正用ダミーゲート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
The semiconductor device according to claim 9, wherein the means for electrically disconnecting is a transistor provided between a central portion and an edge portion of the diffusion layer.
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