JP3186059B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、複数のMISFET（絶縁ゲート型電解効果トラ
ンジスタ）を有する基本セルが連続して形成された半導
体装置に関し、特に、マスタースライス方式によるCMOS
型大規模集積回路の構成が可能な半導体装置に関するも
のである。
ンジスタ）を有する基本セルが連続して形成された半導
体装置に関し、特に、マスタースライス方式によるCMOS
型大規模集積回路の構成が可能な半導体装置に関するも
のである。
背景技術 図11に、一般に用いられているマスタースライス方式
により製造された相補型の絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタ（CMOS）の半導体装置を示している。本図に示し
てある半導体装置は、２つのＰチャンネルMOSと、２つ
のＮチャンネルMOSにより構成されるセルを基調として
形成されたゲートアレイ方式による半導体装置である。
そして、上記の半導体装置を用いてスタティック型のRA
M回路（SRAM）を構成している。
により製造された相補型の絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタ（CMOS）の半導体装置を示している。本図に示し
てある半導体装置は、２つのＰチャンネルMOSと、２つ
のＮチャンネルMOSにより構成されるセルを基調として
形成されたゲートアレイ方式による半導体装置である。
そして、上記の半導体装置を用いてスタティック型のRA
M回路（SRAM）を構成している。
図12に、この半導体装置の基調とされているセル１を
示してある。このセル１においては、半導体装置上のＰ
型のウェル10に形成されたポリシリコン製のゲート14を
マスクとして不純物を導入して高濃度のＮ型拡散層15を
形成している。この高濃度のＮ型拡散層15とゲート電極
14により、２つのＮャンネルMOS（Ｎ−MOS）11および12
が形成されている。この２つのＮ−MOS11、12はそれぞ
れのゲート電極14が並列となっており、同一の配向性を
有している。Ｎ型拡散層15は、MOS11、12に共有されて
いるので、この領域をそれぞれのソースあるいはドレイ
ン領域として共通に用いられるようになっている。さら
に、これらのMOS11、12と並列に、セル１の隣接するセ
ルと隣合う領域に高濃度のＰ型拡散層によるストッパ層
16が形成されている。このストッパ層16は、略長方形の
拡散層で、隣接するセル同士のＮ−MOSを分離して、セ
ル間の半導体表面が反転してチャネルが形成されること
を防止するように形成されている。また、このストッパ
層16を介して電源供給ラインを基板に接続して、基盤電
位と電源電位の差を減少する。そして、MOSに形成され
ている寄生トランジスタのラッチアップを防止するよう
にしている。
示してある。このセル１においては、半導体装置上のＰ
型のウェル10に形成されたポリシリコン製のゲート14を
マスクとして不純物を導入して高濃度のＮ型拡散層15を
形成している。この高濃度のＮ型拡散層15とゲート電極
14により、２つのＮャンネルMOS（Ｎ−MOS）11および12
が形成されている。この２つのＮ−MOS11、12はそれぞ
れのゲート電極14が並列となっており、同一の配向性を
有している。Ｎ型拡散層15は、MOS11、12に共有されて
いるので、この領域をそれぞれのソースあるいはドレイ
ン領域として共通に用いられるようになっている。さら
に、これらのMOS11、12と並列に、セル１の隣接するセ
ルと隣合う領域に高濃度のＰ型拡散層によるストッパ層
16が形成されている。このストッパ層16は、略長方形の
拡散層で、隣接するセル同士のＮ−MOSを分離して、セ
ル間の半導体表面が反転してチャネルが形成されること
を防止するように形成されている。また、このストッパ
層16を介して電源供給ラインを基板に接続して、基盤電
位と電源電位の差を減少する。そして、MOSに形成され
ている寄生トランジスタのラッチアップを防止するよう
にしている。
一方、セル１には、上記のＮ−MOS11、12と対称に、
２つのＰチャンネルMOS（Ｐ−MOS）21、22が形成されて
いる。これらのＰ−MOS21、22も、Ｎ−MOS11、12と同様
にポリシリコン製のゲート電極24をマスクとして形成さ
れた高濃度のＰ型拡散層25が形成される。そして、この
拡散層25とゲート電極24により２つのＰ−MOS21、22が
並列に形成されている。また、そのソースあるいはドレ
イン領域が共有されていることもＮ−MOS11、12と同様
である。これらのＰ−MOS21、22に対しても、ストッパ
層16と同じ目的のために、高濃度のＮ型拡散層によりス
トッパ層26が形成されている。
２つのＰチャンネルMOS（Ｐ−MOS）21、22が形成されて
いる。これらのＰ−MOS21、22も、Ｎ−MOS11、12と同様
にポリシリコン製のゲート電極24をマスクとして形成さ
れた高濃度のＰ型拡散層25が形成される。そして、この
拡散層25とゲート電極24により２つのＰ−MOS21、22が
並列に形成されている。また、そのソースあるいはドレ
イン領域が共有されていることもＮ−MOS11、12と同様
である。これらのＰ−MOS21、22に対しても、ストッパ
層16と同じ目的のために、高濃度のＮ型拡散層によりス
トッパ層26が形成されている。
以上のように、２つのＮ−MOS11および12、２つのＰ
−MOS21および22、ストッパ層16および26により１つの
基準となるセル１が構成されている。そして、マスター
スライス方式による半導体装置は、この基準セルが一定
の間隔で連続的に形成されており、これらの基準セルを
アルミニウムなどの配線で接続して所望の回路を得るよ
うにしている。図11に示した装置は、この１例であり、
縦横の固定配線規則に従って設計するゲートアレイ手法
を用いてSRAMが構成されている。Ｐ−MOSとＮ−MOSが連
続して形成されている従来の相補型の半導体装置におけ
る問題点として、上記のSRAMのような、データスイッチ
の回路部をＮ−MOS単体により構成する回路であって
も、回路設計上１つの基本セルを使用せざるを得ないこ
とが挙げられる。また、配線規則を考慮するとＰ−MOS
とＮ−MOSの面積すなわちチャンネル幅を大きく変える
ことが困難であり、このため、回路の作動時間が応答時
間の遅いＰ−MOSにより決定されてしまうことが挙げら
れる。
−MOS21および22、ストッパ層16および26により１つの
基準となるセル１が構成されている。そして、マスター
スライス方式による半導体装置は、この基準セルが一定
の間隔で連続的に形成されており、これらの基準セルを
アルミニウムなどの配線で接続して所望の回路を得るよ
うにしている。図11に示した装置は、この１例であり、
縦横の固定配線規則に従って設計するゲートアレイ手法
を用いてSRAMが構成されている。Ｐ−MOSとＮ−MOSが連
続して形成されている従来の相補型の半導体装置におけ
る問題点として、上記のSRAMのような、データスイッチ
の回路部をＮ−MOS単体により構成する回路であって
も、回路設計上１つの基本セルを使用せざるを得ないこ
とが挙げられる。また、配線規則を考慮するとＰ−MOS
とＮ−MOSの面積すなわちチャンネル幅を大きく変える
ことが困難であり、このため、回路の作動時間が応答時
間の遅いＰ−MOSにより決定されてしまうことが挙げら
れる。
図３および図４に、本例のSRAMの回路を示してある。
本例のSRAMは、Ｎ−MOSを伝送ゲートとしている９素子
により構成された論理回路である。この回路の書込みお
よび読出の双方に設置された伝送ゲートは、Ｎ−MOS4
1、42で構成されている。このように、Ｎ−MOS単体でゲ
ートが形成された回路を、上述した従来の相補型半導体
装置で構成すると、図11に示すように、９素子の回路に
対して３つの基本セルが、すなわち、12素子の面積が必
要になってしまう。
本例のSRAMは、Ｎ−MOSを伝送ゲートとしている９素子
により構成された論理回路である。この回路の書込みお
よび読出の双方に設置された伝送ゲートは、Ｎ−MOS4
1、42で構成されている。このように、Ｎ−MOS単体でゲ
ートが形成された回路を、上述した従来の相補型半導体
装置で構成すると、図11に示すように、９素子の回路に
対して３つの基本セルが、すなわち、12素子の面積が必
要になってしまう。
一方、半導体装置の作動時間については、一般に以下
の関係が成立する。
の関係が成立する。
tr＝４×C/（β×Ｈ×Vdd） ・・・・（１） ここで、trは応答時間であり、MOSの立ち上がりある
いは立ち下がりの時間を示す。Ｃは負荷容量であり、そ
れぞれのMOS自体の容量およびそのMOSに寄生している配
線などの容量である。Ｈはチャネル幅、Vddは電源電位
である。また、βはMOSの単位長さ当たりの電源増幅率
であり、Ｐ−MOSの電流増幅率は、Ｎ−MOSのそれの約1/
2〜1/3である。すなわち、チャネル幅Ｈが略同等とする
と、Ｐ−MOSの応答時間trは、Ｎ−MOSと比較して約２〜
３倍である。例えば、従来の相補型半導体装置におい
て、Ｐ−MOSとＮ−MOSによりインバータを構成する場合
は、チャネル幅Ｈが同等であるため、このインバータの
立ち上がり時間は、立ち下がり時間の約２〜３倍の時間
が必要となる。従って、複数のインバータの接続された
回路においては、Ｐ−MOSの応答時間に装置の作動時間
が左右される。
いは立ち下がりの時間を示す。Ｃは負荷容量であり、そ
れぞれのMOS自体の容量およびそのMOSに寄生している配
線などの容量である。Ｈはチャネル幅、Vddは電源電位
である。また、βはMOSの単位長さ当たりの電源増幅率
であり、Ｐ−MOSの電流増幅率は、Ｎ−MOSのそれの約1/
2〜1/3である。すなわち、チャネル幅Ｈが略同等とする
と、Ｐ−MOSの応答時間trは、Ｎ−MOSと比較して約２〜
３倍である。例えば、従来の相補型半導体装置におい
て、Ｐ−MOSとＮ−MOSによりインバータを構成する場合
は、チャネル幅Ｈが同等であるため、このインバータの
立ち上がり時間は、立ち下がり時間の約２〜３倍の時間
が必要となる。従って、複数のインバータの接続された
回路においては、Ｐ−MOSの応答時間に装置の作動時間
が左右される。
上記のような問題点に鑑みて、本発明の課題は、Ｐ−
MOSとＮ−MOSとが連続的に形成されるマスタースライス
方式の半導体装置において、そのレイアウトを改善する
ことにより、回路の占有する面積を減少して、半導体装
置の使用効率を向上することにある。さらに、本発明に
おいては、回路の占有面積の増加を抑制して、MOS論理
回路の作動時間の短縮が可能な半導体装置を実現するこ
とも目的としている。
MOSとＮ−MOSとが連続的に形成されるマスタースライス
方式の半導体装置において、そのレイアウトを改善する
ことにより、回路の占有する面積を減少して、半導体装
置の使用効率を向上することにある。さらに、本発明に
おいては、回路の占有面積の増加を抑制して、MOS論理
回路の作動時間の短縮が可能な半導体装置を実現するこ
とも目的としている。
発明の開示 上記目的を達成するため、本発明は、配列された複数
の基本セルを有し、その基本セル内および該基本セル間
を接続して所定の回路を構成する半導体装置であって、
基本セルは、複数の第１導電型のMISFETと少なくとも１
つの第２導電型のMISFETとを含み、複数の第１導電型の
MISFETは、第１チャネル幅を有する第1MISFETと第１チ
ャネル幅よりも幅狭い第２チャネル幅を有する第2MISFE
Tとを含み、第1MISFETのゲート電極と第2MISFETのゲー
ト電極とは同一の第１導電型の不純物拡散層の上方に相
平行して形成されており、第1MISFETのゲート電極はそ
の両端部にコンタクト形成部を有し、第2MISFETのゲー
ト電極はその一方端部にのみコンタクト形成部を有し、
第2MISFETのゲート電極の他方端部に隣り合う位置に、
第２導電型のストッパ層が配置されており、第1MISFET
の一方のコンタクト形成部と第2MISFETのゲート電極の
コンタクト形成部とが第1MISFETおよび前記第2MISFETの
チャネル長に平行な直線上に配置されてなることを特徴
とする。
の基本セルを有し、その基本セル内および該基本セル間
を接続して所定の回路を構成する半導体装置であって、
基本セルは、複数の第１導電型のMISFETと少なくとも１
つの第２導電型のMISFETとを含み、複数の第１導電型の
MISFETは、第１チャネル幅を有する第1MISFETと第１チ
ャネル幅よりも幅狭い第２チャネル幅を有する第2MISFE
Tとを含み、第1MISFETのゲート電極と第2MISFETのゲー
ト電極とは同一の第１導電型の不純物拡散層の上方に相
平行して形成されており、第1MISFETのゲート電極はそ
の両端部にコンタクト形成部を有し、第2MISFETのゲー
ト電極はその一方端部にのみコンタクト形成部を有し、
第2MISFETのゲート電極の他方端部に隣り合う位置に、
第２導電型のストッパ層が配置されており、第1MISFET
の一方のコンタクト形成部と第2MISFETのゲート電極の
コンタクト形成部とが第1MISFETおよび前記第2MISFETの
チャネル長に平行な直線上に配置されてなることを特徴
とする。
先ず、基本セル内にチャネル幅が幅狭の第2MISFET
が付帯しているため、この第2MISFETを用いて単独素子
からなる回路機能素子を構成することや、第2MISFETを
基本セル内の第1MISFETと並列接続させることにより、
電流容量の確保が実現し、作動速度の向上した回路機能
素子を構成することができる。また、基本セルの専有面
積を縮小化できるため、短配線による寄生容量の低減を
実現でき、動作速度の向上に寄与すると共に、高集積化
を図ることができる。
が付帯しているため、この第2MISFETを用いて単独素子
からなる回路機能素子を構成することや、第2MISFETを
基本セル内の第1MISFETと並列接続させることにより、
電流容量の確保が実現し、作動速度の向上した回路機能
素子を構成することができる。また、基本セルの専有面
積を縮小化できるため、短配線による寄生容量の低減を
実現でき、動作速度の向上に寄与すると共に、高集積化
を図ることができる。
主として用いられる素子は第1MISFETであるため、
両端部にコンタクト形成部を有していることから第1MIS
FET同士や第1MISFETと第2MISFETとの配線通過性を向上
させることができるが、小規模の第2MISFETは単独素子
からなる回路機能素子を構成する場合や補足的に基本セ
ル内の第1MISFETと並列接続させて電流容量を確保する
場合に用いられるものであって、また未使用となる場合
も多いものであるから、一方端部にのみコンタクト形成
部を有するゲート電極で構わない。むしろ、一方端部に
のみコンタクト形成部を有するゲート電極である故、そ
の他方端部に隣り合う位置に第２導電型のストッパ層を
配置できる余裕が生まれと共に、実効チャネル幅をでき
るだけ長くして電流容量を確保でき、基本セル毎にスト
ッパ層を配置する必要性からして、基本セルの専有面積
の縮小化を実現でき、短配線による寄生容量の低減によ
り動作速度の向上に寄与すると共に、高集積化を図るこ
とができる。
両端部にコンタクト形成部を有していることから第1MIS
FET同士や第1MISFETと第2MISFETとの配線通過性を向上
させることができるが、小規模の第2MISFETは単独素子
からなる回路機能素子を構成する場合や補足的に基本セ
ル内の第1MISFETと並列接続させて電流容量を確保する
場合に用いられるものであって、また未使用となる場合
も多いものであるから、一方端部にのみコンタクト形成
部を有するゲート電極で構わない。むしろ、一方端部に
のみコンタクト形成部を有するゲート電極である故、そ
の他方端部に隣り合う位置に第２導電型のストッパ層を
配置できる余裕が生まれと共に、実効チャネル幅をでき
るだけ長くして電流容量を確保でき、基本セル毎にスト
ッパ層を配置する必要性からして、基本セルの専有面積
の縮小化を実現でき、短配線による寄生容量の低減によ
り動作速度の向上に寄与すると共に、高集積化を図るこ
とができる。
そして、第1MISFETの一方のコンタクト形成部と第2
MISFETのゲート電極のコンタクト形成部とが第1MISFET
および第2MISFETのチャネル長に平行な直線上に配置さ
れているため、第1MISFETの一方のコンタクト形成部上
をチャネル長方向に通る直線上に第2MISFETのゲート電
極のコンタクト形成部が必ず位置するので、配線規則に
違背せずに、第2MISFETとの縦横接続配線を確約でき、
基本セル内に小規模な第2MISFETを付帯させたことによ
る配線敷設性の制約が生ぜず、ゲートアレイにとって実
用的に優れた基本セルとなる。
MISFETのゲート電極のコンタクト形成部とが第1MISFET
および第2MISFETのチャネル長に平行な直線上に配置さ
れているため、第1MISFETの一方のコンタクト形成部上
をチャネル長方向に通る直線上に第2MISFETのゲート電
極のコンタクト形成部が必ず位置するので、配線規則に
違背せずに、第2MISFETとの縦横接続配線を確約でき、
基本セル内に小規模な第2MISFETを付帯させたことによ
る配線敷設性の制約が生ぜず、ゲートアレイにとって実
用的に優れた基本セルとなる。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の実施例１に係るＮチャンネル型のサ
ブMOSを有する半導体装置を用いたSRAMの構成を示すレ
イアウト図である。
ブMOSを有する半導体装置を用いたSRAMの構成を示すレ
イアウト図である。
図２は、図１に示す半導体装置の基本セルの構成を示
すレイアウト図である。
すレイアウト図である。
図３は、図１に示すSRAMの論理回路を示す回路図であ
る。
る。
図４は、図１に示すSRAMの回路を示す回路図である。
図５は、本発明の実施例２に係るＰチャンネル型のサ
ブMOSを有する半導体装置を用いた出力マルチプレクサ
の構成を示すレイアウト図である。
ブMOSを有する半導体装置を用いた出力マルチプレクサ
の構成を示すレイアウト図である。
図６は、図１に示す出力マルチプレクサの論理回路を
示す回路図である。
示す回路図である。
図７は、図１に示す出力マルチプレクサの回路を示す
回路図である。
回路図である。
図８は、本発明の実施例３に係るＮチャンネル型およ
びＰチャンネル型のサブMOSを有する半導体装置を用い
たSRAMの構成を示すレイアウト図である。
びＰチャンネル型のサブMOSを有する半導体装置を用い
たSRAMの構成を示すレイアウト図である。
図９は、図８に示すSRAMの論理回路を示す回路図であ
る。
る。
図10は、図８に示す本発明の半導体装置の構成を示す
レイアウト図である。
レイアウト図である。
図11は、従来の相補型の半導体装置を用いたSRAMの構
成を示すレイアウト図である。
成を示すレイアウト図である。
図12は、図11に用いられている基本セルの構成を示す
レイアウト図である。
レイアウト図である。
発明を実施するための最良の形態 次に、本発明に係る半導体装置の望ましい実施例を添
付図面を参照して説明する。
付図面を参照して説明する。
〔実施例１〕 図１に、本発明の実施例１に係るＮチャンネル型のサ
ブMOSが形成されている半導体装置を用いたSRAMのレイ
アウトを示してある。本例においては、半導体装置に形
成されている基本セルのうち、２つの基本セル1.1およ
び1.2によりSRAMの１つのメモリー回路が構成されてい
る。
ブMOSが形成されている半導体装置を用いたSRAMのレイ
アウトを示してある。本例においては、半導体装置に形
成されている基本セルのうち、２つの基本セル1.1およ
び1.2によりSRAMの１つのメモリー回路が構成されてい
る。
図２に、図１の半導体装置を構成している基本セルの
構成を示してある。本例の基本セル１は、Ｐ型のウェル
10に、２つのＮチャンネルMOS（Ｎ−MOS）11および12が
形成されている。これらと並列に高濃度のＰ型拡散層に
よりストッパ層16が形成されており、このストッパ層16
を挟んで後述するＰチャンネルMOS（Ｐ−MOS）21、22と
逆側に、サブMOS13が形成されている。このサブMOS13
は、Ｎ−MOS11、12と同様にポリシリコン製のゲート電
極14をマスクとして導入された高濃度のＮ型拡散層15に
より形成されたＮチャンネルMOSであり、Ｎ−MOS11、12
と並列に形成されている。このサブMOS13のソースある
いはドレインとして用いられるＮ型拡散層15は、上記の
Ｎ−MOS11を構成しているＮ型拡散層15と同一のものと
なっているので、このＮ型拡散層15の領域を、サブMOS1
3とＮ−MOS11のソースあるいはドレインの領域として共
用することが可能となっている。このサブMOS13は、基
本セル１の他の基本セルと隣接する領域に、ストッパ層
16と並ぶように形成されている。従って、サブMOS13の
チャネル幅Ｈ′は、基本セル１を構成しているＮ−MOS1
1および12のチャネル幅Ｈの約1/2となっている。このよ
うに、本例の装置においては、図12に示した従来の半導
体装置のから基本セルの面積を増加することなく、サブ
MOSが基本セルの中に導入されている。
構成を示してある。本例の基本セル１は、Ｐ型のウェル
10に、２つのＮチャンネルMOS（Ｎ−MOS）11および12が
形成されている。これらと並列に高濃度のＰ型拡散層に
よりストッパ層16が形成されており、このストッパ層16
を挟んで後述するＰチャンネルMOS（Ｐ−MOS）21、22と
逆側に、サブMOS13が形成されている。このサブMOS13
は、Ｎ−MOS11、12と同様にポリシリコン製のゲート電
極14をマスクとして導入された高濃度のＮ型拡散層15に
より形成されたＮチャンネルMOSであり、Ｎ−MOS11、12
と並列に形成されている。このサブMOS13のソースある
いはドレインとして用いられるＮ型拡散層15は、上記の
Ｎ−MOS11を構成しているＮ型拡散層15と同一のものと
なっているので、このＮ型拡散層15の領域を、サブMOS1
3とＮ−MOS11のソースあるいはドレインの領域として共
用することが可能となっている。このサブMOS13は、基
本セル１の他の基本セルと隣接する領域に、ストッパ層
16と並ぶように形成されている。従って、サブMOS13の
チャネル幅Ｈ′は、基本セル１を構成しているＮ−MOS1
1および12のチャネル幅Ｈの約1/2となっている。このよ
うに、本例の装置においては、図12に示した従来の半導
体装置のから基本セルの面積を増加することなく、サブ
MOSが基本セルの中に導入されている。
一方、本例の基本セル１を構成する２つのＰ−MOS21
および22は、上述した従来の相補型の基本セルと同様
に、２つのＮ−MOS11および12と対称となるように形成
されている。さらに、これらのＰ−MOS21、22を隣接す
る基本セルから分離するストッパ層26も従来の基本セル
と同様に形成されている。これらについては、従来のも
のと同様につき同じ番号を付して説明を省略する。
および22は、上述した従来の相補型の基本セルと同様
に、２つのＮ−MOS11および12と対称となるように形成
されている。さらに、これらのＰ−MOS21、22を隣接す
る基本セルから分離するストッパ層26も従来の基本セル
と同様に形成されている。これらについては、従来のも
のと同様につき同じ番号を付して説明を省略する。
このように、本例の半導体装置においては、従来の基
本セルを構成していた２つのＮ−MOS11および12、２つ
のＰ−MOS21および22、ストッパ層16および26に、１つ
のＮチャンネル型のサブMOS13が加わって基本セル１が
構成されている。このため、Ｎ−MOS単体で形成される
伝送ゲートのような回路素子は、このサブMOS13を用い
て形成できるようになっている。
本セルを構成していた２つのＮ−MOS11および12、２つ
のＰ−MOS21および22、ストッパ層16および26に、１つ
のＮチャンネル型のサブMOS13が加わって基本セル１が
構成されている。このため、Ｎ−MOS単体で形成される
伝送ゲートのような回路素子は、このサブMOS13を用い
て形成できるようになっている。
図３および図４に、上記の図１に示したSRAMの回路を
示してある。本例のSRAMは、Ｎ−MOSを伝送ゲートとし
て用いた９素子のメモリー回路である。本回路において
は、先ず、ライトイネーブル信号Ｗに基づき伝送ゲート
41が開き、データライン51からの信号がＰ−MOS46とＮ
−MOS47で構成されるインバータ31に印加される。この
インバータ31により増幅された信号は、Ｐ−MOS44とＮ
−MOS45により構成されるインバータ32に印加される。
ライトイネーブル信号Ｗがオフとなると、Ｎ−MOSで構
成された伝送ゲート41が閉となり、Ｐ−MOSで構成され
た伝送ゲート43が開く。このため、この伝送ゲート43を
介してインバータ32により増幅された信号が再度インバ
ータ31に印加されるので、インバータ31および32により
情報が記録される。
示してある。本例のSRAMは、Ｎ−MOSを伝送ゲートとし
て用いた９素子のメモリー回路である。本回路において
は、先ず、ライトイネーブル信号Ｗに基づき伝送ゲート
41が開き、データライン51からの信号がＰ−MOS46とＮ
−MOS47で構成されるインバータ31に印加される。この
インバータ31により増幅された信号は、Ｐ−MOS44とＮ
−MOS45により構成されるインバータ32に印加される。
ライトイネーブル信号Ｗがオフとなると、Ｎ−MOSで構
成された伝送ゲート41が閉となり、Ｐ−MOSで構成され
た伝送ゲート43が開く。このため、この伝送ゲート43を
介してインバータ32により増幅された信号が再度インバ
ータ31に印加されるので、インバータ31および32により
情報が記録される。
次に、リードイネーブル信号Ｒにより、Ｎ−MOSで構
成された伝送ゲート42が開くと、インバータ31および32
に保持されていた情報が、Ｐ−MOS48とＮ−MOS49で構成
されるインバータ33により増幅されたビットライン52に
現れる。
成された伝送ゲート42が開くと、インバータ31および32
に保持されていた情報が、Ｐ−MOS48とＮ−MOS49で構成
されるインバータ33により増幅されたビットライン52に
現れる。
この回路を実現する本例の半導体装置においては、上
述した図２に示す基本セル１が縦および横に連続的に形
成されており、これらの基本セルを内部配線によって接
続して所望の回路を得るようにしている。そして、上記
の回路は、図１に示すように２つの基本セル1.1および
1.2を用いて実現されている。内部配線の設計にあたっ
ては、配線が直交するデザインルールを持つゲートアレ
イ手法が採用されている。先ず、電源配線は、各MOSを
直交するように配線されており、Ｐ−MOSに対してはVdd
が接続され、Ｎ−MOSに対してはVssが接続されている。
各電源配線は、基板電位を落としてMOSに寄生している
トランジスタによるラッチアップを防止するため、それ
ぞれのセルのストッパ層16.1、16.2、26.1、26.2とコン
タクト19により接続されている。
述した図２に示す基本セル１が縦および横に連続的に形
成されており、これらの基本セルを内部配線によって接
続して所望の回路を得るようにしている。そして、上記
の回路は、図１に示すように２つの基本セル1.1および
1.2を用いて実現されている。内部配線の設計にあたっ
ては、配線が直交するデザインルールを持つゲートアレ
イ手法が採用されている。先ず、電源配線は、各MOSを
直交するように配線されており、Ｐ−MOSに対してはVdd
が接続され、Ｎ−MOSに対してはVssが接続されている。
各電源配線は、基板電位を落としてMOSに寄生している
トランジスタによるラッチアップを防止するため、それ
ぞれのセルのストッパ層16.1、16.2、26.1、26.2とコン
タクト19により接続されている。
そして、これらのセル1.1、1.2に含まれている各MOS
に対して、上述したSRAMを構成するように配線が接続さ
れている。先ず、セル1.1のＮチャンネル型のサブMOS1
3.1により読出のために伝送ゲート42が形成される。次
に、Ｐ−MOS21.1とＮ−MOS11.1によりインバータ33が構
成され、Ｐ−MOS22.1とＮ−MOS12.1によりインバータ31
が構成される。セル1.2においては、先ず、サブMOS13.2
により書込みの伝送ゲート41が形成されている。そし
て、Ｐ−MOS21.2により、記憶保持の伝送ゲート43が構
成され、Ｐ−MOS22.2とＮ−MOS12.2によりインバータ32
が構成されている。このセルのＮ−MOS11.2は、伝送ゲ
ート41に用いられているサブMOS13.2と、インバータ32
に用いられているＮ−MOS12.2を分離するために、ゲー
ト電極が、ストッパ層16.2を介して電源Vssに接続され
ている。
に対して、上述したSRAMを構成するように配線が接続さ
れている。先ず、セル1.1のＮチャンネル型のサブMOS1
3.1により読出のために伝送ゲート42が形成される。次
に、Ｐ−MOS21.1とＮ−MOS11.1によりインバータ33が構
成され、Ｐ−MOS22.1とＮ−MOS12.1によりインバータ31
が構成される。セル1.2においては、先ず、サブMOS13.2
により書込みの伝送ゲート41が形成されている。そし
て、Ｐ−MOS21.2により、記憶保持の伝送ゲート43が構
成され、Ｐ−MOS22.2とＮ−MOS12.2によりインバータ32
が構成されている。このセルのＮ−MOS11.2は、伝送ゲ
ート41に用いられているサブMOS13.2と、インバータ32
に用いられているＮ−MOS12.2を分離するために、ゲー
ト電極が、ストッパ層16.2を介して電源Vssに接続され
ている。
上記のように、本例のサブMOSを有する半導体装置を
用いることにより、本例のSRAMを２つの基本セルにより
実現できる。このような回路を形成するためには、従来
の半導体装置においては、図11に示すように、３つのセ
ルが必要であった。しかしながら、図１に示すように、
本例の装置を用いることにより、一方のセル1.2のサブM
OS13.2を用いて書込みの伝送ゲート41を形成し、他方の
セル1.1のサブMOS13.1を用いて読出の伝送ゲート42を形
成することができる。このため、９素子のメモリー回路
を２つのセルで構成可能となっている。
用いることにより、本例のSRAMを２つの基本セルにより
実現できる。このような回路を形成するためには、従来
の半導体装置においては、図11に示すように、３つのセ
ルが必要であった。しかしながら、図１に示すように、
本例の装置を用いることにより、一方のセル1.2のサブM
OS13.2を用いて書込みの伝送ゲート41を形成し、他方の
セル1.1のサブMOS13.1を用いて読出の伝送ゲート42を形
成することができる。このため、９素子のメモリー回路
を２つのセルで構成可能となっている。
本例の装置上に形成された回路においては、伝送ゲー
ト41、42にＮチャンネル型のMOSが採用されているた
め、その立ち上がり時間は比較的短い。従って、これら
の伝送ゲート41、42をチャネル幅の狭いサブMOS13.1、1
3.2を用いて構成しても回路の作動時間に与える影響は
小さい。また、従来の装置であれば、本例の回路を形成
するために、３つのセルが必要となっていたので、従来
の装置と比較すると、本例の装置においては、各MOSに
関連する配線容量が減少し、寄生容量が少なくなるた
め、回路の作動時間の短縮が図られていると言える。
ト41、42にＮチャンネル型のMOSが採用されているた
め、その立ち上がり時間は比較的短い。従って、これら
の伝送ゲート41、42をチャネル幅の狭いサブMOS13.1、1
3.2を用いて構成しても回路の作動時間に与える影響は
小さい。また、従来の装置であれば、本例の回路を形成
するために、３つのセルが必要となっていたので、従来
の装置と比較すると、本例の装置においては、各MOSに
関連する配線容量が減少し、寄生容量が少なくなるた
め、回路の作動時間の短縮が図られていると言える。
また、従来の半導体装置の2/3のセルで回路を構成で
きるので、半導体装置の使用効率は向上していること
は、もちろんである。このため、本例の装置を用いてメ
モリー用のICを小型化でき、また、集積度を上げること
も可能である。
きるので、半導体装置の使用効率は向上していること
は、もちろんである。このため、本例の装置を用いてメ
モリー用のICを小型化でき、また、集積度を上げること
も可能である。
〔実施例２〕 図５に、実施例２に係るＰチャンネル型のサブMOSが
形成されている本例の半導体装置を示してある。本図に
示す回路は、２出力のマルチプレクサである。本例の半
導体装置は、実施例１とは逆に、Ｐ−MOS側のストッパ
層26.1および26.2と隣接して、Ｐチャンネル型のサブMO
S23.1および23.2が形成されている。その他の基本セル
の形状は、実施例１と同様につき同番号を付して説明を
省略する。また、本例の半導体装置はこれらの基本セル
が連続的に形成されていることも、実施例１の同様であ
る。
形成されている本例の半導体装置を示してある。本図に
示す回路は、２出力のマルチプレクサである。本例の半
導体装置は、実施例１とは逆に、Ｐ−MOS側のストッパ
層26.1および26.2と隣接して、Ｐチャンネル型のサブMO
S23.1および23.2が形成されている。その他の基本セル
の形状は、実施例１と同様につき同番号を付して説明を
省略する。また、本例の半導体装置はこれらの基本セル
が連続的に形成されていることも、実施例１の同様であ
る。
図６および図７に、本実施例の装置に構成されている
回路を示してある。本回路は、２出力のマルチプレクサ
であり、出力を増幅するインバータ61、62と、リードイ
ネーブル信号Ｒおよびその反転信号XRにより開閉する伝
送ゲート63、64により構成されている。この回路におい
ては、リードイネーブル信号Ｒおよびその反転信号XRに
より、伝送ゲート63が開くと、出力O1がインバータ61に
より増幅されて出力側に出力信号X1が現れる。出力O2お
よび出力信号X2と、伝送ゲート64およびインバータ62に
おいても、同様である。
回路を示してある。本回路は、２出力のマルチプレクサ
であり、出力を増幅するインバータ61、62と、リードイ
ネーブル信号Ｒおよびその反転信号XRにより開閉する伝
送ゲート63、64により構成されている。この回路におい
ては、リードイネーブル信号Ｒおよびその反転信号XRに
より、伝送ゲート63が開くと、出力O1がインバータ61に
より増幅されて出力側に出力信号X1が現れる。出力O2お
よび出力信号X2と、伝送ゲート64およびインバータ62に
おいても、同様である。
このような回路において、信号の立ち上がり時間は、
インバータを構成するＰ−MOSの応答時間に左右され
る。そして、一般にＰ−MOSの応答時間は、前述したよ
うに、Ｎ−MOSの応答時間の２〜３分の１であるので、
この回路の作動時間を短縮するためには、Ｐ−MOSの応
答時間を短縮することが必要である。このために、従来
の半導体装置においては、Ｐ−MOSを２つ並列に接続す
るなどの対策をしている。従って、Ｐ−MOSおよびＮ−M
OSを各２づつ備えた基本セルにより１つのインバータし
か構成できないこともある。
インバータを構成するＰ−MOSの応答時間に左右され
る。そして、一般にＰ−MOSの応答時間は、前述したよ
うに、Ｎ−MOSの応答時間の２〜３分の１であるので、
この回路の作動時間を短縮するためには、Ｐ−MOSの応
答時間を短縮することが必要である。このために、従来
の半導体装置においては、Ｐ−MOSを２つ並列に接続す
るなどの対策をしている。従って、Ｐ−MOSおよびＮ−M
OSを各２づつ備えた基本セルにより１つのインバータし
か構成できないこともある。
本例の装置においては、図７に示すように、Ｐチャン
ネル型のサブMOS73とＰ−MOS71とを並列に接続してＰ−
MOSの応答時間を改善している。このため、１つのセル
でインバータと伝送ゲートを構成でき、半導体装置の使
用効率を向上することが可能となっている。
ネル型のサブMOS73とＰ−MOS71とを並列に接続してＰ−
MOSの応答時間を改善している。このため、１つのセル
でインバータと伝送ゲートを構成でき、半導体装置の使
用効率を向上することが可能となっている。
図７に基づき本例の回路構成を説明すると、並列に接
続されたＰ−MOS71とサブMOS73およびＮ−MOS72により
インバータ61が構成されている。そして、Ｎ−MOS74と
Ｐ−MOS75とにより伝送ゲート63が構成されている。同
様に、Ｐ−MOS76、サブMOS77およびＮ−MOS78によりイ
ンバータ62が構成され、Ｎ−MOS79とＰ−MOS80により伝
送ゲート64が構成されている。
続されたＰ−MOS71とサブMOS73およびＮ−MOS72により
インバータ61が構成されている。そして、Ｎ−MOS74と
Ｐ−MOS75とにより伝送ゲート63が構成されている。同
様に、Ｐ−MOS76、サブMOS77およびＮ−MOS78によりイ
ンバータ62が構成され、Ｎ−MOS79とＰ−MOS80により伝
送ゲート64が構成されている。
本例の半導体装置においては、この回路が、図５に示
すように、２つの基本セル1.1および1.2により構成され
ている。本例においても、実施例１と同様にゲートアレ
イを用いて配線されており、電源供給線VddおよびVssの
それぞれも、実施例１と同様に、ストッパ層16.1、16.
2、26.1、26.2と接続されている。基本セル1.1の配線に
ついては、サブMOS23.1とＰ−MOS21.1が並列となるよう
に、それぞれのゲート電極が接続されている。そして、
これらのMOSのドレインは、Ｎ−MOS11.1のドレインと接
続されてインバータ61が構成されている。さらに、Ｐ−
MOS21.1のドレイン領域をソース領域としたＰ−MOS22.1
と、Ｎ−MOS11.1のドレイン領域をソース領域としたＮ
−MOS12.1とにより伝送ゲート63が構成されている。こ
のように構成されたセルにおいて、出力O1がＮ−MOS11.
1とＰ−MOS21.1のゲート電極に印加され、出力信号X1が
Ｎ−MOS12.1とＰ−MOS22.1のドレインから引き出される
ことによりマルチプレクサが構成されている。
すように、２つの基本セル1.1および1.2により構成され
ている。本例においても、実施例１と同様にゲートアレ
イを用いて配線されており、電源供給線VddおよびVssの
それぞれも、実施例１と同様に、ストッパ層16.1、16.
2、26.1、26.2と接続されている。基本セル1.1の配線に
ついては、サブMOS23.1とＰ−MOS21.1が並列となるよう
に、それぞれのゲート電極が接続されている。そして、
これらのMOSのドレインは、Ｎ−MOS11.1のドレインと接
続されてインバータ61が構成されている。さらに、Ｐ−
MOS21.1のドレイン領域をソース領域としたＰ−MOS22.1
と、Ｎ−MOS11.1のドレイン領域をソース領域としたＮ
−MOS12.1とにより伝送ゲート63が構成されている。こ
のように構成されたセルにおいて、出力O1がＮ−MOS11.
1とＰ−MOS21.1のゲート電極に印加され、出力信号X1が
Ｎ−MOS12.1とＰ−MOS22.1のドレインから引き出される
ことによりマルチプレクサが構成されている。
セル1.2に形成されている２つのＰ−MOS21.2および2
2.2と、２つのＮ−MOS11.2および12.2さらにサブMOS23.
2も、セル1.1と同様に配線されてマルチプレクサを構成
している。
2.2と、２つのＮ−MOS11.2および12.2さらにサブMOS23.
2も、セル1.1と同様に配線されてマルチプレクサを構成
している。
このように、本例の半導体装置においては、１つのセ
ルによりインバータと伝送ゲートを形成することが可能
であり、同時に、サブMOSを用いることにより、インバ
ータの作動時間を短縮することが可能となっている。従
って、半導体装置の使用効率を減ずることなく、作動時
間の短縮を図ることが可能である。さらに、従来の半導
体装置においては、作動時間の短縮のために多数の基本
セルが用いられているため、これらの基本セルを接続す
る配線の寄生容量が増加してしまい充分な時間の短縮が
図られていなかった。しかしながら、本例の半導体装置
を用いて回路を構成する場合は、基本セルが増加するこ
とはなく配線の寄生容量の増加による作動時間への影響
は少ない。また、この回路においては、ＰチャンネルMO
Sの駆動能力が高まっているので、論理レベルのバラン
スを保つことが可能であり、AC特性、DC特性も向上して
いる。
ルによりインバータと伝送ゲートを形成することが可能
であり、同時に、サブMOSを用いることにより、インバ
ータの作動時間を短縮することが可能となっている。従
って、半導体装置の使用効率を減ずることなく、作動時
間の短縮を図ることが可能である。さらに、従来の半導
体装置においては、作動時間の短縮のために多数の基本
セルが用いられているため、これらの基本セルを接続す
る配線の寄生容量が増加してしまい充分な時間の短縮が
図られていなかった。しかしながら、本例の半導体装置
を用いて回路を構成する場合は、基本セルが増加するこ
とはなく配線の寄生容量の増加による作動時間への影響
は少ない。また、この回路においては、ＰチャンネルMO
Sの駆動能力が高まっているので、論理レベルのバラン
スを保つことが可能であり、AC特性、DC特性も向上して
いる。
〔実施例３〕 図８に本実施例に係るＮチャンネル型のサブMOSと、
Ｐチャンネル型のサブMOSとを１つのセルの中に有する
半導体装置を示してある。本例の装置に構成されている
回路は、実施例１と同様のSRAMであり、本例において
は、伝送ゲート41、42、43がＮチャンネルMOSとＰチャ
ンネルMOSとで構成された伝送ゲートである。
Ｐチャンネル型のサブMOSとを１つのセルの中に有する
半導体装置を示してある。本例の装置に構成されている
回路は、実施例１と同様のSRAMであり、本例において
は、伝送ゲート41、42、43がＮチャンネルMOSとＰチャ
ンネルMOSとで構成された伝送ゲートである。
図９に本例の回路を示してある。本例の回路に用いら
れている書込みのための伝送ゲートは、ライトイネーブ
ル信号Ｗとその反転信号XWに基づき開閉する。また、読
出のための伝送ゲートは、リードイネーブル信号Ｒとそ
の反転信号XRに基づき開閉する。その他、インバータ3
1、32、33などの動作は、実施例１と同様に付き、同番
号を付して説明を省略する。
れている書込みのための伝送ゲートは、ライトイネーブ
ル信号Ｗとその反転信号XWに基づき開閉する。また、読
出のための伝送ゲートは、リードイネーブル信号Ｒとそ
の反転信号XRに基づき開閉する。その他、インバータ3
1、32、33などの動作は、実施例１と同様に付き、同番
号を付して説明を省略する。
本例の半導体装置において、上記の回路が２つの基本
セル1.1および1.2を用いて構成されている。すなわち、
Ｐチャンネル型のサブMOS23.1とＮチャンネル型のサブM
OS13.1とにより伝送ゲート41が構成され、Ｎ−MOS11.1
とＰ−MOS21.1により、伝送ゲート43が構成されてい
る。Ｐ−MOS22.1とＮ−MOS12.1によりインバータ32が構
成されている。セル1.2においては、Ｐチャンネル型の
サブMOS23.2とＮチャンネル型のサブMOS13.2とにより読
出の伝送ゲート42が構成されている。そして、Ｐ−MOS2
1.2とＮ−MOS11.2によりインバータ33が構成され、Ｐ−
MOS22.2とＮ−MOS12.2によりインバータ31が構成されて
いる。伝送ゲート42の出力は、ビットライン52に接続さ
れている。
セル1.1および1.2を用いて構成されている。すなわち、
Ｐチャンネル型のサブMOS23.1とＮチャンネル型のサブM
OS13.1とにより伝送ゲート41が構成され、Ｎ−MOS11.1
とＰ−MOS21.1により、伝送ゲート43が構成されてい
る。Ｐ−MOS22.1とＮ−MOS12.1によりインバータ32が構
成されている。セル1.2においては、Ｐチャンネル型の
サブMOS23.2とＮチャンネル型のサブMOS13.2とにより読
出の伝送ゲート42が構成されている。そして、Ｐ−MOS2
1.2とＮ−MOS11.2によりインバータ33が構成され、Ｐ−
MOS22.2とＮ−MOS12.2によりインバータ31が構成されて
いる。伝送ゲート42の出力は、ビットライン52に接続さ
れている。
このような12素子の回路は、従来の２つのＮ−MOSと
２つのＰ−MOSにより構成された基本セルによる半導体
装置においては、３つのセルを用いて構成されていた。
しかしながら、本例の半導体装置を用いることにより、
同じ面積の基本セル２つにより12素子の回路を実現する
ことが可能である。従って、半導体装置の集積率を向上
することが可能であると同時に、配線等の寄生容量を減
少して回路の作動速度を向上することができる。
２つのＰ−MOSにより構成された基本セルによる半導体
装置においては、３つのセルを用いて構成されていた。
しかしながら、本例の半導体装置を用いることにより、
同じ面積の基本セル２つにより12素子の回路を実現する
ことが可能である。従って、半導体装置の集積率を向上
することが可能であると同時に、配線等の寄生容量を減
少して回路の作動速度を向上することができる。
図10に、基本セル１が連続的に形成された本例の半導
体装置を示してある。このように、本例の半導体装置に
おいては、マスタースライス方式を用いて基本セル１が
上下、左右に連続的に形成されており、これらのセル間
を配線で接続されて上述したメモリー回路などが多数形
成されて１つの集積回路となっている。
体装置を示してある。このように、本例の半導体装置に
おいては、マスタースライス方式を用いて基本セル１が
上下、左右に連続的に形成されており、これらのセル間
を配線で接続されて上述したメモリー回路などが多数形
成されて１つの集積回路となっている。
なお、上記において説明した実施例では、サブMOSが
すべて基本セルの外側、すなわち、ストッパ層を挟んで
配置されている例を示している。しかしながら、これら
の例とは逆に、サブMOSを基本セルの内側に配置するこ
とも可能である。また、一方の導電型のサブMOSを基本
セルの内側に配置し、他方の導電型のサブMOSを基本セ
ルの外側に配置することも勿論可能である。
すべて基本セルの外側、すなわち、ストッパ層を挟んで
配置されている例を示している。しかしながら、これら
の例とは逆に、サブMOSを基本セルの内側に配置するこ
とも可能である。また、一方の導電型のサブMOSを基本
セルの内側に配置し、他方の導電型のサブMOSを基本セ
ルの外側に配置することも勿論可能である。
産業上の利用可能性 以上のように、本発明に係るサブMISFETの形成された
基本セルを有する半導体装置を用いることにより、半導
体装置の使用効率を高めて集積率を向上でき、さらに、
作動時間を短縮することが可能である。従って、本例の
装置を用いて集積度の高いメモリー素子、および小型で
高速の入出力装置を実現することができる。
基本セルを有する半導体装置を用いることにより、半導
体装置の使用効率を高めて集積率を向上でき、さらに、
作動時間を短縮することが可能である。従って、本例の
装置を用いて集積度の高いメモリー素子、および小型で
高速の入出力装置を実現することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−177456（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−16261（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−93144（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−254631（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/82,27/118
Claims (1)
- 【請求項１】配列された複数の基本セルを有し、該基本
セル内および該基本セル間を接続して所定の回路を構成
する半導体装置であって、 前記基本セルは、複数の第１導電型のMISFETと少なくと
も１つの第２導電型のMISFETとを含み、前記複数の第１
導電型のMISFETは、第１チャネル幅を有する第1MISFET
と該第１チャネル幅よりも幅狭い第２チャネル幅を有す
る第2MISFETとを含み、前記第1MISFETのゲート電極と前
記第2MISFETのゲート電極とは同一の第１導電型の不純
物拡散層の上方に相平行して形成されており、 前記第1MISFETのゲート電極はその両端部にコンタクト
形成部を有し、 前記第2MISFETのゲート電極はその一方端部にのみコン
タクト形成部を有し、 前記第2MISFETのゲート電極の他方端部に隣り合う位置
に、第２導電型のストッパ層が配置されており、 前記第1MISFETの一方の前記コンタクト形成部と前記第2
MISFETのゲート電極の前記コンタクト形成部とが前記第
1MISFETおよび前記第2MISFETのチャネル長に平行な直線
上に配置されてなることを特徴とする半導体装置。
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