DE102016215276B4 - CONTACT SOI SUBSTRATES - Google Patents
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Abstract
Ein integrierter Schaltkreis miteinem Halbleitervollsubstrat;einer vergrabenen Oxidschicht, die auf dem Halbleitervollsubstrat ausgebildet ist;einer Vielzahl von Zellen (350, 355), die über der vergrabenen Oxidschicht ausgebildet sind, wobei jede Zelle ein Transistorbauelement aufweist;einer Vielzahl von Gateelektrodenleitungen (318), die durch die Vielzahl von Zellen (350, 355) verlaufen und Gateelektroden für die Transistorbauelemente der Zellen (350, 355) bereitstellen; undeiner Vielzahl von Tap-Zellen (110, 310), die zur elektrischen Kontaktierung des Halbleitervollsubstrats ausgebildet sind und an Positionen angeordnet sind, die unterschiedlich zu Positionen unterhalb oder oberhalb der Vielzahl der Zellen (350, 355) mit den Transistorbauelementen sind, wobei mindestens eine aus der Vielzahl von Tap-Zellen (110, 310) zwischen eingebetteten Randzellen (120, 220, 220', 320) angeordnet ist; undwobei mindestens eine aus der Vielzahl von Tap-Zellen (110, 310) zwischen eingebetten Randzellen (120, 220, 220', 320) angeordnet ist, die von Rand-Gateelektrodenleitungen (320) gekreuzt werden, die eine größere Breite als die Gateelektrodenleitungen aufweisen.An integrated circuit including a semiconductor bulk substrate; a buried oxide layer formed on the semiconductor bulk substrate; a plurality of cells (350, 355) formed over the buried oxide layer, each cell having a transistor device; a plurality of gate electrode lines (318), which pass through the plurality of cells (350, 355) and provide gate electrodes for the transistor devices of the cells (350, 355); anda plurality of tap cells (110, 310) configured to electrically contact the semiconductor solid substrate and arranged at positions different from positions below or above the plurality of cells (350, 355) with the transistor components, at least one of which of the plurality of tap cells (110, 310) is arranged between embedded edge cells (120, 220, 220 ', 320); andwherein at least one of the plurality of tap cells (110, 310) is arranged between embedded edge cells (120, 220, 220 ', 320) which are crossed by edge gate electrode lines (320) which have a greater width than the gate electrode lines ,
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung integrierte Schaltungen und Halbleiterbauteile und insbesondere die Bildung von Kontakten zu Halbleitersubstraten von SOI-Bauteilen.In general, the present invention relates to integrated circuits and semiconductor devices, and more particularly to the formation of contacts to semiconductor substrates of SOI devices.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIKDESCRIPTION OF THE PRIOR ART
Die Herstellung von modernen integrierten Schaltungen, wie beispielsweise CPUs, Speichergeräten, ASICs (anwendungsspezifische integrierte Schaltungen) und dergleichen, erfordert die Bildung einer großen Anzahl von Schaltungselementen auf einer vorgegebenen Chipfläche gemäß einer spezifizierten Schaltungsanordnung. In einer Vielzahl von elektronischen Schaltungen, stellen Feldeffekttransistoren eine wichtige Art von Schaltungselementen dar, die wesentlich die Leistung der integrierten Schaltungen bestimmen. Im Allgemeinen wird eine Vielzahl von Verfahrenstechniken derzeit zur Herstellung von Feldeffekttransistoren (FETs) praktiziert, wobei für viele Arten von komplexen Schaltungen die MOS-Technologie derzeit einer der vielversprechendsten Ansätze aufgrund der guten Eigenschaften im Hinblick auf die Arbeitsgeschwindigkeit und / oder Stromaufnahme und / oder Kosteneffizienz ist. Während der Herstellung komplexer integrierter Schaltungen unter Verwendung von beispielsweise der CMOS-Technologie werden Millionen von N-Kanal-Transistoren und P-Kanal-Transistoren auf einem Substrat, das eine kristalline Halbleiterschicht einschließt, gebildet.The production of modern integrated circuits, such as CPUs, memory devices, ASICs (application-specific integrated circuits) and the like, requires the formation of a large number of circuit elements on a given chip area in accordance with a specified circuit arrangement. In a variety of electronic circuits, field effect transistors are an important type of circuit element, which essentially determine the performance of the integrated circuits. In general, a variety of process technologies are currently being practiced for manufacturing field effect transistors (FETs), with MOS technology currently being one of the most promising approaches for many types of complex circuits due to the good properties in terms of operating speed and / or current consumption and / or cost efficiency is. During the fabrication of complex integrated circuits using, for example, CMOS technology, millions of N-channel transistors and P-channel transistors are formed on a substrate that includes a crystalline semiconductor layer.
Heutzutage werden die FETs in der Regel auf Silicon-on-Insulator (SOI) - Substraten und insbesondere Fully Depleted Silizium-auf-Isolator (FDSOI) - Substraten hergestellt. Die Kanäle der FETs sind in dünnen Halbleiterschichten gebildet, die typischerweise aus einem Siliziummaterial oder einem anderen Halbleitermaterialien hergestellt sind oder dieses umfassen, wobei die Halbleiterschichten auf isolierenden Schichten, vergrabenen Oxid (BOX) - Schichten gebildet sind, die wiederum die auf Halbleitervollsubstraten ausgebildet werden. Ein schwerwiegendes Problem, das durch die aggressive Runterskalierung der Halbleitervorrichtungen verursacht ist, muss in dem Auftreten von Kriechströmen gesehen werden. Da die Leckströme von den Schwellenspannungen der FETs abhängen, kann eine Vorspannung des Substrats (Back-Biasing) die Verlustleistung reduzieren. Mit dieser fortschrittlichen Technik wird das Substrat oder eine geeignete Wanne (well) vorgespannt, um die Transistorschwellenwerte zu erhöhen, wodurch Leckströme reduziert werden. In PMOS-Bauteilen wird der Körper des Transistors mit einer Spannung, die höher ist als die positive Versorgungsspannung VDD, vorgespannt. In NMOS -Bauteilen wird der Körper des Transistors auf eine Spannung niedriger als die negative Versorgungsspannung Vss vorgespannt.Nowadays, the FETs are usually produced on silicon-on-insulator (SOI) substrates and in particular fully depleted silicon-on-insulator (FDSOI) substrates. The channels of the FETs are formed in thin semiconductor layers, which are typically made of or comprise a silicon material or another semiconductor material, the semiconductor layers being formed on insulating layers, buried oxide (BOX) layers, which in turn are formed on semiconductor solid substrates. A serious problem caused by the aggressive scale down of the semiconductor devices must be seen in the occurrence of leakage currents. Since the leakage currents depend on the threshold voltages of the FETs, biasing the substrate (back-biasing) can reduce the power loss. With this advanced technique, the substrate or a suitable well is biased to increase the transistor thresholds, thereby reducing leakage currents. In PMOS devices, the body of the transistor is biased with a voltage that is higher than the positive supply voltage V DD . In NMOS devices, the body of the transistor is biased to a voltage lower than the negative supply voltage Vss.
In der
Um die Zeit zu verringern, die dafür erforderlich ist, den Design-Prozess auszuführen, sind Zellenbibliotheken erstellt worden, in denen Standardzellen-Designs zur Verfügung stehen. Natürlich gibt es Anwendungen, die eine oder mehrere spezialisierte Zellen erfordern können, in welchem Fall die Designer entweder eine individuelle Zelle für das Layout erstellen oder eine Bibliothek-Zelle in einer Weise zu verändern, die durch das gewünschte Design bedingt ist. Das resultierende Layout wird verwendet, um die gewünschte integrierte Schaltung herzustellen. Je nach dem verwendeten Design und der verwendeten Bibliothek kann ein Back-Biasing für die PMOS- oder NMOS-Bauteile oder für beide erfolgen. Zur Vorspannung des Körpers der NMOS und PMOS der Standardzellen werden Spannungen durch Ladungspumpen erzeugt, die benutzerdefinierte Blöcke sind, die VDDbias und VSSbias Spannungen liefern. Jede Standardzellenreihe muss mindestens eine (Körper- oder Wannen-) Tap-Zelle aufweisen. Allerdings haben Designer manchmal eine Regel für eine Anordnung einer Tap-Zelle in einer Standard-Zellreihe in jedem bestimmten Abstand in regelmäßigen Abständen.To reduce the time it takes to complete the design process, cell libraries have been created in which standard cell designs are available. Of course, there are applications that may require one or more specialized cells, in which case the designers either create an individual cell for the layout or change a library cell in a way that is dictated by the desired design. The resulting layout is used to create the desired integrated circuit. Depending on the design and library used, back biasing can be done for the PMOS or NMOS devices or for both. To bias the body of the NMOS and PMOS of the standard cells, voltages are generated by charge pumps, which are user-defined blocks that provide V DDbias and V SSbias voltages. Each standard cell row must have at least one (body or tub) tap cell. However, designers sometimes have a rule for arranging a tap cell in a standard cell row at any given interval at regular intervals.
Ähnlich dem Raster von Standard-Zellen wird üblicherweise ein Raster von Tap-Zellen in einem integrierten Schaltungsentwurf dazu verwendet, für den Körper der Transistoren eine Vorspannung zu liefern. Die Tap-Zellen müssen elektrische Verbindungen zwischen einem Netzwerk, das Vorspannungen liefert, und den P+ / N+ - Regionen, wie den Bereichen
Es bildet sich jedoch während des Ätzprozesses zur Erzeugung der Poly-Gates
Angesichts der oben beschriebenen Situation stellt die vorliegende Erfindung eine Technik zur Ausbildung von Substratkontakte bereit, die eine Waferverschmutzung aufgrund von Polyresten, die durch die Bildung von dünnen Poly-Graten in großen BOX-Öffnungen in Herstellungsprozessen des Stands der Technik verursacht wird, vermeidet.In view of the situation described above, the present invention provides a technique for forming substrate contacts that avoids wafer contamination due to poly residues caused by the formation of thin poly ridges in large BOX openings in prior art manufacturing processes.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Im Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand die Bildung von Halbleiterbauelementen mit Transistorbauelementen und insbesondere integrierte Schaltungen mit (MOS) FETs einschließlich Tap-Zellen für das Back-Biasing der Transistorbau elemente.In general, the subject matter disclosed herein relates to the formation of semiconductor devices with transistor devices and, more particularly, to integrated circuits with (MOS) FETs including tap cells for back-biasing the transistor devices.
Es wird bereitgestellt: Ein integrierter Schaltkreis mit einem Halbleitervollsubstrat, einer vergrabenen Oxidschicht, die auf dem Halbleitervollsubstrat ausgebildet ist, einer Vielzahl von Zellen, die über der vergrabenen Oxidschicht ausgebildet sind, wobei jede Zelle ein Transistorbauelement aufweist, einer Vielzahl von Gateelektrodenleitungen, die durch die Vielzahl von Zellen verlaufen und Gateelektroden für die Transistorbauelemente der Zellen bereitstellen, und einer Vielzahl von Tap-Zellen, die zur elektrischen Kontaktierung des Halbleitervollsubstrats ausgebildet sind und an Positionen angeordnet sind, die unterschiedlich zu Positionen unterhalb oder oberhalb der Vielzahl der Zellen mit den Transistorbauelementen sind, wobei mindestens eine aus der Vielzahl von Tap-Zellen zwischen eingebetteten Randzellen angeordnet ist und mindestens eine aus der Vielzahl von Tap-Zellen zwischen eingebetten Randzellen angeordnet ist, die von Rand-Gateelektrodenleitungen gekreuzt werden, die eine größere Breite als die Gateelektrodenleitungen aufweisen. Die integrierte Schaltung kann ferner eine Vielzahl von Füll-Zellen in Bereichen, die Transistoren enthalten können oder nicht, aufweisen, um beispielsweise die PC-Leitungen zu verbinden.It is provided: an integrated circuit having a semiconductor bulk substrate, a buried oxide layer formed on the semiconductor bulk substrate, a plurality of cells formed over the buried oxide layer, each cell having a transistor device, a plurality of gate electrode lines passing through the A plurality of cells extend and provide gate electrodes for the transistor components of the cells, and a plurality of tap cells which are designed for electrically contacting the semiconductor full substrate and are arranged at positions which are different from positions below or above the plurality of cells with the transistor components , wherein at least one of the plurality of tap cells is arranged between embedded edge cells and at least one of the plurality of tap cells is arranged between embedded edge cells Gate electrode lines are crossed, which have a greater width than the gate electrode lines. The integrated circuit may also have a plurality of fill cells in areas which may or may not contain transistors, for example to connect the PC lines.
Die Tap-Zellen stellen elektrische Verbindungen zwischen N-dotierten / P-dotierten Bereichen eines Halbleitervollsubstrat, über die die Transistorbauelemente ausgebildet sind, und ein Vorspannungs-Netzwerk, das für das Back-Biasing der Transistorbauelementen verwendet wird, bereit. Die Transistorbauelemente können Gateelektroden aufweisen, die aus einem Metallmaterial und einem Polysiliziummaterial hergestellt sein können, wobei das Polysiliziummaterial in Form von (Poly-) Gateelektrodenleitungen bereitgestellt wird, die durch ein Raster von regulären (Standard-) Zellen verlaufen.The tap cells provide electrical connections between N-doped / P-doped regions of a solid semiconductor substrate, over which the transistor components are formed, and a bias network, which is used for back-biasing the transistor components. The transistor components can have gate electrodes, which can be produced from a metal material and a polysilicon material, the polysilicon material being provided in the form of (poly) gate electrode lines which run through a grid of regular (standard) cells.
Figurenlistelist of figures
Die Erfindung kann in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung verstanden werden, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente identifizieren, und in denen:
-
1a-1e ein herkömmliches Back-Biasing eines Standardzellengitters veranschaulichen, wobei1a eine SOI-Konfiguration zeigt, die dotierte Bereiche in einem Halbleitervollsubstrat aufweist, die für ein Back-Biasing verwendet werden,1b ein regelmäßiges Standardzellenraster mit parallelen Poly-Leitungen und Grenzzellen zeigt, und die1c-1e ein Problem der Waferverschmutzung im Zusammenhang mit dünnen Poly-Graten in relativ großen Öffnungen, die in BOX Schichten gebildet sind, veranschaulichen; - die
2a bis2c Tap-Zellen - Standardzellen-Designs für ICs, wobei Substratkontakte außerhalb eines regulären Poly-Leitungsraster positioniert werden, veranschaulichen; - die
3a und3b alternative Tap-Zellen - Standardzellen-Designs für ICs zeigen, die nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind, wobei Substratkontakte außerhalb eines regulären Poly-Leitungsraster positioniert werden; und -
4 ein weiteres alternatives Tap-Zellen-Standardzellen-Design für ICs zeigt, das nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist, wobei Substratkontakte außerhalb eines regulären Poly-Leitungsraster positioniert werden.
-
1a-1e illustrate conventional back biasing of a standard cell grid, wherein1a FIG. 2 shows an SOI configuration that has doped regions in a semiconductor full substrate that are used for back biasing,1b shows a regular standard cell grid with parallel poly lines and boundary cells, and the1c-1e illustrate a problem of wafer contamination associated with thin poly burrs in relatively large openings formed in BOX layers; - the
2a to2c Tap Cells - Illustrate standard cell designs for ICs with substrate contacts positioned outside of a regular poly line grid; - the
3a and3b alternative tap cells - show standard cell designs for ICs that are not part of the present invention with substrate contacts positioned outside of a regular poly line grid; and -
4 shows another alternative tap cell standard cell design for ICs, which is not part of the present invention, wherein substrate contacts are positioned outside of a regular poly line grid.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Wie leicht für Fachleute auf dem Gebiet nach einem vollständigen Lesen der vorliegenden Anmeldung ersichtlich sein wird, sind die vorliegenden Verfahren auf eine Vielzahl von Technologien, beispielsweise NMOS, PMOS, CMOS, etc. anwendbar, und sie können ohne weiteres auf eine Vielzahl von Bauteilen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Logikvorrichtungen, SRAM-Vorrichtungen usw., insbesondere im Rahmen der FDSOI Technologien zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen (ICs) verwendet werden. Im Allgemeinen werden hier Fertigungstechniken und Halbleitervorrichtungen, bei denen back (Substrat)-biased N-Kanal-Transistoren und / oder P-Kanal-Transistoren ausgebildet werden können, beschrieben. Die Herstellungstechniken können in CMOS-Fertigungsprozesse integriert werden. Die Techniken und Technologien, die hier beschrieben werden, können dazu verwendet werden, MOS-integrierte Schaltungsbauteile, einschließlich NMOS integrierte Schaltungsbauteile, PMOS integrierte Schaltungsbauteile und CMOS-integrierte Schaltungsbauteile herzustellen. Insbesondere werden die hierin beschriebenen Verfahrensschritte in Verbindung mit jedem Halbleiterbauteilherstellungsverfahren verwendet, das Gate-Strukturen für integrierte Schaltungen einschließlich sowohl planarer als auch nicht-planarer integrierter Schaltungen bildet. Obwohl der Begriff „MOS“ sich eigentlich auf ein Bauteil bezieht, das eine Metallgateelektrode und einen Oxid-Gate-Isolator aufweist, wird dieser Begriff durchgängig so verwendet, dass er sich auf jedes Halbleiterbauelement bezieht, das eine leitfähige Gateelektrode (sei es aus Metall der einem anderen leitfähigen Material) aufweist, die über einem Gateisolator (ob Oxid oder ein anderer Isolator) angeordnet ist, der wiederum über einem Halbleitervollsubstrat positioniert ist.As will be readily apparent to those skilled in the art after a full reading of the present application, the present methods are applicable to a variety of technologies, such as NMOS, PMOS, CMOS, etc., and can be readily applied to a variety of devices, including, but not limited to, logic devices, SRAM devices, etc., particularly used in the context of FDSOI technologies for manufacturing integrated circuits (ICs). In general, manufacturing techniques and semiconductor devices in which back (substrate) -biased N-channel transistors and / or P-channel transistors can be formed are described here. The manufacturing techniques can be integrated into CMOS manufacturing processes. The techniques and technologies described here can be used to fabricate MOS integrated circuit devices, including NMOS integrated circuit devices, PMOS integrated circuit devices, and CMOS integrated circuit devices. In particular, the method steps described herein are used in conjunction with any semiconductor device manufacturing process that forms gate structures for integrated circuits including both planar and non-planar integrated circuits. Although the term “MOS” actually refers to a component that has a metal gate electrode and an oxide gate insulator, this term is used throughout to refer to any semiconductor device that has a conductive gate electrode (be it metal another conductive material) disposed over a gate insulator (whether oxide or other insulator), which in turn is positioned over a semiconductor bulk substrate.
Die vorliegende Erfindung stellt im allgemeinen Techniken zur Bildung von Kontakten zu Vollsubstraten von FDSOI-Bauteilen zum Ermöglichen eines Back-Biasing derselben und ein Design für Tap-Zellen und Standardzellen bereit, wobei ein Poly-Material, das für die Herstellung von Poly-Gate-Leitungen ausgebildet wird, nicht in Öffnungen einer BOX-Schicht eines FDSOI Substrats gebildet wird.The present invention generally provides techniques for contacting full substrates of FDSOI devices to enable back biasing and design for tap cells and standard cells, a poly material used for the manufacture of poly gate Lines is formed, is not formed in openings in a BOX layer of an FDSOI substrate.
Exemplarische Tap-Zellen-Standardzellen-Designs für ICs gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den
Die Standardzellen können jede Art von Logikzellen darstellen, die FETs umfassen, beispielsweise Inverter, NAND-Gate-Zellen, Multiplexer und dergleichen. Wie es in
Als eine Folge der breiteren Poly-Formgebung
Poly-Leitungen
Es wird darauf hingewiesen, dass in dem in
Die Tap-Zellen können in einem IC-Design-Layout vor, nach oder gleichzeitig mit dem Layout von Standardzellen angeordnet werden. Kriechstromreduzierung und -kontrolle kann durch die Anzahl und die Positionierung der Tap-Zellen optimiert werden. Der Intervallabstand der Tap-Zellen kann von den geometrischen Abmessungen der zugeordneten FETs und anderer Vorrichtungen abhängen, sodass, nach Maßgabe sich weiter verringernder Geometrien, die Frequenz und der Abstand der Tap-Zellen voneinander nach Wunsch erhöht oder verringert werden kann.The tap cells can be arranged in an IC design layout before, after or simultaneously with the layout of standard cells. Leakage current reduction and control can be optimized by the number and positioning of the tap cells. The interval of the tap cells may depend on the geometric dimensions of the associated FETs and other devices, so that as the geometry continues to decrease, the frequency and spacing of the tap cells may be increased or decreased as desired.
Jede der Tap-Zellen kann auch eine Vorspannungsquelle und / oder - Steuerung (beispielsweise Kontroller), die von der Spannungsquelle getrennt ist, und / oder eine Steuerung der zugehörigen Bauteile umfassen. Die Spannungsquelle und / oder -steuerung für die Tap-Zellen können lokal oder relativ zu den zugehörigen Vorrichtungen entfernt angeordnet sein, möglicherweise sogar auf einem separaten Die oder Chip. Jede Tap-Zelle kann separate Spannungsquellen haben. Alternativ können alle Tap-Zellen von einer einzelnen Spannungsquelle gesteuert werden. Clusters von Tap-Zellen innerhalb eines IC können jeweils eine Spannung teilen, so dass jeder Cluster von Tap-Zellen in einem IC an eine entsprechende Spannungsquelle und / oder -steuerung angeschlossen ist.Each of the tap cells can also comprise a bias voltage source and / or controller (for example a controller) which is separate from the voltage source and / or a controller of the associated components. The voltage source and / or control for the tap cells can be located locally or relatively to the associated devices, possibly even on a separate die or chip. Each tap cell can have separate voltage sources. Alternatively, all tap cells can be controlled by a single voltage source. Clusters of tap cells within an IC can each share a voltage, so that each cluster of tap cells in an IC connects to one appropriate voltage source and / or control is connected.
Hier und in den folgenden Beispielen können die offenbarten Layouts in einem IC-Designwerkzeug integriert werden, das eine Vielzahl von elektronischen Software-Designwerkzeuge enthalten kann, die mit verschiedenen Datenbanken verbunden sein können, wie beispielsweise die einer Halbleiter-Foundry und / oder eines oder mehrerer Kunden einer Foundry. Insbesondere kann das IC-Design-Werkzeug eine Vielzahl von Bauelementbibliotheken enthalten, auf die über eine grafische Benutzerschnittstelle zugegriffen werden kann, wobei Zellen von einzelnen Bauelementbibliotheken in einem IC-Design-Layout angeordnet werden können.Here and in the following examples, the layouts disclosed may be integrated into an IC design tool, which may include a variety of electronic software design tools that may be associated with various databases, such as a semiconductor foundry and / or one or more Foundry customers. In particular, the IC design tool can contain a plurality of component libraries that can be accessed via a graphical user interface, wherein cells from individual component libraries can be arranged in an IC design layout.
In diesem Beispiel sowie in den nicht erfindungsgemäßen Beispielen, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die
Das Halbleitervollsubstrat kann ein Siliziumsubstrat sein, insbesondere, ein Einkristall-Siliziumsubstrat. Andere Materialien können zum Ausbilden des Halbleitersubstrats verwendet werden, wie beispielsweise Germanium, Silizium-Germanium, Gallium-Phosphat, Gallium-Arsenid usw. Der Halbleitervollsubstrat umfasst N+ / P+ dotierte Bereiche für das Back-Biasing. Die BOX-Schicht kann ein dielektrisches Material umfassen, wie beispielsweise Siliciumdioxid, und kann beispielsweise eine Dicke von mindestens 50 nm aufweisen. Die Halbleiterschicht kann den Kanalbereich des FETs bereitzustellen, und kann jedes geeignete Halbleitermaterial, wie Silizium, Silizium / Germanium, Silicium / Kohlenstoff, anderen II-VI oder Ill-V-Halbleiterverbindungen und dergleichen enthalten. Die Halbleiterschicht kann eine Dicke aufweisen, die für einen vollständig verarmten (fully depleted) Feldeffekttransistor, beispielsweise eine Dicke in einem Bereich von etwa 5-8 nm. The solid semiconductor substrate can be a silicon substrate, in particular a single crystal silicon substrate. Other materials can be used to form the semiconductor substrate, such as germanium, silicon germanium, gallium phosphate, gallium arsenide, etc. The semiconductor bulk substrate includes N + / P + doped regions for back biasing. The BOX layer may comprise a dielectric material, such as silicon dioxide, and may have a thickness of at least 50 nm, for example. The semiconductor layer may provide the channel region of the FET and may include any suitable semiconductor material, such as silicon, silicon / germanium, silicon / carbon, other II-VI or III-V semiconductor compounds, and the like. The semiconductor layer can have a thickness that is suitable for a fully depleted field effect transistor, for example a thickness in a range of approximately 5-8 nm.
Der FET umfasst eine Gateelektrode, die über der Halbleiterschicht gebildet ist. Die Gateelektrode kann ein Metall-Gate und Polysilizium-Gate-Materialien umfassen. Das Material des Metall-Gates kann davon abhängen, ob das Transistorbauelement, das zu bilden ist, ein P-Kanal-Transistor oder ein N-Kanal-Transistor ist. In Ausführungsformen, in denen das Transistorbauelement ein N-Kanal-Transistor ist, kann das Metall La, LaN oder TiN umfassen. In Ausführungsformen, in denen das Transistorbauelement ein P-Kanal-Transistor ist, kann das Metall AI, AIN oder TiN umfassen.The FET includes a gate electrode that is formed over the semiconductor layer. The gate electrode may include a metal gate and polysilicon gate materials. The material of the metal gate may depend on whether the transistor device that is to be formed is a P-channel transistor or an N-channel transistor. In embodiments in which the transistor device is an N-channel transistor, the metal can comprise La, LaN or TiN. In embodiments in which the transistor device is a P-channel transistor, the metal can comprise Al, AlN or TiN.
Das Metall-Gate kann ein austrittsarbeitsfunktionseinstellendes Material umfassen, beispielsweise TiN. Insbesondere kann das Metall-Gate ein austrittsarbeitsfunktionseinstellendes Material umfassen, das ein geeignetes Übergangsmetall-Nitrid umfasst, beispielsweise eine solches aus den Gruppen IV-VI des Periodensystems, einschließlich, beispielsweise Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN), Titanaluminiumnitrid (TiAIN), Tantal-Aluminiumnitrid (TaAIN), Niobnitrid (NbN), Vanadiumnitrid (VN), Wolframnitrid (WN) und dergleichen, mit einer Dicke von ca. 1-60 nm. Außerdem kann die effektive Austrittsarbeit des Metallgates durch zugesetzte Dotierstoffe, beispielsweise AI, C oder F, eingestellt werden. Das Poly-Gate kann auf dem Metallgate gebildet werden.The metal gate may comprise a work function adjusting material, for example TiN. In particular, the metal gate may comprise a work function adjusting material comprising a suitable transition metal nitride, for example one from groups IV-VI of the periodic table, including, for example, titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN), titanium aluminum nitride (TiAIN), tantalum -Aluminium nitride (TaAIN), niobium nitride (NbN), vanadium nitride (VN), tungsten nitride (WN) and the like, with a thickness of approx. 1-60 nm. In addition, the effective work function of the metal gate can be increased by adding dopants, for example Al, C or F, can be set. The poly gate can be formed on the metal gate.
Die Gateelektrode kann von der Halbleiterschicht des FDSOI-Substrats durch ein Gatedielektrikum getrennt sein. Das Gatedielektrikum kann eine Materialschicht mit großem k mit einer Dielektrizitätskonstante k von über 4 umfassen. Die Materialschicht mit großem k kann ein Übergangsmetalloxid, wie beispielsweise mindestens eines von Hafniumoxid, Hafniumdioxid und Hafnium-Silizium-Oxynitrid, umfassen, und es kann direkt auf der Halbleiterschicht des FDSOI-Substrats gebildet sein.The gate electrode can be separated from the semiconductor layer of the FDSOI substrate by a gate dielectric. The gate dielectric can comprise a material layer with a large k with a dielectric constant k of over 4. The large k material layer may include a transition metal oxide, such as at least one of hafnium oxide, hafnium dioxide and hafnium silicon oxynitride, and may be formed directly on the semiconductor layer of the FDSOI substrate.
Andere beispielhafte Tap-Zellen-Standardzellen-Designs für ICs, die nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind, sind in den
Die Tap-Zellen der Layouts
Wie in
Ähnlich dem Layout, das in
Gemäß einem anderen nicht erfindungsgemäßen Beispiel, das in
Als Ergebnis stellt die vorliegende Erfindung Tap-Zellen-Standardzellen-Layouts bereit, die die Bildung von Poly-Material in Öffnungen vermeidet, die in BOX-Schichten von FDSOI-Substraten für das Kontaktieren dotierter Bereiche von Vollsubstraten der FDSOI-Substrate für ein Back-Biasing der FETs ausgebildet werden. Dadurch kann eine Kontamination von Wafern aufgrund von Poly-Verunreinigungen, die aus instabilen Poly-Strukturen, die in den Öffnungen der BOX-Schichten gebildet werden, vermieden werden.As a result, the present invention provides tap cell standard cell layouts that avoid the formation of poly material in openings that are in BOX layers of FDSOI substrates for contacting doped regions of full substrates of the FDSOI substrates for a back- Biasing of the FETs are formed. As a result, contamination of wafers due to poly impurities which are formed from unstable poly structures which are formed in the openings of the BOX layers can be avoided.
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