JPH07106973A - Converter - Google Patents

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JPH07106973A
JPH07106973A JP5250746A JP25074693A JPH07106973A JP H07106973 A JPH07106973 A JP H07106973A JP 5250746 A JP5250746 A JP 5250746A JP 25074693 A JP25074693 A JP 25074693A JP H07106973 A JPH07106973 A JP H07106973A
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JP
Japan
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substrate
transistors
mos
transistor
mos transistors
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Withdrawn
Application number
JP5250746A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Harutsugu Fukumoto
晴継 福本
Koji Ichikawa
浩司 市川
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP5250746A priority Critical patent/JPH07106973A/en
Publication of JPH07106973A publication Critical patent/JPH07106973A/en
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    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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Abstract

PURPOSE:To provide a converter which has a small chip area and the facilitated designing of layout. CONSTITUTION:Four MOS transistors TR 2, 3, 4 and 5 of the same layout are provided on the same substrate 1, and a polycrystalline silicon layer 15 is formed under a TR 2-5 within the substrate 1. At the same time, the voltage of a prescribed level is applied to the layer 15. Thus the threshold voltage Vt of those TR 2-5 are continuously controlled. Then the analog signals are supplied to the gate terminals of the TR 2-5 respectively. These analog signals are turned into the digital signals by the ON/OFF states of TR 2-5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は変換器に係り、例え
ば、フラッシュ型A/D変換器等に使用できる変換器に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a converter, and more particularly to a converter that can be used as a flash type A / D converter or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、CMOSを用いたフラッシュ型イ
ンバータの閾値電圧Vtを変化させるために、トランジ
スタのL/Wを変化させることが行われていた(例え
ば、1992年電子情報通信学会春季大会、C−60
8.「CMOSインバータを基本構成要素とするADコ
ンバータ」)。
2. Description of the Related Art Conventionally, the L / W of a transistor has been changed in order to change the threshold voltage Vt of a flash type inverter using CMOS (eg, 1992 Spring Meeting of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, C-60
8. "AD converter with CMOS inverter as basic component").

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、同一基板内
にL/Wの異なったトランジスタを多数配置するために
は、レイアウト設計が複雑になってしまう。又、同一基
板内にL/Wの異なったトランジスタを多数配置するた
めには、最小のトランジスタを最小ルールに合わせる必
要があり、それ以上の大きさのトランジスタを配置する
ためにはチップ面積が大きくなるという問題があった。
However, in order to arrange a large number of transistors having different L / W on the same substrate, the layout design becomes complicated. Further, in order to arrange a large number of transistors having different L / W on the same substrate, it is necessary to match the minimum transistor with the minimum rule, and in order to arrange a transistor of a larger size, the chip area is large. There was a problem of becoming.

【0004】そこで、この発明の目的は、レイアウト設
計が容易でチップ面積の小さな変換器を提供することに
ある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a converter whose layout design is easy and whose chip area is small.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、同一
基板に同一レイアウトのMOSトランジスタを複数配置
するとともに、基板内における前記各MOSトランジス
タの下方に導電層を延設し、当該導電層に所定の電圧を
印加することにより各MOSトランジスタの閾値電圧を
連続的に制御し、前記各MOSトランジスタのゲート端
子にアナログ信号を入力するとともに前記各MOSトラ
ンジスタのオン・オフ状態によりデジタル化するように
した変換器をその要旨とする。
According to a first aspect of the present invention, a plurality of MOS transistors having the same layout are arranged on the same substrate, and a conductive layer is extended below each of the MOS transistors in the substrate. A threshold voltage of each MOS transistor is continuously controlled by applying a predetermined voltage to the gate terminal, and an analog signal is input to the gate terminal of each MOS transistor and digitized by the ON / OFF state of each MOS transistor. The converter which was made into is the gist.

【0006】請求項2の発明は、同一基板に同一レイア
ウトのCMOSインバータ構造のMOSトランジスタを
複数組配置するとともに、基板内における前記CMOS
インバータ構造の各MOSトランジスタの下方に導電層
を延設し、当該導電層に所定の電圧を印加することによ
り前記CMOSインバータ構造の各MOSトランジスタ
の閾値電圧を連続的に制御し、前記各MOSトランジス
タのゲート端子にアナログ信号を入力するとともに前記
各MOSトランジスタのオン・オフ状態によりデジタル
化するようにした変換器をその要旨とする。
According to a second aspect of the present invention, a plurality of sets of MOS transistors having the same layout and CMOS inverter structure are arranged on the same substrate, and the CMOS in the substrate is arranged.
A conductive layer is provided below each MOS transistor of the inverter structure, and a threshold voltage of each MOS transistor of the CMOS inverter structure is continuously controlled by applying a predetermined voltage to the conductive layer. The gist of the present invention is a converter which inputs an analog signal to the gate terminal and digitizes it by turning on / off each of the MOS transistors.

【0007】[0007]

【作用】請求項1の発明は、導電層に所定の電圧を印加
することにより基板電位を連続的に制御して各MOSト
ランジスタの閾値電圧が連続的に制御される。そして、
各MOSトランジスタのゲート端子にアナログ信号を入
力して各MOSトランジスタのオン・オフ状態によりデ
ジタル化される。よって、同一基板に同一レイアウトの
MOSトランジスタが配置できるので、レイアウト設計
が容易となるとともに、同一レイアウトのMOSトラン
ジスタを最小ルールに合わせることができチップ面積も
小さくてすむ。
According to the invention of claim 1, the substrate potential is continuously controlled by applying a predetermined voltage to the conductive layer to continuously control the threshold voltage of each MOS transistor. And
An analog signal is input to the gate terminal of each MOS transistor and digitized by the ON / OFF state of each MOS transistor. Therefore, since the MOS transistors having the same layout can be arranged on the same substrate, the layout design can be facilitated, and the MOS transistors having the same layout can be adjusted to the minimum rule, and the chip area can be reduced.

【0008】請求項2の発明は、導電層に所定の電圧を
印加することにより基板電位を連続的に制御してCMO
Sインバータ構造の各MOSトランジスタの閾値電圧が
連続的に制御される。そして、各MOSトランジスタの
ゲート端子にアナログ信号を入力して各MOSトランジ
スタのオン・オフ状態によりデジタル化される。よっ
て、同一基板上に同一レイアウトのMOSトランジスタ
が配置できるので、レイアウト設計が容易となるととも
に、同一レイアウトのMOSトランジスタを最小ルール
に合わせることができチップ面積も小さくてすむ。
According to a second aspect of the present invention, the substrate potential is continuously controlled by applying a predetermined voltage to the conductive layer, and the CMO is obtained.
The threshold voltage of each MOS transistor of the S inverter structure is continuously controlled. Then, an analog signal is input to the gate terminal of each MOS transistor and digitized by the ON / OFF state of each MOS transistor. Therefore, since the MOS transistors having the same layout can be arranged on the same substrate, the layout design can be facilitated, and the MOS transistors having the same layout can be adjusted to the minimum rule, and the chip area can be reduced.

【0009】[0009]

【実施例】(第1実施例)以下、この発明を具体化した
第1実施例を図面に従って説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment embodying the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0010】薄膜SOI構造を用いたMOSトランジス
タにおいて、2ビットのアナログデジタル変換器に適用
した例を以下に示す。図1には電気的構成を示し、図2
には基板の平面図を示し、図3には図2のA−A断面図
を示す。
An example in which a MOS transistor using a thin film SOI structure is applied to a 2-bit analog-digital converter is shown below. FIG. 1 shows the electrical configuration and FIG.
2 shows a plan view of the substrate, and FIG. 3 shows a sectional view taken along line AA of FIG.

【0011】図3に示すように、基板1には同一レイア
ウトの4つのNMOSトランジスタ2,3,4,5が横
一列に配置されている。即ち、基板1の表面に4つの薄
膜シリコン層(薄膜SOI)6,7,8,9が配置され
るとともに、その薄膜シリコン層6,7,8,9上にゲ
ート酸化膜10,11,12,13を介して各トランジ
スタ共通の共通ゲート電極14が延設されている。又、
各NMOSトランジスタ2,3,4,5は等間隔で配置
されている。
As shown in FIG. 3, four NMOS transistors 2, 3, 4, 5 having the same layout are arranged in a horizontal row on the substrate 1. That is, four thin film silicon layers (thin film SOI) 6, 7, 8, 9 are arranged on the surface of the substrate 1, and gate oxide films 10, 11, 12 are formed on the thin film silicon layers 6, 7, 8, 9. , 13, a common gate electrode 14 common to each transistor is extended. or,
The NMOS transistors 2, 3, 4, and 5 are arranged at equal intervals.

【0012】さらに、基板1内におけるNMOSトラン
ジスタ2,3,4,5の下方には、導電層としての多結
晶シリコン層15が延設されている。この多結晶シリコ
ン層15の一端は、薄膜シリコン層(薄膜SOI)16
と接続されるとともに、他端は薄膜シリコン層(薄膜S
OI)17と接続されている。又、薄膜シリコン層16
はアルミ電極18と、薄膜シリコン層17はアルミ電極
19とそれぞれ接続されている。
Further, below the NMOS transistors 2, 3, 4, 5 in the substrate 1, a polycrystalline silicon layer 15 as a conductive layer is extended. One end of the polycrystalline silicon layer 15 has a thin film silicon layer (thin film SOI) 16
And a thin film silicon layer (thin film S
OI) 17 is connected. Also, the thin film silicon layer 16
Is connected to the aluminum electrode 18, and the thin film silicon layer 17 is connected to the aluminum electrode 19.

【0013】又、基板1の表面はBPSG膜20で覆わ
れている。アルミ電極18,19には、NMOSトラン
ジスタ2,3,4,5の基板電位を固定するために、ア
ルミ電極18がグランド電位とされ、アルミ電極19が
バイアス電源21(図1参照)と接続されている。本実
施例では、バイアス電源21には、−6ボルトの定電源
が用いられている。
The surface of the substrate 1 is covered with a BPSG film 20. In order to fix the substrate potential of the NMOS transistors 2, 3, 4, 5 to the aluminum electrodes 18 and 19, the aluminum electrode 18 is set to the ground potential, and the aluminum electrode 19 is connected to the bias power source 21 (see FIG. 1). ing. In this embodiment, the bias power supply 21 is a constant power supply of -6 volts.

【0014】そして、各NMOSトランジスタ2,3,
4,5の基板電位は、図4に示すように、距離に比例し
た電位に固定される。一方、各NMOSトランジスタ
2,3,4,5の閾値電圧Vtは、図5に示すように、
基板電位に対しリニアに変化する。この時、隣合うトラ
ンジスタの距離が等しくなるようにトランジスタが配置
されており、隣合うトランジスタの閾値電圧Vtの差は
等しくなっている。この状態で、各NMOSトランジス
タ2,3,4,5の共通ゲート電極14にアナログ信号
を印加すると、各NMOSトランジスタ2,3,4,5
は表1に示すように、各NMOSトランジスタ2,3,
4,5の閾値電圧Vtと入力電圧Vinに従い随時オン
し、入力信号に対するデジタル値を出力する。
Then, each NMOS transistor 2, 3,
The substrate potentials of 4 and 5 are fixed to potentials proportional to the distance, as shown in FIG. On the other hand, the threshold voltage Vt of each NMOS transistor 2, 3, 4, 5 is, as shown in FIG.
It changes linearly with the substrate potential. At this time, the transistors are arranged so that the distances between adjacent transistors are equal, and the differences in threshold voltage Vt between adjacent transistors are equal. In this state, if an analog signal is applied to the common gate electrode 14 of each of the NMOS transistors 2, 3, 4, 5 then each of the NMOS transistors 2, 3, 4, 5
As shown in Table 1, each NMOS transistor 2, 3,
Depending on the threshold voltage Vt of 4, 5 and the input voltage Vin, it is turned on at any time and outputs a digital value for the input signal.

【0015】[0015]

【表1】 [Table 1]

【0016】このように本構成を用いれば、フラッシュ
型A/D変換器として用いることができる。次に、この
ように構成したアナログデジタル変換器の製造方法を説
明する。本実施例のアナログデジタル変換器は、貼合わ
せ法を用いて製造されている。尚、製造工程の説明は、
図3のBで示した領域について行うものとする。
By using this configuration as described above, it can be used as a flash type A / D converter. Next, a method of manufacturing the analog-digital converter thus configured will be described. The analog-digital converter of this embodiment is manufactured by using the laminating method. The explanation of the manufacturing process is
It is assumed that the region shown by B in FIG.

【0017】まず、図6に示すように単結晶シリコン基
板24を用意し、その表面の全面にパッド酸化膜25を
形成する。さらに、パッド酸化膜25上の全面に窒化膜
26を形成する。そして、窒化膜26を後で形成される
素子のシリコン領域(SOI領域)27のミラー反転パ
ターンでパターニングし、フィールド部となる領域28
の窒化膜を除去する。
First, as shown in FIG. 6, a single crystal silicon substrate 24 is prepared, and a pad oxide film 25 is formed on the entire surface thereof. Further, a nitride film 26 is formed on the entire surface of the pad oxide film 25. Then, the nitride film 26 is patterned with a mirror inversion pattern of a silicon region (SOI region) 27 of an element to be formed later, and a region 28 to be a field portion is formed.
The nitride film of is removed.

【0018】そして、図7に示すように、LOCOS法
によってフィールド部28の酸化膜29の膜厚が、例え
ば約600nmになるよう熱酸化する。次に、図8に示
すように、窒化膜26、パッド酸化膜25を除去した後
に、全面を熱酸化してシリコン領域(SOI領域)27
上に、例えば約300nmの酸化膜30を形成する。
Then, as shown in FIG. 7, thermal oxidation is performed by the LOCOS method so that the film thickness of the oxide film 29 of the field portion 28 becomes, for example, about 600 nm. Next, as shown in FIG. 8, after removing the nitride film 26 and the pad oxide film 25, the entire surface is thermally oxidized to form a silicon region (SOI region) 27.
An oxide film 30 having a thickness of, for example, about 300 nm is formed thereon.

【0019】さらに、図9に示すように、酸化膜30に
対しコンタクトホール形成のためのをパターニングを行
った後、例えば反応性イオンエッチング法によりエッチ
ングしてコンタクトホール31を形成する。
Further, as shown in FIG. 9, after the oxide film 30 is patterned for forming a contact hole, it is etched by, for example, a reactive ion etching method to form a contact hole 31.

【0020】次に、図10に示すように、シリコン基板
24上に多結晶シリコン32を全面にデポする。この多
結晶シリコン32はノンドーブあるいはN- とする。そ
して、図11に示すように、多結晶シリコン32を所望
の領域にパターニングしてエッチングした後、多結晶シ
リコン32の表面に、例えば熱酸化法により膜厚が約1
00nmの酸化膜33を形成する。さらに、図12に示
すように、厚膜多結晶シリコン34をシリコン基板24
上に約5μm堆積し、図13に示すように厚膜多結晶シ
リコン層34の表面を平坦化研磨する。
Next, as shown in FIG. 10, polycrystalline silicon 32 is deposited on the entire surface of the silicon substrate 24. The polycrystalline silicon 32 is non-dove or N . Then, as shown in FIG. 11, after patterning the polycrystalline silicon 32 in a desired region and etching the polycrystalline silicon 32, a film having a thickness of about 1 is formed on the surface of the polycrystalline silicon 32 by, for example, a thermal oxidation method.
An oxide film 33 of 00 nm is formed. Further, as shown in FIG. 12, the thick film polycrystalline silicon 34 is transferred to the silicon substrate 24.
About 5 μm is deposited on the upper surface, and the surface of the thick film polycrystalline silicon layer 34 is flattened and polished as shown in FIG.

【0021】次に、図14に示すように、単結晶シリコ
ン基板35の鏡面35aと多結晶シリコン34の研磨面
34aとを接触させ、例えば窒素雰囲気中で1100
℃、1時間の熱処理を行い2枚の基板を直接接合し一体
化する。そして、図15に示すように、単結晶シリコン
基板24の裏面側からフィールド酸化膜29部を研磨の
ストッパーとして選択研磨し薄膜シリコン層(薄膜SO
I領域)36を形成する。最後に、SOI膜厚調整後、
図3に示すように通常のMOSICプロセスによって薄
膜シリコン層(薄膜SOI領域)36上にゲート電極の
形成、ソース・ドレイン領域の形成、及び層間絶縁膜・
金属電極の形成を行って素子が完成する。
Next, as shown in FIG. 14, the mirror surface 35a of the single crystal silicon substrate 35 and the polishing surface 34a of the polycrystalline silicon 34 are brought into contact with each other, for example, 1100 in a nitrogen atmosphere.
Heat treatment is performed at 1 ° C. for 1 hour to directly bond and integrate the two substrates. Then, as shown in FIG. 15, the field oxide film 29 is selectively polished from the back surface side of the single crystal silicon substrate 24 as a polishing stopper, and the thin film silicon layer (thin film SO
I region) 36 is formed. Finally, after adjusting the SOI film thickness,
As shown in FIG. 3, a gate electrode is formed on the thin film silicon layer (thin film SOI region) 36, a source / drain region is formed, and an interlayer insulating film is formed by a normal MOSIC process.
The element is completed by forming metal electrodes.

【0022】このように本実施例では、図1〜図3に示
すように、同一基板1に同一レイアウトの4つのMOS
トランジスタ2,3,4,5を配置するとともに、基板
1内における各MOSトランジスタ2,3,4,5の下
方に多結晶シリコン層15(導電層)を延設し、多結晶
シリコン層15に所定の電圧を印加することにより各M
OSトランジスタ2,3,4,5の閾値電圧Vtを連続
的に制御し、各MOSトランジスタ2,3,4,5のゲ
ート端子にアナログ信号を入力するとともに各MOSト
ランジスタ2,3,4,5のオン・オフ状態によりデジ
タル化するようにした。
As described above, in this embodiment, as shown in FIGS. 1 to 3, four MOSs having the same layout on the same substrate 1 are used.
The transistors 2, 3, 4, and 5 are arranged, and the polycrystalline silicon layer 15 (conductive layer) is extended below the MOS transistors 2, 3, 4, and 5 in the substrate 1 to form the polycrystalline silicon layer 15. By applying a predetermined voltage, each M
The threshold voltage Vt of the OS transistors 2, 3, 4, 5 is continuously controlled, an analog signal is input to the gate terminals of the respective MOS transistors 2, 3, 4, 5 and the respective MOS transistors 2, 3, 4, 5 are inputted. It was made to digitize by the on / off state of.

【0023】よって、従来のトランジスタのL/Wを変
えることにより閾値電圧Vtを変化させる場合には、同
一基板内にL/Wの異なったトランジスタを多数配置さ
せようとするとレイアウト設計が複雑になったり、最小
のトランジスタを最小ルールに合わせる必要があり、そ
れ以上の大きさのトランジスタを配置するためにはチッ
プ面積が大きくなるという問題があった。しかしなが
ら、本実施例においては、同一基板1に同一レイアウト
のMOSトランジスタ2,3,4,5が配置できるの
で、レイアウト設計が容易となるとともに、同一レイア
ウトのMOSトランジスタ2,3,4,5を最小ルール
に合わせることができチップ面積も小さくてすむ。 (第2実施例)次に、第2実施例を第1実施例との相違
点を中心に説明する。
Therefore, when the threshold voltage Vt is changed by changing the L / W of the conventional transistor, the layout design becomes complicated if a large number of transistors having different L / W are arranged in the same substrate. Alternatively, it is necessary to match the minimum transistor with the minimum rule, and there is a problem that the chip area becomes large in order to arrange a transistor of a larger size. However, in the present embodiment, since the MOS transistors 2, 3, 4, 5 having the same layout can be arranged on the same substrate 1, the layout design is facilitated and the MOS transistors 2, 3, 4, 5 having the same layout are arranged. The chip area can be small because it can meet the minimum rules. (Second Embodiment) Next, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.

【0024】前記第1実施例では2枚の基板の貼合わせ
法により薄膜SOI構造としたが、本実施例では、図1
6に示すように、SIMOXによる絶縁層埋込法により
薄膜SOI構造としている。
In the first embodiment, the thin film SOI structure is formed by the bonding method of two substrates, but in this embodiment, the structure shown in FIG.
As shown in FIG. 6, a thin film SOI structure is formed by an insulating layer burying method using SIMOX.

【0025】以下に、製造方法を説明する。図17に示
すように、約10〜50μmのN- (1016cm-3
下)エピ層37を有するP+ (1013cm-3)エピタキ
シャル基板38を用意し、図18に示すように、素子分
離P+ 領域を形成する部分にボロンを150keV、1
×10 16cm-2でレジスト39をマスクとしてイオン注
入する。
The manufacturing method will be described below. Shown in Figure 17
So that the N of about 10-50 μm-(1016cm-3Since
Bottom) P with epi layer 37+(1013cm-3) Epitachy
A chart board 38 is prepared, and as shown in FIG.
Separation P+Boron is added to the region forming part at 150 keV, 1
× 10 16cm-2With resist 39 as a mask
To enter.

【0026】次に、図19に示すように、酸化膜の分離
層を形成するためにウェハ全面に150KeV、1.3
×1018cm-2で酸素イオン注入する。その後、図20
に示すように、素子分離層を活性化するために1300
℃で6時間でアニーリングする。その結果、素子分離用
+ 拡散層40、SiO2 層41、薄膜シリコン層42
が形成される。この段階で、基板電極部分の形成が完了
する。
Next, as shown in FIG. 19, in order to form a separation layer of an oxide film, 150 KeV and 1.3 are formed on the entire surface of the wafer.
Oxygen ions are implanted at × 10 18 cm -2 . After that, FIG.
1300 to activate the isolation layer as shown in FIG.
Anneal at 6 ° C. for 6 hours. As a result, the P + diffusion layer 40 for element isolation, the SiO 2 layer 41, the thin film silicon layer 42
Is formed. At this stage, the formation of the substrate electrode portion is completed.

【0027】以下は、図21に示すように、通常のMO
Sプロセスを行うことにより、LOCOS分離を行うと
ともにゲート酸化膜43を形成し、さらに、ゲートポリ
シリコン電極44を形成する。最後に、図22に示すよ
うに、基板電極形成用のスルーホール45をLOCOS
による酸化膜に形成した後、ソース・ドレイン領域にイ
オン注入を行うとともに、層間絶縁膜を形成し、さら
に、スルーホール45にアルミを蒸着にて形成する。
Below, as shown in FIG. 21, a normal MO is used.
By performing the S process, LOCOS isolation is performed, a gate oxide film 43 is formed, and a gate polysilicon electrode 44 is further formed. Finally, as shown in FIG. 22, the through hole 45 for forming the substrate electrode is formed in the LOCOS.
After forming the oxide film by the method described above, ions are implanted into the source / drain regions, an interlayer insulating film is formed, and aluminum is further formed in the through holes 45 by vapor deposition.

【0028】その結果、図16に示すように、アルミ電
極46,47がN+ 拡散層48,49を介して導電層と
してのN- エピ層37と電気的に接続される。ここで、
+拡散層48,49はソース・ドレインイオン注入時
に同時に形成されるものである。 (第3実施例)次に、第3実施例を説明する。
As a result, as shown in FIG. 16, aluminum electrodes 46 and 47 are electrically connected to N - epi layer 37 as a conductive layer through N + diffusion layers 48 and 49. here,
The N + diffusion layers 48 and 49 are formed at the same time when the source / drain ions are implanted. (Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described.

【0029】本実施例は、2ビットのアナログデジタル
変換器に適用したものである。図23には電気的構成を
示し、図24には基板の平面図を示し、図25には図2
4のC−C断面図を示す。第1及び実施例では基板はS
OI構造であったが、図25に示すように、本実施例で
はバルク構造を採用している。
This embodiment is applied to a 2-bit analog-digital converter. 23 shows an electrical configuration, FIG. 24 shows a plan view of the substrate, and FIG.
4 is a sectional view taken along line CC of FIG. In the first and the examples, the substrate is S
Although it has an OI structure, as shown in FIG. 25, a bulk structure is adopted in this embodiment.

【0030】N型シリコン基板50にはPウェル領域5
1が形成され、Pウェル領域51には同一レイアウトの
4つのNMOSトランジスタ52,53,54,55が
横一列に配置されている。即ち、N型シリコン基板50
の表面には4つのN型拡散層56,57,58,59が
形成されるとともに、そのN型拡散層56,57,5
8,59上にゲート酸化膜60,61,62,63を介
して各トランジスタ共通の共通ゲート電極64が延設さ
れている。ここで、Pウェル領域51が各NMOSトラ
ンジスタ52,53,54,55の閾値電圧Vtを調整
するための導電層となる。
On the N type silicon substrate 50, the P well region 5 is formed.
1 is formed, and in the P well region 51, four NMOS transistors 52, 53, 54 and 55 having the same layout are arranged in a horizontal row. That is, the N-type silicon substrate 50
Four N-type diffusion layers 56, 57, 58 and 59 are formed on the surface of the
A common gate electrode 64 common to the respective transistors is provided on the gates 8 and 59 via gate oxide films 60, 61, 62 and 63. Here, the P well region 51 serves as a conductive layer for adjusting the threshold voltage Vt of each NMOS transistor 52, 53, 54, 55.

【0031】又、Pウェル領域51におけるNMOSト
ランジスタ52,53,54,55の配置部分の両側部
にはN型拡散層65,66を介してアルミ電極67,6
8が電気的に接続されている。
Aluminum electrodes 67, 6 are formed on both sides of the P well region 51 where the NMOS transistors 52, 53, 54, 55 are arranged via N-type diffusion layers 65, 66.
8 is electrically connected.

【0032】そして、アルミ電極67がグランド電位に
され、アルミ電極68がバイアス電源69(図23参
照)に接続されている。本実施例では、バイアス電源6
9として、−16ボルトの定電源を使用している。この
時、各NMOSトランジスタ52,53,54,55の
基板電位は、図26に示すように、距離に比例した電位
に固定される。一方、NMOSトランジスタ52,5
3,54,55の閾値電圧Vtは、図27に示すよう
に、基板電位の平方根に比例する。この時、隣合うNM
OSトランジスタの閾値電圧Vtの差が等しくなるよう
にNMOSトランジスタ52,53,54,55が配置
されている(図24,25参照)。この状態で、NMO
Sトランジスタ52,53,54,55の共通ゲート電
極64にアナログ信号を印加すると、各NMOSトラン
ジスタ52,53,54,55は、表2に示すように、
各NMOSトランジスタ52,53,54,55の閾値
電圧Vtと入力電圧Vinに従い随時オンし、入力信号に
対するデジタル値を出力する。
The aluminum electrode 67 is set to the ground potential, and the aluminum electrode 68 is connected to the bias power source 69 (see FIG. 23). In this embodiment, the bias power source 6
9 uses a constant power supply of -16 volts. At this time, the substrate potential of each of the NMOS transistors 52, 53, 54, 55 is fixed to a potential proportional to the distance as shown in FIG. On the other hand, the NMOS transistors 52 and 5
The threshold voltages Vt of 3, 54 and 55 are proportional to the square root of the substrate potential, as shown in FIG. At this time, the neighboring NM
The NMOS transistors 52, 53, 54 and 55 are arranged so that the threshold voltages Vt of the OS transistors are equal to each other (see FIGS. 24 and 25). In this state, NMO
When an analog signal is applied to the common gate electrode 64 of the S transistors 52, 53, 54, 55, each of the NMOS transistors 52, 53, 54, 55, as shown in Table 2,
The NMOS transistors 52, 53, 54 and 55 are turned on at any time according to the threshold voltage Vt and the input voltage Vin, and the digital value corresponding to the input signal is output.

【0033】[0033]

【表2】 [Table 2]

【0034】本構成を用いれば、フラッシュ型A/D変
換器として用いることができる。又、隣合うNMOSト
ランジスタ52,53,54,55の閾値電圧Vtの差
を等しくなるように配置しなければ、非線形の変換器と
して使用することも可能である。 (第4実施例)次に、第4実施例を説明する。
With this configuration, it can be used as a flash type A / D converter. Further, it is also possible to use it as a non-linear converter if it is not arranged so that the difference between the threshold voltages Vt of the adjacent NMOS transistors 52, 53, 54 and 55 becomes equal. (Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described.

【0035】前記各実施例ではNMOS単体のみを記し
ているが、CMOS構成のインバータにおいても同様に
実施できる。つまり、同一基板に同一レイアウトのCM
OSインバータ構造のMOSトランジスタを複数組配置
するとともに、基板内におけるCMOSインバータ構造
の各MOSトランジスタの下方に導電層を延設し、この
導電層に所定の電圧を印加することによりCMOSイン
バータ構造の各MOSトランジスタの閾値電圧を連続的
に制御し、各MOSトランジスタのゲート端子にアナロ
グ信号を入力するとともに各MOSトランジスタのオン
・オフ状態によりデジタル化するようにしてもよい。
Although only the NMOS alone is described in each of the above embodiments, the same can be applied to an inverter having a CMOS structure. In other words, CMs with the same layout on the same substrate
A plurality of sets of MOS transistors having an OS inverter structure are arranged, a conductive layer is extended below each MOS transistor having a CMOS inverter structure in the substrate, and a predetermined voltage is applied to the conductive layer, thereby each of the CMOS inverter structures is provided. The threshold voltage of the MOS transistor may be continuously controlled, an analog signal may be input to the gate terminal of each MOS transistor, and digitized by the ON / OFF state of each MOS transistor.

【0036】この場合においては、導電層に所定の電圧
を印加することにより基板電位を連続的に制御してCM
OSインバータ構造の各MOSトランジスタの閾値電圧
が連続的に制御される。そして、各MOSトランジスタ
のゲート端子にアナログ信号を入力して各MOSトラン
ジスタのオン・オフ状態によりデジタル化される。よっ
て、同一基板上に同一レイアウトのMOSトランジスタ
が配置できるので、レイアウト設計が容易となるととも
に、同一レイアウトのMOSトランジスタを最小ルール
に合わせることができチップ面積も小さくてすむ。
In this case, the substrate potential is continuously controlled by applying a predetermined voltage to the conductive layer, and the CM is
The threshold voltage of each MOS transistor of the OS inverter structure is continuously controlled. Then, an analog signal is input to the gate terminal of each MOS transistor and digitized by the ON / OFF state of each MOS transistor. Therefore, since the MOS transistors having the same layout can be arranged on the same substrate, the layout design can be facilitated, and the MOS transistors having the same layout can be adjusted to the minimum rule, and the chip area can be reduced.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
レイアウト設計が容易でチップ面積を小さくできる優れ
た効果を発揮する。
As described above in detail, according to the present invention,
The layout design is easy and the chip area can be reduced, which is an excellent effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1実施例の電気的構成を示す電気回路図であ
る。
FIG. 1 is an electrical circuit diagram showing an electrical configuration of a first embodiment.

【図2】第1実施例の基板の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the substrate of the first embodiment.

【図3】図2のA−A断面図である。3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図4】トランジスタの位置と基板電位との関係を示す
特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a position of a transistor and a substrate potential.

【図5】基板電位と閾値電圧との関係を示す特性図であ
る。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a substrate potential and a threshold voltage.

【図6】第1実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.

【図7】第1実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.

【図8】第1実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.

【図9】第1実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.

【図10】第1実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.

【図11】第1実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.

【図12】第1実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.

【図13】第1実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.

【図14】第1実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.

【図15】第1実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.

【図16】第2実施例の断面図である。FIG. 16 is a sectional view of the second embodiment.

【図17】第2実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the second embodiment.

【図18】第2実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the second embodiment.

【図19】第2実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the second embodiment.

【図20】第2実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the second embodiment.

【図21】第2実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the second embodiment.

【図22】第2実施例の製造工程を示す断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the second embodiment.

【図23】第3実施例の電気的構成を示す電気回路図で
ある。
FIG. 23 is an electrical circuit diagram showing the electrical configuration of the third embodiment.

【図24】第3実施例の基板の平面図である。FIG. 24 is a plan view of the substrate of the third embodiment.

【図25】図24のC−C断面図である。25 is a cross-sectional view taken along line CC of FIG.

【図26】トランジスタの位置と基板電位との関係を示
す特性図である。
FIG. 26 is a characteristic diagram showing the relationship between the position of a transistor and the substrate potential.

【図27】基板電位と閾値電圧との関係を示す特性図で
ある。
FIG. 27 is a characteristic diagram showing a relationship between a substrate potential and a threshold voltage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2,3,4,5 NMOSトランジスタ 15 導電層としての多結晶シリコン層 1 Substrate 2, 3, 4, 5 NMOS Transistor 15 Polycrystalline Silicon Layer as Conductive Layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 同一基板に同一レイアウトのMOSトラ
ンジスタを複数配置するとともに、基板内における前記
各MOSトランジスタの下方に導電層を延設し、当該導
電層に所定の電圧を印加することにより各MOSトラン
ジスタの閾値電圧を連続的に制御し、前記各MOSトラ
ンジスタのゲート端子にアナログ信号を入力するととも
に前記各MOSトランジスタのオン・オフ状態によりデ
ジタル化するようにしたことを特徴とする変換器。
1. A plurality of MOS transistors having the same layout are arranged on the same substrate, a conductive layer is extended below each of the MOS transistors in the substrate, and a predetermined voltage is applied to the conductive layers to form each MOS. A converter characterized in that a threshold voltage of a transistor is continuously controlled, an analog signal is inputted to a gate terminal of each of the MOS transistors, and digitized by an ON / OFF state of each of the MOS transistors.
【請求項2】 同一基板に同一レイアウトのCMOSイ
ンバータ構造のMOSトランジスタを複数組配置すると
ともに、基板内における前記CMOSインバータ構造の
各MOSトランジスタの下方に導電層を延設し、当該導
電層に所定の電圧を印加することにより前記CMOSイ
ンバータ構造の各MOSトランジスタの閾値電圧を連続
的に制御し、前記各MOSトランジスタのゲート端子に
アナログ信号を入力するとともに前記各MOSトランジ
スタのオン・オフ状態によりデジタル化するようにした
ことを特徴とする変換器。
2. A plurality of sets of MOS transistors of CMOS inverter structure having the same layout are arranged on the same substrate, and a conductive layer is extended below each MOS transistor of the CMOS inverter structure in the substrate, and a predetermined layer is formed on the conductive layer. Voltage is applied to continuously control the threshold voltage of each MOS transistor of the CMOS inverter structure, an analog signal is input to the gate terminal of each MOS transistor, and a digital signal is output depending on the on / off state of each MOS transistor. A converter characterized by being adapted.
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