JPH09162417A - Cmos integrated circuit formed on silicon-on-insulator substrate, and its forming method - Google Patents

Cmos integrated circuit formed on silicon-on-insulator substrate, and its forming method

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JPH09162417A
JPH09162417A JP8178371A JP17837196A JPH09162417A JP H09162417 A JPH09162417 A JP H09162417A JP 8178371 A JP8178371 A JP 8178371A JP 17837196 A JP17837196 A JP 17837196A JP H09162417 A JPH09162417 A JP H09162417A
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back gate
gate electrode
mosfet
integrated circuit
layer
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Garry Tearle N
タール エヌ.ギャリー
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reconcile the structure of a CMOS integrated circuit with an already-existing CMOS process technique an to obtain the optimum threshold voltage control of the integrated circuit which is actuated in a low voltage. SOLUTION: This integrated circuit is constituted of N-MOS FETs 104 and P-MOS FETs 102, which are respectively formed on selected regions on a silicon surface layer, and two back gate electrodes 150 and 152, which are respectively formed of heairly doped region in the surface of a silicon substrate 114 which is adjacent to an insulating layer 116 and is located under the lower side of the layer 116. At this time, the electrode 150 is extended under the lower sides of one group of the FETs 102, the electrode 152 is extended under the lower sides of one group of the electrodes 104, each back gate electrode has a contact part for applying a bias voltage to each MOS FET and the threshold voltage of the individual groups of the MOS FETs is controlled by this contact parts by applying the bias voltage to the individual back gate electrodes to correspond to the MOS FETs.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、シリコン・オン
・インシュレータ基板上のCMOS集積回路およびシリ
コン・オン・インシュレータ基板上に集積回路を形成す
る方法に関し、特に、低電圧で動作可能な回路におい
て、より改良された閾値電圧制御の実現に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CMOS integrated circuit on a silicon-on-insulator substrate and a method for forming an integrated circuit on a silicon-on-insulator substrate. The present invention relates to the realization of improved threshold voltage control.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来における相補型金属酸化膜(CMO
S)技術において、MOS電界効果トランジスタ(MO
SFET)はバルク・シリコン基板ウェハの表面に埋め
込まれ、分散された半導体ウェル領域内に形成される。
MOSFETの閾値電圧は、例えば、S.M.Sze、
“Physics of semconductorD
evices”,2nd.ed.,p.442に記述さ
れているように、MOSFETの電源接合とウェルとの
間にバイアスを印加することによって調節、制御できる
ことは、これまでにも知られている。
2. Description of the Related Art A conventional complementary metal oxide film (CMO)
In the S) technology, a MOS field effect transistor (MO
SFETs) are embedded in the surface of a bulk silicon substrate wafer and are formed in distributed semiconductor well regions.
The threshold voltage of the MOSFET is, for example, S.M. M. Sze,
"Physics of semconductorD
It has been known in the past that the voltage can be adjusted and controlled by applying a bias between the power supply junction of the MOSFET and the well, as described in "Devices", 2nd.ed., p.442.

【0003】閾値電圧制御に関する、この技術は往々に
して“バックゲーティング”と呼ばれる。通常、電源と
ウェルとの間には逆バイアスが印加され、n−チャンネ
ル・トランジスタの閾値電圧をよりポジティブに、p−
チャンネル・デバイスの閾値電圧よりネガティブにす
る。
This technique of threshold voltage control is often referred to as "backgating." Normally, a reverse bias is applied between the power supply and the well to make the threshold voltage of the n-channel transistor more positive and p-
Be more negative than the threshold voltage of the channel device.

【0004】しかしながら、電源・基板接合に小さな順
方向バイアスを印加して、n−チャンネル閾値をよりネ
ガティブに、p−チャンネル閾値をよりポジティブにす
ることも可能である。通常、順方向バイアスは約0.4
Vより大きくはなく、また、電源・ウェル接合は十分に
導通し始め、回路動作に影響を及ぼす。
However, it is also possible to apply a small forward bias to the power supply / substrate junction to make the n-channel threshold more negative and the p-channel threshold more positive. Forward bias is typically about 0.4
It is not greater than V, and the power supply / well junction begins to conduct sufficiently, affecting circuit operation.

【0005】1Vあるいはそれ以下の供給電圧で動作す
る低出力CMOS集積回路が報告されている。1V程度
の供給電圧は、装置内の高電界によって加速されるエネ
ルギー性電子に関連した“ホット・キャリア”効果を最
小限に抑えるためにも、〜0.1μm以下のトランジス
タ・ゲート長による将来のCMOS技術のためにも必要
となるものである。1V電源からの動作にはMOSFE
T閾値電圧を通常の5V電源で動作する回路の場合に必
要なものと比較して非常に狭い範囲で制御することが求
められる。その入力ゲートがその電源に対してゼロ・バ
イアスの場合にMOSFETがあまり導電性を示さない
ための必要条件は、n−チャンネル・トランジスタの閾
値電圧が約0.3Vより大きく、p−チャンネル・トラ
ンジスタの閾値電圧が約−0.3Vより低いことを必要
とする。
Low power CMOS integrated circuits have been reported which operate at supply voltages of 1 V or less. A supply voltage on the order of 1 V will be used in the future with transistor gate lengths of ~ 0.1 μm and below to minimize the "hot carrier" effect associated with energetic electrons accelerated by high electric fields in the device. It is also required for CMOS technology. MOSFE for operation from 1V power supply
It is required to control the T threshold voltage in a very narrow range as compared with that required in the case of a circuit that operates with a normal 5V power supply. The requirement for the MOSFET to be less conductive when its input gate is zero biased to its power supply is that the threshold voltage of the n-channel transistor is greater than about 0.3V and that the p-channel transistor is Threshold voltage of less than about -0.3V.

【0006】温度および処理条件に合わせて閾値電圧が
変動することができるようにするために、上記の(閾値
電圧)値に一定のマージンを加える必要がある。回路に
おいて電流を供給するMOSFETの能力は、通常、電
源供給電圧と閾値電圧との差によって決定されるので、
1V以下の供給電圧による集積回路の動作はトランジス
タ閾値電圧の変動によって強く影響される。
In order to allow the threshold voltage to change according to the temperature and the processing conditions, it is necessary to add a certain margin to the above (threshold voltage) value. Since the ability of a MOSFET to supply current in a circuit is usually determined by the difference between the power supply voltage and the threshold voltage,
The operation of integrated circuits with supply voltages below 1 V is strongly affected by variations in transistor threshold voltage.

【0007】最近,J.BurrとJ.Shottは、
“スタンフォード超低電力CMOSを用いた200mV
セルフ・テスト・エンコーダ/デコーダ”、1994I
EEEソリッド・ステート回路会議のテクニカル・ダイ
ジェスト、p84で、非常に低い(1V以下)供給電圧
で動作するCMOS集積回路におけるトランジスタの閾
値電圧を調節するためのバックゲーティングの技術につ
いて実証している。
Recently, J. Burr and J. Shott is
"200 mV using Stanford ultra low power CMOS
Self Test Encoder / Decoder ", 1994I
A technical digest of the EEE Solid State Circuit Conference, p84, demonstrates a technique of backgating for adjusting the threshold voltage of transistors in CMOS integrated circuits operating at very low (<1V) supply voltage.

【0008】上記技術によって、各トランジスタの電源
とウェルとの間に印加されるバイアスを制御するための
追加回路を組み込むことによって、アナログおよびデジ
タルCMOS集積回路を0.2Vもの低い供給電源で動
作させることができる可能性があることが示された。バ
ックゲーティングによる閾値調節がプロセス・バリエー
ションを可能にするばかりでなく、回路動作中にもダイ
ナミックに行うことができ、温度や他の条件の変動に対
応して閾値電圧を変化させることを可能にしてくれる。
The above techniques allow analog and digital CMOS integrated circuits to operate with supply voltages as low as 0.2V by incorporating additional circuitry to control the bias applied between the power supply and the well of each transistor. It has been shown that there is a possibility. Not only does threshold adjustment by backgating allow process variations, but it can also be done dynamically during circuit operation, allowing the threshold voltage to change in response to changes in temperature and other conditions. Will give you.

【0009】装置の構造を適切に設計することによっ
て、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)基板の
使用は 従来の“バルク(bulk)”CMOS、すな
わち、通常のバルク・シリコン基板上に形成されるCM
OS回路と比較してかなりの利点を提供してくれる。S
OI基板は低い供給電圧で動作する低電力集積回路にと
っては有益である。特に、電源およびドレイン領域と基
板との間のキャパシタンスは大幅に減少され、電源およ
びドレイン結合漏出電流がなくなる。
By properly designing the structure of the device, the use of a silicon-on-insulator (SOI) substrate allows the use of a conventional "bulk" CMOS, ie a CM formed on a conventional bulk silicon substrate.
It offers considerable advantages over OS circuits. S
OI substrates are beneficial for low power integrated circuits operating at low supply voltages. In particular, the capacitance between the power and drain region and the substrate is greatly reduced, eliminating the power and drain coupling leakage current.

【0010】CMOS集積回路の生産のためのSOI基
板の使用は広範に研究されている。SOI基板は結晶性
シリコン・ウェハ内あるいは上側に形成された埋め込み
酸化物層に重なった結晶性シリコンの薄膜で形成されて
いる。SOI基板を形成するためのいろいろな技術は、
例えば、S.WolfによってSilicon Pro
cessing for the VLSI Era:
Vol.2 Process Integratio
n,p.p.66−76,(Lattice Pres
s,Sunset Beach CA,1990)にお
いて検討されている。
The use of SOI substrates for the production of CMOS integrated circuits has been extensively studied. The SOI substrate is formed of a thin film of crystalline silicon overlying a buried oxide layer formed in or on the crystalline silicon wafer. Various techniques for forming an SOI substrate are
For example, Wolf by Silicon Pro
cessing for the VLSI Era:
Vol. 2 Process Integrati
n, p. p. 66-76, (Lattice Pres
S., Sunset Beach CA, 1990).

【0011】SOI基板を形成する公知の手法は、バル
ク・シリコン・ウェハへの高用量および高エネルギーで
の酸素のインプランテーションであり、つぎに、例え
ば、T.W.MacElwee,I.D.Calde
r,R.A.BruceおよびF.R.Shepher
d,“High performance fully
depleted silicon−on−insul
ator transistors”,IEEE Tr
ans.Electron.Devices.ED−3
7,1444(1990)、および、米国特許No.
4,804,633に述べられているような高温アニー
リングによるものである。このようにして作られたSO
I基板はSIMOX(separation by i
mplantation of oxygen)材料と
して知られるようになった。
A known technique for forming SOI substrates is high dose and high energy implantation of oxygen into a bulk silicon wafer, which is then described, for example, in T.W. W. MacElwee, I .; D. Calde
r, R. A. Bruce and F.F. R. Shepher
d, "High performance fully
depleted silicon-on-insul
attor transistors ”, IEEE Tr
ans. Electron. Devices. ED-3
7, 1444 (1990), and US Pat.
4,804,633 by high temperature annealing. SO made in this way
The I substrate is SIMOX (separation by i).
It has become known as a plant of oxygen material.

【0012】SOI基板はまた、酸化物層上にディポジ
ットされたアモルファスあるいは多結晶シリコン・フィ
ルムのゼロ溶解再結晶化、または、酸化物シリコン・ウ
ェハをキャリア基板に静電結合させ、つぎに、化学・機
械的研磨方法を用いて最初のウェハの薄膜を除いてすべ
てを取り除くことによって製造することができる。
The SOI substrate may also be a zero-melt recrystallization of an amorphous or polycrystalline silicon film deposited on an oxide layer, or an oxide silicon wafer may be electrostatically bonded to a carrier substrate and then chemically It can be manufactured by removing all but the thin film of the original wafer using a mechanical polishing method.

【0013】回路の性能を改善してくれることが分かっ
ているCMOS・on・SOI技術の変形例において、
MOSFETチャンネルを形成するシリコン・フィルム
は、例えば、上記MacElweeらの引例で述べられ
ているように、ゲート・バイアスが与えられないとフリ
ー・キャリアが完全にディプリートされている。こうし
た“十分にディプリートされた”技術は、ゲート電圧の
変化がゲートの下側のチャンネルの可動キャリア濃度の
変化によってほとんど完全に吸収されるので、高いトラ
ンスコンダクタンスを与えてくれる。
In a variation of the CMOS on SOI technology known to improve circuit performance,
The silicon film that forms the MOSFET channel is completely depleted of free carriers when no gate bias is applied, as described, for example, in the reference to MacElwee et al., Supra. These "fully depleted" techniques provide high transconductance because changes in gate voltage are almost completely absorbed by changes in mobile carrier concentration in the channel below the gate.

【0014】対照的に、ゲート電圧における通常のMO
SFET相当部分はそのチャンネルの下側のディプリー
ト領域における電荷の変化に吸収されてしまい、ソース
とドレイン間の電流には寄与しない。十分にディプリー
トされたMOSFETはまた、小さな値の準閾値スイン
グS(S=dVG /dlog101D として定義され
る。ここでVG はゲート電圧、ID はドレイン電流であ
る)。MOSFETの閾値電圧は、準閾値スイングが小
さければゼロに近い値に設定できるので、低供給電圧で
動作する回路にとっては特に重要である。このことは、
さらに、供給電圧と閾値電圧との間の大きな差をもたら
し、MOSFETの電流ドライブを改善してくれる。
In contrast, normal MO at gate voltage
The portion corresponding to the SFET is absorbed by the change in charge in the depletion region below the channel and does not contribute to the current between the source and the drain. A fully depleted MOSFET is also defined as a small value of the subthreshold swing S (S = dV G / dlog101 D , where V G is the gate voltage and I D is the drain current). The threshold voltage of the MOSFET can be set to a value close to zero if the quasi-threshold swing is small, which is especially important for circuits operating at low supply voltages. This means
Moreover, it provides a large difference between the supply voltage and the threshold voltage, improving the current drive of the MOSFET.

【0015】SOI基板上に形成される十分にディプリ
ートされたMOSFETにおいては、閾値電圧は薄膜シ
リコンの厚みとその薄膜内でのドーピング・レベルにか
なり依存している。現在、閾値電圧をうまく制御するた
めに十分な精度をもってシリコン薄膜の厚みを制御する
のは困難であると考えられている(B.Davari、
short course notes on low
−power CMOS integrated ci
rcuits,IEDM ’93)。その結果、閾値電
圧はプロセス上の変動を可能にするためにかなり高い値
に設定しなければならないので、十分にディプリートさ
れたデバイスの小さな準閾値スイングSという利点の多
くが失われてしまう。
In a well-depleted MOSFET formed on an SOI substrate, the threshold voltage is highly dependent on the thickness of thin film silicon and the doping level within the thin film. At present, it is considered difficult to control the thickness of a silicon thin film with sufficient accuracy to control the threshold voltage well (B. Davari,
short course notes on low
-Power CMOS integrated ci
rcuits, IEDM '93). As a result, the threshold voltage must be set to a fairly high value to allow for process variations, and thus loses many of the advantages of the small quasi-threshold swing S of a fully depleted device.

【0016】ゲート電極がシリコン薄膜の上と下の両方
に配置されているSOI基板を用いたいくつかのMOS
FET構造が知られている。この種類の装置は“ダブル
・ゲート”MOSFETとして知られるようになってい
る。これらのゲートは酸化物層によってチャンネルから
隔離されると同時に、別の酸化物層によって基板からも
隔離されている。“ダブル・ゲート”構造は、F.Ba
lestra、S.Cristoloveanu、M.
Benachir、J.Brini、および、T.El
ewaによって、“Double−gate sili
con−on−insulator transist
or with volume inversion:
a new device with greatl
y enhanced performance”,I
EEE Electron Device Lette
rs EDL−8,410(1987)において理論的
研究として1987年に初めて提案された。
Some MOSs using SOI substrate in which the gate electrode is arranged both above and below the silicon thin film
FET structures are known. This type of device has become known as a "double gate" MOSFET. These gates are separated from the channel by an oxide layer and also from the substrate by another oxide layer. The "double gate" structure is based on the F.S. Ba
lestra, S.R. Cristoloveanu, M .;
Benachir, J .; Brini and T.W. El
by ewa, "Double-gate sili
con-on-insulator transist
or with volume inversion:
a new device with greatl
y enhanced performance ”, I
EEE Electron Device Letter
It was first proposed in 1987 as a theoretical study in rs EDL-8,410 (1987).

【0017】この研究において、2つのゲート電極の使
用はMOSFETチャンネルを形成しているシリコン・
フィルムの上面と底面の両方に導電領域が形成されるよ
うにし、トランスコンダクタンスを増大させると同時
に、より一般的にはMOSFETの電流ドライブ能力を
増大させることが知られている。Balestraら
は、下側の電極がSIMOX基板調製の過程で異なった
エネルギーで2回の酸素インプラントを実行し、高温ア
ニーリング後に2つの埋め込み酸化物層を形成すること
でできるであろうという提案を行った。この構造は、後
日実験で実現されている。
In this work, the use of two gate electrodes was used to form the silicon channel forming the MOSFET channel.
It is known to allow conductive regions to be formed on both the top and bottom surfaces of the film, increasing transconductance and, more commonly, increasing the current drive capability of the MOSFET. Balestra et al. Proposed that the lower electrode could be made by performing two oxygen implants at different energies during the SIMOX substrate preparation to form two buried oxide layers after high temperature annealing. It was This structure was later realized in experiments.

【0018】T.Ohno、S.Matsumoto、
および、K.Izumi(NTT)はElectron
ics Letters 25,p.1071(198
9)で、下側電極を高電力回路のためのシールディング
電極として用いることについて述べている。MOSFE
Tチャンネルの下側に位置する溝内に形成された下側電
極を有するダブル・ゲートの別の例が、Omuraら
(NTT)に対する“SOI半導体素子の製造方法”と
題する米国特許No.5,188,973に開示されて
いる。
T. Ohno, S .; Matsumoto,
And K.K. Izumi (NTT) is an Electron
ics Letters 25, p. 1071 (198
9) mentions the use of the lower electrode as a shielding electrode for high power circuits. MOSFE
Another example of a double gate having a lower electrode formed in a trench located under the T channel is described in US Pat. 5,188,973.

【0019】ダブル・ゲート構造に関しては、T.Ta
naka、K.Suzuki,H.Horie、およ
び、T.Sugii(富士通)によって、VLSI技術
1994年シンポジウムのダイジェスト技術要録の11
ページに記述されており“P+−n+ ダブル・ゲートM
OSFETの超高速低電力動作”と題する論文に報告さ
れており、それは複雑なプロセスを用いて実現されてい
る。
Regarding the double gate structure, T.W. Ta
naka, K .; Suzuki, H .; Horie and T.W. 11 by Sugii (Fujitsu) of VLSI Technology 1994 Symposium Digest Technical Record
As described on the page, "P + -n + double gate M
Reported in a paper entitled "Ultrafast Low Power Operation of OSFETs", which has been implemented using a complex process.

【0020】このプロセスで、ウェハは、通常のCMO
S処理工程のポリシリコン・ゲート・パターンニングの
段階に移される。このウェハはつぎにキャリア基板に静
電気を介して結合され、残りのシリコンの厚みが0.1
μm程度になるまで、その裏面からその材料が取り除か
れる。この段階で、裏面上にゲート酸化物が成長し、ポ
リシリコン・ゲートがソースおよびドレイン領域と共に
形成されて、MOSFET構造が完成する。Tanak
aらは低電力集積回路でのその使用を可能にするためM
OSFETの低閾値電圧を実現するために、反対のドー
ピングタイプの(すなわち、上部電極がp+ にドープさ
れ、下側電極がn+ にドープされた)上部および下部ゲ
ート電極を製造することについて報告している。
In this process, the wafer is exposed to normal CMO.
It is transferred to the polysilicon gate patterning step of the S processing step. This wafer is then electrostatically bonded to the carrier substrate, leaving a residual silicon thickness of 0.1.
The material is removed from the backside until it is on the order of μm. At this stage, the gate oxide is grown on the backside and the polysilicon gate is formed with the source and drain regions to complete the MOSFET structure. Tanak
a et al. to enable its use in low power integrated circuits M
Report on fabricating upper and lower gate electrodes of opposite doping type (ie top electrode doped p + and bottom electrode n + ) to achieve low threshold voltage of OSFET. doing.

【0021】“Silicon on insulat
or device”と題するPhilips社のWi
ddershovenらに対する米国特許No.4,8
64,377にもSOI基板上に形成されたMOSトラ
ンジスタのチャンネル領域の下側にあるシリコン層内部
に形成されている、重度にドープされた接触ゾーンによ
り構成された別の構造について述べられている。
"Silicon on insulator
Philips Wi titled "or device"
U.S. Patent No. 4,8
64, 377 also describe another structure formed by a heavily doped contact zone formed inside the silicon layer below the channel region of a MOS transistor formed on an SOI substrate. .

【0022】米国特許5,103,277で、Cavi
gliaらは、センシング回路およびn−MOSFET
およびp−MOSFETのためのバック・ゲート電極を
形成する基板に対して印加されるバイアス電圧を発生す
るオペアンプ・オフ・チップを用いて放射ダメージによ
る閾値電圧における変化を補償するための方法について
述べている。
US Pat. No. 5,103,277, Cavi
glia et al., Sensing circuit and n-MOSFET
And a method for compensating for changes in threshold voltage due to radiation damage using an operational amplifier off-chip that generates a bias voltage applied to a substrate forming a back gate electrode for a p-MOSFET. There is.

【0023】その内部で基板がp−MOSFETのバッ
ク・ゲートを形成し、バック・ゲート電極がSOI基板
上に形成されるn−MOSFETのチャンネル領域の下
方に形成されて、p−およびn−MOSFETに別個の
ゲート・バイアスが印加されるようになっている別の構
造が示唆されている。n−タイプ基板上に形成された1
つの例で、p−タイプのバック・ゲート電極がn−FE
Tsのチャンネル領域の下側の基板の表面に形成され、
基板自体はp−FETのバック・ゲートを形成してい
る。
The substrate forms the back gate of the p-MOSFET therein, and the back gate electrode is formed below the channel region of the n-MOSFET formed on the SOI substrate to form p- and n-MOSFETs. Another structure has been suggested in which a separate gate bias is applied to. 1 formed on an n-type substrate
In one example, the p-type back gate electrode is n-FE
Formed on the surface of the substrate below the channel region of Ts,
The substrate itself forms the back gate of the p-FET.

【0024】バイアスは基板に印加され、基板はp−タ
イプのバック・ゲート電極上のバイアスよりポジティブ
に維持され、その結果得られる逆方向にバイアスされた
ダイオードは電流がそれぞれのバック・ゲート・ソース
間を流れることを阻止する。バック・ゲートのバイアス
・レベルと基板を特定な関係に維持するという制約を克
服するために、n−FETのバック・ゲート電極がチャ
ンネル領域の下側の絶縁層に形成されている金属層によ
って設けられている別の構造が提案されている。後者の
構造にあっては、電極は完全に絶縁層内で孤立してい
る。それにもかかわらず、Caviliaは、これらの
ゲート電極構造を実際にどうつくるのかについては何ら
の示唆も提供していない。
A bias is applied to the substrate and the substrate is maintained more positive than the bias on the p-type back gate electrode so that the resulting reverse biased diode has a current flowing in each back gate source. Stop flowing through. In order to overcome the constraint of maintaining a specific relationship between the back gate bias level and the substrate, the back gate electrode of the n-FET is provided by a metal layer formed in the insulating layer below the channel region. Another proposed structure has been proposed. In the latter structure, the electrodes are completely isolated within the insulating layer. Nevertheless, Cavilia does not provide any suggestion as to how to actually make these gate electrode structures.

【0025】SOI基板上のMOSFETにおける閾値
電圧制御を実現するためにいろいろな別の方法が考案さ
れている。例えば、SOIトランジスタのための閾値最
適化は、Doyleら(Digital Equipm
ent Corp.)に与えられた米国特許5,38
7,530に記述されているように、ゲート酸化物内に
電荷層を形成することによって達成される。
Various alternative methods have been devised to implement threshold voltage control in MOSFETs on SOI substrates. For example, threshold optimization for SOI transistors is described by Doyle et al. (Digital Equipm).
ent Corp. US Patent No. 5,38
This is accomplished by forming a charge layer in the gate oxide as described in 7,530.

【0026】Texas Instruments社の
Houstonらに与えられた米国特許No.5,18
5,280には、“ポケット・インプラントおよびボデ
ィ・ソースBTS接触によるSOIトランジスタの製造
法”が述べられている。局部化‘ポケット’インプラン
トはバック・ゲート閾値電圧を増強するために用いられ
た。Vinal(Thunderbird Techn
ologies)は米国特許No.5,151,759
内で、閾値電圧をフェルミ電位の二倍に設定することに
よって、閾値電圧をゲート酸化物の厚みや、チャンネル
の長さ、ドレイン電圧とは無関係にする“フェルミ域値
SOIトランジスタ”について開示している。
US Pat. No. 4,968,967 to Houston et al. Of Texas Instruments. 5,18
5,280, "A method of manufacturing an SOI transistor by pocket implant and body source BTS contact" is described. Localized'pocket 'implants were used to enhance the back gate threshold voltage. Vinal (Thunderbird Techn
U.S. Pat. 5,151,759
And discloses a "Fermi threshold SOI transistor" that makes the threshold voltage independent of gate oxide thickness, channel length, and drain voltage by setting the threshold voltage to twice the Fermi potential. There is.

【0027】[0027]

【発明が解決しようとする課題】このように、種々のバ
ック・ゲートMOSFET構造が知られているが、これ
らの構造の多くは製造に手間がかかり、これらの構造と
既存のCMOSプロセス技術とを両立させるのは容易で
はないという問題点があった。
Thus, although various back gate MOSFET structures are known, many of these structures are laborious to fabricate, and these structures and existing CMOS process technology are not compatible. There was a problem that it was not easy to make them compatible.

【0028】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
って、CMOS集積回路の製造を容易にし、これらの構
造と既存のCMOSプロセス技術とを両立させ、低電圧
で動作する集積回路の最適な閾値電圧制御を得ることが
できるシリコン・オン・インシュレータ基板上のCMO
S集積回路およびシリコン・オン・インシュレータ基板
上に集積回路を形成する方法を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above, and facilitates the manufacture of a CMOS integrated circuit, makes these structures compatible with the existing CMOS process technology, and optimizes the integrated circuit operating at a low voltage. CMO on silicon-on-insulator substrate that can obtain various threshold voltage control
It is an object to provide a method for forming an integrated circuit on an S integrated circuit and a silicon-on-insulator substrate.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1に係るCMOS集積回路は、半導体基板
層と、埋め込み絶縁誘電層と、その上側のシリコン表面
層とから構成されるシリコン・オン・インシュレータ基
板上のCMOS集積回路において、十分にディプリート
されたCMOS技術を用いて、前記シリコン表面層の選
択された領域に形成された複数のn−MOSFETおよ
びp−MOSFETと、前記絶縁誘電層に隣接した下側
の半導体基板層の表面の、重度にドープされた領域によ
って形成された、少なくとも2つのバック・ゲート電極
とから構成され、前記第1のバック・ゲート電極は、一
組のp−MOSFETの下側に広がっており、前記第2
のバック・ゲート電極は、一組のn−MOSFETの下
側に広がっており、各バック・ゲート電極が各MOSF
ETに対してバイアス電圧を印加するための接触部を有
し、前記接触部によって個々の組のMOSFETの閾値
電圧を、対応するバック・ゲート電極にバイアスを印加
することにより制御するものである。
To achieve the above object, a CMOS integrated circuit according to the present invention comprises a semiconductor substrate layer, a buried insulating dielectric layer, and a silicon surface layer above the semiconductor substrate layer. In a CMOS integrated circuit on a silicon-on-insulator substrate, a plurality of n-MOSFETs and p-MOSFETs formed in selected regions of the silicon surface layer using fully depleted CMOS technology and the isolation At least two back gate electrodes formed by heavily doped regions of the surface of the lower semiconductor substrate layer adjacent to the dielectric layer, the first back gate electrode being a set. Of the second p-MOSFET of the second
Back gate electrodes extend below the set of n-MOSFETs, and each back gate electrode is connected to each MOSF.
A contact portion for applying a bias voltage to ET is provided, and the threshold voltage of each MOSFET of each set is controlled by the contact portion by applying a bias to the corresponding back gate electrode.

【0030】また、請求項2に係るCMOS集積回路
は、各組が個別のMOSFETにより構成されており、
各個々のMOSFETに対して別個のバック・ゲート電
極が設けられているものである。
In the CMOS integrated circuit according to the second aspect, each set is composed of individual MOSFETs,
A separate back gate electrode is provided for each individual MOSFET.

【0031】また、請求項3に係るCMOS集積回路
は、一組が複数のn−MOSFETのグループにより構
成されており、別の組が複数のp−MOSFETのグル
ープにより構成されており、各p−MOSFETグルー
プおよび各n−MOSFETグループに対して別個のバ
ック・ゲート電極が設けられているものである。
In the CMOS integrated circuit according to the third aspect, one set is composed of a plurality of n-MOSFET groups, and another set is composed of a plurality of p-MOSFET groups. A separate back gate electrode is provided for the -MOSFET group and each n-MOSFET group.

【0032】また、請求項4に係るCMOS集積回路
は、前記基板が第1の導電性タイプであり、各バック・
ゲート電極が反対の導電性タイプの、重度にドープされ
た導電性領域により構成されているものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the CMOS integrated circuit, the substrate is the first conductive type, and
The gate electrode is constituted by heavily doped conductive regions of opposite conductivity type.

【0033】また、請求項5に係るCMOS集積回路
は、前記基板が第1の導電性タイプであり、その内部に
形成された第2の導電性タイプのウェル領域を含んでお
り、各バック・ゲート電極がウェル領域内部に形成され
た第1の導電性タイプの、重度にドープされた導電性領
域により構成されているものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the CMOS integrated circuit, the substrate is of the first conductivity type and includes well regions of the second conductivity type formed therein. The gate electrode is constituted by a heavily doped conductive region of the first conductivity type formed inside the well region.

【0034】また、請求項6に係るCMOS集積回路
は、前記バック・ゲート電極が前記半導体基板のドーピ
ング・タイプとは反対のドーピングタイプの、重度にド
ープされた領域により設けられており、前記バック・ゲ
ート電極にバイアスを印加して、前記基板から前記バッ
ク・ゲート電極の接合絶縁する構造である。
In the CMOS integrated circuit according to the present invention, the back gate electrode is provided by a heavily doped region of a doping type opposite to the doping type of the semiconductor substrate, and the back gate electrode is provided. A structure in which a bias is applied to the gate electrode so that the back gate electrode is junction-insulated from the substrate.

【0035】また、請求項7に係るCMOS集積回路
は、少なくとも、1つの電気的に導電性のある接触部
が、前記集積回路の導電性相互接続金属化層を介して各
バック・ゲート電極に設けられる構造である。
The CMOS integrated circuit according to claim 7 also includes at least one electrically conductive contact to each back gate electrode through the conductive interconnect metallization layer of the integrated circuit. This is the structure provided.

【0036】また、請求項8に係るCMOS集積回路
は、前記シリコン表面層内に形成された個々のMOSF
ETがフィールド酸化物層によって絶縁されており、前
記バック・ゲート電極に対する接触が前記フィールド酸
化物層を介して延びている貫通構造によって実現するも
のである。
Further, the CMOS integrated circuit according to the eighth aspect of the invention is such that the individual MOSFs formed in the silicon surface layer.
The ET is insulated by a field oxide layer, and the contact with the back gate electrode is realized by a through structure extending through the field oxide layer.

【0037】また、請求項9に係るCMOS集積回路
は、前記集積回路が、1V以下の電圧で動作し、前記回
路が前記集積回路の動作中にn−MOSFETおよびp
−MOSFETのパラメータの変化に対応して、前記バ
ック・ゲート・バイアスを発生する手段を含んでいるも
のである。
According to a ninth aspect of the present invention, in the CMOS integrated circuit, the integrated circuit operates at a voltage of 1 V or less, and the circuit operates while the n-MOSFET and the p-type MOSFET are being operated.
A means for generating the back gate bias in response to changes in MOSFET parameters.

【0038】また、請求項10に係るCMOS集積回路
は、前記バック・ゲート・バイアスが、前記シリコン表
面層に形成され、金属相互接続ラインを介して前記バッ
ク・ゲート電極に対してバック・ゲート・バイアスを伝
送する手段を含んだ前記集積回路の一部によって発生さ
せられるものである。
In the CMOS integrated circuit according to the tenth aspect of the present invention, the back gate bias is formed in the silicon surface layer, and the back gate bias is applied to the back gate electrode via a metal interconnection line. It is generated by a portion of the integrated circuit that includes means for transmitting a bias.

【0039】また、請求項11に係るCMOS集積回路
は、前記バック・ゲート・バイアスを提供するための電
荷ポンピング手段を含んでいるものである。
A CMOS integrated circuit according to the eleventh aspect of the present invention includes a charge pumping means for providing the back gate bias.

【0040】また、請求項12に係る方法は、バック・
ゲート電極により構成されたMOSFETを含むシリコ
ン・オン・インシュレータ基板上に集積回路を形成する
方法において、第1の導電性タイプの半導体基板層と、
埋め込み絶縁層と、その上側にシリコン表面層とを有し
ているシリコン・オン・インシュレータ基板を設ける工
程と、前記基板層に、重度にドープされた導電性領域を
形成することにより、前記シリコン表面層を介して、さ
らに前記埋め込み絶縁層を介して高エネルギー・イオン
・インプランテーションにより前記基板層の一定の領域
を選択的にドーピングすることによって埋め込みバック
・ゲート電極を形成する工程と、前記バック・ゲート電
極の上側に広がる前記シリコン表面層内にMOSFET
を形成する工程と、前記MOSFETの下側バック・ゲ
ート電極により構成されているMOSFETの端子に対
する電気的接触を形成する工程と、を含むものである。
The method according to claim 12 is the back
In a method of forming an integrated circuit on a silicon-on-insulator substrate including a MOSFET constituted by a gate electrode, a semiconductor substrate layer of a first conductivity type,
Providing a silicon-on-insulator substrate having a buried insulating layer and a silicon surface layer on top of it, and forming a heavily doped conductive region in the substrate layer to provide the silicon surface Forming a buried back gate electrode by selectively doping a certain region of the substrate layer by high energy ion implantation through the layer and further through the buried insulating layer; MOSFET in the silicon surface layer extending above the gate electrode
And a step of forming an electrical contact with the terminal of the MOSFET constituted by the lower back gate electrode of the MOSFET.

【0041】また、請求項13に係る方法は、前記バッ
ク・ゲート電極を形成する工程が、前記基板層とは反対
の導電性タイプの、重度にドープされた領域を形成する
工程を含むものである。
Also, in the method according to the thirteenth aspect, the step of forming the back gate electrode includes the step of forming a heavily doped region of a conductivity type opposite to the substrate layer.

【0042】また、請求項14に係る方法は、前記バッ
ク・ゲート電極を形成する工程が、前記基板に第2の導
電性タイプのウェル領域を形成し、つぎに、前記ウェル
領域内に前記バック・ゲート電極を形成し、前記バック
・ゲート電極が、前記ウェル領域内に絶縁された第1の
導電性タイプの、選択的にドープされた領域によって設
けられる工程と、前記ウェル領域および前記バック・ゲ
ート電極に対する電気的な接触を設ける工程と、を含む
ものである。
In the method according to claim 14, the step of forming the back gate electrode forms a well region of a second conductivity type in the substrate, and then, the back region is formed in the well region. Forming a gate electrode, said back gate electrode being provided by a selectively doped region of a first conductivity type insulated in said well region; said well region and said back region. Providing electrical contact to the gate electrode.

【0043】また、請求項15に係る方法は、前記埋め
込みバック・ゲート電極を形成する工程が、前記シリコ
ン表面層を介し、さらに前記埋め込み絶縁層を介して前
記基板層内部へのドーパントの高エネルギー・インプラ
ンテーションによって前記基板を選択的にドーピング
し、前記絶縁層に隣接した前記基板の領域に重度にドー
プされた領域を設ける工程と、前記インプラントをアニ
ールして前記絶縁層に隣接した前記基板層の表面領域に
電極を設ける導電性領域を形成する工程と、を含むもの
である。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the step of forming the buried back gate electrode, the high energy of the dopant to the inside of the substrate layer is passed through the silicon surface layer and further through the buried insulating layer. Selectively doping the substrate by implantation to provide a heavily doped region in a region of the substrate adjacent to the insulating layer, and annealing the implant to adjoin the substrate layer to the insulating layer. And forming a conductive region on the surface region of which the electrode is provided.

【0044】また、請求項16に係る方法は、少なくと
も、第1と第2のバック・ゲート電極を形成する工程
と、それに続く、前記シリコン表面層に前記第1のバッ
ク・ゲート電極の上側に広がる1組のn−MOSFET
と、前記第2のバック・ゲート電極の上側に広がる1組
のp−MOSFETとを形成する工程を含んでおり、前
記n−MOSFETの組とp−MOSFETの組の閾値
電圧を、それぞれ独立に制御する目的で、バイアスを印
加するために、前記第1および第2のゲート電極のそれ
ぞれに対する少なくとも1つの接触を含めて、前記n−
MOSFETおよびp−MOSFETの端子に接触させ
る工程を含むものである。
The method according to claim 16 includes at least a step of forming first and second back gate electrodes, which is subsequently performed on the silicon surface layer above the first back gate electrode. Expanding set of n-MOSFETs
And a set of p-MOSFETs extending above the second back gate electrode, the threshold voltages of the n-MOSFET set and the p-MOSFET set are independently set. For the purpose of controlling, including at least one contact to each of the first and second gate electrodes to apply a bias, the n-
It includes the step of contacting the terminals of the MOSFET and the p-MOSFET.

【0045】また、請求項17に係る方法は、シリコン
・オン・インシュレータ基板上にn−MOSFETおよ
びp−MOSFETを含んだCMOS集積回路を形成す
る方法において、第1の導電性タイプの半導体基板層
と、その上側の埋め込み絶縁層と、その上側の結晶性シ
リコン層によりで構成される基板を設ける工程と、前記
基板層内に、イオン・インプランテーションにより前記
基板層の一定の領域を選択的に、重度にドーピングする
ことによって、複数の埋め込みバック・ゲート電極を形
成し、第2の導電性タイプの導電性領域を形成し、それ
によってそれら電極を前記基板から接合絶縁する工程
と、前記シリコン表面層内の各バック・ゲート電極上
に、一組のp−MOSFETと一組のn−MOSFET
を形成し、それによって、各組のp−MOSFETと各
組のn−MOSFETのそれぞれの閾値電圧を、対応す
る前記バック・ゲート電極にバイアスを印加することに
よって、それぞれ独立に制御できるようにする工程と、
を含むものである。
The method according to claim 17 is a method of forming a CMOS integrated circuit including an n-MOSFET and a p-MOSFET on a silicon-on-insulator substrate, wherein the semiconductor substrate layer of the first conductivity type is provided. And a step of providing a substrate composed of a buried insulating layer on the upper side thereof and a crystalline silicon layer on the upper side thereof, and in the substrate layer, a certain region of the substrate layer is selectively selected by ion implantation. Forming a plurality of buried back gate electrodes by heavily doping to form conductive regions of a second conductivity type, thereby junction-insulating the electrodes from the substrate, and the silicon surface. A set of p-MOSFETs and a set of n-MOSFETs on each back gate electrode in the layer
So that the threshold voltage of each p-MOSFET and each n-MOSFET of each set can be independently controlled by applying a bias to the corresponding back gate electrode. Process,
Is included.

【0046】[0046]

【発明の実施の形態】以下、この発明に係るシリコン・
オン・インシュレータ基板上のCMOS集積回路および
シリコン・オン・インシュレータ基板上に集積回路を形
成する方法の実施の形態について図面を参照して詳細に
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The silicon according to the present invention will be described below.
Embodiments of a CMOS integrated circuit on an on-insulator substrate and a method of forming an integrated circuit on a silicon-on-insulator substrate will be described in detail with reference to the drawings.

【0047】(実施の形態1)まず、実施の形態1につ
いて説明する。SOI基板12上に公知の先行技術に基
づくMOSFET20を含む集積回路10の断面図を図
1に示す。SOI基板12は、その上に二酸化シリコン
の絶縁層16が形成されているシリコン基板ウェア14
と、薄い結晶シリコン表面層18を有している。SOI
基板12は上記した、いずれの方法を用いて形成しても
よく、好ましくはSIMOXプロセスで形成される。
(Embodiment 1) First, Embodiment 1 will be described. A cross-sectional view of an integrated circuit 10 including a MOSFET 20 according to the known prior art on an SOI substrate 12 is shown in FIG. The SOI substrate 12 has a silicon substrate ware 14 on which an insulating layer 16 of silicon dioxide is formed.
And has a thin crystalline silicon surface layer 18. SOI
Substrate 12 may be formed using any of the methods described above, and is preferably formed by the SIMOX process.

【0048】MOSFETの重度にドープされたn−タ
イプのソース領域およびドレイン領域22は、通常の方
法で、結晶シリコン表面層18の一部を選択的にドープ
することによって、すなわち、イオン・インプランテー
ションの方法で形成される。
The heavily doped n-type source and drain regions 22 of the MOSFET are formed in a conventional manner by selectively doping a portion of the crystalline silicon surface layer 18, ie, ion implantation. It is formed by the method of.

【0049】通常のポリシリコン・ゲート電極24がM
OSFETの軽度にドープされたp−タイプ・チャンネ
ル領域28上方の薄いゲート酸化物層26上に形成され
る。このチャンネル領域28の下側に、第2のゲート電
極30、すなわち“バック・ゲート”が絶縁層16の内
部に、すなわち、二酸化シリコンの絶縁層16内に形成
される。第1のゲート電極(ポリシリコン・ゲート電
極)24と第2のゲート電極30は、したがって、図1
に示されているように、MOSFET20のチャンネル
を形成する薄いシリコン薄膜のチャンネル領域28の上
側と下側に形成される。
The normal polysilicon gate electrode 24 is M
Formed on the thin gate oxide layer 26 over the lightly doped p-type channel region 28 of the OSFET. Below this channel region 28, a second gate electrode 30, or "back gate," is formed within the insulating layer 16, that is, within the insulating layer 16 of silicon dioxide. The first gate electrode (polysilicon gate electrode) 24 and the second gate electrode 30 are therefore
As shown in FIG. 2, the thin silicon thin film forming the channel of the MOSFET 20 is formed above and below the channel region 28.

【0050】第1のゲート電極24は、チャンネル領域
28からゲート酸化物層26によって分離される。バッ
ク・ゲート(第2のゲート電極30)は絶縁層16の一
部分32によってチャンネル領域28から分離されてお
り、下側のシリコン基板ウェア(半導体層)14とは絶
縁層16の一部分34によって分離されている。この種
のタイプの装置は“ダブル・ゲート”MOSFETとし
て知られている。
The first gate electrode 24 is separated from the channel region 28 by a gate oxide layer 26. The back gate (second gate electrode 30) is separated from the channel region 28 by a portion 32 of the insulating layer 16 and is separated from the underlying silicon substrate wear (semiconductor layer) 14 by a portion 34 of the insulating layer 16. ing. This type of device is known as a "double gate" MOSFET.

【0051】半導体基板44、絶縁層46、およびその
内部にトランジスタのソース、ドレインおよびチャンネ
ル領域が形成されている薄いシリコン表面層62とで構
成されるシリコン・オン・インシュレータ基板上に形成
されたp−チャンネルMOSFET41とn−チャンネ
ルMOSFET42とから構成される別のCMOS集積
回路40の断面図を図2に示す。
P formed on a silicon-on-insulator substrate composed of a semiconductor substrate 44, an insulating layer 46, and a thin silicon surface layer 62 having transistor source, drain and channel regions formed therein. FIG. 2 shows a cross-sectional view of another CMOS integrated circuit 40 including a -channel MOSFET 41 and an n-channel MOSFET 42.

【0052】この図2は、MOSFET41のソース5
2、ドレイン54およびチャンネル50と、MOSFE
T42のソース58、ドレイン60およびチャンネル5
6とを示している。下側のシリコン表面層(絶縁層)6
2の一部はゲート64および66の下側のトランジスタ
のゲート酸化物を構成している。n−ドープされた基板
44で、電極70はp−ドープされてn−MOSFET
42のバック・ゲート電極を形成し、接触部72が電極
70に対してバイアスを印加する。
This FIG. 2 shows the source 5 of the MOSFET 41.
2, drain 54 and channel 50, and MOSFE
Source 58, drain 60 and channel 5 of T42
6 and 6 are shown. Lower silicon surface layer (insulating layer) 6
A portion of 2 constitutes the gate oxide of the transistors under gates 64 and 66. In n-doped substrate 44, electrode 70 is p-doped and n-MOSFET
The back gate electrode of 42 is formed and the contact 72 applies a bias to the electrode 70.

【0053】別の接触部68がp−MOSFET41の
バック・ゲート電極を形成している基板に設けられてい
る。このようにして、n−およびp−MOSFETの閾
値電圧は基板および電極70に対してバイアスを印加す
ることによって調節することができ、電極70は基板か
ら接合絶縁され、基板が電極70より高いポジティブ・
バイアスに維持される。
Another contact 68 is provided on the substrate forming the back gate electrode of the p-MOSFET 41. In this way, the threshold voltage of the n- and p-MOSFETs can be adjusted by applying a bias to the substrate and the electrode 70, the electrode 70 being junction isolated from the substrate and the substrate being more positive than the electrode 70.・
Maintained at bias.

【0054】つぎに、この実施の形態1に係るSOI基
板112上に形成された、p−チャンネルMOSFET
102とn−チャンネルMOSFET104により構成
されるCMOS集積回路100の断面図を図3に示す。
Next, the p-channel MOSFET formed on the SOI substrate 112 according to the first embodiment.
A cross-sectional view of a CMOS integrated circuit 100 composed of 102 and an n-channel MOSFET 104 is shown in FIG.

【0055】SOI基板112(図4参照)は、軽度に
ドープされたn−タイプ・ウェハである開始時のシリコ
ン基板114を含み、さらに、埋め込み絶縁層116を
形成する二酸化シリコンの層によってSOI基板114
の層から分離されている薄いシリコン表面層118を含
んでいる。SOI基板112は、好ましくはSIMOX
技法で形成される。
The SOI substrate 112 (see FIG. 4) comprises a starting silicon substrate 114 which is a lightly doped n-type wafer, further comprising a layer of silicon dioxide forming a buried insulating layer 116. 114
A thin silicon surface layer 118 that is separated from the layers of. The SOI substrate 112 is preferably SIMOX
Formed by the technique.

【0056】図3に示されるように、シリコン表面層1
18は選択的にドープされてn−ウェル領域120とp
−ウェル領域122が形成され、それらウェルの内部に
それぞれ個々のMOSFET102および104が形成
される。これらのウェル領域はこれらの領域の薄いシリ
コン表面層118(図4参照)の完全酸化部分によって
形成されるフィールド酸化物124の領域によって電気
的に隔離されている。n−ウェルの表面領域は通常の方
法で選択的にドープされ、重度にドープされるp−タイ
プ・ソース領域130およびドレイン領域132、およ
び、その中間に介在する軽度にドープされたチャンネル
領域134によって構成されるp−チャンネルMOSF
ET102を形成している。また、ゲート酸化物層13
6およびポリシリコン・ゲート電極138がその上に通
常の方法で形成されている。
As shown in FIG. 3, the silicon surface layer 1
18 is selectively doped to form n-well regions 120 and p
-Well regions 122 are formed in which the individual MOSFETs 102 and 104 are formed respectively. These well regions are electrically isolated by the regions of field oxide 124 formed by the fully oxidized portion of the thin silicon surface layer 118 (see FIG. 4) in these regions. The surface region of the n-well is selectively doped in the usual way, with heavily doped p-type source region 130 and drain region 132, and a lightly doped channel region 134 in between. P-channel MOSF constructed
It forms ET102. Also, the gate oxide layer 13
6 and a polysilicon gate electrode 138 are formed thereon in a conventional manner.

【0057】それに対応して,ソース領域140、ドレ
イン領域142、チャンネル領域144、ゲート酸化物
146、および、ゲート電極148を有するn−チャン
ネルMOSFET104がシリコン表面層118(図4
参照)のp−ウェル部分122内に形成される。各MO
SFET102と104も下側に広がるバック・ゲート
電極150、152をそれぞれ有している。
Correspondingly, the n-channel MOSFET 104 having the source region 140, the drain region 142, the channel region 144, the gate oxide 146, and the gate electrode 148 corresponds to the silicon surface layer 118 (FIG. 4).
Reference p) well portion 122. Each MO
SFETs 102 and 104 also have back gate electrodes 150 and 152, respectively, which extend downward.

【0058】バック・ゲート電極150はn−タイプの
基板層114内に形成され、p−チャンネルMOSFE
ET102の下側に延びている重度にドープされたp−
タイプ領域によって形成されている。また、それに対応
して、別の重度にドープされたn−チャンネルMOSF
ET104の下側に広がるp−タイプ領域によって、バ
ック・ゲート電極152が形成されている。金属相互接
続ライン、例えば、154および156は通常の方法
で、トランジスタのソース、ドレインおよびゲート領域
のそれぞれに対する電気的接触を実現する。
The back gate electrode 150 is formed in the n-type substrate layer 114 and is a p-channel MOSFE.
Heavily doped p- extending below the ET 102
It is formed by the type region. And correspondingly, another heavily doped n-channel MOSF.
The back gate electrode 152 is formed by the p-type region extending under the ET 104. Metal interconnect lines, such as 154 and 156, provide electrical contact to the source, drain and gate regions of the transistor, respectively, in the conventional manner.

【0059】さらに別の、フィールド酸化物層124を
介して延びる金属相互接続ライン160と162がバッ
ク・ゲート電極150および152に対してそれぞれ電
気的な接触を実現する。これらの接触はバック・ゲート
電極にバイアスを印加したり、そして/または、完成し
た集積回路の他の部分への接続を可能にしている。
Still another metal interconnect line 160 and 162 extending through the field oxide layer 124 provides electrical contact to the back gate electrodes 150 and 152, respectively. These contacts allow biasing of the back gate electrode and / or connection to other parts of the completed integrated circuit.

【0060】好適に、バック・ゲート電極150、15
2は基板とは反対の導電性を有しており、基板より重度
にドープされているので、それらは薄いシリコン表面層
118に形成される上側のMOSFET102および1
04のソース接合に対してバイアスされたときに、重度
にディプリートされない。これは閾値電圧制御における
バック・ゲート電極の影響を最小限に抑える上で重要で
ある。
Preferably, the back gate electrodes 150, 15
Since 2 has the opposite conductivity to the substrate and is more heavily doped than the substrate, they are the upper MOSFETs 102 and 1 formed in the thin silicon surface layer 118.
Not heavily depleted when biased against a 04 source junction. This is important in minimizing the effect of the back gate electrode on threshold voltage control.

【0061】よく知られているように、基板バイアスを
印加することによって、SOI基板上に形成されるMO
SFETの閾値電圧Vt をシフトさせることができる。
図3に示す集積回路構造は各n−MOSFETおよびp
−MOSFETに対して個別のバック・ゲート電極を設
け、各電極は他の各電極から接合絶縁されている。した
がって、各デバイスの閾値電圧を個別に最適化させるこ
とができる、すなわち、各バック・ゲートを選択的にバ
イアスさせることができるものである。
As is well known, an MO formed on an SOI substrate by applying a substrate bias.
The threshold voltage V t of the SFET can be shifted.
The integrated circuit structure shown in FIG. 3 has n-MOSFETs and p-types.
Providing a separate back gate electrode for the MOSFET, each electrode being junction insulated from each other electrode. Therefore, the threshold voltage of each device can be individually optimized, ie each back gate can be selectively biased.

【0062】都合が良いことに、バイアス回路は電荷ポ
ンピング法を用いてチップ上に組み込まれる。電荷ポン
ピングによって供給電圧の約二倍のバック・ゲート・バ
イアスを得ることができ、これによって合理的な範囲の
t 調節が可能になる。この回路は回路性能を最適化す
るためのバイアシングの制御を可能にしてくれるだけで
はなく、例えば、動作中の温度の変化に対応してバイア
スを調節するために、動作中の補償を行うことも可能に
し、多重電力供給の必要性をなくしてくれるという効果
がある。
Conveniently, the bias circuit is incorporated on-chip using the charge pumping method. Charge pumping can provide a back gate bias of about twice the supply voltage, which allows a reasonable range of V t regulation. Not only does this circuit allow control of biasing to optimize circuit performance, but it can also compensate during operation, for example to adjust bias in response to changes in temperature during operation. It has the effect of enabling it and eliminating the need for multiple power supplies.

【0063】バック・ゲート・バイアシングによる閾値
電圧の制御は、その内部にMOSFETが構成される薄
いシリコン・フィルムの十分なデプリションに依存して
いる。したがって、MOSFETの製造においては、M
OSFETを形成するためのシリコン・フィルムのドー
ピング・レベルが制御されて十分にディプリートされた
CMOS技術が提供される。
Control of the threshold voltage by back gate biasing depends on sufficient depletion of the thin silicon film within which the MOSFET is built. Therefore, in the manufacture of MOSFET, M
A well-depleted CMOS technology with controlled doping levels of silicon film to form OSFETs is provided.

【0064】例えば、n−チャンネルFETにおいて
は、十分なデプリションとはデバイスのアクティブなチ
ャンネルを形成されるシリコン・フィルム内の大部分の
キャリア濃度が、バイアスが印加されない場合に、どの
場所でもイオン化されたドーパント濃度の半分より低い
ことを意味している。
For example, in an n-channel FET, sufficient depletion means that most of the carrier concentration in the silicon film forming the active channel of the device is ionized everywhere when no bias is applied. It means less than half of the dopant concentration.

【0065】ここに、図示されていない本発明に係る他
の実施の形態による集積回路にあっては、第1のバック
・ゲート電極が一組の、複数のn−MOSFETに対し
て設けられ、第2のゲート電極が別の組の複数のp−M
OSFETに対して設けられる。このようにして、個々
のバック・ゲート電極が単一のMOSFET、あるいは
MOSFETのグループを選択的に制御することがで
き、また、異なったバイアスを、必要に応じて、トラン
ジスタのグループ、あるいは個々のトランジスタに対し
て選択的に印加することが可能になる。その結果、個々
のトランジスタ、あるいはトランジスタのグループの閾
値電圧を制御することができ、回路の性能を最適化する
ことができる。
In an integrated circuit according to another embodiment of the present invention (not shown), the first back gate electrode is provided for one set of a plurality of n-MOSFETs, The second gate electrode has another set of p-M
It is provided for the OSFET. In this way, individual back gate electrodes can selectively control a single MOSFET or group of MOSFETs, and different biases can be applied to groups of transistors or individual groups of transistors as needed. It becomes possible to selectively apply to the transistor. As a result, the threshold voltage of individual transistors or groups of transistors can be controlled and circuit performance can be optimized.

【0066】上に述べたように、十分にディプリートさ
れたCMOS技術においては、閾値電圧は基本的には薄
いシリコン表面層の厚みで決定される。それは、製造中
に制御するのは難しい場合がある。上に述べたような、
個々のトランジスタ、またはトランジスタ・グループの
閾値電圧をより適正に制御することによって、こうした
プロセス変動に対する補償が可能になる。したがって、
十分にディプリートされたMOSFETの高トランスコ
ンダクタンスおよび小さな準閾値スイングという利点を
低電圧回路装置に生かすことができる。
As mentioned above, in fully depleted CMOS technology, the threshold voltage is basically determined by the thickness of the thin silicon surface layer. It can be difficult to control during manufacturing. As mentioned above,
Better control of the threshold voltage of individual transistors, or groups of transistors, allows compensation for these process variations. Therefore,
The advantages of fully depleted MOSFET high transconductance and small quasi-threshold swing can be exploited in low voltage circuit devices.

【0067】つぎに、集積回路構造を製造する方法にお
いて、図4に示すようなSOI基板を形成する好ましい
方法は、例えば、上記したMacElweeらの文献に
述べられているようなSIMOX法である。好ましく
は、市販されているSOI基板ウェアが用いられる。例
えば、典型的なSIMOXプロセスの場合、結晶方向性
(100)を有する通常のn−タイプ・シリコン・ウェ
ハを用いて1015cm-3程度の燐(n−タイプ)ドーピ
ングを行い、1.5×1018cm-2程度の用量、約150
keV程度のエネルギーで酸素をインプラントし、ウェ
ハは約550℃の温度に維持する。
Next, in the method of manufacturing the integrated circuit structure, a preferred method of forming the SOI substrate as shown in FIG. 4 is, for example, the SIMOX method as described in the above-mentioned MacElwee et al. Preferably, commercially available SOI substrate ware is used. For example, in a typical SIMOX process, a normal n-type silicon wafer having a crystal orientation (100) is used to perform phosphorus (n-type) doping of about 10 15 cm −3 , and × 10 18 cm -2 dose, about 150
Oxygen is implanted with an energy of about keV, and the wafer is maintained at a temperature of about 550 ° C.

【0068】このウェハは、約1350℃の温度で、約
6時間程度アニールされて、図3に示されているよう
に、残りのシリコン基板114の下側の厚み300nm
程度の埋め込み酸化物(絶縁)層116と、埋め込み酸
化物層116の上側に広がる、厚みが150nm程度の
薄い単一結晶のシリコン表面層118が形成される(図
4参照)。
This wafer was annealed at a temperature of about 1350 ° C. for about 6 hours to give a thickness of 300 nm below the remaining silicon substrate 114, as shown in FIG.
A buried oxide (insulating) layer 116 having a thickness of about 100 nm and a thin single-crystal silicon surface layer 118 having a thickness of about 150 nm that extends above the buried oxide layer 116 are formed (see FIG. 4).

【0069】また、図5に示すように、SIMOX基板
が設けられた後、犠牲酸化物層を用いて、上記薄いシリ
コン表面層118の厚みを80nm程度に減らす。この
犠牲層はエッチングで取り除かれる。つぎに厚みが25
nm程度のパッド酸化物170を全面に成長させ、その
上に熱的にディポジットされた窒化シリコン172の層
が、そのパッド酸化物170の上に約100nm程度の
厚みでディポジットされる。この窒化シリコン172お
よびパッド酸化物170の層はフォトリソグラフィーで
パターン化され、エッチングによって、アクティブなト
ランジスタ間を絶縁することが意図されたフィールド領
域174から選択的に取り除かれる。
As shown in FIG. 5, after the SIMOX substrate is provided, the thickness of the thin silicon surface layer 118 is reduced to about 80 nm by using a sacrificial oxide layer. This sacrificial layer is etched away. Next, the thickness is 25
A pad oxide 170 of about nm thickness is grown over the entire surface, and a thermally deposited layer of silicon nitride 172 is deposited on the pad oxide 170 with a thickness of about 100 nm. This layer of silicon nitride 172 and pad oxide 170 is photolithographically patterned and selectively removed by etching from field regions 174 intended to provide isolation between active transistors.

【0070】つぎに、露出されたフィールド領域174
の酸化が、これらの領域内における薄いシリコン表面層
118が完全に消費されるまで水蒸気を含んだ雰囲気内
で行われ、それによってフィールド酸化物層124が形
成される(図6参照)。先行技術において公知のシリコ
ンの局部酸化(LOCOS)技術の一例である、この後
者の手順では、保護されない領域に厚さ0.2μm程度
のフィールド酸化物層124が残される。シリコン表面
層118は窒化シリコン172の層によって酸化から保
護された領域に残る。つぎにこの窒化シリコン172お
よびパッド酸化物170の層がウェア表面からエッチン
グされて、図6に示される構造が残る。
Next, the exposed field region 174
Are oxidized in a water vapor containing atmosphere until the thin silicon surface layer 118 in these regions is completely consumed, thereby forming a field oxide layer 124 (see FIG. 6). This latter procedure, which is an example of a Local Oxidation of Silicon (LOCOS) technique known in the prior art, leaves a field oxide layer 124 of approximately 0.2 μm thickness in the unprotected regions. The silicon surface layer 118 remains in the areas protected from oxidation by the layer of silicon nitride 172. This layer of silicon nitride 172 and pad oxide 170 is then etched from the wear surface, leaving the structure shown in FIG.

【0071】つぎに、この構造をフォトレジスト・マス
ク176でコーティングして、パターン形成を行い、図
7に示すようにp−チャンネル・トランジスタが形成さ
れる薄いシリコン表面層118の残りの領域を露出させ
る。燐が約3×1011cm-2の用量、および、30ke
V程度のイオン・エネルギーでフォトレジスト・マスク
176を介してインプラントされ、表面シリコン層にn
−ウェル領域120を形成する。
The structure is then coated with a photoresist mask 176 and patterned to expose the remaining areas of the thin silicon surface layer 118 where the p-channel transistor will be formed, as shown in FIG. Let Phosphorus dose of about 3 × 10 11 cm -2 and 30 ke
Implanted through the photoresist mask 176 with an ion energy of the order of V and n is applied to the surface silicon layer.
Forming the well region 120.

【0072】p−チャンネル・トランジスタのためのバ
ック・ゲート電極150を形成するために、比較的高い
エネルギーのホウ素、すなわち、200keV程度のエ
ネルギーを有するホウ素が1013cm-2の用量で、n−
ウェル領域120を形成するのに用いられたのと同じフ
ォトレジスト・マスク176を介してインプラントされ
る。エネルギーがずっと高いインプラントは埋め込み絶
縁層116を貫通して、バック・ゲート電極150の下
側の基板に到達する。
To form the back gate electrode 150 for a p-channel transistor, relatively high energy boron, ie boron having an energy on the order of 200 keV, at a dose of 10 13 cm -2 , n-.
Implanted through the same photoresist mask 176 used to form the well region 120. The much higher energy implant penetrates the buried insulating layer 116 to reach the substrate under the back gate electrode 150.

【0073】ウェハのどのエリアがバック・ゲート電極
インプラントを受け、どの部分が受けないかを判定する
ために、厚めのフォトレジストが用いられる。このよう
にして、個々のトランジスタが形成されるべき領域に設
けられた複数の絶縁された電極を有する基板を提供する
こと、あるいは、2つまたはそれ以上のトランジスタに
共通の1つのバック・ゲート電極を形成することができ
る。
Thicker photoresist is used to determine which areas of the wafer will receive the back gate electrode implant and which will not. In this way there is provided a substrate with a plurality of insulated electrodes provided in the area where the individual transistors are to be formed, or one back gate electrode common to two or more transistors. Can be formed.

【0074】SUPREM3を用いたシミュレーション
の結果では、小部分のホウ素イオンがn−ウエル領域1
20を形成している薄いシリコンにとどまり、前工程で
インプラントされた燐を一定程度補償することが示され
ている。しかしながら、インプラントされたホウ素イオ
ンの大部分は図9のグラフに示すように埋め込まれた酸
化物の下側に存在している。
According to the result of the simulation using SUPREM3, a small part of the boron ions are n-well region 1.
It has been shown to stay in the thin silicon forming 20 and to some extent compensate for the phosphorus implanted in the previous step. However, most of the implanted boron ions are below the buried oxide as shown in the graph of FIG.

【0075】オプションとして、n−ウェル領域120
を形成するために用いられたフォトレジスト・マスク1
76を取り除いて、その後、第2のフォトレジスト(図
示せず)を再び適用してパターン形成を行い、トランジ
スタのアクティブなチャンネル領域134だけが後に残
るn−ウェル領域120内の領域だけを露出することに
より、回路性能を多少改善することができる。その場
合、バック・ゲート電極インプラントはこの第2のフォ
トレジスト・マスクを介して行われることになる。
Optionally, n-well region 120
Photoresist mask 1 used to form
76 is removed and then a second photoresist (not shown) is reapplied and patterned to expose only the active channel regions 134 of the transistor, leaving only those regions in the n-well region 120 behind. As a result, the circuit performance can be slightly improved. In that case, the back gate electrode implant would be done through this second photoresist mask.

【0076】こうしたプロセス修正によって、チャンネ
ルおよびバック・ゲート電極のためのインプラント領域
をそれぞれ最適化することができ、トランジスタのソー
スおよびドレイン領域とバック・ゲート電極との間のキ
ャパシタンスを減少させることができるが、ただし、フ
ォトリソグラフィー工程の追加という代償は払わねばな
らない。
Such process modifications can optimize the implant regions for the channel and back gate electrodes, respectively, and reduce the capacitance between the source and drain regions of the transistor and the back gate electrode. However, the cost of adding the photolithography process must be paid.

【0077】フォトレジスト・マスク(層)176をは
ぎ取った後、フォトレジストを再び用いてパターン形成
を行い、その内部にn−チャンネル・トランジスタがつ
くられるp−ウェル領域122を露出させる。これらp
−ウェル領域122は約20keVのエネルギーと、約
3×1011cm-2の用量でホウ素をインプラントして形
成される。つぎにn−チャンネルに対するバック・ゲー
ト電極152が200keV程度のエネルギーと、10
13cm-2の用量で露出された領域にインプラントするこ
とによって形成される。
After stripping the photoresist mask (layer) 176, the photoresist is again used to pattern to expose the p-well region 122 in which the n-channel transistor will be formed. These p
The well region 122 is formed by implanting boron with an energy of about 20 keV and a dose of about 3 × 10 11 cm −2 . Next, the back gate electrode 152 for the n-channel has energy of about 200 keV and 10
It is formed by implanting in the exposed area with a dose of 13 cm -2 .

【0078】プロセスを簡単にするために、ひとつの方
式としては、p−ウェル領域122を形成するために用
いたのと同じフォトレジスト・マスクを用いてバック・
ゲート電極インプラントを実行する方法がある。オプシ
ョンとして、上に述べたように、(ソースおよびドレイ
ン領域ではなく)アクティブ・トランジスタ・チャンネ
ル領域134が真位置されるp−ウェル領域内だけを露
出させることにより新しいフォトレジスト・マスクが形
成されると、改良された回路性能が得られる。
In order to simplify the process, one method is to use the same photoresist mask used to form the p-well region 122 as a back mask.
There are methods of performing the gate electrode implant. Optionally, as mentioned above, a new photoresist mask is formed by exposing only in the p-well region where active transistor channel region 134 is located (rather than the source and drain regions). And improved circuit performance is obtained.

【0079】バック・ゲート電極インプラントに対する
電気的な接続を可能にするためには、フォトレジストが
適用され、パターン化されてマスク180が形成され
(図8参照)、つぎにフィールド酸化物層124に開口
部182がエッチングを介して作成され、バック・ゲー
ト電極インプラント領域内の特定のエリア184で下側
の基板を露出させ、その場所に、図7に示すように、電
気的な接触が実現する。
To enable electrical connection to the back gate electrode implant, photoresist is applied and patterned to form mask 180 (see FIG. 8), then field oxide layer 124 is formed. Openings 182 are created through etching to expose the underlying substrate at specific areas 184 within the back gate electrode implant area where electrical contact is made, as shown in FIG. .

【0080】フォトレジストがまだその場所にある状況
で、エネルギー約20keV、用量約3×1015cm-2
で重度のホウ素インプラントが行われ、p+ 領域15
1、153がつくられ、この場合、バック・ゲート電極
インプラント領域150の表面領域の一部の表面ドーパ
ント濃度は約1020cm-3である。この後者のインプラ
ントはバック・ゲート電極に対して低抵抗オーム性接触
(コンタクト)を提供する。p−タイプ・バック・ゲー
ト電極インプラントの各領域には、少なくとも1つの電
気的相互接続のための接触部が設けられる。この段階
で、すべてのフォトレジストはウェハ表面からはぎ取ら
れ、厚みが100nm程度の酸化物によるキャッピング
層が全面的にディポジットされる。
With the photoresist still in place, energy about 20 keV, dose about 3 × 10 15 cm -2.
Severe boron implant at p + region 15
1, 153 are produced, where the surface dopant concentration of a portion of the surface area of the back gate electrode implant area 150 is about 10 20 cm −3 . This latter implant provides a low resistance ohmic contact to the back gate electrode. Each region of the p-type back gate electrode implant is provided with at least one contact for electrical interconnection. At this stage, all photoresist is stripped from the wafer surface, and a 100 nm thick oxide capping layer is blanket deposited.

【0081】つぎにウェル領域およびバック・ゲート電
極を形成するインプラントが、例えば、1000℃の温
度で60分間アニールされる。アニール・サイクルを十
分に長くし、薄いシリコン表面層118のn−およびp
−ウェルを介してドーパントを均一に広げるのに十分に
高い温度でアニーリングを行うことが重要である。
The implant forming the well region and back gate electrode is then annealed, for example at a temperature of 1000 ° C. for 60 minutes. The anneal cycle should be long enough to allow the thin silicon surface layer 118 n- and p-
-It is important to anneal at a temperature high enough to evenly spread the dopant through the well.

【0082】アニールは、図8に示すような埋め込みイ
ンプラント・ピークからのアップ・ディヒュージョンに
よってバック・ゲート電極と埋め込み酸化物間の界面の
ホウ素濃度を上げるのにも寄与する。このことは上に述
べた薄いシリコン表面層(フィルム)に存在するMOS
FETの閾値電圧の制御におけるバック・ゲート電極の
有効性を増大させる。
The anneal also contributes to increasing the boron concentration at the interface between the back gate electrode and the buried oxide by up diffusion from the buried implant peak as shown in FIG. This is because the MOS existing on the thin silicon surface layer (film) described above.
Increases the effectiveness of the back gate electrode in controlling the threshold voltage of the FET.

【0083】これ以後の集積回路を完成させるための処
理は従来と同様である。ウェルおよびバック・ゲート電
極インプラント・アニール前にシリコン表面をシールす
るためにディポジットされた100nm厚のキャッピン
グ酸化物はエッチングで取り除かれる。厚さが20nm
程度のゲート酸化物が各ウェル領域の薄いシリコン・フ
ィルムの表面上に熱処理で成長させられる。
The subsequent process for completing the integrated circuit is the same as the conventional process. The 100 nm thick capping oxide deposited to seal the silicon surface prior to the well and back gate electrode implant anneal is etched away. 20 nm thickness
A degree of gate oxide is thermally grown on the surface of the thin silicon film in each well region.

【0084】つぎに、このゲート酸化物上に厚さが0.
35μm程度のドープされていないポリシリコン・フィ
ルムがディポジットされ、フォトリソグラフィーを用い
てパターン化され、アクティブなトランジスタのための
ゲート電極が形成される。このゲート電極は、その後
で、以下に述べられるようなインプランテーションによ
ってドープされる(図8参照)。
Next, a thickness of 0.
An undoped polysilicon film of the order of 35 μm is deposited and patterned using photolithography to form the gate electrode for the active transistors. This gate electrode is then doped by implantation as described below (see Figure 8).

【0085】MOSFETのためのソースおよびドレイ
ン領域を形成するための先行技術に基づく種々の方法が
知られている。例えば、ストレイトフォーワード法は、
以下の工程を含んでいる。フォトレジストが適用されて
パターン形成され、p−チャンネル・トランジスタだけ
が露出される。エネルギー約10keV,用量約3×1
15cm-2のホウ素インプラントを用いてp+ ソース領
域130およびドレイン領域132を形成し、これらの
トランジスタのためのポリシリコン・ゲート電極138
を重度にドープする。
Various prior art methods are known for forming source and drain regions for MOSFETs. For example, the straightforward method is
It includes the following steps. Photoresist is applied and patterned to expose only p-channel transistors. Energy about 10 keV, dose about 3 × 1
The p + source region 130 and drain region 132 are formed using a 0 15 cm -2 boron implant, and a polysilicon gate electrode 138 for these transistors is formed.
Heavily doped.

【0086】つぎにフォトレジスト・マスクを取り除い
て、新しいフォトレジスト層を適用し、パターン化して
n−チャンネル・トランジスタだけを露出する。エネル
ギー約20kev,用量約4×1015cm-2の燐インプ
ラントを用いてn+ ソース領域140およびドレイン領
域142をこれらのトランジスタのために形成し、n−
チャンネル・トランジスタのゲート電極148を重度に
ドープする。
The photoresist mask is then removed and a new photoresist layer is applied and patterned to expose only the n-channel transistor. An n + source region 140 and a drain region 142 are formed for these transistors using a phosphorus implant with an energy of about 20 kev and a dose of about 4 × 10 15 cm −2 , and n−
The gate electrode 148 of the channel transistor is heavily doped.

【0087】このフォトレジストを取り除いた後、ソー
ス、ドレインおよびゲート領域をドープするために用い
たインプラントを活性化させ、インプラント・ダメージ
を、例えば、1050℃程度の温度で約30秒急速熱ア
ニールすることによって取り除く。
After removing this photoresist, the implants used to dope the source, drain and gate regions are activated and the implant damage is subjected to a rapid thermal anneal at a temperature of, for example, about 1050 ° C. for about 30 seconds. Get rid of by.

【0088】このプロセス・シーケンスの残りのステッ
プは、通常の方法でトランジスタに対する金属接触およ
び相互接続を形成するためにものである。一例として、
厚みが100nm程度のシリコン酸化膜の層を低温度法
でディポジットして、つぎに、約1μm程度の厚さのホ
ウ素燐ケイ酸塩ガラスの層を形成する。選択的なマスキ
ングを行った後、酸化物およびガラスを介して開口部を
設け、ソース、ドレイン、ゲートおよびバック・ゲート
電子領域に対する接触部が作られるシリコン表面を露出
させる。
The remaining steps in this process sequence are to form metal contacts and interconnects for the transistors in the usual manner. As an example,
A layer of silicon oxide film having a thickness of about 100 nm is deposited by a low temperature method, and then a layer of borophosphosilicate glass having a thickness of about 1 μm is formed. After selective masking, openings are made through the oxide and glass to expose the silicon surface where contacts are made to the source, drain, gate and back gate electronic regions.

【0089】フォトレジストを取り除いて、厚さが約1
μmのアルミニウム層をディポジットさせ、その後、フ
ォトレジストを適用してパターン形成を行い、アルミニ
ウム層をエッチングして、例えば、金属相互接続ライン
154,156,160および162を含む第1のレベ
ルの金属相互接続部を形成する(図2参照)。このよう
にして、MOSFETの端子に対する接触を提供するた
めに用いられる相互接続金属化層によって埋め込み電極
に対する接触を簡単に実現することができる。
The photoresist is stripped to a thickness of about 1
A μm aluminum layer is deposited, then photoresist is applied and patterned, and the aluminum layer is etched to remove, for example, first level metal interconnect lines including metal interconnect lines 154, 156, 160 and 162. The connection is formed (see FIG. 2). In this way, contact to the buried electrode can be easily achieved by the interconnect metallization layer used to provide contact to the terminals of the MOSFET.

【0090】オプションとして、例えば、トランジスタ
のソース、ドレインおよびゲート領域に対する自動位置
調整シリサイド化接触を含むより高度の金属化層形成方
式もある。望ましければ、追加誘電層および金属化層を
後で公知の方法でディポジットし、パターン形成を行
い、多重レベル相互接続金属化方式も利用できる。
Optionally, there are also higher level metallization schemes, including, for example, self-aligned silicidation contacts to the source, drain and gate regions of the transistor. If desired, additional dielectric and metallization layers can be subsequently deposited and patterned in known manner, and multilevel interconnect metallization schemes can also be utilized.

【0091】上に述べた処理工程は、n−タイプの開始
時の基板のための特殊なものである。別の方法として、
軽度にドープしたp−タイプ開始時基板を用いてもよ
い。後者の場合、バック・ゲート電極構造を製造するた
めに上に述べた処理工程を用いることもできるが、ただ
し、バック・ゲート電極を形成するためにn−タイプの
インプラント、すなわち、燐は500keV程度のエネ
ルギー、1013cm-2の用量で用いられる。
The processing steps described above are special for n-type starting substrates. Alternatively,
A lightly doped p-type starting substrate may be used. In the latter case, the process steps described above can also be used to fabricate the back gate electrode structure, provided that the n-type implant, ie phosphorus, is of the order of 500 keV to form the back gate electrode. Energy of 10 13 cm -2 is used.

【0092】埋め込み酸化物層およびシリコン表面層
(フィルム)の厚みを適切に選択することによって、こ
こに開示されているバック・ゲート電極構造を用いて、
上に述べたようなSOI基板を製造するためのいずれの
公知の技術でも使用することができる。
By properly selecting the thicknesses of the buried oxide layer and the silicon surface layer (film), using the back gate electrode structure disclosed herein,
Any known technique for manufacturing an SOI substrate as described above can be used.

【0093】上に述べた実施の形態1はバック・ゲート
電極を有する簡単なn−MOSFETおよびp−MOS
FET構造を含んでいる。プロセス・パラメータおよび
インプラント量、およびエネルギーは例として示されて
いるものであって、この実施の形態の多くのバリエーシ
ョンが実現可能である。
The first embodiment described above is a simple n-MOSFET and p-MOS having a back gate electrode.
It includes a FET structure. The process parameters and implant doses and energies are given as examples and many variations of this embodiment are feasible.

【0094】さらに、処理の最初の段階、すなわちウェ
ル領域を形成する際にバック・ゲート電極が形成される
ので、この電極構造はMOSFETを形成する他の公知
の方法と適応性を有している。バック・ゲート電極を分
散させるために必要なアニールは、MOSFETソー
ス、ドレインおよびゲート・インプラントのために必要
なインプラントの前に完了する。その結果、アクティブ
な装置を形成するためのその後のステップにおいてはプ
ロセス上の制約がほとんどない。
Furthermore, this electrode structure is compatible with other known methods of forming MOSFETs, since the back gate electrode is formed during the first stage of processing, ie during the formation of the well region. . The anneal required to disperse the back gate electrode is completed before the implant required for the MOSFET source, drain and gate implants. As a result, there are few process constraints in subsequent steps to form the active device.

【0095】また、上記の説明がストレイトフォーワー
ド金属化方式に関するものである。トランジスタのソー
ス・ドレインおよびゲート電極に対する自己位置調整シ
リサイド化接触、および多重レベル相互接続も含めて、
他の金属化方式も上に述べたような構造およびプロセス
との適応性(または互換性)を有している。
Further, the above description relates to the straight forward metallization method. Including self-aligned silicidized contacts to transistor source / drain and gate electrodes, and multilevel interconnects,
Other metallization schemes are also compatible (or compatible) with the structures and processes described above.

【0096】本発明に係るの他の実施の形態によるトラ
ンジスタのソースおよびドレイン領域の形成において
は、必要に応じて、改良された性能を実現するために、
例えば、軽度にドープされたドレイン領域、および/ま
たはポリシコン・ゲート上の酸化物側壁スペーサーを組
み込む、さらに高度の技術が用いられる。
In forming the source and drain regions of a transistor according to another embodiment of the present invention, in order to achieve improved performance, if desired,
More advanced techniques are used, for example, incorporating lightly doped drain regions and / or oxide sidewall spacers on the polysilicon gate.

【0097】(実施の形態2)つぎに、実施の形態2に
ついて説明する。実施の形態2に係る集積回路の一部が
図10に示されており、実施の形態1の場合と同様、n
−タイプ半導体基板層214、埋め込みシリコン酸化絶
縁層216およびその上側の薄いシリコン表面層218
を含みSOI基板212から構成されている。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described. A part of the integrated circuit according to the second embodiment is shown in FIG. 10, and as in the case of the first embodiment, n
A type semiconductor substrate layer 214, a buried silicon oxide insulating layer 216 and a thin silicon surface layer 218 above it.
And the SOI substrate 212.

【0098】この構造は、基板251のp−ウェル領域
が形成され、n−タイプ・バック・ゲート電極252が
上記基板251のp−ウェル領域内部に形成されている
点が実施の形態1とは異なっている。実施の形態1のM
OSFET104の場合と同様、ソース領域240、ド
レイン領域242およびチャンネル領域244とゲート
酸化物246およびポリシリコン・ゲート248を含ん
だn−MOSFET204が設けられている。
This structure is different from the first embodiment in that the p-well region of the substrate 251 is formed, and the n-type back gate electrode 252 is formed inside the p-well region of the substrate 251. Is different. M of the first embodiment
As with OSFET 104, an n-MOSFET 204 is provided that includes source region 240, drain region 242 and channel region 244, gate oxide 246 and polysilicon gate 248.

【0099】例えば、0.5μmゲート長構造を有する
MOSFETのためのバック・ゲートをインプリメント
する場合、シリコン表面層218の厚みを50nm程
度、埋め込みシリコン酸化絶縁層216の厚みを200
nm程度にすることが望ましい。こうした薄いフィルム
を用いることで、図10に示すように、より深いホウ素
をインプラントしたウェル内に隔離されたn−タイプ燐
バック・ゲート電極をインプラントすることが可能にな
る。
For example, when implementing a back gate for a MOSFET having a 0.5 μm gate length structure, the thickness of the silicon surface layer 218 is about 50 nm and the thickness of the buried silicon oxide insulating layer 216 is 200 nm.
It is desirable to set it to about nm. The use of such a thin film allows for the implantation of isolated n-type phosphorous back gate electrodes within deeper boron implanted wells, as shown in FIG.

【0100】図10には、1つのMOSFETを示して
あるだけだが、この集積回路は、それぞれp−ウェル領
域内部に隔離されたn−ドープ領域によって形成された
対応するバック・ゲート電極を有する一組のn−MOS
FETおよびp−MOSFETを含んでいる。接触は各
バック・ゲート電極およびp−ウェル領域に対して行わ
れる。
Although only one MOSFET is shown in FIG. 10, this integrated circuit has a corresponding back gate electrode each formed by an n-doped region isolated within the p-well region. Set of n-MOS
It includes a FET and a p-MOSFET. Contact is made to each back gate electrode and p-well region.

【0101】バック・ゲート電極252に対してバック
・ゲート・バイアスを供給するための電荷ポンプ回路を
設計する場合に、このポンプに基板全体のキャパシタン
スが負荷されないので、こうした構造は有利である。動
作中、基板は接地される。p−ウェルは可能な範囲で最
大の負電圧に電荷ポンプされる。その結果、バック・ゲ
ート電極はどのような正の電圧にでも、あるいはp−ウ
ェルにかけられる強度と同じかそれ以下の負電圧にバイ
アスさせることができる。
Such a structure is advantageous when designing a charge pump circuit for providing a back gate bias to the back gate electrode 252, because the pump is not loaded with the capacitance of the entire substrate. During operation, the substrate is grounded. The p-well is charge pumped to the maximum negative voltage possible. As a result, the back gate electrode can be biased to any positive voltage, or to a negative voltage equal to or less than the intensity applied to the p-well.

【0102】実施の形態2の構造を製造する方法におい
て(図9参照)、SOI基質212には半導体基板層2
14、埋め込みシリコン酸化絶縁層216およびシリコ
ン表面層218が設けられている。この実施の形態2
は、実施の形態2による構造の説明において述べた比較
的薄いシリコン層および埋め込み酸化物層を必要とする
半ミクロン以下の長さのゲート・デバイスの場合には有
利である。
In the method of manufacturing the structure of the second embodiment (see FIG. 9), the SOI substrate 212 is formed on the semiconductor substrate layer 2.
14, a buried silicon oxide insulating layer 216 and a silicon surface layer 218 are provided. Embodiment 2
Is advantageous for gate devices of half a micron or less in length that require the relatively thin silicon and buried oxide layers mentioned in the description of the structure according to the second embodiment.

【0103】このようにp−ウェル領域は、実施の形態
1の埋め込み電極を形成するのに用いられたのと同様
に、シリコン表面層および埋め込み絶縁層を介しての基
板層への高エネルギーp−タイプ・インプラント、すな
わち、ホウ素によって形成される。つぎに、n−タイプ
のドーパントである二番目の高エネルギー・イオン・プ
ラント、すなわち燐によって、p−ウェル領域内部のバ
ック・ゲート電極を形成する。実施の形態1に関して上
に述べられたようなフィールド酸化物絶縁層を貫通する
バック・ゲート電極のための接触開口部およびp−ウェ
ル領域に対する接触のための追加開口部が設けられるの
で、p−ウェル領域およびバック・ゲート電極に対して
はそれぞれ個別にバイアスを印加することができる。
As described above, the p-well region has a high energy p to the substrate layer through the silicon surface layer and the buried insulating layer, as in the case of forming the buried electrode of the first embodiment. -Type implant, i.e. formed by boron. Next, the back gate electrode inside the p-well region is formed by a second high energy ion plant, namely phosphorus, which is an n-type dopant. A contact opening for the back gate electrode and an additional opening for contacting the p-well region is provided through the field oxide insulating layer as described above with respect to Embodiment 1 so that p- A bias can be applied individually to the well region and the back gate electrode.

【0104】その後の工程においては、一連のn−チャ
ンネルおよびp−チャンネルMOSトランジスタが、上
に述べたように、従来の方法で形成される。この場合
も、ウェル領域および埋め込み電極を形成する処理工程
はアクティブなデバイス形成の他の工程前に行われるの
で、後の処理工程における制約が少ない。
In a subsequent step, a series of n-channel and p-channel MOS transistors are formed by conventional methods, as described above. Also in this case, since the processing step of forming the well region and the buried electrode is performed before the other steps of active device formation, there are few restrictions in the subsequent processing steps.

【0105】閾値電圧制御は公知の“ダブル・ゲート”
CMOS/SOI構造に対して同様の方法でバック・ゲ
ート電極によって与えられるが、絶縁層の下側に広がる
基板半導体層の表面に電極を形成する方法は、集積回路
のアクティブなデバイスの設計と製造における柔軟性を
増大してくれる。個々のトランジスタ、またはトランジ
スタのグループの閾値電圧を選択的に制御して性能を最
適化し、プロセス変動および動作中の温度変化に対する
補償を行うために、個別のバック・ゲート電極を提供す
ることができる。
Threshold voltage control is well known "double gate"
A method of forming an electrode on the surface of a substrate semiconductor layer, which is provided by a back gate electrode in a similar manner to a CMOS / SOI structure, but extends below the insulating layer is described in the design and manufacture of active devices for integrated circuits. Increases flexibility in. Separate back gate electrodes can be provided to selectively control the threshold voltage of individual transistors or groups of transistors to optimize performance and to compensate for process variations and temperature changes during operation. .

【0106】このように、低電圧(〜1V)集積回路装
置のために、特に有利な閾値電圧のより改良された制御
を行うことができる。さらに、上に述べたようなイオン
・インプラントしたバック・ゲート電極は他の公知のダ
ブル・ゲートMOSFET構造より製造がずっと簡単な
ものとなる。
Thus, a particularly advantageous improved control of the threshold voltage can be provided for low voltage (~ 1V) integrated circuit devices. Moreover, the ion-implanted back gate electrode as described above is much easier to manufacture than other known double gate MOSFET structures.

【0107】以上のように、この発明に係るCMOS集
積回路にあっては、内部でバック・ゲート電極が絶縁層
の下の、n−MOSFETおよびp−MOSFETのす
ぐ下の基板層に提供されているシリコン・オン・インシ
ュレータ基板上にMOSFETを含むCMOS集積回路
が提供され、十分にディプリートされたCMOS技術が
用いられる。個々のバック・ゲート電極は、個々のMO
SFETのバック・ゲートまたはMOSFETのグルー
プに異なったバイアスを選択的に印加するため、個々の
MOSFET、または複数のMOSFETの組に設けて
もよい。少なくとも異なったバイアスがn−MOSFE
Tとp−MOSFETのバック・ゲートに印加される。
このようにして、個々のトランジスタ、あるいはトラン
ジスタのグループの閾値電圧を制御することで、回路の
性能を最適化することができる。さらに、プロセス変
動、および動作中の温度の変化も含めて閾値電圧の変化
をもたらすようなその他の影響に対しても補償を行うこ
とができる。
As described above, in the CMOS integrated circuit according to the present invention, the back gate electrode is provided internally in the substrate layer immediately below the n-MOSFET and p-MOSFET below the insulating layer. A CMOS integrated circuit including a MOSFET on a silicon-on-insulator substrate is provided, and fully depleted CMOS technology is used. The individual back gate electrodes are
It may be provided on an individual MOSFET or on a set of MOSFETs to selectively apply different biases to the back gates of the SFETs or groups of MOSFETs. At least different bias is n-MOSFE
Applied to the back gates of T and p-MOSFETs.
In this way, the circuit performance can be optimized by controlling the threshold voltage of individual transistors or groups of transistors. In addition, process variations and other effects that may result in changes in threshold voltage, including changes in temperature during operation, can be compensated for.

【0108】各バック・ゲート電極は、埋め込まれた絶
縁層の下側、すなわち、酸化物層の下側のシリコン基板
に重度にドープされた領域によって形成された導電性領
域によって設けられる。好適に、各バック・ゲート電極
は基板に対して反対のドーピング・タイプであるから、
電極は基板からも基板上の他のバック・ゲート電極から
も隔離されて接合することができる。その結果、下側の
薄いシリコン膜に形成された一組のMOSFETの閾値
電圧はバック・ゲート電極に電気的な接触を行って他の
組のMOSFETに印加されるバイアスとは無関係に適
切なバイアスを印加することによって制御することがで
きる。このように、例えば、CMOS集積回路におい
て、1つのバック・ゲート電極は一組のn−MOSFE
Tを制御することができ、他のバック・ゲート電極は一
組のp−MOSFETを制御することができる。また、
個々のバック・ゲート電極を各MOSFETに対して形
成することも可能である。こうして、個々のMOSFE
T、あるいはMOSFETのグループの閾値電圧を必要
に応じて調節し、回路の性能を最適化することができ
る。この能力は、1V以下の供給電圧で動作する低電力
集積回路に特に有益である。
Each back gate electrode is provided by a conductive region formed by a heavily doped region in the silicon substrate below the buried insulating layer, ie below the oxide layer. Preferably, each back gate electrode is of opposite doping type to the substrate,
The electrodes can be isolated and bonded from the substrate and from other back gate electrodes on the substrate. As a result, the threshold voltage of one set of MOSFETs formed in the underlying thin silicon film makes an appropriate bias independent of the bias applied to the other set of MOSFETs by making electrical contact to the back gate electrode. Can be controlled by applying. Thus, for example, in a CMOS integrated circuit, one back gate electrode is a set of n-MOSFE.
T can be controlled and the other back gate electrode can control a set of p-MOSFETs. Also,
It is also possible to form individual back gate electrodes for each MOSFET. Thus, individual MOSFE
The threshold voltage of T, or a group of MOSFETs, can be adjusted as needed to optimize circuit performance. This capability is especially beneficial for low power integrated circuits operating at supply voltages below 1V.

【0109】好適に、オン・チップ回路で、例えば、電
荷ポンピングまたは他の手段で行われ、プロセス変動お
よび動作中の温度変化を含むファクターを補償するため
に、閾値電圧を制御することが可能になる。このよう
に、この構造は、低電圧装置のためのSOI基板を用い
て、CMOS技術で形成された十分にディプリートされ
たMOSFETの閾値電圧を個別的に制御することがで
きる。
It is preferably done in on-chip circuitry, eg by charge pumping or other means, to allow control of the threshold voltage to compensate for factors including process variations and temperature changes during operation. Become. Thus, this structure allows individual control of the threshold voltage of fully depleted MOSFETs formed in CMOS technology using SOI substrates for low voltage devices.

【0110】この構造のバック・ゲート電極は開始時の
シリコン基板、すなわち、埋め込みインシュレータ層の
真下の基板層の表面に形成される。この構造は、したが
って、バック・ゲートがMOSFETのソース/ドレイ
ンおよびチャンネル領域が形成される薄いシリコン表面
層に配置されている、先行技術において公知の“ダブル
・ゲート”SOI MOSFETとは異なっており、M
OSFETの下側の絶縁層内部に配置されているポリシ
リコン層によってバック・ゲート電極が設けられてお
り、さらに、開始時の基板とも区別されている。
The back gate electrode of this structure is formed on the surface of the starting silicon substrate, that is, the substrate layer directly below the buried insulator layer. This structure therefore differs from the "double gate" SOI MOSFET known in the prior art, in which the back gate is located in the thin silicon surface layer where the source / drain and channel regions of the MOSFET are formed, M
The back gate electrode is provided by a polysilicon layer located inside the insulating layer below the OSFET and is also distinguished from the starting substrate.

【0111】電気的な接触は、個々の組のMOSFET
のバック・ゲート・バイアスを調節することができる、
好ましくはシリコン表面層内に形成された集積回路の他
の部分によって個々のバック・ゲート電極にバイアスを
印加することができるように各バック・ゲート電極には
電気的接触部が設けられている。通常、SIMOX基板
を用いたCMOS技術における電界隔離は、パターン化
された窒化シリコン・マスクを用いて、シリコン薄膜の
部分の選択的酸化によって設けられている。シリコン・
フィルムは完全に酸化され、活性なトランジスタを取り
囲む領域間の電気的な絶縁を実現する。バック・ゲート
電極に対する接触部は、通常、選択された領域でフィー
ルド酸化層を介して好適に形成される。
Electrical contacts are made to the individual sets of MOSFETs.
Back gate bias can be adjusted,
Each back gate electrode is provided with an electrical contact so that the individual back gate electrodes can be biased, preferably by other parts of the integrated circuit formed in the silicon surface layer. Field isolation in CMOS technology using SIMOX substrates is usually provided by selective oxidation of portions of the silicon thin film using a patterned silicon nitride mask. silicon·
The film is fully oxidized, providing electrical insulation between the areas surrounding the active transistor. The contact to the back gate electrode is usually suitably formed in the selected region through the field oxide layer.

【0112】オプションとして、深い、サブミクロン・
ゲート長のMOSFETを形成するために、シリコン層
および下側の埋め込み層の厚みを大幅に減らして、バッ
ク・ゲート電極が形成されている。MOSFETの下側
に位置する基板へのウェル領域のイオン・プランテーシ
ョンを考慮することは可能である。例えば、n基板にお
いて、p−ウェル領域はホウ素イオン・インプランテー
ションで形成され、つぎにn−タイプ・バック・ゲート
電極がn−ドーパント、すなわち、燐のインプランテー
ションによってそのp−ウェル領域内に形成される。こ
うした構造を用いる場合、基板は研磨され、各p−ウェ
ルは可能な範囲で最も負の電位にポンピングされる。好
適に、電荷ポンピングでバック・ゲート電極にバイアス
を印加する場合、ポンプ回路は基板全体のキャパシタン
スによって担持されるのではなく、p−ウェルのキャパ
シタンスによって担持されるものである。
As an option, deep, submicron
In order to form a MOSFET having a gate length, the back gate electrode is formed by greatly reducing the thickness of the silicon layer and the lower buried layer. It is possible to consider the ion plantation of the well region into the substrate underlying the MOSFET. For example, in an n substrate, a p-well region is formed by boron ion implantation, and then an n-type back gate electrode is formed in the p-well region by implantation of an n-dopant, ie phosphorus. To be done. When using such a structure, the substrate is polished and each p-well is pumped to the most negative potential possible. Preferably, when biasing the back gate electrode with charge pumping, the pump circuit is not carried by the capacitance of the entire substrate, but by the capacitance of the p-well.

【0113】また、本発明に係る基板上に集積回路を形
成する方法にあっては、好適にも、バック・ゲート電極
構造は製造における初期の段階で、装置ウェル領域およ
び埋め込み絶縁層を介してドーパントの高エネルギー・
イオン・インプランテーションで形成され、MOSFE
Tのチャンネル領域が形成されるべき領域の下側に広が
る重度にドープされた領域がつくりだされる。そのドー
パントを活性化するためのアニーリングの後、各重度に
ドープされた領域がバック・ゲート電極を形成する導電
性領域を提供する。つぎに、MOSFETが通常の処理
工程によって上記シリコン表面層に形成される。また、
MOSFETのソース、ドレインおよびゲート端子に対
する通常の電気的接触に加えて、各バック・ゲート電極
に対しても接触部が設けられる。
Further, in the method of forming an integrated circuit on a substrate according to the present invention, it is preferable that the back gate electrode structure is formed at an early stage of manufacturing via the device well region and the buried insulating layer. High energy of dopant
Formed by ion implantation, MOSFE
A heavily doped region is created that extends below the region where the T channel region is to be formed. After annealing to activate the dopant, each heavily doped region provides a conductive region forming a back gate electrode. Next, a MOSFET is formed on the silicon surface layer by a conventional process. Also,
In addition to the usual electrical contacts to the MOSFET source, drain and gate terminals, contacts are also provided to each back gate electrode.

【0114】好適に、バック・ゲート電極は基板上に、
処理の初期の段階で、アクティブ・デバイス、すなわ
ち、MOSFETの形成の前に形成される。
Preferably, the back gate electrode is on the substrate,
It is formed early in the process, prior to the formation of active devices, or MOSFETs.

【0115】ウェハのどの領域がバック・ゲート電極の
インプラントを受け入れ、どれが受け入れないかを判定
するために厚めのフォトレジスト・マスクが用いられ
る。したがって、各個別のトランジスタが形成されるべ
き領域に形成された複数の絶縁された電極を有する基板
を設けること、あるいは、2つの以上のトランジスタに
共通の1つのバック・ゲート電極を形成することが可能
になる。
A thicker photoresist mask is used to determine which areas of the wafer will receive the back gate electrode implants and which will not. It is therefore possible to provide a substrate with a plurality of insulated electrodes formed in the area where each individual transistor is to be formed, or to form one back gate electrode common to two or more transistors. It will be possible.

【0116】インプラントされたドープ領域はnタイプ
かpタイプであるが、実際的には開始時のシリコン基板
とは反対の導電性タイプを有しているので、バック・ゲ
ート電極は基板から、そして同じ基板上に形成される他
のバック・ゲート電極から絶縁接合されている。
Since the implanted doped regions are either n-type or p-type, but actually have a conductivity type opposite to the starting silicon substrate, the back gate electrode is from the substrate, and It is insulated and joined from other back gate electrodes formed on the same substrate.

【0117】また、深い、サブミクロン・チャンネル長
のトランジスタを形成するためには、シリコン層および
埋め込み絶縁層が十分に薄く、すなわち、シリコン層は
20nm以下、埋め込み酸化物層は200nm以下で形
成されるので、半導体基板層のp−ウェル領域をイオン
・インプラントし、その中に上記のようにn−タイプ埋
め込み電極を形成するのが実際的である。すなわち、ウ
ェル領域は高エネルギ・ホウ素インプラントで形成さ
れ、つぎに、燐インプラントで基板表面のp−ウェル内
部にn−タイプ・ゲート電極を形成する。接触はバック
・ゲート電極とウェル領域の両方に対して行われる。
In order to form a deep transistor having a submicron channel length, the silicon layer and the buried insulating layer are sufficiently thin, that is, the silicon layer is formed to a thickness of 20 nm or less and the buried oxide layer is formed to a thickness of 200 nm or less. Therefore, it is practical to ion implant the p-well region of the semiconductor substrate layer and form the n-type buried electrode therein as described above. That is, the well region is formed with a high energy boron implant, and then the phosphorus implant is used to form an n-type gate electrode inside the p-well on the substrate surface. Contact is made to both the back gate electrode and the well region.

【0118】また、本発明に係る他の基板上にCMOS
集積回路を形成する方法にあっては、MOSFETを形
成した後、個々のトランジスタ、またはトランジスタの
グループに適切に選択されたバック・ゲート・バイアス
を供給し、任意の回路アプリケーションにおいてその性
能を最適化することができる。例えば、少なくとも、異
なったバイアスをp−チャンネル・トランジスタの下側
のバック・ゲート電極ではなく、n−チャンネル・トラ
ンジスタの下側のバック・ゲート電極インプラントに印
加する。電極に対する接触は通常、従来の相互接続金属
化層によって表面から導電性バイアスを介して好適に設
けられる。
In addition, a CMOS on another substrate according to the present invention may be used.
A method of forming an integrated circuit is to form a MOSFET and then provide an appropriately selected back gate bias to individual transistors or groups of transistors to optimize their performance in any circuit application. can do. For example, at least a different bias is applied to the lower back gate electrode implant of the n-channel transistor rather than the lower back gate electrode of the p-channel transistor. Contact to the electrodes is typically conveniently provided from the surface via a conductive bias by a conventional interconnect metallization layer.

【0119】開始時のシリコン基板内に配置され、ここ
に開示されているような高エネルギー・インプランテー
ションによって形成されるバック・ゲート電極構造は、
バック・ゲート電極が絶縁層あるいは表面シリコン層に
形成されている他の公知の“ダブル・ゲート”構造より
製造がずっと簡単である。さらに、バック・ゲート電極
の処理が処理工程の初期の段階で完了するので、後の処
理工程における制約が少なく、そしてSOI基板上でM
OSFETを形成するための公知のCMOSプロセス技
術との適応性が改善される。
A back gate electrode structure placed in the starting silicon substrate and formed by high energy implantation as disclosed herein, comprises:
It is much simpler to manufacture than other known "double gate" structures where the back gate electrode is formed on an insulating layer or a surface silicon layer. Furthermore, since the processing of the back gate electrode is completed at an early stage of the processing step, there are few restrictions in the subsequent processing steps, and M on the SOI substrate is reduced.
Improves compatibility with known CMOS process technology for forming OSFETs.

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

【図1】公知の先行技術に基づく“ダブル・ゲート”S
OI MOSFET構造で構成される集積回路の構造の
一部を示す断面図である。
1 a "double gate" S according to the known prior art
It is sectional drawing which shows a part of structure of the integrated circuit comprised by OI MOSFET structure.

【図2】他の公知の先行技術に基づく構造による集積回
路の構造の一部を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of the structure of an integrated circuit according to another known prior art structure.

【図3】SOI基板上に形成され、本発明に係る実施の
形態1によって製造されたMOSFETを有する集積回
路の構造の一部を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a part of the structure of the integrated circuit having the MOSFET formed on the SOI substrate and manufactured according to the first embodiment of the present invention.

【図4】図3に示された集積回路の一連の製造工程を示
す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a series of manufacturing steps of the integrated circuit shown in FIG.

【図5】図3に示された集積回路の一連の製造工程を示
す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a series of manufacturing steps of the integrated circuit shown in FIG.

【図6】図3に示された集積回路の一連の製造工程を示
す断面図である。
6 is a cross-sectional view showing a series of manufacturing steps of the integrated circuit shown in FIG.

【図7】図3に示された集積回路の一連の製造工程を示
す断面図である。
7 is a cross-sectional view showing a series of manufacturing steps of the integrated circuit shown in FIG.

【図8】図3に示された集積回路の一連の製造工程を示
す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a series of manufacturing steps of the integrated circuit shown in FIG.

【図9】実施の形態1によって製造されたMOSFET
のバック・ゲート電極を形成する高エネルギー・イオン
・インプランテーションによってつくりだされるSOI
基板上のドーパント・ホウ素の特徴を示すグラフであ
る。
FIG. 9 is a MOSFET manufactured according to the first embodiment.
Produced by high energy ion implantation forming the back gate electrode of
It is a graph which shows the characteristic of dopant boron on a substrate.

【図10】実施の形態2に係る集積回路の構造の一部を
示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a part of the structure of the integrated circuit according to the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 集積回路 102 p−MOSFET 104 n−MOSFET 112 SOI基板 114 シリコン基板 116 埋め込み絶縁層 120 n−ウェル領域 122 p−ウェル領域 124 フィールド酸化物層 130,140 ソース領域 132,142 ドレイン領域 134,144 チャンネル領域 136,146 ゲート酸化物層 138,148 ゲート電極 150,152 バック・ゲート電極 151,153 p+ 領域 154,156,160,162 金属相互接続ライン 170 パット酸化物 172 窒化シリコン 174 フィールド領域 176 フォトレジスト・マスク 204 n−MOSFET 212 SOI基板 214 半導体基板層 216 埋め込み酸化物層 218 シリコン表面層 240 ソース領域 242 ドレイン領域 244 チャンネル領域 246 ゲート酸化物 248 ポリシリコンゲート 215 基板 252 バック・ゲート電極100 integrated circuit 102 p-MOSFET 104 n-MOSFET 112 SOI substrate 114 silicon substrate 116 buried insulating layer 120 n-well region 122 p-well region 124 field oxide layer 130,140 source region 132,142 drain region 134,144 channel Regions 136,146 Gate Oxide Layers 138,148 Gate Electrodes 150,152 Back Gate Electrodes 151,153 p + Regions 154,156,160,162 Metal Interconnect Lines 170 Pat Oxide 172 Silicon Nitride 174 Field Regions 176 Photoresist -Mask 204 n-MOSFET 212 SOI substrate 214 Semiconductor substrate layer 216 Buried oxide layer 218 Silicon surface layer 240 Source region 242 Drain region 244 Channel region 246 Gate oxide 248 Polysilicon gate 215 Substrate 252 Back gate electrode

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板層と、埋め込み絶縁誘電層
と、その上側のシリコン表面層とから構成されるシリコ
ン・オン・インシュレータ基板上のCMOS集積回路に
おいて、 十分にディプリートされたCMOS技術を用いて、前記
シリコン表面層の選択された領域に形成された複数のn
−MOSFETおよびp−MOSFETと、 前記絶縁誘電層に隣接した下側の半導体基板層の表面
の、重度にドープされた領域によって形成された、少な
くとも2つのバック・ゲート電極とから構成され、 前記第1のバック・ゲート電極は、一組のp−MOSF
ETの下側に広がっており、前記第2のバック・ゲート
電極は、一組のn−MOSFETの下側に広がってお
り、各バック・ゲート電極が各MOSFETに対してバ
イアス電圧を印加するための接触部を有し、前記接触部
によって個々の組のMOSFETの閾値電圧を、対応す
るバック・ゲート電極にバイアスを印加することにより
制御することを特徴とするCMOS集積回路。
1. A CMOS integrated circuit on a silicon-on-insulator substrate, comprising a semiconductor substrate layer, a buried insulating dielectric layer, and a silicon surface layer above it, using fully depleted CMOS technology. , A plurality of n formed in selected regions of the silicon surface layer
-MOSFET and p-MOSFET, and at least two back gate electrodes formed by heavily doped regions of the surface of the lower semiconductor substrate layer adjacent to the insulating dielectric layer. One back gate electrode is a pair of p-MOSF
Extends underneath ET and the second back gate electrode extends underneath a set of n-MOSFETs, each back gate electrode applying a bias voltage to each MOSFET. CMOS integrated circuit characterized in that the threshold voltage of each MOSFET of each set is controlled by applying a bias to the corresponding back gate electrode.
【請求項2】 各組が個別のMOSFETにより構成さ
れており、各個々のMOSFETに対して別個のバック
・ゲート電極が設けられていることを特徴とする請求項
1に記載のCMOS集積回路。
2. The CMOS integrated circuit according to claim 1, wherein each set is constituted by an individual MOSFET, and a separate back gate electrode is provided for each individual MOSFET.
【請求項3】 一組が複数のn−MOSFETのグルー
プにより構成されており、別の組が複数のp−MOSF
ETのグループにより構成されており、各p−MOSF
ETグループおよび各n−MOSFETグループに対し
て別個のバック・ゲート電極が設けられていることを特
徴とする請求項1に記載のCMOS集積回路。
3. One set is composed of a group of a plurality of n-MOSFETs, and another set is a plurality of p-MOSFs.
Each p-MOSF consists of ET groups.
The CMOS integrated circuit according to claim 1, wherein a separate back gate electrode is provided for the ET group and each n-MOSFET group.
【請求項4】 前記基板が第1の導電性タイプであり、
各バック・ゲート電極が反対の導電性タイプの、重度に
ドープされた導電性領域により構成されていることを特
徴とする請求項1に記載のCMOS集積回路。
4. The substrate is of a first conductivity type,
The CMOS integrated circuit of claim 1, wherein each back gate electrode is constituted by a heavily doped conductive region of opposite conductivity type.
【請求項5】 前記基板が第1の導電性タイプであり、
その内部に形成された第2の導電性タイプのウェル領域
を含んでおり、各バック・ゲート電極がウェル領域内部
に形成された第1の導電性タイプの、重度にドープされ
た導電性領域により構成されていることを特徴とする請
求項1に記載のCMOS集積回路。
5. The substrate is of a first conductivity type,
A second conductive type well region formed therein, wherein each back gate electrode is formed by a first conductive type, heavily doped conductive region formed within the well region. The CMOS integrated circuit according to claim 1, wherein the CMOS integrated circuit is configured.
【請求項6】 前記バック・ゲート電極が前記半導体基
板のドーピング・タイプとは反対のドーピングタイプ
の、重度にドープされた領域により設けられており、前
記バック・ゲート電極にバイアスを印加して、前記基板
から前記バック・ゲート電極の接合絶縁する構造である
ことを特徴とする請求項1に記載のCMOS集積回路。
6. The back gate electrode is provided by a heavily doped region of a doping type opposite to the doping type of the semiconductor substrate, biasing the back gate electrode, 2. The CMOS integrated circuit according to claim 1, wherein the CMOS integrated circuit has a structure in which the back gate electrode is junction-insulated from the substrate.
【請求項7】 少なくとも、1つの電気的に導電性のあ
る接触部が、前記集積回路の導電性相互接続金属化層を
介して各バック・ゲート電極に設けられる構造であるこ
とを特徴とする請求項1に記載のCOMS集積回路。
7. A structure having at least one electrically conductive contact on each back gate electrode through a conductive interconnect metallization layer of the integrated circuit. The COMS integrated circuit according to claim 1.
【請求項8】 前記シリコン表面層内に形成された個々
のMOSFETがフィールド酸化物層によって絶縁され
ており、前記バック・ゲート電極に対する接触が前記フ
ィールド酸化物層を介して延びている貫通構造によって
実現することを特徴とする請求項1に記載のCMOS集
積回路。
8. An individual MOSFET formed in the silicon surface layer is insulated by a field oxide layer, and a contact to the back gate electrode extends through the field oxide layer. The CMOS integrated circuit according to claim 1, which is realized.
【請求項9】 前記集積回路が、1V以下の電圧で動作
し、前記回路が前記集積回路の動作中に前記n−MOS
FETおよびp−MOSFETのパラメータの変化に対
応して、前記バック・ゲート・バイアスを発生する手段
を含んでいることを特徴とする請求項1に記載のCMO
S集積回路。
9. The integrated circuit operates at a voltage of 1 V or less, and the circuit operates the n-MOS during operation of the integrated circuit.
2. The CMO of claim 1, including means for generating the back gate bias in response to changes in FET and p-MOSFET parameters.
S integrated circuit.
【請求項10】 前記バック・ゲート・バイアスが、前
記シリコン表面層に形成され、金属相互接続ラインを介
して前記バック・ゲート電極に対してバック・ゲート・
バイアスを伝送する手段を含んだ前記集積回路の一部に
よって発生させられることを特徴とする請求項9に記載
のCMOS集積回路。
10. The back gate bias is formed in the silicon surface layer to a back gate electrode to the back gate electrode via a metal interconnect line.
A CMOS integrated circuit according to claim 9, characterized in that it is generated by a part of said integrated circuit which comprises means for transmitting a bias.
【請求項11】 前記バック・ゲート・バイアスを提供
するための電荷ポンピング手段を含んでいることを特徴
とする請求項10に記載のCMOS集積回路。
11. The CMOS integrated circuit of claim 10, including charge pumping means for providing the back gate bias.
【請求項12】 バック・ゲート電極により構成された
MOSFETを含むシリコン・オン・インシュレータ基
板上に集積回路を形成する方法において、 第1の導電性タイプの半導体基板層と、埋め込み絶縁層
と、その上側にシリコン表面層とを有しているシリコン
・オン・インシュレータ基板を設ける工程と、 前記基板層に、重度にドープされた導電性領域を形成す
ることにより、前記シリコン表面層を介して、さらに前
記埋め込み絶縁層を介して高エネルギー・イオン・イン
プランテーションにより前記基板層の一定の領域を選択
的にドーピングすることによって埋め込みバック・ゲー
ト電極を形成する工程と、 前記バック・ゲート電極の上側に広がる前記シリコン表
面層内にMOSFETを形成する工程と、 前記MOSFETの下側バック・ゲート電極により構成
されているMOSFETの端子に対する電気的接触を形
成する工程と、 を含むことを特徴とする方法。
12. A method of forming an integrated circuit on a silicon-on-insulator substrate including a MOSFET constituted by a back gate electrode, comprising: a semiconductor substrate layer of a first conductivity type; a buried insulating layer; Providing a silicon-on-insulator substrate having a silicon surface layer on the upper side, and forming a heavily-doped conductive region in the substrate layer, through the silicon surface layer, Forming a buried back gate electrode by selectively doping a certain region of the substrate layer by high-energy ion implantation through the buried insulating layer; and spreading over the back gate electrode. Forming a MOSFET in the silicon surface layer, and a bottom side of the MOSFET Method characterized by comprising the steps of forming an electrical contact to Tsu of the MOSFET is constituted by click gate electrode terminal.
【請求項13】 前記バック・ゲート電極を形成する工
程が、前記基板層とは反対の導電性タイプの、重度にド
ープされた領域を形成する工程を含むことを特徴とする
請求項12に記載の方法。
13. The method of claim 12, wherein the step of forming the back gate electrode includes the step of forming a heavily doped region of a conductivity type opposite that of the substrate layer. the method of.
【請求項14】 前記バック・ゲート電極を形成する工
程が、 前記基板に第2の導電性タイプのウェル領域を形成し、
つぎに、前記ウェル領域内に前記バック・ゲート電極を
形成し、前記バック・ゲート電極が、前記ウェル領域内
に絶縁された第1の導電性タイプの、選択的にドープさ
れた領域によって設けられる工程と、 前記ウェル領域および前記バック・ゲート電極に対する
電気的な接触を設ける工程と、 を含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
14. The step of forming the back gate electrode includes forming a well region of a second conductivity type in the substrate,
Next, forming the back gate electrode in the well region, the back gate electrode being provided in the well region by an insulated first conductivity type selectively doped region. 13. The method of claim 12 including the steps of: providing electrical contact to the well region and the back gate electrode.
【請求項15】 前記埋め込みバック・ゲート電極を形
成する工程が、 前記シリコン表面層を介し、さらに前記埋め込み絶縁層
を介して前記基板層内部へのドーパントの高エネルギー
・インプランテーションによって前記基板を選択的にド
ーピングし、前記絶縁層に隣接した前記基板の領域に重
度にドープされた領域を設ける工程と、 前記インプラントをアニールして前記絶縁層に隣接した
前記基板層の表面領域に電極を設ける導電性領域を形成
する工程と、 を含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
15. The step of forming the buried back gate electrode comprises selecting the substrate by high energy implantation of a dopant into the substrate layer through the silicon surface layer and further through the buried insulating layer. Electrically doping and providing a heavily doped region in a region of the substrate adjacent to the insulating layer, and annealing the implant to provide an electrode in a surface region of the substrate layer adjacent to the insulating layer. 13. The method of claim 12 including the step of forming a sexual region.
【請求項16】 少なくとも、第1と第2のバック・ゲ
ート電極を形成する工程と、それに続く、前記シリコン
表面層に前記第1のバック・ゲート電極の上側に広がる
1組のn−MOSFETと、前記第2のバック・ゲート
電極の上側に広がる1組のp−MOSFETとを形成す
る工程を含んでおり、 前記n−MOSFETの組とp−MOSFETの組の閾
値電圧を、それぞれ独立に制御する目的で、バイアスを
印加するために、前記第1および第2のゲート電極のそ
れぞれに対する少なくとも1つの接触を含めて、前記n
−MOSFETおよびp−MOSFETの端子に接触さ
せる工程を含むことを特徴とする請求項12に記載の方
法。
16. At least forming first and second back gate electrodes, followed by a set of n-MOSFETs extending above said first back gate electrodes in said silicon surface layer. And, forming a set of p-MOSFETs extending above the second back gate electrode, independently controlling the threshold voltages of the n-MOSFET set and the p-MOSFET set. For the purpose of applying a bias, including at least one contact to each of the first and second gate electrodes,
13. The method of claim 12 including the step of contacting the terminals of the -MOSFET and the p-MOSFET.
【請求項17】 シリコン・オン・インシュレータ基板
上にn−MOSFETおよびp−MOSFETを含んだ
CMOS集積回路を形成する方法において、 第1の導電性タイプの半導体基板層と、その上側の埋め
込み絶縁層と、その上側の結晶性シリコン層によりで構
成される基板を設ける工程と、 前記基板層内に、イオン・インプランテーションにより
前記基板層の一定の領域を選択的に、重度にドーピング
することによって、複数の埋め込みバック・ゲート電極
を形成し、第2の導電性タイプの導電性領域を形成し、
それによってそれら電極を前記基板から接合絶縁する工
程と、 前記シリコン表面層内の各バック・ゲート電極上に、一
組のp−MOSFETと一組のn−MOSFETを形成
し、それによって、前記各組のp−MOSFETと各組
のn−MOSFETのそれぞれの閾値電圧を、対応する
前記バック・ゲート電極にバイアスを印加することによ
って、それぞれ独立に制御できるようにする工程と、 を含むことを特徴とする方法。
17. A method of forming a CMOS integrated circuit including an n-MOSFET and a p-MOSFET on a silicon-on-insulator substrate, wherein a semiconductor substrate layer of a first conductivity type and a buried insulating layer above the semiconductor substrate layer. And a step of providing a substrate composed of the crystalline silicon layer on the upper side thereof, and in the substrate layer, by selectively heavily doping a certain region of the substrate layer by ion implantation, Forming a plurality of buried back gate electrodes and forming conductive regions of a second conductivity type,
Thereby junction insulating the electrodes from the substrate, and forming a set of p-MOSFETs and a set of n-MOSFETs on each back gate electrode in the silicon surface layer, whereby each of the Enabling each of the threshold voltages of the p-MOSFETs of the set and the n-MOSFETs of each set to be controlled independently by applying a bias to the corresponding back gate electrode. And how to.
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KR (1) KR970008576A (en)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6275094B1 (en) 1999-06-22 2001-08-14 International Business Machines Corporation CMOS device and circuit and method of operation dynamically controlling threshold voltage
US6521947B1 (en) 1999-01-28 2003-02-18 International Business Machines Corporation Method of integrating substrate contact on SOI wafers with STI process
JP2004207694A (en) * 2002-12-09 2004-07-22 Renesas Technology Corp Semiconductor device
JP2004228465A (en) * 2003-01-27 2004-08-12 Seiko Instruments Inc Semiconductor integrated circuit and electronic apparatus
JP2005536037A (en) * 2002-06-11 2005-11-24 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド Method for forming doped region in SOI device
US6989569B1 (en) 1999-03-05 2006-01-24 The University Of Tokyo MOS transistor with a controlled threshold voltage
JP2007294844A (en) * 2006-02-23 2007-11-08 Seiko Epson Corp Semiconductor device
JP2008263219A (en) * 2008-06-16 2008-10-30 Seiko Instruments Inc Semiconductor integrated circuit and electronic apparatus
US7537978B2 (en) 2002-05-13 2009-05-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and manufacturing method thereof
WO2011111754A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-15 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP2012014138A (en) * 2010-06-30 2012-01-19 Woojeon & Handan Co Ltd Method for manufacturing anti-reflection display window panel, and anti-reflection display window panel manufactured by the same
WO2012079272A1 (en) * 2010-12-17 2012-06-21 中国科学院微电子研究所 Transistor and semiconductor device having transistor and manufacturing method thereof
WO2013037167A1 (en) * 2011-09-16 2013-03-21 中国科学院微电子研究所 Mosfet and manufacturing method thereof
US8492210B2 (en) 2010-12-17 2013-07-23 Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences Transistor, semiconductor device comprising the transistor and method for manufacturing the same
JP2017157859A (en) * 2017-05-22 2017-09-07 ラピスセミコンダクタ株式会社 Semiconductor device
JP2022009150A (en) * 2016-09-23 2022-01-14 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100466978B1 (en) * 1997-12-20 2005-06-07 삼성전자주식회사 A method of fabricating silicon on insulator transistor device

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6521947B1 (en) 1999-01-28 2003-02-18 International Business Machines Corporation Method of integrating substrate contact on SOI wafers with STI process
US6989569B1 (en) 1999-03-05 2006-01-24 The University Of Tokyo MOS transistor with a controlled threshold voltage
US6275094B1 (en) 1999-06-22 2001-08-14 International Business Machines Corporation CMOS device and circuit and method of operation dynamically controlling threshold voltage
US7537978B2 (en) 2002-05-13 2009-05-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2005536037A (en) * 2002-06-11 2005-11-24 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド Method for forming doped region in SOI device
JP2004207694A (en) * 2002-12-09 2004-07-22 Renesas Technology Corp Semiconductor device
JP2004228465A (en) * 2003-01-27 2004-08-12 Seiko Instruments Inc Semiconductor integrated circuit and electronic apparatus
JP4694098B2 (en) * 2003-01-27 2011-06-01 セイコーインスツル株式会社 Semiconductor integrated circuit and electronic equipment
JP2007294844A (en) * 2006-02-23 2007-11-08 Seiko Epson Corp Semiconductor device
JP2008263219A (en) * 2008-06-16 2008-10-30 Seiko Instruments Inc Semiconductor integrated circuit and electronic apparatus
WO2011111754A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-15 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
CN102792444A (en) * 2010-03-09 2012-11-21 大学共同利用机关法人高能加速器研究机构 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
US8963246B2 (en) 2010-03-09 2015-02-24 Inter-University Research Institute Corporation High Energy Accelerator Research Organization Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP5721147B2 (en) * 2010-03-09 2015-05-20 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
US9899448B2 (en) 2010-03-09 2018-02-20 Lapis Semiconductor Co., Ltd. Semiconductor device having SOI substrate
US10622263B2 (en) 2010-03-09 2020-04-14 Lapis Semiconductor Co., Ltd. Semiconductor device having SOI substrate and first and second diffusion layer
JP2012014138A (en) * 2010-06-30 2012-01-19 Woojeon & Handan Co Ltd Method for manufacturing anti-reflection display window panel, and anti-reflection display window panel manufactured by the same
WO2012079272A1 (en) * 2010-12-17 2012-06-21 中国科学院微电子研究所 Transistor and semiconductor device having transistor and manufacturing method thereof
US8492210B2 (en) 2010-12-17 2013-07-23 Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences Transistor, semiconductor device comprising the transistor and method for manufacturing the same
WO2013037167A1 (en) * 2011-09-16 2013-03-21 中国科学院微电子研究所 Mosfet and manufacturing method thereof
US9252280B2 (en) 2011-09-16 2016-02-02 Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences MOSFET and method for manufacturing the same
JP2022009150A (en) * 2016-09-23 2022-01-14 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
JP2017157859A (en) * 2017-05-22 2017-09-07 ラピスセミコンダクタ株式会社 Semiconductor device

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Publication number Publication date
KR970008576A (en) 1997-02-24

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