JPH11284201A - Fully inverted soi mosfet - Google Patents

Fully inverted soi mosfet

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JPH11284201A
JPH11284201A JP12158698A JP12158698A JPH11284201A JP H11284201 A JPH11284201 A JP H11284201A JP 12158698 A JP12158698 A JP 12158698A JP 12158698 A JP12158698 A JP 12158698A JP H11284201 A JPH11284201 A JP H11284201A
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top silicon
silicon layer
gate
soi mosfet
transistor
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JP12158698A
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Japanese (ja)
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Takuo Sugano
卓雄 菅野
Tatsu Toyabe
達 鳥谷部
Tatsuro Hanajiri
達郎 花尻
Miki Ikeda
幹 池田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-performance transistor which constitutes the next- generation semiconductor integrated circuit for which superhigh-density integration and extremely low power consumption are required. SOLUTION: In a fully inverted SOI MOSFET, the termination of an electric force line from a gate in an ionized impurity in a space charge layer is eliminated by distinguishing the space charge layer by making a top silicon layer sufficiently thin and, in addition, the termination of the electric force line from the gate to substrate charges is suppressed by making the top silicon layer and an insulating film between substrates sufficiently thicker. Since the top silicon layer is made sufficiently thinner in the SOI MOSFET, the top silicon layer underlying the gate is set to an inverted state in which the space charge area is distinguished over the whole area of the top silicon layer when the transistor is operated and the control of channel charges by means of a gate electric field can be made more efficient. Consequently, an improvement of characteristics, such as the suppression of short-channel effects, etc., can be expected from the transistor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【産業上の利用分野】本発明は、SOI MOSFET
においてトップシリコン層を充分に薄くすることによ
り、トランジスターの動作時に於いてゲート下のトップ
シリコン層を全領域にわたって空間電荷領域が消滅した
反転状態にし、ゲート電界によるチャネル電荷の制御を
効率良くするものであり、その結果、トランジスターの
特性の向上、特に、高ドーピングレベルにおける低閾値
電圧、低サブスレッショルド係数、高相互コンダンクタ
ンスが期待でき、超密度高集積化、超低消費電力化が求
められる次世代半導体集積回路の構成素子として有用で
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an SOI MOSFET.
In the above, the top silicon layer under the gate is made sufficiently thin to make the top silicon layer under the gate into an inverted state in which the space charge region disappears over the entire region during the operation of the transistor, and the channel charge is efficiently controlled by the gate electric field. As a result, improved transistor characteristics, especially low threshold voltage, low subthreshold coefficient, and high transconductance at high doping levels can be expected, and ultra-high density, high integration, and ultra-low power consumption are required. It is useful as a component of a next-generation semiconductor integrated circuit.

【従来技術】従来のMOSFETに関する技術は以下の
様なものである。 《閾値電圧》トランジスターの微細化に伴いスケーリン
グ則に従ってドーピングレベルは高くならざるを得ない
が、その結果閾値電圧も高くなってしまい、低消費電力
回路には不適当なトランジスターになってしまう。また
ゲート長のゆらぎに対する閾値電圧のゆらぎもゲート長
が短くなるに従って大きくなる狭義の「短チャネル効
果」が生じてしまう。 《サブスレッショルド係数および相互コンダンクタン
ス》トランジスター特性としては、低サブスレッショル
ド係数、高相互コンダンクタンスが望ましいが、一般に
はこの両者の特性はトレード・オフの関係にあり、一方
の特性が向上すれば他方の特性は劣化する傾向にある。
例えはソース、ドレインにショットキー障壁を用いたM
OSFETはサブスレッショルド係数は低減できるが相
互コンダンクタンスは低下してしまう。またSOI M
OSFETにおいてトップシリコン層をチャネル以外の
全領域が完全に空乏化した「完全空乏型SOIMOSF
ET」では、サブスレッショルド係数は理論限界に近い
値にまで低減可能であるが、高い相互コンダンクタンス
は得られない。 《ゲートの構成》ゲート電界によるチャネル電荷の制御
を効率良くするために、XMOS,SGT(Surro
unding Gate Transistor),コ
ーンケープ型MOSFET、DELTA(Fully
DepletedLean channel SOI
MOSFET)などさまざまなトランジスターが提案さ
れてきたがいずれも複雑な構造を有し、それに伴って作
成プロセスも高度なものが要求され、高集積化に適した
ものとは云い難い。 《基板ドーピングレベルの制御》MOSFETにおいて
は、ゲート直下の基板のドーピングレベルを深さ方向に
変化させることによってゲート長のゆらぎに対する閾値
電圧のゆらぎを低減することが行われている。
2. Description of the Related Art A conventional MOSFET-related technique is as follows. << Threshold voltage >> With the miniaturization of transistors, the doping level must be increased in accordance with the scaling rule, but as a result, the threshold voltage is also increased, which makes the transistor unsuitable for a low power consumption circuit. Also, the fluctuation of the threshold voltage with respect to the fluctuation of the gate length also has a narrow sense “short channel effect” that increases as the gate length decreases. << Sub-threshold coefficient and transconductance >> As transistor characteristics, low sub-threshold coefficient and high transconductance are desirable, but in general, these two properties are in a trade-off relationship, and if one property is improved, If so, the other characteristic tends to deteriorate.
For example, M using Schottky barrier for source and drain
The OSFET can reduce the subthreshold coefficient, but decreases the transconductance. Also SOIM
In the OSFET, the top silicon layer is completely depleted in all regions except the channel.
In the case of "ET", the subthreshold coefficient can be reduced to a value close to the theoretical limit, but high transconductance cannot be obtained. << Gate Configuration >> In order to efficiently control channel charges by the gate electric field, XMOS, SGT (Surro
Undoing Gate Transistor, cone-capture type MOSFET, DELTA (Fully)
DepletedLean channel SOI
Although various transistors such as MOSFETs have been proposed, each has a complicated structure, and accordingly, a high-level fabrication process is required, and it is difficult to say that it is suitable for high integration. << Control of Substrate Doping Level >> In a MOSFET, the fluctuation of the threshold voltage with respect to the fluctuation of the gate length is reduced by changing the doping level of the substrate immediately below the gate in the depth direction.

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題を纏めると以下の様になる。 (1)高ドーピングレベルの基板において低閾値電圧を
有するMOSFETの実現方法。 (2)低サブスレッショルド係数且つ高相互コンダンク
タンスを有するMOSFETの実現方法。 (3)簡単な構造、簡単なプロセスによる上記(1)及
び(2)の実現方法。
The problems to be solved by the present invention are summarized as follows. (1) A method for realizing a MOSFET having a low threshold voltage on a substrate having a high doping level. (2) A method for realizing a MOSFET having a low subthreshold coefficient and a high transconductance. (3) A method for realizing the above (1) and (2) by a simple structure and a simple process.

【課題を解決するための手段】図1に本発明による完全
反転型(FI:ully nverted)SOI
MOSFETの概念図を示す。図中にゲートからの電
気力線を示してある。一般にゲートからの電気力線は
(a)チャネル電荷(b)空間電荷層内イオン化不純物
(c)基板電荷のいずれかに終端する。そもそもMOS
FETはゲート電界によってチャネル電荷を制御するト
ランジスターであるから、ゲートからの電気力線が、
(a)チャネル電荷、だけに終端することが望ましい。
その為に、本発明による完全反転型(Fully In
verted)MOSFETでは、先ず、トップシリコ
ン層を充分に薄くし空間電荷層を消滅させてしまうこと
でゲートからの電気力線の(b)空間電荷層内イオン化
不純物、への終端を無くし、更に、トップシリコン層、
基板間の絶縁膜を充分に厚くすることによりゲートから
の電気力線の(c)基板電荷、への終端を抑制すること
を図る。その結果、高ドーピングレベルの基板において
低閾値電圧、低サブスレッショルド係数及び高相互コン
ダンクタンスが同時に得られることが期待できる。SO
I MOSFETが完全反転型として作用するための条
件について定量的に考察すると、空間電荷層が完全に消
滅する為のトップシリコン層の条件は、図3に示すよう
に、ゲート直下のトップシリコン層において、全トップ
シリコン層が空間電荷層になっているとする仮定のもと
で、その空間電荷層内イオン化不純物(図3中、式(3
−1))よりゲートからの電気力線(図3中、式(3−
2))が上回ることである。ここで式中Vはトップシリ
コン層に架かる電圧である。その両者が釣り合う条件で
のトップシリコン層厚tSiを、SOI MOSFET
の完全反転型動作をする為の条件の簡便な指標として、
完全反転臨界膜厚t FI(FICT:ully
nverted riticalhicknes
s)と名付ける。完全反転臨界膜厚t FIは図3中、
式(3−3)の様に得られる。すなわち、第一近似とし
ては、トップシリコン層厚tSiが完全反転臨界膜厚t
FIより薄くなる時に、SOI MOSFETが完全
反転型として作用すると云える。図2に完全反転型SO
I MOSFETの具体的な構造を示す。ソース、ドレ
イン、ゲートいずれの構造も極めて単純なものであり、
通常のMOSFETの基本的なプロセスで充分作成可能
なものである。
Means for Solving the Problems] fully inverted type according to the present invention in FIG. 1 (FI: F ully I nverted ) SOI
1 shows a conceptual diagram of a MOSFET. The lines of electric force from the gate are shown in the figure. In general, the lines of electric force from the gate terminate in any of (a) channel charges, (b) ionized impurities in the space charge layer, and (c) substrate charges. MOS in the first place
Since FET is a transistor that controls the channel charge by the gate electric field, the lines of electric force from the gate are
(A) It is desirable to terminate only at the channel charge.
For that purpose, the fully inverted type (Fully In
In a (verted) MOSFET, first, the top silicon layer is made sufficiently thin to eliminate the space charge layer, thereby eliminating the termination of the electric flux lines from the gate to (b) ionized impurities in the space charge layer. Top silicon layer,
By sufficiently increasing the thickness of the insulating film between the substrates, the termination of the lines of electric force from the gate to (c) substrate charge is suppressed. As a result, it is expected that a low threshold voltage, a low subthreshold coefficient, and a high transconductance can be simultaneously obtained in a substrate having a high doping level. SO
Considering quantitatively the conditions for the IMOSFET to function as a complete inversion type, the conditions of the top silicon layer for completely eliminating the space charge layer are as shown in FIG. On the assumption that all the top silicon layers are space charge layers, ionization impurities in the space charge layer (in FIG. 3, equation (3)
-1)) from the line of electric force from the gate (in FIG. 3, equation (3-
2)). Here, V is a voltage applied to the top silicon layer. The top silicon layer thickness t Si under the condition where both are balanced is determined by SOI MOSFET
As a simple indicator of the conditions for performing the complete inversion type of
Fully inverted critical thickness t c FI (FICT: F ully I
nverted C ritical T hicknes
s). The critical inversion critical film thickness t c FI is shown in FIG.
It is obtained as in the equation (3-3). That is, as a first approximation, the top silicon layer thickness t Si is equal to the perfect inversion critical thickness t t.
When it becomes thinner than c FI, it can be said that the SOI MOSFET acts as a perfect inversion type. FIG. 2 shows a completely inverted SO.
The specific structure of the IMOSFET is shown. Both the source, drain and gate structures are extremely simple,
It can be made sufficiently by the basic process of a normal MOSFET.

【実施例】図2に示した完全反転型SOI MOSFE
Tについて3次元デバイスシミュレーター「CADDE
TH」を用いて2次元デバイスシミュレーションを行う
ことにより得られた特性を以下に示す。シミュレーショ
ンにおいて仮定したパラメターは図2中に示した通りで
ある。すなわち、トップシリコン層と基板のドーピング
濃度は共通で、P型1017(cm−3)及び1018
(Cm−3)に設定し、トップシリコン層、基板間の絶
縁膜は充分に厚い10000(Å)に固定し、その上で
トップシリコン層及びゲート長を変化させ、主に閾値電
圧、サブスレッショルド係数及び相互コンダンクタンス
の挙動について調べた。先ず、トップシリコン層に架か
る電圧Vを簡単の為1[V]に仮定し、アクセプタード
ーピング濃度Nが1018(cm−3)、10
17(cm−3)の場合のSOI MOSFETにおけ
る完全反転臨界膜厚t FIを求めたものを図3中に示
す。図4及び図5にSOI MOSFETにおける閾値
電圧Vthのゲート長L依存性を示す。アクセプター
ドーピング濃度Nが1018(cm−3)、1017
(cm−3)いずれの場合も、トップシリコン層厚t
Siが薄くなるにつれて閾値電圧は低下し、また短チャ
ネル領域におけるゲート長のゆらぎに対する閾値電圧の
ゆらぎも抑制されることがわかる。これらの効果はアク
セプタードーピング濃度Nが1018(cm−3)の
時の方が著しくみられ、特にトップシリコン層厚tSi
が完全反転臨界膜厚t FIより薄くなる、すなわちS
OI MOSFETが完全反転型になる時に著しくみら
れる。図6及び図7にSOI MOSFETにおける閾
値電圧Vthのトップシリコン膜厚tSi依存性を示
す。トップシリコン層厚tSiが完全反転臨界膜厚t
FIより薄くなる、すなわちSOI MOSFETが完
全反転型になる時に閾値電圧Vthのトップシリコン膜
厚tSi依存性が非常に増大することがわかる。これ
は、トップシリコン膜厚tSiを正確に制御できさえす
れば、トップシリコン膜厚tSiによって閾値電圧V
thの制御が可能となり、トランジスター設計の自由度
が大幅に増大することを意味する。図8に異なったゲー
ト酸化膜厚tBOXを有するSOI MOSFETにお
ける相互コンダクタンスgmのゲート長L依存性を示
す。ゲート酸化膜厚tFOXが薄いほど高い相互コンダ
クタンスgmが得られるが、ゲート酸化膜のトンネル電
流の影響を排除する為に以下の計算ではtFOXをやや
厚めの70(Å)に固定して行う。図9及び図10にS
OI MOSFETにおける相互コンダクタンスgm
トップシリコン膜厚tSi依存性を示す。アクセプター
ドーピング濃度Nが1018(cm−3)、1017
(cm−3)いずれの場合も、トップシリコン層厚t
Siが薄くなるにつれて相互コンダクタンスgmは増大
するが、この傾向は、特にトップシリコン層厚tSi
完全反転臨界膜厚t FIより薄くなる、すなわちSO
I MOSFETが完全反転型になる時に著しくみられ
る。図11及び図12にSOI MOSFETにおける
サブスレッショルド係数Sのトップシリコン膜厚tSi
依存性を示す。アクセプタードーピング濃度Nが10
18(cm−3)、1017(cm−3)いずれの場合
も、トップシリコン層厚tSiが薄くなるにつれてサブ
スレッショルド係数Sは低下するが、特にトップシリコ
ン層厚tSiが完全反転臨界膜厚t FIより薄くな
る、すなわちSOI MOSFETが完全反転型になる
時に、サブスレッショルド係数Sは極めて急激に低下
し、トップシリコン層厚tSiが充分薄い時には室温で
の理論限界値60(mV/dec)に非常に近い値にま
で低減される。以上のトランジスター特性の挙動の物理
的描像を明らかにする為に、トップシリコン層中のキャ
リア電荷について図13、図14、図15に示す。図1
3、図14にSOI MOSFETにおけるトップシリ
コン層中のキャリア電荷の深さ方向分布を示す。トップ
シリコン層厚tSiが完全反転臨界膜厚t FIより薄
くなる、すなわちSOI MOSFETが完全反転型に
なる時には、確かにトップシリコン層中の全領域におい
て空間電荷層が完全に消滅していることがわかる。図1
5にSOI MOSFETにおけるトップシリコン層中
に誘起されるキャリア電荷の総和Nすなわち図13、
図14におけるトップシリコン層中のキャリア電荷を深
さ方向に積分した総電荷量のトップシリコン膜厚tSi
依存性を示す。アクセプタードーピング濃度Nが10
18(cm−3)、1017(cm−3)いずれの場合
も、トップシリコン層厚tSiが完全反転臨界膜厚t
FIより薄くなる、すなわちSOI MOSFETが完
全反転型になる時に、ゲート電界によって誘起される総
電荷量が急激に増大していることがわかる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Completely inverted SOI MOSFE shown in FIG.
About 3D device simulator "CADDE"
The characteristics obtained by performing a two-dimensional device simulation using "TH" are shown below. The parameters assumed in the simulation are as shown in FIG. That is, the doping concentration of the top silicon layer and the substrate is common, and the P type is 10 17 (cm −3 ) and 10 18.
(Cm −3 ), the top silicon layer and the insulating film between the substrates are fixed to a sufficiently thick 10,000 (Å), and then the top silicon layer and the gate length are changed. The behavior of coefficient and transconductance was investigated. First, assuming the 1 [V] for the voltage V easy across the top silicon layer, an acceptor doping concentration N A is 10 18 (cm -3), 10
FIG. 3 shows the results obtained for the critical thickness t C FI of the complete inversion in the SOI MOSFET in the case of 17 (cm −3 ). 4 and 5 show a gate length L G dependence of the threshold voltage V th in the SOI MOSFET. Acceptor doping concentration N A is 10 18 (cm -3), 10 17
(Cm −3 ) In each case, the top silicon layer thickness t
It can be seen that the threshold voltage decreases as Si becomes thinner, and that the fluctuation of the threshold voltage with respect to the fluctuation of the gate length in the short channel region is also suppressed. These effects it is seen remarkably when the acceptor doping concentration N A is 10 18 (cm -3), in particular the top silicon layer thickness t Si
Is smaller than the critical thickness t c FI for perfect inversion, ie, S
This is noticeable when the OI MOSFET is fully inverted. 6 and 7 show the dependency of the threshold voltage Vth on the top silicon film thickness t Si in the SOI MOSFET. The top silicon layer thickness t Si is the critical thickness t c for perfect inversion.
It can be seen that the dependence of the threshold voltage Vth on the top silicon film thickness t Si greatly increases when the thickness is smaller than that of FI , that is, when the SOI MOSFET becomes a completely inverted type. This long as you precise control over the top silicon film thickness t Si, the threshold voltage V by a top silicon film thickness t Si
th can be controlled, which means that the degree of freedom in transistor design is greatly increased. Showing the gate length L G dependence of mutual conductance gm of the SOI MOSFET having a different gate oxide thickness tBOX in FIG. The thinner the gate oxide film thickness t FOX, the higher the transconductance gm can be obtained. However, in order to eliminate the influence of the tunnel current of the gate oxide film, the following calculation is performed by fixing t FOX to a slightly thicker 70 (Å). . 9 and FIG.
4 shows the dependence of the transconductance gm on the top silicon film thickness t Si in the OI MOSFET. Acceptor doping concentration N A is 10 18 (cm -3), 10 17
(Cm −3 ) In each case, the top silicon layer thickness t
Although the transconductance gm increases as the Si becomes thinner, this tendency is particularly observed when the top silicon layer thickness t Si becomes thinner than the perfect inversion critical thickness t c FI , ie, SO
This is noticeable when the IMOSFET becomes fully inverted. FIGS. 11 and 12 show the top silicon film thickness t Si of the subthreshold coefficient S in the SOI MOSFET.
Show dependencies. Acceptor doping concentration N A is 10
18 (cm -3), 10 17 (cm -3) In either case, the sub-threshold coefficient S as the top silicon layer thickness t Si is reduced to decrease, but in particular the top silicon layer thickness t Si is completely reversed the critical film When the thickness becomes thinner than t c FI , that is, when the SOI MOSFET becomes a fully inverted type, the subthreshold coefficient S decreases extremely sharply, and when the top silicon layer thickness t Si is sufficiently thin, the theoretical limit value at room temperature is 60 (mV / m 2). dec). In order to clarify the physical picture of the behavior of the transistor characteristics, carrier charges in the top silicon layer are shown in FIGS. FIG.
3. FIG. 14 shows the distribution of carrier charges in the top silicon layer in the depth direction in the SOI MOSFET. When the thickness of the top silicon layer t Si becomes smaller than the critical thickness for complete inversion t c FI , that is, when the SOI MOSFET becomes a complete inversion type, the space charge layer completely disappears in all regions in the top silicon layer. You can see that. FIG.
5 the sum of the carrier charge induced in the top silicon layer in the SOI MOSFET into N S i.e. 13,
The top silicon film thickness t Si of the total charge amount obtained by integrating the carrier charge in the top silicon layer in the depth direction in FIG.
Show dependencies. Acceptor doping concentration N A is 10
In each case of 18 (cm −3 ) and 10 17 (cm −3 ), the top silicon layer thickness t Si is equal to the perfect inversion critical thickness t c.
It can be seen that when the thickness becomes thinner than FI , that is, when the SOI MOSFET becomes a complete inversion type, the total electric charge induced by the gate electric field increases rapidly.

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

【図1】完全空乏型(Fully Deplcted)
MOSFETと完全反転型(Fully Invert
ed)MOSFETの概念図である。
FIG. 1. Fully depleted type
MOSFET and Full Invert (Fully Invert)
ed) It is a conceptual diagram of MOSFET.

【図2】完全反転型MOSFETの構造および実施例に
おいて想定したパラメターである。
FIG. 2 shows the structure of a perfect inversion type MOSFET and parameters assumed in the embodiment.

【図3】完全反転臨界膜厚(Fully Invcrt
ed CriticalThickness)の概念お
よびアクセプタードーピング濃度N1018(cm
−3)およびN1017(cm−3)の完全反転型S
OI MOSFETにおける完全反転臨界膜厚である。
FIG. 3 shows the critical thickness of the fully inverted layer (Fully Invctrt).
ed CriticalThickness) and the acceptor doping concentration N A 10 18 (cm
-3 ) and N A 10 17 (cm -3 ) complete inversion type S
This is the critical thickness of the complete inversion in the OI MOSFET.

【図4】アクセプタードーピング濃度N1017(c
−3)のSOI MOSFETにおける閾値電圧V
thのゲート長LG依存性である。
FIG. 4 shows an acceptor doping concentration N A 10 17 (c
m −3 ) threshold voltage V in an SOI MOSFET
th depends on the gate length LG.

【図5】アクセプタードーピング濃度N1018(c
−3)のSOI MOSFETにおける閾値電圧V
thのゲート長L依存性である。
FIG. 5 shows an acceptor doping concentration N A 10 18 (c
m −3 ) threshold voltage V in an SOI MOSFET
a gate length L G dependent th.

【図6】アクセプタードーピング濃度N1017(c
−3)のSOI MOSFETにおける閾値電圧V
thのトップシリコン膜厚tSi依存性である。
FIG. 6 shows an acceptor doping concentration N A 10 17 (c
m −3 ) threshold voltage V in an SOI MOSFET
th is dependent on the top silicon film thickness t Si .

【図7】アクセプタードーピング濃度N1018(c
−3)のSOI MOSFETにおける閾値電圧V
thのトップシリコン膜厚tSi依存性である。
FIG. 7 shows an acceptor doping concentration N A 10 18 (c
m −3 ) threshold voltage V in an SOI MOSFET
th is dependent on the top silicon film thickness t Si .

【図8】異なったゲート酸化膜厚tBOXを有するSO
I MOSFETにおける相互コンダクタンスgmのゲ
ート長LG依存性である。
FIG. 8 shows SOs with different gate oxide thicknesses t BOX
It is gate length LG dependence of the transconductance gm in IMOSFET .

【図9】アクセプタードーピング濃度N1017(c
−3)のSOI MOSFETにおける相互コンダク
タンスgmのトップシリコン膜厚tSi依存性である。
FIG. 9 shows an acceptor doping concentration N A 10 17 (c
m −3 ) is the dependence of the transconductance gm on the top silicon film thickness t Si in the SOI MOSFET.

【図10】アクセプタードーピング濃度N10
18(cm−3)のSOI MOSFETにおける相互
コンダクタンスgmのトップシリコン膜厚tSi依存性
である。
FIG. 10: Acceptor doping concentration N A 10
It is a top silicon film thickness tSi dependence of the transconductance gm in 18 (cm <-3> ) SOI MOSFET.

【図11】アクセプタードーピング濃度N10
17(cm−3)のSOI MOSFETにおけるサブ
スレッショルド係数Sのトップシリコン膜厚tSi依存
性である。
FIG. 11 shows an acceptor doping concentration N A 10
17 shows the dependence of the sub-threshold coefficient S on the top silicon film thickness t Si in a 17 (cm −3 ) SOI MOSFET.

【図12】アクセプタードーピング濃度N10
18(cm−3)のSOI MOSFETにおけるサブ
スレッショルド係数Sのトップシリコン膜厚tSi依存
性である。
FIG. 12 shows an acceptor doping concentration N A 10
It is a top silicon film thickness tSi dependence of the sub-threshold coefficient S in an 18 (cm −3 ) SOI MOSFET.

【図13】アクセプタードーピング濃度N10
18(cm−3)のSOI MOSFETにおけるトッ
プシリコン層中のキャリア電荷の深さ方向分布である。
FIG. 13 shows an acceptor doping concentration N A 10
18 is a depth direction distribution of carrier charges in a top silicon layer in an 18 (cm −3 ) SOI MOSFET.

【図14】アクセプタードーピング濃度N10
17(cm−3)のSOI MOSFETにおけるトッ
プシリコン層中のキャリア電荷の深さ方向分布である。
FIG. 14 shows an acceptor doping concentration N A 10
17 is a depth direction distribution of carrier charges in a top silicon layer in a 17 (cm −3 ) SOI MOSFET.

【図15】アクセプタードーピング濃度N10
18(cm−3)およびアクセプタードーピング濃度N
1017(cm−3)のSOI MOSFETにおけ
るトップシリコン層中に誘起されるキャリア電荷の総和
のトップシリコン膜厚tSi依存性である。
FIG. 15 shows an acceptor doping concentration N A 10
18 (cm −3 ) and the acceptor doping concentration N
A top silicon film thickness t Si dependence of total N S of the carrier charge induced in the top silicon layer in the SOI MOSFET of A 10 17 (cm -3).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 598057567 池田 幹 神奈川県足柄上郡山北町川西450 (72)発明者 菅野 卓雄 東京都世田谷区桜2−2−3 (72)発明者 鳥谷部 達 東京都国分寺市西町4−1 けやき台団地 34−205 (72)発明者 花尻 達郎 埼玉県川越市連雀町30−1 川越マンショ ン509 (72)発明者 池田 幹 神奈川県足柄上郡山北町川西450 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (71) Applicant 598057567 Miki Ikeda 450 Kawanishi, Yamakita-machi, Ashigara-kami-gun, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Takuo Sugano 2-2-3 Sakura, Setagaya-ku, Tokyo (72) Inventor Toru Toritanibe Kokubunji, Tokyo 4-1 Nishimachi Keyakidai Danchi 34-205 (72) Inventor Tatsuro Hanashiri 30-1 Renjakucho, Kawagoe-shi, Saitama 509 Kawagoe Condominium 509 (72) Inventor Miki Ikeda 450 Kawanishi, Yamakita-machi, Ashigarugami-gun, Kanagawa Prefecture

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】トランジスターの動作時に於いてゲート下
のトップシリコン層が全領域にわたって空間電荷領域が
消滅した反転状態になるほど極めて薄いトップシリコン
層を有するSOI MOSFET。
1. An SOI MOSFET having a top silicon layer that is extremely thin so that the top silicon layer under the gate is in an inverted state in which the space charge region has disappeared over the entire region during operation of the transistor.
【請求項2】請求項1において、ゲートからの電気力線
が基板シリコンにまで突き抜けないほど十分に厚い絶縁
膜層をトップシリコン層と基板シリコンの間に有するS
OIMOSFET。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein an insulating film layer having a thickness sufficiently large between the top silicon layer and the substrate silicon so that electric lines of force from the gate do not penetrate into the substrate silicon.
OIMOSFET.
【請求項3】請求項1において、トップシリコン層の膜
厚により閾値電圧が制御でき、トップシリコン層を極め
て薄くすることによりトップシリコン層のドーピングレ
ベルを高ドープに保ったまま閾値電圧を抑制することの
できるSOI MOSFET。
3. The method according to claim 1, wherein the threshold voltage can be controlled by the thickness of the top silicon layer, and the threshold voltage is suppressed while keeping the doping level of the top silicon layer highly doped by making the top silicon layer extremely thin. SOI MOSFET.
【請求項4】請求項1において、室温での理論限界値近
傍の低いサブスレッショルド係数S(mV/dec)を
実現できるSOI MOSFET。
4. The SOI MOSFET according to claim 1, wherein a low sub-threshold coefficient S (mV / dec) near a theoretical limit at room temperature is realized.
【請求項5】請求項1において、高い相互コンダンクタ
ンスgmを実現できるSOI MOSFET。
5. The SOI MOSFET according to claim 1, wherein a high transconductance gm can be realized.
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