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JPH11145304A - Semiconductor device, its manufacture and differential amplifier device - Google Patents

Semiconductor device, its manufacture and differential amplifier device

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Publication number
JPH11145304A
JPH11145304A JP9327111A JP32711197A JPH11145304A JP H11145304 A JPH11145304 A JP H11145304A JP 9327111 A JP9327111 A JP 9327111A JP 32711197 A JP32711197 A JP 32711197A JP H11145304 A JPH11145304 A JP H11145304A
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JP
Japan
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region
substrate
misfet
semiconductor
gate electrode
Prior art date
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JP9327111A
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Japanese (ja)
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Inventor
Kiyoshi Takeuchi
潔 竹内
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH11145304A publication Critical patent/JPH11145304A/en
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce input offset voltage and to highly precisely detect matching of a micro potential difference, by setting sum of first and second area thickness to be smaller than the thickness of a source or drain area, and setting an impurity concentration of the second area to be higher than that of the first area. SOLUTION: When appropriate voltage is applied to a source drain and a gate terminal, a depletion layer is formed in a substrate of an inversion layer 7 formed on a surface of a channel of a semiconductor area, which is immediately below a gate electrode 3 and whose both sides are sandwiched by source drain diffused layers 4 and 5. Since the concentration in the first region near a substrate surface is low in the range of WDEP from the surface by depth in the depletion layer, threshold fluctuations are reduced. But, the concentration in the second region part is high in the range of WDEP, the extension of the depletion layer in a lateral direction from the source drain is suppressed and short channel effect is improved. Consequently, impurity concentration is distributed to be low on a surface side and high on an inner side and short channel effect is not deteriorated, a threshold is not changed, and only the threshold fluctuations are reduced.

Description

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

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体集積回路に
関し、特に特性のバラツキの小さいMISFETを有す
る半導体集積回路、その製造方法、及びそれを用いる差
動増幅回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly, to a semiconductor integrated circuit having a MISFET with small variations in characteristics, a method of manufacturing the same, and a differential amplifier circuit using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】微小な電圧を増幅するのに有効な回路と
して、2つの同一のトランジスタが組み合わされた差動
増幅回路が知られており、半導体集積回路においても広
く用いられている。
2. Description of the Related Art As an effective circuit for amplifying a minute voltage, a differential amplifier circuit in which two identical transistors are combined is known, and is widely used in semiconductor integrated circuits.

【0003】2つのMISFET、すなわち、2つのトランジ
スタT1とT2を用いた差動増幅回路では、トランジスタT
1とT2は「差動対」と呼ばれている。差動増幅回路
は、差動信号Vin1とVin2を入力し、差動出力信号Vout1
およびVout2を出力する。
In a differential amplifier circuit using two MISFETs, that is, two transistors T1 and T2, a transistor T
1 and T2 are called a "differential pair". The differential amplifier circuit inputs the differential signals Vin1 and Vin2, and outputs the differential output signal Vout1.
And Vout2.

【0004】この例においては、入力信号の差(Vin1-V
in2)が大きいほど出力信号の差(Vout1-Vout2)は大き
くなる。また、入力信号の差の符号と出力信号の差の符
合が一致する。
In this example, the difference between the input signals (Vin1-V
The larger (in2) is, the larger the difference (Vout1-Vout2) between the output signals is. Also, the sign of the difference between the input signals and the sign of the difference between the output signals match.

【0005】差動増幅回路の重要な用途の一つは、入力
信号の差(Vin1-Vin2)の正負を判定することである。
そのためには2つのトランジスタT1とT2の特性が揃って
いることが必要である。トランジスタT1とT2のしきい値
電圧に差があり、トランジスタT1のしきい値がトランジ
スタT2のしきい値よりdVTHだけ高いとすると、dVTH>Vi
n1-Vin2>0の範囲において、Vin1-Vin2>0であるにもかか
わらずVout1-Vout2<0となり、符合の判定に誤りが生ず
る。
One of the important uses of the differential amplifier circuit is to determine whether the difference between the input signals (Vin1−Vin2) is positive or negative.
For that purpose, it is necessary that the characteristics of the two transistors T1 and T2 are uniform. If there is a difference between the threshold voltages of the transistors T1 and T2 and the threshold value of the transistor T1 is higher than the threshold value of the transistor T2 by dV TH , then dV TH > Vi
In the range of n1−Vin2> 0, Vout1−Vout2 <0 despite Vin1−Vin2> 0, and an error occurs in the sign determination.

【0006】言い換えれば、しきい値電圧差dVTHの入力
オフセット電圧が生ずる。従って高精度な符合の判定を
実現するには、しきい値電圧差dVTHのような特性の不揃
いをなるべく抑えることが必要である。このような誤差
は、MISFET特性のばらつきにより生ずる。
In other words, an input offset voltage having a threshold voltage difference dV TH is generated. Therefore, in order to realize a highly accurate code determination, it is necessary to suppress irregularities in characteristics such as the threshold voltage difference dV TH as much as possible. Such an error is caused by variation in MISFET characteristics.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】集積回路の微細化が進
展するにつれ、電源電圧が低下し、より小さい電位差の
正負を精度良く検出したいという要求がある。このため
には差動対を構成するMISFET間の特性ばらつき、特にし
きい値VTHのばらつきを小さくすることが必要である。
As the miniaturization of integrated circuits progresses, the power supply voltage decreases, and there is a need to accurately detect the positive or negative of a smaller potential difference. For this purpose, it is necessary to reduce the variation in the characteristics between the MISFETs constituting the differential pair, especially the variation in the threshold value VTH .

【0008】しきい値VTHのばらつきのうち、製造プロ
セスの場所的要因により発生する不均一は、集積化され
た差動増幅装置においてあまり問題にならない。なぜな
ら、その影響は差動対MISFETを互いに近接して配置する
ことで抑えることができるからである。
[0008] Among the variations of the threshold value VTH , nonuniformity caused by a locational factor in a manufacturing process does not cause much problem in an integrated differential amplifier. This is because the influence can be suppressed by arranging the differential pair MISFETs close to each other.

【0009】しかしそれ以外に、基板内のトランジスタ
のチャンネルとなる領域に導入される不純物のミクロな
ゆらぎにより生ずるしきい値VTHのばらつきが存在す
る。すなわち、微細なMISFETのチャンネル領域(厳密に
はチャンネル下の空乏層領域)に存在する不純物の数
は、幅と長さが0.1μmのMISFETを想定すると、例えば平
均して300個に過ぎない。一個一個の不純物の配置はイ
オン注入や拡散により導入されているためランダムであ
り、その平均的濃度が確定しているだけである。このた
め個々のMOSFET内の不純物の数は、320個であったり、2
80個であったりし得る。
However, in addition to the above, there is a variation in the threshold value VTH caused by the micro fluctuation of the impurity introduced into the region serving as the channel of the transistor in the substrate. That is, the number of impurities present in the channel region of the fine MISFET (strictly speaking, the depletion layer region below the channel) is, for example, only 300 on average assuming a MISFET having a width and length of 0.1 μm. The arrangement of each impurity is random because it is introduced by ion implantation or diffusion, and only the average concentration is determined. Therefore, the number of impurities in each MOSFET is 320 or 2
It could be 80.

【0010】このような不純物の配置のランダムさによ
るしきい値VTHのばらつき(不揃い)は、それが全くラ
ンダムな現象であることから、MISFETをいかに近接させ
ようとも取り除くことができず、またMISFETを微細化す
るほど顕著になるという性質がある。
Such a variation (unevenness) of the threshold value VTH due to the randomness of the arrangement of the impurities cannot be removed no matter how close the MISFET is, since it is a completely random phenomenon. There is a property that it becomes more remarkable as the MISFET is miniaturized.

【0011】このように微細化を進めると、不純物分布
のゆらぎによるしきい値電圧VTHの不揃いが増大する一
方、取り扱う電圧は小さくなっていくから、十分な性能
を持つ差動増幅装置の実現が困難になるという問題があ
る。
[0011] Implementation of this the way advance the miniaturization, while irregular threshold voltage V TH by the fluctuation of the impurity distribution is increased, since the voltage becomes smaller handling, differential amplifier having a sufficient performance There is a problem that becomes difficult.

【0012】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
ある。従って、本発明の目的は、特性の揃ったトランジ
スタからなる半導体集積回路、その製造方法、それを利
用する差動増幅装置を提供することである。
The present invention has been made in view of the above circumstances. Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit including transistors having uniform characteristics, a method of manufacturing the same, and a differential amplifier using the same.

【0013】本発明の他の目的は、不純物分布の揺らぎ
に起因する特性の不揃いが防止された半導体集積回路、
その製造方法、それを利用する差動増幅装置を提供する
ことにある。
[0013] Another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit in which irregularities in characteristics due to fluctuations in impurity distribution are prevented.
An object of the present invention is to provide a manufacturing method thereof and a differential amplifier using the same.

【0014】本発明の更に他の目的は、MISFETを用いた
集積回路において、入力オフセット電圧を抑制し、高精
度の電圧検出が可能である差動増幅装置を提供すること
である。
Still another object of the present invention is to provide a differential amplifier capable of suppressing an input offset voltage and detecting a voltage with high accuracy in an integrated circuit using a MISFET.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の観点を達
成するために、本発明の半導体装置は、複数のMISF
ETを含む。前記複数のMISFETの各々は、基板上
に形成されたゲート電極と、前記基板表面に形成された
ソース領域とドレイン領域を有し、前記基板の少なくと
も前記ゲート電極下の領域には第1の領域が設けられ、
前記第1の領域より前記基板の内部には第2の領域が設
けられている。前記第1の領域の厚さと前記第2の領域
の厚さの和は前記ソース領域あるいは前記ドレイン領域
の厚さより小さく、前記第2の領域は前記第1の領域よ
り不純物濃度が高い。
In order to achieve the first aspect of the present invention, a semiconductor device according to the present invention comprises a plurality of MISFs.
Including ET. Each of the plurality of MISFETs has a gate electrode formed on a substrate, a source region and a drain region formed on the surface of the substrate, and at least a region under the gate electrode of the substrate has a first region. Is provided,
A second region is provided inside the substrate from the first region. The sum of the thickness of the first region and the thickness of the second region is smaller than the thickness of the source region or the drain region, and the second region has a higher impurity concentration than the first region.

【0016】複数のMISFETを含み、前記複数のM
ISFETの各々は、基板上に形成されたゲート電極
と、前記基板表面に形成されたソース領域とドレイン領
域を有し、前記ゲート電極にしきい値電圧が印加された
とき形成される空乏層内に、前記基板の表面からの第1
の領域と、前記第1の領域より前記基板の内部には前記
第1の領域に続く第2の領域が存在し、前記第2の領域
は前記第1の領域より不純物濃度が高い半導体装置。
A plurality of MISFETs;
Each of the ISFETs has a gate electrode formed on a substrate, a source region and a drain region formed on the surface of the substrate, and includes a depletion layer formed when a threshold voltage is applied to the gate electrode. , A first from the surface of the substrate
And a second region following the first region in the substrate than the first region, wherein the second region has a higher impurity concentration than the first region.

【0017】前記第1の領域の厚さと前記第2の領域の
厚さの和は前記ソース領域あるいは前記ドレイン領域の
厚さより小さく、前記第1の領域は前記基板と同じ導電
型または真性であり、前記第2の領域は前記基板と同じ
導電型である。
The sum of the thickness of the first region and the thickness of the second region is smaller than the thickness of the source region or the drain region, and the first region is of the same conductivity type or intrinsic as the substrate. The second region is of the same conductivity type as the substrate.

【0018】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基板に形成された素子分離絶縁膜間の前記半導体基板の
表面領域に第1の領域と第2の領域を形成する第1のス
テップと、前記半導体基板の前記表面領域にソース領
域、ドレイン領域、ゲート電極を有するMISFETを
形成する第2のステップとを具備する。ここで、前記第
2の領域は前記第1の領域より不純物濃度が高い。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first step of forming a first region and a second region in a surface region of the semiconductor substrate between element isolation insulating films formed on the semiconductor substrate; Forming a MISFET having a source region, a drain region, and a gate electrode in the surface region of the semiconductor substrate. Here, the second region has a higher impurity concentration than the first region.

【0019】前記第1のステップは、前記半導体基板表
面に不純物イオンを注入して前記第2の領域を形成する
ステップと、前記半導体基板表面に前記第2の領域より
不純物濃度の低い層を前記第1の領域として形成するス
テップと、前記素子分離絶縁膜を形成するステップとを
含むでもよい。
The first step includes the step of implanting impurity ions into the surface of the semiconductor substrate to form the second region, and the step of forming a layer having a lower impurity concentration than the second region on the surface of the semiconductor substrate. The method may include forming a first region and forming the element isolation insulating film.

【0020】または、前記第1のステップは、前記素子
分離絶縁膜を形成するステップと、
Alternatively, the first step includes a step of forming the element isolation insulating film;

【0021】前記素子分離絶縁膜間の前記半導体基板表
面に不純物イオンを注入して前記第2の領域を形成する
ステップと、前記素子分離絶縁膜間の前記半導体基板表
面に前記第2の領域より不純物濃度の低い層を前記第1
の領域として形成するステップとを含むでもよい。
Implanting impurity ions into the surface of the semiconductor substrate between the device isolation insulating films to form the second region; forming a second region between the device isolation insulating films on the surface of the semiconductor substrate from the second region; The layer having a low impurity concentration is
Forming the region as a region.

【0022】本発明の半導体装置は、同一に設計された
第1と第2のMISFETを有し、前記第1のMISFETのゲート電
極に印加される電圧と前記第2のMISFETのゲート電極に
印加される電圧との差を増幅して出力する増幅装置にお
いて、前記MISFETのチャネル領域における基板不純物濃
度の深さ方向分布が、同一しきい値を与え、かつ不純物
濃度が深さ方向に一様な場合と比べ、実効基板濃度が小
さくなるように設定されていることを特徴とする。
The semiconductor device of the present invention has first and second MISFETs which are designed to be the same, and a voltage applied to the gate electrode of the first MISFET and a voltage applied to the gate electrode of the second MISFET. In the amplifying device that amplifies and outputs a difference from the applied voltage, the depth direction distribution of the substrate impurity concentration in the channel region of the MISFET gives the same threshold value and the impurity concentration is uniform in the depth direction. It is characterized in that the effective substrate concentration is set to be lower than in the case.

【0023】また、半導体装置は、同一に設計された第
1と第2のMISFETを有し、前記第1のMISFETのゲート電極
に印加された電圧と前記第2のMISFETのゲート電極に印
加された電圧との差を増幅して出力する増幅装置におい
て、前記MISFETのチャネル反転層直下に形成される空乏
層の範囲内における基板不純物濃度の深さ方向分布が、
基板表面からの第1の領域おいて、前記第1の領域より
内部の第2の領域より小さくなることを特徴とする。
Further, the semiconductor device is designed to have the same design.
An amplification device having 1 and a second MISFET, and amplifying and outputting a difference between a voltage applied to a gate electrode of the first MISFET and a voltage applied to a gate electrode of the second MISFET, The depth direction distribution of the substrate impurity concentration within the depletion layer formed immediately below the channel inversion layer of the MISFET,
The first region from the substrate surface is smaller than the second region inside the first region.

【0024】更に、半導体装置は、同一に設計された第
1と第2のMISFETを有し、前記第1のMISFETのゲート電極
に印加された電圧と前記第2のMISFETのゲート電極に印
加された電圧との差を増幅して出力する増幅装置におい
て、前記MISFETのチャネル領域に、エピタキシャル成長
層を有し、前期エピタキシャル成長層の不純物濃度がそ
の直下の半導体領域よりも低い。
Further, the semiconductor device is the same as the first designed.
An amplification device having 1 and a second MISFET, and amplifying and outputting a difference between a voltage applied to a gate electrode of the first MISFET and a voltage applied to a gate electrode of the second MISFET, The channel region of the MISFET has an epitaxial growth layer, and the epitaxial growth layer has an impurity concentration lower than that of the semiconductor region immediately below the epitaxial growth layer.

【0025】以上述べたように、本発明においては、差
動対MISFETにおける、不純物のミクロなゆらぎによるし
きい値ばらつきを低減する不純物の深さ分布を採用す
る。より具体的には、差動対を構成するMISFETのチャン
ネルが形成される領域において、基板表面近傍の不純物
濃度が、それより深い部分と比べて低く抑えられてい
る。
As described above, in the present invention, the depth distribution of the impurity in the differential pair MISFET which reduces the variation in the threshold value due to the micro fluctuation of the impurity is adopted. More specifically, in the region where the channel of the MISFET forming the differential pair is formed, the impurity concentration in the vicinity of the substrate surface is suppressed lower than that in the deeper portion.

【0026】MISFETの動作時の空乏層内に前記基
板の表面からの第1の領域と、前記第1の領域より前記
基板の内部方向に第2の領域が設けられ、前記第2の領
域の最高不純物濃度は前記第1の領域の最高不純物濃度
の100倍以上である半導体装置。
A first region from the surface of the substrate is provided in a depletion layer during operation of the MISFET, and a second region is provided inward of the substrate from the first region. A semiconductor device in which the highest impurity concentration is at least 100 times the highest impurity concentration in the first region.

【0027】本発明の半導体装置は、ゲート電極と、前
記ゲート電極下の基板内の反転層に設けられた1018at
oms/cm-3以上の第1の半導体領域と、前記ゲート電極
と前記第1の半導体領域との間の中間層は、ゲート酸化
膜と第2の半導体領域からなり、少なくとも前記ゲート
酸化膜の容量と前記第1の半導体領域と第2の半導体領
域の基板の深さ方向の厚さと不純物濃度とに基づいて、
前記ゲート電極を有するMISFETのしきい値分布が
制御される。
A semiconductor device according to the present invention comprises a gate electrode and a 10 18 at layer provided on an inversion layer in a substrate below the gate electrode.
An intermediate layer between the gate electrode and the first semiconductor region, and a first semiconductor region of oms / cm -3 or more, includes a gate oxide film and a second semiconductor region. Based on the capacitance, the thickness of the first semiconductor region and the second semiconductor region in the depth direction of the substrate, and the impurity concentration,
The threshold distribution of the MISFET having the gate electrode is controlled.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の半導体集積回路
を添付図面を参照して詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a semiconductor integrated circuit according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0029】最初に本発明の概念を説明する。First, the concept of the present invention will be described.

【0030】本発明は、チャンネル領域における基板不
純物の深さ方向の濃度分布が、不純物のミクロなゆらぎ
によるトランジスタのしきい値のばらつきにいかなる影
響を与えるかという知見に基づいている。
The present invention is based on the knowledge that the concentration distribution of a substrate impurity in the channel region in the depth direction affects the variation in the threshold value of the transistor due to the micro fluctuation of the impurity.

【0031】チャンネル領域とは図1に模式的に示すMI
SFETにおいて、ゲート電極3直下の領域であって、両側
のソース・ドレイン拡散層4、5で挟まれた半導体領域
を指す。ソース、ドレイン、ゲートの端子に適切な電圧
を印加すると、チャンネル領域の表面には反転層7が形
成される。反転層7の基板内部には空乏層が形成され
る。理論的および実験的検討により、不純物分布のゆら
ぎによるトランジスタのしきい値のばらつきは以下の2
式によって記述されることを発見した。
The channel area is a MI area schematically shown in FIG.
In the SFET, a region immediately below the gate electrode 3 and a semiconductor region sandwiched between the source / drain diffusion layers 4 and 5 on both sides. When an appropriate voltage is applied to the source, drain and gate terminals, an inversion layer 7 is formed on the surface of the channel region. A depletion layer is formed inside the substrate of the inversion layer 7. According to theoretical and experimental studies, the variation in the threshold value of the transistor due to the fluctuation of the impurity distribution is as follows.
Have been found to be described by an expression.

【0032】[0032]

【式1】 (Equation 1)

【0033】[0033]

【式2】 (Equation 2)

【0034】ここで、ΔVTH:しきい値の標準偏差、F(N
EFF):式(1)の第3辺にて近似されるNEFFの増加関数、
q:電荷素量、COX:ゲート絶縁膜の単位面積あたりの
容量、WDEP:MISFETが反転したときの反転層下の空乏層
の深さ、K:図2で紙面内上下方向を法線とする面内
で、一辺がWDEPの正方形を単位としたチャンネルの面
積、NSUB(x):チャンネル領域における不純物濃度の深
さの関数、x:基板表面を原点とした深さ方向の位置座
標、である。
Here, ΔV TH : standard deviation of threshold, F (N
EFF ): increasing function of N EFF approximated by the third side of equation (1),
q: elementary charge, C OX : capacitance per unit area of the gate insulating film, W DEP : depth of a depletion layer below the inversion layer when the MISFET is inverted, K: normal line in the vertical direction in FIG. 2 in a plane to the area of the channel side is in units of square W DEP, N SUB (x) : the depth of the function of the impurity concentration in the channel region, x: position in the depth direction of the substrate surface as the origin Coordinates.

【0035】これは一個のMISFETについてのばらつきで
ある。差動対MISFET間のしきい値差の標準偏差は、不純
物のゆらぎによるばらつきには場所的相関がないことか
ら、統計学の法則より21/2VTHとなる。特に、基板濃度
が深さ方向に一定の場合を考えると
This is a variation for one MISFET. The standard deviation of the threshold difference between the differential pair MISFETs is 2 1/2 V TH according to the law of statistics because the variation due to impurity fluctuation has no spatial correlation. In particular, considering the case where the substrate concentration is constant in the depth direction

【0036】[0036]

【式3】 (Equation 3)

【0037】であり、また式(1)よりしきい値ばらつき
の標準偏差は基板濃度が大きいほど増す。NEFFはしきい
値ばらつきに関して実効的な基板濃度を与え、以後これ
を実効基板濃度と呼ぶ。NEFFはしきい値ばらつきの指標
であり、これが大きいほどしきい値ばらつきが増加す
る。式(1)より、しきい値ばらつきはNEFFが大きいほど
増す。また素子寸法(すなわちK)が小さいほどばらつ
きは増す。なお、式(1)、(2)におけるWDEPは、公知の以
下の2式を連立することにより決定される。
From the equation (1), the standard deviation of the threshold variation increases as the substrate concentration increases. NEFF gives an effective substrate concentration with respect to threshold variation, and is hereinafter referred to as an effective substrate concentration. NEFF is an index of threshold variation, and the larger this value is, the larger the threshold variation increases. From equation (1), the threshold variation increases the larger the N EFF. Further, the smaller the element size (ie, K), the greater the variation. Note that W DEP in Expressions (1) and (2) is determined by simultaneously combining the following two known expressions.

【0038】[0038]

【式4】 (Equation 4)

【0039】[0039]

【式5】 (Equation 5)

【0040】ここで、E(x):半導体中の深さ方向の電
界、εS:半導体基板の誘電率、ψS:反転時のバンドの
曲がり(シリコンの場合は約1V)、VBS:ソースを基
準とした基板の電位(基板バイアス)である。
Here, E (x): electric field in the depth direction in the semiconductor, ε S : dielectric constant of the semiconductor substrate, ψ S : bending of the band at the time of inversion (about 1 V in the case of silicon), V BS : This is the substrate potential (substrate bias) with respect to the source.

【0041】なおチャンネル領域の空乏層の幅は、ドレ
イン電圧が印加されている場合、図1に示すように、ソ
ース側よりもドレイン側のほうが広く、また基板バイア
スにも依存する。
When the drain voltage is applied, the width of the depletion layer in the channel region is wider on the drain side than on the source side, as shown in FIG. 1, and also depends on the substrate bias.

【0042】本発明では、空乏層の幅WDEPを、ドレイン
とソースの電圧が同一であって、基板バイアスは所定の
設計値しきい値電圧に設定された状態での値と定義す
る。このときチャンネル領域の空乏層の幅はチャンネル
に沿って一定となる。このように定義した空乏層の幅W
DEPは、ドレイン電圧が印加された状態においては、図
2に示すソース近傍での幅とほぼ等しい。
In the present invention, the width W DEP of the depletion layer is defined as a value when the drain and source voltages are the same and the substrate bias is set to a predetermined design value threshold voltage. At this time, the width of the depletion layer in the channel region becomes constant along the channel. The width W of the depletion layer defined in this way
DEP is substantially equal to the width near the source shown in FIG. 2 when the drain voltage is applied.

【0043】しきい値電圧VTHは式(4)、(5)と組み合わ
せて
The threshold voltage V TH is calculated in combination with the equations (4) and (5).

【0044】[0044]

【式6】 (Equation 6)

【0045】で決定される。ここで,VFBはフラットバ
ンド電圧である。
Is determined. Here, V FB is a flat band voltage.

【0046】ある微小領域内の不純物の平均数をnとす
ると、同領域内の不純物数は2項分布に従い、その標準
偏差はnの平方根で与えられ、nが大きいほど大きい。
これに加えて、発明者らは、ある数の不純物ゆらぎがも
たらすしきい値のずれは、微小領域の基板表面からの距
離に依存することを見出した。
Assuming that the average number of impurities in a certain minute region is n, the number of impurities in the region follows a binomial distribution, and the standard deviation is given by the square root of n.
In addition, the inventors have found that the threshold shift caused by a certain number of impurity fluctuations depends on the distance of the minute region from the substrate surface.

【0047】基板表面から離れるほど(xが大なほど)
不純物数ゆらぎのしきい値への影響は小さくなり、x=W
DEPに至ると影響がなくなる。式(1)、(2)はこれらの現
象を定量的に表すものである。式(1)、(2)より、一般に
不純物濃度を減らすほどばらつきは小さくなる。また、
基板表面に近い不純物を減らすほうが、深い部分の不純
物を減らすよりも、ばらつきを小さくする効果が大き
い。
The farther away from the substrate surface (the larger x)
The influence of the fluctuation of the number of impurities on the threshold becomes small, and x = W
No effect at DEP . Equations (1) and (2) represent these phenomena quantitatively. From Equations (1) and (2), generally, the smaller the impurity concentration, the smaller the variation. Also,
Reducing impurities near the substrate surface has a greater effect of reducing variations than reducing impurities in deep portions.

【0048】本発明におけるMISFETの構造上の特徴は、
図1の一点鎖線に沿った不純物の深さ方向分布にある。
The structural features of the MISFET of the present invention are as follows:
FIG. 1 shows the distribution of impurities in the depth direction along the alternate long and short dash line.

【0049】本発明はこの現象を応用したものである。
このような不純物濃度やその深さ分布を変えることによ
るばらつき低減の効果は、実効基板濃度がどれだけ小さ
くなるかによって定量的に記述できる。
The present invention is an application of this phenomenon.
The effect of the variation reduction by changing the impurity concentration and the depth distribution can be quantitatively described by how small the effective substrate concentration is.

【0050】図2は、本発明による不純物分布の一例を
説明するためのものである。図2において実曲線は、本
発明による、図1の一点鎖線に沿った深さ方向の不純物
分布を模式的に示すものである。
FIG. 2 is a view for explaining an example of the impurity distribution according to the present invention. In FIG. 2, the solid curve schematically shows the impurity distribution in the depth direction along the alternate long and short dash line in FIG. 1 according to the present invention.

【0051】図2に一点鎖線で示す一様な不純物分布に
より、所望のしきい値が実現されていると仮定する。こ
のとき、ゲート絶縁膜厚さとゲートの材質が同一とし
て、実線のような不均一な分布によっても所望のしきい
値を得ることができる。
It is assumed that a desired threshold value is realized by a uniform impurity distribution shown by a dashed line in FIG. At this time, assuming that the gate insulating film thickness and the material of the gate are the same, a desired threshold value can be obtained even with an uneven distribution as indicated by a solid line.

【0052】ここでWDEPは先に定義した空乏層の幅であ
り、表面から深さWDEPの範囲において、基板表面に近い
第1の領域においては実線の分布が一点鎖線を下回り、
第1の領域より深い基板内部の部分(第2の領域)では
逆に実線が一点鎖線を上回る分布としている。表面近傍
の第1の領域での濃度が低い結果、しきい値ばらつきは
一点鎖線の分布の場合よりも減少する。
Here, W DEP is the width of the depletion layer defined above, and in the range from the surface to the depth W DEP , in the first region near the substrate surface, the distribution of the solid line falls below the one-dot chain line.
Conversely, in the portion inside the substrate (the second region), which is deeper than the first region, the distribution is such that the solid line exceeds the one-dot chain line. As a result of the lower concentration in the first region near the surface, the variation in threshold value is smaller than that in the case of the dashed line distribution.

【0053】しかし、深さWDEPの範囲内の第2の領域部
分での濃度が高いため、しきい値は破線の場合と同じに
設定される。さらにこの深い部分での濃度が高いため、
ソース・ドレインからの空乏層の横方向の広がりが抑え
られ、短チャンネル効果は一点鎖線の場合よりも改善さ
れる効果も期待される。
However, since the density is high in the second region portion within the range of the depth W DEP , the threshold value is set to be the same as the case of the broken line. Furthermore, because the concentration in this deep part is high,
The spread of the depletion layer in the lateral direction from the source / drain is suppressed, and the short channel effect is expected to be improved as compared with the case of the dashed line.

【0054】このように基板表面の空乏層幅WDEPの範囲
において、不純物濃度が表面側で低く、内部側で高い分
布とすることで、短チャンネル効果を劣化させず、しき
い値を変化させず、しきい値ばらつきのみを低減するこ
とができる。
As described above, in the range of the depletion layer width W DEP on the substrate surface, the impurity concentration is low on the surface side and high on the inside side, so that the short channel effect is not deteriorated and the threshold value is changed. Instead, only the variation in the threshold value can be reduced.

【0055】図3は、本発明による他の不純物分布の例
を説明するためのものである。図2においては、濃度分
布が後に説明に用いる階段状分布に近く、基板表面付近
にほぼ濃度が一定の低濃度層が存在している。しかしな
がら、不純物濃度が基板に近づくほど指数関数的に減少
する図3のような分布であっても同様の効果を得ること
ができる。
FIG. 3 illustrates another example of impurity distribution according to the present invention. In FIG. 2, the concentration distribution is close to a step-like distribution which will be described later, and a low concentration layer having a substantially constant concentration exists near the substrate surface. However, the same effect can be obtained even with a distribution as shown in FIG. 3 in which the impurity concentration decreases exponentially as it approaches the substrate.

【0056】また、このような分布のほうが、不純物導
入にイオン注入法を用いる場合に容易である。基板表面
においては実線の分布が一点鎖線を下回り、深い部分で
は逆に実線が一点鎖線を上回る分布としている点は図2
と同様である。図3のような分布は、不純物を1回イオ
ン注入することで容易に実現することができる。
Such a distribution is easier when an ion implantation method is used for impurity introduction. On the surface of the substrate, the distribution of the solid line is below the dash-dot line, and in the deep part, the distribution of the solid line exceeds the dash-dot line.
Is the same as The distribution as shown in FIG. 3 can be easily realized by implanting impurities once.

【0057】本発明の本質を厳密に述べれば、チャンネ
ル領域における基板不純物濃度の深さ方向分布が、同一
しきい値を与えかつ不純物濃度が深さ方向に一様な場合
と比べ、実効基板濃度が小さくなるように設定されるこ
とにある。
Strictly speaking, the essence of the present invention is such that the depth distribution of the substrate impurity concentration in the channel region in the depth direction gives the same threshold value and the effective substrate concentration is lower than that in the case where the impurity concentration is uniform in the depth direction. Is set to be small.

【0058】ここで「同一しきい値」とは、設計上要求
される所定の値であって、回路動作などの要求からあら
かじめ定められる。典型値は0.5Vである。実効基板濃度
が小さいことがばらつきを減少させる。
Here, the "identical threshold value" is a predetermined value required in design and is determined in advance from requirements such as circuit operation. A typical value is 0.5V. Low effective substrate concentration reduces variation.

【0059】上記例はこの条件を満足する典型的な例で
ある。ただし、実効基板濃度をいちいち計算するのは煩
雑であるが、チャンネル反転層直下に形成される空乏層
の範囲内(x=0からWDEP)における基板不純物濃度の深
さ方向分布が、基板表面において最小となる分布を用い
るなら、前記条件はほぼ自動的に満足される。
The above example is a typical example satisfying this condition. However, it is complicated to calculate the effective substrate concentration one by one, but the depth direction distribution of the substrate impurity concentration in the range of the depletion layer formed immediately below the channel inversion layer (from x = 0 to W DEP ) is If a distribution that minimizes is used, the condition is almost automatically satisfied.

【0060】なお、基板表面での不純物分布がほぼ一定
であるか指数関数的に変化するか、x=0からWDEPの範囲
に着目したとき濃度の最大がx<WDEPであるかx=WDEPであ
るか、などの細部は、ばらつきを減らすという観点から
は重要ではない。また、実効基板濃度はx=0からWDEP
の不純物濃度分布で決まるから、WDEPより深い部分の不
純物分布はばらつきに対しては影響しない。
It should be noted that whether the impurity distribution on the substrate surface is substantially constant or changes exponentially, whether the maximum concentration is x <W DEP when focusing on the range from x = 0 to W DEP or x = Details such as whether they are W DEPs are not important from the perspective of reducing variability. Further, since the effective substrate concentration is determined by the impurity concentration distribution at W DEP from x = 0, the impurity distribution at a portion deeper than W DEP does not affect the variation.

【0061】次に、基板表面の不純物濃度を下げること
で、いかにして上述した効果が得られるかをさらに詳細
に説明する。議論を簡単にするため、不純物分布として
図4に示す階段分布を仮定して計算を行う。すなわち、
不純物濃度が基板表面で小さく、深いところで大きくな
る分布を、x=0からdまではN(x)=N1、x>dでN(x)=N2であ
る階段状分布で近似する。
Next, how the above effects can be obtained by lowering the impurity concentration on the substrate surface will be described in more detail. In order to simplify the discussion, the calculation is performed assuming the step distribution shown in FIG. 4 as the impurity distribution. That is,
The distribution in which the impurity concentration is small at the substrate surface and large at a deep position is approximated by a step-like distribution in which N (x) = N1 and x> d and N (x) = N2 from x = 0 to d.

【0062】図5に、図4の分布を仮定して、式(2)、
(4)、(5)、(6)により計算したしきい値電圧と実効基板
濃度との関係を示す。ただし、表面近傍の第1の領域の
濃度N1と基板内部の第2の領域の濃度N2とを固定し、濃
度が変化する境界の深さdをパラメータとして変化さ
せ、ゲート材料がn型ポリシリコンのnチャンネル型ト
ランジスタを想定している。N1=1x1016cm-2、ゲート酸
化膜厚(tOX)は3.5nmとし、濃度N2について1x1017cm
-2、1x1018cm-2、1x1019cm-2の3つの場合について示
した。図中の3本の実曲線は、左から順に濃度N2が上記
濃度の場合と対応する。
In FIG. 5, assuming the distribution of FIG.
The relationship between the threshold voltage calculated by (4), (5) and (6) and the effective substrate concentration is shown. However, the concentration N1 in the first region near the surface and the concentration N2 in the second region inside the substrate are fixed, and the depth d of the boundary where the concentration changes is changed as a parameter, and the gate material is n-type polysilicon. Is assumed. N1 = 1 × 10 16 cm −2 , gate oxide film thickness (t OX ) is 3.5 nm, and concentration N2 is 1 × 10 17 cm
3 , 1 × 10 18 cm −2 and 1 × 10 19 cm −2 . Three solid curves in the figure correspond to the case where the density N2 is the above-described density in order from the left.

【0063】ある濃度N1とN2の組に対するこのような曲
線は、dを変化させることにより実現可能な、しきい値
と実効基板濃度の値の組み合わせの軌跡を示す。破線は
d=0(すなわちN(x)=N2で一定)とし、N2を連続的に変化
させたときの結果である(一様分布に対応)。この場合
は実効基板濃度が実際の基板濃度と一致するから、縦軸
はN2に等しく、しきい値はほぼN2の平方根に比例する。
Such a curve for a certain set of concentrations N1 and N2 shows the locus of the combination of the threshold value and the effective substrate concentration value that can be realized by changing d. The dashed line is
This is a result when d = 0 (that is, constant at N (x) = N2) and N2 is continuously changed (corresponding to a uniform distribution). In this case, since the effective substrate concentration matches the actual substrate concentration, the vertical axis is equal to N2, and the threshold value is almost proportional to the square root of N2.

【0064】各実線の上端、すなわち破線との交点では
d=0であり、ここを出発点としてdを増す(低濃度層の厚
さを増す)と、しきい値と実効基板濃度は共に実線に沿
って減少する。ただしWDEP<dとなった時点で実効基板濃
度は一定(NEFF=N1)となり、曲線は水平な直線とな
る。N1としてはゼロが理想であるが、現実には理想状態
の実現は困難なので、より現実的な1x1016cm-2を仮定
した。
At the upper end of each solid line, that is, at the intersection with the broken line,
Since d = 0, and starting from this point and increasing d (increase the thickness of the low concentration layer), both the threshold value and the effective substrate concentration decrease along the solid line. However, when W DEP <d, the effective substrate concentration becomes constant ( NEFF = N1), and the curve becomes a horizontal straight line. Although N1 is ideally zero, it is difficult to realize the ideal state in reality, so a more realistic 1 × 10 16 cm −2 was assumed.

【0065】図5を参照して本発明の効果を説明する。
仮定しているゲート材料、ゲート酸化膜厚においては、
1x1018cm-2の一様基板濃度においてしきい値0.5Vが得
られる。図5の点Aはこの状態に対応する。
The effect of the present invention will be described with reference to FIG.
For the assumed gate material and gate oxide thickness,
At a uniform substrate concentration of 1 × 10 18 cm −2 , a threshold of 0.5 V is obtained. Point A in FIG. 5 corresponds to this state.

【0066】一様基板濃度であるから、実効基板濃度は
実際の基板濃度1x1018cm-2に等しい。これと同じしき
い値電圧を得ながら、不純物の深さ方向分布のみを変更
して実効基板濃度を下げる方法を考える。それには、例
えば点Bの状態を実現すれば良い。
Since the substrate concentration is uniform, the effective substrate concentration is equal to the actual substrate concentration of 1 × 10 18 cm −2 . Consider a method of lowering the effective substrate concentration by changing only the impurity depth distribution while obtaining the same threshold voltage. For that purpose, for example, the state at the point B may be realized.

【0067】点Bは左から3本め曲線上に位置すること
から、N2=1x1019cm-2とし、dを適当な値に設定すれば
実現可能であることが図5から読み取れる。図5からd
の具体的な値は直接読み取れないが、図5を描くために
行った式(2)、(4)、(5)、(6)の計算結果から、d=17nmが
適切であることが決定される。
Since point B is located on the third curve from the left, it can be seen from FIG. 5 that this can be realized by setting N2 = 1 × 10 19 cm −2 and setting d to an appropriate value. FIG. 5 d
Although the specific value of can not be read directly, it is determined from the calculation results of equations (2), (4), (5), and (6) performed to draw FIG. 5 that d = 17 nm is appropriate. Is done.

【0068】N2が1x1019cm-2に限らず1x1018cm-2より
大きい値であれば、同様にしきい値が等しく、実効基板
濃度のみが低下した状態を実現するdを決定することが
可能である。
If N2 is not limited to 1 × 10 19 cm −2 but is a value larger than 1 × 10 18 cm −2 , it is possible to determine d which realizes a state where the threshold values are equal and only the effective substrate concentration is reduced. It is.

【0069】このような設計手順により実現される点B
のような状態においては、「基板不純物濃度の分布を除
いて全く同一構造を有し、同一しきい値を有する一様基
板濃度の素子と比べて実効基板濃度が低い」(言い換え
れば、点Bは破線より下に位置する)ということで特徴
づけられる。実効基板濃度が低いことから、しきい値ば
らつきは抑えられる。
The point B realized by such a design procedure
In such a state, "the effective substrate concentration is lower than that of a device having the same structure except for the distribution of the substrate impurity concentration and having the same threshold value and having a uniform substrate concentration" (in other words, the point B Is located below the broken line). Since the effective substrate concentration is low, the variation in threshold value is suppressed.

【0070】以上では図4の単純な不純物分布を仮定し
たが、これは本発明の適用範囲を限定するものではな
い。ただし図5は図2のような現実的な分布の良い近似
になっており、図5は実際の設計に十分適用できる。式
(2)、(4)、(5)、(6)は任意の不純物分布に適用できるか
ら、このような近似を用いず、図2や図3のような一般
的な不純物分布を想定し、その実効不純物濃度を個々に
計算することによっても設計は可能である。
Although the above description assumes the simple impurity distribution shown in FIG. 4, this does not limit the scope of the present invention. However, FIG. 5 is a good approximation of the realistic distribution as shown in FIG. 2, and FIG. 5 can be sufficiently applied to an actual design. formula
Since (2), (4), (5), and (6) can be applied to any impurity distribution, such an approximation is not used, and a general impurity distribution as shown in FIGS. 2 and 3 is assumed. The design can be made by individually calculating the effective impurity concentration.

【0071】図2や図3に示すような、実効基板濃度を
低減させる不純物分布は、イオン注入法により実現可能
である。すなわち、基板表面の不純物濃度を下げるため
には、不純物を導入するためのイオン注入において、濃
度のピーク位置が十分深い位置となるように注入エネル
ギを調節すればよい。
The impurity distribution for reducing the effective substrate concentration as shown in FIGS. 2 and 3 can be realized by ion implantation. That is, in order to lower the impurity concentration on the substrate surface, in the ion implantation for introducing the impurities, the implantation energy may be adjusted so that the peak position of the concentration becomes a sufficiently deep position.

【0072】図3のような1個のピークを持つ分布を実
現するためには、濃度のピーク位置を調整した1回のイ
オン注入により実現可能である。図2のように、深い部
分で一様な分布を得るためには、ピーク深さの異なるイ
オン注入を複数回、順次行うことにより実現可能であ
る。
A distribution having one peak as shown in FIG. 3 can be realized by one ion implantation in which the concentration peak position is adjusted. As shown in FIG. 2, in order to obtain a uniform distribution in a deep portion, it can be realized by sequentially performing ion implantation with different peak depths a plurality of times.

【0073】深さ方法の不純物分布をより精密に制御で
きる方法として、半導体のエピタキシャル成長を用いる
ことができる。イオン注入では、注入エネルギを高める
と不純物分布の裾の広がりが大きくなり、不純物の深さ
分布が必ずしも自由に設定できるわけではない。
As a method for more precisely controlling the impurity distribution in the depth method, epitaxial growth of a semiconductor can be used. In ion implantation, when the implantation energy is increased, the width of the bottom of the impurity distribution increases, and the depth distribution of the impurity cannot always be set freely.

【0074】一方、エピタキシャル成長技術を用いる
と、成長層の不純物濃度を原料ガスへの不純物混入量に
より制御可能であることから、イオン注入よりも深さ分
布をより自由に制御可能である。すなわち、異なる濃度
のエピタキシャル層を順次積層することにより、深さ方
向に任意の分布を持つ不純物分布を形成することができ
る。この性質により、本発明における不純物分布の深さ
分布の実現を容易にすることができる。
On the other hand, when the epitaxial growth technique is used, the impurity concentration of the grown layer can be controlled by the amount of impurities mixed into the source gas, so that the depth distribution can be more freely controlled than by ion implantation. That is, by sequentially laminating epitaxial layers of different concentrations, an impurity distribution having an arbitrary distribution in the depth direction can be formed. Due to this property, it is possible to easily realize the depth distribution of the impurity distribution in the present invention.

【0075】一般にMISFETを微細化するほどWDEPは小さ
くなるため、所望の表面低濃度層の厚さが薄くなる。こ
のため微細化が進むと、イオン注入法を用いた場合、基
板表面の低不純物濃度層の濃度を十分下げることが難し
くなっていく。そこで、基板に不純物を導入したのち、
その上に不純物を含まない半導体層をエピタキシャル成
長すれば、表面付近での濃度を急峻に低下させることが
でき、薄い低濃度層を精密に形成することが可能とな
る。
Generally, the smaller the MISFET is, the smaller the W DEP is, and therefore, the desired thickness of the surface low concentration layer is reduced. For this reason, as the miniaturization progresses, it becomes difficult to sufficiently reduce the concentration of the low impurity concentration layer on the substrate surface when the ion implantation method is used. Therefore, after introducing impurities into the substrate,
If a semiconductor layer containing no impurities is epitaxially grown thereon, the concentration near the surface can be sharply reduced, and a thin low-concentration layer can be formed precisely.

【0076】図6にエピタキシャル成長を利用して図2
の不純物分布を作成するための工程フローを示す。
FIG. 6 shows the state of FIG.
2 shows a process flow for creating an impurity distribution of FIG.

【0077】まず、図6(a)を参照して、半導体基板
に素子分離絶縁膜11を形成したのち、イオン注入により
基板に高不純物濃度層12を設ける。つづいて、図6
(b)に示されるように、公知の気相化学成長(CVD)
法により、不純物を混入しない半導体層13を、半導体が
露出する面上にのみ選択的にエピタキシャル成長させ
る。
First, referring to FIG. 6A, after forming an element isolation insulating film 11 on a semiconductor substrate, a high impurity concentration layer 12 is provided on the substrate by ion implantation. Next, FIG.
As shown in (b), a known chemical vapor deposition (CVD)
According to the method, the semiconductor layer 13 in which impurities are not mixed is selectively epitaxially grown only on the surface where the semiconductor is exposed.

【0078】続いて図6(c)に示されるように、酸化
によるゲート絶縁膜形成、ゲート電極形成、ソース・ド
レイン拡散層形成を通常のMISFETと同様にして行う。
Subsequently, as shown in FIG. 6C, formation of a gate insulating film, formation of a gate electrode, and formation of a source / drain diffusion layer by oxidation are performed in the same manner as in a normal MISFET.

【0079】エピタキシャル層13とイオン注入層12との
間では不純物濃度が急峻に変化することから、図4に示
したような階段状に近い不純物分布が得られる。
Since the impurity concentration changes abruptly between the epitaxial layer 13 and the ion-implanted layer 12, an impurity distribution close to a step shape as shown in FIG. 4 is obtained.

【0080】すなわち、図4において濃度N1の個所が半
導体層13、濃度N2の個所が高不純物濃度層12によって構
成され、急峻な濃度変化が得られ、実効基板濃度を効果
的に下げることが可能となる。
That is, in FIG. 4, the portion having the concentration N1 is constituted by the semiconductor layer 13 and the portion having the concentration N2 is constituted by the high impurity concentration layer 12, so that a steep concentration change is obtained and the effective substrate concentration can be effectively reduced. Becomes

【0081】図6においては、エピタキシャル成長は素
子分離絶縁膜11を形成した後に行っていたが、図7に示
すように、素子分離絶縁膜11の形成前にエピタキシャル
成長を行ってもよい。
In FIG. 6, the epitaxial growth is performed after forming the element isolation insulating film 11. However, as shown in FIG. 7, the epitaxial growth may be performed before the element isolation insulating film 11 is formed.

【0082】すなわち、図7(a)に示されるように、
まずイオン注入により基板に高不純物濃度層12を設け
る。
That is, as shown in FIG.
First, a high impurity concentration layer 12 is provided on a substrate by ion implantation.

【0083】つづいて、図7(b)に示されるように、
公知の気相化学成長(CVD)法により、不純物を混入し
ない半導体層13を、半導体基板全面にエピタキシャル成
長させる。続いて図7(c)に示されるように、素子分
離絶縁膜の形成、酸化によるゲート絶縁膜形成、ゲート
電極形成、ソース・ドレイン拡散層形成を通常のMISFET
と同様にして行う。
Subsequently, as shown in FIG.
The semiconductor layer 13 containing no impurities is epitaxially grown on the entire surface of the semiconductor substrate by a known chemical vapor deposition (CVD) method. Subsequently, as shown in FIG. 7C, the formation of an element isolation insulating film, the formation of a gate insulating film by oxidation, the formation of a gate electrode, and the formation of a source / drain diffusion layer are performed by a normal MISFET.
Perform in the same manner as described above.

【0084】以上において、MISFETはバルク半導体基板
に形成されているものとして説明した。しかし、SOI基
板を用いたMISFETにおいても同様の効果が得られる。た
だし、チャンネルの空乏層が埋め込み酸化膜の下にまで
達する場合、式(2)、(4)、(5)の積分範囲は埋め込み酸
化膜部分を含める必要がある。そのとき、埋め込み酸化
膜内ではNSUB(x)=0とおけば、いままでの議論はそのま
ま適用できる。
In the above, the MISFET has been described as being formed on the bulk semiconductor substrate. However, the same effect can be obtained in a MISFET using an SOI substrate. However, when the depletion layer of the channel reaches below the buried oxide film, the integral range of the equations (2), (4) and (5) needs to include the buried oxide film portion. At this time, if N SUB (x) = 0 is set in the buried oxide film, the discussion so far can be applied as it is.

【0085】以上において、MISFETとしてはnチャンネ
ル型を用いる例を示した。しかしpチャンネル型MISFET
を用いても良く、その場合は今までの説明において電圧
の符合を逆転させれば良いことは明らかである。
In the above, an example in which an n-channel type MISFET is used has been described. But p-channel type MISFET
It is obvious that the sign of the voltage may be reversed in the above description.

【0086】次に、上記MISFETを用いる半導体装
置について説明する。
Next, a semiconductor device using the MISFET will be described.

【0087】MISFETを用いた差動増幅回路の最も基本的
な構成を図8に示す。2つのトランジスタT1とT2を併せ
て「差動対」と呼ぶ。差動信号を受け入れるための2つ
の入力端子Vin1とVin2は、同一に設計された2個のトラ
ンジスタT1とT2のゲート電極に接続されている。入力信
号Vin1とVin2が増幅されて出力信号Vout1およびVout2と
して出力される。
FIG. 8 shows the most basic configuration of a differential amplifier circuit using MISFETs. The two transistors T1 and T2 are collectively called a "differential pair". Two input terminals Vin1 and Vin2 for receiving a differential signal are connected to the gate electrodes of two transistors T1 and T2 which are designed identically. The input signals Vin1 and Vin2 are amplified and output as output signals Vout1 and Vout2.

【0088】この例においては、入力信号の差(Vin1-V
in2)が大きいほど出力信号の差(Vout1-Vout2)は大き
くなる。また、入力信号の差の符号と出力信号の差の符
合が一致する。
In this example, the difference between the input signals (Vin1-V
The larger (in2) is, the larger the difference (Vout1-Vout2) between the output signals is. Also, the sign of the difference between the input signals and the sign of the difference between the output signals match.

【0089】差動増幅回路の重要な用途の一つは、入力
信号の差(Vin1-Vin2)の正負を判定することである。
そのためには2つのトランジスタT1とT2の特性が揃って
いることが必要である。例えば図8の例において、トラ
ンジスタT1とT2のしきい値電圧に差があり、トランジス
タT1のしきい値がトランジスタT2のしきい値よりdVTHだ
け高いとすると、dVTH>Vin1-Vin2>0の範囲において、V
in1-Vin2>0であるにもかかわらずVout1-Vout2<0とな
り、符合の判定に誤りが生ずる。従って、本発明のMI
SFETが使用されれば、この不具合を解消することが
できる。
One of the important uses of the differential amplifier circuit is to determine whether the difference between the input signals (Vin1−Vin2) is positive or negative.
For that purpose, it is necessary that the characteristics of the two transistors T1 and T2 are uniform. For example, in the example of FIG. 8, there is a difference in the threshold voltages of the transistors T1 and T2, the threshold of the transistor T1 is higher by dVTH than the threshold value of the transistor T2, dV TH> of Vin1-Vin2> 0 In the range, V
Although in1-Vin2> 0, Vout1-Vout2 <0, and an error occurs in the sign determination. Therefore, the MI of the present invention
If an SFET is used, this problem can be solved.

【0090】図8には最も基本的な差動増幅装置を示し
たが、これは一例であって、差動増幅装置の回路構成は
多様である。図9はSRAMのセンスアンプにしばしば用い
られる差動増幅装置の構成を示す。差動対はnチャンネ
ルMISFET T1とT2により構成される。図8における定電
流源Issの働きをするのが図9のMISFET T11である。飽
和領域で動作させることによりMISFET T11は近似的に
定電流源として動作する。また、図8における負荷抵抗
R1、R2に代わって、図9ではpチャンネルMISFET T3と
T4とから成るいわゆるカレントミラー構成が用いられて
いる。すなわち、同一に形成されたT3とT4とがソース電
極とゲート電極を互いに接続されており、両者がともに
飽和領域で動作するときT4にはT3と同じだけの電流が流
れる。
FIG. 8 shows the most basic differential amplifier, but this is an example, and the circuit configuration of the differential amplifier is various. FIG. 9 shows a configuration of a differential amplifying device often used for a sense amplifier of an SRAM. The differential pair is composed of n-channel MISFETs T1 and T2. The MISFET T11 in FIG. 9 functions as the constant current source Iss in FIG. By operating in the saturation region, the MISFET T11 approximately operates as a constant current source. The load resistance in FIG.
In place of R1 and R2, FIG. 9 shows a p-channel MISFET T3
A so-called current mirror configuration including T4 is used. That is, T3 and T4, which are formed identically, have their source electrode and gate electrode connected to each other, and when both operate in the saturation region, the same amount of current flows through T4 as T3.

【0091】この構成においては、入力信号Vin1の電圧
が上がると、T3を流れる電流が増す。この結果、T4の電
流も増大し、出力電圧Vout1が上昇する。本構成により
高い利得が実現できる。単純な抵抗を負荷とした場合、
利得を高めるには抵抗を大きくすることが必要である。
しかし集積回路においては、高抵抗を作り込むのは大き
な面積を要して不利であるから、この例のようにトラン
ジスタの組み合わせで負荷を構成することが多い。
In this configuration, when the voltage of the input signal Vin1 increases, the current flowing through T3 increases. As a result, the current of T4 also increases, and the output voltage Vout1 increases. With this configuration, a high gain can be realized. When a load is a simple resistor,
To increase the gain, it is necessary to increase the resistance.
However, in an integrated circuit, it is disadvantageous to produce a high resistance because a large area is required, so that a load is often constituted by a combination of transistors as in this example.

【0092】なお、図9の回路は出力端子が単一で非対
称構造であるが、差動出力を得たい場合は、図10のよ
うに図9の回路を2個組み合わせた対称構成を用いるこ
とができる。図10は2個の差動増幅装置を組み合わせ
た構成であるから、T1とT2とから成る第1の差動対とT5
とT6とから成る第2の差動対とを有する。
Although the circuit of FIG. 9 has a single output terminal and an asymmetric structure, if it is desired to obtain a differential output, use a symmetric configuration combining two circuits of FIG. 9 as shown in FIG. Can be. FIG. 10 shows a configuration in which two differential amplifiers are combined, so that the first differential pair including T1 and T2 and T5
And a second differential pair comprising T6 and T6.

【0093】図11はDRAMのセンスアンプとして用いら
れる差動増幅装置の基本構成である。差動対はnチャン
ネルMISFET T1とT2により構成される。T1とT3から成る
左側の増幅要素の出力が、T2とT4とから成る右側の増幅
要素の入力信号Vin2に対する節点N2において直結されて
いる。逆に右側の増幅要素の出力が左側の増幅要素の入
力信号Vin1に対する節点N1において直結されている。す
なわち、出力が入力にたすきがけのようにフィードバッ
クされている。ここで入力信号Vin1とVin2に対する端子
は、同時に出力端子を兼ねる特殊な構造であって、読み
出し後ただちに再書込みを行うDRAMの動作に適してい
る。
FIG. 11 shows the basic configuration of a differential amplifier used as a sense amplifier of a DRAM. The differential pair is composed of n-channel MISFETs T1 and T2. The output of the left amplifying element consisting of T1 and T3 is directly connected at node N2 to the input signal Vin2 of the right amplifying element consisting of T2 and T4. Conversely, the output of the right amplification element is directly connected at the node N1 to the input signal Vin1 of the left amplification element. That is, the output is fed back to the input like a cross. Here, the terminals for the input signals Vin1 and Vin2 have a special structure that also serves as output terminals at the same time, and are suitable for the operation of a DRAM that performs rewriting immediately after reading.

【0094】動作において、まず入力端子Vin1にはDRAM
の記憶セルから読み出された微小な電圧(正または負)
と基準電圧(通常電源電圧の1/2)とを加算した電圧
が、Vin2には基準電圧が印加される。このときMISFET
T11とT12は共にオフとし、節点N11とN12も基準電圧とし
ておく。
In operation, first, the DRAM is connected to the input terminal Vin1.
Voltage (positive or negative) read from memory cell
And a reference voltage (1/2 of the normal power supply voltage), and the reference voltage is applied to Vin2. At this time, MISFET
Both T11 and T12 are turned off, and the nodes N11 and N12 are also set as reference voltages.

【0095】次にT11をオンにすると、仮にVin1>Vin2で
あれば、T2よりもT1のほうがより導電性が高くなってい
るから、Vin1よりもVin2のほうがより電圧が下がる。こ
れによりT2と比べたT1の導電性がさらに増加し、Vin2の
電圧が優先的に下がっていく。これによりVin1とVin2と
の電位差がある程度増幅されたら、続いてT12をオンに
する。
Next, when T11 is turned on, if Vin1> Vin2, T1 has higher conductivity than T2, so that the voltage of Vin2 is lower than that of Vin1. This further increases the conductivity of T1 compared to T2, and preferentially lowers the voltage of Vin2. As a result, after the potential difference between Vin1 and Vin2 is amplified to some extent, T12 is subsequently turned on.

【0096】すると正帰還作用によりT1とT4はオン状態
に、T2とT3はオフ状態に移行し、Vin1はVdd、Vin2はVss
に等しくなって増幅が完了する。結果の電圧Vin1または
Vin2は外部に読み出される他、Vin1は読み出しされた記
憶セルの蓄積容量にも印加され、データの書き戻しが実
現する。Vin1<Vin2のときは同様な以上とは対称の動作
となる。
Then, by the positive feedback action, T1 and T4 are turned on, T2 and T3 are turned off, Vin1 is Vdd, Vin2 is Vss
And the amplification is completed. The resulting voltage Vin1 or
Vin2 is read out to the outside, and Vin1 is also applied to the storage capacity of the read memory cell, thereby realizing data write-back. When Vin1 <Vin2, the operation is similar to the above.

【0097】このように、本回路はVin1がVin2より高い
か低いかを判定し、高ければVin1を電源電圧Vddまで高
め、低ければVin1を接地電位Vssまで下げるという、DRA
M動作に適する機能を有する。
As described above, the present circuit determines whether Vin1 is higher or lower than Vin2. If higher, Vin1 is raised to the power supply voltage Vdd, and if lower, Vin1 is lowered to the ground potential Vss.
Has a function suitable for M operation.

【0098】なお、ここではnチャンネルMISFET T1と
T2を差動対とみなして説明したが、これは最初の微小電
圧の増幅がまずT1とT2によりなされる動作を想定したた
めである。この場合T3とT4は最初の微小電位差の検出を
行う働きをしないから、負荷素子とみなすことができ
る。ただし、T1、T2、T11とT3、T4、T12の役割を逆転さ
せる動作も可能であって、この場合はT3とT4が差動対を
構成すると解釈できる。
Here, the n-channel MISFET T1 is
The description has been made assuming that T2 is a differential pair, because it is assumed that the operation of first amplifying the very small voltage is performed by T1 and T2. In this case, since T3 and T4 do not function to detect the first minute potential difference, they can be regarded as load elements. However, the operation of reversing the roles of T1, T2, T11 and T3, T4, T12 is also possible, and in this case, T3 and T4 can be interpreted as constituting a differential pair.

【0099】以上で例示したように、一般にMISFETを用
いる差動増幅装置は図12のように、同一のMISFET T1
とT2とから成る差動対と、それらのゲートに結合された
入力端子Vin1とVin2と、高低の電源端子VddとVss(例え
ば、前者が5V、後者が0V)と、負荷またはバイアス回路
として動作する付加回路C1とC2と、少なくとも一個の出
力端子Vout、とを有する。
As exemplified above, a differential amplifier generally using MISFETs has the same MISFET T1 as shown in FIG.
And T2, input terminals Vin1 and Vin2 coupled to their gates, high and low power supply terminals Vdd and Vss (for example, 5V for the former and 0V for the latter), and operate as a load or bias circuit And additional circuits C1 and C2, and at least one output terminal Vout.

【0100】出力端子は差動出力とするため2本設ける
場合が多い。特殊な場合には、図11の例のように、出
力端子が入力端子と共通となっても良い。いずれの場合
であっても、Vin1とVin2との差が増幅され、Voutに出力
されるという基本的動作は共通である。
In many cases, two output terminals are provided to provide a differential output. In a special case, the output terminal may be shared with the input terminal as in the example of FIG. In any case, the basic operation is common in that the difference between Vin1 and Vin2 is amplified and output to Vout.

【0101】ここで特に重要なのが、差動対MISFET T1
とT2の特性が揃っていることである。本発明は、差動対
MISFETに特殊な垂直不純物分布を用いることによりT1と
T2のしきい値ばらつきを抑え、両者の特性の不揃いを減
らすものである。
What is particularly important here is the differential pair MISFET T1
And the characteristics of T2. The present invention provides a differential pair
By using a special vertical impurity distribution for MISFET,
It is intended to suppress the variation in the threshold value of T2 and reduce the unevenness of the characteristics of both.

【0102】本発明の特徴は、図12の基本構造を有す
る差動増幅回路において用いられる差動対MISFETの構造
にある。図12の基本構造を有するならば、差動増幅回
路の具体的構成は、図9、10、11のいずれかであっ
ても、また他のいかなるものであっても、本発明は有効
である。
A feature of the present invention lies in the structure of the differential pair MISFET used in the differential amplifier circuit having the basic structure of FIG. With the basic structure of FIG. 12, the present invention is effective regardless of the specific configuration of the differential amplifier circuit shown in FIGS. 9, 10 and 11, or any other configuration. .

【0103】[0103]

【発明の効果】本発明によれば、MISFETを入力部分に用
いた差動増幅装置において、ばらつきにより生ずる入力
オフセット電圧を低減し、微小な電位差の符合を高い精
度で検出可能な差動増幅装置を実現することができる。
According to the present invention, in a differential amplifier using a MISFET as an input portion, an input offset voltage caused by variation is reduced, and a sign of a minute potential difference can be detected with high accuracy. Can be realized.

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

【図1】図1は、MISFETの断面を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a MISFET.

【図2】図2は、断面A-A'に沿った不純物濃度分布を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an impurity concentration distribution along a cross section AA ′;

【図3】図3は、断面A-A'に沿った不純物濃度分布
(2)
FIG. 3 is an impurity concentration distribution along a section AA ′ (2).

【図4】図4は、理想的な不純物分布を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an ideal impurity distribution;

【図5】図5は、実効基板濃度の計算結果を示すずであ
る。
FIG. 5 is a view illustrating a calculation result of an effective substrate concentration.

【図6】図6は、本発明を適用した半導体装置の製造方
法を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a method of manufacturing a semiconductor device to which the present invention is applied.

【図7】図7は、本発明を適用した半導体装置の製造方
法を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a method of manufacturing a semiconductor device to which the present invention is applied.

【図8】図8は、基本的な差動増幅装置の構成を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a basic differential amplifier.

【図9】図9は、カレントミラー負荷差動増幅装置(非
対称型)の構成を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a current mirror load differential amplifying device (asymmetric type).

【図10】図10は、カレントミラー負荷差動増幅装置
(対称型)の構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a current mirror load differential amplifying device (symmetric type).

【図11】図11は、クロスカップル型差動増幅装置の
構成を示す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a cross-coupled differential amplifier.

【図12】図12は、一般化した差動増幅装置の構成を
示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a generalized differential amplifier.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:半導体基板 2:ゲート絶縁膜 3:ゲート電極 4:ソース 5:ドレイン 6:空乏層 7:反転層 11:素子分離絶縁膜 12:イオン注入層 13:エピタキシャル層 1: semiconductor substrate 2: gate insulating film 3: gate electrode 4: source 5: drain 6: depletion layer 7: inversion layer 11: element isolation insulating film 12: ion implantation layer 13: epitaxial layer

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のMISFETを含み、前記複数の
MISFETの各々は、基板上に形成されたゲート電極
と、前記基板表面に形成されたソース領域とドレイン領
域を有し、前記基板の少なくとも前記ゲート電極下の領
域には第1の領域が設けられ、前記第1の領域より前記
基板の内部には第2の領域が設けられ、前記第1の領域
の厚さと前記第2の領域の厚さの和は前記ソース領域あ
るいは前記ドレイン領域の厚さより小さく、前記第2の
領域は前記第1の領域より不純物濃度が高い半導体装
置。
A plurality of MISFETs, each of the plurality of MISFETs having a gate electrode formed on a substrate, and a source region and a drain region formed on a surface of the substrate; A first region is provided in a region below the gate electrode, a second region is provided in the substrate from the first region, and a thickness of the first region and a thickness of the second region are provided. The sum of the thicknesses is smaller than the thickness of the source region or the drain region, and the second region has a higher impurity concentration than the first region.
【請求項2】 複数のMISFETを含み、前記複数の
MISFETの各々は、基板上に形成されたゲート電極
と、前記基板表面に形成されたソース領域とドレイン領
域を有し、前記ゲート電極にしきい値電圧が印加された
とき形成される空乏層内に、前記基板の表面からの第1
の領域と、前記第1の領域より前記基板の内部には前記
第1の領域に続く第2の領域が存在し、前記第2の領域
は前記第1の領域より不純物濃度が高い半導体装置。
2. A semiconductor device comprising: a plurality of MISFETs; each of the plurality of MISFETs includes a gate electrode formed on a substrate, and a source region and a drain region formed on a surface of the substrate; A first voltage from the surface of the substrate in a depletion layer formed when a value voltage is applied.
And a second region following the first region in the substrate than the first region, wherein the second region has a higher impurity concentration than the first region.
【請求項3】 前記第1の領域の厚さと前記第2の領域
の厚さの和は前記ソース領域あるいは前記ドレイン領域
の厚さより小さい請求項2に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the sum of the thickness of the first region and the thickness of the second region is smaller than the thickness of the source region or the drain region.
【請求項4】 前記第1の領域は前記基板と同じ導電型
または真性であり、前記第2の領域は前記基板と同じ導
電型である請求項1乃至3に記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first region has the same conductivity type or intrinsic property as the substrate, and the second region has the same conductivity type as the substrate.
【請求項5】 半導体基板に形成された素子分離絶縁膜
間の前記半導体基板の表面領域に第1の領域と第2の領
域を形成する第1のステップと、前記第2の領域は前記
第1の領域より不純物濃度が高く、 前記半導体基板の前記表面領域にソース領域、ドレイン
領域、ゲート電極を有するMISFETを形成する第2
のステップとを具備する半導体装置の製造方法。
5. A first step of forming a first region and a second region in a surface region of the semiconductor substrate between element isolation insulating films formed on a semiconductor substrate, and wherein the second region is formed of the first region and the second region. Forming a MISFET having a source region, a drain region, and a gate electrode in the surface region of the semiconductor substrate, the impurity concentration being higher than that of the first region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項6】 前記第1のステップは、 前記半導体基板表面に不純物イオンを注入して前記第2
の領域を形成するステップと、 前記半導体基板表面に前記第2の領域より不純物濃度の
低い層を前記第1の領域として形成するステップと、 前記素子分離絶縁膜を形成するステップとを含む請求項
5に記載の半導体装置の製造方法。
6. The first step comprises: implanting impurity ions into a surface of the semiconductor substrate;
Forming a region having a lower impurity concentration than the second region on the surface of the semiconductor substrate as the first region; and forming the element isolation insulating film. 6. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 5.
【請求項7】 前記第1のステップは、 前記素子分離絶縁膜を形成するステップと、 前記素子分離絶縁膜間の前記半導体基板表面に不純物イ
オンを注入して前記第2の領域を形成するステップと、 前記素子分離絶縁膜間の前記半導体基板表面に前記第2
の領域より不純物濃度の低い層を前記第1の領域として
形成するステップとを含む請求項5に記載の半導体装置
の製造方法。
7. The first step includes: forming the device isolation insulating film; and implanting impurity ions into the surface of the semiconductor substrate between the device isolation insulating films to form the second region. The second surface of the semiconductor substrate between the element isolation insulating films;
Forming a layer having an impurity concentration lower than that of the first region as the first region.
【請求項8】 同一に設計された第1と第2のMISFETを有
し、前記第1のMISFETのゲート電極に印加される電圧と
前記第2のMISFETのゲート電極に印加される電圧との差
を増幅して出力する増幅装置において、前記MISFETのチ
ャネル領域における基板不純物濃度の深さ方向分布が、
同一しきい値を与え、かつ不純物濃度が深さ方向に一様
な場合と比べ、実効基板濃度が小さくなるように設定さ
れていることを特徴とする半導体装置。
8. A semiconductor device having first and second MISFETs designed identically, wherein a voltage applied to a gate electrode of the first MISFET and a voltage applied to a gate electrode of the second MISFET are different from each other. In the amplifier that amplifies and outputs the difference, the depth direction distribution of the substrate impurity concentration in the channel region of the MISFET is:
A semiconductor device, wherein the same threshold value is given, and the effective substrate concentration is set to be lower than when the impurity concentration is uniform in the depth direction.
【請求項9】 同一に設計された第1と第2のMISFETを有
し、前記第1のMISFETのゲート電極に印加された電圧と
前記第2のMISFETのゲート電極に印加された電圧との差
を増幅して出力する増幅装置において、前記MISFETのチ
ャネル反転層直下に形成される空乏層の範囲内における
基板不純物濃度の深さ方向分布が、基板表面からの第1
の領域おいて、前記第1の領域より内部の第2の領域よ
り小さくなることを特徴とする半導体装置。
9. A semiconductor device having first and second MISFETs designed identically, wherein a voltage applied to a gate electrode of the first MISFET and a voltage applied to a gate electrode of the second MISFET are different from each other. In the amplifying device for amplifying and outputting the difference, the depth direction distribution of the substrate impurity concentration in the range of the depletion layer formed immediately below the channel inversion layer of the MISFET is the first distribution from the substrate surface.
A semiconductor device which is smaller than the first region in the second region in the first region.
【請求項10】 同一に設計された第1と第2のMISFETを
有し、前記第1のMISFETのゲート電極に印加された電圧
と前記第2のMISFETのゲート電極に印加された電圧との
差を増幅して出力する増幅装置において、前記MISFETの
チャネル領域に、エピタキシャル成長層を有し、前期エ
ピタキシャル成長層の不純物濃度がその直下の半導体領
域よりも低いことを特徴とする半導体装置。
10. A semiconductor device comprising first and second MISFETs designed identically, wherein a voltage applied to a gate electrode of the first MISFET and a voltage applied to a gate electrode of the second MISFET are different from each other. An amplifier device for amplifying and outputting a difference, wherein an epitaxially grown layer is provided in a channel region of the MISFET, and the impurity concentration of the epitaxially grown layer is lower than that of a semiconductor region immediately below the epitaxially grown layer.
【請求項11】 MISFETの動作時の空乏層内に前
記基板の表面からの第1の領域と、前記第1の領域より
前記基板の内部方向に第2の領域が設けられ、前記第2
の領域の最高不純物濃度は前記第1の領域の最高不純物
濃度の100倍以上である半導体装置。
11. A first region from a surface of the substrate in a depletion layer during operation of a MISFET, and a second region inwardly of the substrate from the first region, wherein the second region is provided in the depletion layer.
A semiconductor device in which the maximum impurity concentration of the region is 100 times or more the maximum impurity concentration of the first region.
【請求項12】 ゲート電極と、前記ゲート電極下の基
板内の反転層に設けられた1018atoms/cm-3以上の第
1の半導体領域と、前記ゲート電極と前記第1の半導体
領域との間の中間層は、ゲート酸化膜と第2の半導体領
域からなり、少なくとも前記ゲート酸化膜の容量と前記
第1の半導体領域と第2の半導体領域の基板の深さ方向
の厚さと不純物濃度とに基づいて、前記ゲート電極を有
するMISFETのしきい値分布が制御される半導体装
置。
12. A gate electrode, a first semiconductor region of 10 18 atoms / cm -3 or more provided in an inversion layer in the substrate below the gate electrode, and the gate electrode and the first semiconductor region. The intermediate layer between the gate oxide film and the second semiconductor region includes at least the capacitance of the gate oxide film, the thickness of the first semiconductor region and the second semiconductor region in the depth direction of the substrate, and the impurity concentration. A semiconductor device in which a threshold distribution of a MISFET having the gate electrode is controlled based on the following.
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