0.25μmCMOS/SIMOXデバイス技術

Abstract

Quarter-micron fully-depleted ultra-thin-film CMOS/SIMOX (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor/Separation by Implanted Oxygen) device technology has been developed in order to apply it to low-power high-speed LSIs (Large Scale Integrations), which will be needed in the future multimedia era. It is clarified that fully-depleted devices are dynamically stable even without body contacts, which is a very promising advantage. A method of suppressing parasitic bipolar action, which is the most serious problem to be solved in fully-depleted devices, is proposed. Then, the uniformity of threshold voltage and hot-carrier immunity of fully-depleted devices is discussed. Next, the two-step LOCOS (Local Oxidization of Silicon) technology, which has been developed for device isolation, is described. Then, technique for thinning the surface silicon layer is discussed. This reduces the leakage current between the source and the drain of MOSFET's (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor's). 300 KG gate array LSIs fabricated using these devices were 60 percent faster with 75 percent less power at a supply voltage of 2 V than those of conventional half-micron bulk CMOS at 3.3 V.

将来のマルチメディアシステムに向けて,低エネルギー高性能LSI(大規模集積回路)を実用化するため、汎用性の高い、ゲート長0.25マイクロメートルの完全空乏型極薄膜CMOS/SIMOX(相補型金属-酸化物-半導体/酸素注入による分離)デバイス技術を開発した。初めに、完全空乏型デバイスの大きな長所として、ボディコンタクトを設けなくても安定したダイナミック動作が得られることを明らかにする。次に、完全空乏型デバイスの弱点である寄生バイポーラ効果をいかに抑制したかについて述べる。また、閾値電圧のばらつきやホットキャリアによるデバイス信頼性についても述べる。さらに、デバイスの集積密度のみでなく、デバイス特性にも大きな影響を及ぼす素子間分離について、開発した平坦化微細素子間分離技術について説明する。最後に、MOSFET(金属-酸物-半導体構造電界効果トランジスタ)のソース・ドレイン間リーク電流の抑制に重要な役割を果たす、表面シリコン層の薄層化技術について述べる。300KGゲートアレイLSIの試作を通じ、電源電圧2Vで、従来の0.5マイクロメートルCMOS(電源電圧3.3V)に比べて2.3倍の速度性能と1/5の低消費電力性を達成するデバイスを実現した。