JP3216705B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3216705B2
JP3216705B2 JP22484197A JP22484197A JP3216705B2 JP 3216705 B2 JP3216705 B2 JP 3216705B2 JP 22484197 A JP22484197 A JP 22484197A JP 22484197 A JP22484197 A JP 22484197A JP 3216705 B2 JP3216705 B2 JP 3216705B2
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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】本発明は半導体装置に関し、
特にSOI(Silicon On Insulato
r)構造の素子基板に形成された絶縁ゲート型電界効果
トランジスタに関する。
The present invention relates to a semiconductor device,
In particular, SOI (Silicon On Insulato)
r) relates to an insulated gate field effect transistor formed on an element substrate having a structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】絶縁体上に形成された薄膜単結晶シリコ
ン層(SOI層)を有するSOI基板を用いてMOSF
ETを形成する研究が行われている。そのメリットとし
て従来のバルク基板に比ベ、ソース/ドレインの寄生容
量が大幅に低減されることが知られている。
2. Description of the Related Art A MOSF using an SOI substrate having a thin-film single-crystal silicon layer (SOI layer) formed on an insulator is used.
Research is underway to form ET. It is known that the merit thereof is that the source / drain parasitic capacitance is greatly reduced as compared with the conventional bulk substrate.

【0003】薄膜SOI基板を用いたMOSFETは、
SOI層の厚さがMOSFETのチャネル領域の最大空
乏層幅よりも厚い場合には部分空乏化型MOSFETと
呼ばれ、SOI層の厚さがMOSFETのチャネル領域
の最大空乏層幅よりも薄い場合には完全空乏化型MOS
FETと呼ばれている。
A MOSFET using a thin film SOI substrate is:
When the thickness of the SOI layer is larger than the maximum depletion layer width of the channel region of the MOSFET, it is called a partially depleted MOSFET, and when the thickness of the SOI layer is smaller than the maximum depletion layer width of the channel region of the MOSFET. Is a fully depleted MOS
It is called FET.

【0004】完全空乏化型MOSFETは部分空乏化型
MOSFETに比べ、寄生バイポーラ効果が起こりにく
いという利点がある。また、完全空乏化型MOSFET
はトランジスタ動作時に反転層下に形成される空乏層が
埋め込み酸化膜に達しているため、見かけ上空乏層幅が
厚い状態となって空乏層容量Cdが非常に小さくなる。
このため、Ids(ドレイン−ソース電流)−Vg (ゲー
ト電圧)特性におけるサブスレッシュホールド係数Sが
小さくなり、トランジスタの立ち上がり特性が改善され
るという利点がある。
A fully depleted MOSFET has an advantage that a parasitic bipolar effect is less likely to occur than a partially depleted MOSFET. In addition, fully depleted MOSFET
Since the depletion layer formed under the inversion layer at the time of transistor operation reaches the buried oxide film, the width of the depletion layer is apparently large, and the depletion layer capacitance Cd becomes very small.
Therefore, I ds - sub-threshold coefficient S decreases in (drain source current) -V g (gate voltage) characteristics, there is the advantage that the rising characteristics of the transistor can be improved.

【0005】しかしながら、完全空乏化型MOSFET
において、N+ ポリシリコンゲート電極を用いたNチャ
ネル型MOSFETは、0〜0.1Vのしきい値電圧を
有するが、このしきい値電圧を完全空乏化状態を保ちつ
つ高くすることが困難である。これは、しきい値電圧を
高めるためにチャネル濃度を高めると、チャネル領域の
最大空乏層幅が縮小しSOI層の厚さに達しなくなっ
て、部分空乏化型になってしまうためである。同様に、
+ ポリシリコンゲート電極を用いたPチャネル型MO
SFETでもしきい値電圧を高めることは難しい。
However, fully depleted MOSFETs
In the above, an N-channel MOSFET using an N + polysilicon gate electrode has a threshold voltage of 0 to 0.1 V, but it is difficult to increase the threshold voltage while maintaining a fully depleted state. is there. This is because if the channel concentration is increased to increase the threshold voltage, the maximum depletion layer width of the channel region is reduced and does not reach the thickness of the SOI layer, resulting in a partially depleted type. Similarly,
P-channel type MO using P + polysilicon gate electrode
It is difficult to increase the threshold voltage even with an SFET.

【0006】一方、完全空乏化型MOSFETにおい
て、Nチャネル型MOSFETにP+ポリシリコンゲー
ト電極を用いた場合は、しきい値電圧は0.7〜1.0
Vとなる。これは、P+ ポリシリコンゲート電極とN+
ポリシリコンゲート電極の、P型のチャネル領域に対す
る仕事関数差の違いによるものである。なお、チャネル
領域に対する仕事関数差の違いは、チャネル領域の不純
物濃度依存性があるが、一般に0.7〜0.9Vの差が
ある。しかしながら、電源電圧3V以下で使用する場合
には0.7〜1.0Vというしきい値電圧は高すぎるた
め、オン電流が十分とれなくなる。同様に、Pチャネル
型MOSFETにN+ ポリシリコンゲート電極を用いた
場合も、しきい値電圧の絶対値は0.7〜1.0Vとな
ってしまい、高すぎる値となる。
On the other hand, when a P + polysilicon gate electrode is used for an N-channel MOSFET in a fully depleted MOSFET, the threshold voltage is 0.7 to 1.0.
V. This is because the P + polysilicon gate electrode and N +
This is due to the difference in work function difference between the polysilicon gate electrode and the P-type channel region. The difference in the work function from the channel region depends on the impurity concentration in the channel region, but generally has a difference of 0.7 to 0.9 V. However, when used at a power supply voltage of 3 V or less, the threshold voltage of 0.7 to 1.0 V is too high, so that sufficient on-current cannot be obtained. Similarly, when an N + polysilicon gate electrode is used for a P-channel MOSFET, the absolute value of the threshold voltage is 0.7 to 1.0 V, which is too high.

【0007】このような問題を解決するための従来例と
して、特開平8−18015が提案されている。この従
来例を図6を参照して説明する。図6において、シリコ
ン基板10上に埋め込み絶縁体層11が形成され、埋め
込み絶縁体層11上にはSOI層12、13が分離して
形成されている。
As a conventional example for solving such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-18015 has been proposed. This conventional example will be described with reference to FIG. In FIG. 6, a buried insulator layer 11 is formed on a silicon substrate 10, and SOI layers 12 and 13 are separately formed on the buried insulator layer 11.

【0008】Nチャネル型MOSFET20´を形成す
るために、SOI層12にはP型チャネル領域14が形
成されており、P型チャネル領域14上にはゲート酸化
膜15を介してN+ ポリシリコンゲート電極16が形成
されている。SOI層12のP型チャネル領域14の両
側には、N+ ソース/ドレイン領域17が形成されてい
る。N+ ソース/ドレイン領域17は、バイアホール1
8を介して金属配線19に接続されている。
In order to form an N-channel MOSFET 20 ′, a P-type channel region 14 is formed in the SOI layer 12, and an N + polysilicon gate is formed on the P-type channel region 14 via a gate oxide film 15. An electrode 16 is formed. N + source / drain regions 17 are formed on both sides of the P-type channel region 14 of the SOI layer 12. N + source / drain region 17 is formed in via hole 1
8 is connected to a metal wiring 19.

【0009】一方、Pチャネル型MOSFET30´を
形成するために、SOI層13にはN型チャネル領域2
1が形成されており、N型チャネル領域21上にはゲー
ト酸化膜22を介してN+ ポリシリコンゲート電極23
が形成されている。N型チャネル領域21の両側には、
+ ソース/ドレイン領域27が形成され、P+ ソース
/ドレイン領域27はバイアホール24を介して金属配
線25に接続されている。
On the other hand, in order to form a P-channel MOSFET 30 ', an N-type channel region 2 is formed in the SOI layer 13.
1 is formed, and an N + polysilicon gate electrode 23 is formed on the N-type channel region 21 via a gate oxide film 22.
Are formed. On both sides of the N-type channel region 21,
A P + source / drain region 27 is formed, and the P + source / drain region 27 is connected to a metal wiring 25 via a via hole 24.

【0010】また、シリコン基板10の表面にシリコン
基板10と同一導電型の高濃度不純物拡散領域31が両
MOSFET共通の電極として形成されており、オーミ
ックコンタクトが取られている。高濃度不純物拡散領域
31には、バイアホール32を介して金属配線33が接
続されていることにより、別途用意されたバイアス発生
回路から供給されるマイナスの基板バイアスが高濃度不
純物拡散領域31を介してシリコン基板10に印加され
ている。
A high-concentration impurity diffusion region 31 of the same conductivity type as the silicon substrate 10 is formed on the surface of the silicon substrate 10 as an electrode common to both MOSFETs, and an ohmic contact is made. Since the metal wiring 33 is connected to the high-concentration impurity diffusion region 31 via the via hole 32, a negative substrate bias supplied from a separately prepared bias generation circuit is supplied through the high-concentration impurity diffusion region 31. Is applied to the silicon substrate 10.

【0011】図7は図6の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of FIG.

【0012】図8にはNチャネル型MOSFET20´
のしきい値電圧をVTNとし、Pチャネル型MOSFET
30´のしきい値電圧をVTPとした場合における、シリ
コン基板10に印加された基板バイアス依存性を示す。
FIG. 8 shows an N-channel MOSFET 20 '.
The threshold voltage of the P-channel MOSFET is V TN
In a case where the threshold voltage of the 30 'and the V TP, showing the substrate bias dependence applied to the silicon substrate 10.

【0013】Nチャネル型MOSFET20´は、P型
チャネル領域14上にゲート酸化膜15を介してN+
リシリコンゲート電極16を用いているため、基板バイ
アスが0Vの時、しきい値電圧VTNは0.1Vの値を有
する。一方、Pチャネル型MOSFET30´は、N型
チャネル領域21上にゲート酸化膜22を介してN+
リシリコンゲート電極23を用いているため、基板バイ
アスが0Vの時、しきい値電圧VTPは−0.8Vの値を
有する。これは、P型チャネル領域14の濃度が1×1
17cm-3、N型チャネル領域21の濃度が1×1017
cm-3、SOI層12、13の膜厚が60nm、埋め込
み絶縁体層11の膜厚が110nmの場合である。基板
バイアスがマイナスで印加されると、Nチャネル型MO
SFET20´のしきい値電圧VTNは上昇し、Pチャネ
ル型MOSFET30´のしきい値電圧VTPの絶対値は
低下する。この結果、シリコン基板10に適当なマイナ
ス電圧、例えば−3Vを印加すればVTNは0.4V、V
TPは−0.5Vとなり、電源電圧3Vもしくはそれ以下
での動作に適したしきい値電圧が得られる。
The N-channel MOSFET 20 'uses the N + polysilicon gate electrode 16 on the P-type channel region 14 via the gate oxide film 15, so that when the substrate bias is 0V, the threshold voltage V TN Has a value of 0.1V. On the other hand, the P-channel MOSFET 30 ′ uses the N + polysilicon gate electrode 23 on the N-type channel region 21 via the gate oxide film 22, so that when the substrate bias is 0 V, the threshold voltage V TP becomes It has a value of -0.8V. This is because the concentration of the P-type channel region 14 is 1 × 1
0 17 cm −3 , the concentration of the N-type channel region 21 is 1 × 10 17
cm -3 , the thickness of the SOI layers 12 and 13 is 60 nm, and the thickness of the buried insulator layer 11 is 110 nm. When a substrate bias is applied in minus, the N-channel type MO
The threshold voltage V TN of the SFET 20 ′ increases, and the absolute value of the threshold voltage V TP of the P-channel MOSFET 30 ′ decreases. As a result, if an appropriate negative voltage, for example, −3 V is applied to the silicon substrate 10, V TN becomes 0.4 V, V
TP becomes -0.5 V, and a threshold voltage suitable for operation at a power supply voltage of 3 V or less can be obtained.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来例の場合、
半導体基板にマイナスのバイアスを印加するための基板
バイアス発生回路が新たに必要となる。そして、基板バ
イアス発生回路を同一半導体基板上に形成するため、コ
ストの上昇が問題となる。
In the case of the above conventional example,
A new substrate bias generation circuit for applying a negative bias to the semiconductor substrate is required. Since the substrate bias generation circuit is formed on the same semiconductor substrate, an increase in cost becomes a problem.

【0015】そこで、本発明の課題は、半導体基板にマ
イナスのバイアスを印加するための基板バイアス発生回
路を新たに設置することなく、SOI構造の素子基板に
形成された絶縁ゲート型電界効果トランジスタのしきい
値電圧を適切な値に設定することのできる半導体装置を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide an insulated gate field effect transistor formed on an SOI structure element substrate without newly installing a substrate bias generation circuit for applying a negative bias to a semiconductor substrate. An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of setting a threshold voltage to an appropriate value.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
基板上に絶縁体層を介して形成された複数の単結晶半導
体層に、NチャネルMOSFET及びPチャネルMOS
FETを形成してなる半導体装置において、前記Nチャ
ネルMOSFET領域及びPチャネルMOSFET領域
に対向した前記半導体基板に、両MOSFET共通の電
極を配置し、該電極には正の極性をもつバイアス電圧を
印加し、前記NチャネルMOSFETのゲート電極及び
前記PチャネルMOSFETのゲート電極をそれぞれ、
+ ポリシリコンから成るようにしたことを特徴とする
半導体装置が提供される。
According to the present invention, an N-channel MOSFET and a P-channel MOSFET are provided on a plurality of single crystal semiconductor layers formed on a semiconductor substrate via an insulator layer.
In a semiconductor device having an FET formed thereon, an electrode common to both MOSFETs is disposed on the semiconductor substrate facing the N-channel MOSFET region and the P-channel MOSFET region, and a bias voltage having a positive polarity is applied to the electrode. A gate electrode of the N-channel MOSFET;
The gate electrodes of the P-channel MOSFET are respectively
A semiconductor device characterized by comprising P + polysilicon is provided.

【0017】[0017]

【0018】また、前記正の極性をもつバイアス電圧は
電源電圧であることが好ましい。
Preferably, the bias voltage having a positive polarity is a power supply voltage.

【0019】更に、前記両MOSFET共通の電極は、
前記NチャネルMOSFET領域と前記PチャネルMO
SFET領域との間の領域に対向した前記半導体基板に
配置される。
Further, the electrode common to both MOSFETs is
The N-channel MOSFET region and the P-channel MO
The semiconductor substrate is disposed on the semiconductor substrate facing the region between the SFET region.

【0020】本発明によればまた、前記両MOSFET
共通の電極を、P+ 型高濃度不純物拡散領域により、前
記NチャネルMOSFET領域及び前記PチャネルMO
SFET領域から外れた領域に対向した前記半導体基板
に配置し、前記NチャネルMOSFET領域及びPチャ
ネルMOSFETの領域に対向するP型の半導体基板の
領域にN型の基板ウェル領域を形成してダイオードと
し、該ダイオードを介して前記電源電圧を印加するよう
にした半導体装置が提供される。
According to the present invention, the two MOSFETs
A common electrode, a P + -type high concentration impurity diffusion region, the N-channel MOSFET region and the P-channel MO
An N-type substrate well region is formed in a region of the P-type semiconductor substrate opposite to the N-channel MOSFET region and the P-channel MOSFET region. And a semiconductor device configured to apply the power supply voltage via the diode.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好ましい実施の
形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の
第1の実施の形態による半導体装置の縦断面図である。
図1において、図6と同じ部分には同一番号を付してい
る。シリコン基板10上に埋め込み絶縁体層11が形成
され、埋め込み絶縁体層11上にはSOI層12、13
が形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the same parts as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals. A buried insulator layer 11 is formed on a silicon substrate 10, and SOI layers 12 and 13 are formed on the buried insulator layer 11.
Are formed.

【0022】Nチャネル型MOSFET20を形成する
ために、SOI層12にはP型チャネル領域14が形成
されているが、本形態ではP型チャネル領域14上には
ゲート酸化膜15を介してP+ ポリシリコンゲート電極
6が形成されている。SOI層12のP型チャネル領域
14の両側には、N+ ソース/ドレイン領域17が形成
され、N+ ソース/ドレイン領域17はバイアホール1
8を介して金属配線19に接続されている。
In order to form an N-channel type MOSFET 20, a P-type channel region 14 is formed in the SOI layer 12. In this embodiment, P + is formed on the P-type channel region 14 via a gate oxide film 15. A polysilicon gate electrode 6 is formed. N + source / drain regions 17 are formed on both sides of the P-type channel region 14 of the SOI layer 12, and the N + source / drain regions 17
8 is connected to a metal wiring 19.

【0023】一方、Pチャネル型MOSFET30を形
成するために、SOI層13にはN型チャネル領域21
が形成されているが、N型チャネル領域21上にはゲー
ト酸化膜22を介してP+ ポリシリコンゲート電極3が
形成されている。N型チャネル領域21の両側にはP+
ソース/ドレイン領域27が形成され、P+ ソース/ド
レイン領域27はバイアホール24を介して金属配線2
5に接続される。
On the other hand, in order to form a P-channel MOSFET 30, an N-type channel region 21 is formed in the SOI layer 13.
Is formed, but a P + polysilicon gate electrode 3 is formed on the N-type channel region 21 via a gate oxide film 22. On both sides of the N-type channel region 21, P +
A source / drain region 27 is formed, and P + source / drain region 27 is connected to metal wiring 2 through via hole 24.
5 is connected.

【0024】また、シリコン基板10の表面にシリコン
基板10と同一導電型の高濃度不純物拡散領域31が両
MOSFET共通の電極として形成されており、オーミ
ックコンタクトが取られている。高濃度不純物拡散領域
31には、バイアホール32を介して金属配線33が接
続されている。本形態では、シリコン基板10には電源
dd(電圧をも表す)から供給される正の基板バイアス
が高濃度不純物拡散領域13を介して印加されている。
A high-concentration impurity diffusion region 31 of the same conductivity type as the silicon substrate 10 is formed on the surface of the silicon substrate 10 as an electrode common to both MOSFETs, and an ohmic contact is established. A metal wiring 33 is connected to the high-concentration impurity diffusion region 31 via a via hole 32. In this embodiment, a positive substrate bias supplied from a power supply V dd (also representing a voltage) is applied to the silicon substrate 10 through the high-concentration impurity diffusion region 13.

【0025】図2は本発明の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of the present invention.

【0026】図3には、Nチャネル型MOSFET20
のしきい値電圧がVTNで、Pチャネル型MOSFET3
0のしきい値電圧がVTPの場合における、シリコン基板
10に印加された基板バイアス依存性を示す。
FIG. 3 shows an N-channel MOSFET 20.
Has a threshold voltage of V TN and a P-channel MOSFET 3
0 when the threshold voltage is V TP of, shows a substrate bias dependence applied to the silicon substrate 10.

【0027】Nチャネル型MOSFET20は、P型チ
ャネル領域14上にゲート酸化膜15を介してP+ ポリ
シリコンゲート電極6を用いているため、基板バイアス
が0Vの時、しきい値電圧VTNは0.8Vの値を有す
る。一方、Pチャネル型MOSFET30は、N型チャ
ネル領域21上にゲー卜酸化膜22を介してP+ ポリシ
リコンゲート電極3を用いているため、基板バイアスが
0Vの時、しきい値電圧VTPは−0.1Vの値を有す
る。これは、P型チャネル領域14の濃度が1×1017
cm-3、N型チャネル領域21の濃度が1×1017cm
-3、SOI層12及び13の膜厚が60nm、埋め込み
絶縁体層11の膜厚が110nmの場合である。
Since the N-channel MOSFET 20 uses the P + polysilicon gate electrode 6 on the P-type channel region 14 via the gate oxide film 15, when the substrate bias is 0 V, the threshold voltage V TN is It has a value of 0.8V. On the other hand, the P-channel MOSFET 30 uses the P + polysilicon gate electrode 3 on the N-type channel region 21 via the gate oxide film 22, so that when the substrate bias is 0 V, the threshold voltage V TP becomes It has a value of -0.1V. This is because the concentration of the P-type channel region 14 is 1 × 10 17
cm −3 , the concentration of the N-type channel region 21 is 1 × 10 17 cm
-3 , the SOI layers 12 and 13 have a thickness of 60 nm, and the buried insulator layer 11 has a thickness of 110 nm.

【0028】基板バイアスがプラスで印加されると、N
チャネル型MOSFET20のしきい値電圧VTNは低下
し、Pチャネル型MOSFET30のしきい値電圧VTP
の絶対値は上昇する。この結果、シリコン基板10に電
源電圧、例えば3Vを印加すれば、しきい値電圧VTN
0.5V、しきい値電圧VTPは−0.4Vとなり、電源
電圧Vdd(=3V)、もしくはそれ以下での動作に適し
たしきい値電圧が得られる。
When a positive substrate bias is applied, N
The threshold voltage V TN of the channel MOSFET 20 decreases, and the threshold voltage V TP of the P-channel MOSFET 30 decreases.
The absolute value of increases. As a result, when a power supply voltage, for example, 3 V is applied to the silicon substrate 10, the threshold voltage V TN becomes 0.5 V, the threshold voltage V TP becomes −0.4 V, and the power supply voltage V dd (= 3 V), Alternatively, a threshold voltage suitable for operation at a lower voltage or lower can be obtained.

【0029】次に、図4を参照して本発明の第2の実施
の形態を説明する。第2の実施の形態が図1に示された
第1の実施の形態と異なる点は、P型のシリコン基板1
0の一部、すなわちNチャネル型MOSFET20及び
Pチャネル型MOSFET30が形成された領域に対向
するシリコン基板10領域にN型基板ウェル領域40を
有すると共に、N型基板ウェル領域40に隣接してP+
型高濃度不純物拡散領域41が形成されており、P+
Nダイオードを有している。このP+ /Nダイオードを
介して正の極性をもつ電源電圧が印加される。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The difference between the second embodiment and the first embodiment shown in FIG.
0, that is, an N-type substrate well region 40 in the silicon substrate 10 region facing the region where the N-channel type MOSFET 20 and the P-channel type MOSFET 30 are formed, and P + adjacent to the N-type substrate well region 40.
Type high concentration impurity diffusion region 41 is formed, and P + /
It has an N diode. A power supply voltage having a positive polarity is applied via the P + / N diode.

【0030】図5は、図4においてN型基板ウェル領域
40上に形成したMOSFETで構成した回路図であ
る。N型基板ウェル領域40にはP+ /NダイオードD
のVF(約0.8V)分の電位効果により(電源電圧V
dd−VF )の電位が印加される。この結果、N型基板ウ
ェル領域40上のMOSFETには、電源電圧Vdd3V
の場合、2.2Vの基板バイアスが印加される。図3
(a)より、このときのNチャネル型MOSFET20
のしきい値電圧VTNは0.58V、Pチャネル型MOS
FET30のしきい値電圧VTPは−0.32Vとなる。
FIG. 5 is a circuit diagram composed of MOSFETs formed on the N-type substrate well region 40 in FIG. A P + / N diode D is provided in the N-type substrate well region 40.
Of the power supply voltage V F (about 0.8 V)
potential of dd -V F) is applied. As a result, the power supply voltage V dd 3V is applied to the MOSFET on the N-type substrate well region 40.
In this case, a substrate bias of 2.2 V is applied. FIG.
(A) shows that the N-channel MOSFET 20 at this time is
The threshold voltage V TN 0.58V, P-channel type MOS
The threshold voltage V TP of FET30 will be -0.32V.

【0031】このように、N型基板ウェル領域40上に
形成されたMOSFETのみ選択的にしきい値電圧を制
御できる。このような半導体装置は、例えばSRAMの
6トランジスタセルでは、Nチャネル型MOSFETの
しきい値電圧の高い方がデータ保持特性が良くなるた
め、SRAMセル領域下に基板ウェル領域を設けるとい
うような利用法で提供される。
As described above, only the MOSFET formed on the N-type substrate well region 40 can selectively control the threshold voltage. In such a semiconductor device, for example, in a 6-transistor cell of an SRAM, a higher threshold voltage of an N-channel MOSFET improves data retention characteristics. Provided by law.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明してきたように、Nチャネル型
MOSFET及びPチャネル型MOSFET共にP+
リシリコンゲート電極を用い、更にシリコン基板に正の
電源電圧を印加することにより、Nチャネル型MOSF
ET及びPチャネル型MOSFETのしきい値電圧を適
当な値に設定することが可能となる。また、従来例のよ
うに基板にマイナスの基板バイアスを印加するための基
板バイアス発生回路は必要無い。
As described above, both the N-channel MOSFET and the P-channel MOSFET use the P + polysilicon gate electrode and further apply a positive power supply voltage to the silicon substrate to thereby provide an N-channel MOSFET.
The threshold voltages of the ET and P-channel MOSFETs can be set to appropriate values. Further, there is no need for a substrate bias generating circuit for applying a negative substrate bias to the substrate as in the conventional example.

【0033】また、特定のMOSFETの下のシリコン
基板に基板ウェル領域を形成し、ダイオードを介して電
源電圧を印加することにより、使用する回路構成に適し
たしきい値電圧を設定可能となる。
Further, by forming a substrate well region on a silicon substrate below a specific MOSFET and applying a power supply voltage via a diode, a threshold voltage suitable for a circuit configuration to be used can be set.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態を示す縦断面図であ
る。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の動作原理を説明するためのMOSFE
Tの基板バイアス依存性を示す特性図である。
FIG. 3 is a MOSFE for explaining the operation principle of the present invention;
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the substrate bias dependence of T.

【図4】本発明の第2の実施の形態を示す縦断面図であ
る。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施の形態の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram according to a second embodiment of the present invention.

【図6】従来例の縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a conventional example.

【図7】図6の従来例の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of the conventional example of FIG.

【図8】従来例の動作原理を説明するためのMOSFE
Tの基板バイアス依存性を示す特性図である。
FIG. 8 is a MOSFE for explaining the operation principle of the conventional example.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the substrate bias dependence of T.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3、6 P+ ポリシリコンゲート電極 11 埋め込み絶縁体層 12、13 SOI層 15、22 ゲート酸化膜 17 N+ ソース/ドレイン領域 20 Nチャネル型MOSFET 21 N型チャネル領域 27 P+ ソース/ドレイン領域 30 Pチャネル型MOSFET 31 高濃度不純物拡散領域 40 N型基板ウェル領域 41 P+ 型高濃度不純物拡散領域3, 6 P + polysilicon gate electrode 11 buried insulator layer 12, 13 SOI layer 15, 22 gate oxide film 17 N + source / drain region 20 N-channel type MOSFET 21 N-type channel region 27 P + source / drain region 30 P channel type MOSFET 31 High concentration impurity diffusion region 40 N type substrate well region 41 P + type high concentration impurity diffusion region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 27/08 331 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 27/08 331

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に絶縁体層を介して形成さ
れた複数の単結晶半導体層に、NチャネルMOSFET
及びPチャネルMOSFETを形成してなる半導体装置
において、 前記NチャネルMOSFET領域及びPチャネルMOS
FET領域に対向した前記半導体基板に、両MOSFE
T共通の電極を配置し、該電極には正の極性をもつバイ
アス電圧を印加し、 前記NチャネルMOSFETのゲート電極及び前記Pチ
ャネルMOSFETのゲート電極をそれぞれ、P + ポリ
シリコンから成るように したことを特徴とする半導体装
置。
An N-channel MOSFET is formed on a plurality of single crystal semiconductor layers formed on a semiconductor substrate via an insulator layer.
A N-channel MOSFET region and a P-channel MOSFET.
Both MOSFETs are provided on the semiconductor substrate facing the FET region.
An electrode common to T is disposed, a bias voltage having a positive polarity is applied to the electrode, and the gate electrode of the N-channel MOSFET and the P-channel
Each gate electrode of Yaneru MOSFET, P + poly
A semiconductor device comprising silicon .
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、
記正の極性をもつバイアス電圧は電源電圧であることを
特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor device according to claim 1, before
A semiconductor device, wherein the bias voltage having the positive polarity is a power supply voltage .
【請求項3】 請求項記載の半導体装置において、
記両MOSFET共通の電極は、前記NチャネルMOS
FET領域と前記PチャネルMOSFET領域との間の
領域に対向した前記半導体基板に配置されていることを
特徴とする半導体装置。
3. A semiconductor device according to claim 1, before
The electrode common to both MOSFETs is the N-channel MOS.
Between the FET region and the P-channel MOSFET region
A semiconductor device which is arranged on the semiconductor substrate facing a region .
【請求項4】 請求項記載の半導体装置において、
記両MOSFET共通の電極を、P + 型高濃度不純物拡
散領域により、前記NチャネルMOSFET領域及び前
記PチャネルMOSFET領域から外れた領域に対向し
た前記半導体基板に配置し、前記NチャネルMOSFE
T領域及びPチャネルMOSFETの領域に対向するP
型の半導体基板の領域にN型の基板ウェル領域を形成し
てダイオードとし、該ダイオードを介して前記電源電圧
を印加するようにしたことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device 4. The method of claim 1, wherein, prior to
The electrode common to both MOSFETs is expanded with P + type high concentration impurity.
The N-channel MOSFET region and the front region
Facing the region outside the P-channel MOSFET region.
Placed on the semiconductor substrate, and the N-channel MOSFET
P facing the T region and the region of the P-channel MOSFET
Forming an N-type substrate well region in the region of the semiconductor substrate
And a power supply voltage via the diode.
A semiconductor device characterized by applying a voltage .
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