JP3537431B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3537431B2
JP3537431B2 JP2003064049A JP2003064049A JP3537431B2 JP 3537431 B2 JP3537431 B2 JP 3537431B2 JP 2003064049 A JP2003064049 A JP 2003064049A JP 2003064049 A JP2003064049 A JP 2003064049A JP 3537431 B2 JP3537431 B2 JP 3537431B2
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田 敏 典 沼
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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、特
に、絶縁性基板上の半導体層に形成されたMISFE
T、いわゆるSOI−MISFET(Silicon on insul
ator-Metal InsulatorSemiconductor Field Effect Tra
nsistor)により形成される半導体装置に関する。
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a MISFE formed on a semiconductor layer on an insulating substrate.
T, so-called SOI-MISFET (Silicon on insul
ator-Metal InsulatorSemiconductor Field Effect Tra
nsistor).

【0002】[0002]

【従来の技術】SOI−MISFET、すなわち絶縁性
基板上に形成された半導体層上に形成されたMISFE
Tは、バルクの半導体基板上に形成されたMISFET
に比べ、例えばソース・ドレイン領域と基板との接合容
量を低減できることから、低消費電力、高速デバイスと
して期待されている。
2. Description of the Related Art An SOI-MISFET, that is, a MISFE formed on a semiconductor layer formed on an insulating substrate.
T is a MISFET formed on a bulk semiconductor substrate
For example, since it is possible to reduce the junction capacitance between the source / drain region and the substrate, it is expected as a low power consumption and high speed device.

【0003】特に、SOI層の膜厚が、動作時における
チャネル領域の空乏層の厚さ以下のいわゆる完全空乏化
SOI−MISFETは、SOI層が動作時のチャネル
領域の空乏層厚さより大きいいわゆる部分空乏化SOI
−MISFETにおいて問題となるキンク特性や電流オ
ーバーシュート効果など好ましくない現象を解消または
抑制することができる。
In particular, a so-called fully-depleted SOI-MISFET in which the thickness of an SOI layer is equal to or less than the thickness of a depletion layer in a channel region during operation is a so-called portion in which the SOI layer is larger than the thickness of a depletion layer in the channel region during operation. Depleted SOI
-Unfavorable phenomena such as kink characteristics and current overshoot effect, which are problems in MISFETs, can be eliminated or suppressed.

【0004】さらに完全空乏化SOI−MISFET
は、短チャネル効果の抑制、パンチスルー耐圧の向上、
サブシュレッショルド係数の改善、そしてチャネル移動
度の増大など多岐にわたる利点が得られる。
Further, fully depleted SOI-MISFET
Is to suppress short channel effect, improve punch-through withstand voltage,
Numerous benefits are obtained, such as improved sub-threshold coefficients and increased channel mobility.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】図21はSOI基板上
に形成されたMISFETトランジスタQn1、Qn2
をゲートアレイ構造にて形成した従来の半導体装置の断
面図である。ゲートアレイが形成されるSOI層領域と
対向する支持基板5内にバックゲート電極となるn型バ
ックゲート領域1が形成される。バックゲート領域1の
形成方法の例としては、トランジスタ領域に対向したp
型シリコンからなる支持基板5内に、例えば、リン、砒
素またはアンチモンといったn型不純物をイオン注入す
ることによってn型シリコン領域を形成する。そしてバ
ックゲート領域1への電圧ノード18を形成することに
より、バックゲート領域へ電圧を印加することが可能と
なる。よって、図21の構造によって、MISFETト
ランジスタQn1、Qn2に等しいバックゲート電圧を
印加することが可能である。
FIG. 21 shows MISFET transistors Q n1 and Q n2 formed on an SOI substrate.
1 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device in which is formed in a gate array structure. An n-type gate serving as a back gate electrode is provided in the support substrate 5 facing the SOI layer region where the gate array is formed.
A gate region 1 is formed. As an example of a method of forming the back gate region 1, p
An n-type silicon region is formed by ion-implanting an n-type impurity such as phosphorus, arsenic, or antimony into the support substrate 5 made of type silicon. By forming the voltage node 18 to the back gate region 1, it becomes possible to apply a voltage to the back gate region . Therefore, according to the structure of FIG. 21, it is possible to apply a back gate voltage equal to the MISFET transistors Qn1 and Qn2 .

【0006】しかし、図21に示すバックゲート領域1
の構造では、ドレイン電極15との寄生容量CDが大き
いという問題が生じる。また、MISFETトランジス
タQn1、Qn2に対し、それぞれに独立したバックゲ
ート電圧を印加することができない。そのため、個別に
トランジスタをバックゲート電圧制御することが不可能
である。
However, the back gate region 1 shown in FIG.
In the structure described above, there is a problem that the parasitic capacitance CD with the drain electrode 15 is large. Further, independent back gate voltages cannot be applied to the MISFET transistors Q n1 and Q n2 . Therefore, it is impossible to individually control the back gate voltage of the transistor.

【0007】次に図21に示す半導体装置において、回
路上発生する問題点を説明する。図22はNAND回路
を示した回路図である。図22において、Qn1、Q
n2はn型MISFETであり、Qp1、Qp2はp型
MISFETである。そして、Qn1、Qn2
p1、Qp2に対し、それぞれ共通のバックゲート電
極が設けられており、n型MISFET、p型MISF
ETそれぞれにバックゲート電圧VB1、VB2が印加
できるように構成されている。
Next, a description will be given of a problem that occurs in a circuit in the semiconductor device shown in FIG. FIG. 22 is a circuit diagram showing a NAND circuit. In FIG. 22, Q n1 , Q
n2 is an n-type MISFET, and Q p1 and Q p2 are p-type MISFETs. A common back gate electrode is provided for each of Q n1 , Q n2 and Q p1 , Q p2 , and an n-type MISFET, a p-type MISF
The back gate voltages VB1 and VB2 can be applied to each of the ETs.

【0008】本回路構成において、Qn2のソース電極
は、Qn1のドレイン電極に直列に接続されている。こ
のため、Qn1とQn2の入力電圧がVDDで導通した
状態において、Qn2のソース電極の電圧はQn1の直
列抵抗のために、例えばVsだけ上昇する。一方、Q
n1のソース電極の電圧は接地されているため0Vであ
る。Qn2のソース電圧の方がQn1のソース電圧より
上昇する。
[0008] In this circuit configuration, the source electrode of Q n2 are connected in series to the drain electrode of Q n1. Therefore, in a state where the input voltage of Q n1 and Q n2 is conductive for VDD, the voltage of the source electrode of Q n2 is for series resistance of Q n1, raised for example by Vs. On the other hand, Q
The voltage of the source electrode of n1 is 0 V because it is grounded. If the source voltage of Q n2 rises than the source voltage of Q n1.

【0009】このため、Qn2に入力されるゲート電圧
はVgs2=(VDD−Vs)となり、Qn1のゲート電
圧であるVgs1=VDDより小さくなる。また、Qn2
のバックゲート電圧も同様にVBS2=(VB2−V
s)となり、Qn1のバックゲート電圧のVBS1=V
B1より小さくなる。
[0009] Therefore, the gate voltage input to the Q n2 is Vgs2 = (VDD-Vs) becomes smaller than Vgs1 = VDD the gate voltage of Q n1. Also, Q n2
Similarly, the back gate voltage of VBS2 = (VB2-V
s), and the back-gate voltage of Q n1 VBS1 = V
It becomes smaller than B1.

【0010】このため、Qn1、Qn2が等しいしきい
値からなるトランジスタで本回路を形成しても、等しい
電流駆動能力、あるいは等しいしきい値が得られない。
そのため、Qn1、Qn2の遅延時間が異なるといった
問題が生じ、回路のタイミング設計上問題となる。
For this reason, even if this circuit is formed of transistors having the same threshold value for Q n1 and Q n2 , the same current driving capability or the same threshold value cannot be obtained.
Therefore, there arises a problem that the delay times of Q n1 and Q n2 are different, which is a problem in circuit timing design.

【0011】本発明はかかる問題を解消したバックゲー
ト電極を有するSOI−MISFETによる半導体装置
で、特にゲートアレイ構造におけるSOI−MISFE
Tによる半導体装置を提供する。
The present invention is directed to a semiconductor device using a SOI-MISFET having a back gate electrode which solves such a problem, and particularly to an SOI-MISFE in a gate array structure.
A semiconductor device according to T is provided.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の一態様は、絶縁
膜と、この絶縁膜上に形成された第1導電型の第1の不
純物領域と、この第1の不純物領域に隣接して形成され
た第2導電型の第1のチャネル領域と、この第1のチャ
ネル領域に隣接して形成された第1導電型の第2の不純
物領域と、この第2の不純物領域に隣接して形成された
第2導電型の第2のチャネル領域と、この第2のチャネ
ル領域に隣接して形成された第1導電型の第3の不純物
領域と、前記第1のチャネル領域上に形成された第1の
ゲート絶縁膜と、前記第2のチャネル領域上に形成され
た第2のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜上に
形成された第1のゲート電極と、前記第2のゲート絶縁
膜上に形成された第2のゲート電極と、前記第1の不純
物領域と前記第3の不純物領域のうち少なくとも一方と
絶縁膜との間に前記第1乃至第2のチャネル領域よりも
不純物濃度の高い第2導電型の第4の不純物領域を備え
ることを特徴とする。
According to one embodiment of the present invention, an insulating film, a first impurity region of a first conductivity type formed on the insulating film, and a region adjacent to the first impurity region are provided. A first channel region of the second conductivity type formed, a second impurity region of the first conductivity type formed adjacent to the first channel region, and a second impurity region of the second conductivity type. A second channel region of the second conductivity type formed; a third impurity region of the first conductivity type formed adjacent to the second channel region; and a second impurity region formed on the first channel region. A first gate insulating film formed on the second channel region; a second gate insulating film formed on the second channel region; a first gate electrode formed on the first gate insulating film; A second gate electrode formed on the first gate insulating film, the first impurity region, and the third gate electrode. Characterized in that it comprises at least one and the fourth impurity region of the first or second high impurity concentration than the channel region second conductivity type between the insulating film of the impurity regions.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら、本発
明の実施形態について説明する。図1は第1の実施形態
に係わる半導体装置の断面図で、図2は断面図、図3は
平面図、そして図4は回路図を示す。図1、図2はそれ
ぞれ図3におけるA−A’およびB−B’における断面
構造を示している。図4はNAND回路からなる回路図
を示している。また、図2には、B−B’断面のA側延
長上に形成されるゲートへのコンタクト電極(17)、
およびバックゲートへのコンタクト電極(18)を断面
には含まれていないが、説明のために図示する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment, FIG. 2 is a sectional view, FIG. 3 is a plan view, and FIG. 4 is a circuit diagram. 1 and 2 show cross-sectional structures along AA 'and BB' in FIG. 3, respectively. FIG. 4 shows a circuit diagram including a NAND circuit. FIG. 2 shows a contact electrode (17) to a gate formed on an extension of the BB 'section on the A side,
A contact electrode (18) to the back gate is not included in the cross section, but is illustrated for explanation.

【0014】次に本実施形態で用いる引用符号について
説明する。1はn型バックゲート領域、2はp型バック
ゲート領域、3はゲート側壁の絶縁膜、4はチャネル領
域、5は支持基板、6はSOI内の埋め込み絶縁膜、9
はゲート絶縁膜、10はゲート電極、11はソース・ド
レイン領域、12は層間絶縁膜、13は素子分離絶縁
膜、14はコンタクト、15は直列接続したトランジス
タで共有されたソース・ドレイン領域、16,16’は
SOIのSi膜に対するコンタクト、16’’はゲート
電極10に対するコンタクト、17はSOIのSi膜に
対する電極、18は支持基板5に対する電極である。
Next, reference numerals used in this embodiment will be described. 1 is an n-type back gate region, 2 is a p-type back gate region
A gate region, 3 an insulating film on the gate side wall, 4 a channel region, 5 a support substrate, 6 a buried insulating film in the SOI, 9
Is a gate insulating film, 10 is a gate electrode, 11 is a source / drain region, 12 is an interlayer insulating film, 13 is an element isolation insulating film, 14 is a contact, 15 is a source / drain region shared by transistors connected in series, 16 , 16 ′ are contacts for the SOI Si film, 16 ″ is a contact for the gate electrode 10, 17 is an electrode for the SOI Si film, and 18 is an electrode for the support substrate 5.

【0015】以下に、具体的な構成例について説明す
る。ここではn型MISFETにおける構成を説明す
る。例えば、P,As、Sbを1015〜1018cm
−3ドープした、例えば、SiまたはSiGeからなる
n型半導体からなる支持基板5上に、例えばシリコン酸
化膜やシリコン窒化膜からなる埋め込み絶縁膜6が厚さ
10〜1000nm形成される。そして埋め込み絶縁膜
6上には、例えば、ボロンまたはインジウムを1015
〜1018cm−3添加したp型シリコンまたはp型S
iGeからなる半導体で厚さ1〜300nmの厚さの半
導体層から構成され、SOI基板を形成する。そしてチ
ャネル領域4を含む半導体層上に例えば、シリコン酸化
膜、シリコン窒化膜、シリコンオキシナイトライド膜、
タンタル酸化膜、チタン酸化膜、又はストロンチウムチ
タンオキサイド膜からなり、厚さが1〜200nmのゲ
ート絶縁膜9、そして、例えば、燐またはボロンを10
19 cm −3 以上ドープした多結晶シリコン膜またはT
iNやTaN,W,Alを10〜300nm堆積して形
成したゲート電極10が形成される。ゲート電極10
は、例えば、0.01〜1μmの幅で形成されている。
そして、チャネル領域4を形成した半導体層に、例え
ば、P,AsまたはSbを1016〜1021cm−3
添加したn型領域のソース・ドレイン領域11,1
1’,15がゲート両側に形成され、これらゲート電極
10、チャネル領域4、およびソース・ドレイン領域1
1,11’,15によりn型MISFETトランジスタ
n1、Qn2が形成される。また、ゲート領域の切り
立った側面には、ゲート電極10とソース・ドレイン領
域11,11’,15との電気的分離を良好にするため
に、例えば、シリコン酸化膜や窒化膜からなる絶縁膜3
が、側面厚さ5〜200nmで形成されている。
Hereinafter, a specific configuration example will be described. Here, the configuration of the n-type MISFET will be described. For example, P, As, and Sb are 10 15 to 10 18 cm.
A buried insulating film 6 made of, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed to a thickness of 10 to 1000 nm on a support substrate 5 made of an n-type semiconductor doped with, for example, Si or SiGe. On the buried insulating film 6, for example, boron or indium is 10 15
P-type silicon or p-type S doped with 〜1010 18 cm -3
An SOI substrate is formed from a semiconductor layer made of iGe and having a thickness of 1 to 300 nm. For example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film,
Tantalum oxide film, made of titanium oxide, or strontium titanium oxide film, a gate insulation thickness 1~200nm film 9, and, for example, phosphorus or boron 10
Polycrystalline silicon film doped with 19 cm −3 or more or T
The gate electrode 10 is formed by depositing iN, TaN, W, and Al in a thickness of 10 to 300 nm. Gate electrode 10
Are formed with a width of, for example, 0.01 to 1 μm.
Then, for example, P, As, or Sb is added to the semiconductor layer on which the channel region 4 is formed at 10 16 to 10 21 cm −3.
Source / drain regions 11, 1 of the added n-type region
1 ′ and 15 are formed on both sides of the gate, and these gate electrode 10, channel region 4 and source / drain region 1 are formed.
The n-type MISFET transistors Qn1 and Qn2 are formed by 1 , 11 'and 15 . In order to improve the electrical isolation between the gate electrode 10 and the source / drain regions 11, 11 'and 15 , an insulating film 3 made of, for example, a silicon oxide film or a nitride film is formed on the steep side surface of the gate region.
Are formed with a side thickness of 5 to 200 nm.

【0016】また、Qn1のドレイン領域とQn2のソ
ース領域は、同じn型不純物領域15で構成されてお
り、いわゆる2つのトランジスタが直列に接続されたゲ
ートアレイ構造をなしている。
The drain region of Q n1 and the source region of Q n2 are formed of the same n-type impurity region 15 , and have a so-called gate array structure in which two transistors are connected in series.

【0017】支持基板5内には、例えば、BまたはIn
を1016〜1018cm−3添加したp型バックゲー
領域2が形成される。このp型バックゲート領域2は
埋め込み絶縁膜6に接している。そしてp型バックゲー
領域2内のQn1、Qn2のチャネル領域と対向した
領域に、例えば、P,AsまたはSbを1016〜10
21cm−3添加したn型不純物からなるバックゲート
領域1,1’が形成される。このバックゲート領域1,
1’は埋め込み絶縁膜6に接して形成されており、SO
I層のチャネル領域4,4’の電位をバックゲート領域
の電位を調節することによって変化させることが可能に
なっている。そしてバックゲート領域1、1’に図2の
電圧ノード18が形成され、電圧を印加することが可能
である。また、バックゲート領域1および1’はそれぞ
れp型バックゲート領域2に囲まれ、n型支持基板5と
接することがない。そこで、p型バックゲート領域2と
バックゲート領域1との間、p型バックゲート領域2と
バックゲート領域1’との間に逆バイアスを印加するこ
とによって電気的に分離された状態となっている。よっ
て、バックゲート領域1とバックゲート領域1’には別
々の電圧を印加することが可能となる。
In the support substrate 5, for example, B or In
The 10 16 ~10 18 cm -3 the added p-type back gate
A second region 2 is formed. This p-type back gate region 2 is in contact with the buried insulating film 6. And p-type back game
In the region opposed to the channel region of the Q n1, Q n2 in preparative region 2, for example, 10 16 to 10 P, As or Sb
Back gate made of n-type impurity doped with 21 cm -3
Regions 1, 1 'are formed. This back gate region 1,
1 'is formed in contact with the buried insulating film 6, and
The potential of the channel regions 4 and 4 'of the I layer can be changed by adjusting the potential of the back gate region . Then, the voltage node 18 of FIG. 2 is formed in the back gate regions 1 and 1 ', and a voltage can be applied. Further, the back gate regions 1 and 1 ′ are each surrounded by the p-type back gate region 2 and do not come into contact with the n-type support substrate 5. Therefore, by applying a reverse bias between the p-type back gate region 2 and the back gate region 1 and between the p-type back gate region 2 and the back gate region 1 ′, the state is electrically separated. I have. Therefore, different voltages can be applied to the back gate region 1 and the back gate region 1 '.

【0018】さらに、p型バックゲート領域2は、n型
支持基板5との間にpn接合を形成し、これらの間に逆
バイアスを印加することによって、支持基板5とp型
ックゲート領域2との間の電気的分離を行うことができ
る。これによって、p型バックゲート領域2の電圧を支
持基板5と独立に設定することができ、n型バックゲー
領域1とp型バックゲート領域2との間の容量を小さ
くするように支持基板5と独立に電圧を設定することが
できる。よって、本実施形態では、n型バックゲート
1または1’とp型バックゲート領域2の間が順方向
バイアス条件にならないようにすることが重要である
が、これらバックゲート電圧がソース電圧に対して正負
にバイアスされても、p型バックゲート領域2の電圧を
バックゲー 領域1および1’の電圧より負にし、さら
に0Vより負になるように調整することで、基板5の電
位を0Vと保ったままで順方向バイアス条件にならない
ようにすることができる。よって、バックゲートと基板
との容量性結合が弱くなり、バックゲート間の容量性結
合による電圧変化や、少数キャリア注入によるラッチア
ップ効果を低減することができる。また、パッケージと
の間に大きな容量を持つ支持基板5をバイアスする必要
がないので、基板バイアス回路の消費電力を抑えること
ができる。
Furthermore, p-type back gate region 2, the pn junction formed between the n-type support substrate 5, by applying a reverse bias between them, the supporting substrate 5 and p-type bar
Electrical isolation from the gate region 2 can be performed. Thereby, the voltage of the p-type back gate region 2 can be set independently of the support substrate 5, and the support substrate 5 can be set such that the capacitance between the n-type back gate region 1 and the p-type back gate region 2 is reduced. And the voltage can be set independently. Therefore, in the present embodiment, the n-type back gate region
It is important that the forward bias condition is not applied between the region 1 or 1 'and the p-type back gate region 2. However, even if these back gate voltages are positively or negatively biased with respect to the source voltage, the p-type The voltage of the back gate region 2
Was more negative than the voltage of the back gate bets regions 1 and 1 ', and further, be adjusted to be more negative than 0V, it is possible to avoid a forward bias condition the potential of the substrate 5 while maintaining a 0V. Therefore, the capacitive coupling between the back gate and the substrate is weakened, so that a voltage change due to the capacitive coupling between the back gates and a latch-up effect due to minority carrier injection can be reduced. Further, since there is no need to bias the supporting substrate 5 having a large capacitance between the substrate and the package, power consumption of the substrate bias circuit can be suppressed.

【0019】本実施形態の半導体構造の構成によると、
ゲートアレイ構造からなる半導体装置において、各トラ
ンジスタのチャネル領域4に対向した支持基板5にバッ
クゲート領域1が設けられており、そしてそれぞれに独
立したバックゲート電圧VB1およびVB2を印加が可
能である。よって、それぞれのトランジスタのしきい値
をバックゲート電圧により制御することが可能である。
また、バックゲート領域がチャネル領域に対向した支持
基板領域に形成され、ソース・ドレイン領域11,1
1’,15に対向して、ソース・ドレイン領域11,1
1’,15の導電型と逆方向の導電型を有するp型バッ
クゲート領域2が形成されている。ソース・ドレイン領
域11,11’,15に電位を印加すると、p型バック
ゲート領域2とn型ソース・ドレイン領域11,1
1’,15との間の導電性が異なるため、空乏層がp型
不純物の濃度が薄いバックゲート領域2内に形成され
る。このため、ソース・ドレイン領域11とバックゲー
トとの間の寄生容量が図21に示したバックゲート電極
による構造に比べ小さくすることが可能である。また、
この寄生容量を減少することができるため、ドレイン電
極の信号が支持基板5やバックゲート領域1,1’に伝
わるインピーダンスを小さくでき、より、デバイス間の
クロストークを小さくすることができる。
According to the configuration of the semiconductor structure of the present embodiment,
In a semiconductor device having a gate array structure, a back gate region 1 is provided on a support substrate 5 facing a channel region 4 of each transistor, and independent back gate voltages VB1 and VB2 can be applied to each. Therefore, the threshold value of each transistor can be controlled by the back gate voltage.
Further, the back gate region is formed in the support substrate region facing the channel region, and the source / drain regions 11, 1
1 ′ and 15 , the source / drain regions 11, 1
1 ', p-type back having a conductivity type opposite to the direction of the conductivity type of the 15
A gate region 2 is formed. Source and drain regions 11, 11 ', by applying a potential to 15, p-type back
Gate region 2 and n-type source / drain regions 11, 1
Since the conductivity is different between 1 ′ and 15 , a depletion layer is formed in the back gate region 2 where the concentration of the p-type impurity is low. Therefore, the parasitic capacitance between the source / drain region 11 and the back gate can be reduced as compared with the structure using the back gate electrode shown in FIG. Also,
Since the parasitic capacitance can be reduced, the impedance of the signal transmitted from the drain electrode to the support substrate 5 and the back gate regions 1, 1 'can be reduced, and the crosstalk between devices can be further reduced.

【0020】次に回路上の問題を本実施形態の半導体装
置におけるバックゲート制御により解消する例について
述べる。図4は、いわゆるNAND回路からなる回路図
を示しており、並列接続された2つのp型MISFET
トランジスタQp1、Qp2と、直列接続された2つの
n型MISFETトランジスタQn1、Qn2から構成
されている。そして、上述したバックゲート電極がn型
MISFET Qn1、Qn2に形成されており、Q
n1、Qn2にそれぞれVB1、VB2のバックゲート
電圧が印加できる。
Next, an example will be described in which the problem on the circuit is solved by back gate control in the semiconductor device of this embodiment. FIG. 4 shows a circuit diagram composed of a so-called NAND circuit, and two p-type MISFETs connected in parallel.
It is composed of transistors Q p1 and Q p2 and two n-type MISFET transistors Q n1 and Q n2 connected in series. The above-mentioned back gate electrode is formed in the n-type MISFETs Q n1 and Q n2 ,
Back gate voltages of VB1 and VB2 can be applied to n1 and Qn2 , respectively.

【0021】本回路構成において、Qn2のソース電圧
は、Qn1の直列抵抗のためにQn1とQn2が導通し
た状態において、0VからVsだけ上昇する。一方、Q
n1のソース電圧は接地されており0Vである。よっ
て、Qn2のソース電圧が、Qn1のそれより大きくな
る。
[0021] In this circuit configuration, the source voltage of Q n2, in a state where Q n1 and Q n2 is conductive for the series resistance of Q n1, rises from 0V only Vs. On the other hand, Q
The source voltage of n1 is grounded and 0V. Therefore, the source voltage of Q n2 is larger than that of the Q n1.

【0022】このため、例えば図4の回路構成において
n1、Qn2に等しいバックゲート電圧(VB1=V
B2)を電圧源より印加したとき、Qn1、Qn2の各
トランジスタに印加されるソース電位から測ったバック
ゲート電位は、Qn1はVB1(=VB2)であるが、
n2は(VB2−Vs)となり、Qn2のバックゲー
ト電圧はQn1のそれより小さくなる。
[0022] Thus, for example, in the circuit configuration of FIG. 4 Q n1, equal backgate voltage Q n2 (VB1 = V
Upon application of the voltage source B2), the back gate potential measured from the source potential applied to each transistor Q n1, Q n2 is, Q n1 is an VB1 (= VB2),
Q n2 is (VB2-Vs), and the back gate voltage of Q n2 is smaller than that of Q n1.

【0023】ところで、完全空乏化SOI−MISFE
Tのしきい値は、チャネル領域のSOI層の埋め込み酸
化膜に接した領域(以下、back surfaceと呼ぶ)が空乏
状態である時、以下の式が成り立つ。
Incidentally, fully depleted SOI-MISFE
The following formula holds for the threshold value of T when the region of the channel region in contact with the buried oxide film of the SOI layer (hereinafter referred to as a back surface) is in a depleted state.

【0024】Vth1,depl2 =Vth1,acc2−CSiCox2
(VG2−VG2,acc)/{Cox1(CSi+Cox2)}
(1) 但し、VG2,acc <VG2 <VG2,inv 式(1)において、Vth1,acc2はback surfaceが蓄積状
態である時のトランジスタのしきい値を示し、CSi、C
ox1、Cox2はそれぞれSOI層、ゲート絶縁膜、埋め込
み絶縁膜の容量、VG2はバックゲート電圧、そしてV
G2,acc、VG2,invはback surfaceが蓄積、反転状態
となる時のバックゲート電圧を示す。
Vth1, depl2 = Vth1, acc2-CSiCox2
(VG2-VG2, acc) / {Cox1 (CSi + Cox2)}
(1) Here, VG2, acc <VG2 <VG2, inv In the equation (1), Vth1 and acc2 indicate threshold values of the transistor when the back surface is in the accumulation state, and CSi, C
ox1 and Cox2 are the capacitances of the SOI layer, the gate insulating film and the buried insulating film, respectively, VG2 is the back gate voltage, and Vx
G2, acc and VG2, inv indicate the back gate voltage when the back surface is in the accumulation and inversion state.

【0025】図7は完全空乏化MISFETにおけるし
きい値のバックゲート電圧依存性を表したグラフであ
る。完全空乏化MISFETのしきい値は、バックゲー
ト電圧を印加することにより、SOI層のback surface
が蓄積から反転状態までの範囲で変化させることが可能
である。
FIG. 7 is a graph showing the dependence of the threshold value on the back gate voltage in a fully depleted MISFET. The threshold value of the fully depleted MISFET is adjusted by applying a back gate voltage to the back surface of the SOI layer.
Can be changed in a range from the accumulation to the inversion state.

【0026】よって、図4の回路構成においてQn1
n2が等しいしきい値のトランジスタから構成され、
そしてそれぞれに等しいバックゲート電圧(VB1=V
B2)を電圧源より入力した時、Qn2の実効的なバッ
クゲート電圧はソース電圧Vsとバックゲート電圧との
電位差、つまりVG2=(VB1−Vs)となり、Q
n1のバックゲート電圧はVB1となる。このためQ
n2のしきい値はQn1のしきい値よりCSiCox2Vs
/{Cox1 (CSi+Cox2)}だけ大きくなり、トラン
ジスタ動作がQn1とQn2で異なるという問題が生じ
る。
Therefore, in the circuit configuration of FIG. 4, Q n1 ,
Q n2 is composed of transistors having the same threshold value,
Then, the back gate voltages (VB1 = V
B2) when the input from the voltage source, effective back gate voltage of Q n2 is the potential difference between the source voltage Vs and the back gate voltage, that is VG2 = (VB1-Vs) becomes, Q
The back gate voltage of n1 becomes VB1. Therefore Q
n2 threshold CSiCox2Vs than the threshold value of Q n1
/ {Cox1 (CSi + Cox2) } only increases, the transistor operation is different that problems with Q n1 and Q n2.

【0027】本実施形態の構造では、バックゲート電圧
を各トランジスタ毎に独立して印加することが可能であ
る。そこで、本実施形態の構造を用いてかかる問題を解
消する、つまりQn1、Qn2のバックゲート電圧を制
御することにより、Qn1とQn2のしきい値を等しく
することを実現する。
In the structure of this embodiment, the back gate voltage can be independently applied to each transistor. Therefore, to solve the Kakaru problem with the structure of this embodiment, i.e. by controlling the back gate voltage of Q n1, Q n2, realizing the equalizing the threshold of Q n1 and Q n2.

【0028】具体的に述べると、Qn2に印加するバッ
クゲート電圧VB2をQn1に印加されるバックゲート
電圧VB1に対し、 VB2 =VB1 +Vs (2) 但しVG2,acc <VB2 <VG2,inv とする。これによりQn2のソース電極とバックゲート
電極との電位差はQn1のそれと等しくなり、その結果
n1とQn2のしきい値が等しくなる。つまり、Q
n2のソース電圧増加分をバックゲート電圧に付加する
ことでQn2のトランジスタについてもQn1と同じし
きい値を実現できる。よって、SOI膜厚変動に対する
しきい値の変化量をQn1とQn2で同じ条件にするこ
とができ、より、均一な特性のトランジスタ集積回路が
実現できる。図8はQn2のソース電圧Vsの変化に対
して、しきい値無変動を実現するバックゲート電圧VB
2の関係表したグラフである。ソース電圧Vsに対し、
グラフの直線に対応するVB2をバックゲートに入力す
ることによりQn1、Qn2のしきい値は等しくするこ
とができる。また、この直線より大きなVB2をバック
ゲートに入力することによりQn2のしきい値はQn1
のそれより小さくなる。
More specifically, the back gate voltage VB2 applied to Q n2 is compared with the back gate voltage VB1 applied to Q n1 by the following equation: VB2 = VB1 + Vs (2) where VG2, acc <VB2 <VG2, inv. I do. Thus the potential difference between the source electrode and the back gate electrode of Q n2 is equal to that of Q n1, threshold resulting Q n1 and Q n2 are equal. That is, Q
The transistor Q n2 by adding n2 source voltage increment of the back gate voltage can achieve the same threshold as Q n1 also. Therefore, the change amount of the threshold value with respect to the SOI film thickness change can be set to the same condition for Q n1 and Q n2 , and a transistor integrated circuit with more uniform characteristics can be realized. Figure 8 is for a change in the source voltage Vs of Q n2, the back gate voltage VB to achieve the threshold no variation
2 is a graph showing the relationship of FIG. For source voltage Vs,
By inputting VB2 corresponding to the straight line of the graph to the back gate, the threshold values of Qn1 and Qn2 can be made equal. The threshold of the Q n2 by entering a larger VB2 from this straight line to the back gate Q n1
Smaller than that of.

【0029】また、図5に示すようなバックゲート電圧
を制御する制御回路を設けることにより、Qn2のソー
ス電圧の変化によるしきい値変動を抑制することが可能
となる。図5はQn2のソース電圧Vsをフィードバッ
ク制御して、印加するバックゲート電圧を設定する電圧
供給の制御回路8を有した半導体装置の回路図である。
制御回路8はQn2のソース電圧Vsをモニターし、式
(2)を満たすバックゲート電圧VB2を設定してトラ
ンジスタQn2のバックゲート電極に入力する。この制
御回路によりバックゲート電圧制御によって、Qn2
しきい値変動抑えることができる。
Further, by providing a control circuit for controlling the back gate voltage as shown in FIG. 5, it is possible to suppress a threshold variation due to a change in the source voltage of Qn2 . Figure 5 is a circuit diagram of a semiconductor device having a control circuit 8 of the voltage supply to set the back gate voltage controlled by feedback source voltage Vs of Q n2, is applied.
The control circuit 8 monitors the source voltage Vs of Q n2, by setting the back gate voltage VB2 satisfying the formula (2) is input to the back gate electrode of the transistor Q n2. By the back gate voltage controlled by the control circuit, it is possible to suppress the threshold variations of Q n2.

【0030】ところで、Qn2のソース電圧がVsとな
るため、Qn2へ入力される実効的なゲート電圧も(V
DD−Vs)となり、Qn1のゲート電圧のVDDより
小さくなる。これにより、Qn2の電流駆動能力が下が
り、ゲート遅延時間が大きくなるという問題が生じる。
[0030] By the way, since the source voltage of Q n2 becomes the Vs, the effective gate voltage is input to the Q n2 also (V
DD-Vs), and the smaller than VDD of the gate voltage of Q n1. Thus, lower the current driving capability of the Q n2, a problem that the gate delay time becomes large.

【0031】飽和領域におけるドレイン電流Idsat
は、以下に示す式で表される。 Idsat =1/2・W/L・μeff・Cox・(Vgs―
Vth)1.3 〜2(3) 式(3)において、Wはゲート幅、Lはゲート長、μef
fは移動度、Coxはゲート絶縁膜の容量、Vgsはソー
ス電位を基準としたゲート電圧、そしてVthはトランジ
スタのしきい値を表す。
The drain current Idsat in the saturation region
Is represented by the following equation. Idsat = 1/2 · W / L · μeff · Cox · (Vgs−
Vth) 1.3-2 (3) In equation (3), W is the gate width, L is the gate length, μef
f is the mobility, Cox is the capacitance of the gate insulating film, Vgs is the gate voltage with reference to the source potential, and Vth is the threshold value of the transistor.

【0032】式(3)からわかるように、トランジスタ
の電流駆動能力はゲート電圧の関数で表され、ゲート電
圧が大きくなると電流駆動能力も大きくなる。そのた
め、図22の回路構成では、Qn1とQn2が同じしき
い値動作をする時、Qn2のゲート電圧は上述のように
Vsだけ減少するため、Qn1に比べ電流駆動能力が低
下する。
As can be seen from equation (3), the current driving capability of the transistor is represented by a function of the gate voltage. As the gate voltage increases, the current driving capability also increases. Therefore, in the circuit configuration of FIG. 22, when Q n1 and Q n2 perform the same threshold value operation, the gate voltage of Q n2 decreases by Vs as described above, so that the current driving capability is lower than that of Q n1. .

【0033】また、信号の伝搬遅延時間τは以下の式で
表される。 τ=Cload・VDD/Idsat (4) 式(4)において、Cloadは負荷容量を表す。
The signal propagation delay time τ is expressed by the following equation. τ = Cload · VDD / Idsat (4) In the equation (4), Cload represents a load capacity.

【0034】伝搬遅延時間τは飽和ドレイン電流Ids
atに反比例し、飽和ドレイン電流が低下すると遅延時
間は大きくなる。このことから図22の回路構成、言い
換えると図4においてVB1=VB2となる時、Qn2
の電流駆動能力がQn1のそれより小さいため、Qn2
をオンするまでの遷移時間がQn1のそれより長くな
る。このような入力端子の差によって遷移時間の差が生
じることは、回路のタイミング設計上問題となる。
The propagation delay time τ is the saturation drain current Ids
It is inversely proportional to at, and the delay time increases as the saturation drain current decreases. The circuit arrangement of FIG. 22 Thus, when a 4 in VB1 = VB2 In other words, Q n2
Qn2 is smaller than that of Qn1.
Is longer than that of Qn1 . The occurrence of a difference in transition time due to such a difference in input terminals poses a problem in circuit timing design.

【0035】以下に、かかる問題を本実施形態で解消す
るバックゲート制御方法について述べる。上述の通り、
電流駆動能力は(Vgs−Vth)1.3 〜2 に比例
する。そのため図4の回路構成においてQn1とQn2
のしきい値が等しい時(Vth1=Vth2)、Qn2の電流
駆動能力はゲート電圧がQn1に比べVsだけ小さいた
め、Qn2の電流駆動能力はQn1のそれより小さくな
る。
Hereinafter, a back gate control method for solving such a problem in the present embodiment will be described. As mentioned above,
The current driving capability is proportional to (Vgs-Vth) 1.3 to 2. Therefore, Q n1 and Q n2 in the circuit configuration of FIG.
When equal threshold (Vth1 = Vth2), the current driving capability of the Q n2 because the gate voltage is smaller by Vs compared to the Q n1, the current driving capability of the Q n2 is smaller than that of Q n1.

【0036】そこでQn1、Qn2の電流駆動能力を等
しくするために、Qn2に入力されるゲート電圧の減少
分Vsをしきい値で補償することにより実現する。つま
り、バックゲート電圧制御により、Qn2のしきい値V
th2をVth2’=Vth1−Vsと小さくすることにで、Q
n1と等しい電流駆動能力を実現する。このVth2’=
Vth1―Vsを実現するために必要なバックゲート電圧
VB2’は次の式を満たす。
Therefore, in order to make the current driving capabilities of Q n1 and Q n2 equal, the reduction is realized by compensating the decrease Vs of the gate voltage input to Q n2 by a threshold value. That is, by the back gate voltage control the threshold V of Q n2
By reducing th2 to Vth2 '= Vth1-Vs, Q
A current driving capability equal to n1 is realized. This Vth2 '=
The back gate voltage VB2 'required to realize Vth1-Vs satisfies the following equation.

【0037】 VB2’(Vs)=Vs/γ+VB1 (5) 式(5)において、γはγ=CSiCox2/{Cox1(CSi
+Cox2)}で、これはtox1/tox2 と近似することが
できる。tox1、tox2はゲート絶縁膜、および埋め込み
絶縁膜の膜厚を表す。よって電流駆動能力を一定にする
バックゲート電圧VB2’はソース電圧Vsとゲート絶
縁膜と埋め込み絶縁膜の膜厚比で決まる。
VB2 ′ (Vs) = Vs / γ + VB1 (5) In the equation (5), γ is γ = CSiCox2 / {Cox1 (CSi
+ Cox2)}, which can be approximated as tox1 / tox2. tox1 and tox2 represent the thicknesses of the gate insulating film and the buried insulating film. Therefore, the back gate voltage VB2 'for keeping the current driving capability constant is determined by the source voltage Vs and the thickness ratio of the gate insulating film and the buried insulating film.

【0038】図9は、Qn2のソース電圧Vsに対し
て、電流駆動能力をQn1と等しくするのに必要なバッ
クゲート電圧VB2’の関係を表したグラフである。Q
n1、Qn2が等しいしきい値により形成された回路に
おいて式(5)を満たすバックゲート電圧VB2’を印
加することにより電流駆動能力をほぼ等しくすることが
可能である。言い換えると図9において、Vsに対しグ
ラフの直線に対応するバックゲート電圧VB2’を印加
することにより、電流駆動能力をほぼ等しくすることが
可能である。ただしトランジスタ制御はback surfaceが
空乏状態である範囲で、つまりバックゲート電圧VB
2’がVG2,acc<VB2’<VG2,invの範囲内で可
能である。
[0038] Figure 9, the source voltage Vs of Q n2, is a graph showing the relationship between the back gate voltage VB2 'required to equalize the current driving capability and Q n1. Q
In a circuit in which n1 and Qn2 are formed with equal threshold values, it is possible to make the current driving capabilities substantially equal by applying the back gate voltage VB2 'satisfying the expression (5). In other words, in FIG. 9, by applying the back gate voltage VB2 ′ corresponding to the straight line of the graph to Vs, it is possible to make the current driving capabilities substantially equal. However, the transistor control is performed in a range where the back surface is in a depletion state, that is, the back gate voltage VB
2 ′ is possible within the range of VG2, acc <VB2 ′ <VG2, inv.

【0039】また、先に述べた図5にて示した制御回路
8を、電流駆動能力を一定とする制御回路としてもちい
ることも可能である。つまりQn2のソース電圧Vsを
フィードバックし、図9を満たすバックゲート電圧VB
2’を設定しQn2へ印加する。これにより、Vs変動
に対し、電流駆動能力が変化しない半導体装置を形成す
ることが可能である。
The above-described control circuit 8 shown in FIG. 5 can be used as a control circuit for keeping the current driving capability constant. That feedback of the source voltage Vs of Q n2, the back gate voltage VB satisfying 9
2 'is set and applied to Qn2 . Thus, it is possible to form a semiconductor device in which the current driving capability does not change with respect to the variation in Vs.

【0040】ここで、式(2)および式(5)のいずれ
かの効果、すなわち、従来例よりもQn2の電流駆動能
力を向上させるには、VB2<VB1となればよいこと
が解る。ここで、VB2を制御するには、図4(b)の
ように、Qn1およびQn2と同等なトランジスタQ
n1’、Qn2’を直列接続して形成したダミー回路に
よって得たソース電圧からバックゲート電圧VB2を得
ても良く、複数のNAND回路に共通にVB2を与えて
もよい。
Here, it is understood that VB2 <VB1 should be satisfied in order to improve the effect of either of the equations (2) and (5), that is, to improve the current driving capability of Qn2 as compared with the conventional example. Here, in order to control the VB2, as shown in FIG. 4 (b), Q n1 and Q n2 and equivalent transistors Q
The back gate voltage VB2 may be obtained from a source voltage obtained by a dummy circuit formed by connecting n1 ′ and Qn2 ′ in series, or VB2 may be commonly applied to a plurality of NAND circuits.

【0041】本実施形態の構造によれば、以下のような
効果が得られる。 (1)図1に示したように、本実施形態ではゲートアレ
イ構造からなる半導体装置に、各トランジスタのチャネ
ル領域と対向する支持基板内にバックゲート領域を設け
ており、ドレインと対向する位置には支持基板に空乏層
が形成されるようにしている。そのため、ソース・ドレ
イン領域と支持基板との間の寄生容量が低減されること
から、例えば動作消費電力を小さくなり、またSファク
タを小さくなる。そして、信号の伝搬遅延時間を小さく
することができる。このように低消費、高速化に大きく
寄与する。
According to the structure of this embodiment, the following effects can be obtained. (1) As shown in FIG. 1, in this embodiment, a back gate region is provided in a support substrate facing a channel region of each transistor in a semiconductor device having a gate array structure. Is such that a depletion layer is formed on the supporting substrate. Therefore, since the parasitic capacitance between the source / drain region and the supporting substrate is reduced, for example, the operation power consumption is reduced and the S factor is reduced. Then, the signal propagation delay time can be reduced. Thus, it greatly contributes to low power consumption and high speed.

【0042】(2)各トランジスタに設けられたバック
ゲート領域が、隣接するトランジスタのバックゲート
と電気的に分離して形成されていることから、個別に
バックゲート電圧を印加してトランジスタ制御すること
が可能である。
[0042] (2) back gate region provided in each transistor, the back gate territory of adjacent transistors
Since the transistor is formed so as to be electrically separated from the region, the transistor can be controlled by individually applying a back gate voltage.

【0043】また、本実施形態の制御例によれば、以下
のような効果が得られる。 (3)図8に示したように、Qn2のバックゲート電圧
を制御することによって、Qn2のソース電圧増加によ
るしきい値増加を抑え、Qn1のしきい値と等しくする
ことが可能である。よって、例えば3極管動作における
遅延時間を短くすることができ、3極管動作時における
論理回路の動作時間のマージンを低減し、高速動作を実
現する。また、図5の回路構成に示すように、Qn2
ソース電圧変化をフィードバックしバックゲート電圧を
制御することによってしきい値変動の小さい半導体装置
を実現することができる。
Further, according to the control example of the present embodiment, the following effects can be obtained. (3) As shown in FIG. 8, by controlling the back gate voltage of Q n2, suppressing threshold increase due to the source voltage increase of Q n2, it can be equal to the threshold value of Q n1 is there. Therefore, for example, the delay time in the triode operation can be shortened, and the margin of the operation time of the logic circuit in the triode operation is reduced, and high-speed operation is realized. In addition, as shown in the circuit configuration of FIG. 5, by controlling the back gate voltage by feeding back the change in the source voltage of Qn2, a semiconductor device with small threshold fluctuation can be realized.

【0044】(4)図9に示したように、Qn2のバッ
クゲート電圧を制御することにより、Qn2のソース電
圧低下による電流駆動能力低下を抑えることが可能であ
る。よって、論理回路において信号の伝搬遅延時間を抑
え、高速動作を実現する。また、スイッチング時間の最
大値と最小値との差を抑え、より回路の動作速度を揃え
ることができる。
[0044] (4) As shown in FIG. 9, by controlling the back gate voltage of Q n2, it is possible to suppress the current driving capability decreases due to source voltage drop of Q n2. Therefore, a signal propagation delay time in a logic circuit is suppressed, and high-speed operation is realized. In addition, the difference between the maximum value and the minimum value of the switching time can be suppressed, and the operation speed of the circuit can be made more uniform.

【0045】図10に本発明の第2の実施形態の構造平
面図を示す。図10は配線層およびコンタクト層を省略
した上面図、図11、図12および図13は、それぞれ
図10の矢視A−A’、B−B’、C−C’の断面図で
ある。第1の実施形態と同一部分には、同一符号を付け
て詳しい説明は省略する。本実施形態は、第1の実施形
態と比較して直列接続されたトランジスタのしきい値の
制御法およびバックゲート構造が異なっており、いわゆ
るゲートアレイの構成法を開示している。本実施形態に
おいて、支持基板5はp型半導体で形成され、支持基板
5の中にn型バックゲート領域およびn型バックゲー
領域’が形成されている。これらは、支持基板5と
電気的に接続された図10のp型バックゲート領域
によって、互いに電気的に分離されている。
FIG. 10 is a plan view showing the structure of the second embodiment of the present invention. 10 is a top view in which the wiring layer and the contact layer are omitted, and FIGS. 11, 12 and 13 are cross-sectional views taken along arrows AA ', BB', and CC 'in FIG. 10, respectively. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. This embodiment differs from the first embodiment in the method of controlling the threshold value and the back gate structure of the transistors connected in series, and discloses a so-called gate array configuration method. In this embodiment, the supporting substrate 5 is formed in p-type semiconductor, n-type back gate region 1 and the n-type back gate in the supporting substrate 5
DOO region 1 'is formed. These are the p-type back gate regions 2 ′ of FIG. 10 electrically connected to the support substrate 5.
Are electrically separated from each other.

【0046】図11に示すように、n型バックゲート
に囲まれるようにp型バックゲート領域が形成さ
れている。このp型バックゲート領域は支持基板5と
はn型バックゲート領域によって電気的に分離されて
いる。これらp型バックゲート領域およびn型バック
ゲート領域1が、p型MISFETのバックゲート電極
として作用している。
As shown in FIG. 11, a p-type back gate region 2 is formed so as to be surrounded by an n-type back gate region 1 . The p-type back gate region 2 is electrically separated from the support substrate 5 by the n-type back gate region 1 . These p-type back gate region 2 and n-type back
The gate region 1 functions as a back gate electrode of the p-type MISFET.

【0047】バックゲート電極として作用しているp型
バックゲート領域およびn型バックゲート領域に絶
縁膜6を介して対向する半導体島状領域1つに対して、
p型MISFETは複数形成されている。本実施形態で
は、1つの半導体島状領域に対して2つ形成した例を示
しているが、さらに多く形成しても構わない。ここで、
1つの半導体島状領域に形成された隣接するp型MIS
FETは、直列接続したトランジスタで共有されたp型
半導体からなるソース・ドレイン領域15を備えてい
る。さらに、ゲート電極10を挟んでp型のソース・ド
レイン領域15と対向して、p型半導体からなる領域1
1が形成されている。これら、領域15および領域11
は、p型MISFETのソース領域およびドレイン領
域、またはドレイン領域およびソース領域を形成してい
る。さらに、n型または、1016cm−3以下のp型
不純物添加からなる領域4が、ゲート電極10とゲート
絶縁膜9を挟んで形成され、p型MISFETのチャネ
ル領域となっている。
P-type acting as back gate electrode
For one semiconductor island region opposing the back gate region 2 and the n-type back gate region 1 via the insulating film 6,
A plurality of p-type MISFETs are formed. In this embodiment, an example is shown in which two semiconductor island regions are formed, but more semiconductor island regions may be formed. here,
Adjacent p-type MIS formed in one semiconductor island region
The FET has a source / drain region 15 made of a p-type semiconductor shared by transistors connected in series. Furthermore, a p-type source / drain is sandwiched between the gate electrodes 10.
The region 1 made of a p-type semiconductor is opposed to the rain region 15.
1 is formed. These regions 15 and 11
Forms a source region and a drain region or a drain region and a source region of a p-type MISFET. Further, a region 4 made of an n-type or doped with a p-type impurity of 10 16 cm −3 or less is formed with the gate electrode 10 and the gate insulating film 9 interposed therebetween, and serves as a channel region of the p-type MISFET.

【0048】図12に示すように、n型バックゲート
域1’に囲まれるようにp型バック ゲート領域’が形
成されている。このp型バックゲート領域’は支持基
板5とはn型バックゲート領域’によって電気的に分
離されている。これらp型バックゲート領域’および
n型バックゲート領域’が、n型MISFETのバッ
クゲート電極として作用している。
As shown in FIG. 12, a p-type back gate region 2 'is formed so as to be surrounded by an n-type back gate region 1'. This p-type back gate region 2 ′ is electrically separated from the support substrate 5 by an n-type back gate region 1 ′. The p-type back gate region 2 ′ and the n-type back gate region 1 ′ function as a back gate electrode of the n-type MISFET.

【0049】バックゲート電極として作用しているp型
バックゲート領域’およびn型バックゲート領域
に絶縁膜6を介して対向する半導体島状領域1つに対し
て、n型MISFETは複数形成されている。本実施形
態では、1つの半導体島状領域に対して2つ形成した例
を示しているが、さらに多く形成しても構わない。ここ
で、1つの島状半導体領域に形成された隣接するn型M
ISFETは、直列接続したトランジスタで共有された
n型半導体からなるソース・ドレイン領域15’を備え
ている。さらに、ゲート電極10’を挟んでn型領域1
5’と対向して、n型半導体からなる領域11’が形成
されている。これら、領域15’および領域11’は、
n型MISFETのソース領域およびドレイン領域、ま
たはドレイン領域およびソース領域を形成している。さ
らに、p型または、1016cm−3以下のn型不純物
添加からなる領域4’が、ゲート電極10’とゲート絶
縁膜9を挟んで形成され、n型MISFETのチャネル
領域となっている。
P-type acting as back gate electrode
Back gate region 2 'and n-type back gate region 1 '
A plurality of n-type MISFETs are formed for one semiconductor island region opposed to the semiconductor device via the insulating film 6. In this embodiment, an example is shown in which two semiconductor island regions are formed, but more semiconductor island regions may be formed. Here, the adjacent n-type M formed in one island-shaped semiconductor region
The ISFET has a source / drain region 15 'made of an n-type semiconductor shared by transistors connected in series. Further, the n-type region 1 is sandwiched between the gate electrodes 10 '.
A region 11 'made of an n-type semiconductor is formed to face 5'. These regions 15 'and 11'
A source region and a drain region or a drain region and a source region of the n-type MISFET are formed. Further, a region 4 'made of p-type or doped with n-type impurity of 10 16 cm -3 or less is formed with the gate electrode 10' and the gate insulating film 9 interposed therebetween, and serves as a channel region of the n-type MISFET.

【0050】ここで、図10のように、n型MISFE
Tおよびp型MISFETはアレイ状に形成されること
が、金属配線の結線によって多段の論理回路を形成する
には望ましい。この場合、図10の構造を紙面左右にア
レイ状に形成することにより、バックゲートとなる半導
体領域1,1’2,2’はそれぞれ連続して接続され、
個々のアレイのバックゲートに電圧印加端子を形成しな
くても、例えば、アレイ端で電圧印加端子を形成するこ
とによって、連続して形成したすべてのアレイのバック
ゲートに電圧を与えることができる。
Here, as shown in FIG. 10, the n-type MISFE
It is desirable that the T and p-type MISFETs be formed in an array in order to form a multi-stage logic circuit by connecting metal wires. In this case, by forming the structure of FIG. 10 in an array on the left and right sides of the paper, the semiconductor regions 1, 1 ′, and 2 ′ serving as back gates are connected continuously,
Even if the voltage application terminal is not formed on the back gate of each array, for example, by forming the voltage application terminal at the end of the array, a voltage can be applied to the back gates of all the arrays formed continuously.

【0051】ここで、ゲート電極10および10’は、
しきい値を制御するために、異なる導電型を有する半導
体であってもよい。具体的には、ゲート電極10として
は、1019cm−3以上Bを添加したポリシリコン電
極であり、ゲート電極10’としては、1019cm
−3以上PまたはAsを添加したポリシリコン電極であ
ればよい。
Here, the gate electrodes 10 and 10 ′
Semiconductors having different conductivity types may be used to control the threshold. Specifically, the gate electrode 10, a polysilicon electrode added with 10 19 cm -3 or more B, as the gate electrode 10 ', 10 19 cm
A polysilicon electrode to which P or As is added to −3 or more may be used.

【0052】また、ゲート電極10および10’の側面
には、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜から絶
縁膜3が形成されている。これは、ゲート電極10とソ
ース・ドレイン領域15またはソース・ドレイン領域1
1との電気的絶縁を良好に保つためのものである。さら
に、半導体島状領域間には、例えば、シリコン酸化膜か
らなる素子分離絶縁膜13が形成されている。さらに、
MISFET上部には、例えば、シリコン酸化膜からな
る層間絶縁膜12が形成されている。
On the side surfaces of the gate electrodes 10 and 10 ', an insulating film 3 is formed from, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film. This is because the gate electrode 10 and the source / drain region 15 or the source / drain region 1
This is for maintaining good electrical insulation from the first. Further, an element isolation insulating film 13 made of, for example, a silicon oxide film is formed between the semiconductor island regions. further,
An interlayer insulating film 12 made of, for example, a silicon oxide film is formed above the MISFET.

【0053】本実施形態に特徴的なことは、図11のよ
うにp型MISFETにおいて、チャネル領域4と絶縁
膜6を介して対向した支持基板5に、ソース・ドレイン
領域11と反対の導電性を有するn型バックゲート領域
が形成され、隣接するトランジスタが共有するソース
・ドレイン領域15と絶縁膜6を介して対向した支持基
板5に、ソース・ドレイン領域11と同じ導電性を有す
るp型バックゲート領域が形成されていることであ
る。
The feature of this embodiment is that, in a p-type MISFET as shown in FIG. 11, a conductive substrate opposite to a source / drain region 11 is provided on a support substrate 5 opposed to a channel region 4 via an insulating film 6. N-type back gate region having
1 is formed, and a p-type back gate region 2 having the same conductivity as the source / drain region 11 is formed on the support substrate 5 opposed to the source / drain region 15 shared by the adjacent transistors via the insulating film 6. That is.

【0054】また、相補的に、図12のようにn型MI
SFETにおいて、チャネル領域4’と絶縁膜6を介し
て対向した支持基板5に、ソース・ドレイン領域11’
と反対の導電性を有するp型バックゲート領域2’が形
成され、隣接するトランジスタが共有するソース・ドレ
イン領域15’と絶縁膜6を介して対向した支持基板5
に、ソース・ドレイン領域11’と同じ導電性を有する
n型バックゲート領域1’が形成されていることであ
る。
In addition, as shown in FIG.
In the SFET, a source / drain region 11 ′ is provided on a support substrate 5 opposed to a channel region 4 ′ via an insulating film 6.
Back gate region 2 ′ having the opposite conductivity to that of source / drain region 15 ′ shared by adjacent transistors and facing support substrate 5 via insulating film 6.
In addition, an n-type back gate region 1 'having the same conductivity as the source / drain region 11' is formed.

【0055】このような構造をとることにより、ソース
・ドレインに流れる電流の方向によって、しきい値が変
化するトランジスタを2つ直列に形成することができ
る。まず、図14を用いて、本バックゲート構造によっ
て、しきい値が変化することを示す。図14(a)は、
本実施形態の1つのn型MISFETを抜き出したこと
に相当する断面図であり、ソース・ドレイン領域11’
aおよび11’bにはそれぞれ、電極17aおよび17
bが接続されている。さらに、11’aの下およびチャ
ネル領域の下には、絶縁膜6を介してp型バックゲート
領域’が形成されている。ここで、p型バックゲート
領域’は高濃度p型バックゲート領域2”を通じて、
電極18と電気的に接続されている。図では示していな
いが、電極18は電圧源と接続され、p型バックゲート
領域’は一定電圧になるように制御されている。さら
に、11’bの下には、絶縁膜6を介してn型バックゲ
ート領域’が形成されている。ここで、n型バックゲ
ート領域’は高濃度n型バックゲート領域”を通じ
て、電極18’と電気的に接続されている。図では、示
していないが、電極18’は電圧源と接続され、n型
ックゲート領域’は一定の電圧となるように制御され
ている。ここで、電圧源の消費電力を抑えるためにp型
バックゲート領域’とn型バックゲート領域’に大
きなリーク電流が流れないようにするためには、n型
ックゲート領域’をp型バックゲート領域’に比べ
正にバイアスするか、順方向電圧以下にバイアスするこ
とが必要となる。そこで、このような条件では、バック
ゲート表面のポテンシャルD−D’は図14(b)のよ
うになり、伝導帯Ecおよび価電子帯Evは領域1’お
よび領域2’の境界を含む空乏層によって、n型バック
ゲート領域’の方が下に曲がる構造となる。よって、
D側、つまり、11’aに近いチャネル4’と絶縁膜6
との界面は、p型層の蓄積(accumulation)状態とな
り、D’側、つまり、11’bに近いチャネル4’と絶
縁膜6との界面は、p型層の反転(inversion)状態と
なる。よって、図14(c)のように、電極17bをド
レイン電極として、電極17aをソース電極とした場合
の5極管しきい値は、しきい値を定めるチャネル部のポ
テンシャルの極大点が、チャネル4’内で17b側より
も17a側に形成されるので、反転層が形成されにくく
なり、高いしきい値となる。一方、図14(d)のよう
に、電極17aをドレイン電極として、電極17bをソ
ース電極とした場合の5極管しきい値は、しきい値を定
めるチャネル部のポテンシャルの極大点が、チャネル
4’内で17a側よりも17b側に形成されるので、反
転層が形成されやすくなり、低いしきい値となる。以上
から、ソース・ドレイン電極の方向によって、バックゲ
ートに与える電圧が同一の条件でも、しきい値に差が形
成される。特に、トランジスタが完全空乏化トランジス
タの場合、バックゲート部から伸びた空乏層がチャネル
部分にも達するので、バックゲートポテンシャルによっ
てしきい値が大きく変化し本実施形態としては望ましい
形態となる。
With such a structure, two transistors whose thresholds change depending on the direction of the current flowing through the source / drain can be formed in series. First, with reference to FIG. 14, it will be described that the threshold value is changed by the present back gate structure. FIG. 14 (a)
FIG. 9 is a cross-sectional view corresponding to a state where one n-type MISFET of the present embodiment is extracted, and shows a source / drain region 11 ′.
a and 11'b are electrodes 17a and 17
b is connected. Further, a p-type back gate region 2 ′ is formed below 11 ′ a and below the channel region via an insulating film 6. Here, the p-type back gate region 2 ′ is formed through the high-concentration p-type back gate region 2 ″.
It is electrically connected to the electrode 18. Although not shown, the electrode 18 is connected to a voltage source, and the p-type back gate region 2 ′ is controlled to have a constant voltage. Further, under 11′b, an n-type back-gate
Port region 1 'is formed. Here, the n-type back gate
Over preparative region 1 'through the high-concentration n-type back gate region 1 ", the electrode 18' in is electrically connected to the. Figure, although not shown, the electrode 18 'is connected to the voltage source, the n-type bar
The lock gate region 1 'is controlled to have a constant voltage. Here, in order to suppress the power consumption of the voltage source, a p-type
The, n-type bar so that a large leakage current flows in the back gate region 2 'and the n-type back gate region 1'
Or positively biased to than 'a p-type back gate region 2' Kkugeto region 1, it is necessary to bias below the forward voltage. Under such conditions, the potential DD ′ on the back gate surface is as shown in FIG. 14B, and the conduction band Ec and the valence band Ev are the depletion layers including the boundary between the region 1 ′ and the region 2 ′. By n-type back
The gate region 1 'has a structure that bends downward. Therefore,
D side, that is, the channel 4 ′ close to 11′a and the insulating film 6
And the interface between the channel 4 ′ and the insulating film 6 on the D ′ side, that is, near 11′b, is in an inversion state of the p-type layer. . Therefore, as shown in FIG. 14C, when the electrode 17b is used as the drain electrode and the electrode 17a is used as the source electrode, the pentode threshold value is such that the maximum point of the potential of the channel portion that determines the threshold value is the channel potential. Since it is formed on the 17a side rather than the 17b side in 4 ′, it is difficult to form an inversion layer and a high threshold value is obtained. On the other hand, as shown in FIG. 14D, when the electrode 17a is used as the drain electrode and the electrode 17b is used as the source electrode, the pentode threshold value is such that the maximum point of the potential of the channel portion which determines the threshold value is the channel potential. Since it is formed on the 17b side rather than the 17a side in 4 ′, an inversion layer is easily formed and the threshold value is low. As described above, depending on the direction of the source / drain electrodes, a difference is formed in the threshold value even under the same voltage applied to the back gate. In particular, when the transistor is a fully depleted transistor, the depletion layer extending from the back gate portion reaches the channel portion, so that the threshold value greatly changes depending on the back gate potential, which is a desirable mode for this embodiment.

【0056】以後では、ソース電極として用いた場合に
しきい値が高くなる条件で、ソース電極の側に黒丸をつ
けて方向を表わすことにする。なお、以上の説明で明ら
かなように、しきい値に差を形成するためには、チャネ
ル4’と対向するバックゲート電極のポテンシャルがソ
ース・ドレインに対して非対称になっていればよい。よ
って、p型バックゲート領域’とn型バックゲート
’の境界はソース領域に対向した位置ではなく、チ
ャネル4’に対向した位置に形成されていてもよい。p
型MISFETについても同様に、p型バックゲート
とn型バックゲート領域との境界は、ソース領域
に対向した位置ではなく、チャネル4に対向した位置に
形成されていてもよい。
Hereinafter, a direction is indicated by a black circle on the side of the source electrode under the condition that the threshold value becomes high when the source electrode is used as the source electrode. As apparent from the above description, in order to form a difference in the threshold value, the potential of the back gate electrode facing the channel 4 'only needs to be asymmetric with respect to the source / drain. Therefore, the boundary between the p-type back gate region 2 ′ and the n-type back gate region 1 ′ may be formed not at the position facing the source region but at the position facing the channel 4 ′. p
Similarly, in the type MISFET, the boundary between the p-type back gate region 2 and the n-type back gate region 1 is formed not at the position facing the source region but at the position facing the channel 4. Is also good.

【0057】次に、本実施形態のトランジスタを用いた
論理回路例を図15に示す。図15(a)はスタティッ
ク2入力NANDに対する回路図であり、図15(b)
はスタティック2入力NORに対する回路図である。さ
らに、図16(a)は、図15(a)に対応するスタテ
ィック2入力NANDに対する配線層のレイアウトを示
しており、図10のトランジスタ配置を用いている。ま
た、図16(b)は、図16(a)に対応するスタティ
ック2入力NORに対する配線層のレイアウトを示して
おり、図10のトランジスタ配置を用いている。
Next, FIG. 15 shows an example of a logic circuit using the transistor of this embodiment. FIG. 15A is a circuit diagram for a static 2-input NAND, and FIG.
Is a circuit diagram for a static two-input NOR. FIG. 16A shows a layout of a wiring layer for a static two-input NAND corresponding to FIG. 15A, and uses the transistor arrangement of FIG. FIG. 16B shows a layout of a wiring layer for a static 2-input NOR corresponding to FIG. 16A, and uses the transistor arrangement of FIG.

【0058】まず、図15(a)および図16(a)に
おいて、Qn1、Qn2が上述した電流方向によってし
きい値が異なるn 型MISFETであり、Qp1、Q
p2が上述した電流方向によってしきい値が異なるp型
MISFETである。これらは、図16(a)のように
対向して形成されることが、配線遅延を抑えるために望
ましい。図16(a)において、17,17’および1
7”は、W,CuまたはAlからなる金属配線を示し、
17’はVDDに接続されており、17”は0Vに接続
されている。また、26はp型ソース・ドレイン電極1
1または15に対するコンタクト電極を示しており、2
6’はn型ソース・ドレイン電極11’またはソース・
ドレイン電極15’に対するコンタクト電極を示してお
り、26’’はゲート電極10または10’、10’’
に対するコンタクト電極を示している。
First, in FIGS. 15 (a) and 16 (a), Q n1 and Q n2 are n-type MISFETs having different thresholds depending on the above-described current directions, and Q p1 and Q n
p2 is a p-type MISFET having a different threshold value depending on the current direction described above. These are desirably formed facing each other as shown in FIG. 16A in order to suppress wiring delay. In FIG. 16A, 17, 17 'and 1
7 ″ indicates a metal wiring made of W, Cu or Al;
17 'is connected to VDD, 17 "is connected to 0 V. 26 is a p-type source / drain electrode 1
Shown are contact electrodes for 1 or 15, 2
6 'is an n-type source / drain electrode 11' or
26 ″ indicates a contact electrode for the drain electrode 15 ′, and 26 ″ indicates the gate electrode 10 or 10 ′, 10 ″
2 shows a contact electrode with respect to FIG.

【0059】ここで、Qn2の共通電極でない側のドレ
イン電極が出力ノードと接続されている。また、Qn2
の共通電極となるソース電極が、Qn1のドレイン電極
と接続されている。さらに、Qn1のソース電極は、G
NDと図15では表記されている0Vを有する電圧ノー
ド17’’と接続されている。また、Qn1のゲート電
極は、Qp1のゲート電極と接続され、第一の電圧入力
端子(IN1)となっている。さらに、Qn2のゲート
電極は、Qn1のゲート電極と接続され、第二の電圧入
力端子(IN2)となっている。さらに、Qp1および
n1のソース電極は、共に、例えば、VDDの電圧を
有する電圧ノードと接続され、ドレイン電極は出力ノー
ドに接続されている。つまり、本構成は、2入力NAN
Dの論理回路を示しており、IN1、IN2、OUT
は、ほぼ0VおよびほぼVDDの2つの論理値に対応し
た電圧を有するように動作する。また、図15におい
て、バックゲートとして、領域2’,1’,2,1には
それぞれ、V1,V2,V3,V4の電圧が印加されて
いる。ここで、バックゲート間で順方向バイアスになり
電流が流れないようにするには、バックゲート間のbuil
t-in電圧をViとして、V3>V4−Vi、およびV1
>V2−Viの条件を満たすことが必要となる。
Here, the drain electrode on the side other than the common electrode of Qn2 is connected to the output node. Also, Q n2
Is connected to the drain electrode of Qn1 . Further, the source electrode of Q n1 is G
ND and a voltage node 17 ″ having 0V, which is indicated in FIG. The gate electrode of Q n1 is connected to the gate electrode of Q p1, and has a first voltage input terminal (IN1). Furthermore, the gate electrode of Q n2 is connected to the gate electrode of Q n1, and has a second voltage input terminal (IN2). Further, the source electrodes of Q p1 and Q n1 are both connected to a voltage node having a voltage of, for example, VDD, and the drain electrode is connected to an output node. In other words, this configuration is a two-input NAN
4 shows a logic circuit of D, IN1, IN2, OUT
Operate to have voltages corresponding to two logical values of approximately 0 V and approximately VDD. In FIG. 15, voltages V1, V2, V3, and V4 are applied to regions 2 ', 1', 2, and 1, respectively, as a back gate. Here, in order to prevent a current from flowing due to a forward bias between the back gates,
Assuming that the t-in voltage is Vi, V3> V4-Vi, and V1
> V2-Vi.

【0060】本回路構成において、Qn2のソース電極
は、Qn1の直列抵抗のために、Qn1とQn2の入力
電圧がVDDで導通した状態において、0VよりもVs
だけ上昇する。一方、Qn1のソース電極は0Vに接続
されており、Qn1よりもQn2の方がソース電圧が上
昇する。このため、Qn1とQn2に等しいしきい値の
トランジスタを用いた場合、Qn2の電流駆動能力は、
n1の電流駆動能力に比べ、ゲート電圧を(VDD−
Vs)だけ減じたことに相当し低下する。よって、Q
n2をオンする場合の遷移時間の方が、Qn1をオンす
る場合の遷移時間よりも長くなり、入力端子の差によっ
て遷移時間に差が生じ、回路のタイミング設計上問題と
なる。
[0060] In this circuit configuration, the source electrode of Q n2, for the series resistance of Q n1, in a state where the input voltage of Q n1 and Q n2 is conductive for VDD, Vs than 0V
Just rise. On the other hand, the source electrode of Q n1 is connected to 0V, and towards the Q n2 than Q n1 source voltage increases. Therefore, when a transistor having a threshold value equal to Q n1 and Q n2 is used, the current driving capability of Q n2 becomes
Compared to the current driving capability of the Q n1, the gate voltage (VDD-
Vs). Therefore, Q
The transition time when n2 is turned on is longer than the transition time when Qn1 is turned on, and there is a difference in the transition time due to the difference between the input terminals, which is a problem in circuit timing design.

【0061】ここで、第1の実施形態で説明したよう
に、このソース電圧上昇によるQn2のQn1に対する
電流駆動能力低下を抑えるためには、Qn2のしきい値
Vth2をQn1のしきい値Vth1より低くする条件が
必要である。特に、ほぼVth2=Vth1−Vsとすれば、
n2とQn1の電流駆動能力をほぼ等しくなり、入力
端子に依らず遅延時間をほぼ等しくできる。
[0061] Here, as described in the first embodiment, in order to suppress the current driving capability decreases for Q n1 of Q n2 by the source voltage rises, the threshold Vth2 of Q n2 Q n1 Works A condition for lowering the threshold value than Vth1 is required. In particular, if Vth2 = Vth1−Vs,
The current driving capabilities of Qn2 and Qn1 are almost equal, and the delay times can be almost equal regardless of the input terminal.

【0062】ここで、本実施形態では、Qn2の電流方
向が、しきい値が低くなる方向であり、Qn1の電流方
向が、しきい値が高くなる方向であるので、n型MIS
FETのバックゲート電圧V1およびV2を調整するこ
とによりこの条件を満たすことができる。この時、p型
MISFET Qp1およびQp2はしきい値が高くな
る方向に共に電流が流れる。よって、2つのp型MIS
FETをオンする場合の遷移時間はほぼ等しく、入力端
子の差によって生じる遷移時間の差はバックゲート電圧
V1およびV2を変化させても変わらない。すなわち、
本2入力NAND回路の遅延時間の入力端子による差を
減少するには、Qn1オン時の遷移時間をQn2オン時
の遷移時間とほぼ等しくなるようにV1およびV2を制
御すればよい。
Here, in this embodiment, the current direction of Qn2 is the direction in which the threshold value becomes lower, and the current direction of Qn1 is the direction in which the threshold value becomes higher.
This condition can be satisfied by adjusting the back gate voltages V1 and V2 of the FET. At this time, current flows in both p-type MISFETs Q p1 and Q p2 in the direction of increasing the threshold. Therefore, two p-type MIS
The transition time when the FET is turned on is substantially equal, and the difference in transition time caused by the difference between the input terminals does not change even when the back gate voltages V1 and V2 are changed. That is,
To reduce the difference according to the input terminal of the delay time of the 2-input NAND circuit, a transition time during Q n1 on may be controlled V1 and V2 so as to be substantially equal to the transition time when Q n2 on.

【0063】一方、図15(b)および図16(b)に
おいて、Qn1、Qn2が上述した電流方向によってし
きい値が異なるn型MISFETであり、Qp1、Q
p2が上述した電流方向によってしきい値が異なるp型
MISFETである。これらは、図16(b)のように
対向して形成されることが、配線遅延を抑えるために望
ましい。図16(b)において、17,17’および1
7”は、W,CuまたはAlからなる金属配線を示し、
17’はVDDに接続されており、17”は0Vに接続
されている。Qp2のドレイン電極が出力ノードと接続
されている。また、Qp2のソース電極が、Qp1のド
レイン電極と接続されている。さらに、Qp1のソース
電極は、例えばVDDを有する電圧ノードと接続されて
いる。また、Qp1のゲート電極は、Qn1のゲート電
極と接続され、第一の電圧入力端子(IN1)となって
いる。さらに、Qp2のゲート電極は、Qn2のゲート
電極と接続され、第二の電圧入力端子(IN2)となっ
ている。さらに、Qn1およびQn2のソース電極は、
共に、例えば、0Vの電圧を有する電圧ノード17”と
接続され、ドレイン電極は出力ノードに接続されてい
る。つまり、本構成は、2入力NORの論理回路を示し
ており、IN1、IN2、OUTは、ほぼ0Vおよびほ
ぼVDDの2つの論理値に対応した電圧を有するように
動作する。
On the other hand, in FIGS. 15 (b) and 16 (b), Q n1 and Q n2 are n-type MISFETs having different threshold values depending on the above-mentioned current directions, and Q p1 and Q n
p2 is a p-type MISFET having a different threshold value depending on the current direction described above. These are desirably formed facing each other as shown in FIG. 16B in order to suppress wiring delay. In FIG. 16B, 17, 17 'and 1
7 ″ indicates a metal wiring made of W, Cu or Al;
17 'is connected to VDD, 17 "is connected to the drain electrode output node of .Q p2 connected to 0V. The source electrode of Q p2 is connected to the drain electrode of Q p1 Further, a source electrode of Q p1 is connected to a voltage node having, for example, VDD, and a gate electrode of Q p1 is connected to a gate electrode of Q n1 to form a first voltage input terminal ( has become IN1). further, the gate electrode of Q p2 is connected to the gate electrode of Q n2, and has a second voltage input terminal (IN2). further, the source electrode of Q n1 and Q n2 are ,
Both are connected to, for example, a voltage node 17 ″ having a voltage of 0V, and the drain electrode is connected to the output node. That is, this configuration shows a two-input NOR logic circuit, and IN1, IN2, and OUT Operate to have voltages corresponding to two logical values of approximately 0 V and approximately VDD.

【0064】図15において、バックゲートとして、領
域2’,1’,2,1にはそれぞれ、V1,V2,V
3,V4の電圧が印加されている。ここで、バックゲー
ト間で順方向バイアスになり電流が流れないようにする
には、バックゲート間のbuilt-in電圧をViとして、V
3>V4−Vi、およびV1>V2−Viの条件を満た
すことが必要となる。
In FIG. 15, V1, V2, V1, V2, V1
3 and V4 are applied. Here, in order to prevent a current from flowing due to a forward bias between the back gates, the build-in voltage between the back gates is set to Vi,
It is necessary to satisfy the conditions of 3> V4-Vi and V1> V2-Vi.

【0065】本回路構成において、Qp2のソース電極
は、Qp1の直列抵抗のために、Qp1とQp2の入力
電圧が0Vで導通した状態において、VDDよりもVs
だけ低下する。一方、Qp1のソース電極は0Vに接続
されており、Qp1よりもQp2の方がソース電圧が低
下する。このため、Qp1とQp2に等しいしきい値の
トランジスタを用いた場合、Qp2の電流駆動能力は、
p1の電流駆動能力に比べ、ゲート電圧をVsだけ上
昇させたことに相当し、低下する。よって、Qp2をオ
ンする場合の遷移時間の方が、Qp1をオンする場合の
遷移時間よりも長くなり、入力端子の差によって遷移時
間に差が生じ、回路のタイミング設計上問題となる。
[0065] In this circuit configuration, the source electrode of Q p2, due to the series resistance of Q p1, in a state where the input voltage of Q p1 and Q p2 is conductive for 0V, than VDD Vs
Just drop. On the other hand, the source electrode of Q p1 is connected to 0V, and towards the Q p2 source voltage becomes lower than Q p1. Therefore, when a transistor having a threshold value equal to Q p1 and Q p2 is used, the current driving capability of Q p2 becomes
Compared to the current driving capability of the Q p1, a gate voltage equivalent to that raised by Vs, it decreases. Thus, towards the transition time when turning on the Q p2 is longer than the transition time when turning on the Q p1, differences in the transition time by the difference between the input terminals is generated, the timing design issues of the circuit.

【0066】ここで、第1の実施形態で説明したよう
に、このソース電圧上昇によるQp2のQp1に対する
電流駆動能力低下を抑えるためには、Qp2のしきい値
Vth3をQp1のしきい値Vth4より低くする条件が必要
である。特に、ほぼVth4=Vth3−Vsとすれば、Q
p2とQp1の電流駆動能力をほぼ等しくなり、入力端
子に依らず遅延時間をほぼ等しくできる。
[0066] Here, as described in the first embodiment, in order to suppress the reduction current driving capability for Q p1 of Q p2 by the source voltage rises, the threshold Vth3 of Q p2 Q p1 Works A condition for lowering the threshold value than Vth4 is required. In particular, if approximately Vth4 = Vth3−Vs, Q
The current driving capabilities of p2 and Qp1 are almost equal, and the delay time can be almost equal regardless of the input terminal.

【0067】ここで、本実施形態では、Qp2の電流方
向が、しきい値が低くなる方向であり、Qp1の電流方
向が、しきい値が高くなる方向であるので、p型MIS
FETのバックゲート電圧V3およびV4を調整するこ
とによりこの条件を満たすことができる。この時、n型
MISFET Qn1およびQn2はしきい値が高くな
る方向に共に電流が流れる。よって、2つのn型MIS
FETをオンする遷移時間はほぼ等しく、入力端子の差
によって生じる遷移時間の差はバックゲート電圧V3お
よびV4を変化させても変わらない。すなわち、本2入
力NOR回路の遅延時間の入力端子による差を減少する
には、Qp1オン時の遷移時間をQp2オン時の遷移時
間とほぼ等しくなるようにV3およびV4を制御すれば
よい。
Here, in the present embodiment, the current direction of Q p2 is a direction in which the threshold value is lower, and the current direction of Q p1 is a direction in which the threshold value is higher.
This condition can be satisfied by adjusting the back gate voltages V3 and V4 of the FET. At this time, a current flows in both the n-type MISFETs Q n1 and Q n2 in the direction of increasing the threshold value. Therefore, two n-type MIS
The transition times for turning on the FETs are substantially equal, and the difference between the transition times caused by the difference between the input terminals does not change even when the back gate voltages V3 and V4 are changed. That is, in order to reduce the difference by the input terminal of the delay time of the two-input NOR circuit, the transition time when Q p1 on may be controlled V3 and V4 so as to be substantially equal to the transition time when Q p2 on .

【0068】以上から、本実施形態のNAND回路およ
びNOR回路は、同一基板状に形成し、バックゲート端
子を共有しても、入力端子の差によって生じる遷移時間
の差をそれぞれ独立にV1、V2、V3およびV4を制
御することによって、それぞれ最小にすることができ
る。よって、これらと一入力インバータを組み合わせた
論理回路において、入力端子の差に起因する遅延時間の
ずれを最小にすることが可能になる。
As described above, even if the NAND circuit and the NOR circuit of the present embodiment are formed on the same substrate and share the back gate terminal, the transition time difference caused by the difference between the input terminals is independently V1 and V2. , V3 and V4, respectively, can be minimized. Therefore, in a logic circuit in which these are combined with a one-input inverter, it is possible to minimize a delay time shift caused by a difference between input terminals.

【0069】図17(b)はクロックドインバータに対
する回路図であり、図17(a)は、図17(b)に対
応するクロックドインバータに対する配線層のレイアウ
トを示しており、図10のトランジスタ配置を用いてい
る。図17(a)および図17(b)において、
n1、Qn2が上述した電流方向によってしきい値が
異なるn型MISFETであり、Qp1、Qp2が上述
した電流方向によってしきい値が異なるp型MISFE
Tである。これらは、図17(a)のように対向して形
成されることが、配線遅延を抑えるために望ましい。図
17(a)において、17,17’ および17”は、
W,CuまたはAlからなる金属配線を示し、17’は
VDDに接続されており、17”は0Vに接続されてい
る。ここで、Qn2の共通電極でない側のドレイン電極
が出力ノードと接続されている。また、Qn2の共通電
極となるソース電極が、Qn1のドレイン電極と接続さ
れている。さらに、Qn1のソース電極は、GNDと図
15では表記されている0Vを有する電圧ノード1
7’’と接続されている。さらに、Qp2の共通電極で
ない側のドレイン電極が出力ノードと接続されている。
また、Qp2の共通電極となるソース電極が、Qp1
ドレイン電極と接続されている。さらに、Qp1のソー
ス電極は、GNDと図15では表記されている0Vを有
する電圧ノード17’’と接続されている。
FIG. 17B is a circuit diagram for a clocked inverter, and FIG. 17A shows a layout of a wiring layer for the clocked inverter corresponding to FIG. The arrangement is used. In FIG. 17 (a) and FIG. 17 (b),
Q n1 and Q n2 are n-type MISFETs with different thresholds depending on the current direction described above, and Q p1 and Q p2 are p-type MISFEs with different thresholds depending on the current direction described above.
T. These are desirably formed facing each other as shown in FIG. 17A in order to suppress wiring delay. In FIG. 17 (a), 17, 17 'and 17 "
W, represents a metal wiring made of Cu or Al, 17 'are connected to VDD, 17 "is connected to 0V. Connections The drain electrode of the side not common electrode of Q n2 is an output node is. also, the common electrode to become the source electrode of Q n2 is connected to the drain electrode of Q n1. in addition, the source electrode of Q n1, the voltage having a 0V that is denoted in GND and 15 Node 1
7 ''. Further, the drain electrode of the non-common electrode of Qp2 is connected to the output node.
Further, a source electrode serving as a common electrode of Qp2 is connected to a drain electrode of Qp1 . Further, the source electrode of Q p1 is connected to the voltage node 17 '' having a 0V that is denoted in GND and 15.

【0070】また、Qn2のゲート電極は、Qp2のゲ
ート電極と接続され、インバータの電圧入力端子(I
N)となっている。さらに、Qn1のゲート電極は、ク
ロック入力faiと接続され、Qp1のゲート電極は、
クロックの入力の反転入力/faiと接続されている。
つまり、本構成は、faiがVDDで/faiが0Vの
時にINの反転出力が得られ、faiが0Vで/fai
がVDDの時に出力が高インピーダンス状態となるクロ
ックドインバータの論理回路を示しており、IN、fa
i、/fai、OUTは、ほぼ0VおよびほぼVDDの
2つの論理値に対応した電圧を有するように動作する。
また、図15において、バックゲートとして、領域
2’,1’,2,1にはそれぞれ、V1,V2,V3,
V4の電圧が印加されている。ここでバックゲート間で
順方向バイアスになり電流が流れないようにするには、
バックゲート間のbuilt-in電圧をViとして、V3>V
4−Vi、およびV1>V2−Viの条件を満たすこと
が必要となる。
[0070] The gate electrode of Q n2 is connected to the gate electrode of Q p2, the inverter voltage input terminal (I
N). Furthermore, the gate electrode of Q n1 is connected to the clock input fai, the gate electrode of Q p1 is
It is connected to the inverted input / fai of the clock input.
That is, in the present configuration, an inverted output of IN is obtained when fai is VDD and / fai is 0 V, and / fai is obtained when fai is 0 V.
Shows a logic circuit of a clocked inverter whose output becomes a high impedance state when VDD is VDD, and IN, fa
i, / fai, and OUT operate to have voltages corresponding to two logical values of approximately 0 V and approximately VDD.
Also, in FIG. 15, V1, V2, V3, and V3 are provided in regions 2 ', 1', 2, 1 as back gates, respectively.
The voltage V4 is applied. Here, in order to prevent forward current due to forward bias between back gates,
Assuming that the built-in voltage between the back gates is Vi, V3> V
It is necessary to satisfy the conditions of 4-Vi and V1> V2-Vi.

【0071】本回路構成において、Qn2のソース電極
は、Qn1の直列抵抗のために、Qn1とQn2の入力
電圧がVDDで導通した状態において、0VよりもVs
だけ上昇する。このため、Qn2の電流駆動能力は、Q
n2のソース電極を0Vに接地した場合に比べ、ゲート
電圧を(VDD−Vs)だけ減じたことに相当し低下す
る。一方、Qp2のソース電極は、Qp1の直列抵抗の
ために、Qp1とQp2の入力電圧が0Vで導通した状
態において、VDDよりもVsだけ低下する。このた
め、Qp2の電流駆動能力は、Qp2のソース電極をV
DDに接続した場合に比べ、ゲート電圧をVsだけ上昇
させたことに相当し、低下する。よって、Qp2のソー
ス電極をVDDに接続し、Qn2のソース電極を0Vに
接続した通常のインバータと比較して、同じトランジス
タ寸法でも本インバータの遅延時間が大きくなる。ま
た、Qp2およびQn2の電流駆動能力低下により、ク
ロック信号faiおよび/faiに入力に比べ、INに
加わる信号に対して出力信号の遅延時間が増大するの
で、回路のタイミング設計上問題となる。
[0071] In this circuit configuration, the source electrode of Q n2, for the series resistance of Q n1, in a state where the input voltage of Q n1 and Q n2 is conductive for VDD, Vs than 0V
Just rise. Therefore, the current driving capability of Qn2 is Q
As compared with the case where the source electrode of n2 is grounded to 0 V, the gate voltage is reduced by (VDD-Vs). On the other hand, the source electrode of Q p2, due to the series resistance of Q p1, the input voltage of Q p1 and Q p2 is in a state where the conduction 0V, thereby lowering only the Vs than VDD. Therefore, the current driving capability of the Q p2 is the source electrode of Q p2 V
This corresponds to increasing the gate voltage by Vs, which is lower than the case of connecting to DD. Therefore, to connect the source electrode of Q p2 to VDD, a source electrode of Q n2 compared to conventional inverters connected to 0V, and the delay time of the inverter is increased even with the same transistor size. Further, the current drivability reduction in Q p2 and Q n2, compared with the input clock signal fai and / fai, since the delay time of the output signal to the signal applied to IN is increased, a problem timing design of the circuit .

【0072】ここで、第1の実施形態で説明したよう
に、このソース電圧上昇によるQn2のQn1に対する
電流駆動能力低下を抑えるためには、Qn2のしきい値
Vth2をQn1のしきい値Vth1より低くする条件が必要
である。特に、ほぼVth2=Vth1−Vsとすれば、Q
n2とQn1の電流駆動能力をほぼ等しくなり、入力端
子に依らず遅延時間をほぼ等しくできる。さらに、ソー
ス電圧上昇によるQp2のQp1に対する電流駆動能力
低下を抑えるためには、Qp2のしきい値Vth3をQ
p1のしきい値Vth4より低くする条件が必要である。
特に、ほぼVth4=Vth3−Vsとすれば、Qp2とQ
p1の電流駆動能力をほぼ等しくなり、入力端子に依ら
ず遅延時間をほぼ等しくできる。
[0072] Here, as described in the first embodiment, in order to suppress the reduction current driving capability for Q n1 of Q n2 by the source voltage rises, the threshold Vth2 of Q n2 Q n1 Works A condition for lowering the threshold value than Vth1 is required. In particular, if approximately Vth2 = Vth1−Vs, Q
The current driving capabilities of n2 and Qn1 are almost equal, and the delay time can be almost equal regardless of the input terminal. Furthermore, in order to suppress the reduction current driving capability for Q p1 of Q p2 by the source voltage rises, the threshold Vth3 of Q p2 Q
A condition for lowering the threshold value than the threshold value Vth4 of p1 is required.
In particular, when almost Vth4 = Vth3-Vs, Q p2 and Q
The current driving capability of p1 is substantially equal, and the delay time can be substantially equal regardless of the input terminal.

【0073】ここで、本実施形態では、Qn2の電流方
向が、しきい値が低くなる方向であり、Qn1の電流方
向が、しきい値が高くなる方向であるので、n型MIS
FETのバックゲート電圧V1およびV2を調整するこ
とによりこの条件を満たすことができる。さらに、本実
施形態では、Qp2の電流方向が、しきい値が低くなる
方向であり、Qp1の電流方向が、しきい値が高くなる
方向であるので、p型MISFETのバックゲート電圧
V3およびV4を調整することによりこの条件を満たす
ことができる。
Here, in the present embodiment, the current direction of Qn2 is the direction in which the threshold value decreases, and the current direction of Qn1 is the direction in which the threshold value increases.
This condition can be satisfied by adjusting the back gate voltages V1 and V2 of the FET. Further, in the present embodiment, the current direction of Qp2 is a direction in which the threshold value is lower, and the current direction of Qp1 is a direction in which the threshold value is higher. Therefore, the back gate voltage V3 of the p-type MISFET is By adjusting V4 and V4, this condition can be satisfied.

【0074】以上から、入力INの出力遅延時間を、ク
ロック入力faiおよび/faiに対する出力遅延時間
に比べ、等しいか短くすることができ、より高速にスイ
ッチングするインバータを形成することができる。
As described above, the output delay time of the input IN can be made equal to or shorter than the output delay time for the clock inputs fai and / fai, and an inverter that switches faster can be formed.

【0075】なお、電流の流れる方向によってしきい値
に差が生じるトランジスタを縦続接続した場合の電流駆
動能力の劣化を抑える本特徴は、上記に示したスタティ
ック論理回路のみならず、さらに多入力の論理回路やダ
イナミック回路にも用いることができ、その入力端子に
依存した遅延時間の差を短縮することができる。
The feature of suppressing the deterioration of the current driving capability when cascade-connected transistors whose thresholds differ depending on the direction of the current flow is not limited to the above-described static logic circuit, but also to a further multi-input circuit. The present invention can be used for a logic circuit or a dynamic circuit, and a difference in delay time depending on an input terminal can be reduced.

【0076】本実施形態によれば、以下のような効果が
得られる。 (1)トランジスタのバックゲート電極として作用する
領域1,1’,2,2’ は支持基板5に対して電気的
に分離されている。よって、chip全体よりもバック
ゲートを印加する領域を縮小することができ、領域1,
1’,2,2’の容量を小さくすることができる。よっ
て、領域1,1’,2,2’に接続された基板バイアス
電源として、より小さな容量の電源を用いることがで
き、基板バイアス電源の回路面積および消費電力を小さ
くすることができる。また、基板を通じてのノイズの影
響を受けることが少なくなり、低ノイズの回路を安定に
実現することができる。
According to the present embodiment, the following effects can be obtained. (1) The regions 1, 1 ′, 2 and 2 ′ that function as back gate electrodes of the transistor are electrically isolated from the supporting substrate 5. Therefore, the region to which the back gate is applied can be made smaller than the entire chip, and
The capacity of 1 ', 2, 2' can be reduced. Therefore, a power supply having a smaller capacity can be used as the substrate bias power supply connected to the regions 1, 1 ', 2, 2', and the circuit area and power consumption of the substrate bias power supply can be reduced. Further, the influence of noise through the substrate is reduced, and a low-noise circuit can be stably realized.

【0077】(2)図11のバックゲート電極として作
用するn型バックゲート領域の電圧及びp型バックゲ
ート領域の電圧とを制御することによって、p型MI
SFETのしきい値、および、ソースおよびドレインの
電流方向によるしきい値の差を制御することができる。
また、図12のバックゲート電極として作用するn型
ックゲート領域’及びp型バックゲート領域’の電
圧を制御することによって、n型MISFETのしきい
値、および、ソースおよびドレインの電流方向によるし
きい値の差を独立に制御することができる。よって、例
えば、半導体素子を配線層まで形成し実動作状態となっ
た後に、外部電圧入力によって、しきい値の差を制御
し、論理回路の遅延時間を最適化することができる。
[0077] (2) the voltage of the n-type back gate region 1 which acts as a back gate electrode 11 and p-type back gate
By controlling the voltage of the gate region 2 , the p-type MI
It is possible to control the threshold value of the SFET and the difference in threshold value depending on the current direction of the source and the drain.
In addition, an n-type bus acting as a back gate electrode in FIG.
By controlling the voltages of the gate region 1 ′ and the p-type back gate region 2 ′, the difference between the threshold value of the n-type MISFET and the threshold value depending on the current direction of the source and drain can be independently controlled. . Therefore, for example, after the semiconductor element is formed up to the wiring layer and enters an actual operation state, the difference in threshold value can be controlled by external voltage input, and the delay time of the logic circuit can be optimized.

【0078】(3)配線のレイアウトパターンの変更な
しに、NORやNAND回路およびクロックドインバー
タ論理回路の最大遅延と最小遅延の差を短縮することが
できる。よって、より論理回路の同期余裕に必要な時間
を小さくすることができ、より高速に論理回路を動作さ
せることができる。
(3) The difference between the maximum delay and the minimum delay of the NOR or NAND circuit and the clocked inverter logic circuit can be reduced without changing the wiring layout pattern. Therefore, the time required for the synchronization margin of the logic circuit can be reduced, and the logic circuit can be operated at higher speed.

【0079】(4)MISFETのバックゲートとし
て、ソース・ドレイン領域と同じ導電型のバックゲート
をソース・ドレイン層およびチャネル層の下全面に形成
した場合に比較して、ソース・ドレイン領域と逆の導電
型のバックゲートを形成したソース・ドレイン層の一方
の、バックゲートに対する容量を低減することができ
る。特に、ドレイン領域に逆の導電型のバックゲートを
形成した場合には、ドレイン電圧が高い場合に、バック
ゲート領域が空乏化するためにバックゲートに対するド
レイン容量が低減し、ドレインと接続された論理回路出
力の負荷容量を低減し高速動作させることができる。
(4) As the back gate of the MISFET, a back gate of the same conductivity type as the source / drain region is formed on the entire surface under the source / drain layer and the channel layer. The capacity of one of the source / drain layers on which the conductive back gate is formed with respect to the back gate can be reduced. In particular, when a back gate of the opposite conductivity type is formed in the drain region, when the drain voltage is high, the drain capacitance with respect to the back gate is reduced because the back gate region is depleted, and the logic connected to the drain is reduced. The load capacity of the circuit output can be reduced and high-speed operation can be performed.

【0080】一方、ソース・ドレイン領域と逆の導電型
のバックゲートをソース・ドレイン層およびチャネル層
の下全面に形成した場合に比較して、チャネルに対向し
たバックゲート領域の空乏化が小さくため、よりチャネ
ル電位を一定に保つことができ、ゲート長が短くなって
も、しきい値が低下しにくくなる。
On the other hand, the depletion of the back gate region facing the channel is smaller than when the back gate of the conductivity type opposite to that of the source / drain region is formed on the entire lower surface of the source / drain layer and the channel layer. , The channel potential can be kept more constant, and the threshold value is less likely to decrease even if the gate length is shortened.

【0081】(5)図10の領域1および2’で示すよ
うに、バックゲートとなる1つの導電型を有する半導体
領域を2つのトランジスタで共有することができる。よ
って、ゲート長がソース・ドレイン領域のゲート長に沿
った長さよりも小さくなっても、領域1’および2’の
チャネル方向長さをゲート長よりも広く確保することが
できる。このため、バックゲートのデザインルールをゲ
ートに対するデザインルールより緩和することができ、
より分解能の低い安価なリソグラフィ装置を用いてバッ
クゲートを形成することができる。また、領域1’およ
び2’の幅を広く確保することができるので、バックゲ
ート抵抗を小さく保つことができ、チャネル幅が増大し
ても安定したバックゲート電圧を印加することができ
る。
(5) As shown by regions 1 and 2 ′ in FIG. 10, a semiconductor region having one conductivity type serving as a back gate can be shared by two transistors. Therefore, even if the gate length is smaller than the length of the source / drain regions along the gate length, the length in the channel direction of the regions 1 'and 2' can be ensured to be wider than the gate length. For this reason, the design rule of the back gate can be relaxed from the design rule for the gate,
The back gate can be formed using an inexpensive lithography apparatus with lower resolution. In addition, since the widths of the regions 1 ′ and 2 ′ can be made large, the back gate resistance can be kept small, and a stable back gate voltage can be applied even if the channel width increases.

【0082】図18に本発明の第3の実施形態の構造平
面図を示す。図18は配線層およびコンタクト層を省略
した上面図、図19(a)および図19(b)は、それ
ぞれ図10の矢視A−A’、B−B’の断面図である。
第1及び第2の実施形態と同一部分には、同一符号を付
けて詳しい説明は省略する。本実施形態は、第2の実施
形態と比較して直列接続されたトランジスタのしきい値
の制御法および素子分離構造が一部異なっている。ま
た、図19では、p型MISFETが2つ直列されたも
のが2つ、n型MISFETが2つ直列されたものが2
つ形成されている。
FIG. 18 is a structural plan view of the third embodiment of the present invention. FIG. 18 is a top view in which the wiring layer and the contact layer are omitted, and FIGS. 19A and 19B are cross-sectional views taken along arrows AA ′ and BB ′ in FIG. 10, respectively.
The same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. This embodiment is partially different from the second embodiment in the method of controlling the threshold value of the transistors connected in series and the element isolation structure. In FIG. 19, two p-type MISFETs are connected in series, and two n-type MISFETs are connected in series.
One is formed.

【0083】図19(a)に示す1つの半導体島状領域
に形成された隣接するp型MISFETは、直列接続し
たトランジスタで共有されたp型半導体からなるソース
・ドレイン領域15を備えている。さらに、ゲート電極
10を挟んでソース・ドレイン領域15と対向して、p
型半導体からなる領域11が形成されている。これら、
領域15および領域11は、p型MISFETのソース
領域およびドレイン領域、またはドレイン領域およびソ
ース領域を形成している。さらに、ゲート電極10とゲ
ート絶縁膜9下のn型不純物添加からなる領域4が、p
型MISFETのチャネル領域となっている。ここで、
このチャネル領域の下の空乏化していない領域(図19
の点線部)をボディ領域20という。
An adjacent p-type MISFET formed in one semiconductor island region shown in FIG. 19A has a source / drain region 15 made of a p-type semiconductor shared by transistors connected in series. Further, the gate electrode 10 is opposed to the source / drain region 15 with the gate electrode 10 interposed therebetween.
A region 11 made of a mold semiconductor is formed. these,
The region 15 and the region 11 form a source region and a drain region or a drain region and a source region of the p-type MISFET. Further, the region 4 formed by adding an n-type impurity under the gate electrode 10 and the gate insulating film 9 is
It is a channel region of the type MISFET. here,
An undepleted region under this channel region (FIG. 19)
(Dotted line portion) is referred to as a body region 20.

【0084】さらに、p型ソース・ドレイン領域11と
n型ボディ領域20との接合の下または側面には、例え
ば1018〜1020cm−3n型不純物としてP、A
s、またはSbを添加した領域19が形成されており、
pn接合のトンネルリーク電流が増加するように設定し
てある。ここで、領域19はソース・ドレイン領域11
に接して選択的に形成され、共有されるソース・ドレイ
ン領域15やダミーソース・ドレイン領域11’’’に
は形成されない。さらに、領域11のゲート電極10が
形成されない側の側面には、フィールドシールド分離を
行うためのダミーゲート電極10’’が形成されてい
る。このダミーゲートは、例えば酸化膜からなる素子分
離13に側面を接した部分のダミーの11と同じ導電型
を有するダミーソース・ドレイン領域11’’’ を、
ソース・ドレイン領域11から電気的に分離するための
ゲートであり、ダミーソース・ドレイン領域11’’’
と基板4との素子分離13に沿った側面リークの影響を
小さくするためのものであり、通常VDD に接続され
遮断状態となっている。また、図の中央のダミーゲート
10’’は、2つのp型MISFETのソース・ドレイ
ン領域11をフィールドシールド分離するためのもので
あり、通常VDD に接続され遮断状態となっている。
図19では、1つの半導体島状領域に対して、回路素子
として用いられる4つのp型MISFET、すなわちQ
p1、Qp2、Qp3、Qp4を形成した例を示してい
るが、A−A’方向に半導体島状領域を延ばして、フィ
ールドシールドゲートを形成することにより、さらに多
く形成しても構わない。
Further, below or on the side surface of the junction between the p-type source / drain region 11 and the n-type body region 20, for example, P and A are formed as 10 18 to 10 20 cm −3 n-type impurities.
A region 19 to which s or Sb is added is formed,
The tunnel leakage current of the pn junction is set to increase. Here, the region 19 is the source / drain region 11
And is not formed in the shared source / drain region 15 or the dummy source / drain region 11 ′ ″. Further, a dummy gate electrode 10 ″ for performing field shield isolation is formed on the side surface of the region 11 on the side where the gate electrode 10 is not formed. The dummy gate has a dummy source / drain region 11 ′ ″ having the same conductivity type as the dummy 11 in a portion in contact with the element isolation 13 made of, for example, an oxide film.
A gate for electrically separating from the source / drain region 11 and a dummy source / drain region 11 '''
This is for reducing the influence of side leakage along the element isolation 13 between the substrate and the substrate 4, and is normally connected to VDD and is in a cutoff state. The dummy gate 10 ″ in the center of the figure is for separating the source / drain region 11 of the two p-type MISFETs from the field shield, and is normally connected to VDD and is in a cutoff state.
In FIG. 19, four p-type MISFETs used as circuit elements, ie, Q
Although an example in which p1 , Qp2 , Qp3 , and Qp4 are formed is shown, more may be formed by extending a semiconductor island region in the AA 'direction and forming a field shield gate. Absent.

【0085】一方、図19(b)に示す1つの半導体島
状領域に形成された隣接するn型MISFETは、直列
接続したトランジスタで共有されたn型半導体からなる
ソース・ドレイン領域15’を備えている。さらに、ゲ
ート電極10’を挟んでn型ソース・ドレイン領域1
5’と対向して、n型半導体からなるソース・ドレイン
領域11’が形成されている。これら、領域15’およ
び領域11’は、n型MISFETのソース領域および
ドレイン領域、またはドレイン領域およびソース領域を
形成している。さらに、ゲート電極10’とゲート絶縁
膜9下のp型不純物添加からなる領域4’が、n型MI
SFETのチャネル領域となっている。
On the other hand, an adjacent n-type MISFET formed in one semiconductor island region shown in FIG. 19B has a source / drain region 15 ′ made of an n-type semiconductor shared by transistors connected in series. ing. Further, the n-type source / drain region 1 is sandwiched between the gate electrodes 10 '.
A source / drain region 11 'made of an n-type semiconductor is formed opposite to 5'. These regions 15 'and 11' form a source region and a drain region or a drain region and a source region of the n-type MISFET. Further, a region 4 ′ formed by adding a p-type impurity below the gate electrode 10 ′ and the gate insulating film 9 is an n-type
This is the channel region of the SFET.

【0086】さらに、n型ソース・ドレイン領域11’
とp型ボディ領域20’との接合の下または側面には、
例えば1018〜1020cm−3n型不純物として
B,またはInを添加した領域19’が形成されてお
り、pn接合のトンネルリーク電流が増加するように設
定してある。ここで、領域19’はソース・ドレイン領
域11’ に接して選択的に形成され、共有されるソー
ス・ドレイン領域15’やダミーソース・ドレイン領域
11’’’’には形成されない。さらに、11’のゲー
ト電極10’ が形成されない側の側面には、フィール
ドシールド分離を行うためのダミーゲート電極10’’
が形成されている。このダミーゲート電極10’’は、
例えば酸化膜からなる素子分離13に側面を接した部分
のダミーの11’と同じ導電型を有するダミーソース・
ドレイン領域11’’’’を、ソース・ドレイン領域1
1’から電気的に分離するためのゲートであり、ダミー
ソース・ドレイン領域11’’’’と基板4’との素子
分離13に沿った側面リークの影響を小さくするための
ものでであり、通常0Vに接続され遮断状態となってい
る。また、図の中央のダミーゲート電極10’’は、2
つのn型MISFETのソース・ドレイン領域11をフ
ィールドシールド分離するためのためのものであり、通
常0Vに接続され遮断状態となっている。図19では、
1つの半導体島状領域に対して、回路素子として用いら
れる4つのn型MISFET、すなわちQn1
n2、Qn3、Qn4を形成した例を示しているが、
B−B’方向に半導体島状領域を延ばして、フィールド
シールドゲートを形成することにより、さらに多く形成
しても構わない。
Further, n-type source / drain regions 11 '
Below or on the side of the junction between
For example, a region 19 ′ to which B or In is added as an n-type impurity of 10 18 to 10 20 cm −3 is formed, and the region 19 ′ is set so as to increase the tunnel leakage current of the pn junction. Here, the region 19 'is selectively formed in contact with the source / drain region 11', and is not formed in the shared source / drain region 15 'or the dummy source / drain region 11 "". Further, a dummy gate electrode 10 ″ for performing field shield isolation is provided on the side surface on the side where the gate electrode 10 ′ of 11 ′ is not formed.
Is formed. This dummy gate electrode 10 ″
For example, a dummy source having the same conductivity type as the dummy 11 'in a portion in contact with the side surface of the element isolation 13 made of an oxide film.
The drain region 11 ″ ″ is connected to the source / drain region 1
A gate for electrically separating the substrate from the dummy source / drain region 11 '''' and the substrate 4 'to reduce the influence of side leakage along the element isolation 13; Usually, it is connected to 0V and is in a cutoff state. The dummy gate electrode 10 ″ at the center of the figure is
This is for separating the source / drain regions 11 of the two n-type MISFETs from each other in a field shield, and is normally connected to 0 V and is in a cutoff state. In FIG.
For one semiconductor island region, four n-type MISFETs used as circuit elements, ie, Q n1 ,
Although an example in which Q n2 , Q n3 , and Q n4 are formed is shown,
The semiconductor island region may be extended in the BB 'direction and the field shield gate may be formed to form a larger number.

【0087】ここで、図18のように、n型MISFE
Tおよびp型MISFETはアレイ状に形成されること
が、金属配線の結線によって多段の論理回路を形成する
には望ましい。ここで、ゲート電極10および10’
は、しきい値を制御するために、異なる導電型を有する
半導体であってもよい。具体的には、ゲート電極10と
しては、1019cm−3以上Bを添加したポリシリコ
ン電極であり、ゲート電極10’としては、1019
−3以上PまたはAsを添加したポリシリコン電極で
あればよい。
Here, as shown in FIG. 18, the n-type MISFE
It is desirable that the T and p-type MISFETs be formed in an array in order to form a multi-stage logic circuit by connecting metal wires. Here, the gate electrodes 10 and 10 ′
May be semiconductors having different conductivity types to control the threshold. Specifically, the gate electrode 10 is a polysilicon electrode to which B is added at 10 19 cm −3 or more, and the gate electrode 10 ′ is 10 19 c
Any polysilicon electrode to which P or As is added to m −3 or more may be used.

【0088】また、ゲート電極10および10’の側面
には、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜から絶
縁膜3が形成されている。これは、ゲート電極10とソ
ース・ドレイン領域15またはソース・ドレイン領域1
1との電気的絶縁を良好に保つためのものである。さら
に、半導体島状領域間には、例えば、シリコン酸化膜か
らなる素子分離絶縁膜13が形成されている。さらに、
MISFET上部には、例えば、シリコン酸化膜からな
る層間絶縁膜12が形成されている。
On the side surfaces of the gate electrodes 10 and 10 ′, an insulating film 3 is formed from, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film. This is because the gate electrode 10 and the source / drain region 15 or the source / drain region 1
This is for maintaining good electrical insulation from the first. Further, an element isolation insulating film 13 made of, for example, a silicon oxide film is formed between the semiconductor island regions. further,
An interlayer insulating film 12 made of, for example, a silicon oxide film is formed above the MISFET.

【0089】本実施形態に特徴的なことは、図19
(a)において、隣接するトランジスタが共有するp型
ソース・ドレイン領域15とゲート電極10を挟んで対
向するp型ソース・ドレイン領域11の下部または側面
に接するように、ボディ領域20と同じ導電性を有し、
かつ、不純物濃度が高いn型半導体領域19が形成さ
れ、ボディ領域20とソース・ドレイン領域11との逆
方向バイアス時の抵抗をボディ領域20とソース・ドレ
イン領域15との抵抗よりも減少させていることであ
る。
The feature of this embodiment is that FIG.
2A, the same conductivity as that of the body region 20 is provided so as to be in contact with the lower portion or the side surface of the p-type source / drain region 11 opposed to the p-type source / drain region 15 shared by the adjacent transistors with the gate electrode 10 interposed therebetween. Has,
In addition, an n-type semiconductor region 19 having a high impurity concentration is formed, and the resistance of the body region 20 and the source / drain region 11 at the time of reverse bias is made smaller than the resistance of the body region 20 and the source / drain region 15. It is that you are.

【0090】さらに、図19(b)において、隣接する
トランジスタが共有するn型ソース・ドレイン領域1
5’とゲート電極10を挟んで対向するn型ソース・ド
レイン領域11’の下部または側面に接するように、ボ
ディ領域20’と同じ導電性を有するp型半導体領域1
9’が形成され、ボディ領域20’とソース・ドレイン
領域11’との逆方向バイアス時の抵抗をボディ領域2
0’とソース・ドレイン領域15’との抵抗よりも減少
させていることである。
Further, in FIG. 19B, the n-type source / drain regions 1 shared by adjacent transistors
P-type semiconductor region 1 having the same conductivity as body region 20 'so as to be in contact with the lower portion or side surface of n-type source / drain region 11' opposite to 5 'with gate electrode 10 interposed therebetween.
9 ′ is formed, and the resistance at the time of reverse bias between the body region 20 ′ and the source / drain region 11 ′ is reduced by the body region 2 ′.
This is to reduce the resistance between 0 ′ and the source / drain region 15 ′.

【0091】このようにすることにより、ソース・ドレ
インの方向によって電流駆動能力に差を持たせることが
できる。これを説明するために、例えば、図19(b)
でQn1と記したn型MISFETで、11’が0Vに
接地されソース領域となり、15’がVDDとなりドレ
イン電極となった場合は、領域11’とボディ領域2
0’との間の抵抗が、領域15’とボディ領域20’と
の間の抵抗よりも低いため、抵抗分割によりボディの電
圧が0Vに近くなる。逆に、15’が0Vに接地されソ
ース領域となり、11’がVDDとなりドレイン電極と
なった場合は、領域11’とボディ領域20’との間の
抵抗が、領域15’とボディ領域20’との間の抵抗よ
りも低いため、抵抗分割によりボディの電圧がVDDに
近くなる。ここで,n型MISFETではボディの電圧
が低下するとしきい値が基板バイアス効果によって上昇
するため、15’がソース領域となった方が、15’が
ドレイン領域となるよりもしきい値が低くなる。特に、
トランジスタが部分空乏化トランジスタの場合、電気的
に中性のボディ領域形成されるので、本実施形態として
は望ましい形態となる。
In this way, the current driving capability can be made different depending on the direction of the source / drain. To explain this, for example, FIG.
In n-type MISFET having marked Q n1 in, 11 'serves as the source region is grounded to 0V, 15' if becomes VDD becomes the drain electrode, region 11 'and the body region 2
Since the resistance between 0 ′ is lower than the resistance between region 15 ′ and body region 20 ′, the voltage of the body becomes close to 0V due to the resistance division. Conversely, when 15 'is grounded to 0V and becomes a source region, and 11' becomes VDD and becomes a drain electrode, the resistance between the region 11 'and the body region 20' is reduced by the resistance between the region 15 'and the body region 20'. , The voltage of the body becomes close to VDD due to the resistance division. Here, in the n-type MISFET, when the voltage of the body decreases, the threshold increases due to the substrate bias effect. Therefore, the threshold becomes lower when 15 ′ is the source region than when 15 ′ is the drain region. . In particular,
In the case where the transistor is a partially depleted transistor, an electrically neutral body region is formed, so that this embodiment is a desirable mode.

【0092】以上から、電流の流す方向によって、しき
い値が変化するトランジスタを用いれば、第2の実施形
態で説明したのと同様の論理回路を形成できる事は明ら
かである。例えば、図20(b)にスタティック2入力
NANDに対する回路図および、図20(a)に図20
(b)に対応するスタティック2入力NANDに対する
配線層のレイアウトを示す。これらは、図18のトラン
ジスタ配置を用いている。p型MISFETのフィール
ドシールドゲート10’’に対するVDD電源線17’
との接続コンタクト26’’、および、n型MISFE
Tのフィールドシールドゲート10’’に対するVDD
電源線17’’との接続コンタクト26’’を除けば、
図16(a)および図15(a)と同様に回路およびレ
イアウト構成できる。また図には示していないが、第2
の実施形態の他の論理素子、2入力NORやクロックド
ゲートも同様に形成できることは明らかである。
From the above, it is clear that a logic circuit similar to that described in the second embodiment can be formed by using a transistor whose threshold value changes depending on the direction of current flow. For example, FIG. 20B is a circuit diagram for a static two-input NAND, and FIG.
10B shows a layout of a wiring layer for a static two-input NAND corresponding to FIG. These use the transistor arrangement of FIG. VDD power supply line 17 'for field shield gate 10 "of p-type MISFET
Contact ″ with n-type MISFE
VDD for field shield gate 10 ″ of T
Except for the connection contact 26 '' with the power supply line 17 '',
The circuit and layout can be configured similarly to FIGS. 16A and 15A. Although not shown in FIG.
It is clear that other logic elements of the embodiment of the present invention can be formed in the same manner, and a two-input NOR and a clocked gate can be formed.

【0093】本実施形態で、領域19および19’は、
例えばArやN2、Ge、F2を1013〜1016
−2注入して形成した領域を、領域11および11’
の空乏層および、ボディからの少数キャリアの拡散長内
に形成し代替してもよい。このようなイオンでは、ソー
ス・ドレイン層とボディ電極との間の接合に、発生中心
となる欠陥を形成し逆方向電流が増加するため、同様の
効果が得られる。
In this embodiment, the regions 19 and 19 '
For example Ar or N2, Ge, F2 to 10 13 to 10 16 c
The regions formed by m −2 implantation are defined as regions 11 and 11 ′.
In the depletion layer and the diffusion length of minority carriers from the body. Such ions form a defect at the junction between the source / drain layer and the body electrode, which is a generation center, and increase the reverse current, so that the same effect can be obtained.

【0094】本実施形態では、第2の実施形態の(3)
の効果に加えて、以下のような効果が得られる。 (1)19の不純物添加量および位置を調整することに
より、p型MISFETのソースおよびドレインの電流
方向によるしきい値の差を制御することができる。ま
た、19’の不純物添加量および位置を調整することに
より、n型MISFETのソースおよびドレインの電流
方向によるしきい値の差をp型MISFETと独立に制
御することができる。
In this embodiment, (3) of the second embodiment
In addition to the effects described above, the following effects can be obtained. (1) By adjusting the amount and position of the impurity added in 19, the difference in threshold value depending on the current direction of the source and drain of the p-type MISFET can be controlled. Further, by adjusting the amount and position of the impurity addition of 19 ′, the difference in threshold value depending on the current direction of the source and drain of the n-type MISFET can be controlled independently of the p-type MISFET.

【0095】(2)接合特性が悪い11または11’の
領域がドレインとなるのは、トランジスタを直列に形成
した場合に限られ、通常、接合特性が良い15または1
5’の領域をドレインとして用いることができる。よっ
て、全ソース・ドレイン領域に19’を形成した場合に
比較して、ドレイン耐圧を向上させることができる。さ
らに、直列接続したトランジスタで電流を流すと、複数
のトランジスタによって電圧分配が生じるために、個々
のトランジスタのドレインとソース間に印加される電圧
が低下する。よって、この場合、電子−正孔対が生じる
確率が低くなり、ホットエレクトロンによる劣化現象も
起きにくくなる。
(2) The region 11 or 11 'having poor junction characteristics becomes a drain only when transistors are formed in series, and usually, the region 15 or 1 having good junction characteristics is used.
The region 5 'can be used as a drain. Therefore, the drain withstand voltage can be improved as compared with the case where 19 ′ is formed in all the source / drain regions. Further, when a current flows through transistors connected in series, a voltage distribution is generated by a plurality of transistors, so that the voltage applied between the drain and the source of each transistor decreases. Therefore, in this case, the probability of generation of electron-hole pairs is reduced, and deterioration due to hot electrons is less likely to occur.

【0096】[0096]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ゲー
トアレイ構造からなる半導体装置に、各トランジスタの
チャネル領域と対向する支持基板内にバックゲート電極
を設けており、ドレインと対向する位置には支持基板に
空乏層が形成されるようにしている。そのため、ソース
・ドレイン電極と支持基板との間の寄生容量が低減され
る。
As described above, according to the present invention, a back gate electrode is provided in a support substrate facing a channel region of each transistor in a semiconductor device having a gate array structure, and a position facing a drain is provided. , A depletion layer is formed on the supporting substrate. Therefore, the parasitic capacitance between the source / drain electrodes and the supporting substrate is reduced.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係わるSOI−MI
SFETの概略断面図。
FIG. 1 shows an SOI-MI according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of an SFET.

【図2】本発明の第1の実施形態に係わるSOI−MI
SFETの概略断面図。
FIG. 2 is an SOI-MI according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a schematic sectional view of an SFET.

【図3】本発明の第1の実施形態に係わるSOI−MI
SFETの概略平面図。
FIG. 3 is an SOI-MI according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a schematic plan view of an SFET.

【図4】本発明の第1の実施形態に係わるSOI−MI
SFETの概略回路図。
FIG. 4 is an SOI-MI according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a schematic circuit diagram of an SFET.

【図5】本発明の第1の実施形態に係わるSOI−MI
SFETの概略回路図。
FIG. 5 is an SOI-MI according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a schematic circuit diagram of an SFET.

【図6】本発明の第1の実施形態に係わるSOI−MI
SFETの概略回路図。
FIG. 6 is an SOI-MI according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a schematic circuit diagram of an SFET.

【図7】本発明の第1の実施形態のしきい値のバックゲ
ート電圧依存性のグラフ。
FIG. 7 is a graph of the back gate voltage dependence of the threshold value according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1の実施形態のしきい値無変動を実
現するバックゲート電圧のグラフ。
FIG. 8 is a graph of a back gate voltage for realizing no threshold change according to the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第1の実施形態の電流駆動能力一定を
実現するバックゲート電圧のグラフ。
FIG. 9 is a graph of a back gate voltage for realizing a constant current driving capability according to the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2の実施形態に係わるSOI−M
ISFETの概略平面図。
FIG. 10 shows an SOI-M according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of an ISFET.

【図11】本発明の第2の実施形態に係わるSOI−M
ISFETの概略断面図。
FIG. 11 shows an SOI-M according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of an ISFET.

【図12】本発明の第2の実施形態に係わるSOI−M
ISFETの概略断面図。
FIG. 12 shows an SOI-M according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of an ISFET.

【図13】本発明の第2の実施形態に係わるSOI−M
ISFETの概略断面図。
FIG. 13 shows an SOI-M according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of an ISFET.

【図14】本発明の第2の実施形態のトランジスタのソ
ース・ドレイン方向によるしきい値変化を説明する図。
FIG. 14 is a diagram illustrating a change in a threshold value in a source / drain direction of a transistor according to a second embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第2の実施形態に係わるSOI−M
ISFETの概略回路図。
FIG. 15 shows an SOI-M according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic circuit diagram of an ISFET.

【図16】本発明の第2の実施形態に係わるSOI−M
ISFETの概略平面図。
FIG. 16 shows an SOI-M according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of an ISFET.

【図17】本発明の第2の実施形態に係わるSOI−M
ISFETの概略平面図及び回路図。
FIG. 17 is an SOI-M according to the second embodiment of the present invention.
1 is a schematic plan view and a circuit diagram of an ISFET.

【図18】本発明の第3の実施形態に係わるSOI−M
ISFETの概略平面図。
FIG. 18 is an SOI-M according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of an ISFET.

【図19】本発明の第3の実施形態に係わるSOI−M
ISFETの概略断面図。
FIG. 19 is an SOI-M according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of an ISFET.

【図20】本発明の第3の実施形態に係わるSOI−M
ISFETの概略平面図及び回路図。
FIG. 20 shows an SOI-M according to the third embodiment of the present invention.
1 is a schematic plan view and a circuit diagram of an ISFET.

【図21】従来のSOI−MISFETの概略断面図。FIG. 21 is a schematic sectional view of a conventional SOI-MISFET.

【図22】従来のSOI−MISFETの概略回路図。FIG. 22 is a schematic circuit diagram of a conventional SOI-MISFET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n型バックゲート領域 2 p型バックゲート領域 3 絶縁膜 4 チャネル領域 5 支持基板 6 絶縁膜 7 電圧源 8 電圧供給する制御回路 9 ゲート絶縁膜 10 ゲート電極 11 ソース・ドレイン領域 12 層間絶縁膜 13 素子分離絶縁膜 14 コンタクト 15 直列接続したトランジスタで共有されたソース・
ドレイン領域 16 コンタクト 17及び18 電極 19 p型半導体領域 20 ボディ領域
REFERENCE SIGNS LIST 1 n-type back gate region 2 p-type back gate region 3 insulating film 4 channel region 5 support substrate 6 insulating film 7 voltage source 8 voltage supply control circuit 9 gate insulating film 10 gate electrode 11 source / drain region 12 interlayer insulating film 13 Device isolation insulating film 14 Contact 15 Source / source shared by transistors connected in series
Drain region 16 Contact 17 and 18 Electrode 19 P-type semiconductor region 20 Body region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−51083(JP,A) 特開 平6−291142(JP,A) 特開 平2−54967(JP,A) 特開 平7−94754(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 27/118 H01L 27/08 H01L 27/092 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-9-51083 (JP, A) JP-A-6-291142 (JP, A) JP-A-2-54967 (JP, A) JP-A-7-510 94754 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 29/786 H01L 21/336 H01L 27/118 H01L 27/08 H01L 27/092

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】絶縁膜と、 この絶縁膜上に形成された第1導電型の第1の不純物領
域と、 この第1の不純物領域に隣接して形成された第2導電型
の第1のチャネル領域と、 この第1のチャネル領域に隣接して形成された第1導電
型の第2の不純物領域と、 この第2の不純物領域に隣接して形成された第2導電型
の第2のチャネル領域と、 この第2のチャネル領域に隣接して形成された第1導電
型の第3の不純物領域と、 前記第1のチャネル領域上に形成された第1のゲート絶
縁膜と、 前記第2のチャネル領域上に形成された第2のゲート絶
縁膜と、 前記第1のゲート絶縁膜上に形成された第1のゲート電
極と、 前記第2のゲート絶縁膜上に形成された第2のゲート電
極と、 前記第1の不純物領域および前記第3の不純物領域の
方と前記絶縁膜との間に前記第1乃至第2のチャネル領
域よりも不純物濃度の高い第2導電型の第4の不純物領
域を備えることを特徴とする半導体装置。
An insulating film, a first conductive type first impurity region formed on the insulating film, and a second conductive type first impurity region formed adjacent to the first impurity region. A channel region; a second impurity region of a first conductivity type formed adjacent to the first channel region; and a second impurity region of a second conductivity type formed adjacent to the second impurity region. A channel region; a first conductivity type third impurity region formed adjacent to the second channel region; a first gate insulating film formed on the first channel region; A second gate insulating film formed on the second channel region; a first gate electrode formed on the first gate insulating film; and a second gate electrode formed on the second gate insulating film. a gate electrode of both said first impurity region and the third impurity regions
The semiconductor device characterized by comprising a fourth impurity region of the first through higher second conductivity type impurity concentration than the second channel region between said insulating film and people.
【請求項2】前記第1不純物領域に隣接して形成された
第2導電型の第3のチャネル領域と、 前記第2のチャネル領域に隣接して形成された第1導電
型の第5の不純物領域と、 前記第3のチャネル領域上に形成された第3のゲート絶
縁膜と、 前記第3のゲート絶縁膜上に形成された第3のゲート電
極と、 前記第5の不純物領域に隣接して形成された素子分離領
域と、 を備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. A third channel region of a second conductivity type formed adjacent to the first impurity region, and a fifth channel region of a first conductivity type formed adjacent to the second channel region. An impurity region, a third gate insulating film formed on the third channel region, a third gate electrode formed on the third gate insulating film, and an adjacent to the fifth impurity region 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: an element isolation region formed by:
【請求項3】前記第1及び第2のチャネル領域には、空
乏化していないボディ領域が存在し、前記第4の不純物
領域は、前記ボディ領域と前記第1および第3の不純物
領域との接合の下または側面に形成されていることを特
徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
3. The non-depleted body region exists in the first and second channel regions, and the fourth impurity region is formed between the body region and the first and third impurity regions. 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed below or on a side surface of the junction.
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