JPH06275826A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH06275826A
JPH06275826A JP5064999A JP6499993A JPH06275826A JP H06275826 A JPH06275826 A JP H06275826A JP 5064999 A JP5064999 A JP 5064999A JP 6499993 A JP6499993 A JP 6499993A JP H06275826 A JPH06275826 A JP H06275826A
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JP
Japan
Prior art keywords
channel transistor
input
input terminal
level
channel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5064999A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Sukegawa
和雄 助川
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06275826A publication Critical patent/JPH06275826A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 2入力CMOS論理回路を構成する半導体装
置に関し、2入力CMOS論理回路を2個のMOSFE
Tをもって構成しうるようにして所要面積の低減を可能
にする半導体装置を提供することを目的とする。 【構成】 絶縁膜2上に形成された薄膜シリコン層3に
Nチャネルトランジスタ用のN型ソース・ドレイン5と
Pチャネルトランジスタ用のP型ソース・ドレイン6と
が形成され、NチャネルトランジスタとPチャネルトラ
ンジスタとのチャネル領域を挟んでそれぞれフロントゲ
ート8とバックゲート9とが形成され、Nチャネルトラ
ンジスタとPチャネルトランジスタのバックゲート9が
相互に接続されて第1入力端子Aが形成され、Nチャネ
ルトランジスタとPチャネルトランジスタのフロントゲ
ート8が相互に接続されて第2入力端子Bが形成され、
NチャネルトランジスタとPチャネルトランジスタのド
レインが相互に接続されて出力端子Cが形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、2入力CMOS論理回
路を2素子をもって構成する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、2入力NAND回路や2入力NO
R回路を構成するには、pチャネルMOS型電界効果ト
ランジスタ(以下、MOSFETと云う。)2個とnチ
ャネルMOSFET2個の合計4個のトランジスタが必
要である。1例として2入力NOR回路の回路図を図8
に示し、その真理値表を表1に示す。
【0003】
【表1】 但し、記号“0”はLレベル(0)に、また、“1”は
Hレベル(Vdd)に対応する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】2入力NAND回路や
2入力NOR回路を構成するのに現在は4個のトランジ
スタを必要としており、所要面積が大きくなっている。
そのため、集積回路の集積度を向上する上での妨げとな
っている。
【0005】本発明の目的は、この欠点を解消すること
にあり、2入力CMOS論理回路を2個のMOSFET
をもって構成しうるようにして所要面積の低減を可能に
する半導体装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、絶縁膜
(2)上に形成された薄膜シリコン層(3)にNチャネ
ルトランジスタ用のN型ソース・ドレイン(5)とPチ
ャネルトランジスタ用のP型ソース・ドレイン(6)と
が形成され、前記のNチャネルトランジスタと前記のP
チャネルトランジスタとのチャネル領域を挟んでそれぞ
れフロントゲート(8)とバックゲート(9)とが形成
され、前記のNチャネルトランジスタの前記のバックゲ
ート(9)と前記のPチャネルトランジスタの前記のバ
ックゲート(9)とが相互に接続されて第1入力端子
(A)が形成され、前記のNチャネルトランジスタの前
記のフロントゲート(8)と前記のPチャネルトランジ
スタの前記のフロントゲート(8)とが相互に接続され
て第2入力端子(B)が形成され、前記のNチャネルト
ランジスタのドレインと前記のPチャネルトランジスタ
のドレインとが相互に接続されて出力端子(C)が形成
されている半導体装置によって達成される。
【0007】なお、前記の第2入力端子(B)の入力に
対応する前記のNチャネルトランジスタと前記のPチャ
ネルトランジスタのしきい値電圧を、前記の第1入力端
子(A)の入力がLレベルの場合は前記の第2入力端子
(B)の入力のHレベルより大きく、前記の第1入力端
子(A)の入力がHレベルの場合は前記の第2入力端子
(B)の入力のLレベルとHレベルとの間にあるように
すればNAND回路が構成され、また、前記の第2入力
端子(B)の入力に対応する前記のNチャネルトランジ
スタと前記のPチャネルトランジスタのしきい値電圧
を、前記の第1入力端子(A)の入力がLレベルの場合
は前記の第2入力端子(B)の入力のLレベルとHレベ
ルとの間にあり、前記の第1入力端子(A)の入力がH
レベルの場合は前記の第2入力端子(B)の入力のLレ
ベルより小さいようにすればNOR回路が構成される。
【0008】
【作用】例えば、チャネルを挟んで両側にフロントゲー
トとバックゲートとが形成されているNチャネルMOS
FETにおいて、バックゲートに印加する電圧Vb を変
化させると、フロントゲートに印加される電圧Vf に対
応するしきい値電圧Vft h は、図2に示すように、チャ
ージカップリング効果によってVfthLとVfthHとの間で
変化することが知られている。このことは、ソース・ド
レイン電流Id とフロントゲート電圧Vf との関係を示
す特性曲線が、図3に示すように、バックゲート電圧V
b を大きくするのにともなって左方に移動することを意
味する。
【0009】図4と図5において、バックゲート電圧V
b がLレベル(例えば0V)のときのソース・ドレイン
電流Id とフロントゲート電圧Vf との関係をグラフA
に示し、バックゲート電圧Vb がHレベル(例えば5
V)のときのソース・ドレイン電流Id とフロントゲー
ト電圧Vf との関係をグラフBに示す。そして、グラフ
Aにおけるしきい値電圧をVfthLとし、グラフBにおけ
るしきい値電圧をVfthHとする。
【0010】こゝで、このNチャネルMOSFETの動
作電圧幅、即ちフロントゲートに印加される電圧Vf
Lレベル(例えば0V)とHレベル(例えば5V)との
間の動作電圧幅が図5にをもって示す領域にくるよう
にデバイス設計する。即ち、バックゲート電圧Vb が0
Vのときのしきい値電圧VfthLは動作電圧幅の外にあ
り、バックゲート電圧Vb が5Vのときのしきい値電圧
fthHは動作電圧幅の中にあるように設定すると、こ
のトランジスタはフロントゲート電圧Vf に対して以下
のように動作する。 Vb =5Vの場合: Vf がVfthH〜5VのときトランジスタON Vf がVfthH以下のときトランジスタOFF Vb =0Vの場合: Vf が0〜5VのときトランジスタOFF
【0011】次に、動作電圧幅が図4にをもって示す
領域にくるようにデバイス設計する。即ち、バックゲー
ト電圧Vb が0Vのときのしきい値電圧VfthLはトラン
ジスタの動作電圧幅の中にあり、バックゲート電圧V
b が5Vのときのしきい値電圧VfthHはトランジスタの
動作電圧幅より低いところにあるように設定すると、
このトランジスタはフロントゲート電圧Vf に対して以
下のように動作する。 Vb =5Vの場合: Vf が0〜5VのときトランジスタON Vb =0Vの場合: Vf がVfthL以下のときトランジスタOFF Vf がVfthL〜5VのときトランジスタON
【0012】上記の動作を表にまとめると表2のように
なる。
【0013】
【表2】 但し、この例ではVf 、Vb の記号“0”は0V、
“1”は5Vに対応する。
【0014】PチャネルMOSFETについても、Nチ
ャネルMOSFETの場合と同様に、バックゲート電圧
b が0Vのときと5Vのときのフロントゲート電圧V
f とソース・ドレイン電流Id との関係は図6に示すよ
うになる。動作電圧幅が図6にまたはをもって示す
幅となるようにそれぞれデバイス設計すれば、このPチ
ャネルMOSFETの動作は表3に示すようになること
はNチャネルMOSFETの例から容易に判断される。
【0015】
【表3】
【0016】図4のをもって示す動作電圧幅を有する
NチャネルMOSFETと図6のをもって示す動作電
圧幅を有するPチャネルMOSFETとを図7に示すよ
うに直列に接続し、両者のバックゲートを相互に接続し
た端子をAとし、両者のフロントゲートを相互に接続し
た端子をBとし、両者のドレインを相互に接続した端子
をCとする。
【0017】この結果、端子Aを第1入力端子、端子B
を第2入力端子、端子Cを出力端子とする2入力NOR
回路が構成され、その真理値表は表2と表3とから表4
に示すようになる。
【0018】
【表4】
【0019】同様にして、図5のをもって示す動作電
圧幅を有するNチャネルMOSFETと図6のをもっ
て示す動作電圧幅を有するPチャネルMOSFETとを
直列に接続すると、表5の真理値表に示すように2入力
NAND回路が構成される。
【0020】
【表5】
【0021】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
係る半導体装置について説明する。
【0022】図1参照 図1に本発明に係る半導体装置の断面図を示す。シリコ
ン基板1上に絶縁膜2が形成され、その上に0.1μm
程度の薄いシリコン層3が形成されているSOI(シリ
コンオンインシュレータ)基板の薄膜シリコン層3にフ
ィールド酸化膜4が形成されている。5は薄膜シリコン
層に形成されたNチャネルMOSFET用ソース・ドレ
インであり、6は同じくPチャネルMOSFET用ソー
ス・ドレインである。8・9はソース・ドレイン間のチ
ャネル領域を挟んで両側にそれぞれゲート酸化膜7を介
して対称に形成されたゲート電極であり、一方のゲート
電極8をフロントゲートと呼び、他方のゲート電極9を
バックゲートと呼ぶ。NチャネルMOSFETとPチャ
ネルMOSFETのバックゲート9が相互に接続されて
第1入力端子Aが形成され、フロントゲート8が相互に
接続されて第2入力端子Bが形成され、ドレインが相互
に接続されて出力端子Cが形成されている。
【0023】作用の項で説明したとおり、NチャネルM
OSFETの動作電圧幅を図4ので示す幅に、また、
PチャネルMOSFETの動作電圧幅を図6ので示す
幅に設定すれば、表4に示すように2入力NOR回路が
2個のMOSFETで形成される。また、NチャネルM
OSFETの動作電圧幅を図5ので示す幅に、また、
PチャネルMOSFETの動作電圧幅を図6ので示す
幅に設定すれば、表5に示すように2入力NAND回路
が2個のMOSFETで形成される。
【0024】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る半導
体装置においては、フロントゲートとバックゲートとを
有するNチャネルMOSFETとPチャネルMOSFE
Tとをそれぞれ1個使用して、バックゲート電圧による
しきい値電圧の変化と、フロントゲートの動作電圧幅の
設定とを巧みに組み合わせて2個の素子で2入力CMO
S論理回路を構成することが可能になったので、半導体
集積回路の高集積化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体装置の断面図である。
【図2】しきい値電圧のバックゲート電圧依存性を示す
グラフである。
【図3】NチャネルMOSFET特性のバックゲート電
圧依存性を示すグラフである。
【図4】NチャネルMOSFET特性と動作電圧幅との
関係を示すグラフである。
【図5】NチャネルMOSFET特性と動作電圧幅との
関係を示すグラフである。
【図6】PチャネルMOSFET特性と動作電圧幅との
関係を示すグラフである。
【図7】2入力論理回路の回路図である。
【図8】従来の2入力論理回路の回路図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 絶縁膜 3 薄膜シリコン層 4 フィールド酸化膜 5・6 ソース・ドレイン 7 ゲート酸化膜 8 フロントゲート 9 バックゲート A 第1入力端子 B 第2入力端子 C 出力端子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁膜(2)上に形成された薄膜シリコ
    ン層(3)にNチャネルトランジスタ用のN型ソース・
    ドレイン(5)とPチャネルトランジスタ用のP型ソー
    ス・ドレイン(6)とが形成され、 前記Nチャネルトランジスタと前記Pチャネルトランジ
    スタとのチャネル領域を挟んでそれぞれフロントゲート
    (8)とバックゲート(9)とが形成され、 前記Nチャネルトランジスタの前記バックゲート(9)
    と前記Pチャネルトランジスタの前記バックゲート
    (9)とが相互に接続されて第1入力端子(A)が形成
    され、 前記Nチャネルトランジスタの前記フロントゲート
    (8)と前記Pチャネルトランジスタの前記フロントゲ
    ート(8)とが相互に接続されて第2入力端子(B)が
    形成され、 前記Nチャネルトランジスタのドレインと前記Pチャネ
    ルトランジスタのドレインとが相互に接続されて出力端
    子(C)が形成されてなることを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 前記第2入力端子(B)の入力に対応す
    る前記Nチャネルトランジスタと前記Pチャネルトラン
    ジスタのしきい値電圧は、前記第1入力端子(A)の入
    力がLレベルの場合は前記第2入力端子(B)の入力の
    Hレベルより大きく、前記第1入力端子(A)の入力が
    Hレベルの場合は前記第2入力端子(B)の入力のLレ
    ベルとHレベルとの間にあることを特徴とする請求項1
    記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第2入力端子(B)の入力に対応す
    る前記Nチャネルトランジスタと前記Pチャネルトラン
    ジスタのしきい値電圧は、前記第1入力端子(A)の入
    力がLレベルの場合は前記第2入力端子(B)の入力の
    LレベルとHレベルとの間にあり、前記第1入力端子
    (A)の入力がHレベルの場合は前記第2入力端子
    (B)の入力のLレベルより小さいことを特徴とする請
    求項1記載の半導体装置。
JP5064999A 1993-03-24 1993-03-24 半導体装置 Withdrawn JPH06275826A (ja)

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