JPH11261072A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device

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JPH11261072A
JPH11261072A JP5979998A JP5979998A JPH11261072A JP H11261072 A JPH11261072 A JP H11261072A JP 5979998 A JP5979998 A JP 5979998A JP 5979998 A JP5979998 A JP 5979998A JP H11261072 A JPH11261072 A JP H11261072A
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JP
Japan
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mosfet
circuit
potential
power supply
single crystal
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JP5979998A
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Japanese (ja)
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Shoki Asai
昭喜 浅井
Kunihiro Onoda
邦広 小野田
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Denso Corp
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Denso Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor integrated circuit device which can be enhanced in speed operation and lessened in power consumption at the same time. SOLUTION: SOI layers 6 and 7 are formed on a silicon single crystal substrate 1 through silicon oxide films 3 and 5 to constitute MOSFETs 20 and 21. The MOSFETs 20 and 21 are turned to a complete depletion mode in a circuit operation where the MOSFETs 20 and 21 are repeatedly turned ON or OFF, and the SOI layers 6 and 7 are turned to be fully depleted in the thickness direction of the films. The MOSFETs 20 and 21 are turned to a partial depletion mode in a circuit standby where the MOSFETs 20 and 21 are kept in an ON state or an OFF state, and there exist regions which are not depleted in the thickness direction in the SOI layers 6 and 7. A switch of a depletion mode is made by a voltage applied to a back gate electrode layer 4.

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】この発明は半導体集積回路装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン基板上に絶縁膜を介して形成さ
れたシリコン層(SOI層)にMOSFETを形成する
薄膜SOIデバイスは、その低寄生容量等の理由によ
り、LSIの高速・低消費電力動作を可能にする。薄膜
SOIデバイスには、MOSFETがオン状態の時に、
チャネルとなるSOI層の膜厚方向全領域に空乏層が形
成される完全空乏型デバイスと、SOI層の膜厚方向全
領域に空乏層が形成されず中性領域の存在する部分空乏
型デバイスがある。
2. Description of the Related Art A thin-film SOI device in which a MOSFET is formed on a silicon layer (SOI layer) formed on a silicon substrate with an insulating film interposed therebetween has a high speed and low power consumption operation of an LSI due to its low parasitic capacitance and the like. Enable. In a thin film SOI device, when the MOSFET is on,
A fully depleted device in which a depletion layer is formed in the entire region in the thickness direction of the SOI layer serving as a channel, and a partially depleted device in which a depletion layer is not formed in the entire region in the thickness direction of the SOI layer and a neutral region exists. is there.

【0003】これを、図16,17を用いて説明する。
図16,17は薄膜SOIデバイスの断面構造模式図で
あり、図16は部分空乏型デバイス、図17は完全空乏
型デバイスであり、MOSFETがオン状態の時を示し
ている。図16,17において、半導体基板としてのシ
リコン単結晶基板70上に絶縁膜としてのSiO2 膜7
1を介して単結晶半導体層であるSOI層72が形成さ
れている。また、SOI層72の上にはゲート酸化膜7
3を介してゲート電極74が形成されるとともに、SO
I層72にはソース拡散層75、ドレイン拡散層76、
チャネル形成領域77が形成され、MOSFET80を
構成している。また、ゲート電極74、ソース拡散層7
5、ドレイン拡散層76はそれぞれ、配線に接続されて
いる。
[0003] This will be described with reference to FIGS.
16 and 17 are schematic cross-sectional views of a thin-film SOI device. FIG. 16 shows a partially-depleted device, and FIG. 17 shows a fully-depleted device, when the MOSFET is on. 16 and 17, an SiO 2 film 7 as an insulating film is formed on a silicon single crystal substrate 70 as a semiconductor substrate.
The SOI layer 72, which is a single crystal semiconductor layer, is formed via the first through-hole 1. The gate oxide film 7 is formed on the SOI layer 72.
3, a gate electrode 74 is formed, and SO
A source diffusion layer 75, a drain diffusion layer 76,
A channel forming region 77 is formed, and constitutes a MOSFET 80. Further, the gate electrode 74 and the source diffusion layer 7
5. Each of the drain diffusion layers 76 is connected to a wiring.

【0004】図16においては、SOI層72の膜厚T
SOI は最大空乏層幅Xdmax よりも大きく、ゲート電位
によってチャネル形成領域77に形成されている空乏層
78は、SOI層72の全領域には形成されずSOI層
72の基板70側の界面近傍に中性領域79が存在す
る。なお、最大空乏層幅Xdmax は次のように表され
る。 Xdmax =2(εS ・εO ・φB /(q・NA ))1/2 εS ;半導体の比誘電率 εO ;真空中の比誘電率 φB ;フェルミポテンシャル q;電子の電荷量 NA ;キャリア濃度 一方、図17に示す完全空乏型デバイスにおいては、S
OI層72の膜厚TSOI は最大空乏層幅Xdmax よりも
小さく、SOI層72の全領域に空乏層が形成されてい
る。
In FIG. 16, the thickness T of the SOI layer 72 is shown.
The SOI is larger than the maximum depletion layer width Xdmax, and the depletion layer 78 formed in the channel formation region 77 by the gate potential is not formed in the entire region of the SOI layer 72 but near the interface of the SOI layer 72 on the substrate 70 side. A neutral region 79 exists. The maximum depletion layer width Xdmax is expressed as follows. Xdmax = 2 (ε S · ε O · φ B / (q · NA)) 1/2 ε S; specific dielectric constant in vacuum phi B;; semiconductor dielectric constant epsilon O Fermi potential q; charge of the electron On the other hand, in the fully depleted device shown in FIG.
The thickness TSOI of the OI layer 72 is smaller than the maximum depletion layer width Xdmax, and a depletion layer is formed in the entire region of the SOI layer 72.

【0005】このように、完全空乏型デバイスにおいて
は、部分空乏型デバイスにおいて発生する動作時のキン
ク現象が発生せず、また、垂直方向電界の低減効果等に
より部分空乏型デバイスと比較して高速動作が可能とな
る。一方、完全空乏型デバイスのしきい値電圧VtはS
OI層72の膜厚TSOI に依存するが、部分空乏型デバ
イスのしきい値電圧VtはバルクMOSFETと同一と
なり、SOI層72の膜厚TSOI には依存しない。
As described above, in the fully depleted device, the kink phenomenon does not occur during operation which occurs in the partially depleted device, and the operation speed is higher than that of the partially depleted device due to the effect of reducing the vertical electric field. Operation becomes possible. On the other hand, the threshold voltage Vt of the fully depleted device is S
Although it depends on the thickness TSOI of the OI layer 72, the threshold voltage Vt of the partially depleted device becomes the same as that of the bulk MOSFET, and does not depend on the thickness TSOI of the SOI layer 72.

【0006】従って、完全空乏型デバイスにおいては、
SOI基板製造工程のバラツキによって発生するSOI
層72の膜厚TSOI のバラツキに起因してしきい値電圧
Vtがバラツクことになる。しきい値電圧Vtのバラツ
キによってしきい値電圧Vtが低下したMOSFETに
おいては、MOSFETがオフ状態の時のリーク電流が
増加し、これは、LSIの消費電力が増加するという問
題を招く。
Therefore, in a fully depleted device,
SOI generated due to variations in the SOI substrate manufacturing process
The threshold voltage Vt varies due to the variation in the thickness TSOI of the layer 72. In a MOSFET in which the threshold voltage Vt has decreased due to the variation in the threshold voltage Vt, the leakage current when the MOSFET is off increases, which causes a problem that the power consumption of the LSI increases.

【0007】なお、特開平8−32068号公報におい
てトランジスタの高速動作と低リーク電流を実現させる
手法が示されているが、薄膜SOI型MOSFETにお
いてはSOI膜厚が薄いために製造工程上この膜厚制御
が難しく膜厚がバラツキ易く、この結果、しきい値電圧
Vtがバラツクことになる。このことにより半導体集積
回路装置のオフ時の消費電力の増大を招くという問題を
引き起こす。一方、部分空乏型デバイスにおいては、半
導体集積回路装置の動作時に、動作速度が低下するとい
う問題がある。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-32068 discloses a technique for realizing high-speed operation and low leakage current of a transistor. However, in a thin-film SOI type MOSFET, since the SOI film thickness is small, this film is required in a manufacturing process. It is difficult to control the thickness, and the thickness tends to vary. As a result, the threshold voltage Vt varies. This causes a problem of increasing power consumption when the semiconductor integrated circuit device is turned off. On the other hand, in the partially depleted device, there is a problem that the operation speed is reduced when the semiconductor integrated circuit device operates.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明の目
的は、高速動作と低消費電力を両立させることができる
半導体集積回路装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor integrated circuit device which can achieve both high-speed operation and low power consumption.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の半導体
集積回路装置は、チャネル形成領域の単結晶半導体層が
膜厚方向に全て空乏化する完全空乏化モードと、チャネ
ル形成領域の単結晶半導体層において膜厚方向に空乏化
しない領域が存在する部分空乏化モードを有し、MOS
FETがオン状態とオフ状態の遷移を繰り返す回路動作
時に完全空乏化モードにするとともに、MOSFETが
オン状態ないしはオフ状態を保持している回路待機時に
部分空乏化モードにするようにしたことを特徴としてい
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit device comprising: a fully depleted mode in which a single crystal semiconductor layer in a channel formation region is completely depleted in a film thickness direction; The semiconductor layer has a partial depletion mode in which a region not depleted exists in the thickness direction, and the MOS
It is characterized in that the FET is set to a fully depleted mode during a circuit operation in which the FET repeatedly transitions between an ON state and an OFF state, and is set to a partially depleted mode during a circuit standby in which a MOSFET holds an ON state or an OFF state. I have.

【0010】よって、MOSFETがオン状態とオフ状
態の遷移を繰り返す回路動作の際には完全空乏化モード
にされ、チャネル形成領域の単結晶半導体層が膜厚方向
に全て空乏化される。また、MOSFETがオン状態な
いしはオフ状態を保持している回路待機の際には部分空
乏化モードにされ、チャネル形成領域の単結晶半導体層
において膜厚方向に空乏化しない領域が存在する。その
結果、回路動作時の高速動作と回路待機時の低消費電力
を両立させることができる。
Therefore, in the circuit operation in which the MOSFET repeats the transition between the ON state and the OFF state, the MOSFET is set to the complete depletion mode, and the single crystal semiconductor layer in the channel formation region is completely depleted in the film thickness direction. Further, in a circuit standby state where the MOSFET is kept on or off, a partial depletion mode is set, and there is a region in the single crystal semiconductor layer of the channel formation region which is not depleted in the thickness direction. As a result, it is possible to achieve both high-speed operation during circuit operation and low power consumption during circuit standby.

【0011】また、請求項2に記載のように、MOSF
ETにおけるチャネル形成領域に対向した絶縁体層内に
対向電極が配置され、当該対向電極に印加するバイアス
電圧によって、チャネル形成領域における単結晶半導体
層内の膜厚方向への空乏化の状態を制御すると、実用上
好ましいものとなる。
According to a second aspect of the present invention, a MOSF
A counter electrode is arranged in an insulator layer facing the channel formation region in the ET, and a depletion state in the thickness direction in the single crystal semiconductor layer in the channel formation region is controlled by a bias voltage applied to the counter electrode. Then, it becomes practically preferable.

【0012】さらに、請求項3に記載のように、装置の
外部から、直流電源電位と当該直流電源より電位の低い
接地電位の少なくとも二つの電位が供給され、バイアス
電圧として、直流電源電位と接地電位に設定すると、実
用上好ましいものとなる。
Further, at least two potentials of a DC power supply potential and a ground potential lower than the DC power supply are supplied from outside the device, and the DC power supply potential and the ground are supplied as bias voltages. Setting to a potential is practically preferable.

【0013】また、請求項4に記載のように、MOSF
ETとして、NチャネルMOSFETとPチャネルMO
SFETを具備し、NチャネルMOSFETにおいて
は、回路動作時に対して回路待機時にはバイアス電圧を
負の方向へ変化させるとともに、PチャネルMOSFE
Tにおいては、回路動作時に対して回路待機時にはバイ
アス電圧を正の方向へ変化させるようにすると、実用上
好ましいものとなる。
According to a fourth aspect of the present invention, the MOSF
N-channel MOSFET and P-channel MO as ET
In the N-channel MOSFET, the bias voltage is changed in the negative direction at the time of circuit standby compared with the time of circuit operation, and the P-channel MOSFET is provided.
At T, it is practically preferable to change the bias voltage in the positive direction at the time of circuit standby compared to the time of circuit operation.

【0014】より詳しくは、図18に示すように、図1
6に示したものと同一のMOSFET構造であっても、
nMOSの場合はソース電位に対して「ある値」以上の
正の電位を基板70に印加することによって、チャネル
形成領域77の基板70側の空乏化していない中性領域
(図16での符号79)を空乏化させることができるた
め、完全空乏型デバイスとすることができる。pMOS
の場合にも同様に、ソース電位に対して負の電位を基板
に印加することで部分空乏型デバイスを完全空乏型デバ
イスにすることができる。
More specifically, as shown in FIG.
6 has the same MOSFET structure as that shown in FIG.
In the case of an nMOS, a non-depleted neutral region on the substrate 70 side of the channel forming region 77 (reference numeral 79 in FIG. 16) is applied to the substrate 70 by applying a positive potential equal to or more than a certain value with respect to the source potential. ) Can be depleted, so that a fully depleted device can be obtained. pMOS
Similarly, in the case of (1), the partial depletion type device can be made a fully depletion type device by applying a negative potential to the substrate with respect to the source potential.

【0015】このように、nMOSおよびpMOSをそ
れぞれ独立に基板電位を設定できる電極を形成し、各M
OSFETの空乏化の状態を時間的に制御することによ
って、回路動作時と回路待機時における薄膜SOI−M
OSFETの動作モードを所望のモードに切り替えるこ
とによって、回路動作時の高速動作と回路待機時の低消
費電力を両立させることができる。
As described above, the electrodes capable of setting the substrate potential independently of the nMOS and the pMOS are formed, and each of the MMOS and the pMOS is formed.
By temporally controlling the depletion state of the OSFET, the thin-film SOI-M
By switching the operation mode of the OSFET to a desired mode, both high-speed operation during circuit operation and low power consumption during circuit standby can be achieved.

【0016】また、請求項5に記載のように、装置の外
部から、直流電源電位と当該直流電源より電位の低い接
地電位の少なくとも二つの電位が供給され、Nチャネル
MOSFETにおいては、バイアス電圧を、回路動作の
際には直流電源電位とし、回路待機の際には接地電位に
設定し、PチャネルMOSFETにおいては、バイアス
電圧を、回路動作の際には接地電位とし、回路待機の際
には直流電源電位に設定するようにすると、実用上好ま
しいものとなる。
According to a fifth aspect of the present invention, at least two potentials of a DC power supply potential and a ground potential lower than the DC power supply are supplied from outside the device. When the circuit is operating, it is set to the DC power supply potential, when the circuit is on standby, it is set to the ground potential. In the P-channel MOSFET, the bias voltage is set to the ground potential when the circuit is operating, and when the circuit is on standby, Setting to the DC power supply potential is practically preferable.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、この
発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】図1に、第1の実施形態における半導体集
積回路装置の断面構造模式図を示す。図1において、半
導体基板としてのシリコン単結晶基板1上に、多結晶シ
リコン層2とシリコン酸化膜(SiO2 膜)3とバック
ゲート電極層4とシリコン酸化膜(SiO2 膜)5を介
して、単結晶半導体層であるSOI層6,7が形成され
ている。つまり、シリコン単結晶基板1上に埋込絶縁膜
(絶縁体層)としてシリコン酸化膜3,5を介してSO
I層6,7が形成されるとともに、埋込絶縁膜3,5の
中には多結晶シリコンからなるバックゲート電極層(対
向電極)4が埋込形成されている。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment. In FIG. 1, a polycrystalline silicon layer 2, a silicon oxide film (SiO 2 film) 3, a back gate electrode layer 4, and a silicon oxide film (SiO 2 film) 5 are formed on a silicon single crystal substrate 1 as a semiconductor substrate. , SOI layers 6 and 7 which are single crystal semiconductor layers are formed. That is, SOI is formed on the silicon single crystal substrate 1 through the silicon oxide films 3 and 5 as a buried insulating film (insulator layer).
While the I layers 6 and 7 are formed, a back gate electrode layer (counter electrode) 4 made of polycrystalline silicon is buried in the buried insulating films 3 and 5.

【0019】また、SOI層6の上にはゲート絶縁膜と
してのゲート酸化膜8を介してゲート電極9が形成され
るとともに、SOI層6にはソース拡散層(ソース領
域)10とドレイン拡散層(ドレイン領域)11が形成
されている。さらに、SOI層6内のソース拡散層10
とドレイン拡散層11との間にはチャネル形成領域12
が形成されている。このようにしてNチャネルMOSF
ET(nMOS)20が構成されている。同様に、SO
I層7の上にはゲート絶縁膜としてのゲート酸化膜13
を介してゲート電極14が形成されるとともに、SOI
層7にはソース拡散層(ソース領域)15とドレイン拡
散層(ドレイン領域)16が形成されている。さらに、
SOI層7内のソース拡散層15とドレイン拡散層16
との間にはチャネル形成領域17が形成されている。こ
のようにしてNチャネルMOSFET(nMOS)21
が構成されている。ゲート電極9,14、ソース拡散層
10,15、ドレイン拡散層11,16はそれぞれ、配
線に接続されている。
A gate electrode 9 is formed on the SOI layer 6 via a gate oxide film 8 as a gate insulating film, and a source diffusion layer (source region) 10 and a drain diffusion layer (Drain region) 11 is formed. Further, the source diffusion layer 10 in the SOI layer 6
A channel forming region 12 is provided between the
Are formed. Thus, the N-channel MOSF
An ET (nMOS) 20 is configured. Similarly, SO
On the I layer 7, a gate oxide film 13 as a gate insulating film
The gate electrode 14 is formed via
In the layer 7, a source diffusion layer (source region) 15 and a drain diffusion layer (drain region) 16 are formed. further,
Source diffusion layer 15 and drain diffusion layer 16 in SOI layer 7
A channel forming region 17 is formed between the two. Thus, the N-channel MOSFET (nMOS) 21
Is configured. The gate electrodes 9 and 14, the source diffusion layers 10 and 15, and the drain diffusion layers 11 and 16 are respectively connected to wirings.

【0020】バックゲート電極層4はシリコン酸化膜5
の一部に開口されたコンタクトホール18を介して配線
に接続されている。そして、装置の外部から直流電源電
位Vddと当該直流電源Vddより電位の低い接地電位(G
ND電位)が選択的に供給できるようになっている。こ
の供給電位にて、バイアス電圧として、直流電源電位V
ddまたは接地電位(GND電位)を設定することができ
る。
The back gate electrode layer 4 is formed of a silicon oxide film 5
Is connected to wiring via a contact hole 18 opened in a part of the wiring. Then, a DC power supply potential Vdd and a ground potential (G
ND potential) can be selectively supplied. At this supply potential, the DC power supply potential V
dd or a ground potential (GND potential) can be set.

【0021】なお、図1においてはSOI層6,7およ
びゲート電極9,14上に形成される層間絶縁膜やアル
ミ電極は省略してある。また、シリコン単結晶基板1は
接地電位(GND)に配線されている。
In FIG. 1, interlayer insulating films and aluminum electrodes formed on the SOI layers 6, 7 and the gate electrodes 9, 14 are omitted. Further, the silicon single crystal substrate 1 is wired to a ground potential (GND).

【0022】ここで、チャネル形成領域12,17に
は、P型不純物としてボロンがその濃度NA として、例
えば5×1015〜2×1017cm-3で添加されている。
SOI層6,7の膜厚TSOI は、チャネル濃度における
最大空乏層幅をXdmaxとすると、Xdmax<TSOI <2X
dmaxの範囲に設定されている。このMOSFET20,
21は、バックゲート電極層4が接地電位(GND電
位)の時には、チャネル形成領域12,17のSOI層
6,7において膜厚方向に空乏化しない領域が存在する
部分空乏化モードとなり、このモードにおいてはMOS
FET20,21が部分空乏型デバイス(以下、Parti
ally depleted type Device を略してP.D. とい
う)として機能する。また、バックゲート電極層4に、
「ある値」を超える正の電位が印加された場合には、図
2に示すように、チャネル形成領域12,17のSOI
層6,7が膜厚方向に全て空乏化する完全空乏化モード
となり、このモードにおいてはMOSFET20,21
が完全空乏型デバイス(以下、Fully depleted type
Device を略してF.D.という)として機能する。
Here, boron is added as a P-type impurity to the channel forming regions 12 and 17 at a concentration NA of, for example, 5 × 10 15 to 2 × 10 17 cm −3 .
Assuming that the maximum depletion layer width at the channel concentration is Xdmax, the film thickness TSOI of the SOI layers 6 and 7 is Xdmax <TSOI <2X
It is set in the range of dmax. This MOSFET 20,
Reference numeral 21 denotes a partial depletion mode in which, when the back gate electrode layer 4 is at the ground potential (GND potential), the SOI layers 6 and 7 of the channel formation regions 12 and 17 have regions that are not depleted in the film thickness direction. In MOS
FETs 20 and 21 are partially depleted devices (hereinafter Parti
ally depleted type device. D.). In addition, the back gate electrode layer 4
When a positive potential exceeding “a certain value” is applied, as shown in FIG.
The layers 6 and 7 are completely depleted in the film thickness direction. In this mode, the MOSFETs 20 and 21 are depleted.
Is a fully depleted device
Device is abbreviated to F. D. Function).

【0023】ここで、バックゲート電極層4に印加する
「ある値」は、NA ,TSOI およびSOI層6,7とバ
ックゲート電極層4間のシリコン酸化膜5の膜厚によっ
て決定され、NA ,TSOI およびシリコン酸化膜5の膜
厚が小さいほどその値も小さくなる。本実施形態におい
ては、「ある値」が正極性の電源電圧Vddよりも小さい
値となるよう各膜厚および濃度を設定してあり、図3の
nMOSにて示すように、バックゲート電極層4に電源
電圧Vddを印加すればF.D.とすることができるよう
になっている。
The "certain value" applied to the back gate electrode layer 4 is determined by NA, TSOI, and the thickness of the silicon oxide film 5 between the SOI layers 6 and 7 and the back gate electrode layer 4. The smaller the thickness of the TSOI and the thickness of the silicon oxide film 5, the smaller the value. In the present embodiment, each film thickness and concentration are set so that “a certain value” becomes a value smaller than the power supply voltage Vdd of the positive polarity, and as shown by the nMOS in FIG. If the power supply voltage Vdd is applied to D. It is possible to be.

【0024】なお、図3はnMOS,pMOS両者のV
tについてのバックゲート電圧VBGの依存性を模式的に
示したものである。図3中の●印で示した点が、本実施
形態および後記第2の実施形態で使用している状態に相
当している。
FIG. 3 shows the V of both nMOS and pMOS.
7 schematically shows the dependency of the back gate voltage VBG on t. Points indicated by ● in FIG. 3 correspond to states used in the present embodiment and a second embodiment described later.

【0025】今、図1を参照して、本MOSFET2
0,21からなる回路が回路機能上待機状態にある時、
つまり、MOSFET20,21がオン状態ないしはオ
フ状態を保持している回路待機の時には、部分空乏化モ
ードが設定される。このモードでは、バックゲート電極
層4が接地電位(GND電位)に設定される。この時、
MOSFET20,21はオンないしオフ状態を保持し
たままでオン/オフ動作をしていないので、MOSFE
T20,21の動作速度は回路動作に影響を与えない。
一方、この時の本回路における消費電流はMOSFET
20,21のオフ電流によって支配され、これはMOS
FET20,21のしきい値電圧Vtに依存する。本状
態においては、MOSFET20,21はP.D.であ
るために、しきい値電圧VtはSOI層6,7の膜厚T
SOI のバラツキの影響を受けずバルク型MOSFETと
同一となり、MOSFET20,21がオフ状態の時の
リーク電流の増加が抑制され、低消費電力化が図られ
る。
Now, referring to FIG.
When the circuit composed of 0 and 21 is in a standby state due to the circuit function,
In other words, the partial depletion mode is set when the circuit is in a standby state in which the MOSFETs 20 and 21 are kept on or off. In this mode, the back gate electrode layer 4 is set to the ground potential (GND potential). At this time,
Since the MOSFETs 20 and 21 do not perform the on / off operation while maintaining the on or off state, the MOSFE
The operation speed of T20 and T21 does not affect the circuit operation.
On the other hand, the current consumption in this circuit at this time is MOSFET
Is controlled by the off-state currents of the MOS transistors 20 and 21.
It depends on the threshold voltage Vt of the FETs 20 and 21. In this state, MOSFETs 20 and 21 are connected to P.O. D. , The threshold voltage Vt is equal to the film thickness T of the SOI layers 6 and 7.
It is the same as the bulk type MOSFET without being affected by the variation in SOI, the increase in the leakage current when the MOSFETs 20 and 21 are off is suppressed, and the power consumption is reduced.

【0026】一方、図2を参照して、本MOSFET2
0,21からなる回路が回路機能上動作状態にある時、
つまり、MOSFET20,21がオン状態とオフ状態
の遷移を繰り返す回路動作の時には、完全空乏化モード
が設定される。このモードでは、バックゲート電極層4
が電源電位Vddに設定される。この時、MOSFET2
0,21はオンないしオフ状態を繰り返し、MOSFE
T20,21の動作速度は回路動作に影響を与える。本
状態においては、MOSFET20,21はF.D.で
あるために高速動作を実現することができる。MOSF
ET20,21の動作時においては、消費電力は主に寄
生容量や動作周波数に依存するために、Vtバラツキに
よる影響はあまり大きくない。
On the other hand, referring to FIG.
When the circuit composed of 0 and 21 is in an operating state in terms of the circuit function,
That is, in the circuit operation in which the MOSFETs 20 and 21 repeat the transition between the ON state and the OFF state, the complete depletion mode is set. In this mode, the back gate electrode layer 4
Are set to the power supply potential Vdd. At this time, MOSFET2
0, 21 repeats the ON or OFF state, and MOSFE
The operation speed of T20 and T21 affects the circuit operation. In this state, MOSFETs 20 and 21 are connected to F.C. D. Therefore, high-speed operation can be realized. MOSF
In the operation of the ETs 20 and 21, the power consumption mainly depends on the parasitic capacitance and the operating frequency, so that the influence of the Vt variation is not so large.

【0027】また、動作速度もVtの影響を受け、図3
に示すようにVt値そのものがバックゲート電極層4の
電位VBGに依存して変化し、nMOSにおいてはソース
に対して正の電位が印加されるとVt値は減少するた
め、この効果により、さらに高速動作を実現することが
できる。
The operating speed is also affected by Vt.
As shown in (2), the Vt value itself changes depending on the potential VBG of the back gate electrode layer 4. In the nMOS, when a positive potential is applied to the source, the Vt value decreases. High-speed operation can be realized.

【0028】なお、図3においてバックゲート電極層4
の電位(VBG)は、nMOS,pMOSいずれにおいて
もソースの電位を基準としており、通常CMOS構成の
pMOSにおいてはソースがVdd電位となるため、VBG
=GNDにおいては実効的にはソースに対して負電位に
バイアスされることになる。
In FIG. 3, the back gate electrode layer 4
The potential (VBG) of the nMOS and pMOS is based on the potential of the source in both of the nMOS and the pMOS.
= GND, the source is effectively biased to a negative potential with respect to the source.

【0029】次に、このように構成した半導体集積回路
装置の製造方法を説明する。図4〜11は図1に示した
構造の製造工程を示す要部断面構造模式図であり、以
下、図4〜11を参照しながら、本構造の製造方法の一
例について簡単に説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor integrated circuit device thus configured will be described. 4 to 11 are schematic cross-sectional views of a main part showing a manufacturing process of the structure shown in FIG. 1. Hereinafter, an example of a manufacturing method of the present structure will be briefly described with reference to FIGS.

【0030】まず、図4に示すように、シリコン単結晶
基板30を用意し、シリコン単結晶基板30の表面か
ら、将来薄膜SOIデバイスを形成する領域のみを残し
て他の領域をドライエッチング等にて除去し、図に示す
ような段差31を形成する。
First, as shown in FIG. 4, a silicon single crystal substrate 30 is prepared, and from the surface of the silicon single crystal substrate 30, only the region where a thin film SOI device will be formed in the future is left, and other regions are subjected to dry etching or the like. To form a step 31 as shown in FIG.

【0031】そして、図5に示すように、例えば基板表
面を熱酸化することによって、絶縁膜であるシリコン酸
化膜(SiO2 膜)5を形成する。さらに、図6に示す
ように、バックゲート電極となる例えば多結晶シリコン
をCVD法にて全面に堆積し、さらにホトリソグラフィ
ーとドライエッチングによって所望の領域のみ残すよう
にパターニングを行いバックゲート電極層4を形成す
る。
Then, as shown in FIG. 5, a silicon oxide film (SiO 2 film) 5 as an insulating film is formed by, for example, thermally oxidizing the substrate surface. Further, as shown in FIG. 6, for example, polycrystalline silicon serving as a back gate electrode is deposited on the entire surface by a CVD method, and is further patterned by photolithography and dry etching so that only a desired region is left. To form

【0032】引き続き、図7に示すように、絶縁膜であ
るシリコン酸化膜(SiO2 膜)3を例えばCVD法に
て全面に堆積し、バックゲート電極層4の周囲をシリコ
ン酸化膜3,5で覆う。このシリコン酸化膜3,5が埋
込絶縁膜となる。
Subsequently, as shown in FIG. 7, a silicon oxide film (SiO 2 film) 3 as an insulating film is deposited on the entire surface by, for example, a CVD method, and the silicon oxide films 3 and 5 are formed around the back gate electrode layer 4. Cover with. These silicon oxide films 3 and 5 become buried insulating films.

【0033】そして、図8に示すように、ウエハ接合の
ための平坦面を形成する目的で、例えばCVD法によっ
て多結晶シリコン膜2を全面に比較的厚く堆積した後
に、その表面を研磨することによって表面を平坦化す
る。
Then, as shown in FIG. 8, in order to form a flat surface for wafer bonding, a relatively thick polycrystalline silicon film 2 is deposited over the entire surface by, for example, a CVD method, and then the surface is polished. To flatten the surface.

【0034】さらに、図9に示すように、もう1枚のシ
リコン単結晶基板1を用意し、このシリコン単結晶基板
1の平坦面と前述の多結晶シリコン膜2の平坦面とを貼
り合わせる。
Further, as shown in FIG. 9, another silicon single crystal substrate 1 is prepared, and the flat surface of this silicon single crystal substrate 1 and the above-mentioned flat surface of the polycrystalline silicon film 2 are bonded together.

【0035】引き続き、図10に示すように(図10は
これまでと上下が逆に描いてある)、シリコン単結晶基
板30をその裏面から研磨し、シリコン酸化膜5が露出
すると停止する。これによって、薄いSOI層6,7が
形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 10 (FIG. 10 is drawn upside down), the silicon single crystal substrate 30 is polished from the back surface, and stops when the silicon oxide film 5 is exposed. Thereby, thin SOI layers 6 and 7 are formed.

【0036】その後、図11に示すように、SOI層
6,7に通常のMOSFET製造工程によって、MOS
FET20,21を形成するとともに、バックゲート電
極層4に配線を行うために、コンタクトホール18を形
成する。さらに、配線等を行う。その結果、図1に示す
構造を得る。
Thereafter, as shown in FIG. 11, the MOSI is formed on the SOI layers 6 and 7 by a normal MOSFET manufacturing process.
In addition to forming the FETs 20 and 21, a contact hole 18 is formed for wiring the back gate electrode layer 4. Further, wiring and the like are performed. As a result, the structure shown in FIG. 1 is obtained.

【0037】以上説明してきたように、本実施形態によ
れば、同一のMOSFET20,21においてバックゲ
ート電圧によって2つの動作モードを回路待機時と動作
時に対応して時間的に切り替えることで、MOSFET
20,21をP.D.とF.D.として、P.D.と
F.D.の特長を生かして、高速化と低消費電力化を両
立させたLSIを実現することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, in the same MOSFETs 20 and 21, two operation modes are temporally switched according to the back gate voltage in response to the circuit standby mode and the operation mode.
20, 21 as P.E. D. And F. D. As P. D. And F. D. By utilizing the features of (1), it is possible to realize an LSI that achieves both high speed and low power consumption.

【0038】より詳しくは、MOSFET20,21が
オン状態とオフ状態との遷移を繰り返す回路動作の際に
おける、少なくともMOSFET20,21のオン時
(ゲート電極9,14にしきい値電圧Vtと同じ極性で
絶対値の大きな電圧が印加される時)に完全空乏化モー
ドとするとともに、MOSFET20,21がオン状態
ないしはオフ状態を保持している回路待機の際におけ
る、少なくともMOSFET20,21のオン時(ゲー
ト電極9,14にしきい値電圧Vtと同じ極性で絶対値
の大きな電圧が印加される時)に部分空乏化モードとす
る。
More specifically, in a circuit operation in which the MOSFETs 20 and 21 repeat transitions between an on state and an off state, at least when the MOSFETs 20 and 21 are turned on (the gate electrodes 9 and 14 have the same polarity as the threshold voltage Vt and have an absolute value). When a large voltage is applied, the depletion mode is set, and at the time of standby of a circuit in which the MOSFETs 20 and 21 are kept on or off, at least when the MOSFETs 20 and 21 are on (the gate electrode 9). , 14 are set to the partial depletion mode when a voltage having the same polarity as the threshold voltage Vt and a large absolute value is applied.

【0039】このように本実施形態は、下記の特徴を有
する。 (イ)チャネル形成領域12,17のSOI層6,7が
膜厚方向に全て空乏化する完全空乏化モードと、チャネ
ル形成領域12,17のSOI層6,7において膜厚方
向に空乏化しない領域が存在する部分空乏化モードを有
し、MOSFET20,21がオン状態とオフ状態の遷
移を繰り返す回路動作時に完全空乏化モードにするとと
もに、MOSFET20,21がオン状態ないしはオフ
状態を保持している回路待機時に部分空乏化モードにす
るようにした。その結果、回路動作時の高速動作と回路
待機時の低消費電力を両立させることができる。 (ロ)MOSFET20,21におけるチャネル形成領
域12,17に対向した絶縁体層(シリコン酸化膜3,
5)内に対向電極としてのバックゲート電極層4を配置
し、当該電極層4に印加するバイアス電圧によって、チ
ャネル形成領域12,17におけるSOI層6,7内の
膜厚方向への空乏化の状態を制御するようにしたので、
実用上好ましいものとなる。 (ハ)装置の外部から、直流電源電位Vddと当該直流電
源Vddより電位の低い接地電位(GND電位)の少なく
とも二つの電位を供給し、バイアス電圧として、直流電
源電位Vddと接地電位(GND電位)に設定するように
したので、実用上好ましいものとなる。
As described above, this embodiment has the following features. (A) Complete depletion mode in which the SOI layers 6 and 7 in the channel formation regions 12 and 17 are completely depleted in the film thickness direction, and no depletion in the film thickness direction in the SOI layers 6 and 7 in the channel formation regions 12 and 17 It has a partial depletion mode in which a region exists, and sets the MOSFETs 20 and 21 to a complete depletion mode during a circuit operation in which the MOSFETs 20 and 21 repeatedly transition between an on state and an off state, and holds the MOSFETs 20 and 21 in an on state or an off state. Changed to partial depletion mode during circuit standby. As a result, it is possible to achieve both high-speed operation during circuit operation and low power consumption during circuit standby. (B) Insulator layers (silicon oxide films 3, 3) facing the channel formation regions 12, 17 in the MOSFETs 20, 21
The back gate electrode layer 4 as a counter electrode is disposed in 5), and depletion in the thickness direction in the SOI layers 6 and 7 in the channel formation regions 12 and 17 is performed by a bias voltage applied to the electrode layer 4. Because I controlled the state,
This is practically preferable. (C) At least two potentials of a DC power supply potential Vdd and a ground potential (GND potential) lower than the DC power supply Vdd are supplied from outside the device, and the DC power supply potential Vdd and the ground potential (GND potential) are supplied as bias voltages. ), Which is practically preferable.

【0040】以下に本実施形態の応用例を説明する。以
上の説明はnMOSについて説明したが、pMOSにつ
いても極性を反転させて考えれば同様の効果を得ること
ができる。
An application example of this embodiment will be described below. In the above description, the nMOS is described. However, the same effect can be obtained for the pMOS by inverting the polarity.

【0041】つまり、図18に示すように、図16に示
したものと同一のMOSFET構造であっても、nMO
Sの場合はソース電位に対して「ある値」以上の正の電
位を基板に印加することによって、チャネル形成領域7
7の基板70側の空乏化していない中性領域(図16の
符号79)を空乏化させることができる。このようにし
て、完全空乏型デバイスとすることができる。また、p
MOSの場合にも同様に、ソース電位に対して負の電位
を基板に印加することで部分空乏型デバイスを完全空乏
型デバイスにすることができる。
That is, as shown in FIG. 18, even if the MOSFET structure is the same as that shown in FIG.
In the case of S, a positive potential equal to or more than a certain value with respect to the source potential is applied to the substrate, so that the channel forming region 7 is formed.
The non-depleted neutral region (reference numeral 79 in FIG. 16) on the substrate 70 side of No. 7 can be depleted. Thus, a fully depleted device can be obtained. Also, p
Similarly, in the case of MOS, a partially depleted device can be made a fully depleted device by applying a negative potential to the substrate with respect to the source potential.

【0042】このように、nMOSおよびpMOSをそ
れぞれ独立に基板電位を設定できる電極を形成し、図3
に示す如く、各MOSFETの空乏化の状態を時間的に
制御することによって、回路動作時と回路待機時におけ
る薄膜SOI−MOSFETの動作モードを所望のモー
ドに切り替えることによって、高速動作と低消費電力を
両立させることができる。
As described above, the electrodes capable of setting the substrate potential of the nMOS and the pMOS independently of each other are formed.
As shown in (1), by controlling the depletion state of each MOSFET temporally, the operation mode of the thin-film SOI-MOSFET during circuit operation and circuit standby is switched to a desired mode, thereby achieving high-speed operation and low power consumption. Can be compatible.

【0043】また、図1では、2個のnMOSを共通の
バックゲート電極(4)で同時に制御したが、MOSF
ET1個ずつについてそれぞれバックゲート電極を設け
てもよい。またさらに、多数のMOSFETについて共
通のバックゲート電極を設けてもよい。
In FIG. 1, two nMOSs are simultaneously controlled by the common back gate electrode (4).
A back gate electrode may be provided for each ET. Still further, a common back gate electrode may be provided for many MOSFETs.

【0044】さらに、以上の説明においては、バックゲ
ート電極(4)に印加するバイアス電圧として接地電位
(GND電位)ないしはVdd電位を直接印加している
が、薄膜SOI−MOSFETの特性を最適にするよう
なバイアス電圧として接地電位(GND電位)ないしは
Vdd電位以外の正・負の任意の極性の電圧を印加しても
よい。この際のバイアス電圧としては、LSI内部に構
成した電源回路あるいはLSI外部から供給すればよ
い。
Further, in the above description, the ground potential (GND potential) or the Vdd potential is directly applied as the bias voltage applied to the back gate electrode (4), but the characteristics of the thin film SOI-MOSFET are optimized. As such a bias voltage, any positive or negative voltage other than the ground potential (GND potential) or the Vdd potential may be applied. The bias voltage at this time may be supplied from a power supply circuit configured inside the LSI or from outside the LSI.

【0045】また、印加するバイアス電圧についても、
異なる二段階の値に限定する必要はなく、回路機能上要
求される動作速度に応じて三段階以上に変化させて、そ
の中のある段階でモード(P.D.とF.D.と)の切
り替えが実施されてもよい。
The bias voltage to be applied is also
It is not necessary to limit the value to two different levels, but to change the value into three or more levels in accordance with the operation speed required for the circuit function, and to change the mode (PD and FD) in one of the levels. May be performed.

【0046】さらに、図1の代わりに図12に示す構造
としてもよい。図1に示した構造と図12に示した構造
とでは、絶縁体層としての埋込絶縁膜35の表面が平坦
になっているかどうか等の各部位の平坦性や、ウエハ接
合時に平坦な面を形成するための多結晶シリコン層2の
有無等において差があるが、これらは製造方法によって
生ずる差異であって、これまで説明した機能には影響を
及ぼすことはない。
Further, the structure shown in FIG. 12 may be used instead of FIG. In the structure shown in FIG. 1 and the structure shown in FIG. 12, the flatness of each part such as whether the surface of the buried insulating film 35 as an insulator layer is flat, and the flat There is a difference in the presence or absence of the polycrystalline silicon layer 2 for forming the layer, but these are differences caused by the manufacturing method and do not affect the functions described so far.

【0047】図13は図2に対応する図であり、MOS
FET(回路)が動作状態にある時の断面構造模式図で
ある。 (第2の実施の形態)次に、第2の実施の形態を、図1
4,15を参照して説明する。
FIG. 13 is a diagram corresponding to FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure diagram when an FET (circuit) is in an operating state. (Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIGS.

【0048】図14,15は、nMOSとpMOSにて
CMOSを構成する半導体集積回路装置の断面構造模式
図である。基板1上に絶縁体層35を介してSOI層4
0,41およびSOI層42,43が形成され、SOI
層40,41にてNチャネルMOSFET(nMOS)
44,45が形成されるとともに、SOI層42,43
にてPチャネルMOSFET(pMOS)46,47が
形成されている。
FIGS. 14 and 15 are schematic cross-sectional views of a semiconductor integrated circuit device comprising a CMOS with nMOS and pMOS. SOI layer 4 on substrate 1 via insulator layer 35
0, 41 and SOI layers 42, 43 are formed.
N-channel MOSFET (nMOS) in layers 40 and 41
44 and 45 are formed, and the SOI layers 42 and 43 are formed.
, P-channel MOSFETs (pMOS) 46 and 47 are formed.

【0049】SOI層40,41の下の絶縁体層35内
にはバックゲート電極層4aが配置されるとともに、S
OI層42,43の下の絶縁体層35内にはバックゲー
ト電極層4bが配置されている。つまり、nMOSとp
MOSにおいては、P.D.をF.D.にする際の印加
する電圧の極性が逆になるために、図14,15に示す
ようにnMOSとpMOSについて独立にそれぞれ共通
のバックゲート電極層4a,4bを設けている。
In the insulator layer 35 under the SOI layers 40 and 41, a back gate electrode layer 4a is arranged and
The back gate electrode layer 4b is disposed in the insulator layer 35 below the OI layers 42 and 43. That is, nMOS and p
In MOS, P.I. D. To F. D. In order to reverse the polarity of the voltage to be applied, the common back gate electrode layers 4a and 4b are provided independently for the nMOS and the pMOS as shown in FIGS.

【0050】図14は本回路が待機時の状態を示してお
り、部分空乏化モードに設定される。このモードにおい
ては、nMOSに対応するバックゲート電極層4aには
接地電位(GND電位)が、pMOSに対応するバック
ゲート電極層4bにはVdd電位がそれぞれ印加される。
よって、nMOS,pMOSともにP.D.となる。こ
の時、図3に示したようにしきい値電圧Vtの絶対値は
高くなり、かつP.D.であることよりバラツキも小さ
くなり、消費電流を支配するMOSFETのオフ電流は
低く抑えられる。
FIG. 14 shows a state in which this circuit is in a standby state, and is set to the partial depletion mode. In this mode, the ground potential (GND potential) is applied to the back gate electrode layer 4a corresponding to the nMOS, and the Vdd potential is applied to the back gate electrode layer 4b corresponding to the pMOS.
Therefore, both nMOS and pMOS have a P.I. D. Becomes At this time, the absolute value of the threshold voltage Vt increases as shown in FIG. D. Therefore, the variation becomes small, and the off-state current of the MOSFET which controls the current consumption can be suppressed low.

【0051】図15は本回路が動作時の状態を示してお
り、完全空乏化モードに設定される。このモードにおい
ては、nMOSに対応するバックゲート電極層4aには
Vdd電位が、pMOSに対応するバックゲート電極層4
bには接地電位(GND電位)がそれぞれ印加される。
よって、nMOS、pMOSともにF.D.となる。こ
の時、図3に示すように、しきい値電圧Vtの絶対値は
低くなり、かつ、F.D.であることにより動作速度が
向上する。
FIG. 15 shows a state in which the present circuit operates, and is set to a complete depletion mode. In this mode, the Vdd potential is applied to the back gate electrode layer 4a corresponding to the nMOS and the back gate electrode layer 4a corresponding to the pMOS.
A ground potential (GND potential) is applied to b.
Therefore, both nMOS and pMOS have the F.F. D. Becomes At this time, as shown in FIG. 3, the absolute value of the threshold voltage Vt decreases, and D. Thus, the operation speed is improved.

【0052】このように本実施形態は、下記の特徴を有
する。 (イ)MOSFETとして、NチャネルMOSFET4
4,45とPチャネルMOSFET46,47を具備
し、NチャネルMOSFET44,45においては、回
路動作時に対して回路待機時にはバイアス電圧を負の方
向へ変化させる(VddからGND電位に切り替える)と
ともに、PチャネルMOSFET46,47において
は、回路動作時に対して回路待機時にはバイアス電圧を
正の方向へ変化させる(GND電位からVddに切り替え
る)ようにしたので、実用上好ましいものとなる。 (ロ)より詳しくは、装置の外部から、直流電源電位V
ddと当該直流電源Vddより電位の低い接地電位(GND
電位)の少なくとも二つの電位を供給し、NチャネルM
OSFET44,45においては、バイアス電圧を、回
路動作の際には直流電源電位Vddとし、回路待機の際に
は接地電位に設定し、PチャネルMOSFET46,4
7においては、バイアス電圧を、回路動作の際には接地
電位とし、回路待機の際には直流電源電位Vddに設定す
るようにしたので、実用上好ましいものとなる。
As described above, this embodiment has the following features. (B) N-channel MOSFET 4
4, 45 and P-channel MOSFETs 46, 47. In the N-channel MOSFETs 44, 45, the bias voltage is changed in the negative direction (switching from Vdd to the GND potential) when the circuit is in standby compared to when the circuit is operating. In the MOSFETs 46 and 47, the bias voltage is changed in the positive direction (switching from the GND potential to Vdd) at the time of circuit standby during circuit operation, which is practically preferable. (B) More specifically, the DC power supply potential V
dd and a ground potential (GND) lower than the DC power supply Vdd.
Potential) and at least two potentials
In the OSFETs 44 and 45, the bias voltage is set to the DC power supply potential Vdd during circuit operation, and to the ground potential during circuit standby, and the P-channel MOSFETs 46 and 4
In 7, the bias voltage is set to the ground potential during circuit operation, and is set to the DC power supply potential Vdd during circuit standby, which is practically preferable.

【0053】なお、本実施形態においては、nMOS,
pMOSともにバックゲート電圧を変化させたが、いず
れか一方に対してのみバックゲート電極を設けて電圧を
印加してもよい。また、同時にバイアス電圧を印加する
のは一つのMOSFETであっても、2個以上多数のM
OSFETであってもよい。さらに、第1の実施形態同
様、バックゲート電極に印加するバイアス電圧として接
地電位(GND電位)ないしはVdd電位とは異なる電位
を印加してもよい。
In this embodiment, nMOS,
Although the back gate voltage is changed for both pMOSs, a back gate electrode may be provided for only one of the pMOSs to apply the voltage. Even if only one MOSFET applies a bias voltage at the same time, two or more M
It may be an OSFET. Further, as in the first embodiment, a ground potential (GND potential) or a potential different from the Vdd potential may be applied as a bias voltage applied to the back gate electrode.

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

【図1】 第1の実施形態での半導体集積回路装置にお
けるMOSFETが回路上待機状態にある時の断面構造
模式図。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor integrated circuit device according to a first embodiment when a MOSFET is in a circuit standby state;

【図2】 MOSFETが回路上動作状態にある時の断
面構造模式図。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram when a MOSFET is in an operating state on a circuit.

【図3】 Vtについてのバックゲート電圧依存性を模
式的に示した図。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the back gate voltage dependency of Vt.

【図4】 製造工程を説明するための断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図5】 製造工程を説明するための断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図6】 製造工程を説明するための断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図7】 製造工程を説明するための断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図8】 製造工程を説明するための断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図9】 製造工程を説明するための断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process.

【図10】 製造工程を説明するための断面図。FIG. 10 is a sectional view for explaining a manufacturing process.

【図11】 製造工程を説明するための断面図。FIG. 11 is a sectional view for explaining a manufacturing process.

【図12】 応用例における半導体集積回路装置の待機
時の断面構造模式図。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor integrated circuit device in an application example during standby.

【図13】 同じく半導体集積回路装置の動作状態にあ
る時に相当する断面構造模式図。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional structure diagram corresponding to a state where the semiconductor integrated circuit device is in an operating state.

【図14】 第2の実施形態における半導体集積回路装
置の待機時の断面構造模式図。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment during standby.

【図15】 同じく半導体集積回路装置の動作状態にあ
る時に相当する断面構造模式図。
FIG. 15 is a schematic sectional view corresponding to a state where the semiconductor integrated circuit device is in an operating state.

【図16】 薄膜SOIデバイスの断面構造模式図。FIG. 16 is a schematic sectional view of a thin-film SOI device.

【図17】 薄膜SOIデバイスの断面構造模式図。FIG. 17 is a schematic sectional view of a thin-film SOI device.

【図18】 薄膜SOIデバイスの断面構造模式図。FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of a thin-film SOI device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン単結晶基板、2…多結晶シリコン層、3…
シリコン酸化膜、4…バックゲート電極層、5…シリコ
ン酸化膜、6…SOI層、7…SOI層、8…ゲート酸
化膜、9…ゲート電極、10…ソース拡散層、11…ド
レイン拡散層、12…チャネル形成領域、13…ゲート
酸化膜、14…ゲート電極、15…ソース拡散層、16
…ドレイン拡散層、17…チャネル形成領域、20…N
チャネルMOSFET、21…NチャネルMOSFE
T、44…NチャネルMOSFET、45…Nチャネル
MOSFET、46…PチャネルMOSFET、47…
PチャネルMOSFET
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon single crystal substrate, 2 ... Polycrystalline silicon layer, 3 ...
Silicon oxide film, 4 back gate electrode layer, 5 silicon oxide film, 6 SOI layer, 7 SOI layer, 8 gate oxide film, 9 gate electrode, 10 source diffusion layer, 11 drain diffusion layer, 12 channel forming region, 13 gate oxide film, 14 gate electrode, 15 source diffusion layer, 16
... Drain diffusion layer, 17 ... Channel formation region, 20 ... N
Channel MOSFET, 21 ... N-channel MOSFET
T, 44: N-channel MOSFET, 45: N-channel MOSFET, 46: P-channel MOSFET, 47:
P-channel MOSFET

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に絶縁体層を介して形成さ
れた単結晶半導体層と、 前記単結晶半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成され
たゲート電極と、 前記単結晶半導体層に形成されたソースおよびドレイン
領域と、 前記単結晶半導体層内の前記ソース領域と前記ドレイン
領域の間のチャネル形成領域と、を有するMOSFET
を備えた半導体集積回路装置において、 前記チャネル形成領域の前記単結晶半導体層が膜厚方向
に全て空乏化する完全空乏化モードと、前記チャネル形
成領域の単結晶半導体層において膜厚方向に空乏化しな
い領域が存在する部分空乏化モードを有し、 前記MOSFETがオン状態とオフ状態の遷移を繰り返
す回路動作時に前記完全空乏化モードにするとともに、
前記MOSFETがオン状態ないしはオフ状態を保持し
ている回路待機時に前記部分空乏化モードにするように
したことを特徴とする半導体集積回路装置。
A single crystal semiconductor layer formed over a semiconductor substrate via an insulator layer; a gate electrode formed over the single crystal semiconductor layer via a gate insulating film; MOSFET having formed source and drain regions, and a channel formation region between the source region and the drain region in the single crystal semiconductor layer
A complete depletion mode in which the single crystal semiconductor layer in the channel formation region is completely depleted in the thickness direction, and depletion in the thickness direction in the single crystal semiconductor layer in the channel formation region. A partial depletion mode in which a region does not exist, and the MOSFET is set to the full depletion mode during a circuit operation in which the MOSFET repeatedly transitions between an on state and an off state;
2. A semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said partial depletion mode is set when said circuit is in a standby state in which said MOSFET is kept on or off.
【請求項2】 前記MOSFETにおける前記チャネル
形成領域に対向した前記絶縁体層内に対向電極が配置さ
れ、当該対向電極に印加するバイアス電圧によって、前
記チャネル形成領域における単結晶半導体層内の膜厚方
向への空乏化の状態を制御することを特徴とする請求項
1に記載の半導体集積回路装置。
A counter electrode disposed in the insulator layer facing the channel formation region in the MOSFET, and a film thickness in the single crystal semiconductor layer in the channel formation region is adjusted by a bias voltage applied to the counter electrode. 2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein a state of depletion in a direction is controlled.
【請求項3】 装置の外部から、直流電源電位と当該直
流電源より電位の低い接地電位の少なくとも二つの電位
が供給され、前記バイアス電圧として、前記直流電源電
位と前記接地電位に設定することを特徴とする請求項2
に記載の半導体集積回路装置。
3. A method in which at least two potentials of a DC power supply potential and a ground potential lower than the DC power supply are supplied from outside the device, and the bias voltage is set to the DC power supply potential and the ground potential. Claim 2
3. The semiconductor integrated circuit device according to 1.
【請求項4】 前記MOSFETとして、NチャネルM
OSFETとPチャネルMOSFETを具備し、 前記NチャネルMOSFETにおいては、回路動作時に
対して回路待機時には前記バイアス電圧を負の方向へ変
化させるとともに、前記PチャネルMOSFETにおい
ては、回路動作時に対して回路待機時には前記バイアス
電圧を正の方向へ変化させるようにしたことを特徴とす
る請求項2に記載の半導体集積回路装置。
4. An N-channel MOSFET as the MOSFET.
An OSFET and a P-channel MOSFET are provided. In the N-channel MOSFET, the bias voltage is changed in a negative direction when the circuit is in standby for the circuit operation, and in the P-channel MOSFET, the circuit is in standby for the circuit operation. 3. The semiconductor integrated circuit device according to claim 2, wherein the bias voltage is sometimes changed in a positive direction.
【請求項5】 装置の外部から、直流電源電位と当該直
流電源より電位の低い接地電位の少なくとも二つの電位
が供給され、前記NチャネルMOSFETにおいては、
前記バイアス電圧を、回路動作の際には前記直流電源電
位とし、回路待機の際には前記接地電位に設定し、前記
PチャネルMOSFETにおいては、前記バイアス電圧
を、回路動作の際には前記接地電位とし、回路待機の際
には前記直流電源電位に設定するようにしたことを特徴
とする請求項4に記載の半導体集積回路装置。
5. At least two potentials, a DC power supply potential and a ground potential lower than the DC power supply, are supplied from outside the device.
The bias voltage is set to the DC power supply potential during a circuit operation, is set to the ground potential during a circuit standby, and the bias voltage is set at the P-channel MOSFET during the circuit operation. 5. The semiconductor integrated circuit device according to claim 4, wherein the potential is set to the DC power supply potential when the circuit is on standby.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100856013B1 (en) 2005-10-03 2008-09-03 세이코 엡슨 가부시키가이샤 Semiconductor device and method for manufacturing the same
US7906990B2 (en) 2007-10-01 2011-03-15 Renesas Electronics Corporation Semiconductor integrated circuit device

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