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JP3376204B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3376204B2
JP3376204B2 JP05251196A JP5251196A JP3376204B2 JP 3376204 B2 JP3376204 B2 JP 3376204B2 JP 05251196 A JP05251196 A JP 05251196A JP 5251196 A JP5251196 A JP 5251196A JP 3376204 B2 JP3376204 B2 JP 3376204B2
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impurity diffusion
region
diffusion region
voltage
semiconductor substrate
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毅 吉田
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Toshiba Corp
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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】この発明は、半導体装置に係
り、とくにSOI(Silicon On Insulator) 構造を有す
る基板(以下、SOI基板という)の上に設けられた半
導体層(以下、SOI膜という)に形成されるMOSF
ETに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor layer (hereinafter referred to as an SOI film) provided on a substrate having an SOI (Silicon On Insulator) structure (hereinafter referred to as an SOI substrate). MOSF formed
Regarding ET.

【0002】[0002]

【従来の技術】SOI基板上のMOSFET素子(以
下、SOI素子という)は、通常のバルクシリコン半導
体基板上の素子と比較してジャンクション容量等の浮遊
容量が小さいため高速動作に優れており、近年さかんに
研究開発が行われている。SOI基板上のMOSFET
のしきい値電圧の制御にはバルク基板上のMOSFET
と同様、チャネル部への導電性不純物(チャネル不純
物)のイオン注入する方法が用いられ、そのドーズ量に
よってコントロールされている。しかし、SOI素子は
バルク素子(バルク半導体基板に形成されたMOSFE
Tなどの半導体素子)よりもチャネル不純物の濃度に強
く影響を受け、特にチャネル形成時にできるチャネル直
下の空乏層幅がチャネル不純物濃度によって変化するた
めそのチャネル直下の空乏層の影響による特性変化とし
きい値電圧の制御を両立させることが困難であった。
2. Description of the Related Art A MOSFET device on an SOI substrate (hereinafter referred to as an SOI device) is excellent in high-speed operation because it has a smaller stray capacitance such as a junction capacitance than a device on a normal bulk silicon semiconductor substrate. Research and development are being actively conducted. MOSFET on SOI substrate
MOSFET on the bulk substrate for controlling the threshold voltage of
Similarly to the above, a method of ion-implanting conductive impurities (channel impurities) into the channel portion is used, and is controlled by the dose amount. However, the SOI device is a bulk device (a MOS device formed on a bulk semiconductor substrate).
It is more strongly influenced by the concentration of channel impurities than semiconductor elements such as T. In particular, the width of the depletion layer directly under the channel formed at the time of channel formation changes depending on the concentration of the channel impurities. It was difficult to achieve both control of value voltage.

【0003】これを解決するためSOI基板上のMOS
FETは、SOI膜下のシリコン半導体基板の電位状態
によってMOSFETのしきい値電圧が変化するいわゆ
るSOI基板上のMOSFETの“バックバイアス効
果”を利用してしきい値電圧を制御する方法も試みられ
ているが、シリコン半導体基板には一律の電位しか与え
ることができないために、この方法で回路上の2つ以上
の異なるしきい値電圧を持つトランジスタを同時に制御
することは不可能であった。本発明は、このような事情
によりなされたものであり、SOI基板上の2つ以上の
MOSFETにSOI膜下のシリコン半導体基板側から
それぞれ異なる電位のバックバイアスを与えることによ
って2つ以上の異なる所望のしきい値電圧の制御を可能
とする半導体装置を提供する。
In order to solve this, a MOS on an SOI substrate
For the FET, a method of controlling the threshold voltage by utilizing the so-called "back bias effect" of the MOSFET on the SOI substrate, in which the threshold voltage of the MOSFET changes depending on the potential state of the silicon semiconductor substrate under the SOI film, is also attempted. However, since only a uniform potential can be applied to the silicon semiconductor substrate, it is impossible to simultaneously control two or more transistors having different threshold voltages on the circuit by this method. The present invention has been made under such circumstances, and by applying back biases of different potentials to the two or more MOSFETs on the SOI substrate from the silicon semiconductor substrate side under the SOI film, two or more different desired MOSFETs are provided. Provided is a semiconductor device capable of controlling the threshold voltage of the device.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
メモリセル領域と周辺回路領域とを有するSOI基板上
に形成され、且つ2つ以上の異なるしきい値電圧を持つ
MOSFETの直下の半導体基板の表面領域に、各々が
電気的に分離されるように不純物拡散領域を形成し、こ
の不純物拡散領域に各々異なる値の印加電圧を加えて2
つ以上の異なるMOSFETのしきい値電圧をバックバ
イアス効果によって制御することを特徴とする。SOI
膜に形成されたMOSFETの直下の半導体基板の不純
物拡散領域は、高加速電圧を印加することが可能なイオ
ン注入装置を用いてSOI膜を貫通するように導電性不
純物のイオン注入を行って形成される。本発明の半導体
装置を半導体メモリに用いることにより、その読み出し
/書き込みの高速度化を図ることができる。
The semiconductor device of the present invention comprises:
Each of them is formed on an SOI substrate having a memory cell region and a peripheral circuit region , and is electrically isolated from a surface region of a semiconductor substrate immediately below a MOSFET having two or more different threshold voltages. An impurity diffusion region is formed, and applied voltages of different values are applied to the impurity diffusion region to
It is characterized in that the threshold voltages of two or more different MOSFETs are controlled by the back bias effect. SOI
The impurity diffusion region of the semiconductor substrate directly below the MOSFET formed in the film is formed by ion-implanting a conductive impurity so as to penetrate the SOI film by using an ion implanter capable of applying a high acceleration voltage. To be done. By using the semiconductor device of the present invention for a semiconductor memory, high speed reading / writing can be achieved.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。まず、図1乃至図7および図16
を参照して本発明を説明する参考例を説明する。図1
は、半導体装置の断面図、図2乃至図7は、図1に示す
半導体装置の製造工程断面図である。SOI基板は、半
導体基板1、半導体基板1上の絶縁膜2及びこの絶縁膜
2の上に形成された単結晶の半導体層3(SOI膜)か
ら構成されている。SOI膜3には複数のMOSFET
(T1、T2)が形成されており、これらは素子分離領
域である酸化膜7によって分離されている。SOI膜の
素子領域に形成されている前記MOSFETは、所定の
距離を隔てて配置されたソース/ドレイン領域10と、
ソース/ドレイン領域10の間の上にゲート酸化膜8を
介して形成されたゲート電極9から構成されている。こ
のMOSFETの直下の半導体基板1の表面領域に導電
性の不純物拡散領域6が形成されている。MOSFET
(T1)の直下には不純物拡散領域61が形成され、M
OSFET(T2)の直下には不純物拡散領域62が形
成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, FIGS. 1 to 7 and FIG.
A reference example for explaining the present invention will be described with reference to FIG. Figure 1
2A to 2C are cross-sectional views of the semiconductor device, and FIGS. 2 to 7 are cross-sectional views of a manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. The SOI substrate is composed of a semiconductor substrate 1, an insulating film 2 on the semiconductor substrate 1, and a single crystal semiconductor layer 3 (SOI film) formed on the insulating film 2. The SOI film 3 has a plurality of MOSFETs.
(T1, T2) are formed, and these are separated by the oxide film 7 which is an element isolation region. The MOSFET formed in the element region of the SOI film includes a source / drain region 10 arranged at a predetermined distance,
The gate electrode 9 is formed on the source / drain region 10 via the gate oxide film 8. A conductive impurity diffusion region 6 is formed in the surface region of the semiconductor substrate 1 immediately below the MOSFET. MOSFET
An impurity diffusion region 61 is formed immediately below (T1), and M
An impurity diffusion region 62 is formed immediately below the OSFET (T2).

【0006】半導体基板1には、コンタクト領域となる
p型高濃度不純物拡散領域15が形成され、不純物拡散
領域61には、コンタクト領域となるn型不純物拡散領
域141が形成され、不純物拡散領域62には、コンタ
クト領域となるn型不純物拡散領域142が形成されて
いる。MOSFET及び素子分離領域を被覆するように
これらの上に層間絶縁膜11が形成されている。層間絶
縁膜11にはアルミニウムなどの金属配線16が形成さ
れている。この金属配線16は、層間絶縁膜11及び素
子分離酸化膜7を通して形成された貫通孔を通して内部
のコンタクト領域15、141、142やソース/ドレ
イン領域10に電気的に接続している。不純物拡散領域
61のnコンタクト領域141には、金属配線161
が層間絶縁膜11と素子分離酸化膜7を貫通する貫通孔
を介して電気的に接続されている。MOSFET(T
1)のソース領域には、金属配線162が層間絶縁膜1
1を貫通する貫通孔を介して電気的に接続されている。
MOSFET(T1)のドレイン領域には、金属配線1
63が層間絶縁膜11を貫通する貫通孔を介して電気的
に接続されている。半導体基板1のpコンタクト領域
15には、金属配線164が層間絶縁膜11と素子分離
酸化膜7を貫通する貫通孔を介して電気的に接続されて
いる。
A p-type high-concentration impurity diffusion region 15 serving as a contact region is formed in the semiconductor substrate 1, an n-type impurity diffusion region 141 serving as a contact region is formed in the impurity diffusion region 61, and an impurity diffusion region 62. In this region, an n-type impurity diffusion region 142 to be a contact region is formed. An interlayer insulating film 11 is formed on the MOSFET and the element isolation region so as to cover them. A metal wiring 16 made of aluminum or the like is formed on the interlayer insulating film 11. The metal wiring 16 is electrically connected to the internal contact regions 15, 141, 142 and the source / drain region 10 through a through hole formed through the interlayer insulating film 11 and the element isolation oxide film 7. In the n + contact region 141 of the impurity diffusion region 61, the metal wiring 161 is formed.
Are electrically connected to the interlayer insulating film 11 through a through hole penetrating the element isolation oxide film 7. MOSFET (T
In the source region of 1), the metal wiring 162 has the interlayer insulating film 1
1 is electrically connected through a through hole.
In the drain region of the MOSFET (T1), metal wiring 1
63 is electrically connected via a through hole penetrating the interlayer insulating film 11. The metal wiring 164 is electrically connected to the p + contact region 15 of the semiconductor substrate 1 through a through hole penetrating the interlayer insulating film 11 and the element isolation oxide film 7.

【0007】MOSFET(T2)のソース領域には、
金属配線165が層間絶縁膜11を貫通する貫通孔を介
して電気的に接続され、ドレイン領域には、金属配線1
66が層間絶縁膜11を貫通する貫通孔を介して電気的
に接続されている。不純物拡散領域62のnコンタク
ト領域142には、金属配線167が層間絶縁膜11と
素子分離酸化膜7を貫通する貫通孔を介して電気的に接
続されている。金属配線16は、保護絶縁膜17によっ
て被覆保護されている。この配線に電源電圧を印加する
端子は、保護絶縁膜17に形成した貫通孔を介して所定
の金属配線に接続されている。不純物拡散領域61に接
続されている金属配線161には、第1の電圧供給手段
18が接続されている。不純物拡散領域62に接続され
ている金属配線167には、第2の電圧供給手段19が
接続されている。半導体基板1の高濃度不純物拡散領域
15に接続されている金属配線164には、第3の電圧
供給手段20が接続されている。図1に示すように、M
OSFET(T1)が形成されている素子領域をA領域
とし、MOSFET(T2)が形成されている素子領域
をB領域とする。このような構造のSOI膜に形成され
たMOSFETには、図1のA領域の導電性不純物拡散
領域61とB領域の導電性不純物拡散領域62が電気的
に分離されているため、それぞれ独自の電位を印加する
ことが可能である。したがって、例えば、シリコン半導
体基板1に0V、A領域の導電性不純物拡散領域61に
1V、B領域の導電性不純物拡散領域に2Vというよう
にA領域及びB領域の導電性不純物拡散領域6(61、
62)にそれぞれ異なるバイアス電位を印加すれば、そ
の上に形成されているMOSFETには異なる“バック
バイアス”が印加されるので、A領域とB領域のMOS
FETはチャネル部が同じ不純物濃度に設定されている
にもかかわらず、異なるしきい値電圧を設定することが
可能となりチャネル不純物濃度の変化による寄生的なS
OI素子(MOSFET)の特性劣下を防ぐことができ
る。
In the source region of the MOSFET (T2),
Metal wiring 165 is electrically connected through a through hole penetrating interlayer insulating film 11, and metal wiring 1 is formed in the drain region.
66 is electrically connected through a through hole penetrating the interlayer insulating film 11. Metal wiring 167 is electrically connected to n + contact region 142 of impurity diffusion region 62 via a through hole penetrating interlayer insulating film 11 and element isolation oxide film 7. The metal wiring 16 is covered and protected by a protective insulating film 17. A terminal for applying a power supply voltage to this wiring is connected to a predetermined metal wiring through a through hole formed in the protective insulating film 17. The first voltage supply means 18 is connected to the metal wiring 161 connected to the impurity diffusion region 61. The second voltage supply means 19 is connected to the metal wiring 167 connected to the impurity diffusion region 62. The third voltage supply means 20 is connected to the metal wiring 164 connected to the high-concentration impurity diffusion region 15 of the semiconductor substrate 1. As shown in FIG.
The element region where the OSFET (T1) is formed is referred to as an A region, and the element region where the MOSFET (T2) is formed is referred to as a B region. In the MOSFET formed on the SOI film having such a structure, the conductive impurity diffusion region 61 in the A region and the conductive impurity diffusion region 62 in the B region of FIG. It is possible to apply a potential. Therefore, for example, 0 V for the silicon semiconductor substrate 1, 1 V for the conductive impurity diffusion region 61 in the A region, and 2 V for the conductive impurity diffusion region in the B region. ,
When different bias potentials are applied to 62), different "back biases" are applied to the MOSFETs formed thereon, so that the MOS in the A region and the MOS in the B region are
In the FET, even though the channel portion is set to have the same impurity concentration, it is possible to set different threshold voltages, and parasitic S
It is possible to prevent deterioration of the characteristics of the OI element (MOSFET).

【0008】次に、図2乃至図7を参照して図1の半導
体装置の製造方法を説明する。まず、例えば、抵抗が4
〜6Ωcm程度のp型シリコン半導体基板上1の上に1
00nm程度の厚さのSiO2 などからなる埋め込み酸
化膜2を形成する。この埋め込み酸化膜2の上に200
nm程度の厚さのシリコン半導体層(SOI膜)3をエ
ピタキシャル成長させる。SOI基板は、これら半導体
基板1、埋め込み酸化膜2及びSOI膜3から構成され
ている。次に、SOI膜3を10nm程度酸化して保護
酸化膜(SiO2 )4を形成する。保護酸化膜4を形成
してから、この上にフォトレジストを塗布し、パターニ
ングしてマスク5を形成する。このマスクを用いて導電
性不純物、例えば、リン等のn型不純物を半導体基板1
の表面領域にイオン注入する。この時、イオン注入装置
は1MeV以上の高い加速電圧が加えられるものを用い
て、不純物がSOI膜3、埋め込み酸化膜2を貫通して
シリコン基板1に達するように十分に高い加速電圧、例
えば、1MeV程度、ドーズ量が1012cm-2程度でイ
オン注入を行う。また、不純物がイオン注入される領域
はその後SOI膜3に形成されるMOSFETのしきい
値電圧を考慮して、異なるしきい値電圧を持つ2つ以上
のMOSFETの直下の不純物拡散領域がそれぞれ電気
的に分離されるように前述のごとくフォトレジストのパ
ターンニングを行う(図2)。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. First, for example, the resistance is 4
1 on the p-type silicon semiconductor substrate 1 of about 6 Ωcm
A buried oxide film 2 of SiO 2 or the like having a thickness of about 00 nm is formed. 200 on the buried oxide film 2
A silicon semiconductor layer (SOI film) 3 having a thickness of about nm is epitaxially grown. The SOI substrate is composed of the semiconductor substrate 1, the buried oxide film 2 and the SOI film 3. Next, the SOI film 3 is oxidized by about 10 nm to form a protective oxide film (SiO 2 ) 4. After forming the protective oxide film 4, a photoresist is applied thereon and patterned to form a mask 5. Using this mask, conductive impurities, for example, n-type impurities such as phosphorus are added to the semiconductor substrate 1.
Is ion-implanted into the surface region of the. At this time, the ion implanter is one to which a high acceleration voltage of 1 MeV or more is applied, and the acceleration voltage is sufficiently high so that the impurities penetrate the SOI film 3 and the buried oxide film 2 and reach the silicon substrate 1, for example, Ion implantation is performed at a dose of approximately 1 MeV and a dose of approximately 10 12 cm -2 . In addition, in the region where the impurities are ion-implanted, the impurity diffusion regions immediately below the two or more MOSFETs having different threshold voltages are respectively considered in consideration of the threshold voltage of the MOSFET formed in the SOI film 3. The photoresist is patterned as described above so as to be electrically separated (FIG. 2).

【0009】次に、フォトレジストのマスク5を除去し
てからN2 雰囲気中で1000℃前後でアニールして導
電性不純物の活性化を行い、バルクシリコン半導体のウ
ェルに相当する導電性の不純物拡散領域6(61、6
2)を形成する(図3)。次にLOCOS法を用いてS
OI膜3の上にSiO2 などの素子分離酸化膜7を形成
する。ここで留意することは、その後のコンタクト開孔
時において、素子分離酸化膜7及び埋め込み酸化膜2を
貫通してシリコン半導体基板1に到達するような孔を開
口する必要があるのでLOCOS形成時の酸化によって
素子分離領域はSOI膜3を完全にSiO2 化しておく
必要がある(図4)。次にしきい値電圧の合わせ込みの
ためにMOSFET形成領域のチャネル部にイオン注入
を行う。次に、保護酸化膜4を取り除いてから熱酸化な
どによりSOI膜3の表面にゲート酸化膜(SiO2
8を形成する。その後リンがドープされたポリシリコン
膜を推積し、パターニングしてゲート電極9をゲート酸
化膜8の上に形成する。ゲート電極9を形成してから、
これをマスクとしてn型不純物、例えば、AsをSOI
膜3の全面にイオン注入し、活性化アニールを行ってn
型ソース/ドレイン領域10を形成してMOSFETを
形成する。不純物拡散領域61の上にはMOSFET
(T1)が形成され、不純物拡散領域62の上にはMO
SFET(T2)が形成される(図5及び図16参
照)。
Next, after removing the photoresist mask 5, the conductive impurities are activated by annealing at about 1000 ° C. in an N 2 atmosphere to diffuse conductive impurities corresponding to the wells of the bulk silicon semiconductor. Area 6 (61, 6
2) is formed (FIG. 3). Next, using the LOCOS method, S
An element isolation oxide film 7 such as SiO 2 is formed on the OI film 3. It should be noted that it is necessary to open a hole that penetrates the element isolation oxide film 7 and the buried oxide film 2 and reaches the silicon semiconductor substrate 1 at the time of subsequent contact opening. In the element isolation region, it is necessary to completely turn the SOI film 3 into SiO 2 by oxidation (FIG. 4). Next, ion implantation is performed on the channel portion of the MOSFET formation region to adjust the threshold voltage. Next, after removing the protective oxide film 4, a gate oxide film (SiO 2 ) is formed on the surface of the SOI film 3 by thermal oxidation or the like.
8 is formed. Then, a polysilicon film doped with phosphorus is deposited and patterned to form a gate electrode 9 on the gate oxide film 8. After forming the gate electrode 9,
Using this as a mask, n-type impurities, such as As, are used for SOI.
Ions are implanted on the entire surface of the film 3 and activation annealing is performed to
A type source / drain region 10 is formed to form a MOSFET. A MOSFET is formed on the impurity diffusion region 61.
(T1) is formed, and MO is formed on the impurity diffusion region 62.
The SFET (T2) is formed (see FIGS. 5 and 16).

【0010】次に、SiO2 などの層間絶縁膜11をS
OI膜3及び素子分離酸化膜7の上に堆積する。そし
て、フォトレジストを層間絶縁膜11の上に塗布し、こ
れをパターニングしてマスク12を形成する。このマス
ク12にしたがって層間絶縁膜11及び素子分離酸化膜
7をRIE(Reactive Ion Etching)などによりエッチン
グして所定の領域に複数のコンタクト孔を形成する。こ
れらのコンタクト孔は、それぞれ不純物拡散領域6、半
導体基板1の主面及びソース/ドレイン領域10に到達
するように開口される(図6)。次に、マスク12を取
り除いてから再びフォトレジストを層間絶縁膜11の上
に塗布し、これをパターニングしてマスク13を形成す
る。このマスク13は、半導体基板1主面及びソース/
ドレイン領域10が露出しているコンタクト孔は被覆
し、不純物拡散領域6が露出しているコンタクト孔は被
覆しない。この不純物拡散領域6が露出しているコンタ
クト孔には、リン(P)などのn型不純物をイオン注入
し、マスクを取り除いてから活性化アニールを行って、
不純物拡散領域61、62にn高濃度不純物拡散領域
141、142を形成する。この高濃度不純物拡散領域
を形成することにより金属配線と不純物拡散領域6との
接触抵抗が低減される(図7)。
Next, the interlayer insulating film 11 made of SiO 2 or the like is formed on the S
It is deposited on the OI film 3 and the element isolation oxide film 7. Then, a photoresist is applied on the interlayer insulating film 11, and this is patterned to form a mask 12. According to the mask 12, the interlayer insulating film 11 and the element isolation oxide film 7 are etched by RIE (Reactive Ion Etching) or the like to form a plurality of contact holes in predetermined regions. These contact holes are opened so as to reach the impurity diffusion region 6, the main surface of the semiconductor substrate 1 and the source / drain regions 10, respectively (FIG. 6). Next, after removing the mask 12, a photoresist is applied again on the interlayer insulating film 11, and this is patterned to form a mask 13. The mask 13 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 and the source / source.
The contact hole where the drain region 10 is exposed is covered, and the contact hole where the impurity diffusion region 6 is exposed is not covered. An n-type impurity such as phosphorus (P) is ion-implanted into the contact hole where the impurity diffusion region 6 is exposed, the mask is removed, and then activation annealing is performed.
N + high-concentration impurity diffusion regions 141 and 142 are formed in the impurity diffusion regions 61 and 62. By forming this high-concentration impurity diffusion region, the contact resistance between the metal wiring and the impurity diffusion region 6 is reduced (FIG. 7).

【0011】次に、半導体基板1を露出させるコンタク
ト孔が露出され、他のコンタクト孔が被覆されるように
フォトレジストをパターニングしてマスク(図示せず)
を形成する。このマスクを介してp型不純物である、例
えば、ボロン(B)をイオン注入し、その後フォトレジ
ストを除去してから活性化アニールを行ってp高濃度
不純物拡散領域15を形成する。次に、アルミニウム膜
を層間絶縁膜11を推積する。そして、パターニングさ
れたフォトレジスト(図示せず)を用いて層間絶縁膜1
1をエッチング加工し、不純物拡散領域61に接続され
る金属配線161、ソース/ドレイン領域10に接続さ
れる金属配線162、163、165、166、高濃度
不純物拡散領域15に接続される金属配線164及び不
純物拡散領域61に接続される金属配線167をそれぞ
れ形成する。次にこれらの金属配線を被覆保護するよう
にSiO2 などの保護絶縁膜17を推積する。この後、
保護絶縁膜17に金属配線とのコンタクト孔を開口し、
金属配線161に接続される第1の電圧供給手段18、
金属配線167に接続される第2の電圧供給手段19及
び金属配線164に接続される第3の電圧供給手段20
をそれぞれ接続して半導体装置を完成させる(図1)。
図16は、図1の概略平面図である。半導体基板1のS
OI膜上にはフィールド酸化膜7に囲まれてnチャネル
MOSFET(T1、T2)が形成されており、その直
下に不純物拡散領域6のn型不純物拡散領域61、62
が半導体基板1の表面領域に形成されている。
Next, a mask (not shown) is formed by patterning the photoresist so that the contact hole exposing the semiconductor substrate 1 is exposed and the other contact holes are covered.
To form. A p-type impurity, for example, boron (B) is ion-implanted through this mask, the photoresist is removed thereafter, and activation annealing is performed to form the p + high-concentration impurity diffusion region 15. Next, an aluminum film is deposited on the interlayer insulating film 11. Then, the interlayer insulating film 1 is formed by using a patterned photoresist (not shown).
1 is etched, and metal wiring 161 connected to the impurity diffusion region 61, metal wirings 162, 163, 165, 166 connected to the source / drain regions 10, and metal wiring 164 connected to the high-concentration impurity diffusion region 15. And a metal wiring 167 connected to the impurity diffusion region 61, respectively. Next, a protective insulating film 17 such as SiO 2 is deposited so as to cover and protect these metal wirings. After this,
A contact hole with the metal wiring is opened in the protective insulating film 17,
First voltage supply means 18 connected to the metal wiring 161;
The second voltage supply means 19 connected to the metal wiring 167 and the third voltage supply means 20 connected to the metal wiring 164.
Are connected to complete the semiconductor device (FIG. 1).
FIG. 16 is a schematic plan view of FIG. S of the semiconductor substrate 1
An n-channel MOSFET (T1, T2) is formed on the OI film so as to be surrounded by the field oxide film 7, and the n-type impurity diffusion regions 61, 62 of the impurity diffusion region 6 are formed immediately below the n-channel MOSFET (T1, T2).
Are formed in the surface region of the semiconductor substrate 1.

【0012】この参考例の半導体装置は、図1のA領域
の不純物拡散領域61とB領域の不純物拡散領域62と
は電気的に分離されているため、それぞれ独自の電位を
印加することが可能になる。そのため、例えば、シリコ
ン半導体基板1に0V(V0)、A領域の不純物拡散領
域61に1V(V1 )、B領域の不純物拡散領域62に
2V(V2 )というようにA、B領域の不純物拡散領域
にそれぞれ異なるバイアス電位を印加すれば、その上に
形成されているMOSFETには異なる“バックバイア
ス”が印加されることになるので、A領域のMOSFE
T(T1)とB領域のMOSFET(T2)とはチャネ
ル部が同じ不純物濃度に設定されているにもかかわらず
異なるしきい値電圧(Vth)を設定することが可能とな
る。したがって、チャネル不純物濃度の変化による寄生
的なSOI素子(MOSFET)の特性劣下を防ぐこと
ができる。また、本発明を適用するには、シリコン半導
体基板1がn型で不純物拡散領域6がp型である場合、
A、B領域の導電性不純物拡散領域が一方がn型で他方
がp型と導電型が異なる場合などシリコン半導体基板1
及びA、B領域の不純物拡散領域のバイアス電位を不純
物拡散領域とシリコン基板間に順方向電流が生じないよ
うな電位状態に設定すればよい。
In the semiconductor device of this reference example, since the impurity diffusion region 61 in the A region and the impurity diffusion region 62 in the B region of FIG. 1 are electrically separated, it is possible to apply their own potentials. become. Therefore, for example, 0 V (V0) in the silicon semiconductor substrate 1, 1 V (V1) in the impurity diffusion region 61 in the A region, and 2 V (V2) in the impurity diffusion region 62 in the B region. If different bias potentials are applied to the MOSFETs, different "back biases" are applied to the MOSFETs formed on the MOSFETs.
It is possible to set different threshold voltages (Vth) between T (T1) and MOSFET (T2) in the B region even though the channel portions are set to the same impurity concentration. Therefore, parasitic characteristic deterioration of the SOI element (MOSFET) due to a change in channel impurity concentration can be prevented. To apply the present invention, when the silicon semiconductor substrate 1 is n-type and the impurity diffusion region 6 is p-type,
Silicon semiconductor substrate 1 in which the conductive impurity diffusion regions of the A and B regions have different conductivity types, one is n type and the other is p type
The bias potential of the impurity diffusion regions of the A and B regions may be set to a potential state in which no forward current is generated between the impurity diffusion region and the silicon substrate.

【0013】次に、図8を参照して本発明を説明する参
考例を説明する。図は、半導体装置の断面図である。S
OI基板の上に形成される層間絶縁膜、保護絶縁膜、金
属配線などは、省略する。SOI基板は、p型シリコン
半導体基板1、この半導体基板1上のSiO2 などの絶
縁膜2及びこの絶縁膜2の上に形成された単結晶の半導
体層3(SOI膜)から構成されている。SOI膜3に
は複数のMOSFET(T2、T3)が形成されてお
り、これらはフィールド酸化膜7によって素子分離され
ている。SOI膜の素子領域に形成されているMOSF
ET(T2)は、所定の距離を隔てて配置されたn型ソ
ース/ドレイン領域10と、ソース/ドレイン領域10
の間の上にゲート酸化膜8を介して形成されたポリシリ
コンなどのゲート電極9から構成されている。このMO
SFETが形成されている領域の直下の半導体基板1の
表面領域に導電性のn型不純物拡散領域62が形成され
ている。また、MOSFET(T3)は、SOI膜3に
所定の距離を隔てて形成されたp型ソース/ドレイン領
域14と、ソース/ドレイン領域14の間の上にゲート
酸化膜8を介して形成されたポリシリコンなどのゲート
電極91から構成されている。このMOSFETが形成
されている領域の直下の半導体基板1の表面領域に導電
性のn型不純物拡散領域63が形成され、この不純物拡
散領域63中にp型不純物拡散領域64が形成されてい
る。
Next, the present invention will be described with reference to FIG.
A consideration example will be described. The figure is a cross-sectional view of a semiconductor device. S
The interlayer insulating film, protective insulating film, metal wiring, etc. formed on the OI substrate are omitted. The SOI substrate is composed of a p-type silicon semiconductor substrate 1, an insulating film 2 such as SiO 2 on the semiconductor substrate 1, and a single crystal semiconductor layer 3 (SOI film) formed on the insulating film 2. . A plurality of MOSFETs (T2, T3) are formed on the SOI film 3, and these are isolated by the field oxide film 7. MOSF formed in the element region of the SOI film
ET (T2) is an n-type source / drain region 10 and a source / drain region 10 which are arranged with a predetermined distance.
It is composed of a gate electrode 9 made of polysilicon or the like formed on the space between the gate oxide films 8. This MO
A conductive n-type impurity diffusion region 62 is formed in the surface region of the semiconductor substrate 1 immediately below the region where the SFET is formed. The MOSFET (T3) is formed between the p-type source / drain region 14 formed at a predetermined distance in the SOI film 3 and the source / drain region 14 via the gate oxide film 8. The gate electrode 91 is made of polysilicon or the like. A conductive n-type impurity diffusion region 63 is formed in the surface region of the semiconductor substrate 1 immediately below the region where the MOSFET is formed, and a p-type impurity diffusion region 64 is formed in the impurity diffusion region 63.

【0014】p型不純物拡散領域64には、第1の電圧
供給手段21が接続されている。n型不純物拡散領域6
2には、第2の電圧供給手段19が接続されている。半
導体基板1には、第3の電圧供給手段20が接続されて
いる。また、n型不純物拡散領域63には、第4の電圧
供給手段22が接続されており、これによりこの領域の
電位を安定させている。両MOSFETは、しきい値電
圧を自由に設定することが可能となりチャネル不純物濃
度の変化による寄生的なMOSFETなどのSOI素子
の特性劣下を防ぐことができる。また、この実施例で
は、pチャネルMOSFET(T3)を有し、その直下
には、p型不純物拡散領域64がMOSFET(T3)
に対向するように配置されている。すなわち、半導体基
板に形成される不純物拡散領域は、一方がn型で他方が
p型と導電型が異なるが、電圧供給手段から印加される
半導体基板1及び不純物拡散領域62、64へのバイア
ス電位をこれら不純物拡散領域と半導体基板との間に順
方向電流が生じないような電位状態に設定すれば適宜こ
れらMOSFETのしきい値電圧(Vth)を下げること
ができる。
The first voltage supply means 21 is connected to the p-type impurity diffusion region 64. n-type impurity diffusion region 6
A second voltage supply means 19 is connected to 2. Third voltage supply means 20 is connected to the semiconductor substrate 1. The fourth voltage supply means 22 is connected to the n-type impurity diffusion region 63, thereby stabilizing the potential of this region. In both MOSFETs, the threshold voltage can be set freely, and it is possible to prevent the characteristic deterioration of the SOI element such as the parasitic MOSFET due to the change of the channel impurity concentration. Further, in this embodiment, a p-channel MOSFET (T3) is provided, and the p-type impurity diffusion region 64 is provided immediately below the MOSFET (T3).
Are arranged so as to face each other. That is, the impurity diffusion regions formed in the semiconductor substrate are different in conductivity type from one of n type and the other of p type, but the bias potential applied to the semiconductor substrate 1 and the impurity diffusion regions 62, 64 from the voltage supply means. Is set to a potential state such that no forward current is generated between the impurity diffusion region and the semiconductor substrate, the threshold voltage (Vth) of these MOSFETs can be appropriately lowered.

【0015】次に、図9及び図10を参照して本発明に
用いられる電圧供給手段が供給する電圧を説明する。図
9は、電圧供給手段に供給される電圧を示し、図10
は、図1に示された半導体基板に供給される電圧の種類
を示している。図9(a)の場合、MOSFET(T
1)側の電圧供給手段18が供給する電圧V1 は、VDD
であり、MOSFET(T2)側の電圧供給手段19が
供給する電圧V2 は、低電位電源VSSである。図9
(b)の場合、電圧V1 、V2 は、いづれもVBBであ
る。図9(c)の場合、電圧V1 、V2 は、VSS及びV
BBのいづれかを選択して供給される。図9(d)の場
合、電圧V1 、V2 は、VSS、VDD及びVBBのいづれか
を選択して供給される。図9(e)の場合、電圧V1 、
V2 は、VSS、VDD、VBL及びVBBのいづれかを選択し
て供給される。図10は、VSS、VDD、VBB、VBL及び
Vppなどの内部電源電圧と外部電源電圧VCCとの関係を
示す特性図であり、縦軸に内部電源電圧、横軸に外部電
源電圧を示している。図11の模式図に電源電圧の具体
的な大きさ及びその形成方法を示す。これら電源電圧
は、外部電源電圧VCC及びGNDに基づいて形成され
る。VCCを3〜3.5Vとすると、Vppは、5V、VDD
は、3V、VBLは、1.5Vである。また、VSSは、0
V、VBBは、−2Vである。
Next, referring to FIGS. 9 and 10, the present invention will be described.
The voltage supplied by the voltage supply means used will be described. FIG. 9 shows the voltage supplied to the voltage supply means, and FIG.
Shows the type of voltage supplied to the semiconductor substrate shown in FIG. In the case of FIG. 9A, the MOSFET (T
The voltage V1 supplied by the voltage supply means 18 on the side 1) is VDD
The voltage V2 supplied by the voltage supply means 19 on the MOSFET (T2) side is the low potential power supply VSS. Figure 9
In the case of (b), the voltages V1 and V2 are both VBB. In the case of FIG. 9C, the voltages V1 and V2 are VSS and V
It is supplied by selecting one of BB. In the case of FIG. 9D, the voltages V1 and V2 are supplied by selecting one of VSS, VDD and VBB. In the case of FIG. 9 (e), the voltage V1,
V2 is supplied by selecting any one of VSS, VDD, VBL and VBB. FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the internal power supply voltage such as VSS, VDD, VBB, VBL, and Vpp and the external power supply voltage VCC, where the vertical axis represents the internal power supply voltage and the horizontal axis represents the external power supply voltage. . The schematic diagram of FIG. 11 shows a specific magnitude of the power supply voltage and a method of forming the same. These power supply voltages are formed based on the external power supply voltages Vcc and GND. If Vcc is 3 to 3.5V, Vpp is 5V, VDD
Is 3V and VBL is 1.5V. Also, VSS is 0
V and VBB are -2V.

【0016】次に、図12及び図13を参照して本発明
を半導体メモリに適用した第の発明の実施の形態を説
明する。図12は、DRAMなどの半導体メモリの概略
断面図である。この半導体メモリでは、バックバイアス
効果を利用してMOSFETのしきい値電圧を設定する
半導体基板の表面領域に形成した不純物拡散領域(ウエ
ル)は、メモリセルアレイが形成されたメモリセル領域
では1つの共通した領域になっている。p型半導体基板
1に形成されたセル領域には、MOSFET(T1、T
2、T3)に共通のn型不純物拡散領域66が形成さ
れ、周辺回路領域には、各MOSFET(T4、T5、
T6)のそれぞれに前記しきい値電圧を設定するn型不
純物拡散領域67、68、69が形成されている。半導
体基板1に電圧V0 を供給する電圧供給手段20、不純
物拡散領域66に電圧V1 を供給する電圧供給手段23
及び不純物拡散領域67、68、69にそれぞれ電圧V
2、V3 、V4 を供給する電圧供給手段24、25、2
6が形成されている。半導体基板に形成される不純物拡
散領域は、電圧供給手段から印加される半導体基板1及
び不純物拡散領域へのバイアス電位をこれら不純物拡散
領域と半導体基板との間に順方向電流が生じないような
電位状態に設定すればMOSFETのしきい値電圧(V
th)を下げることができる。
Next, an embodiment of the first invention in which the present invention is applied to a semiconductor memory will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a schematic sectional view of a semiconductor memory such as DRAM. In this semiconductor memory, the impurity diffusion region (well) formed in the surface region of the semiconductor substrate for setting the threshold voltage of the MOSFET by utilizing the back bias effect is common in the memory cell region in which the memory cell array is formed. It has become a region. In the cell region formed on the p-type semiconductor substrate 1, MOSFETs (T1, T
2 and T3), a common n-type impurity diffusion region 66 is formed, and each MOSFET (T4, T5,
N-type impurity diffusion regions 67, 68, 69 for setting the threshold voltage are formed in each of T6). The voltage supply means 20 for supplying the voltage V0 to the semiconductor substrate 1 and the voltage supply means 23 for supplying the voltage V1 to the impurity diffusion region 66.
And a voltage V to the impurity diffusion regions 67, 68 and 69, respectively.
2, voltage supply means 24, 25, 2 for supplying V3, V4
6 is formed. The impurity diffusion region formed in the semiconductor substrate has a bias potential applied to the semiconductor substrate 1 and the impurity diffusion region from the voltage supply means such that no forward current is generated between the impurity diffusion region and the semiconductor substrate. If set to the state, the threshold voltage (V
th) can be lowered.

【0017】セル領域のメモリセルは動作電圧が同じな
ので、不純物拡散領域をセル毎に形成する必要はなく、
共通の不純物拡散領域を用いることによってメモリサイ
ズを小さくできる。セル領域のMOSFETのしきい値
電圧(Vthセル)を周辺回路領域のMOSFETのしき
い値電圧(Vth周辺)より大きくすると(|Vthセル|
>|Vth周辺|)、セルのデータ保存性が高くなると共
に周辺回路による処理の高速化が向上する。図13は、
DRAMなどの半導体メモリの概略断面図である。この
半導体メモリでは、バックバイアス効果を利用してMO
SFETのしきい値電圧を設定する半導体基板の表面領
域に形成した不純物拡散領域(ウエル)は、セル領域に
は形成されていない。p型半導体基板1が形成されたセ
ル領域には、MOSFET(T1、T2、T3)が形成
され、周辺回路領域には、各MOSFET(T4、T
5、T6)のそれぞれにしきい値電圧を設定するn型不
純物拡散領域67、68、69が形成されている。半導
体基板1に電圧V0 を供給する電圧供給手段20及び不
純物拡散領域67、68、69にそれぞれ電圧V2 、V
3 、V4 を供給する電圧供給手段24、25、26が形
成されている。
Since the memory cells in the cell region have the same operating voltage, it is not necessary to form an impurity diffusion region for each cell.
The memory size can be reduced by using the common impurity diffusion region. If the threshold voltage (Vth cell) of the MOSFET in the cell region is made larger than the threshold voltage (Vth periphery) of the MOSFET in the peripheral circuit region (| Vth cell |
> | Vth periphery |), the data storage property of the cell is improved and the speedup of the processing by the peripheral circuit is improved. Figure 13
It is a schematic sectional drawing of semiconductor memories, such as DRAM. This semiconductor memory utilizes the back bias effect to achieve MO
The impurity diffusion region (well) formed in the surface region of the semiconductor substrate for setting the threshold voltage of the SFET is not formed in the cell region. MOSFETs (T1, T2, T3) are formed in the cell region where the p-type semiconductor substrate 1 is formed, and each MOSFET (T4, T3) is formed in the peripheral circuit region.
5, T6), n-type impurity diffusion regions 67, 68, 69 for setting the threshold voltage are formed. Voltages V2 and V are applied to the voltage supply means 20 for supplying the voltage V0 to the semiconductor substrate 1 and the impurity diffusion regions 67, 68 and 69, respectively.
Voltage supply means 24, 25, 26 for supplying 3, V4 are formed.

【0018】半導体基板に形成される不純物拡散領域
は、電圧供給手段から印加される半導体基板1及び不純
物拡散領域へのバイアス電位をこれら不純物拡散領域と
半導体基板との間に順方向電流が生じないような電位状
態に設定すればMOSFETのしきい値電圧(Vth)を
下げることができる。セル領域のメモリセルは動作電圧
が同じであるとともにセル領域のしきい値電圧を下げる
必要はないので、不純物拡散領域を形成する必要はな
く、メモリサイズを小さくできる。セル領域のMOSF
ETのしきい値電圧(Vthセル)を周辺回路領域のMO
SFETのしきい値電圧(Vth周辺)より大きくすると
(|Vthセル|>|Vth周辺|)、セルのデータ保存性
が高くなると共に周辺回路による処理の高速化が向上す
る。
In the impurity diffusion region formed in the semiconductor substrate, the bias potential applied from the voltage supply means to the semiconductor substrate 1 and the impurity diffusion region does not generate a forward current between the impurity diffusion region and the semiconductor substrate. By setting such a potential state, the threshold voltage (Vth) of the MOSFET can be lowered. Since the memory cells in the cell region have the same operating voltage and it is not necessary to lower the threshold voltage of the cell region, it is not necessary to form the impurity diffusion region and the memory size can be reduced. MOSF in cell area
Set the threshold voltage (Vth cell) of ET to MO in the peripheral circuit area.
When the voltage is higher than the threshold voltage (around Vth) of the SFET (| Vth cell |> | Vth around |), the data storage property of the cell is improved and the processing speed by the peripheral circuit is improved.

【0019】次に、図14及び図5を参照して本発明を
半導体メモリのメモリセルを選択する回路などの周辺回
路に適用する第4の発明の実施の形態を説明する。図1
4は、ワード線WL(WL1 、WL2 )及びビット線B
L、/BLに接続されたセルと、ビット線に接続された
センスアンプと、センスアンプ(S/A)に接続され、
入出力線(DQ、/DQ)が入出力ゲート(DQゲー
ト)を介して接続された列デコーダ出力CSLとを有す
るセル選択回路であり、入出力線には、センスアンプ
(DQS/A)が接続されている。
Next, a fourth embodiment of the present invention in which the present invention is applied to a peripheral circuit such as a circuit for selecting a memory cell of a semiconductor memory will be described with reference to FIGS . 14 and 5 . Figure 1
4 is a word line WL (WL1, WL2) and a bit line B
Connected to cells connected to L and / BL, a sense amplifier connected to a bit line, and a sense amplifier (S / A),
An input / output line (DQ, / DQ) is a cell selection circuit having a column decoder output CSL connected via an input / output gate (DQ gate), and a sense amplifier (DQS / A) is provided in the input / output line. It is connected.

【0020】この入出力ゲートには、電圧供給手段27
が接続されている。電圧供給手段27は、入出力ゲート
を構成する1対のnチャネルMOSFETの直下に形成
した半導体基板の表面領域の不純物拡散領域(図示せ
ず)に不純物拡散領域へのバイアス電位を不純物拡散領
域と半導体基板との間に順方向電流が生じないような電
位状態に設定した所定の電圧を印加する。所定の電圧を
印加することによってMOSFETのしきい値電圧(V
th)を下げることができ、MOSFETのしきい値電圧
を適宜変えることによって入出力ゲートが制御する入出
力線に接続されたセンスアンプ(DQS/A)が高速化
される。この電圧供給手段が供給する電源電圧には、V
pp、VDD、VBL、VSSなどがある。
A voltage supply means 27 is connected to the input / output gate.
Are connected. The voltage supply means 27 applies a bias potential to the impurity diffusion region to the impurity diffusion region (not shown) in the surface region of the semiconductor substrate formed immediately below the pair of n-channel MOSFETs forming the input / output gate. A predetermined voltage set to a potential state where no forward current is generated between the semiconductor substrate and the semiconductor substrate is applied. By applying a predetermined voltage, the threshold voltage (V
th) can be lowered, and the sense amplifier (DQS / A) connected to the input / output line controlled by the input / output gate can be speeded up by appropriately changing the threshold voltage of the MOSFET. The power supply voltage supplied by this voltage supply means is V
pp, VDD, VBL, VSS, etc.

【0021】図15は、図14と同種ロウ系の回路であ
るがVRAM等に用いるため、センスアンプ(S/A)
に加えてテンポラリレジスタなどのレジスタ(TR)と
してCMOSフリップフロップをさらに具備している。
テンポラリレジスタ(TR)は、1対のpチャネルMO
SFET30及び1対のnチャネルMOSFET31か
ら構成されている。このMOSFET30、31には、
電圧供給手段28、29が接続されている。
FIG. 15 shows a row system circuit of the same kind as that of FIG. 14, but since it is used for a VRAM or the like, a sense amplifier (S / A) is used.
In addition, a CMOS flip-flop is further provided as a register (TR) such as a temporary register.
The temporary register (TR) is a pair of p-channel MO.
It is composed of an SFET 30 and a pair of n-channel MOSFETs 31. In these MOSFETs 30 and 31,
The voltage supply means 28 and 29 are connected.

【0022】電圧供給手段28、29は、MOSFET
の直下に形成した半導体基板の表面領域の不純物拡散領
域(図示せず)に不純物拡散領域へのバイアス電位を不
純物拡散領域と半導体基板との間に順方向電流が生じな
いような電位状態に設定した所定の電圧を印加する。所
定の電圧を印加することによってMOSFETのしきい
値電圧(Vth)を下げることができる。このテンポラリ
レジスタには、データを内部に保持するモードと外部か
ら内部へデータを転送するモードとがある。2つのモー
ドは、両立が難しく、保持し易くしようとすると転送し
難く、転送し易くすると保持が難しくなる。
The voltage supply means 28 and 29 are MOSFETs.
A bias potential to the impurity diffusion region (not shown) in the surface region of the semiconductor substrate formed immediately below the semiconductor substrate is set to a potential state in which no forward current is generated between the impurity diffusion region and the semiconductor substrate. The predetermined voltage is applied. The threshold voltage (Vth) of the MOSFET can be lowered by applying a predetermined voltage. This temporary register has a mode in which data is held internally and a mode in which data is transferred from outside to inside. The two modes are difficult to be compatible with each other, and it is difficult to transfer if it is easy to hold, and difficult to hold if they are easy to transfer.

【0023】この発明の実施の形態では、センスアンプ
のMOSFETのしきい値電圧をデータ転送モード時及
びデータ保持モード時とで変えることによってその両立
を図ることにある。すなわち、データ保持モードではし
きい値電圧の絶対値が小さく、転送モードではしきい値
電圧の絶対値が大きく制御する。上記のことを踏まえ
て、pチャネルMOSFET30の直下の半導体基板に
形成されたp型不純物拡散領域に電圧供給手段28から
供給される電圧は、保持モードのときには、VSS、VD
D、VBLなどの低い電圧が適当であり、転送モードのと
きは、Vpp、VDDなどの高電位電圧が適当である。nチ
ャネルMOSFET31の直下の半導体基板に形成され
たn型不純物拡散領域に電圧供給手段29から供給され
る電圧は、保持モードのときにはVpp、VDD、VBL、V
SSなどの高い電圧が適当であり、転送モードのときには
VSS、VBBなどの低電位電圧が適当である。上記モード
による異なる供給電圧の種類は次表(表1)に示され
る。
According to the embodiment of the present invention, the compatibility is achieved by changing the threshold voltage of the MOSFET of the sense amplifier in the data transfer mode and the data holding mode. That is, the absolute value of the threshold voltage is small in the data holding mode, and the absolute value of the threshold voltage is large in the transfer mode. Based on the above, the voltage supplied from the voltage supply means 28 to the p-type impurity diffusion region formed in the semiconductor substrate immediately below the p-channel MOSFET 30 is VSS, VD in the holding mode.
Low voltages such as D and VBL are suitable, and high potential voltages such as Vpp and VDD are suitable in the transfer mode. The voltage supplied from the voltage supply means 29 to the n-type impurity diffusion region formed on the semiconductor substrate immediately below the n-channel MOSFET 31 is Vpp, VDD, VBL, V in the holding mode.
A high voltage such as SS is suitable, and a low potential voltage such as VSS or VBB is suitable in the transfer mode. Different supply voltage types depending on the above modes are shown in the following table (Table 1).

【0024】[0024]

【表1】 [Table 1]

【0025】このテンポラリレジスタは、VRAM用途
に限らずモードを可変できるいかなるレジスタにも適用
できる。
This temporary register can be applied not only to the VRAM application but also to any register whose mode can be changed.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上のような構造のSOI膜上の複数の
MOSFETにおいて、導電性不純物拡散領域は電気的
に分離されているため、それぞれ独自の電位を印加する
ことが可能である。したがって、それぞれの導電性不純
物拡散領域に互いに異なるバイアス電位を印加すれば、
その上に形成されているMOSFETには異なる“バッ
クバイアス”が印加されることになるので、これらのM
OSFETは、チャネル部が同じ不純物濃度に設定され
ていても、異なるしきい値電圧を設定することが可能と
なり、チャネル不純物濃度の変化による寄生的なSOI
膜上のMOSFETの特性劣下を防ぐことができる。ま
た、本発明を半導体メモリに適用することにより、デー
タ保持モード及びデータ転送モードのいづれのモードに
も優れた半導体メモリを得ることができる。
In the plurality of MOSFETs on the SOI film having the above-described structure, the conductive impurity diffusion regions are electrically isolated from each other, so that it is possible to apply a unique potential to each. Therefore, if different bias potentials are applied to the respective conductive impurity diffusion regions,
Since different "back biases" are applied to the MOSFETs formed thereon, these M
The OSFET can set different threshold voltages even if the channel portions are set to have the same impurity concentration, and the parasitic SOI caused by the change in the channel impurity concentration.
It is possible to prevent deterioration of the characteristics of the MOSFET on the film. Further, by applying the present invention to a semiconductor memory, it is possible to obtain a semiconductor memory excellent in both the data holding mode and the data transfer mode.

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

【図1】参考例の半導体装置の断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a reference example .

【図2】図1の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 2 is a sectional view of a step of manufacturing the semiconductor device of FIG.

【図3】図1の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 3 is a sectional view of a step of manufacturing the semiconductor device of FIG.

【図4】図1の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 4 is a sectional view of a step of manufacturing the semiconductor device of FIG.

【図5】図1の半導体装置の製造工程断面図。5A to 5C are cross-sectional views of manufacturing steps of the semiconductor device of FIG.

【図6】図1の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 6 is a sectional view of a step of manufacturing the semiconductor device of FIG.

【図7】図1の半導体装置の製造工程断面図。FIG. 7 is a sectional view of a step of manufacturing the semiconductor device of FIG.

【図8】参考例の半導体装置の断面図。FIG. 8 is a sectional view of a semiconductor device of a reference example .

【図9】本発明の半導体装置の電圧供給手段の模式図。FIG. 9 is a schematic diagram of voltage supply means of the semiconductor device of the present invention.

【図10】内部電源電圧と外部電源電圧との関係を示す
特性図。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a relationship between an internal power supply voltage and an external power supply voltage.

【図11】本発明の電圧供給手段が供給する電圧の関係
を示す模式図。
FIG. 11 is a schematic diagram showing the relationship of voltages supplied by the voltage supply means of the present invention.

【図12】本発明の半導体装置の断面図。FIG. 12 is a cross-sectional view of a semiconductor device of the present invention.

【図13】本発明の半導体装置の断面図。FIG. 13 is a cross-sectional view of a semiconductor device of the present invention.

【図14】本発明が適用される半導体メモリのシステム
回路図。
FIG. 14 is a system circuit diagram of a semiconductor memory to which the present invention is applied .

【図15】本発明が適用される半導体メモリのシステム
回路図。
FIG. 15 is a system circuit diagram of a semiconductor memory to which the present invention is applied .

【図16】図1に示す半導体基板の概略平面図。16 is a schematic plan view of the semiconductor substrate shown in FIG.

【符号の説明】 1・・・シリコン基板、 2・・・埋め込み酸化膜、
3・・・SOI膜、4・・・保護酸化膜、 5、1
2、13・・・フォトレジスト、 6、61、62、
63、64、66、67、68、69・・・不純物拡散
領域、7・・・素子分離酸化膜(フィールド酸化膜)、
8・・・ゲート酸化膜、9、91・・・ゲート電
極、 10、14・・・ソース/ドレイン領域、11
・・・層間絶縁膜、 15・・・p拡散領域、
16、161、162、163、164、165、16
6・・・金属配線、17・・・保護絶縁膜、 18、
19、20、21、22、23、24、25、26、2
7、28、29・・・電圧供給手段、30・・・pチャ
ネルMOSFET、 31・・・nチャネルMOSFE
T、141、142・・・n拡散領域。
[Explanation of reference numerals] 1 ... Silicon substrate, 2 ... Buried oxide film,
3 ... SOI film, 4 ... Protective oxide film, 5, 1
2, 13 ... Photoresist, 6, 61, 62,
63, 64, 66, 67, 68, 69 ... Impurity diffusion region, 7 ... Element isolation oxide film (field oxide film),
8 ... Gate oxide film, 9, 91 ... Gate electrode, 10, 14 ... Source / drain region, 11
... Interlayer insulating film, 15 ... p + diffusion region,
16, 161, 162, 163, 164, 165, 16
6 ... Metal wiring, 17 ... Protective insulating film, 18,
19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 2
7, 28, 29 ... Voltage supply means, 30 ... P-channel MOSFET, 31 ... N-channel MOSFE
T, 141, 142 ... N + diffusion regions.

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 27/10 681F (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 27/108 H01L 21/8242 H01L 27/08 H01L 21/8234 Front page continued (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 27/10 681F (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/786 H01L 27/108 H01L 21/8242 H01L 27 / 08 H01L 21/8234

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜上に形成された半導体膜と、 前記半導体膜に形成された複数のMOSFETと、 前記各MOSFETが形成されている領域の直下の前記
半導体基板中に形成された不純物拡散領域とを備え、 前記各不純物拡散領域は、互いに電気的に分離され、
バイアス電位が印加されており、前記半導体膜は、メ
モリセル領域と周辺回路領域とを有し、このメモリセル
領域の前記複数のMOSFETは、共通の前記不純物拡
散領域を備え、前記周辺回路領域の前記複数のMOSF
ETは、それぞれ個別の前記不純物拡散領域を備えてい
ことを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor substrate, an insulating film formed on the semiconductor substrate, a semiconductor film formed on the insulating film, a plurality of MOSFETs formed on the semiconductor film, and each of the MOSFETs formed. the right under the area being provided with an impurity diffusion region formed in the semiconductor substrate, wherein the impurity diffusion regions are electrically isolated from each other,
One bias potential are applied, the semiconductor film, main
This memory cell has a memory cell area and a peripheral circuit area.
The plurality of MOSFETs in the region are common to the impurity diffusion.
A plurality of MOSFs in the peripheral circuit area
Each ET has the individual impurity diffusion region.
Wherein a that.
【請求項2】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜上に形成された半導体膜と、 前記半導体膜に形成された複数のMOSFETと、 前記各MOSFETが形成されている領域の直下の前記
半導体基板中に形成された不純物拡散領域とを備え、 前記各不純物拡散領域は、互いに電気的に分離され、且
つバイアス電位が印加されており、前記半導体膜は、メ
モリセル領域と周辺回路領域とを有し、前記周辺回路領
域の前記複数のMOSFETにのみ、夫々前記不純物拡
散領域が形成されている ことを特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor substrate, an insulating film formed on the semiconductor substrate, a semiconductor film formed on the insulating film, a plurality of MOSFETs formed on the semiconductor film, and the MOSFETs are formed. The area directly below the area
An impurity diffusion region formed in the semiconductor substrate, wherein the impurity diffusion regions are electrically isolated from each other, and
Bias voltage is applied, the semiconductor film is
A memory cell region and a peripheral circuit region,
Of the impurity in each of the plurality of MOSFETs in the region.
A semiconductor device having a dispersed region formed therein .
【請求項3】 前記半導体基板の前記不純物拡散領域に
はそれぞれ電圧供給手段が接続されていることを特徴と
する請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。
3. A semiconductor device according to claim 1 or claim 2, wherein said semiconductor substrate of said impurity diffused each of the domain voltage supply means is connected.
【請求項4】 前記メモリセル領域の前記不純物拡散領
域上のMOSFETのしきい値電圧の絶対値を前記周辺
回路領域上のMOSFETのしきい値電圧の絶対値より
大きくすることを特徴とする請求項1又は請求項3に記
の半導体装置。
4. The impurity diffusion region of the memory cell region
The absolute value of the threshold voltage of the MOSFET on the range
From the absolute value of the threshold voltage of the MOSFET on the circuit area
The size is increased according to claim 1 or claim 3.
Mounted semiconductor device.
【請求項5】 前記メモリセルのデータを読み出すセン
スアンプを有し、このセンスアンプを構成するフリップ
フロップが保持モードのときは、このフリップフロップ
を構成するMOSFETのしきい値電圧の絶対値を小さ
くし、転送モードのときは、前記MOSFETのしきい
値電圧の絶対値を大きくすることを特徴とする請求項1
乃至請求項3のいずれかに記載の半導体装置。
5. A sensor for reading data from the memory cell.
A flip-flop that has an amplifier and constitutes this sense amplifier
When the flop is in hold mode, this flip-flop
The absolute value of the threshold voltage of the MOSFET
In the comb and transfer mode, the threshold of the MOSFET is
2. The absolute value of the value voltage is increased, as claimed in claim 1.
The semiconductor device according to claim 3 .
【請求項6】 前記メモリセルのデータを読み出すセン
スアンプには前記電圧供給手段を有するテンポラリレジ
スタが接続され、このテンポラリレジスタを構成するフ
リップフロップが転送モードのときには、このフリップ
フロップを構成するMOSFETの前記不純物拡散領域
がp型の場合、前記電圧供給手段は、このp型不純物拡
散領域に保持モードのときより高い電圧を供給し、前記
不純物拡散領域がn型の場合、前記電圧供給手段は、こ
のn型不純物拡散領域に保持モードのときより低い電圧
を供給することを特徴とする請求項1乃至請求項4のい
ずれかに記載の半導体装置。
6. A sense amplifier for reading data from the memory cell is connected to a temporary register having the voltage supply means, and when a flip-flop forming the temporary register is in a transfer mode, a MOSFET forming the flip-flop is connected. When the impurity diffusion region is p-type, the voltage supply means supplies a higher voltage to the p-type impurity diffusion region than in the holding mode, and when the impurity diffusion region is n-type, the voltage supply means 5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a voltage lower than that in the holding mode is supplied to the n-type impurity diffusion region.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6191451B1 (en) * 1998-01-30 2001-02-20 International Business Machines Corporation Semiconductor device with decoupling capacitance
JP2000323660A (en) * 1999-05-11 2000-11-24 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device, method of manufacturing the same, and method of manufacturing a wafer
KR100304710B1 (en) * 1999-08-30 2001-11-01 윤종용 Nonovolatile Memory Device Having Bulk Bias Contact Structure in Cell Array Region
JP2001111056A (en) * 1999-10-06 2001-04-20 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same
US7129142B2 (en) * 2002-06-11 2006-10-31 Advanced Micro Devices, Inc. Method of forming doped regions in the bulk substrate of an SOI substrate to control the operational characteristics of transistors formed thereabove, and an integrated circuit device comprising same
JP4850387B2 (en) * 2002-12-09 2012-01-11 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device
JP4694098B2 (en) * 2003-01-27 2011-06-01 セイコーインスツル株式会社 Semiconductor integrated circuit and electronic equipment
JP4282388B2 (en) 2003-06-30 2009-06-17 株式会社東芝 Semiconductor memory device
JP3962729B2 (en) 2004-06-03 2007-08-22 株式会社東芝 Semiconductor device
JP5154000B2 (en) * 2005-05-13 2013-02-27 ラピスセミコンダクタ株式会社 Semiconductor device
US20100084709A1 (en) 2005-07-05 2010-04-08 Ryuta Tsuchiya Semiconductor device and method for manufacturing same
US7417288B2 (en) * 2005-12-19 2008-08-26 International Business Machines Corporation Substrate solution for back gate controlled SRAM with coexisting logic devices
KR100668867B1 (en) * 2005-12-28 2007-01-16 주식회사 하이닉스반도체 Method of forming sense amplifier of semiconductor device
JP5145691B2 (en) * 2006-02-23 2013-02-20 セイコーエプソン株式会社 Semiconductor device
JP2007266569A (en) * 2006-02-28 2007-10-11 Toshiba Corp Semiconductor memory device and manufacturing method thereof
JP2007242950A (en) * 2006-03-09 2007-09-20 Toshiba Corp Semiconductor memory device
KR100776749B1 (en) * 2006-05-19 2007-11-19 주식회사 하이닉스반도체 Semiconductor memory device and driving method thereof
JP5426069B2 (en) * 2006-08-31 2014-02-26 富士通セミコンダクター株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4919767B2 (en) * 2006-11-10 2012-04-18 株式会社東芝 Semiconductor memory device
JP2008109148A (en) * 2007-11-19 2008-05-08 Toshiba Corp Semiconductor integrated device
JP5528667B2 (en) 2007-11-28 2014-06-25 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device and method for controlling semiconductor device
JP2008283216A (en) * 2008-07-28 2008-11-20 Oki Electric Ind Co Ltd Semiconductor device, and manufacturing method thereof
FR2953641B1 (en) 2009-12-08 2012-02-10 S O I Tec Silicon On Insulator Tech HOMOGENEOUS TRANSISTOR CIRCUIT ON SEOI WITH REAR CONTROL CHANNEL BURED UNDER THE INSULATING LAYER
JP5550444B2 (en) 2010-05-17 2014-07-16 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
JP5656502B2 (en) * 2010-08-06 2015-01-21 株式会社豊田中央研究所 Manufacturing method of semiconductor device
US20120313173A1 (en) * 2011-06-07 2012-12-13 Rf Micro Devices, Inc. Method for isolating rf functional blocks on silicon-on-insulator (soi) substrates
JP2015164214A (en) * 2015-04-30 2015-09-10 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device and semiconductor device control method
JP2016197759A (en) * 2016-08-25 2016-11-24 ラピスセミコンダクタ株式会社 Semiconductor device

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