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JP2002368124A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JP2002368124A
JP2002368124A JP2001173542A JP2001173542A JP2002368124A JP 2002368124 A JP2002368124 A JP 2002368124A JP 2001173542 A JP2001173542 A JP 2001173542A JP 2001173542 A JP2001173542 A JP 2001173542A JP 2002368124 A JP2002368124 A JP 2002368124A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
substrate bias
semiconductor device
semiconductor
well region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001173542A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junichi Matsuda
順一 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP2001173542A priority Critical patent/JP2002368124A/en
Publication of JP2002368124A publication Critical patent/JP2002368124A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a circuit to operate at a high speed under a low-power supply voltage, and to reduce power consumption at standby time of an LSI. SOLUTION: The semiconductor regions of P-type well regions 2 and 20, with which transistors Qn1 and Qn2 are formed, are mutually electrically disconnected. The substrate potential of the transistor Qn1 is set to 0 V by a first substrate bias circuit VBGEN1 and the substrate potential of the transistor Qn2 is set to -1 V by a second substrate bias circuit VBGEN2. At standby, the substrate potential of each of transistors Qn1 and Qn2 is set to a high substrate potential, such as -5 V.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特にMOS電界効果トランジスタのしきい値電圧を
制御する基板バイアス手段を設けた半導体装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device provided with a substrate bias means for controlling a threshold voltage of a MOS field effect transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体装置の構造について、図6
を参照しながら説明する。
2. Description of the Related Art FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0003】P型半導体基板1の表面にN型ウエル領域
2、P型ウエル領域3が隣接して形成されている。N型
ウエル領域2には、Pチャネル型MOS電界効果トラン
ジスタQp1(以下、トランジスタQP1と略す。)が形成
されている。一方、P型ウエル領域3には、Nチャネル
型MOS電界効果トランジスタQn1(以下、トランジス
タQn1と略す。)が形成されている。
An N-type well region 2 and a P-type well region 3 are formed adjacent to a surface of a P-type semiconductor substrate 1. In the N-type well region 2, a P-channel MOS field effect transistor Qp1 (hereinafter, abbreviated as transistor QP1) is formed. On the other hand, in the P-type well region 3, an N-channel MOS field-effect transistor Qn1 (hereinafter, abbreviated as transistor Qn1) is formed.

【0004】トランジスタQp1はゲート電極3、ゲート
電極3とN型ウエル領域2との間に形成されたゲート絶
縁膜(不図示)、P型ドレイン領域4、P型ソース領域
5を有している。また、トランジスタQp1が形成されて
いるN型ウエル領域2の基板電位を設定するためのN型
層6が形成されている。P型ソース領域5、N型層6に
は電源電圧Vccが供給されている。
The transistor Qp1 has a gate electrode 3, a gate insulating film (not shown) formed between the gate electrode 3 and the N-type well region 2, a P-type drain region 4, and a P-type source region 5. . Further, an N-type layer 6 for setting the substrate potential of the N-type well region 2 in which the transistor Qp1 is formed is formed. A power supply voltage Vcc is supplied to the P-type source region 5 and the N-type layer 6.

【0005】一方、トランジスタQn1はゲート電極7、
ゲート電極7とP型ウエル領域3の間に形成されたゲー
ト絶縁膜(不図示)、N型ソース領域8、N型ドレイン
領域9を有している。また、トランジスタQn1が形成さ
れているP型ウエル領域3の基板電位を設定するための
p型層10が形成されている。N型ソース領域8には、
接地電位Vssが供給されている。また、p型層10には
基板バイアス電圧VBが供給されている。図7には、上
記トランジスタQp1、トランジスタQn1を用いて構成し
た回路の例としてインバータ回路を示した。
On the other hand, the transistor Qn1 has a gate electrode 7,
It has a gate insulating film (not shown) formed between the gate electrode 7 and the P-type well region 3, an N-type source region 8, and an N-type drain region 9. Further, a p-type layer 10 for setting the substrate potential of the p-type well region 3 in which the transistor Qn1 is formed is formed. In the N-type source region 8,
The ground potential Vss is supplied. Further, a substrate bias voltage VB is supplied to the p-type layer 10. FIG. 7 shows an inverter circuit as an example of a circuit configured using the transistors Qp1 and Qn1.

【0006】従来、トランジスタQp1が形成されたN型
ウエル領域2は、電源電位Vccによってバイアスされ、
トランジスタQn1が形成されたP型ウエル領域3は、基
板バイアス電位VB(0V、又は−1V)によってバイ
アスされていた。すなわち、トランジスタが形成された
基板には単一の電圧が印加された状態で、トランジスタ
動作が行われていた。
Conventionally, the N-type well region 2 in which the transistor Qp1 is formed is biased by the power supply potential Vcc.
The P-type well region 3 where the transistor Qn1 was formed was biased by the substrate bias potential VB (0 V or -1 V). That is, the transistor operation is performed in a state where a single voltage is applied to the substrate on which the transistor is formed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年のLS
Iでは、そのLSIの中に集積化される回路の特性に応
じて、必要とされる動作速度が異なるため、高速動作が
必要な回路については、その回路を構成するトランジス
タのしきい値電圧が低く設定される。このため、同一の
導電型のトランジスタに対して、複数のしきい値を有す
るトランジスタが同一の半導体基板上に形成される。
The recent LS
In I, the required operation speed varies depending on the characteristics of a circuit integrated in the LSI, and therefore, for a circuit that requires high-speed operation, the threshold voltage of a transistor constituting the circuit is reduced. Set lower. Therefore, transistors having a plurality of thresholds are formed on the same semiconductor substrate for transistors of the same conductivity type.

【0008】しかしながら、例えば電源電圧Vccが3.
3Vと低い場合であっても、回路を高速動作させるため
にはトランジスタのしきい値電圧を低く設定しなければ
ならない。すると、特に回路の動作を停止させるスタン
バイ時(待機時)にトランジスタのリーク電流が増加
し、LSI全体の消費電力が増加してしまう。このた
め、しきい値電圧をある限界から下げることができない
ため、回路の高速化にも限界があった。
However, for example, when the power supply voltage Vcc is 3.
Even when the voltage is as low as 3 V, the threshold voltage of the transistor must be set low to operate the circuit at high speed. Then, the leakage current of the transistor increases particularly during standby (standby) when the operation of the circuit is stopped, and the power consumption of the entire LSI increases. For this reason, the threshold voltage cannot be lowered from a certain limit, so that there is a limit in increasing the speed of the circuit.

【0009】また、複数のしきい値を有するトランジス
タが同一の半導体基板上に形成するために、複数のイオ
ン注入工程を実施することにより、トランジスタ毎にチ
ャネル領域の不純物濃度を変えていた。そのため、イオ
ン注入の工程数が増加してしまうという問題もあった。
Further, in order to form a transistor having a plurality of thresholds on the same semiconductor substrate, a plurality of ion implantation steps are performed to change the impurity concentration of the channel region for each transistor. Therefore, there is a problem that the number of steps of ion implantation increases.

【0010】そこで、本発明の目的は、低電源電圧下に
おいて回路の高速動作を可能にすることである。また、
本発明に他の目的は、LSIのスタンバイ時における消
費電力を低減することである。さらに、本発明の他の目
的は、イオン注入の工程数が増加させることなく、複数
のトランジスタのしきい値電圧を異なる値に設定可能に
することである。
An object of the present invention is to enable high-speed operation of a circuit under a low power supply voltage. Also,
Another object of the present invention is to reduce power consumption during standby of an LSI. Still another object of the present invention is to enable threshold voltages of a plurality of transistors to be set to different values without increasing the number of steps of ion implantation.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置で
は、複数のMOS電界効果トランジスタが形成された半
導体領域は互いに電気的に分離されているため、異なる
基板電位を与えることができる。そして、複数の基板バ
イアス手段により異なる基板電位を設定すれば、バック
ゲートバイアス効果により、複数のMOS電界効果トラ
ンジスタのしきい値電圧を互いに異なる値に設定可能で
ある。
In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor regions in which a plurality of MOS field effect transistors are formed are electrically separated from each other, so that different substrate potentials can be applied. If different substrate potentials are set by the plurality of substrate bias means, the threshold voltages of the plurality of MOS field effect transistors can be set to different values due to the back gate bias effect.

【0012】これにより、MOS電界効果トランジスタ
のしきい値電圧を下げ、回路の高速化を図ることができ
る。また、イオン注入の工程数を増加させることなく、
複数のトランジスタのしきい値電圧を異なる値に設定可
能にすることができる。
As a result, the threshold voltage of the MOS field-effect transistor can be lowered, and the speed of the circuit can be increased. Also, without increasing the number of ion implantation steps,
The threshold voltages of the plurality of transistors can be set to different values.

【0013】また、前記複数の基板バイアス手段の中、
少なくとも1つは、スタンバイ信号に応じて、通常動作
時の基板バイアス電圧に比して高い基板バイアス電圧を
出力するようにしたので、スタンバイ時の消費電力を低
減することができる。
Further, among the plurality of substrate bias means,
At least one of them outputs a substrate bias voltage higher than the substrate bias voltage during normal operation in accordance with the standby signal, so that power consumption during standby can be reduced.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】次に、本発明の第1の実施形態に
係る半導体装置について、図1を参照しながら説明す
る。
Next, a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0015】P型半導体基板1の表面にN型ウエル領域
2、第1のP型ウエル領域3が隣接して形成されてい
る。N型ウエル領域2には、Pチャネル型MOS電界効
果トランジスタQp1(以下、トランジスタQP1と略
す。)が形成されている。第1のP型ウエル領域3に
は、第1のNチャネル型MOS電界効果トランジスタQ
n1(以下、トランジスタQn1と略す。)が形成されてい
る。
On the surface of a P-type semiconductor substrate 1, an N-type well region 2 and a first P-type well region 3 are formed adjacent to each other. In the N-type well region 2, a P-channel MOS field effect transistor Qp1 (hereinafter, abbreviated as transistor QP1) is formed. The first P-type well region 3 has a first N-channel MOS field effect transistor Q
n1 (hereinafter abbreviated as transistor Qn1).

【0016】そして、N型ウエル領域2内には、第2の
P型ウエル領域20が形成されている。第2のP型ウエ
ル領域20には、第2のNチャネル型MOS電界効果ト
ランジスタQn2(以下、トランジスタQn2と略す。)が
形成されている。
In the N-type well region 2, a second P-type well region 20 is formed. In the second P-type well region 20, a second N-channel type MOS field effect transistor Qn2 (hereinafter abbreviated as transistor Qn2) is formed.

【0017】トランジスタQp1はゲート電極3、ゲート
電極3とN型ウエル領域2との間に形成されたゲート絶
縁膜(不図示)、P型ドレイン領域4、P型ソース領域
5を有している。また、トランジスタQp1が形成されて
いるN型ウエル領域2の基板電位を設定するためのN型
層6が形成されている。P型ソース領域5、N型層6に
は正の電源電位Vcc(例えば、+3.3V)が供給され
ている。
The transistor Qp1 has a gate electrode 3, a gate insulating film (not shown) formed between the gate electrode 3 and the N-type well region 2, a P-type drain region 4, and a P-type source region 5. . Further, an N-type layer 6 for setting the substrate potential of the N-type well region 2 in which the transistor Qp1 is formed is formed. A positive power supply potential Vcc (for example, +3.3 V) is supplied to the P-type source region 5 and the N-type layer 6.

【0018】一方、トランジスタQn1はゲート電極7、
ゲート電極7とP型ウエル領域3の間に形成されたゲー
ト絶縁膜(不図示)、N型ソース領域8、N型ドレイン
領域9を有している。また、トランジスタQn1が形成さ
れているP型ウエル領域3の基板電位を設定するための
p型層10が形成されている。N型ソース領域8には、
接地電位Vss(0V)が供給されている。
On the other hand, the transistor Qn1 has a gate electrode 7,
It has a gate insulating film (not shown) formed between the gate electrode 7 and the P-type well region 3, an N-type source region 8, and an N-type drain region 9. Further, a p-type layer 10 for setting the substrate potential of the p-type well region 3 in which the transistor Qn1 is formed is formed. In the N-type source region 8,
The ground potential Vss (0 V) is supplied.

【0019】また、p型層10には、第1の基板バイア
ス回路VBGEN1から基板バイアス電位が供給される。第1
の基板バイアス回路VBGEN1は、スタンバイ信号STBYに応
じて、通常動作時には0Vを出力し、スタンバイ時には
それよりも高い基板電位、例えば−5Vを出力するよう
に構成されている。
The p-type layer 10 is supplied with a substrate bias potential from a first substrate bias circuit VBGEN1. First
The substrate bias circuit VBGEN1 is configured to output 0 V during normal operation and output a higher substrate potential, for example, -5 V during standby, in response to the standby signal STBY.

【0020】ここで、MOSトランジスタのしきい値電
圧Vtは一般に次の式で表される。
Here, the threshold voltage Vt of a MOS transistor is generally expressed by the following equation.

【0021】[0021]

【数1】 (Equation 1)

【0022】ここで、φBはバルクポテンシャル、Kは
基板定数、VBは基板バイアス電位、VFBはフラットバ
ンド電圧である。φB、Kは以下のように表される。
Here, φB is a bulk potential, K is a substrate constant, VB is a substrate bias potential, and VFB is a flat band voltage. φB and K are expressed as follows.

【0023】[0023]

【数2】 (Equation 2)

【0024】ここで、KBはボルツマン定数、Tは絶対温
度、qは電子の電荷、Nは基板の不純物濃度、niは真性
半導体の電子濃度である。
Here, KB is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, q is the electron charge, N is the impurity concentration of the substrate, and ni is the electron concentration of the intrinsic semiconductor.

【0025】[0025]

【数3】 (Equation 3)

【0026】ここで、ε0は真空の誘電率、εsは半導体
の比誘電率、Ciはゲート容量である。
Here, ε0 is a dielectric constant in a vacuum, εs is a relative dielectric constant of a semiconductor, and Ci is a gate capacitance.

【0027】したがって、第1の基板バイアス回路VBGE
N1が供給する基板バイアス電位VB(第1のP型ウエル
領域3の電位)を変えることにより、トランジスタQn1
のしきい値を変えることができる。
Therefore, the first substrate bias circuit VBGE
By changing the substrate bias potential VB (potential of the first P-type well region 3) supplied by N1, the transistor Qn1
Can be changed.

【0028】また、第2のP型ウエル領域20に形成さ
れたトランジスタQn2は、ゲート電極21、ゲート電極
21とP型ウエル領域20の間に形成されたゲート絶縁
膜(不図示)、N型ソース領域22、N型ドレイン領域
23を有している。また、トランジスタQn2が形成され
ているP型ウエル領域20の基板電位を設定するための
p型層24が形成されている。N型ソース領域22に
は、接地電位Vss(0V)が供給されている。
The transistor Qn2 formed in the second P-type well region 20 includes a gate electrode 21, a gate insulating film (not shown) formed between the gate electrode 21 and the P-type well region 20, and an N-type It has a source region 22 and an N-type drain region 23. Further, a p-type layer 24 for setting the substrate potential of the p-type well region 20 where the transistor Qn2 is formed is formed. The ground potential Vss (0 V) is supplied to the N-type source region 22.

【0029】上述したように、N型ウエル領域2には電
源電位Vccが供給されいるので、第1のP型ウエル領域
3及び第2のP型ウエル領域20は、電源電位Vccより
低い電位に設定されていれば、互いに電気的に分離され
ている。これにより、第1のP型ウエル領域2と第2の
P型ウエル領域20とは、互いに独立の電位に設定する
ことができる。
As described above, since the power supply potential Vcc is supplied to the N-type well region 2, the first P-type well region 3 and the second P-type well region 20 are set to a potential lower than the power supply potential Vcc. If set, they are electrically isolated from each other. Thereby, the first P-type well region 2 and the second P-type well region 20 can be set to potentials independent of each other.

【0030】そこで、p型層24には、第2の基板バイ
アス回路VBGEN2から基板バイアス電位が供給される。第
2の基板バイアス回路VBGEN2は、スタンバイ信号STBYに
応じて、通常動作時には−1Vを出力し、スタンバイ時
にはそれよりも高い基板電位、例えば−5Vを出力する
ように構成されている。
Therefore, a substrate bias potential is supplied to the p-type layer 24 from the second substrate bias circuit VBGEN2. The second substrate bias circuit VBGEN2 is configured to output -1 V during normal operation and output a higher substrate potential, for example, -5 V during standby, in response to the standby signal STBY.

【0031】つまり、通常動作時には、第1のP型ウエ
ル領域3は、第1の基板バイアス回路VBGEN1により0V
に設定されるため、トランジスタQn1のしきい値Vtn1
は例えば0.5Vである。したがって、トランジスタ
(Qn1、Qp1)を用いて、高速のCMOS回路を実現す
ることができる。図5には、インバータ回路を構成した
例を示した。
That is, during the normal operation, the first P-type well region 3 is set to 0 V by the first substrate bias circuit VBGEN1.
, The threshold value Vtn1 of the transistor Qn1
Is 0.5 V, for example. Therefore, a high-speed CMOS circuit can be realized using the transistors (Qn1, Qp1). FIG. 5 shows an example in which an inverter circuit is configured.

【0032】また、通常動作時において、第2のP型ウ
エル領域20は、第2の基板バイアス回路VBGEN2により
−1Vに設定されるため、トランジスタQn2のしきい値
Vtn2は、これよりも高くなり、例えば0.8Vであ
る。したがって、トランジスタ(Qn2、Qp1)を用い
て、低速のCMOS回路を実現することができる。
In the normal operation, the second P-type well region 20 is set to -1 V by the second substrate bias circuit VBGEN2, so that the threshold value Vtn2 of the transistor Qn2 becomes higher than this. , For example, 0.8V. Therefore, a low-speed CMOS circuit can be realized using the transistors (Qn2, Qp1).

【0033】そして、スタンバイ時には、第1の基板バ
イアス回路VBGEN1により第1のP型ウエル領域3は例え
ば−5Vと深い基板電位に設定されるため、トランジス
タQn1のしきい値Vtn1は例えば2Vと高くなる。同様
に、第2の基板バイアス回路VBGEN2により第2のP型ウ
エル領域20は例えば−5Vと深い基板電位に設定され
るため、トランジスタQn2のしきい値Vtn2は例えば2
Vと高くなる。これにより、リーク電流が抑えられるの
で、スタンバイ時の消費電流を低減することができる。
In the standby mode, the first P-type well region 3 is set to a deep substrate potential of, for example, -5 V by the first substrate bias circuit VBGEN1, so that the threshold value Vtn1 of the transistor Qn1 is as high as 2 V, for example. Become. Similarly, the second P-type well region 20 is set to a deep substrate potential of, for example, -5 V by the second substrate bias circuit VBGEN2, so that the threshold value Vtn2 of the transistor Qn2 is, for example, 2
V. As a result, the leakage current is suppressed, so that the current consumption during standby can be reduced.

【0034】次に、本発明の第2の実施形態に係る半導
体装置について、図2を参照しながら説明する。第1の
実施形態においては、第1の基板バイアス回路VBGEN1は
回路内部で基板電位VBを切り換えて出力している。本
実施形態では、第1のP型ウエル領域3の電位を設定す
るための基板バイアス回路については、接地電位0V
と、−5Vの基板電位を発生する基板バイアス回路VBGE
N1Bとが別個に設けられている。そして、スタンバイ信
号STBYに応じて、出力の0Vと−5Vとをスイッチ回路
SW1によって切り換えて、P型層10に供給してい
る。
Next, a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the first embodiment, the first substrate bias circuit VBGEN1 switches and outputs the substrate potential VB inside the circuit. In the present embodiment, the substrate bias circuit for setting the potential of the first P-type well region 3 has a ground potential of 0 V
And a substrate bias circuit VBGE for generating a substrate potential of -5 V
N1B is provided separately. The output 0 V and −5 V are switched by the switch circuit SW 1 in accordance with the standby signal STBY and supplied to the P-type layer 10.

【0035】また、第2のP型ウエル領域20の電位を
設定するための基板バイアス回路については、−1Vの
基板電位を発生する基板バイアス回路VBGEN2Aと−5V
の基板電位を発生する基板バイアス回路VBGEN2Bとが別
個に設けられ、スタンバイ信号STBYに応じて、出力の−
1Vと−5Vとをスイッチ回路SW2によって切り換え
て、P型層24に供給している。この半導体装置の動作
については、第1の実施形態と同様である。
As for the substrate bias circuit for setting the potential of the second P-type well region 20, a substrate bias circuit VBGEN2A for generating a substrate potential of -1V and a substrate bias circuit of -5V
And a substrate bias circuit VBGEN2B that generates a substrate potential of
1 V and -5 V are switched by the switch circuit SW2 and supplied to the P-type layer 24. The operation of this semiconductor device is the same as in the first embodiment.

【0036】次に、本発明の第3の実施形態に係る半導
体装置について、図3を参照しながら説明する。本実施
形態では、N型ウエル領域2の中に、さらに第3のP型
ウエル領域30が形成されている。
Next, a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a third P-type well region 30 is further formed in the N-type well region 2.

【0037】この第3のP型ウエル領域30に形成され
たトランジスタQn3は、ゲート電極31、ゲート電極3
1とP型ウエル領域30の間に形成されたゲート絶縁膜
(不図示)、N型ソース領域32、N型ドレイン領域3
3を有している。また、トランジスタQn3が形成されて
いるP型ウエル領域30の基板電位を設定するためのp
型層34が形成されている。N型ソース領域32には、
接地電位Vss(0V)が供給されている。
The transistor Qn3 formed in the third P-type well region 30 includes a gate electrode 31, a gate electrode 3
, A gate insulating film (not shown) formed between the P-type well region 30, the N-type source region 32, and the N-type drain region 3.
Three. In addition, p for setting the substrate potential of the P-type well region 30 in which the transistor Qn3 is formed.
A mold layer 34 is formed. In the N-type source region 32,
The ground potential Vss (0 V) is supplied.

【0038】p型層34には、第3の基板バイアス回路
VBGEN3から基板バイアス電位が供給される。第3の基板
バイアス回路VBGEN3は、スタンバイ信号STBYに応じて、
通常動作時には−2Vを出力し、スタンバイ時にはそれ
よりも高い基板電位、例えば−5Vを出力するように構
成されている。
The p-type layer 34 has a third substrate bias circuit
The substrate bias potential is supplied from VBGEN3. The third substrate bias circuit VBGEN3 responds to the standby signal STBY
It is configured to output −2 V during normal operation and output a higher substrate potential, for example, −5 V, during standby.

【0039】この半導体装置によれば、通常動作時に
は、第1のP型ウエル領域3は、第1の基板バイアス回
路VBGEN1により0Vに設定されるため、トランジスタQ
n1のしきい値Vtn1は例えば0.5Vである。また、第
2のP型ウエル領域20は、第2の基板バイアス回路VB
GEN2により−1Vに設定されるため、トランジスタQn2
のしきい値Vtn2は例えば0.8Vである。また、第3
のP型ウエル領域30は、第3の基板バイアス回路VBGE
N3により−2Vに設定されるため、トランジスタQn3の
しきい値Vtn3は例えば1.0Vである。
According to this semiconductor device, during the normal operation, the first P-type well region 3 is set to 0 V by the first substrate bias circuit VBGEN1, so that the transistor Q
The threshold value Vtn1 of n1 is, for example, 0.5V. Further, the second P-type well region 20 is provided with a second substrate bias circuit VB.
Since the voltage is set to -1 V by GEN2, the transistor Qn2
Is, for example, 0.8V. Also, the third
P-type well region 30 is provided with a third substrate bias circuit VBGE
Since it is set to −2 V by N 3, the threshold value Vtn 3 of the transistor Qn 3 is, for example, 1.0 V.

【0040】したがって、トランジスタ(Qn1、Qp1)
を用いて高速のCMOS回路を構成し、トランジスタ
(Qn2、Qp1)を用いて中速のCMOS回路を構成し、
トランジスタ(Qn3、Qp1)を用いて低速のCMOS回
路を構成することができる。
Therefore, the transistors (Qn1, Qp1)
To form a high-speed CMOS circuit, and to form a medium-speed CMOS circuit using transistors (Qn2, Qp1).
A low-speed CMOS circuit can be configured using the transistors (Qn3, Qp1).

【0041】そして、スタンバイ時には第1基板バイア
ス回路VBGEN1〜第3の基板バイアス回路VBGEN3の出力を
−5Vに切り換えることにより、トランジスタQn1〜Q
n3のしきい値を高くし、リーク電流を低減することがで
きる。
At the time of standby, the outputs of the first substrate bias circuit VBGEN1 to the third substrate bias circuit VBGEN3 are switched to -5V, so that the transistors Qn1 to Qn
By increasing the threshold value of n3, the leakage current can be reduced.

【0042】次に、本発明の第4の実施形態に係る半導
体装置について、図4を参照しながら説明する。本実施
形態では、第1のP型ウエル領域3の電位を設定するた
めの基板バイアス回路については、接地電位0Vと、−
5Vの基板電位を発生する基板バイアス回路VBGEN1Bと
が別個に設けられている。そして、スタンバイ信号STBY
に応じて、出力の0Vと−5Vとをスイッチ回路SW1
によって切り換えて、P型層10に供給している。
Next, a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the substrate bias circuit for setting the potential of the first P-type well region 3 includes a ground potential of 0 V,
A substrate bias circuit VBGEN1B for generating a substrate potential of 5 V is provided separately. Then, the standby signal STBY
The output of 0 V and −5 V are switched according to the
And supply to the P-type layer 10.

【0043】また、第2のP型ウエル領域20の電位を
設定するための基板バイアス回路については、−1Vの
基板電位を発生する基板バイアス回路VBGEN2Aと−5V
の基板電位を発生する基板バイアス回路VBGEN2Bとが別
個に設けられ、スタンバイ信号STBYに応じて、出力の−
1Vと−5Vとをスイッチ回路SW2によって切り換え
て、P型層24に供給している。
The substrate bias circuit for setting the potential of the second P-type well region 20 includes a substrate bias circuit VBGEN2A for generating a substrate potential of -1 V and a substrate bias circuit of -5 V
And a substrate bias circuit VBGEN2B that generates a substrate potential of
1 V and -5 V are switched by the switch circuit SW2 and supplied to the P-type layer 24.

【0044】さらに、第3のP型ウエル領域30の電位
を設定するための基板バイアス回路については、−2V
の基板電位を発生する基板バイアス回路VBGEN3Aと−5
Vの基板電位を発生する基板バイアス回路VBGEN3Bとが
別個に設けられ、スタンバイ信号STBYに応じて、出力の
−2Vと−5Vとをスイッチ回路SW3によって切り換
えて、P型層34に供給している。この半導体装置の動
作については、第3の実施形態と同様である。
Further, regarding a substrate bias circuit for setting the potential of the third P-type well region 30, a voltage of -2V
Bias circuit VBGEN3A and -5 to generate substrate potential
A substrate bias circuit VBGEN3B for generating a substrate potential of V is separately provided, and the output of −2 V and −5 V is switched by a switch circuit SW 3 in accordance with a standby signal STBY and supplied to the P-type layer 34. . The operation of this semiconductor device is the same as that of the third embodiment.

【0045】以上、本発明の4つの実施形態について説
明したが、本発明はこれに限定されることはない。例え
ば、N型ウエル領域2にさらにP型ウエル領域を追加し
て形成して、その中にMOSトランジスタを形成し、当
該P型ウエル領域の電位を設定するための基板バイアス
回路を設けることができる。
Although the four embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these. For example, a P-type well region is additionally formed in the N-type well region 2, a MOS transistor is formed therein, and a substrate bias circuit for setting the potential of the P-type well region can be provided. .

【0046】また、本発明の4つの実施形態においては
Nチャネル型MOSトランジスタの基板を異なる電位に
設定することにより、互いにしきい値電圧を異なる値に
設定しているが、Pチャネル型MOSトランジスタにつ
いても同様に構成することが可能である。
In the four embodiments of the present invention, the threshold voltages are set to different values by setting the substrates of the N-channel MOS transistors to different potentials. Can be similarly configured.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明によれば、複数の基板バイアス手
段により、MOSトランジスタ毎に異なる基板電位を設
定しているので、MOSトランジスタのしきい値電圧を
互いに異なる値に設定可能である。
According to the present invention, since a different substrate potential is set for each MOS transistor by a plurality of substrate bias means, the threshold voltages of the MOS transistors can be set to different values.

【0048】これにより、回路の動作速度に応じて、適
切なしきい値電圧を有するMOSトランジスタを構成す
ることができる。
Thus, a MOS transistor having an appropriate threshold voltage can be formed according to the operation speed of the circuit.

【0049】また、本発明によれば、LSIのスタンバ
イ時には、基板バイアス手段によりMOSトランジスタ
のしきい値を高くし、消費電力を低減することができ
る。
Further, according to the present invention, at the time of standby of the LSI, the threshold value of the MOS transistor can be increased by the substrate bias means, and the power consumption can be reduced.

【0050】さらに、本発明によれば、MOSトランジ
スタのしきい値電圧を電気的な手法により可変にしてい
るので、イオン注入の工程数が増加させることなく、複
数のトランジスタのしきい値電圧を異なる値に設定可能
にすることができる。
Further, according to the present invention, since the threshold voltage of the MOS transistor is made variable by an electric method, the threshold voltages of the plurality of transistors can be reduced without increasing the number of ion implantation steps. It can be settable to different values.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置を示
す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置を示
す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置を示
す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施形態に係る半導体装置を示
す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施形態に係る半導体装置を適用した
インバータ回路を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an inverter circuit to which the semiconductor device according to the embodiment of the present invention is applied.

【図6】従来例に係る半導体装置を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a conventional example.

【図7】従来例に係る半導体装置を適用したインバータ
回路を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an inverter circuit to which a semiconductor device according to a conventional example is applied.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/092 H03K 19/00 Fターム(参考) 5F038 BG09 DF01 EZ20 5F048 AA07 AB04 AB10 AC01 AC03 BA01 BB15 BE02 BE03 BE04 BE09 5J056 AA03 BB02 BB17 BB59 DD12 DD45 GG09 KK02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 27/092 H03K 19/00 F-term (Reference) 5F038 BG09 DF01 EZ20 5F048 AA07 AB04 AB10 AC01 AC03 BA01 BB15 BE02 BE03 BE04 BE09 5J056 AA03 BB02 BB17 BB59 DD12 DD45 GG09 KK02

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 同一の半導体基板上に形成され、互いに
電気的に分離された複数の半導体領域と、 該各半導体領域の中に形成された複数のMOS電界効果
トランジスタと、 前記各半導体領域を異なる基板電位に設定するために各
半導体領域毎に設けられた複数の基板バイアス手段と、
を備え、 前記複数のMOS電界効果トランジスタのしきい値電圧
を互いに異なる値に設定可能にしたことを特徴とする半
導体装置。
A plurality of semiconductor regions formed on the same semiconductor substrate and electrically separated from each other; a plurality of MOS field-effect transistors formed in each of the semiconductor regions; A plurality of substrate bias means provided for each semiconductor region to set different substrate potentials;
And a threshold voltage of the plurality of MOS field-effect transistors can be set to different values.
【請求項2】 前記複数の基板バイアス手段の中、少な
くとも1つの基板バイアス手段はスタンバイ信号に応じ
て、通常動作時の基板バイアス電圧に比して高い基板バ
イアス電圧を出力することを特徴とする請求項1記載の
半導体装置。
2. The method according to claim 1, wherein at least one of the plurality of substrate bias units outputs a substrate bias voltage higher than a substrate bias voltage in a normal operation in response to a standby signal. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項3】 前記基板バイアス手段の中、少なくとも
1つの基板バイアス手段は第1の基板バイアス電圧を出
力する第1の基板バイアス手段と、 第1の基板バイアス電圧よりも高い第2の基板バイアス
電圧を出力する第2の基板バイアス手段と、 通常動作時には前記第1の基板バイアス電圧を出力しス
タンバイ時には前記第2の基板バイアス電圧を出力する
ように切り換えるスイッチ回路と、を有することを特徴
とする請求項1記載の半導体装置。
3. The substrate biasing means, wherein at least one substrate biasing means outputs a first substrate biasing voltage, and a second substrate biasing higher than the first substrate biasing voltage. A second substrate bias means for outputting a voltage; and a switch circuit for switching so as to output the first substrate bias voltage during normal operation and to output the second substrate bias voltage during standby. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記複数の半導体領域には少なくとも1
つ以上のウエル領域を含むことを特徴とする請求項1、
2、3のいずれかに記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of semiconductor regions include at least one semiconductor region.
2. The method of claim 1, wherein the at least one well region comprises at least one well region.
The semiconductor device according to any one of 2 and 3.
【請求項5】 同一の半導体基板上に形成され、互いに
電気的に分離された複数の半導体領域と、 該半導体領域の中に形成された複数のMOS電界効果ト
ランジスタと、 前記複数のMOS電界効果トランジスタのしきい値電圧
を互いに異なる値に設定するために、前記半導体領域を
互いに異なる基板電位に設定する複数の基板バイアス手
段と、を備え、 前記複数のMOS電界効果トランジスタ中、しきい値電
圧の低いMOS電界効果トランジスタを用いて高速動作
する回路を構成すると共に、しきい値電圧の高いMOS
電界効果トランジスタを用いて低速動作する回路を構成
するようにしたことを特徴とする半導体装置。
5. A plurality of semiconductor regions formed on the same semiconductor substrate and electrically separated from each other; a plurality of MOS field-effect transistors formed in the semiconductor regions; and a plurality of MOS field-effect transistors A plurality of substrate bias means for setting the semiconductor region to different substrate potentials in order to set the threshold voltages of the transistors to different values; A high-speed operation circuit using a low-voltage MOS field effect transistor and a high threshold voltage MOS
A semiconductor device comprising a circuit that operates at a low speed using a field-effect transistor.
【請求項6】 前記複数の基板バイアス手段の中、少な
くとも1つの基板バイアス手段は、スタンバイ信号に応
じて、通常動作時の基板バイアス電圧に比して高い基板
バイアス電圧を出力することを特徴とする請求項5記載
の半導体装置。
6. A method according to claim 1, wherein at least one of the plurality of substrate bias units outputs a substrate bias voltage higher than a substrate bias voltage in a normal operation in response to a standby signal. 6. The semiconductor device according to claim 5, wherein:
【請求項7】 前記基板バイアス手段の中、少なくとも
1つの基板バイアス手段は、第1の基板バイアス電圧を
出力する第1の基板バイアス手段と、 第1の基板バイアス電圧よりも高い第2の基板バイアス
電圧を出力する第2の基板バイアス手段と、 通常動作時には前記第1の基板バイアス電圧を出力しス
タンバイ時には前記第2の基板バイアス電圧を出力する
ように切り換えるスイッチ回路と、を有することを特徴
とする請求項5記載の半導体装置。
7. The substrate bias unit, wherein at least one substrate bias unit outputs a first substrate bias voltage, and a second substrate bias unit that is higher than the first substrate bias voltage. A second substrate bias unit that outputs a bias voltage; and a switch circuit that switches so as to output the first substrate bias voltage during normal operation and to output the second substrate bias voltage during standby. 6. The semiconductor device according to claim 5, wherein
【請求項8】 複数の半導体領域には少なくとも1つ以
上のウエル領域を含むことを特徴とする請求項5、6、
7のいずれかに記載の半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 5, wherein the plurality of semiconductor regions include at least one well region.
8. The semiconductor device according to any one of 7.
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