JP2001068992A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は半導体集積回路に
係わり、特に低消費電力で高速動作可能な、P型MOS
トランジスタとN型MOSトランジスタとから構成され
るCMOS回路を有する半導体集積回路に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit and, more particularly, to a P-type MOS capable of operating at high speed with low power consumption.
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit having a CMOS circuit composed of a transistor and an N-type MOS transistor.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、PHS(パーソナル・ハンディホ
ン・システム)やラップトップパソコン等に代表される
携帯情報機器が普及している。この携帯情報機器の構成
部品の1つとして半導体集積回路(以下、ICと称す
る)がある。このようなICにおいては、動作速度を低
下することなく、消費電力を低減することが強く要求さ
れている。2. Description of the Related Art In recent years, portable information devices such as PHS (Personal Handy Phone System) and laptop personal computers have become widespread. One of the components of the portable information device is a semiconductor integrated circuit (hereinafter, referred to as an IC). In such an IC, it is strongly required to reduce power consumption without lowering the operation speed.
【0003】CMOS回路は、P型MOSトランジスタ
(以下、PMOSと称する)とN型MOSトランジスタ
(以下、NMOSと称する)とから構成され、これらの
PMOSとNMOSを相補的に動作させる回路であり、
低消費電力で高速動作する回路として知られている。従
って、上述した携帯情報機器の構成部品の1つであるI
CにはCMOS回路が広く用いられている。A CMOS circuit is composed of a P-type MOS transistor (hereinafter, referred to as PMOS) and an N-type MOS transistor (hereinafter, referred to as NMOS), and operates these PMOS and NMOS in a complementary manner.
It is known as a circuit that operates at high speed with low power consumption. Therefore, I, which is one of the components of the portable information device described above,
CMOS circuits are widely used for C.
【0004】CMOS回路の消費電力には、スイッチン
グ動作時の負荷容量の充放電によるダイナミックな消費
電力とサブスレッショルドリーク電流によるスタティッ
クな消費電力によるものがある。このうち、ダイナミッ
クな消費電力は電源電圧VDDにの2乗に比例して大き
な電力を消費するため、低消費電力化にためには電源電
圧を下げることが効果的である。このため、携帯情報機
器に使用されるICに対しては低電源電圧で動作させる
要求が高まっている。The power consumption of the CMOS circuit includes dynamic power consumption due to charging / discharging of a load capacitance during a switching operation and static power consumption due to a subthreshold leakage current. Among them, the dynamic power consumption consumes a large amount of power in proportion to the square of the power supply voltage VDD. Therefore, it is effective to lower the power supply voltage to reduce the power consumption. Therefore, there is an increasing demand for an IC used in a portable information device to operate at a low power supply voltage.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】一方、CMOS回路の
動作速度は、一般的に知られているように、電源電圧の
低下にともない遅くなる。このため、CMOS回路の動
作速度の劣化を防ぐためには電源電圧の低下に連動して
MOSトランジスタの閾値電圧を下げる必要がある。し
かしながら、しきい値電圧を下げるとサブスレッショル
ドリーク電流が指数的に増加する。スタティックな消費
電力はサブスレッショルドリーク電流に比例しているた
め、電源電圧の低下を進めることに連動してMOSトラ
ンジスタのしきい値電圧を下げると、従来それほど大き
くなかったサブスレッショルドリーク電流によるスタテ
ィックな消費電力の増加が顕著となってくる。このた
め、低消費電力化と高速動作とを両立させることが極め
て困難となってきている。このような課題については、
例えば特開平11ー191611号公報に記載されてい
る。On the other hand, as generally known, the operating speed of a CMOS circuit decreases as the power supply voltage decreases. For this reason, in order to prevent the operating speed of the CMOS circuit from deteriorating, it is necessary to lower the threshold voltage of the MOS transistor in conjunction with the lowering of the power supply voltage. However, when the threshold voltage is lowered, the sub-threshold leakage current increases exponentially. Since the static power consumption is proportional to the sub-threshold leakage current, if the threshold voltage of the MOS transistor is lowered in conjunction with the progress of the power supply voltage reduction, the static power due to the sub-threshold leakage current which was not so large conventionally is reduced. The increase in power consumption becomes remarkable. For this reason, it has become extremely difficult to achieve both low power consumption and high speed operation. For such issues,
For example, it is described in JP-A-11-191611.
【0006】この発明の目的は、低消費電力で高速動作
可能な半導体集積回路を提供することにある。An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit which can operate at high speed with low power consumption.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願に開示される発明のうち代表的なものを説明す
ると、この発明の半導体集積回路は、第1の電源電位が
供給される第1の電源線と、第1の電源電位が供給さ
れ、前記第1の電源電位を降下させて第2の電源電位を
発生する電源電圧降下回路と、電源電位降下回路より発
生した前記第2の電源電位が供給される第2の電源線
と、第2の電源電位より低い第3の電源電位が供給され
る第3の電源線と、第2の電源線と第3の電源線との間
に接続され、P型MOSトランジスタとN型MOSトラ
ンジスタとから構成されるCMOS回路とを備え、P型
MOSトランジスタのバックゲートに第1の電源電位が
供給されている。Means for Solving the Problems To achieve the above object, a typical one of the inventions disclosed in the present application will be described. A semiconductor integrated circuit according to the present invention is supplied with a first power supply potential. A first power supply line, a first power supply potential supplied thereto, a power supply voltage lowering circuit for lowering the first power supply potential to generate a second power supply potential, and a second power supply voltage lowering circuit generated by the power supply potential lowering circuit. A second power supply line to which a third power supply potential lower than the second power supply potential is supplied; a second power supply line to which a third power supply potential lower than the second power supply potential is supplied; and a second power supply line and a third power supply line. A CMOS circuit including a P-type MOS transistor and an N-type MOS transistor, wherein a first power supply potential is supplied to a back gate of the P-type MOS transistor.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この
発明の実施の形態を説明する。 第1の実施の形態 図1は、この発明の第1の実施の形態における半導体集
積回路の回路図である。図1は、PMOSとNMOSと
から構成され、これらのPMOSとNMOSとを相補に
動作させるCMOS回路を有するICである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First Embodiment FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor integrated circuit according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows an IC including a CMOS circuit that includes a PMOS and an NMOS and that operates the PMOS and the NMOS in a complementary manner.
【0009】図1において、ICは、電源電位VDDが
供給されている電源線101(以下、VDD線と称す
る)と、電源電位降下回路106より発生する電源電位
VDDを降下させた電源電位LVDDが供給されている
電源線102(以下、LVDD線と称する)と、電源電
位LVDDより低い電源電位VSSが供給されている電
源線103(以下、VSS線と称する)とを有する。In FIG. 1, an IC includes a power supply line 101 (hereinafter referred to as a VDD line) to which a power supply potential VDD is supplied and a power supply potential LVDD obtained by lowering a power supply potential VDD generated by a power supply potential lowering circuit 106. A power supply line 102 (hereinafter, referred to as an LVDD line) is supplied, and a power supply line 103 (hereinafter, referred to as a VSS line) to which a power supply potential VSS lower than the power supply potential LVDD is supplied.
【0010】ここで、パッド104は、電源電位VDD
をIC外部から供給するために半導体基板上に設けられ
た端子であり、パッド105は、電源電位電位VSSを
IC外部から供給するために半導体基板上に設けられた
端子である。Here, the pad 104 is connected to the power supply potential VDD.
The pad 105 is a terminal provided on the semiconductor substrate for supplying the power supply potential VSS from the outside of the IC.
【0011】図1において、電源電位降下回路106は
VDD線101とVSS線103との間に接続されてお
り、参照電位発生回路107より発生される参照電位V
REFが入力されている。電源電位降下回路106に
は、VDD線101より電源電位VDDが供給され、V
SS線103より電源電位VSSが供給されている。電
源電位降下回路106はVDD線101より供給される
電源電位VDDを降下させて、参照電位VREFに応じ
た電源電位LVDDを発生する。電源電位降下回路10
6から発生した電源電位LVDDは、上述したように、
LVDD線102に供給されている。また、電源電位降
下回路106は、参照電位VREFとLVDD線102
の電源電位LVDDとを比較して、電源電位VDDを一
定に降下させて電源電位LVDDが参照電位VREFと
なるようにする回路である。In FIG. 1, a power supply potential lowering circuit 106 is connected between a VDD line 101 and a VSS line 103, and a reference potential V generated by a reference potential generating circuit 107.
REF has been input. The power supply potential drop circuit 106 is supplied with the power supply potential VDD from the VDD line 101,
A power supply potential VSS is supplied from the SS line 103. The power supply potential lowering circuit 106 lowers the power supply potential VDD supplied from the VDD line 101 to generate a power supply potential LVDD corresponding to the reference potential VREF. Power supply potential drop circuit 10
6, the power supply potential LVDD generated from
It is supplied to the LVDD line 102. Further, the power supply potential dropping circuit 106 is connected to the reference potential VREF and the LVDD line 102.
The power supply potential VDD is compared with the power supply potential LVDD, and the power supply potential VDD is reduced to a constant value so that the power supply potential LVDD becomes the reference potential VREF.
【0012】図2は、電源電位降下回路106の具体的
な回路構成の一例を示す回路図である。以下、構成と動
作について簡単に説明する。図2に示すように、電源電
位降下回路106は、参照電位VREFとLVDD線1
02の電源電位とを比較する比較回路200と、比較回
路200の比較結果に基づいて電源電位VDDを一定に
降下させて電源電位LVDDが参照電位VREFとなる
ように調整する電源電位調整回路220とからなる。FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a specific circuit configuration of the power supply potential lowering circuit 106. Hereinafter, the configuration and operation will be briefly described. As shown in FIG. 2, the power supply potential lowering circuit 106 is connected to the reference potential VREF and the LVDD line 1.
A power supply potential VDD, and a power supply potential adjustment circuit 220 that lowers the power supply potential VDD to a constant value based on the comparison result of the comparison circuit 200 so that the power supply potential LVDD becomes the reference potential VREF. Consists of
【0013】比較回路200は、PMOS201、PM
OS202、NMOS203、NMOS204、NMO
S205より構成される。また、それぞれのMOSのバ
ックゲートはソースに接続されている。The comparison circuit 200 includes a PMOS 201, a PM
OS 202, NMOS 203, NMOS 204, NMO
It consists of S205. The back gate of each MOS is connected to the source.
【0014】PMOS201は電源電位VDDとノード
N2との間に接続され、そのゲートはPMOS202の
ゲートに接続される。PMOS202は電源電位VDD
とノードN3との間に接続されており、そのゲートはP
MOS201に接続されてるとともにノードN3に接続
されている。The PMOS 201 is connected between the power supply potential VDD and the node N2, and its gate is connected to the gate of the PMOS 202. The PMOS 202 has a power supply potential VDD.
And the node N3, the gate of which is connected to P
It is connected to the MOS 201 and to the node N3.
【0015】NMOS203はノードN2とノードN4
との間に接続され、そのゲートには参照電位VREFが
与えられる。The NMOS 203 has a node N2 and a node N4.
, And the gate thereof is supplied with the reference potential VREF.
【0016】NMOS204はノードN3とノードN4
との間に接続されている。また、そのゲートはLVDD
線102に接続されており、電源電位LVDDが与えら
れている。The NMOS 204 has a node N3 and a node N4.
Is connected between. Also, the gate is LVDD
The power supply potential LVDD is supplied to the line 102.
【0017】NMOS205はノードN4と電源電位V
SSとの間に接続されており、そのゲートには電源電位
VDDが与えられている。The NMOS 205 is connected to the node N4 and the power supply potential V
The power supply potential VDD is applied to the gate of the gate.
【0018】比較回路200は、PMOS201、20
2を負荷とするカレントミラー差動アンプであり、電源
電位LVDDが参照電位VREFより低くなるとノード
N2の電位を低下させ、電源電位LVDDが参照電位V
REFより高くなるとノードN3の電位を上昇させる回
路である。The comparison circuit 200 includes PMOSs 201 and 20
2 is a current mirror differential amplifier having a load of 2. When the power supply potential LVDD becomes lower than the reference potential VREF, the potential of the node N2 is reduced, and the power supply potential LVDD becomes the reference potential VVDD.
This is a circuit that raises the potential of the node N3 when it becomes higher than REF.
【0019】電源電位調整回路220はPMOS206
より構成される。また、PMOS206のバックゲート
はソースに接続されている。The power supply potential adjusting circuit 220 is a PMOS 206
It is composed of The back gate of the PMOS 206 is connected to the source.
【0020】PMOS206は電源電位VDDと電源電
位LVDDと間に接続されており、そのゲートはノード
N2に接続されている。The PMOS 206 is connected between the power supply potential VDD and the power supply potential LVDD, and has its gate connected to the node N2.
【0021】電源電位調整回路220は、比較回路20
0の比較結果、すなわち、ノードN2の電位によりPM
OS206の導電性を変化させて電源電位VDDを降下
させた電源電位LVDDを生成する回路であり、その降
下させた電源電位LVDDを比較回路200で比較した
比較結果に基づいて再びPMOS206の導電性を変化
させるといった一連フィードバック動作させることによ
り電源電位LVDDが参照電位VREFとなるようにす
るものである。The power supply potential adjusting circuit 220 includes a comparing circuit 20
0, that is, by the potential of the node N2, PM
A circuit for generating a power supply potential LVDD in which the power supply potential VDD is lowered by changing the conductivity of the OS 206. The power supply potential LVDD is set to the reference potential VREF by performing a series of feedback operations such as changing the power supply potential LVDD.
【0022】次に、図1において、参照電位発生回路1
07は、VDD線101とVSS線103との間に接続
されている。参照電位発生回路107には、VDD線1
01より電源電位VDDが供給されており、VSS線1
03より電源電位VSSが供給されている。参照電位発
生回路107は、参照電位VREFを電源電位降下回路
106へ出力している。Next, referring to FIG.
07 is connected between the VDD line 101 and the VSS line 103. The reference potential generating circuit 107 has a VDD line 1
01 is supplied with the power supply potential VDD, and the VSS line 1
03 supplies a power supply potential VSS. The reference potential generation circuit 107 outputs the reference potential VREF to the power supply potential drop circuit 106.
【0023】図3は、参照電位発生回路107の具体的
な回路構成の一例を示す回路図である。以下、構成と動
作について簡単に説明する。参照電位発生回路107
は、PMOS301、PMOS302、NMOS30
3、NMOS304、PMOS305、NMOS30
6、NMOS307、抵抗R1、抵抗R2より構成され
る。また、それぞれのMOSのバックゲートはソースに
接続されている。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a specific circuit configuration of reference potential generating circuit 107. Hereinafter, the configuration and operation will be briefly described. Reference potential generation circuit 107
Are PMOS 301, PMOS 302, NMOS 30
3, NMOS 304, PMOS 305, NMOS 30
6, an NMOS 307, a resistor R1, and a resistor R2. The back gate of each MOS is connected to the source.
【0024】PMOS301は電源電位VDDとノード
N5との間に接続されており、そのゲートはPMOS3
02のゲートに接続されている。PMOS302は電源
電位VDDとノードN6との間に接続されており、その
ゲートはPMOS301のゲート及びノードN6に接続
されている。The PMOS 301 is connected between the power supply potential VDD and the node N5, and its gate is connected to the PMOS3.
02 is connected to the gate. The PMOS 302 is connected between the power supply potential VDD and the node N6, and its gate is connected to the gate of the PMOS 301 and the node N6.
【0025】NMOS303はノードN5と電源電位V
SSとの間に接続されており、そのゲートはノードN7
に接続されている。The NMOS 303 is connected to the node N5 and the power supply potential V
SS, and the gate thereof is connected to the node N7.
It is connected to the.
【0026】NMOS304はノードN6とノードN7
との間に接続されており、そのゲートはノードN5に接
続されている。The NMOS 304 includes a node N6 and a node N7.
And its gate is connected to the node N5.
【0027】抵抗R1はノードN7と電源電位VSSと
の間に接続されている。The resistor R1 is connected between the node N7 and the power supply potential VSS.
【0028】PMOS305は電源電位VDDとノード
N8との間に接続されており、そのゲートはノードN6
に接続されている。The PMOS 305 is connected between the power supply potential VDD and the node N8, and its gate is connected to the node N6.
It is connected to the.
【0029】NMOS306はノードN8とノードN9
との間に接続されており、そのゲートはノードN8に接
続されている。NMOS307はノードN9と電源電位
VSSとの間に接続されており、そのゲートはノードN
9に接続されている。The NMOS 306 includes a node N8 and a node N9.
And its gate is connected to the node N8. The NMOS 307 is connected between the node N9 and the power supply potential VSS, and its gate is connected to the node N9.
9 is connected.
【0030】抵抗R2は電源電位VDDとノードN8と
の間に接続されている。The resistor R2 is connected between the power supply potential VDD and the node N8.
【0031】参照電位発生回路107はしきい値電圧基
準形の参照電位発生回路であり、NMOS303のしき
い値電圧Vtを基準として参照電位VREFを発生する
回路である。The reference potential generation circuit 107 is a reference potential generation circuit of a threshold voltage reference type, and generates the reference potential VREF based on the threshold voltage Vt of the NMOS 303.
【0032】次に、図1において、CMOS回路108
は、LVDD線102とVSS線103との間に接続さ
れている。CMOS回路108には、LVDD線102
より電源電位LVDDが供給されており、VSS線10
3より電源電位VSSが供給されている。CMOS回路
108は、PMOSとNMOSとから構成されており、
これらPMOSとNMOSとを相補に動作させる回路で
ある。図1に示すように、CMOS回路108は、例え
ば、PMOS109とNMOS110とより構成される
CMOSインバータ回路を有する。図示しないが、CM
OS回路108には、その他のCMOSインバータ回路
やCMOSNAND回路があるものとし、CMOS構成
となるものであれば、特に限定されることなく、様々な
変更が可能である。以下、図及び説明の簡略化のため、
図1に示すCMOSインバータ回路を例に説明を進める
ことする。Next, referring to FIG.
Is connected between the LVDD line 102 and the VSS line 103. The CMOS circuit 108 includes the LVDD line 102
The power supply potential LVDD is supplied from the
3, the power supply potential VSS is supplied. The CMOS circuit 108 includes a PMOS and an NMOS,
This is a circuit for operating these PMOS and NMOS complementarily. As shown in FIG. 1, the CMOS circuit 108 has, for example, a CMOS inverter circuit including a PMOS 109 and an NMOS 110. Although not shown, CM
The OS circuit 108 includes other CMOS inverter circuits and CMOS NAND circuits, and various changes can be made without particular limitation as long as they have a CMOS configuration. Hereinafter, for simplification of the drawings and description,
The description will proceed with the CMOS inverter circuit shown in FIG. 1 as an example.
【0033】図1において、PMOS109のソースは
LVDD線102に接続され、電源電位LVDDが供給
されており、NMOS110ののソースはVSS線10
3に接続され、電源電位VSSが供給されている。ま
た、PMOS109とNMOS110とのドレインが共
通に接続されいるとともに、ノードN1にはCMOSイ
ンバータ回路の出力信号を出力する出力信号線が接続さ
れている。ここで、出力信号線は、例えば、他の論理回
路の入力信号配線や外部出力端子へ接続されている。ま
た、PMOS109とNMOS110とのゲートは共通
に接続されており、これらのゲートには、例えば、他の
論理回路の出力信号配線や外部入力端子からの信号配線
が接続されている。In FIG. 1, the source of the PMOS 109 is connected to the LVDD line 102, the power supply potential LVDD is supplied, and the source of the NMOS 110 is the VSS line 10.
3 and a power supply potential VSS is supplied. The drains of the PMOS 109 and the NMOS 110 are commonly connected, and an output signal line for outputting an output signal of the CMOS inverter circuit is connected to the node N1. Here, the output signal line is connected to, for example, an input signal wiring of another logic circuit or an external output terminal. The gates of the PMOS 109 and the NMOS 110 are commonly connected, and these gates are connected to, for example, an output signal wiring of another logic circuit or a signal wiring from an external input terminal.
【0034】図1において、PMOS109が形成され
る基板またはウエル層(図示なし)にVDD線101が
接続されており、この基板またはウエル層にVDD線1
01より電源電位VDDが供給されることにより、PM
OS109のバックゲートに電源電位VDDが供給され
る。In FIG. 1, the VDD line 101 is connected to a substrate or a well layer (not shown) on which the PMOS 109 is formed, and the VDD line 101 is connected to the substrate or the well layer.
01 from the power supply potential VDD,
The power supply potential VDD is supplied to the back gate of the OS 109.
【0035】また、図1において、NMOS110が形
成される基板またはウエル層(図示なし)にVSS線1
03に接続されており、この基板またはウエル層にVS
S線103より電源電位VSSが供給されることによ
り、NMOS110のバックゲートに電源電位VSSが
供給される。In FIG. 1, a VSS line 1 is formed on a substrate or a well layer (not shown) on which the NMOS 110 is formed.
03 and VS is connected to this substrate or well layer.
When the power supply potential VSS is supplied from the S line 103, the power supply potential VSS is supplied to the back gate of the NMOS 110.
【0036】次に、図1におけるICの動作について以
下に説明する。パッド104には外部から電源電位VD
Dとして、例えば、3.3Vが与えられており、パッド
105には外部から電源電位VSSとして、例えば、接
地電位が与えられている。Next, the operation of the IC shown in FIG. 1 will be described below. The pad 104 has a power supply potential VD
For example, 3.3 V is applied as D, and the pad 105 is externally applied with, for example, a ground potential as the power supply potential VSS.
【0037】参照電位発生回路107は電源電位降下回
路106へ参照電位VREFとして、例えば2.0Vを
与えている。電源電位降下回路106は、上述したよう
に、電源電位VDDを降下させて電源電位LVDDが
2.0VとなるようにLVDD線102に電源電位LV
DDを供給する。The reference potential generating circuit 107 supplies, for example, 2.0 V to the power supply potential dropping circuit 106 as the reference potential VREF. As described above, the power supply potential lowering circuit 106 lowers the power supply potential VDD and supplies the power supply potential LV to the LVDD line 102 so that the power supply potential LVDD becomes 2.0 V.
Supply DD.
【0038】CMOS回路108は2.0Vである電源
電位LVDDで動作する。また、ここで、CMOS回路
のPMOS109のバックゲートにはVDD線101よ
り3.3Vが与えられる。The CMOS circuit 108 operates at a power supply potential LVDD of 2.0 V. Here, 3.3 V is supplied from the VDD line 101 to the back gate of the PMOS 109 of the CMOS circuit.
【0039】ここで、MOSのしきい値電圧Vtはバッ
クゲート―ソース間電圧Vbsにより変化することがバ
ックゲート効果として一般に知られている。PMOSの
場合におけるバックゲート効果として、Vbsが例え
ば、0〜3Vというように正の方向に大きくなるにつれ
てしきい値電圧Vtは負の方向に大きくなる。言い換え
ると、一般にPMOSのしきい値電圧は負の値なので、
Vbsが正の方向に大きくなるにつれて、PMOSのし
きい値電圧の絶対値は大きくなる。また、NMOSの場
合におけるバックゲート効果とて、Vbsが例えば、0
〜ー3Vというように負の方向に大きくなるにつれてし
きい値電圧Vtは正の方向に大きくなる。言い換える
と、一般にNMOSのしきい値電圧は正の値なので、V
bsが負の方向に大きくなるにつれて、NMOSのしき
い値電圧の絶対値は大きくなる。Here, it is generally known as the back gate effect that the threshold voltage Vt of the MOS changes depending on the back gate-source voltage Vbs. As a back gate effect in the case of a PMOS, the threshold voltage Vt increases in the negative direction as Vbs increases in the positive direction, for example, 0 to 3 V. In other words, since the threshold voltage of the PMOS is generally a negative value,
As Vbs increases in the positive direction, the absolute value of the threshold voltage of the PMOS increases. Further, as a back gate effect in the case of NMOS, Vbs is, for example, 0
The threshold voltage Vt increases in the positive direction as it increases in the negative direction such as -3V. In other words, since the threshold voltage of the NMOS is generally a positive value,
As bs increases in the negative direction, the absolute value of the threshold voltage of the NMOS increases.
【0040】例えば、Vbs=0Vのバイアスを与えな
い状態でのしきい値電圧Vtpの絶対値が0.53Vで
あるPMOSにVbs=1.3Vのバイアスを与える
と、PMOSのしきい値電圧Vtpの絶対値は0.88
Vと大きくなる。ここで、Vbs=1.3Vのバイアス
を与えた状態でのしきい値電圧Vtpの絶対値を0.5
3Vに設定したい場合には、PMOSが形成される基板
又はウエル層の不純物濃度を上述したVbs=0Vでの
しきい値電圧の絶対値が0.53VになるPMOSが形
成される不純物濃度よりも下げて調整すればよい。For example, when a bias of Vbs = 1.3V is applied to a PMOS whose absolute value of the threshold voltage Vtp is 0.53V without applying a bias of Vbs = 0V, the threshold voltage Vtp of the PMOS is increased. Has an absolute value of 0.88
V. Here, the absolute value of the threshold voltage Vtp when a bias of Vbs = 1.3 V is applied is 0.5
When it is desired to set 3 V, the impurity concentration of the substrate or well layer where the PMOS is formed is higher than the impurity concentration where the PMOS whose absolute value of the threshold voltage at Vbs = 0 V is 0.53 V is formed. Adjust it by lowering it.
【0041】したがって、本実施の形態において、Vb
s=1.3Vのようにバイアスを与えたPMOS109
のしきい値電圧Vtpの絶対値が例えば、0.53Vと
なるように設定するために、バックゲート効果によりし
きい値電圧Vtpの絶対値が大きくなることを考慮し
て、PMOS109が形成される基板又はウエル層の不
純物濃度をVbs=0Vでのしきい値電圧の絶対値が
0.53Vになる場合のPMOS109が形成される基
板又はウエル層の不純物濃度よりも低くすることにより
しきい値電圧を調整しており、Vbs=1.3Vのよう
にバイアスを与えたPMOS109のしきい値電圧Vt
pの絶対値が0.53Vとなるように設定して動作させ
ている。Therefore, in this embodiment, Vb
PMOS 109 biased such that s = 1.3 V
In order to set the absolute value of the threshold voltage Vtp to be, for example, 0.53 V, the PMOS 109 is formed in consideration of an increase in the absolute value of the threshold voltage Vtp due to the back gate effect. By setting the impurity concentration of the substrate or well layer lower than the impurity concentration of the substrate or well layer where the PMOS 109 is formed when the absolute value of the threshold voltage at Vbs = 0 V is 0.53 V, Is adjusted, and the threshold voltage Vt of the PMOS 109 is biased such that Vbs = 1.3 V.
The operation is performed by setting the absolute value of p to be 0.53 V.
【0042】また、本実施の形態において、NMOS1
10はソース及びバックゲートともに接地電位に接続さ
れているのでVbs=0Vの状態であり、NMOS11
0のしきい電圧Vtnの絶対値が例えば、0.45Vと
なるように設定して動作させている。In this embodiment, the NMOS 1
Reference numeral 10 denotes a state where Vbs = 0 V because both the source and the back gate are connected to the ground potential.
The operation is performed with the absolute value of the threshold voltage Vtn of 0 set to, for example, 0.45 V.
【0043】以下、この発明のICが高速動作する理由
について述べる。The reason why the IC of the present invention operates at high speed will be described below.
【0044】Vbs=1.3Vでしきい電圧Vtpの絶
対値が0.53VであるPMOS109とVbs=0V
でしきい電圧Vtnの絶対値が0.45VであるNMO
S110とからなる本実施の形態におけるバイアスを与
えたインバータ回路と、Vbs=0Vでしきい電圧Vt
pの絶対値が0.53VであるPMOSとVbs=0V
でしきい電圧Vtnの絶対値が0.45VであるNMO
Sとからなるバイアスを与えないインバータ回路との立
上がり及び立下がり特性を比較する。ここで、本実施の
形態におけるバイアスを与えるインバータ回路とバイア
スを与えないインバータ回路とのいずれにおいても、P
MOSのチャネル幅Wは5.0μm、チャネル長Lは
0.35μmであり、NMOSのチャネル幅Wは2.0
μm、チャネル長Lは0.35μmであり、PMOSが
形成される基板またはウエル層の不純物濃度が異なるこ
とをのぞいてはその他の諸条件は同じものとする。The PMOS 109 having Vbs = 1.3V and the absolute value of the threshold voltage Vtp being 0.53V, and Vbs = 0V
NMO whose absolute value of the threshold voltage Vtn is 0.45 V
S110 and a biased inverter circuit according to the present embodiment, and a threshold voltage Vt at Vbs = 0V
PMOS whose absolute value of p is 0.53 V and Vbs = 0 V
NMO whose absolute value of the threshold voltage Vtn is 0.45 V
The rising and falling characteristics of the inverter circuit which does not apply a bias consisting of S and S are compared. Here, in both the inverter circuit that applies a bias and the inverter circuit that does not apply a bias in the present embodiment, P
The channel width W of the MOS is 5.0 μm, the channel length L is 0.35 μm, and the channel width W of the NMOS is 2.0 μm.
μm and the channel length L are 0.35 μm, and other conditions are the same except that the impurity concentration of the substrate or well layer on which the PMOS is formed is different.
【0045】図4はバイアスを与えたインバータ回路と
バイアスを与えないインバータ回路との立上がり特性を
示す図である。図4において、横軸は時間、縦軸は電圧
である。図4に示すように、本実施の形態におけるバイ
アスを与えたインバータ回路の方がバイアスを与えない
インバータ回路より立上がり速いことが理解できる。FIG. 4 is a diagram showing the rising characteristics of the inverter circuit to which a bias is applied and the inverter circuit to which no bias is applied. In FIG. 4, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage. As shown in FIG. 4, it can be understood that the biased inverter circuit according to the present embodiment rises faster than the non-biased inverter circuit.
【0046】図5はバイアスを与えたインバータ回路と
バイアスを与えないインバータ回路との立下がり特性を
示す図である。図5において、横軸は時間、縦軸は電圧
である。図5に示すように、本実施の形態におけるバイ
アスを与えたインバータ回路の方がバイアスを与えない
インバータ回路より立上がり速いことが理解できる。FIG. 5 is a diagram showing fall characteristics of the inverter circuit to which a bias is applied and the inverter circuit to which no bias is applied. In FIG. 5, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage. As shown in FIG. 5, it can be understood that the biased inverter circuit according to the present embodiment rises faster than the non-biased inverter circuit.
【0047】以上のことより、しきい値電圧が同じであ
れば、本実施の形態にようにバイアスを与えたインバー
タ回路の方がバイアスを与えないインバータ回路よりも
立上がり及び立下がりとともに速くなり、高速動作する
こと言える。この理由としては、バックゲートとソース
との間のpn接合に逆方向となるバイアスを与えている
ために空乏層の延びて接合容量が小さくなることが大き
な要因であると推測される。また、上述において、単体
のインバータ回路について比較を行ったが、CMOS回
路108には無数のCMOS構成の回路が存在し、本発
明を適用することにより、CMOS回路108は従来と
比べてより高速動作することが容易に理解できる。As described above, when the threshold voltage is the same, the inverter circuit with a bias as in this embodiment becomes faster with rising and falling than the inverter circuit without a bias, It can be said that it operates at high speed. It is presumed that the reason for this is that the depletion layer is extended and the junction capacitance is reduced because a reverse bias is applied to the pn junction between the back gate and the source. In the above description, a comparison was made with respect to a single inverter circuit. However, there are countless CMOS circuits in the CMOS circuit 108, and by applying the present invention, the CMOS circuit 108 can operate at a higher speed than the conventional one. It is easy to understand.
【0048】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、外部電源電位を電源電位降下回路106により降下
させた電源電位をCMOS回路108の電源電位として
用いているために、CMOS回路108は低電圧動作と
なるとともに、CMOS回路108を構成している例え
ば、CMOSインバータ回路のPMOS109のバック
ゲートに外部電源電位を与えて、それによるバックゲー
ト効果によりPMOS109のしきい値電圧Vtpの絶
対値が大きくなることを考慮して、バイアスが与えられ
るPMOS109が形成される基板又はウエル層の不純
物濃度を低くすることによりしきい値電圧を調整してお
り、バイアスが与えられない場合のPMOSのしきい値
電圧と同じになるように設定して動作させているので、
低消費電力で高速動作可能となる。As described above, according to the present embodiment, the power supply potential obtained by lowering the external power supply potential by the power supply potential lowering circuit 106 is used as the power supply potential of the CMOS circuit 108. In addition to the low voltage operation, an external power supply potential is applied to the back gate of the PMOS 109 of the CMOS inverter circuit constituting the CMOS circuit 108, and the absolute value of the threshold voltage Vtp of the PMOS 109 is reduced by the back gate effect. In consideration of the increase in the threshold voltage, the threshold voltage is adjusted by lowering the impurity concentration of the substrate or the well layer on which the biased PMOS 109 is formed, and the threshold voltage of the PMOS when the bias is not applied is adjusted. Since it is set and operated to be the same as the value voltage,
High speed operation is possible with low power consumption.
【0049】また、本実施の形態において、外部電源電
位を電源電位降下回路106により一定に降下させた電
源電位をCMOS回路108の電源電位として用いてい
るので、CMOS回路108の電源電位を変更する場合
は、電源電位降下回路106に与える参照電位VREF
を変更すればよいので外部電源電位を変更する必要がな
く、汎用性に極めて優れている。In this embodiment, the power supply potential of the CMOS circuit 108 is changed because the power supply potential obtained by lowering the external power supply potential by the power supply potential dropping circuit 106 is used as the power supply potential of the CMOS circuit 108. In this case, the reference potential VREF applied to the power supply potential dropping circuit 106
Therefore, there is no need to change the external power supply potential, which is extremely excellent in versatility.
【0050】さらに、本実施の形態において、Vbs=
1.3VでのPMOS109のしきい値電圧Vtpの絶
対値が0.53Vとなるように設定するために、Vbs
=0Vでのしきい値電圧の絶対値が0.53Vに場合の
PMOS109が形成される基板又はウエル層の不純物
濃度を例えば、8×1018cmー3とすると、Vbs=
1.3Vでのしきい電圧Vtpの絶対値が0.53Vの
PMOS109が形成される基板又はウエル層の不純物
濃度はそれよりも低い、例えば、4.5×1018cmー3
となる。したがって、不純物濃度が低い値となるので、
同じしきい値電圧では、Vbs=1.3Vとバイアスを
与えた方が、Vbs=0Vとバイアスを与えないものに
比べてサブスレッショルドリーク電流が少なくなる。Further, in the present embodiment, Vbs =
To set the absolute value of the threshold voltage Vtp of the PMOS 109 at 1.3 V to be 0.53 V, Vbs
= The impurity concentration of the substrate or the well layer absolute value PMOS109 is formed when the 0.53V threshold voltage at 0V for example, when the 8 × 10 18 cm over 3, Vbs =
The impurity concentration of the substrate or well layer on which the PMOS 109 having the absolute value of the threshold voltage Vtp at 1.3 V of 0.53 V is formed is lower than that, for example, 4.5 × 10 18 cm −3.
Becomes Therefore, since the impurity concentration becomes a low value,
At the same threshold voltage, the sub-threshold leakage current is smaller when a bias is applied at Vbs = 1.3 V than when no bias is applied at Vbs = 0 V.
【0051】図6は、図1に示す本実施の形態のICに
おけるCMOSインバータ回路のデバイス図である。図
6に示すように、CMOS構造においては、一般的に知
らているように、波線で示す寄生トランジスタが形成さ
れ、これがラッチアップを起こしてデバイス破壊したり
する等の問題が生じる可能性があった。しかしながら、
本実施の形態においては、PMOS109のバックゲー
トとソースとの間のpn接合に逆方向となるバイアスを
与えているために、ラッチアップが生じることがない。FIG. 6 is a device diagram of the CMOS inverter circuit in the IC of this embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 6, in a CMOS structure, as generally known, a parasitic transistor indicated by a broken line is formed, which may cause a problem such as latch-up and device destruction. Was. However,
In this embodiment, since a reverse bias is applied to the pn junction between the back gate and the source of the PMOS 109, latch-up does not occur.
【0052】第2の実施の形態 図7は、この発明の第2の実施の形態における半導体集
積回路の回路図である。図7において、第1の実施の形
態と同様のものには同一符号をつけてある。ここで、第
1の実施の形態と同様のことについては説明を省略す
る。以下、第2の実施の形態における第1の実施の形態
と異なる事項について説明する。Second Embodiment FIG. 7 is a circuit diagram of a semiconductor integrated circuit according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Here, description of the same matters as in the first embodiment will be omitted. Hereinafter, matters different from the first embodiment in the second embodiment will be described.
【0053】図7に示すように、ICは、参照電位発生
回路702より発生する電源電位HVSSが供給されて
いる電源線701(以下、HVSS線と称する)を有し
ている。ここで、電源電位HVSSは、電源電位LVD
Dより低く、電源電位VSSより高い電位である。As shown in FIG. 7, the IC has a power supply line 701 (hereinafter referred to as an HVSS line) to which a power supply potential HVSS generated from a reference potential generation circuit 702 is supplied. Here, the power supply potential HVSS is equal to the power supply potential LVD.
D and a potential higher than the power supply potential VSS.
【0054】図8は、参照電位発生回路702の具体的
な回路構成の一例を示す回路図である。以下、構成と動
作について簡単に説明する。参照電位発生回路702
は、PMOS801、PMOS802、NMOS80
3、NMOS804、PMOS805、NMOS80
6、NMOS807、NMOS808、抵抗R1、抵抗
R2より構成される。また、それぞれのMOSのバック
ゲートはソースに接続されている。FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of a specific circuit configuration of reference potential generation circuit 702. Hereinafter, the configuration and operation will be briefly described. Reference potential generation circuit 702
Are PMOS801, PMOS802, NMOS80
3, NMOS 804, PMOS 805, NMOS 80
6, NMOS 807, NMOS 808, resistor R1, resistor R2. The back gate of each MOS is connected to the source.
【0055】PMOS801は電源電位VDDとノード
N10との間に接続されており、そのゲートはPMOS
802のゲートに接続されている。PMOS802は電
源電位VDDとノードN11との間に接続されており、
そのゲートはPMOS801のゲート及びノードN11
に接続されている。The PMOS 801 is connected between the power supply potential VDD and the node N10, and has a gate connected to the PMOS 801.
802 is connected to the gate. The PMOS 802 is connected between the power supply potential VDD and the node N11,
Its gate is the gate of the PMOS 801 and the node N11.
It is connected to the.
【0056】NMOS803はノードN10と電源電位
VSSとの間に接続されており、そのゲートはノードN
12に接続されている。The NMOS 803 is connected between the node N10 and the power supply potential VSS, and has a gate connected to the node N10.
12 is connected.
【0057】NMOS804はノードN11とノードN
12との間に接続されており、そのゲートはノードN1
0に接続されている。The NMOS 804 includes the nodes N11 and N
12 and the gate thereof is connected to the node N1.
Connected to 0.
【0058】抵抗R1はノードN12と電源電位VSS
との間に接続されている。The resistor R1 is connected between the node N12 and the power supply potential VSS.
Is connected between.
【0059】PMOS805は電源電位VDDとノード
N13との間に接続されており、そのゲートはノードN
11に接続されている。The PMOS 805 is connected between the power supply potential VDD and the node N13, and has a gate connected to the node N13.
11 is connected.
【0060】NMOS806はノードN13とノードN
14との間に接続されており、そのゲートはノードN1
3に接続されている。NMOS807はノードN14と
ノードN15との間に接続されており、そのゲートはノ
ードN14に接続されている。NMOS808はノード
N15と電源電位VSSとの間に接続されており、その
ゲートはノードN15に接続されている。The NMOS 806 includes a node N13 and a node N
14 and its gate is connected to the node N1.
3 is connected. NMOS 807 is connected between nodes N14 and N15, and its gate is connected to node N14. The NMOS 808 is connected between the node N15 and the power supply potential VSS, and its gate is connected to the node N15.
【0061】抵抗R2は電源電位VDDとノードN13
との間に接続されている。The resistor R2 is connected between the power supply potential VDD and the node N13.
Is connected between.
【0062】参照電位発生回路702はしきい値電圧基
準形の参照電位発生回路であり、NMOS803のしき
い値電圧Vtを基準として参照電位VREF及び電源電
位HVSSを発生する回路である。The reference potential generation circuit 702 is a reference potential generation circuit of a threshold voltage reference type, and generates the reference potential VREF and the power supply potential HVSS based on the threshold voltage Vt of the NMOS 803.
【0063】図7に示すように、CMOSインバータ回
路を構成するNMOS704のソースはHVSS線70
1が接続されており、電源電位HVSSが供給されてい
る。また、NMOS704が形成される基板又はウエル
層(図示なし)にVSS線103が接続されており、電
源電位VSSが供給されている。すなわち、第2の実施
の形態は、第1の実施の加えて、NMOSにもバイアス
を与えた形態である。As shown in FIG. 7, the source of the NMOS 704 constituting the CMOS inverter circuit is connected to the HVSS line 70.
1 is connected, and the power supply potential HVSS is supplied. The VSS line 103 is connected to a substrate or a well layer (not shown) on which the NMOS 704 is formed, and the power supply potential VSS is supplied. That is, the second embodiment is an embodiment in which a bias is also applied to the NMOS in addition to the first embodiment.
【0064】ここで、本実施の形態において、HVSS
とは、例えば、0.5Vであり、その他は第1の実施の
形態と同じである。Here, in the present embodiment, HVSS
Is, for example, 0.5 V, and the others are the same as in the first embodiment.
【0065】本実施の形態において、NMOS7004
は、バックゲートに0V、ソースに0.5V与えらいる
ので、Vbs=ー0.5Vとなる。これにより、上述し
たように、Vbs=ー0.5VでのNMOS704のし
きい値電圧Vtnの絶対値は、Vbs=0Vの場合のN
MOS704のしきい値電圧Vtnの絶対値より大きく
なる。In this embodiment, the NMOS 7004
Is 0 V applied to the back gate and 0.5 V applied to the source, so that Vbs = −0.5 V. As a result, as described above, the absolute value of the threshold voltage Vtn of the NMOS 704 at Vbs = −0.5V is N when Vbs = 0V.
It becomes larger than the absolute value of the threshold voltage Vtn of the MOS 704.
【0066】ここで、本実施の形態においては、第1の
実施の形態と同様に、Vbs=ー0.5Vのようにバイ
アスを与えたNMOS704のしきい値電圧Vtnの絶
対値が例えば、0.45Vとなるように設定するため
に、バックゲート効果によりしきい値電圧Vtnの絶対
値が大きくなることを考慮して、NMOS704が形成
される基板又はウエル層の不純物濃度をVbs=0Vで
のしきい値電圧の絶対値が0.45Vになる場合のNM
OS704が形成される基板又はウエル層の不純物濃度
よりも低くすることによりしきい値電圧を調整してお
り、Vbs=ー0.5Vのようにバイアスを与えたNM
OS704のしきい値電圧Vtnの絶対値が0.45V
となるように設定して動作させている。Here, in the present embodiment, as in the first embodiment, the absolute value of the threshold voltage Vtn of the NMOS 704 biased such that Vbs = −0.5 V is, for example, 0 In order to set the threshold voltage Vtn to .45 V, the impurity concentration of the substrate or well layer on which the NMOS 704 is formed is set to Vbs = 0 V in consideration of an increase in the absolute value of the threshold voltage Vtn due to the back gate effect. NM when the absolute value of the threshold voltage becomes 0.45 V
The threshold voltage is adjusted by lowering the impurity concentration of the substrate or the well layer on which the OS 704 is formed, and a biased NM such as Vbs = −0.5 V is used.
The absolute value of the threshold voltage Vtn of OS 704 is 0.45 V
It is set to operate.
【0067】Vbs=1.3Vでしきい電圧Vtpの絶
対値が0.53VであるPMOS109とVbs=ー
0.5Vでしきい電圧Vtnの絶対値が0.45Vであ
るNMOS704とからなる本実施の形態におけるバイ
アスを与えたインバータ回路と、Vbs=0Vでしきい
電圧Vtpの絶対値が0.53VであるPMOSとVb
s=0Vでしきい電圧Vtnの絶対値が0.45Vであ
るNMOSとからなるバイアスを与えないインバータ回
路との立上がり及び立下がり特性を比較する。ここで、
本実施の形態におけるバイアスを与えるインバータ回路
とバイアスを与えないインバータ回路とのいずれにおい
ても、PMOSのチャネル幅Wは5.0μm、チャネル
長Lは0.35μmであり、NMOSのチャネル幅Wは
2.0μm、チャネル長Lは0.35μmであり、PM
OSが形成される基板またはウエル層の不純物濃度が異
なることをのぞいてはその他の諸条件は同じものとす
る。This embodiment comprises a PMOS 109 having an absolute value of the threshold voltage Vtp of 0.53 V when Vbs = 1.3 V and an NMOS 704 having an absolute value of the threshold voltage Vtn of 0.45 V when Vbs = −0.5 V. A biased inverter circuit according to the above embodiment, and a PMOS and Vb having Vbs = 0 V and an absolute value of a threshold voltage Vtp of 0.53 V
The rising and falling characteristics of a non-biased inverter circuit composed of an NMOS with s = 0 V and an absolute value of the threshold voltage Vtn of 0.45 V will be compared. here,
In any of the inverter circuit applying a bias and the inverter circuit not applying a bias in the present embodiment, the channel width W of the PMOS is 5.0 μm, the channel length L is 0.35 μm, and the channel width W of the NMOS is 2 μm. 0.0 μm, the channel length L is 0.35 μm, and PM
Other conditions are the same except that the impurity concentration of the substrate or the well layer on which the OS is formed is different.
【0068】図9はバイアスを与えたインバータ回路と
バイアスを与えないインバータ回路との立上がり特性を
示す図である。図9において、横軸は時間、縦軸は電圧
である。図9に示すように、本実施の形態におけるバイ
アスを与えたインバータ回路の方がバイアスを与えない
インバータ回路より立上がり速いことが理解できる。FIG. 9 is a diagram showing rise characteristics of an inverter circuit to which a bias is applied and an inverter circuit to which no bias is applied. In FIG. 9, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage. As shown in FIG. 9, it can be understood that the biased inverter circuit according to the present embodiment rises faster than the biased inverter circuit.
【0069】図10はバイアスを与えたインバータ回路
とバイアスを与えないインバータ回路との立下がり特性
を示す図である。図10において、横軸は時間、縦軸は
電圧である。図10に示すように、本実施の形態におけ
るバイアスを与えたインバータ回路の方がバイアスを与
えないインバータ回路より立上がり速いことが理解でき
る。FIG. 10 is a diagram showing fall characteristics of the inverter circuit to which a bias is applied and the inverter circuit to which no bias is applied. In FIG. 10, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage. As shown in FIG. 10, it can be understood that the biased inverter circuit according to the present embodiment rises faster than the non-biased inverter circuit.
【0070】以上のことより、第1の実施の形態と同様
に、しきい値電圧が同じであれば、本実施の形態によう
にバイアスを与えたインバータ回路の方がバイアスを与
えないインバータ回路よりも立上がり及び立下がりとと
もに速くなり、高速動作すること言える。また、本実施
の形態のように、PMOS109とNMOS704とも
にバイアスを与えることよってさらなる高速動作が望ま
れる。As described above, similarly to the first embodiment, if the threshold voltages are the same, the inverter circuit to which the bias is applied as in the present embodiment is the same as the inverter circuit to which no bias is applied. It can be said that the operation becomes faster with rising and falling, and that the operation is performed at high speed. Further, as in the present embodiment, further high-speed operation is desired by applying a bias to both the PMOS 109 and the NMOS 704.
【0071】さらに、本実施の形態において、第1の実
施の形態に加えて、Vbs=ー0.5VでのNMOS7
04のしきい値電圧Vtnの絶対値が0.45Vとなる
ように設定するために、Vbs=0Vでのしきい値電圧
の絶対値が0.45Vに場合のNMOS704が形成さ
れる基板又はウエル層の不純物濃度を例えば、1.2×
1018cmー3とすると、Vbs=ー0.5Vでのしきい
電圧Vtnの絶対値が0.45VのNMOS704が形
成される基板又はウエル層の不純物濃度はそれよりも低
い、例えば、4.5×1017cmー3となる。したがっ
て、不純物濃度が低い値となるので、上述したように、
同じしきい値電圧では、Vbs=ー0.5Vとバイアス
を与えた方が、Vbs=0Vとバイアスを与えないもの
に比べてサブスレッショルドリーク電流が少なくなる。
本実施の形態は、PMOS109とNMOS704とも
にサブスレッショルドリーク電流が少なくなるので、第
1の実施の形態よりさらなるサブスレッショルドリーク
電流の低減が望まれる。Further, in this embodiment, in addition to the first embodiment, the NMOS 7 with Vbs = −0.5 V
Substrate or well on which NMOS 704 is formed when the absolute value of the threshold voltage at Vbs = 0 V is 0.45 V, in order to set the absolute value of threshold voltage Vtn at 04 to be 0.45 V The impurity concentration of the layer is, for example, 1.2 ×
When 10 18 cm -3, the impurity concentration of the substrate or the well layer absolute value of the threshold voltage Vtn in Vbs = over 0.5V is NMOS704 of 0.45V is formed lower than, for example, 4. It becomes 5 × 10 17 cm −3 . Therefore, since the impurity concentration becomes a low value, as described above,
At the same threshold voltage, the sub-threshold leakage current is smaller when a bias is applied at Vbs = −0.5 V than when no bias is applied at Vbs = 0 V.
In this embodiment, the sub-threshold leakage current of both the PMOS 109 and the NMOS 704 is reduced. Therefore, it is desired to further reduce the sub-threshold leakage current as compared with the first embodiment.
【0072】図11は、図7に示す本実施の形態のIC
におけるCMOSインバータ回路のデバイス図である。
本実施の形態においては、NMOS704のバックゲー
トとソースとの間のpn接合にも逆方向となるバイアス
を与えているために、ラッチアップに対するさらなる効
果が望まれる。FIG. 11 shows the IC of the present embodiment shown in FIG.
3 is a device diagram of a CMOS inverter circuit in FIG.
In the present embodiment, since a reverse bias is also applied to the pn junction between the back gate and the source of the NMOS 704, a further effect on latch-up is desired.
【0073】なお、上述において、PMOSにバイアス
を与えて動作させる例とPMOS及びNMOSにバイア
スを与えて動作させる例とについて述べたが、NMOS
のみにバイアスを与えて動作させてもこの発明の効果が
得られることは言うまでもない。In the above description, the example in which the PMOS is operated by applying a bias and the example in which the PMOS and NMOS are operated by applying a bias have been described.
It is needless to say that the effect of the present invention can be obtained even if only the bias is applied to the operation.
【0074】[0074]
【発明の効果】この発明によれば、外部電源電位を降下
させた電源電位をCMOS回路の電源電位として用いて
いるために、CMOS回路は低電圧動作させるととも
に、CMOS回路を構成している例えば、CMOSイン
バータ回路のPMOSのバックゲートに外部電源電位を
与えて、それによるバックゲート効果によりPMOSの
しきい値電圧Vtpの絶対値が大きくなることを考慮し
て、バイアスが与えられるPMOSが形成される基板又
はウエル層の不純物濃度を低くすることによりしきい値
電圧を調整しており、バイアスが与えられない場合のP
MOSのしきい値電圧と同じになるように設定して動作
させているので、低消費電力で高速動作可能となる。According to the present invention, since the power supply potential obtained by lowering the external power supply potential is used as the power supply potential of the CMOS circuit, the CMOS circuit operates at a low voltage and constitutes the CMOS circuit. An external power supply potential is applied to the back gate of the PMOS of the CMOS inverter circuit, and a PMOS to which a bias is applied is formed in consideration of an increase in the absolute value of the threshold voltage Vtp of the PMOS due to the back gate effect. The threshold voltage is adjusted by lowering the impurity concentration of the substrate or the well layer.
Since the operation is performed while being set to be equal to the threshold voltage of the MOS, high-speed operation can be performed with low power consumption.
【図1】この発明の第1の実施の形態における半導体集
積回路の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor integrated circuit according to a first embodiment of the present invention.
【図2】電源電位降下回路106の具体的な回路構成の
一例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a specific circuit configuration of a power supply potential lowering circuit 106.
【図3】参照電位発生回路107の具体的な回路構成の
一例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a specific circuit configuration of a reference potential generation circuit 107.
【図4】この発明の第1の実施の形態におけるバイアス
を与えたインバータ回路とバイアスを与えないインバー
タ回路との立上がり特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing rise characteristics of the inverter circuit to which a bias is applied and the inverter circuit to which no bias is applied according to the first embodiment of the present invention;
【図5】この発明の第1の実施の形態におけるバイアス
を与えたインバータ回路とバイアスを与えないインバー
タ回路との立下がり特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing falling characteristics of the inverter circuit to which a bias is applied and the inverter circuit to which no bias is applied according to the first embodiment of the present invention;
【図6】図1に示す第1の実施の形態のICにおけるC
MOSインバータ回路のデバイス図である。FIG. 6 is a diagram showing a C in the IC according to the first embodiment shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a device diagram of a MOS inverter circuit.
【図7】この発明の第2の実施の形態における半導体集
積回路の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of a semiconductor integrated circuit according to a second embodiment of the present invention.
【図8】参照電位発生回路702の具体的な回路構成の
一例を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of a specific circuit configuration of a reference potential generation circuit 702.
【図9】この発明の第2の実施の形態におけるバイアス
を与えたインバータ回路とバイアスを与えないインバー
タ回路との立上がり特性を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating rising characteristics of an inverter circuit to which a bias is applied and an inverter circuit to which no bias is applied according to a second embodiment of the present invention;
【図10】この発明の第2の実施の形態におけるバイア
スを与えたインバータ回路とバイアスを与えないインバ
ータ回路との立下がり特性を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing falling characteristics of a biased inverter circuit and a biased inverter circuit according to a second embodiment of the present invention.
【図11】図7に示す第2の実施の形態のICにおける
CMOSインバータ回路のデバイス図である。FIG. 11 is a device diagram of a CMOS inverter circuit in the IC according to the second embodiment shown in FIG. 7;
101 VDD線 102 LVDD線 103 VSS線 701 HVSS線 104、105 パッド 106 電源電位降下回路 107、702 参照電位発生回路 108、703 CMOS回路 109 PMOS 110、704 NMOS N1〜N15 ノード 101 VDD line 102 LVDD line 103 VSS line 701 HVSS line 104, 105 Pad 106 Power supply potential drop circuit 107, 702 Reference potential generation circuit 108, 703 CMOS circuit 109 PMOS 110, 704 NMOS N1 to N15 nodes
Claims (8)
降下させて第2の電源電位を発生する電源電圧降下回路
と、 前記電源電位降下回路より発生した前記第2の電源電位
が供給される第2の電源線と、 前記第2の電源電位より低い第3の電源電位が供給され
る第3の電源線と、 前記第2の電源線と前記第3の電源線との間に接続さ
れ、P型MOSトランジスタとN型MOSトランジスタ
とから構成されるCMOS回路とを備え、 前記P型MOSトランジスタのバックゲートに前記第1
の電源電位が供給されていることを特徴とする半導体集
積回路。1. A semiconductor integrated circuit, comprising: a first power supply line to which a first power supply potential is supplied; and a second power supply line to which the first power supply potential is supplied, wherein the first power supply potential is reduced. A power supply voltage drop circuit for generating the power supply potential of the second power supply potential; a second power supply line to which the second power supply potential generated by the power supply potential reduction circuit is supplied; and a third power supply potential lower than the second power supply potential And a CMOS circuit connected between the second power supply line and the third power supply line, the CMOS circuit including a P-type MOS transistor and an N-type MOS transistor. The first gate is connected to the back gate of the P-type MOS transistor.
A semiconductor integrated circuit to which a power supply potential is supplied.
れることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein said first power supply potential is supplied from outside.
回路より出力される参照電位が入力され、前記第2の電
源電位と前記参照電位とを比較する比較回路と、 前記比較回路の比較結果に基づいて、第2の電源電位を
前記参照電位となるように調整する電源電位調整回路と
を有することを特徴とする請求項1または2記載の半導
体集積回路。3. A comparison circuit for receiving a reference potential output from a reference potential generation circuit, comparing the second power supply potential with the reference potential, and a comparison result of the comparison circuit. 3. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, further comprising: a power supply potential adjustment circuit that adjusts a second power supply potential to become the reference potential based on the following.
降下させて第2の電源電位を発生する電源電位降下回路
と、 前記電源電位降下回路より発生した前記第2の電源電位
が供給される第2の電源線と、 前記第2の電源電位より低い第3の電源電位が供給され
る第3の電源線と、 前記第2の電源線と前記第3の電源線との間に接続さ
れ、P型MOSトランジスタとN型MOSトランジスタ
とから構成されるCMOS回路と前記第3の電源電位よ
り低い第4の電源電位が供給される第4の電源線とを備
え、 前記P型MOSトランジスタのバックゲートに前記第1
の電源電位が供給され、 前記N型MOSトランジスタのバックゲートに前記第4
の電源電位が供給されていることを特徴とする半導体集
積回路。4. A semiconductor integrated circuit, comprising: a first power supply line to which a first power supply potential is supplied; and a second power supply line to which the first power supply potential is supplied, and wherein the first power supply potential is reduced. A power supply potential lowering circuit for generating the power supply potential of the second power supply potential, a second power supply line to which the second power supply potential generated by the power supply potential lowering circuit is supplied, and a third power supply potential lower than the second power supply potential And a third power supply line to which a CMOS circuit is connected between the second power supply line and the third power supply line, the CMOS circuit including a P-type MOS transistor and an N-type MOS transistor. And a fourth power supply line to which a fourth power supply potential lower than the third power supply potential is supplied.
Is supplied to the back gate of the N-type MOS transistor.
A semiconductor integrated circuit to which a power supply potential is supplied.
れることを特徴とする請求項4記載の半導体集積回路。5. The semiconductor integrated circuit according to claim 4, wherein said first power supply potential is supplied from outside.
ことを特徴とする請求項5記載の半導体集積回路。6. The semiconductor integrated circuit according to claim 5, wherein said fourth power supply potential is a ground potential.
回路より出力される第1の参照電位が入力され、前記第
2の電源電位と前記第1の参照電位とを比較する比較回
路と、 前記比較回路の比較結果に基づいて、第2の電源電位を
前記第1の参照電位となるように調整する電源電位調整
回路とを有することを特徴とする請求項4ないし6のう
ちいずれかひとつに記載の半導体集積回路。7. A comparison circuit for receiving a first reference potential output from a reference potential generation circuit and comparing the second power supply potential with the first reference potential. 7. A power supply potential adjustment circuit for adjusting a second power supply potential to be the first reference potential based on a comparison result of the comparison circuit. 3. The semiconductor integrated circuit according to claim 1.
電位より低い第2の参照電位が前記参照電位発生回路よ
り供給されることを特徴とする請求項7記載の半導体集
積回路。8. The semiconductor integrated circuit according to claim 7, wherein a second reference potential lower than said first reference potential is supplied from said reference potential generation circuit to said third power supply line. .
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|---|---|---|---|---|
| JP2011028602A (en) * | 2009-07-28 | 2011-02-10 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Regulator circuit |
| JP2011186987A (en) * | 2010-03-11 | 2011-09-22 | Renesas Electronics Corp | Reference current generating circuit |
-
1999
- 1999-08-31 JP JP24565599A patent/JP3373179B2/en not_active Expired - Fee Related
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