JPH09121152A - Mosfet circuit - Google Patents
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- JPH09121152A JPH09121152A JP8098859A JP9885996A JPH09121152A JP H09121152 A JPH09121152 A JP H09121152A JP 8098859 A JP8098859 A JP 8098859A JP 9885996 A JP9885996 A JP 9885996A JP H09121152 A JPH09121152 A JP H09121152A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、低電圧から高電圧
までの広い電源電圧範囲において、高速動作および低消
費電力を実現できるMOSFETに係り、特に、SOI
(Silicon On Insulator)集積回路に好適なMOSFE
T、およびそれを用いたCMOS論理回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MOSFET capable of realizing high speed operation and low power consumption in a wide power supply voltage range from low voltage to high voltage, and more particularly to SOI.
(Silicon On Insulator) MOSFE suitable for integrated circuits
T and a CMOS logic circuit using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の低電圧のCMOS論理回路とし
て、特開平6−29834号に記載されている回路があ
る。このCMOS論理回路は、図1に示すように、低し
きい値電圧(例えば、0.2V)と高しきい値電圧(例
えば、0.6V)の複数のMOSFETを用いることに
より、乾電池電源(約1V)で動作可能としたものであ
る。すなわち、遮断時のリーク電流は多くなるが高速動
作が可能な低しきい値電圧のMOSFETと、動作速度
は遅いが遮断時のリーク電流が小さくなる高しきい値電
圧のMOSFETを巧みに組み合せた回路である。2. Description of the Related Art As a conventional low-voltage CMOS logic circuit, there is a circuit described in JP-A-6-29834. As shown in FIG. 1, this CMOS logic circuit uses a plurality of MOSFETs having a low threshold voltage (for example, 0.2 V) and a high threshold voltage (for example, 0.6 V) to provide a dry battery power source ( It is operable at about 1V). That is, a low threshold voltage MOSFET, which has a large leak current at the time of interruption but can operate at high speed, and a MOSFET with a high threshold voltage, which has a slow operation speed but a small leakage current at the time of interruption, are skillfully combined. Circuit.
【0003】具体的には、高電位電源(VDD)線1、
低電位電源(VSS)線2(通常では接地電位となるの
で、図1では接地している。)に加えて、高電位疑似電
源(VDDv)線41、低電位疑似電源(VDDs)線
51を設け、その両疑似電源線41,51の間に、低し
きい値電圧のpチャネル型MOSFET・M11やnチ
ャネル型MOSFET・M12等で構成した低しきい値
CMOS論理回路群3を接続し、高電位疑似電源線41
と高電位電源線1との間に高しきい値電圧のpチャネル
MOSFET・M13を接続し、さらに低電位疑似電源
線51と低電位電源線2との間に高しき値電圧のnチャ
ネル型MOSFET・M14を接続して構成したもので
ある。4はMOSFET・M13と高電位疑似電源線4
1からなる高電位側電源制御回路、5はMOSFET・
M14と低電位疑似電源線51とからなる低電位側電源
制御回路である。Specifically, a high potential power (VDD) line 1,
In addition to the low-potential power supply (VSS) line 2 (which is normally grounded in FIG. 1 and is therefore grounded), a high-potential pseudo power supply (VDDv) line 41 and a low-potential pseudo power supply (VDDs) line 51 are connected. A low-threshold CMOS logic circuit group 3 composed of a low-threshold voltage p-channel MOSFET M11 and an n-channel MOSFET M12 is connected between the pseudo power supply lines 41 and 51. High potential pseudo power line 41
A high threshold voltage p-channel MOSFET M13 is connected between the high-potential power supply line 1 and the high-potential power supply line 1, and a high threshold voltage n-channel type is further provided between the low-potential pseudo power supply line 51 and the low-potential power supply line 2. It is configured by connecting MOSFET M14. 4 is MOSFET / M13 and high potential pseudo power line 4
High-potential-side power supply control circuit consisting of 1 and 5 are MOSFETs
A low-potential-side power supply control circuit including M14 and a low-potential pseudo power supply line 51.
【0004】この回路では、CMOS論理回路群3の論
理回路が低しきい値電圧のMOSFET・M11,M1
2等で構成されているので、低電源電圧でも高速動作を
実現する。また、その低しきい値電圧のCMOS論理回
路群3に電流を供給する経路に高しきい値電圧のpチャ
ネル型MOSFET・M13と高しきい値電圧のnチャ
ネル型MOSFET・M14を設けることにより、待機
時(スリープ信号SLが「H」レベルであるとき)のC
MOS論理回路群3のリーク電流を削減し省電力化を図
っている。なお、*SLはスリープ信号SLの反転信号
である。In this circuit, the logic circuits of the CMOS logic circuit group 3 have low threshold voltage MOSFETs M11 and M1.
Since it is composed of two components, etc., high-speed operation can be realized even with a low power supply voltage. Further, by providing a high threshold voltage p-channel type MOSFET M13 and a high threshold voltage n-channel type MOSFET M14 in the path for supplying current to the low threshold voltage CMOS logic circuit group 3. , C during standby (when the sleep signal SL is at “H” level)
The leakage current of the MOS logic circuit group 3 is reduced to save power. Note that * SL is an inverted signal of the sleep signal SL.
【0005】さらに、特願平6−334640号で提案
された回路は、上記説明した図1に示した回路を改良し
たものであり、図2に示すように、高電位側、低電位側
の電源制御回路4,5を構成するMOSFET・M1
3,M14のバックゲート電極(基板)端子をゲート端
子に接続したものである。Further, the circuit proposed in Japanese Patent Application No. 6-334640 is an improvement of the circuit shown in FIG. 1 described above, and as shown in FIG. 2, it has a high potential side and a low potential side. MOSFET M1 that constitutes power supply control circuits 4 and 5
3, the back gate electrode (substrate) terminal of M14 is connected to the gate terminal.
【0006】バックゲート端子をゲート端子に接続する
ことによって可変しきい値電圧のMOSFETが実現さ
れる。これは、バックゲート効果(MOSFETにおい
て、バックゲートに電圧を印加すると、しきい値電圧が
変化する現象)により、動作時のMOSFET・M1
3、M14のしきい値電圧が小さくなるためである。こ
のため、この図2に示す回路では、電源電圧のさらなる
低電圧が可能となる。A MOSFET having a variable threshold voltage is realized by connecting the back gate terminal to the gate terminal. This is due to the back gate effect (a phenomenon in which the threshold voltage changes when a voltage is applied to the back gate in the MOSFET), and the MOSFET M1 during operation is
This is because the threshold voltage of M3 and M14 becomes small. Therefore, in the circuit shown in FIG. 2, the power supply voltage can be further reduced.
【0007】これらの回路では、低しきい値のCMOS
論理回路群3に対して、高電位電源側と低電位電源側の
両方に疑似電源線41,51、および高しきい値電圧の
MOSFET・M13,M14を設けているが、高電位
電源側または低電圧電源側の一方のみに疑似電源線や高
しきい値電圧のMOSFETを設ける構成もとられる。In these circuits, low threshold CMOS
For the logic circuit group 3, pseudo power supply lines 41 and 51 and high threshold voltage MOSFETs M13 and M14 are provided on both the high potential power supply side and the low potential power supply side. A pseudo power supply line or a MOSFET having a high threshold voltage is provided on only one of the low voltage power supply side.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、同一集積回
路を低電圧電源ばかりでなく、広範囲の電源電圧で使用
する場合がある。例えば、上記した1V以下の低電圧か
ら3Vないし5Vまで使用する場合がある。By the way, the same integrated circuit may be used in a wide range of power supply voltages as well as a low voltage power supply. For example, the low voltage of 1 V or less to 3 V to 5 V may be used.
【0009】図2に示した回路のうち、制御用の高しき
い値電圧のnチャネル型MOSFET・M14について
考える。以下の説明は他方のMOSFET・M13につ
いても同様である。nチャネル型のMOSFET・M1
4では、そのバックゲート領域(バルクMOS構造にお
ける基板またはウエル)部分がp型半導体であることか
ら、バックゲート領域とソースSの間に寄生ダイオード
D3が構成され、図2に示したMOSFET・M14
(図3(A))の等価回路は、図3(B)に示すような
回路になる。Consider the high threshold voltage n-channel MOSFET M14 for control of the circuit shown in FIG. The following description also applies to the other MOSFET M13. n-channel type MOSFET M1
4, since the back gate region (substrate or well in the bulk MOS structure) portion is a p-type semiconductor, the parasitic diode D3 is formed between the back gate region and the source S, and the MOSFET M14 shown in FIG.
The equivalent circuit of (FIG. 3 (A)) becomes a circuit as shown in FIG. 3 (B).
【0010】ここで、そのMOSFET・M14のゲー
ト・ソース間電圧Vgsが大きくなり、その電圧Vgs
が寄生ダイオードD3の順方向電圧Vf(順方向に電圧
を印加し、これを上昇させたとき電流が流れ出すときの
電圧で、約0.8V)を越えたとき、その寄生ダイオー
ドD3が導通する。このため、ゲート端子→バックゲー
ト端子→寄生ダイオードD3の経路ができ、ゲート電流
が著しく増大する。Here, the gate-source voltage Vgs of the MOSFET M14 increases, and the voltage Vgs increases.
Exceeds the forward voltage Vf of the parasitic diode D3 (a voltage at which a current flows out when the voltage is applied in the forward direction and is increased, which is about 0.8 V), the parasitic diode D3 becomes conductive. Therefore, a path of gate terminal → back gate terminal → parasitic diode D3 is formed, and the gate current is significantly increased.
【0011】したがって、図2の制御用のMOSFET
・M14がオン状態のとき、*SL=Vgs=VDD
(電源電圧)であるから、本回路はVDD≧Vfでは低
しきい値CMOS論理回路群3への電流供給ができな
い。Therefore, the control MOSFET of FIG.
・ When M14 is on, * SL = Vgs = VDD
Since it is (power supply voltage), this circuit cannot supply current to the low threshold CMOS logic circuit group 3 when VDD ≧ Vf.
【0012】一方、図4は、MOSFETのしきい値電
圧に近い1V以下の電源電圧で高速動作させることがで
きるCMOS回路の例を示す。これは、T. Andoh, et.
al.,“Design Methodology for Low-Voltage MOSFET
s”, IEDM Technical Digest, pp.79-82, 1994 による
ものである。On the other hand, FIG. 4 shows an example of a CMOS circuit which can be operated at a high speed with a power supply voltage of 1 V or less, which is close to the threshold voltage of the MOSFET. This is T. Andoh, et.
al., “Design Methodology for Low-Voltage MOSFET
s ”, IEDM Technical Digest, pp.79-82, 1994.
【0013】図4の回路はpチャネルMOSFET・M
3とnチャネルMOSFET・M4から構成したCMO
Sインバータであるが、それぞれのMOSFET・M
3,M4のゲート端子とバックゲート端子とを共通接続
したものである。14は信号入力端子、15は信号出力
端子である。The circuit of FIG. 4 is a p-channel MOSFET M
CMO composed of 3 and n-channel MOSFET M4
It is an S inverter, but each MOSFET / M
The gate terminals and back gate terminals of M3 and M4 are commonly connected. Reference numeral 14 is a signal input terminal, and 15 is a signal output terminal.
【0014】pチャネルMOSFET・M3について
は、信号入力端子14に接続されるゲート端子がロウレ
ベル電圧(接地電圧に等しい)となった場合、そのゲー
ト端子に接続されたバックゲート端子の電圧も低下し、
バックゲート領域(n型半導体)とソース領域(p型半
導体)との間が順方向にバイアスされる。Regarding the p-channel MOSFET M3, when the gate terminal connected to the signal input terminal 14 has a low level voltage (equal to the ground voltage), the voltage of the back gate terminal connected to the gate terminal also drops. ,
A forward bias is applied between the back gate region (n-type semiconductor) and the source region (p-type semiconductor).
【0015】nチャネルMOSFET・M4について
は、信号入力端子4に接続されるゲート端子がハイレベ
ル電圧(電源電圧VDDに等しい)となった場合、その
ゲート端子に接続されたバックゲート端子の電圧も上昇
し、バックゲート領域(p型半導体)とソース領域(n
型半導体)の間が順方向にバイアスされる。Regarding the n-channel MOSFET M4, when the gate terminal connected to the signal input terminal 4 has a high level voltage (equal to the power supply voltage VDD), the voltage of the back gate terminal connected to the gate terminal is also Ascending, the back gate region (p-type semiconductor) and the source region (n
Type semiconductor) is forward biased.
【0016】MOSFETにおいては、pチャネル型で
もnチャネル型でも、バックゲート領域とソース領域と
が順方向バイアスされた場合、バックゲート領域の空乏
層幅が小さくなる。MOSFETのしきい値電圧は、ゲ
ート容量COXと空乏層の電荷密度QB との比で決まり、
空乏層幅が小さくなるほどQB が小さくなるため、しき
い値電圧が小さくなる。pチャネルではしきい値電圧の
絶対値が小さくなる。In the MOSFET, whether the p-channel type or the n-channel type, when the back gate region and the source region are forward biased, the depletion layer width of the back gate region becomes small. The threshold voltage of the MOSFET is determined by the ratio of the gate capacitance C OX and the charge density Q B of the depletion layer,
As the width of the depletion layer becomes smaller, Q B becomes smaller, so that the threshold voltage becomes smaller. In the p-channel, the absolute value of the threshold voltage becomes small.
【0017】このため、図4に示したCMOSインバー
タでは、信号入力端子14がハイレベル電圧となったと
き、すなわちnチャネルMOSFET・M4がオン状態
となったとき、そのnチャネルトランジスタM4のみの
しきい値電圧が小さくなり、ロウレベル電圧になったと
き、すなわちpチャネルMOSFET・M3がオン状態
のとき、そのpチャネルMOSFET・M3のみのしき
い値電圧が小さくなる。しきい値電圧が小さくなると、
一層電流駆動能力が増加するので、元のしきい値電圧に
近い1V以下の電源電圧でも、高速動作を行うことがで
きるのである。Therefore, in the CMOS inverter shown in FIG. 4, when the signal input terminal 14 becomes a high level voltage, that is, when the n-channel MOSFET M4 is turned on, only the n-channel transistor M4 is turned on. When the threshold voltage decreases to a low level voltage, that is, when the p-channel MOSFET M3 is in the ON state, the threshold voltage of only the p-channel MOSFET M3 decreases. When the threshold voltage decreases,
Since the current drivability is further increased, high speed operation can be performed even with a power supply voltage of 1 V or less, which is close to the original threshold voltage.
【0018】しかしながら、この図4に示した回路は、
次のような問題がある。図4のCMOSインバータを3
段チェーン接続した図5に示す回路について考える。ロ
ウレベル電圧(L)、ハイレベル電圧(H)が図5に示
すような状態になっているとすると、#3のインバータ
の入力端子がロウレベルになっており、これをゲートと
するpチャネルMOSFET・M33についてゲート端
子は接地電位に等しく、ソース端子は電源電圧VDDに
等しい。However, the circuit shown in FIG.
There are the following problems. 3 CMOS inverter of FIG.
Consider the circuit shown in FIG. 5 in a stage chain connection. Assuming that the low level voltage (L) and the high level voltage (H) are in the state shown in FIG. 5, the input terminal of the inverter # 3 is at the low level, and the p-channel MOSFET For M33, the gate terminal is equal to ground potential and the source terminal is equal to power supply voltage VDD.
【0019】したがって、そのpチャネルMOSFET
・M33に、ソース端子(p型半導体)をアノード、バ
ックゲート端子(n型半導体)をカソードとする順方向
寄生ダイオードがそこに生じる。一方、前段の#2のイ
ンバータのnチャネルMOSFET・M42はゲート電
圧が電源電圧VDDとなるため、オン状態となってい
る。Therefore, the p-channel MOSFET
A forward parasitic diode having a source terminal (p-type semiconductor) as an anode and a back gate terminal (n-type semiconductor) as a cathode is generated in M33. On the other hand, since the gate voltage of the n-channel MOSFET M42 of the inverter # 2 in the preceding stage is the power supply voltage VDD, it is in the ON state.
【0020】したがって、図5の破線で示すように、電
源端子→オンしたpチャネルMOSFET・M33のソ
ース(p型半導体)→同トランジスタM33のバックゲ
ート端子(n型半導体)→オンしたnチャネルMOSF
ET・M42のドレイン→同トランジスタM42のソー
ス→接地という経路で、電源端子から接地端子へ通じる
短絡電流が発生する。Therefore, as indicated by the broken line in FIG. 5, the power supply terminal → the source of the p-channel MOSFET M33 which is turned on (p-type semiconductor) → the back gate terminal (n-type semiconductor) of the transistor M33 → the n-channel MOSF which is turned on.
A short-circuit current from the power supply terminal to the ground terminal is generated in the path of the drain of the ET • M42 → the source of the transistor M42 → ground.
【0021】同様にして、電源端子→オンしたpチャネ
ルMOSFET・M31のソース→同トランジスタM3
1のドレイン→オンしたnチャネルMOSFET・M4
2のバックゲート端子(p型半導体)→同トランジスタ
M42のソース(n型半導体)→接地という経路で、短
絡電流が発生する。Similarly, the power supply terminal → the source of the p-channel MOSFET M31 which is turned on → the same transistor M3
1 drain → n-channel MOSFET M4 turned on
A short-circuit current is generated in the path of the back gate terminal (p-type semiconductor) of 2 → the source of the transistor M42 (n-type semiconductor) → ground.
【0022】pn接合ダイオードの順方向電流は印加電
圧に応じて指数関数的に増大するため、順方向電流が急
速に増大する順方向電圧Vf(例えば、0.8V)以上
の電源電圧に対しては、図5に示した構成のCMOS回
路では著しいリーク電流を生じて回路が動作しなくな
る。よって、図5に示す回路は、使用する電源電圧の値
が上記した順方向電圧Vf以下に制限されるという問題
がある。Since the forward current of the pn junction diode exponentially increases according to the applied voltage, the forward current rapidly increases with respect to the power supply voltage Vf (for example, 0.8 V) or more. In the CMOS circuit having the configuration shown in FIG. 5, a significant leak current is generated and the circuit does not operate. Therefore, the circuit shown in FIG. 5 has a problem that the value of the power supply voltage used is limited to the forward voltage Vf or less.
【0023】本発明は以上のような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、回路の電源電圧が、ソース領域と
バックゲート領域との間に寄生する寄生ダイオードの順
方向電圧以下でも、以上でもその寄生ダイオードに大電
流を流すことがなく、上記した問題を解決したMOSF
ET回路を提供することである。The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to make the power supply voltage of a circuit equal to or lower than the forward voltage of a parasitic diode parasitic between a source region and a back gate region. Even with the above, a large current does not flow in the parasitic diode, and the MOSF has solved the above problems.
It is to provide an ET circuit.
【0024】また、広い電源電圧範囲において高速動作
と低消費電力を実現したCMOS回路を提供することで
ある。Another object of the present invention is to provide a CMOS circuit which realizes high speed operation and low power consumption in a wide power supply voltage range.
【0025】[0025]
【課題を解決するための手段】本発明は、第1のしきい
値電圧を有する第1のMOSFETと、前記第1のしき
い値電圧以下の第2のしきい値電圧を有する第2のMO
SFETであって、そのゲート電極および第1の主電流
電極が、前記第1のMOSFETのバックゲート電極に
接続され、第2の主電流電極が外部から供給される信号
に接続された第2のMOSFETとを具備することを特
徴とする。According to the present invention, there is provided a first MOSFET having a first threshold voltage and a second MOSFET having a second threshold voltage equal to or lower than the first threshold voltage. MO
A second SFET having a gate electrode and a first main current electrode connected to a back gate electrode of the first MOSFET and a second main current electrode connected to an externally supplied signal. And a MOSFET.
【0026】上記MOSFET回路において、前記第1
の主電流電極は、ソース電極であり、前記第2の主電流
電極は、ドレイン電極であることを特徴とする。In the above MOSFET circuit, the first
The main current electrode is a source electrode, and the second main current electrode is a drain electrode.
【0027】上記MOSFET回路において、前記第1
のMOSFETのゲート電極と、前記第2のMOSFE
Tの第2の主電流電極とが接続されたことを特徴とす
る。In the above MOSFET circuit, the first
Gate electrode of the second MOSFET and the second MOSFE
It is characterized in that it is connected to the second main current electrode of T.
【0028】上記MOSFET回路において、前記第2
のしきい値電圧は、前記第1のしきい値電圧より低いこ
とを特徴とする。In the above MOSFET circuit, the second
Threshold voltage is lower than the first threshold voltage.
【0029】上記MOSFET回路において、前記第2
のしきい値電圧は、前記第1のしきい値電圧と等しいこ
とを特徴とする。In the above MOSFET circuit, the second
The threshold voltage of 1 is equal to the first threshold voltage.
【0030】本発明は、直列接続された負荷トランジス
タおよび駆動トランジスタを有するCMOS論理回路に
おいて、前記駆動トランジスタおよび前記負荷トランジ
スタの一方は、第1のMOSFET回路を備え、該第1
のMOSFET回路は、第1のしきい値電圧を有する第
1のMOSFETであって、前記駆動トランジスタおよ
び前記負荷トランジスタの他方と直列接続された第1の
MOSFETと、前記第1のしきい値電圧より低い第2
のしきい値電圧を有し、そのゲート電極および第1の主
電流電極が、前記第1のMOSFETのバックゲート電
極に接続され、第2の主電流電極が前記第1のMOSF
ETのゲート電極に接続された第2のMOSFETとを
具備することを特徴とする。According to the present invention, in a CMOS logic circuit having a load transistor and a drive transistor connected in series, one of the drive transistor and the load transistor includes a first MOSFET circuit, and the first MOSFET circuit is provided.
Is a first MOSFET having a first threshold voltage, the first MOSFET being connected in series with the other of the drive transistor and the load transistor, and the first threshold voltage. Lower second
Has a threshold voltage of, a gate electrode and a first main current electrode are connected to a back gate electrode of the first MOSFET, and a second main current electrode is the first MOSF.
And a second MOSFET connected to the gate electrode of ET.
【0031】上記論理回路において、前記駆動トランジ
スタおよび負荷トランジスタの他方はMOSFETであ
り、前記CMOS論理回路はCMOSインバータである
ことを特徴とする。In the above logic circuit, the other one of the drive transistor and the load transistor is a MOSFET, and the CMOS logic circuit is a CMOS inverter.
【0032】上記CMOS論理回路において、前記負荷
トランジスタは直列接続されたM個(Mは1より大きい
整数)のMOSFETを有し、前記駆動トランジスタは
並列接続されたM個の前記第1のMOSFET回路を有
し、前記CMOS論理回路は、NOR回路であることを
特徴とする。In the above CMOS logic circuit, the load transistor has M (M is an integer larger than 1) MOSFETs connected in series, and the driving transistor has M first MOSFET circuits connected in parallel. And the CMOS logic circuit is a NOR circuit.
【0033】上記CMOS論理回路において、前記負荷
トランジスタは、並列接続されたM個(Mは1より大き
い整数)のMOSFETを有し、前記駆動トランジスタ
は、直列接続されたM個の前記第1のMOSFET回路
を有し、前記CMOS論理回路は、NAND回路である
ことを特徴とする。In the above CMOS logic circuit, the load transistor has M (M is an integer greater than 1) MOSFETs connected in parallel, and the drive transistor has M first first elements connected in series. It has a MOSFET circuit, and the CMOS logic circuit is a NAND circuit.
【0034】上記CMOS論理回路において、駆動トラ
ンジスタおよび負荷トランジスタの他方は、第2のMO
SFET回路を有し、該第2のMOSFET回路は、第
3のしきい値電圧を有する第3のMOSFETであっ
て、前記第1のMOSFET回路と直列接続された第3
のMOSFETと、前記第3のしきい値電圧より低い第
4のしきい値電圧を有する第4のMOSFETであっ
て、そのゲート電極および第1の主電流電極が、前記第
3のMOSFETのバックゲート電極に接続され、第2
の主電流電極が前記第3のMOSFETのゲート電極に
接続された第4のMOSFETとを具備することを特徴
とする。In the above CMOS logic circuit, the other one of the drive transistor and the load transistor is the second MO.
An SFET circuit, the second MOSFET circuit is a third MOSFET having a third threshold voltage, and is a third MOSFET connected in series with the first MOSFET circuit.
And a fourth MOSFET having a fourth threshold voltage lower than the third threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode of the MOSFET being the back of the third MOSFET. Second, connected to the gate electrode
And a fourth MOSFET connected to the gate electrode of the third MOSFET.
【0035】上記CMOS論理回路は、CMOSインバ
ータであることを特徴とする。The CMOS logic circuit is characterized by being a CMOS inverter.
【0036】上記CMOS論理回路において、前記駆動
トランジスタは、並列接続されたM個(Mは1より大き
い整数)の前記MOSFET回路を含み、前記負荷トラ
ンジスタは、直列接続されたM個の前記第2のMOSF
ET回路を含み、前記CMOS論理回路はNOR回路で
あることを特徴とする。In the above CMOS logic circuit, the drive transistor includes M MOSFET circuits (M is an integer greater than 1) connected in parallel, and the load transistor is M connected in series with the second MOSFET. MOSF
An ET circuit is included, and the CMOS logic circuit is a NOR circuit.
【0037】上記CMOS論理回路において、前記駆動
トランジスタは、直列接続されたM個(Mは1より大き
い整数)の第1のMOSFET回路を含み、前記負荷ト
ランジスタは、並列接続されたM個の第2のMOSFE
T回路を含み、前記CMOS論理回路はNAND回路で
あることを特徴とするCMOS論理回路。In the above CMOS logic circuit, the drive transistor includes M (M is an integer larger than 1) first MOSFET circuits connected in series, and the load transistor is connected in parallel to the M first MOSFET circuits. 2 MOSFE
A CMOS logic circuit including a T circuit, wherein the CMOS logic circuit is a NAND circuit.
【0038】本発明は、交互に縦続接続された第1のC
MOSインバータと第2のCMOSインバータとを有す
るバッファ回路において、前記第1のCMOSインバー
タの負荷トランジスタは、第1のしきい値電圧を有する
第1のMOSFETであって、前記第1のCMOSイン
バータの駆動トランジスタと直列接続された第1のMO
SFETと、前記第1のしきい値電圧よりも低い第2の
しきい値電圧を有する第2のMOSFETであって、そ
のゲート電極および第1の主電流電極が、前記第1のM
OSFETのバックゲートに接続され、第2の主電流電
極が前記第1のMOSFETのゲート電極に接続された
第2のMOSFETとを具備し、前記第2のCMOSイ
ンバータの駆動トランジスタは、第3のしきい値電圧を
有する第3のMOSFETであって、前記第2のCMO
Sインバータの負荷トランジスタと直列接続された第3
のMOSFETと、前記第3のしきい値電圧よりも低い
第4のしきい値電圧を有する第4のMOSFETであっ
て、そのゲート電極および第1の主電流電極が、前記第
3のMOSFETのバックゲート電極に接続され、第2
の主電流電極が前記第3のMOSFETのゲート電極に
接続された第4のMOSFETとを具備することを特徴
とする。According to the present invention, the first Cs are connected in cascade.
In a buffer circuit having a MOS inverter and a second CMOS inverter, the load transistor of the first CMOS inverter is a first MOSFET having a first threshold voltage, and the load transistor of the first CMOS inverter is A first MO connected in series with the drive transistor
An SFET and a second MOSFET having a second threshold voltage lower than the first threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode of which are the first M
A second MOSFET connected to the back gate of the OSFET and having a second main current electrode connected to the gate electrode of the first MOSFET, wherein the drive transistor of the second CMOS inverter has a third A third MOSFET having a threshold voltage, the second CMO
Third connected in series with load transistor of S inverter
And a fourth MOSFET having a fourth threshold voltage lower than the third threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode of the third MOSFET of Second, connected to the back gate electrode
And a fourth MOSFET connected to the gate electrode of the third MOSFET.
【0039】本発明は、第1のしきい値電圧より低いし
きい値電圧を有するMOSFETを含む低しきい値CM
OS論理回路と、この低しきい値CMOS論理回路の電
力供給端と電源との間に接続された少なくとも1つのス
イッチ回路とを有するCMOS論理回路において、前記
スイッチ回路は、前記第1のしきい値電圧を有する第1
のMOSFETであって、前記電源と前記低しきい値C
MOS論理回路の電力供給端との間に接続された第1の
MOSFETと、前記第1のしきい値電圧よりも低い第
2のしきい値電圧を有する第2のMOSFETであっ
て、そのゲート電極および第1の主電流電極が、前記第
1のMOSFETのバックゲート電極に接続され、第2
の主電流電極が前記第1のMOSFETのゲート電極に
接続された第2のMOSFETとを具備することを特徴
とする。The present invention is a low threshold CM including a MOSFET having a threshold voltage lower than a first threshold voltage.
In a CMOS logic circuit having an OS logic circuit and at least one switch circuit connected between a power supply terminal and a power supply of the low threshold CMOS logic circuit, the switch circuit is the first threshold. First with a value voltage
Of the MOSFET, the power supply and the low threshold C
A first MOSFET connected between a power supply terminal of a MOS logic circuit and a second MOSFET having a second threshold voltage lower than the first threshold voltage, the gate of which is An electrode and a first main current electrode are connected to the back gate electrode of the first MOSFET,
The main current electrode of the second MOSFET is connected to the gate electrode of the first MOSFET.
【0040】上記CMOS論理回路において、前記スイ
ッチ回路は、前記電源の高電位端子と前記低しきい値C
MOS論理回路の高電位電力供給端との間に接続された
ことを特徴とする。In the above CMOS logic circuit, the switch circuit includes a high potential terminal of the power source and the low threshold value C.
It is characterized in that it is connected to the high potential power supply end of the MOS logic circuit.
【0041】上記CMOS論理回路において、前記スイ
ッチ回路は、前記電源の低電位端子と前記低しきい値C
MOS論理回路の低電位電力供給端との間に接続された
ことを特徴とする。In the above CMOS logic circuit, the switch circuit includes a low potential terminal of the power source and the low threshold value C.
It is characterized in that it is connected to the low potential power supply end of the MOS logic circuit.
【0042】上記CMOS論理回路において、前記スイ
ッチ回路は、さらに、前記電源の低電位端子と前記低し
きい値CMOS論理回路の低電位電力供給端との間に接
続されたことを特徴とするCMOS論理回路。In the above CMOS logic circuit, the switch circuit is further connected between a low potential terminal of the power supply and a low potential power supply terminal of the low threshold CMOS logic circuit. Logic circuit.
【0043】本発明は、CMOS論理回路は、外部から
のスリープ信号によって、スリープ状態あるいは動作状
態に切り替えられるCMOS論理回路であって、その非
反転スリープ信号入力端に接続された第1のバッファ
と、反転スリープ信号入力端に接続された第2のバッフ
ァとを、さらに具備し、前記第1のバッファは、交互に
縦続接続された第1のCMOSインバータと第2のCM
OSインバータとを有し、前記第1のCMOSインバー
タの負荷トランジスタは、前記第1のしきい値電圧を有
する第1のMOSFETであって、前記第1のCMOS
インバータの駆動トランジスタと直列接続された第1の
MOSFETと、前記第1のしきい値電圧よりも低い第
2のしきい値電圧を有する第2のMOSFETであっ
て、そのゲート電極および第1の主電流電極が、前記第
1のMOSFETのバックゲート電極に接続され、第2
の主電流電極が前記第1のMOSFETのゲート電極に
接続された第2のMOSFETとを具備し、前記第2の
CMOSインバータの駆動トランジスタは、第3のしき
い値電圧を有する第3のMOSFETであって、前記第
2のCMOSインバータの負荷トランジスタと直列接続
された第3のMOSFETと、前記第3のしきい値電圧
よりも低い第4しきい値電圧を有する第4のMOSFE
Tであって、そのゲート電極および第1の主電流電極
が、前記第3のMOSFETのバックゲート電極に接続
され、第2の主電流電極が前記第3のMOSFETのゲ
ート電極に接続された第4のMOSFETとを具備し、
前記第2のバッファは、交互に縦続接続された前記第2
のCMOSインバータと前記第1のCMOSインバータ
とを具備することを特徴とするCMOS論理回路。According to the present invention, a CMOS logic circuit is a CMOS logic circuit which is switched to a sleep state or an operating state by a sleep signal from the outside, and has a first buffer connected to its non-inverted sleep signal input terminal. , A second buffer connected to the inverted sleep signal input terminal, wherein the first buffer is alternately cascaded with the first CMOS inverter and the second CM.
An OS inverter, wherein the load transistor of the first CMOS inverter is a first MOSFET having the first threshold voltage, and the load transistor is the first CMOS.
A first MOSFET connected in series with a drive transistor of an inverter; and a second MOSFET having a second threshold voltage lower than the first threshold voltage, the gate electrode and the first MOSFET A main current electrode is connected to the back gate electrode of the first MOSFET,
A second MOSFET whose main current electrode is connected to the gate electrode of the first MOSFET, and the drive transistor of the second CMOS inverter is a third MOSFET having a third threshold voltage. And a third MOSFET connected in series with the load transistor of the second CMOS inverter, and a fourth MOSFET having a fourth threshold voltage lower than the third threshold voltage.
T, the gate electrode and the first main current electrode of which are connected to the back gate electrode of the third MOSFET, and the second main current electrode of which is connected to the gate electrode of the third MOSFET. With 4 MOSFETs,
The second buffers are the second buffers that are alternately connected in cascade.
3. A CMOS logic circuit comprising: the CMOS inverter and the first CMOS inverter.
【0044】本発明は、CMOS論理回路は、外部から
のスリープ信号によって、スリープ状態あるいは動作状
態に切り替えられるCMOS論理回路であって、その非
反転スリープ信号入力端に接続されたバッファを、さら
に具備し、前記バッファは、交互に縦続接続された第1
のCMOSインバータと第2のCMOSインバータとを
有し、前記第1のCMOSインバータの負荷トランジス
タは、前記第1のしきい値電圧を有する第1のMOSF
ETであって、前記第1のCMOSインバータの駆動ト
ランジスタと直列接続された第1のMOSFETと、前
記第1のしきい値電圧よりも低い第2のしきい値電圧を
有する第2のMOSFETであって、そのゲート電極お
よび第1の主電流電極が、前記第1のMOSFETのバ
ックゲート電極に接続され、第2の主電流電極が前記第
1のMOSFETのゲート電極に接続された第2のMO
SFETとを具備し、前記第2のCMOSインバータの
駆動トランジスタは、第3のしきい値電圧を有する第3
のMOSFETであって、前記第2のCMOSインバー
タの負荷トランジスタと直列接続された第3のMOSF
ETと、前記第3のしきい値電圧よりも低い第4のしき
い値電圧を有する第4のMOSFETであって、そのゲ
ート電極および第1の主電流電極が、前記第3のMOS
FETのバックゲート電極に接続され、第2の主電流電
極が前記第3のMOSFETのゲート電極に接続された
第4のMOSFETとを具備することを特徴とする。According to the present invention, the CMOS logic circuit is a CMOS logic circuit which is switched to a sleep state or an operating state by a sleep signal from the outside, and further comprises a buffer connected to the non-inverted sleep signal input terminal. However, the buffers are first cascaded alternately.
And a second CMOS inverter, wherein the load transistor of the first CMOS inverter has a first MOSF having the first threshold voltage.
A first MOSFET connected in series with the driving transistor of the first CMOS inverter, and a second MOSFET having a second threshold voltage lower than the first threshold voltage. And a gate electrode and a first main current electrode connected to a back gate electrode of the first MOSFET, and a second main current electrode connected to a gate electrode of the first MOSFET. MO
SFET, and the drive transistor of the second CMOS inverter has a third threshold voltage.
A third MOSF connected in series with the load transistor of the second CMOS inverter.
ET and a fourth MOSFET having a fourth threshold voltage lower than the third threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode of the fourth MOSFET being the third MOS transistor.
A fourth MOSFET connected to the back gate electrode of the FET and having a second main current electrode connected to the gate electrode of the third MOSFET.
【0045】本発明は、CMOS論理回路は、外部から
のスリープ信号によって、スリープ状態あるいは動作状
態に切り替えられるCMOS論理回路であって、その反
転スリープ信号入力端に接続されたバッファを、さらに
具備し、前記バッファは、交互に縦続接続された第1の
CMOSインバータと第2のCMOSインバータとを有
し、前記第1のCMOSインバータの駆動トランジスタ
は、第1のしきい値電圧を有する第1のMOSFETで
あって、前記第1のCMOSインバータの負荷トランジ
スタと直列接続された第1のMOSFETと、前記第1
のしきい値電圧よりも低い第2のしきい値電圧を有する
第2のMOSFETであって、そのゲート電極および第
1の主電流電極が、前記第1のMOSFETのバックゲ
ート電極に接続され、第2の主電流電極が前記第1のM
OSFETのゲート電極に接続された第2のMOSFE
Tとを具備し、前記第2のCMOSインバータの負荷ト
ランジスタは、第3のしきい値電圧を有する第3のMO
SFETであって、前記第2のCMOSインバータの駆
動トランジスタと直列接続された第3のMOSFET
と、前記第3のしきい値電圧よりも低い第4のしきい値
電圧を有する第4のMOSFETであって、そのゲート
電極および第1の主電流電極が、前記第3のMOSFE
Tのバックゲート電極に接続され、第2の主電流電極が
前記第3のMOSFETのゲート電極に接続された第4
のMOSFETとを具備することを特徴とする。According to the present invention, a CMOS logic circuit is a CMOS logic circuit which is switched to a sleep state or an operating state by a sleep signal from the outside, and further comprises a buffer connected to its inverted sleep signal input terminal. The buffer has a first CMOS inverter and a second CMOS inverter that are alternately connected in cascade, and a drive transistor of the first CMOS inverter has a first threshold voltage having a first threshold voltage. A first MOSFET connected in series with a load transistor of the first CMOS inverter;
A second MOSFET having a second threshold voltage lower than the threshold voltage of, the gate electrode and the first main current electrode being connected to the back gate electrode of the first MOSFET, The second main current electrode is the first M
Second MOSFET connected to the gate electrode of the OSFET
T, and the load transistor of the second CMOS inverter has a third MO with a third threshold voltage.
SFET, which is a third MOSFET connected in series with the drive transistor of the second CMOS inverter
And a fourth MOSFET having a fourth threshold voltage lower than the third threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode of the fourth MOSFET being the third MOSFET.
A fourth main current electrode connected to the back gate electrode of T and a second main current electrode connected to the gate electrode of the third MOSFET;
And MOSFET.
【0046】本発明は、M(Mは1以上の整数)組の駆
動トランジスタおよび負荷トランジスタを含み、外部か
らの制御信号に応答して、動作状態を切り替える内部C
MOS論理回路と、前記駆動トランジスタおよび前記負
荷トランジスタの一方を構成する第1のMOSFET回
路に共通接続された第1のMOSFETであって、ゲー
ト電極と第1の主電流電極とが前記第1のMOSFET
回路のバックゲート電極に接続され、第2の主電流電極
が前記制御信号に接続された、前記第1のMOSFET
回路と同じチャネル型の第1のMOSFETとを具備す
ることを特徴とするCMOS論理回路。The present invention includes an internal C which includes M (M is an integer of 1 or more) sets of drive transistors and load transistors and switches the operating state in response to a control signal from the outside.
A first MOSFET that is commonly connected to a MOS logic circuit and a first MOSFET circuit that constitutes one of the drive transistor and the load transistor, wherein a gate electrode and a first main current electrode are the first MOSFET. MOSFET
Said first MOSFET connected to a back gate electrode of a circuit and having a second main current electrode connected to said control signal
A CMOS logic circuit comprising a first MOSFET of the same channel type as the circuit.
【0047】上記CMOS論理回路は、さらに、前記駆
動トランジスタおよび前記負荷トランジスタの他方を構
成する第2のMOSFET回路に共通接続された第2の
MOSFETであって、ゲート電極と第1の主電流電極
とが前記第2のMOSFET回路のバックゲート電極に
接続され、第2の主電流電極が前記制御信号の反転信号
に接続された、前記第2のMOSFET回路と同じチャ
ネル型の第2のMOSFETを具備することを特徴とす
るCMOS論理回路。The CMOS logic circuit is a second MOSFET that is commonly connected to a second MOSFET circuit that constitutes the other of the drive transistor and the load transistor, and has a gate electrode and a first main current electrode. Are connected to the back gate electrode of the second MOSFET circuit, and the second main current electrode is connected to the inverted signal of the control signal, and are the same channel type second MOSFET as the second MOSFET circuit. A CMOS logic circuit characterized by comprising:
【0048】上記CMOS論理回路において、前記第1
および第2のMOSFETのしきい値電圧が、前記内部
CMOS論理回路に含まれるMOSFETのしきい値電
圧よりも小さいことを特徴とする。In the above CMOS logic circuit, the first
And the threshold voltage of the second MOSFET is smaller than the threshold voltage of the MOSFET included in the internal CMOS logic circuit.
【0049】上記内部CMOS論理回路は、1またはそ
れ以上のCMOSインバータを含むことを特徴とする。The internal CMOS logic circuit is characterized by including one or more CMOS inverters.
【0050】上記内部CMOS論理回路は、トランスフ
ァゲートを含むことを特徴とする。The internal CMOS logic circuit is characterized by including a transfer gate.
【0051】上記内部CMOS論理回路は、メモリセル
を含み、前記制御信号は、ワード線信号であることを特
徴とする。The internal CMOS logic circuit includes a memory cell, and the control signal is a word line signal.
【0052】上記CMOS論理回路において、前記制御
信号は、前記内部CMOS論理回路を、スリープ状態ま
たは動作状態に切り替えるスリープ信号であることをと
特徴とする。In the above CMOS logic circuit, the control signal is a sleep signal for switching the internal CMOS logic circuit to a sleep state or an operating state.
【0053】上記CMOS論理回路の各MOSFET
は、SOI(Semiconductor On Insulator)基板上に形成
したSOIFETであることを特徴とする。Each MOSFET of the CMOS logic circuit
Is an SOIFET formed on an SOI (Semiconductor On Insulator) substrate.
【0054】上記CMOS論理回路において、低しきい
値MOSFETのボディ部が完全空乏状態となるよう
に、前記ボディ部の不純物濃度を調整したことを特徴と
する。上記CMOS論理回路において、高しきい値MO
SFETのボディ部が部分空乏状態となるように、前記
ボディ部の不純物濃度を調整したことを特徴とする。In the above CMOS logic circuit, the impurity concentration of the body portion of the low-threshold MOSFET is adjusted so that the body portion is completely depleted. In the above CMOS logic circuit, a high threshold MO
It is characterized in that the impurity concentration of the body portion of the SFET is adjusted so that the body portion is partially depleted.
【0055】本発明によれば、第1のMOSFETのゲ
ート端子とバックゲート端子との間に接続された第2の
MOSFETが逆方向ダイオードとして機能して、ゲー
ト端子からバックゲート端子方向へ流れる電流が阻止さ
れる。この結果、電源電圧が第1のMOSFETのソー
ス端子とバックゲート端子との間に寄生する寄生ダイオ
ードの順方向電圧Vfを越えても、寄生ダイオードに大
電流を流すことはなく高い電源電圧を使用できる。ま
た、第1のMOSFETは可変しきい値電圧となり、オ
ン状態でのしきい値電圧が低くなって高速動作が可能と
なる。以上から電源電圧範囲が広い、高速なMOSFE
Tを提供することができる。According to the present invention, the second MOSFET connected between the gate terminal and the back gate terminal of the first MOSFET functions as a reverse diode, and the current flowing from the gate terminal toward the back gate terminal is increased. Is blocked. As a result, even if the power supply voltage exceeds the forward voltage Vf of the parasitic diode parasitic between the source terminal and the back gate terminal of the first MOSFET, a large current is not passed through the parasitic diode and a high power supply voltage is used. it can. In addition, the first MOSFET has a variable threshold voltage, and the threshold voltage in the ON state becomes low, which enables high-speed operation. From the above, high-speed MOSFE with a wide power supply voltage range
T can be provided.
【0056】[0056]
(第1の実施の形態)図6(A)および(B)は本発明
の第1の実施の形態を示すMOSFET回路である。ま
ず、図6(A)は高しきい値電圧のnチャネル型MOS
FET・M1と、そのMOSFET・M1のゲート端子
Gにドレイン端子Dが、バックゲート端子(基板)にソ
ース端子Sおよびゲート端子Gが接続される低しきい値
電圧のnチャネル型MOSFET・M2とで構成したn
チャネル型MOSFET回路112である。(First Embodiment) FIGS. 6A and 6B show a MOSFET circuit according to a first embodiment of the present invention. First, FIG. 6A shows an n-channel type MOS with a high threshold voltage.
A low threshold voltage n-channel MOSFET M2 in which a drain terminal D is connected to a gate terminal G of the MOSFET M1 and a source terminal S and a gate terminal G are connected to a back gate terminal (substrate) of the FET M1. Composed of n
The channel type MOSFET circuit 112.
【0057】また、図6(B)は高しきい値電圧のpチ
ャネル型MOSFET・M3と、そのMOSFET・M
3のゲート端子Gにドレイン端子Dが、バックゲート端
子にソース端子Sおよびゲート端子Gが接続される低し
きい値電圧のpチャネル型MOSFET・M4とで構成
したpチャネル型MOSFET回路111である。FIG. 6B shows a high threshold voltage p-channel MOSFET M3 and its MOSFET M.
3, a drain terminal D is connected to the gate terminal G, and a back gate terminal is connected to the source terminal S and the gate terminal G to form a p-channel MOSFET circuit 111 having a low threshold voltage p-channel MOSFET M4. .
【0058】上記した低しきい値電圧のMOSFET・
M2,M4のチャネル幅については、高しきい値電圧の
MOSFET・M1,M3のチャネル幅の1/100程
度あればよい。これは、以下に説明するように、単にダ
イオードとして機能すればよいからである。また、極め
て小面積であるから、MOSFET・M2,M4を付加
することによるチップ面積の増大は極めて少ない。The above-mentioned low threshold voltage MOSFET
The channel width of M2 and M4 may be about 1/100 of the channel width of the high threshold voltage MOSFETs M1 and M3. This is because it merely needs to function as a diode, as described below. Further, since the area is extremely small, the increase of the chip area by adding the MOSFETs M2 and M4 is extremely small.
【0059】図6(A)に示したnチャネル型MOSF
ET回路112では、これを、図7(A)に示すよう
に、ドレイン端子Dに電源電圧VDDを印加し、ゲート
端子Gに入力電圧Vinを印加し、ソース端子Sを接地
したとき、図7(B)に示すような等価回路となる。The n-channel type MOSF shown in FIG.
In the ET circuit 112, when the power supply voltage VDD is applied to the drain terminal D, the input voltage Vin is applied to the gate terminal G, and the source terminal S is grounded, as shown in FIG. The equivalent circuit shown in FIG.
【0060】前述したように、エンハンスメントのnチ
ャネル型のMOSFETでは、そのバックゲート領域が
p型半導体であることから、高しきい値電圧のトランジ
スタM1のバックゲート端子とソース端子Sの間に寄生
ダイオードD3が構成される。また、低しきい値電圧の
トランジスタM2はドレインD(またはソースS)とゲ
ート端子G側をアノード、ソース端子S(またはドレイ
ン端子D)側をカソードとして働くダイオードD1とし
て機能する。As described above, in the enhancement n-channel type MOSFET, since the back gate region of the enhancement type n-channel MOSFET is a p-type semiconductor, a parasitic between the back gate terminal and the source terminal S of the high threshold voltage transistor M1. The diode D3 is configured. Further, the low threshold voltage transistor M2 functions as a diode D1 that functions as a drain D (or source S) and the gate terminal G side as an anode and a source terminal S (or drain terminal D) side as a cathode.
【0061】ダイオードD3の順方向電圧Vfは約0.
8Vであり、低しきい値電圧のMOSFET・M2によ
るダイオードD1のVfはそのトランジスタM2のしき
い値電圧(約0.2V)である。The forward voltage Vf of the diode D3 is about 0.
It is 8V, and Vf of the diode D1 formed by the MOSFET M2 having a low threshold voltage is the threshold voltage of the transistor M2 (about 0.2V).
【0062】次に、このMOSFET回路112の動作
を説明する。Next, the operation of the MOSFET circuit 112 will be described.
【0063】(1)入力電圧Vin(Vgs)=VDD
のとき 本回路112はオン状態となる。このときは、図7
(C)に示すような回路になり、ダイオードD3の順方
向電流i3は、ダイオードD1のリーク電流によって規
制される。すなわち、図8に示すように、ダイオードD
3のアノード電位Vbは、ダイオードD1の暗電流によ
って限定され、0.8V以上に昇ることはできない。す
なわち、バックゲート端子の電圧Vbは正となるが、ダ
イオードD1の暗電流によってクランプされるため、ダ
イオードD3のVfを越えることはなく、0<Vb≦
0.8Vである。このようにバックゲート端子の電圧V
bが正であるから、高しきい値電圧のMOSFET・M
1のしきい値電圧が小さくなるようにバックゲート効果
が働く。したがって、オン抵抗は低下する。(1) Input voltage Vin (Vgs) = VDD
At this time, the circuit 112 is turned on. In this case, FIG.
The circuit is as shown in (C), and the forward current i3 of the diode D3 is regulated by the leak current of the diode D1. That is, as shown in FIG.
The anode potential Vb of 3 is limited by the dark current of the diode D1 and cannot rise above 0.8V. That is, although the voltage Vb of the back gate terminal is positive, it is clamped by the dark current of the diode D1 and therefore does not exceed Vf of the diode D3, and 0 <Vb ≦
It is 0.8V. Thus, the voltage V of the back gate terminal
Since b is positive, a high threshold voltage MOSFET M
The back gate effect works so that the threshold voltage of 1 becomes small. Therefore, the on-resistance decreases.
【0064】また、ゲート端子からバックゲート端子へ
の電流は逆方向接続されたダイオードD1で阻止される
ので、VDD>0.8Vとしたとき、ダイオードD3が
オンすることによる、MOSFET・M1のゲート端子
G→バックゲード端子→ソース端子3の経路を流れる大
電流が発生することはない。Further, the current from the gate terminal to the back gate terminal is blocked by the diode D1 connected in the reverse direction. Therefore, when VDD> 0.8V, the gate of the MOSFET M1 is turned on by turning on the diode D3. A large current flowing through the path of terminal G → back gate terminal → source terminal 3 is not generated.
【0065】(2)入力電圧Vin(Vgs)=0のと
き 本回路112はオフ状態となる。このときは、等価的に
図7(D)に示すような回路になり、ダイオードD1お
よびダイオードD2の双方ともオフとなって、バックゲ
ート端子の電圧Vb=0となる。したがって、高しきい
値電圧のMOSFET・M1はバックゲート効果が生じ
ないので、そのしきい値電圧は高くなる。(2) When the input voltage Vin (Vgs) = 0, the circuit 112 is turned off. At this time, the circuit equivalently becomes as shown in FIG. 7D, both the diode D1 and the diode D2 are turned off, and the voltage Vb of the back gate terminal becomes Vb = 0. Therefore, since the back gate effect does not occur in the MOSFET M1 having a high threshold voltage, the threshold voltage becomes high.
【0066】以上のことから、VDD>0.8Vの電源
電圧でも、MOSFET・M1を可変バイアス化、つま
り入力電圧Vin=0のとき高しきい値電圧、Vin=
VDDのとき低しきい値電圧となる可変しきい値を実現
できる。From the above, even if the power supply voltage VDD> 0.8V, the MOSFET M1 is made into a variable bias, that is, when the input voltage Vin = 0, the high threshold voltage, Vin =
It is possible to realize a variable threshold value that is a low threshold voltage when VDD.
【0067】図9(A)および(B)はSOI型集積回
路上に図6(A)に示したnチャネルMOSFET回路
112を構成した実施の形態を示す図である。この図9
(A)は平面図、図9(B)は(A)のA−A断面図で
ある。高しきい値電圧のnチャネルMOSFET・M1
の21はドレイン、22はソース、23はゲート、24
はゲート23の下方のボディ部、25はバックゲート端
子である。ボディ部とはSOI構造のMOSFETにお
けるp型領域(nチャネルMOSFETの場合)、また
はn型領域(pチャネルMOSFETの場合)のことで
あり、バルク構造におけるバックゲート領域に相当する
ものである。低しきい値電圧のnチャネルMOSFET
・M2の26はソース、27はドレイン、28はゲー
ト、29はゲート28の下方のボディ部である。30は
配線、31はシリコン基板、32は埋込み酸化膜、33
はコンタクトホールである。FIGS. 9A and 9B are views showing an embodiment in which the n-channel MOSFET circuit 112 shown in FIG. 6A is formed on the SOI type integrated circuit. This figure 9
9A is a plan view, and FIG. 9B is a sectional view taken along line AA of FIG. High threshold voltage n-channel MOSFET M1
21 is drain, 22 is source, 23 is gate, 24
Is a body portion below the gate 23, and 25 is a back gate terminal. The body portion is a p-type region (in the case of an n-channel MOSFET) or an n-type region (in the case of a p-channel MOSFET) in the SOI structure MOSFET, and corresponds to the back gate region in the bulk structure. Low threshold voltage n-channel MOSFET
M26 is a source, 27 is a drain, 28 is a gate, and 29 is a body portion below the gate 28. 30 is wiring, 31 is a silicon substrate, 32 is a buried oxide film, 33
Is a contact hole.
【0068】高しきい値電圧のMOSFET・M1のボ
ディ部24は、バックゲート端子25から低しきい値電
圧MOSFET・M2のゲート28やソース26に配線
30で接続されるが、低しきい値電圧のMOSFET・
M2のボディ部29はフローティングとし、バックゲー
ト端子には接続しない。SOI型構造のMOSFETで
は、バルク構造のものと異なって、各MOSFET独立
にウエルを設けなくても、ボディ部をフローティングに
できるという特徴がある。The body portion 24 of the high threshold voltage MOSFET M1 is connected from the back gate terminal 25 to the gate 28 and the source 26 of the low threshold voltage MOSFET M2 by the wiring 30. Voltage MOSFET
The body portion 29 of M2 is floating and is not connected to the back gate terminal. The SOI-type MOSFET is different from the bulk-type MOSFET in that the body portion can be floated without providing a well for each MOSFET independently.
【0069】このようにしてボディ部をフローティング
状態にすると、ボディ部の電位が上昇してしきい値電圧
が低下する。したがって、SOI型構造のMOSFET
では、プロセス上で特別なしきい値調整用マスクを使用
しなくても、ボディ部へのバイアスの有無によって、高
しきい値のMOSFETと低しきい値のMOSFETを
実現できる。When the body portion is floated in this manner, the potential of the body portion rises and the threshold voltage drops. Therefore, MOSFET of SOI type structure
Then, a high threshold MOSFET and a low threshold MOSFET can be realized depending on the presence / absence of a bias to the body portion without using a special threshold adjustment mask in the process.
【0070】これとは独立に、ボディ部の不純物濃度を
調整すれば、そのFETのしきい値電圧を、高い精度で
調整できる。図10は、この関係を示す。すなわち、不
純物濃度を減らすと、空乏層幅Wが増加し、チャネルを
形成するのに必要な電圧が低下し、しきい値電圧が低下
する。Independently of this, if the impurity concentration of the body portion is adjusted, the threshold voltage of the FET can be adjusted with high accuracy. FIG. 10 shows this relationship. That is, when the impurity concentration is reduced, the depletion layer width W increases, the voltage required to form a channel decreases, and the threshold voltage decreases.
【0071】図11(A)は、不純物濃度を減少して、
空乏層幅Wを広げ、ボディ部24Aを完全空乏層とした
状態を示す。この状態では、しきい値電圧が低くなる。
一方、図11(B)は、不純物濃度を増加して、空乏層
幅Wを減らし、ボディ部24Bを部分空乏層とした状態
を示す。この状態では、しきい値電圧が高くなる。In FIG. 11A, the impurity concentration is reduced to
A state in which the depletion layer width W is widened and the body portion 24A is a complete depletion layer is shown. In this state, the threshold voltage becomes low.
On the other hand, FIG. 11B shows a state in which the impurity concentration is increased, the depletion layer width W is reduced, and the body portion 24B is a partial depletion layer. In this state, the threshold voltage becomes high.
【0072】したがって、低しきい値電圧MOSFET
・M2のボディ部29は、図11(A)に示す完全空乏
状態とし、高しきい値電圧MOSFET・M1のボディ
部24は、図11Bに示す部分空乏状態とする。低しき
い値電圧のMOSFET・M2を完全空乏型とすること
によって、その相互インダクタンスの上昇、あるいはゲ
ート容量の低減によって、速度性能が急激に向上する。Therefore, a low threshold voltage MOSFET
The body portion 29 of M2 is in the fully depleted state shown in FIG. 11A, and the body portion 24 of the high threshold voltage MOSFET M1 is in the partially depleted state shown in FIG. 11B. By making the low threshold voltage MOSFET M2 fully depleted, the mutual inductance increases or the gate capacitance decreases, so that the speed performance is drastically improved.
【0073】図12は、図6(A)に示すnチャネル型
MOSFETをバルク構造で実現したもである。バルク
型MOSFETは、p型シリコン基板中に、n+ 埋込み
層およびpウエルを形成し、このpウエルの中に、MO
SFET・M1およびM2のバックゲート領域を形成し
ている。FIG. 12 shows a bulk structure of the n-channel MOSFET shown in FIG. 6A. In the bulk MOSFET, an n + buried layer and a p well are formed in a p type silicon substrate, and an MO is formed in the p well.
The back gate regions of the SFETs M1 and M2 are formed.
【0074】図13(A)〜(D)は、本実施の形態の
実験結果を示すグラフであり、図13(A)および
(B)は、従来のMOSFETの構成、およびその電流
特性をそれぞれ示し、図13(C)および(D)は、本
発明によるMOSFETの構成、およびその電流特性を
それぞれ示している。FIGS. 13A to 13D are graphs showing the experimental results of this embodiment, and FIGS. 13A and 13B show the structure of a conventional MOSFET and its current characteristics, respectively. 13C and 13D respectively show the configuration of the MOSFET according to the present invention and its current characteristic.
【0075】図13(A)および(B)に示すように、
ゲート端子とバックゲート端子を直接接続した従来のn
チャネルMOSFET・Maにおいては、バックゲート
電位が電源電圧VDDの上昇に比例して上昇し、リーク
電流Ileakが指数関数的に増加する。一方、図13
(C)および(D)に示すように、nチャネルMOSF
ET・Maのゲート端子とバックゲート端子とを、ゲー
ト・ソースを共通接続した整流用の低しきい値のnチャ
ネルMOSFET・Mbを介して接続した本発明の回路
では、整流用のMOSFET・Mbが逆方向バイアアス
されるため電流の増加を阻止でき、リーク電流の上昇を
抑制できる。電源電圧が1Vの場合、本発明の回路構成
では、従来の回路構成に比べてこのリーク電流を4桁以
上削減できる。As shown in FIGS. 13A and 13B,
Conventional n in which the gate terminal and the back gate terminal are directly connected
In the channel MOSFET Ma, the back gate potential rises in proportion to the rise of the power supply voltage VDD, and the leak current Ileak exponentially increases. On the other hand, FIG.
As shown in (C) and (D), n-channel MOSF
In the circuit of the present invention in which the gate terminal and the back gate terminal of ET · Ma are connected via the low threshold n-channel MOSFET · Mb for rectification in which the gate and source are commonly connected, the rectification MOSFET · Mb is used. Is reverse-biased, so that an increase in current can be prevented and an increase in leak current can be suppressed. When the power supply voltage is 1 V, the circuit configuration of the present invention can reduce this leakage current by four digits or more as compared with the conventional circuit configuration.
【0076】図14(A)および(B)は、本実施の形
態の変形例を示す回路図である。図14(A)のMOS
FETは、図6(A)のMOSFETのゲート端子の他
に、制御端子を設け、MOSFET・M1のゲート電極
をゲート端子に接続し、MOSFET・M2のゲートを
制御端子に接続している。このように、ゲート端子と制
御端子とを分離することによって、外部からの制御信号
によって、MOSFET・M1の動作状態を制御するこ
とができる。その実例については後述する。FIGS. 14A and 14B are circuit diagrams showing a modification of this embodiment. MOS of FIG. 14 (A)
The FET has a control terminal in addition to the gate terminal of the MOSFET of FIG. 6A, the gate electrode of the MOSFET M1 is connected to the gate terminal, and the gate of the MOSFET M2 is connected to the control terminal. By thus separating the gate terminal and the control terminal, the operating state of the MOSFET M1 can be controlled by a control signal from the outside. An example will be described later.
【0077】(第2の実施の形態)図15(A)および
(B)は、本発明の第2の実施の形態を示すCMOSイ
ンバータ回路122,121の回路図である。図15
(A)は、pチャネル型の低しきい値電圧MOSFET
・M5を負荷トランジスタとし、図6(A)に示したn
チャネル型MOSFET回路112を駆動トランジスタ
としたCMOSインバータ回路122を示している。ま
た、図15(B)は、図6(B)に示したpチャネル型
MOSFET回路111を負荷トランジスタとし、nチ
ャネル型の定しきい値電圧のMOSFET・M6を駆動
トランジスタとしたCMOSインバータ回路121を示
している。(Second Embodiment) FIGS. 15A and 15B are circuit diagrams of CMOS inverter circuits 122 and 121 showing a second embodiment of the present invention. FIG.
(A) is a p-channel type low threshold voltage MOSFET
・ M5 is a load transistor, and n shown in FIG.
A CMOS inverter circuit 122 using the channel type MOSFET circuit 112 as a driving transistor is shown. Further, FIG. 15B shows a CMOS inverter circuit 121 in which the p-channel MOSFET circuit 111 shown in FIG. 6B is used as a load transistor and the n-channel MOSFET M6 having a constant threshold voltage is used as a drive transistor. Is shown.
【0078】図16(A)および(B)はこの第2の実
施の形態の発展例を示すもので、図16(A)は2入力
NOR回路123を、図16(B)は2入力NAND回
路124を示すものである。この図16(A)は、低し
きい値電圧のpチャネル型MOSFET・M7およびM
8をシリーズ接続して負荷トランジスタとし、図6
(A)に示したnチャネル型のMOSFET回路112
を2個並列接続して駆動トランジスタとした2入力NO
R回路123を示している。また、図16(B)は、低
しきい値電圧のpチャネル型MOSFET・M9および
M10を並列接続して負荷トランジスタとし、図6
(A)に示したnチャネル型のMOSFET回路112
を2個直列接続して駆動トランジスタとした2入力NA
ND回路124を示している。FIGS. 16A and 16B show an example of development of the second embodiment. FIG. 16A shows a 2-input NOR circuit 123 and FIG. 16B shows a 2-input NAND circuit. 3 shows a circuit 124. FIG. 16A shows a low threshold voltage p-channel MOSFET M7 and M.
8 is connected in series as a load transistor,
The n-channel MOSFET circuit 112 shown in FIG.
2-input NO as a drive transistor by connecting two in parallel
The R circuit 123 is shown. In addition, in FIG. 16B, low threshold voltage p-channel MOSFETs M9 and M10 are connected in parallel to form a load transistor.
The n-channel MOSFET circuit 112 shown in FIG.
Two-input NA with two drive transistors connected in series
The ND circuit 124 is shown.
【0079】以上の第2の実施の形態では、図6(A)
に示したnチャネル型MOSFET回路112および図
6(B)に示したpチャネル型MOSFET回路111
を使用しているので、VDD>0.8Vの電源でも、M
OSFET・M1,M2を可変バイアス化して可変しき
い値電圧を実現でき、低消費電力化を高い電源電圧領域
でも実現できる。In the second embodiment described above, FIG. 6 (A)
N-channel MOSFET circuit 112 shown in FIG. 6 and p-channel MOSFET circuit 111 shown in FIG.
Since a power supply of VDD> 0.8V is used,
The OSFETs M1 and M2 can be variably biased to realize a variable threshold voltage, and low power consumption can be realized even in a high power supply voltage region.
【0080】なお、この図15(A)〜図16(B)に
おいて、低しきい値電圧のMOSFET・M5〜M10
は、高しきい値電圧のMOSFETに置換することがで
きる。Note that, in FIGS. 15A to 16B, the low threshold voltage MOSFETs M5 to M10 are used.
Can be replaced with a high threshold voltage MOSFET.
【0081】(第3の実施の形態)図17,図18
(A)および(B)は図6(A)および(B)に示した
MOSFET回路111および112のみを使用して構
成した本発明による第3の実施の形態の回路を示す図で
ある。図17は、nチャネル型MOSFET回路112
を駆動トランジスタとし、pチャネル型MOSFET回
路111を負荷トランジスタとしたCMOSインバータ
回路131を示す。図18(A)はpチャネル型MOS
FET回路111を2個直列接続して負荷トランジスタ
とし、nチャネル型MOSFET回路112を2個並列
接続して駆動トランジスタとした2入力NOR回路13
2を示す。また、図18(B)は、pチャネル型MOS
FET回路111を2個並列接続して負荷トランジスタ
とし、nチャネル型MOSFET回路112を2個直列
接続して駆動トランジスタとした2入力NAND回路1
33を示す。これらの2入力NOR回路132およびN
AND回路133は、前述の図16(A)および(B)
のNOR回路123およびNAND回路124のMOS
FET・M7とM8およびM9とM10をpチャネル型
MOS回路111に置換したものでもある。(Third Embodiment) FIGS. 17 and 18
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing a circuit of a third embodiment according to the present invention configured by using only the MOSFET circuits 111 and 112 shown in FIGS. 6A and 6B. FIG. 17 shows an n-channel MOSFET circuit 112.
Is a drive transistor and the p-channel MOSFET circuit 111 is a load transistor. FIG. 18A shows a p-channel type MOS.
Two-input NOR circuit 13 in which two FET circuits 111 are connected in series as load transistors and two n-channel MOSFET circuits 112 are connected in parallel as drive transistors
2 is shown. In addition, FIG. 18B shows a p-channel type MOS.
Two-input NAND circuit 1 in which two FET circuits 111 are connected in parallel as load transistors and two n-channel MOSFET circuits 112 are connected in series as drive transistors
33 is shown. These 2-input NOR circuits 132 and N
The AND circuit 133 has the same structure as that shown in FIGS.
MOS of NOR circuit 123 and NAND circuit 124
The FETs M7 and M8 and M9 and M10 are replaced with a p-channel type MOS circuit 111.
【0082】この第3の実施の形態でも、第2の実施の
形態と同様に、VDD>0.8Vの電源でも、MOSF
ETを可変バイアス化して可変しきい値電圧を実現で
き、低消費電力化を高電源電圧領域でも実現できる。こ
のように図15(A)〜図18(B)の構成では、広い
電源電圧範囲にわたって、高速・低消費電力のCMOS
論理回路を実現できる。Also in the third embodiment, as in the second embodiment, even if the power source VDD> 0.8V, the MOSF is used.
A variable threshold voltage can be realized by changing ET to a variable bias, and low power consumption can be realized even in a high power supply voltage region. As described above, in the configurations of FIGS. 15A to 18B, a high-speed and low-power-consumption CMOS is used over a wide power supply voltage range.
A logic circuit can be realized.
【0083】(第4の実施の形態)図19(A)および
(B)は本発明の第4の実施の形態を示す図であり、図
15(A)に示したCMOSインバータ回路122と図
15(B)に示したCMOSインバータ回路121を交
互に4段縦続接続してバッファ回路141,142を構
成したものである。図19(A)と(B)との違いは、
最終段がCMOSインバータ回路121か122かの違
いである。(Fourth Embodiment) FIGS. 19A and 19B are views showing a fourth embodiment of the present invention, which are the CMOS inverter circuit 122 shown in FIG. The CMOS inverter circuits 121 shown in FIG. 15B are alternately connected in four stages to form buffer circuits 141 and 142. The difference between FIGS. 19A and 19B is that
The difference is whether the final stage is the CMOS inverter circuit 121 or 122.
【0084】前述した図15(A)のインバータ回路1
22では、入力電圧Vinが「H」レベルで出力電圧V
outが「L」レベルのとき、低しきい値電圧のMOS
FET・M5がオフ、図15(B)のインバータ回路1
21では、入力電圧Vinが「L」レベルで出力電圧V
outが「H」レベルのとき、低しきい値電圧のMOS
FET・M6がオフになる。これらの低しきい値電圧M
OSFET・M5,M6がオフする場合、抵抗値が十分
には高くないのでリーク電流が大きくなる。The above-mentioned inverter circuit 1 of FIG. 15 (A)
22, the input voltage Vin is at the “H” level and the output voltage V
MOS with low threshold voltage when out is at “L” level
The FET M5 is off, the inverter circuit 1 of FIG.
21, the input voltage Vin is at the “L” level and the output voltage V
MOS with low threshold voltage when out is at "H" level
FET M6 is turned off. These low threshold voltages M
When the OSFETs M5 and M6 are turned off, the resistance value is not sufficiently high, and the leak current increases.
【0085】一方、図15(A)に示したCMOSイン
バータ回路122では、入力電圧Vinが「L」レベル
で出力電圧Voutが「H」レベルのとき、nチャネル
型MOSFET回路112がオフ、図15(B)に示し
たCMOインバータ回路111では、入力電圧Vinが
「H」レベルで出力電圧Voutが「L」レベルのと
き、pチャネルMOSFET回路111がオフとなる。
これらの回路112,111のオフの抵抗値は十分大き
いので、リーク電流が小さくなる。On the other hand, in the CMOS inverter circuit 122 shown in FIG. 15A, when the input voltage Vin is at the "L" level and the output voltage Vout is at the "H" level, the n-channel MOSFET circuit 112 is turned off. In the CMO inverter circuit 111 shown in (B), the p-channel MOSFET circuit 111 is turned off when the input voltage Vin is at “H” level and the output voltage Vout is at “L” level.
Since the off resistance values of these circuits 112 and 111 are sufficiently large, the leak current becomes small.
【0086】以上のことから、図19(A)のバッファ
回路141は、入出力端子が「H」レベルのときに全て
のゲート回路のリーク電流が小さくなるので、このとき
全体として静止電流が小さくなり、「L」レベルのとき
はこの逆で静止電流が大きくなる。逆に、図19(B)
のバッファ回路142は、入出力端子が「L」レベルの
ときに全てのゲート回路のリーク電流が小さくなるの
で、このとき全体として静止電流が小さくなり、「H」
レベルのときはこの逆で静止電流が大きくなる。From the above, in the buffer circuit 141 of FIG. 19A, the leak currents of all the gate circuits are small when the input / output terminals are at the "H" level, and at this time the quiescent current is small as a whole. In the case of "L" level, on the contrary, the quiescent current increases. Conversely, FIG. 19 (B)
In the buffer circuit 142, the leakage currents of all the gate circuits are small when the input / output terminals are at the “L” level, and at this time, the quiescent current becomes small as a whole, and the “H” level is obtained.
At the level, the opposite causes the quiescent current to increase.
【0087】このように、バッファ回路141および1
42では、2値のうちの特定の論理状態において、デバ
イスのリーク電流によるスリープ時の電流を小さくでき
る。以上は簡単な回路についての例であり、バリエーシ
ョンは多数あり得る。例えば、図15(A)および
(B)に示した回路121および122を交互に4段以
上の偶数段接続して構成したバッファ回路や、奇数段接
続して構成したインバータ回路等である。Thus, the buffer circuits 141 and 1
In 42, the current during sleep due to the leak current of the device can be reduced in a specific logic state of the two values. The above is an example of a simple circuit, and there can be many variations. For example, a buffer circuit in which the circuits 121 and 122 illustrated in FIGS. 15A and 15B are alternately connected in four or more even stages, an inverter circuit in which odd circuits are connected, and the like are given.
【0088】(第5の実施の形態)図20,図21
(A)および(B)は第5の実施の形態を示す回路図で
ある。まず、図20は、図2で説明したCMOS論理回
路の高電位側電源制御回路4を図6(B)に示したpチ
ャネル型MOSFET回路111に置換し、低電位側電
源制御回路5を図6(A)に示したnチャネル型MOS
FET回路112に置換したCMOS論理回路151で
ある。(Fifth Embodiment) FIGS. 20 and 21.
(A) And (B) is a circuit diagram which shows 5th Embodiment. First, FIG. 20 illustrates the low potential side power supply control circuit 5 by replacing the high potential side power supply control circuit 4 of the CMOS logic circuit described in FIG. 2 with the p-channel type MOSFET circuit 111 shown in FIG. 6B. N-channel MOS shown in 6 (A)
The CMOS logic circuit 151 is replaced with the FET circuit 112.
【0089】このCMOS論理回路151では、電源電
圧VDDが0.8V(正確にはダイオードD3の順方向
電圧Vf)までは、図2と同じ動作となる。電源電圧V
DDが0.8Vを越えると、MOSFET回路112,
111内の高しきい値電圧のMOSFET・M1,M3
のバックゲート電圧が低しきい値電圧のMOSFET・
M2,M4でクランプされるため、ゲート電流の増大が
なく、また動作時のしきい値電圧を低下させて低インピ
ーダンス化が図られ、高速動作の妨げとならない。すな
わち、図2に示した回路のメリットを広い電源電圧範囲
にわたって受けることができる。In this CMOS logic circuit 151, the same operation as in FIG. 2 is performed until the power supply voltage VDD is 0.8 V (more precisely, the forward voltage Vf of the diode D3). Power supply voltage V
When DD exceeds 0.8 V, the MOSFET circuit 112,
High threshold voltage MOSFETs M1, M3 in 111
MOSFET whose back gate voltage is low threshold voltage
Since it is clamped by M2 and M4, the gate current does not increase, and the threshold voltage during operation is lowered to achieve low impedance, which does not hinder high-speed operation. That is, the merit of the circuit shown in FIG. 2 can be received over a wide power supply voltage range.
【0090】なお、図20のCMOS論理回路151で
は、高電位側、低電位側の両方の電源制御回路に図6
(A)および(B)のMOSFET回路112,111
を用いたが、図21(A)のCMOS論理回路152に
示すように、高電位側にのみpチャネル型MOSFET
回路111を接続し、また図21(B)のCMOS論理
回路153に示すように、低電位側にのみnチャネル型
MOSFET回路112を接続し、電源制御回路を接続
しない側の電源端子を電源VDDまたは接地に接続した
構成をとっても、ほぼ同様の作用効果を得ることができ
ることは明らかである。In the CMOS logic circuit 151 shown in FIG. 20, the power supply control circuits on both the high potential side and the low potential side are shown in FIG.
(A) and (B) MOSFET circuits 112, 111
However, as shown in the CMOS logic circuit 152 of FIG. 21A, the p-channel MOSFET is provided only on the high potential side.
The circuit 111 is connected, and as shown in the CMOS logic circuit 153 in FIG. 21B, the n-channel MOSFET circuit 112 is connected only to the low potential side and the power supply terminal on the side not connected to the power supply control circuit is the power supply VDD. Alternatively, it is obvious that substantially the same operational effect can be obtained even if the structure is connected to the ground.
【0091】(第6の実施の形態)図22(A)〜
(C)は本発明の第6の実施の形態を示す回路である。
図22(A)は、図20に示したCMOS論理回路15
1のSL信号の入力端子に図19(A)に示したバッフ
ァ回路141を接続し、*SL信号の入力端子に図19
(B)に示したバッファ回路142を接続したものであ
る。図22(B)は図21(A)に示したCMOS論理
回路152のSL信号の入力端子に図19(A)に示し
たバッファ回路141を接続し、図22(C)は図12
(B)に示したCMOS論理回路153の*SL信号の
入力端子に図19(B)に示したバッファ回路142を
接続したものである。(Sixth Embodiment) FIG. 22A to FIG.
(C) is a circuit showing a sixth embodiment of the present invention.
22A shows the CMOS logic circuit 15 shown in FIG.
The buffer circuit 141 shown in FIG. 19A is connected to the input terminal of the SL signal of No. 1 and the input terminal of the * SL signal is shown in FIG.
The buffer circuit 142 shown in (B) is connected. 22B, the buffer circuit 141 shown in FIG. 19A is connected to the SL signal input terminal of the CMOS logic circuit 152 shown in FIG. 21A, and FIG.
The buffer circuit 142 shown in FIG. 19B is connected to the * SL signal input terminal of the CMOS logic circuit 153 shown in FIG.
【0092】この図22(A)〜(C)の回路では、S
L信号が「H」レベル、*SL信号が「L」レベル、つ
まり低しきい値電圧のCMOS論理回路群3が待機(ス
リープ)状態のとき、バッファ回路141,142の静
止電流が小さくなる。In the circuits of FIGS. 22A to 22C, S
When the L signal is at the “H” level and the * SL signal is at the “L” level, that is, when the low threshold voltage CMOS logic circuit group 3 is in the standby (sleep) state, the quiescent current of the buffer circuits 141 and 142 becomes small.
【0093】このように、低しきい値電圧のCMOS論
理回路群3が待機状態にあるとき、これらの回路の静止
電流が小さいので、消費電力削減に有効である。特に、
動作時間に対して待機状態となる時間の比率が大きい場
合には、回路全体としての消費電力削減に有効である。
この図22(A)〜(C)に示す回路により、1V以下
から3ないし5Vまでの広範囲の電源電圧で、動作時の
高速化と待機時の低消費電力化を同時に満足できるとい
う大きな利点がある。As described above, when the CMOS logic circuit group 3 having a low threshold voltage is in a standby state, the quiescent current of these circuits is small, which is effective in reducing power consumption. Especially,
When the ratio of the standby time to the operation time is large, it is effective in reducing the power consumption of the entire circuit.
The circuits shown in FIGS. 22 (A) to 22 (C) have a great advantage that a high speed operation and low power consumption at the same time can be satisfied with a wide range of power supply voltage from 1 V or less to 3 to 5 V. is there.
【0094】図20〜図22(C)の構成では、広い電
源電圧範囲にわたって高速・低消費電力のマルチスレシ
ョルドCMOS論理回路を実現できる。特に図22
(A)〜(C)の構成では、待機状態でのリーク電流が
小さいので待機状態での消費電力が低減し、動作状態よ
り待機状態の時間が大きい場合に有用である。With the configurations shown in FIGS. 20 to 22C, a multi-threshold CMOS logic circuit of high speed and low power consumption can be realized over a wide power supply voltage range. Especially in FIG.
With the configurations (A) to (C), the leakage current in the standby state is small, so the power consumption in the standby state is reduced, and it is useful when the standby state is longer than the operating state.
【0095】図20、図21(A),(B)、図22
(A)〜(C)の回路を、SOI型のMOSFETで構
成し、CMOS論理回路3を構成する多数の低しきい値
MOSFETのボディ部をフローティング状態とするこ
とも可能である。これによって、バックゲート端子が不
要となる。SOI構造のMOSFETにおいては、バッ
クゲート端子は各MOSFETごとに取り出さねばなら
ず、また図9から分かるようにバックゲート端子はある
程度の面積を必要とするため、回路全体としてバックゲ
ート端子に要するチップ面積は無視できない。このた
め、バックゲート端子が不要になるとチップ面積を大幅
に減少でき、高集積化が可能となる。ボディ部をフロー
ティング状態としたNMOSFET(PMOSFET)
では、ドレインからボディ部へ正孔(電子)が流入し
て、ボディ部の電位が上がる(下がる)。このため、し
きい値電圧が下がり、CMOS論理回路のMOSFET
の低電圧化を図ることができる。20, FIG. 21 (A), (B) and FIG.
It is also possible to configure the circuits (A) to (C) with SOI type MOSFETs and make the body portions of a large number of low threshold MOSFETs constituting the CMOS logic circuit 3 in a floating state. This eliminates the need for back gate terminals. In the SOI structure MOSFET, the back gate terminal must be taken out for each MOSFET, and the back gate terminal requires a certain area as shown in FIG. 9, so that the chip area required for the back gate terminal as a whole circuit. Cannot be ignored. For this reason, when the back gate terminal is not required, the chip area can be greatly reduced and high integration can be achieved. NMOSFET (PMOSFET) with body part floating
Then, holes (electrons) flow from the drain to the body portion, and the potential of the body portion rises (decreases). Therefore, the threshold voltage is lowered, and the MOSFET of the CMOS logic circuit is
It is possible to reduce the voltage.
【0096】(第7の実施の形態)図23は本発明の第
7の実施の形態を示すMOSFET回路の回路図であ
る。201は制御信号Cが入力する第1の制御入力端
子、202はその制御信号Cと相補関係にある制御信号
*Cが入力する第2の制御入力端子、203はCMOS
インバータをn段にチェーン接続した内部CMOS回
路、204は信号入力端子、205は信号出力端子であ
る。(Seventh Embodiment) FIG. 23 is a circuit diagram of a MOSFET circuit according to a seventh embodiment of the present invention. Reference numeral 201 is a first control input terminal to which the control signal C is input, 202 is a second control input terminal to which a control signal * C which is complementary to the control signal C is input, and 203 is a CMOS
Reference numeral 204 denotes a signal input terminal and 205 denotes a signal output terminal.
【0097】ここでは、内部CMOS回路203の負荷
トランジスタを構成するpチャネルMOSFET・M3
1〜M3nのすべてのバックゲート端子を、ゲートとソ
ースを共通接続したpチャネルMOSFET・M1(第
1の整流用素子)を介して、第1の制御入力端子201
に接続している。同様に、CMOSインバータ群203
の駆動トランジスタを構成するnチャネルMOSFET
・M41〜M4nのすべてのバックゲート端子を、ゲー
トとソースを共通接続したnチャネルMOSFET・M
2(第2の整流用素子)を介して、第2の制御端子20
2に接続している。Here, the p-channel MOSFET M3 that constitutes the load transistor of the internal CMOS circuit 203 is used.
All back gate terminals 1 to M3n are connected to a first control input terminal 201 via a p-channel MOSFET M1 (first rectifying element) in which a gate and a source are commonly connected.
Connected to Similarly, the CMOS inverter group 203
N-channel MOSFET forming a drive transistor
・ N-channel MOSFET with all gate terminals of M41 to M4n commonly connected to the gate and source
2 (second rectifying element) through the second control terminal 20
Connected to 2.
【0098】ゲートとソースを共通接続したpチャネル
MOSFET・M1は、ドレイン→ゲート・ソースの方
向に順方向電流が流れるので、ドレイン端子がアノード
となり、ゲート・ソース端子がカソードとなるダイオー
ドとして機能する。このダイオードの順方向電圧Vfは
そのMOSFET・M1のしきい値電圧である。In the p-channel MOSFET M1 in which the gate and the source are commonly connected, a forward current flows in the direction of drain → gate / source, so that the drain terminal functions as an anode and the gate / source terminal functions as a cathode. . The forward voltage Vf of this diode is the threshold voltage of the MOSFET M1.
【0099】ゲートとソースを共通接続したnチャネル
MOSFET・M2は、ゲート・ソース→ドレインの方
向に順方向電流が流れるので、ゲート・ソース端子がア
ノードとなり、ドレイン端子がカソードとなるダイオー
ドとして機能する。このダイオードの順方向電圧Vfは
そのMOSFET・M2のしきい値電圧である。In the n-channel MOSFET M2 in which the gate and the source are commonly connected, a forward current flows in the direction of gate-source → drain, so that the gate-source terminal functions as an anode and the drain terminal functions as a diode. . The forward voltage Vf of this diode is the threshold voltage of the MOSFET M2.
【0100】次に動作を説明する。まず、第1の制御入
力端子201に印加する制御信号Cがローレベル電圧の
とき、整流用素子としてのpチャネルMOSFET・M
1は逆バイアスされるが、そのリーク電流により、一種
の定電圧ダイオードとして働き、内部CMOS回路20
3のpチャネルMOSFET・M31〜M3nのバック
ゲート電圧が低下するので、それらのトランジスタM3
1〜M3nのしきい値電圧が小さくなる。Next, the operation will be described. First, when the control signal C applied to the first control input terminal 201 is a low level voltage, a p-channel MOSFET M as a rectifying element is used.
Although 1 is reverse-biased, its leakage current acts as a kind of constant voltage diode, and the internal CMOS circuit 20
Since the back gate voltage of the p-channel MOSFETs M31 to M3n of No. 3 decreases, those transistors M3
The threshold voltage of 1 to M3n becomes small.
【0101】またこのとき、第2の制御入力端子202
に印加する制御信号*Cはハイレベル電圧であるので、
整流用素子としてのnチャネルMOSFET・M2も逆
バイアスされるが、そのリーク電流により、一種の定電
圧ダイオードとして働き、内部CMOS回路203を構
成するnチャネルMOSFET・M41〜M4nのバッ
クゲート電圧が上昇し、それらのトランジスタM41〜
M4nのしきい値電圧も小さくなる。At this time, the second control input terminal 202
Since the control signal * C applied to is a high level voltage,
The n-channel MOSFET M2 as the rectifying element is also reverse-biased, but the leak current thereof functions as a kind of constant voltage diode, and the back gate voltage of the n-channel MOSFETs M41 to M4n forming the internal CMOS circuit 203 rises. And those transistors M41-
The threshold voltage of M4n also becomes smaller.
【0102】以上のようにしきい値電圧が小さくなる
と、MOSFETの元のしきい値電圧近傍の定電源電圧
でも高速動作させることが可能となる。When the threshold voltage becomes small as described above, it becomes possible to operate at high speed even with a constant power supply voltage near the original threshold voltage of the MOSFET.
【0103】このとき、各トランジスタでは、バックゲ
ート端子とソース端子との間が順方向にバイアスされ短
絡電流のパスが生じるが、整流用のMOSFET・M
1,M2が逆バイアスされるので、流れるのはリーク電
流であり、短絡電流は阻止される。特に、従来例と比較
して、ダイオードD3のVf(0.8V)以上の電源電
圧に対してその電流は著しく削減される。At this time, in each transistor, the back gate terminal and the source terminal are forward biased to generate a short-circuit current path.
Since 1 and M2 are reverse biased, it is the leakage current that flows and the short circuit current is blocked. In particular, compared with the conventional example, the current is remarkably reduced for a power supply voltage of Vf (0.8 V) or more of the diode D3.
【0104】この整流用のトランジスタM1,M2を流
れるリーク電流の電流値は小さいので、pチャネルMO
SFET・M31〜M3nのバックゲート電位の大きな
低下、nチャネルMOSFET・M41〜M4nのバッ
クゲート電位の大きな上昇は防止される。Since the leak current flowing through the rectifying transistors M1 and M2 is small, the p-channel MO
A large decrease in the back gate potential of the SFETs M31 to M3n and a large increase in the back gate potential of the n-channel MOSFETs M41 to M4n are prevented.
【0105】次に、制御入力端子201の制御信号Cが
ハイレベル電圧、制御入力端子202の制御信号*Cが
ローレベル電圧のとき、整流用のMOSFET・M1,
M2が順方向にバイアスされ、pチャネルMOSFET
・M31〜M3nのバックゲート端子は高電位に、nチ
ャネルMOSFET・M41〜M4nのバックゲート端
子は低電位になる。しかし、それらMOSFET・M3
1〜M3n,M41〜M4nのソースとバックゲートと
は同一電位となり、しきい値電圧の減少や短絡電流が発
生することはない。Next, when the control signal C at the control input terminal 201 is a high level voltage and the control signal * C at the control input terminal 202 is a low level voltage, the rectifying MOSFET M1, M1.
M2 is forward biased and p-channel MOSFET
The back gate terminals of M31 to M3n are at high potential, and the back gate terminals of the n-channel MOSFETs M41 to M4n are at low potential. However, those MOSFET M3
The sources of 1 to M3n and M41 to M4n and the back gate have the same potential, so that the threshold voltage does not decrease and the short circuit current does not occur.
【0106】以上から、図24に示すように、制御信号
Cをローレベル電圧、制御信号*Cをハイレベル電圧に
設定したとき、各トランジスタのしきい値電圧が低しき
い値電圧に変化するので、このモードを動作モードとす
ると、低電源電圧を使用することができ、また同時に高
速動作が可能となる。また上記と逆に、制御信号Cをハ
イレベル電圧、制御信号*Cをローレベル電圧に設定し
たとき、各トランジスタが元の高しきい値電圧となるの
で、このときをスリープモード(動作を休止させるモー
ド)にすれば、各トランジスタのソース・ドレイン間を
流れるリーク電流が小さくなり低消費電力を図ることが
できるようになる。From the above, as shown in FIG. 24, when the control signal C is set to the low level voltage and the control signal * C is set to the high level voltage, the threshold voltage of each transistor changes to the low threshold voltage. Therefore, when this mode is set as an operation mode, a low power supply voltage can be used, and at the same time, high speed operation is possible. Conversely, when the control signal C is set to a high level voltage and the control signal * C is set to a low level voltage, each transistor becomes the original high threshold voltage. In this mode, the leak current flowing between the source and drain of each transistor is reduced, and low power consumption can be achieved.
【0107】なお、図23のMOSFET回路におい
て、整流用のpチャネルMOSFET・M1は内部CM
OS回路203のpチャネルMOSFET・M31〜M
3nに共通に使用し、また整流用のnチャネルMOSF
ET・M2は内部CMOS回路203のnチャネルMO
SFET・M41〜M4nに共通し使用しているが、内
部CMOS回路203の1個のMOSFETごとに整流
用MOSFETを接続しても、また内部CMOS回路2
03の複数個のMOSFETごとに整流用MOSFET
を接続しても良い。In the MOSFET circuit of FIG. 23, the rectifying p-channel MOSFET M1 is an internal CM.
P channel MOSFETs M31 to M of the OS circuit 203
Commonly used for 3n and n-channel MOSF for rectification
ET · M2 is an n-channel MO of the internal CMOS circuit 203
Although it is commonly used for the SFETs M41 to M4n, even if a rectifying MOSFET is connected to each MOSFET of the internal CMOS circuit 203, the internal CMOS circuit 2 is also used.
Rectifying MOSFET for each of the plurality of 03
May be connected.
【0108】また、図23のMOSFET回路では、内
部CMOS回路203の中のpチャネルMOSFET・
M31〜M3nとnチャネルMOSFET・M41〜M
4nの両方のチャネルのMOSFETのバックゲート端
子に整流用のMOSFETを接続しているが、一方のチ
ャネルのMOSFETのバックゲート端子のみに整流用
のMOSFETを接続し、他方のチャネルのMOSFE
Tのバックゲート端子には固定電圧を印加させる(pチ
ャネルMOSFETのバックゲート端子には接地電位を
印加し、nチャネルMOSFETのバックゲート端子に
は電源電圧を印加する)、またはフローティングとして
も良い。これらの場合は制御信号としては相補信号は必
要ない。In the MOSFET circuit of FIG. 23, the p-channel MOSFET.
M31 to M3n and n-channel MOSFET M41 to M
The rectifying MOSFETs are connected to the back gate terminals of the MOSFETs of both 4n channels, but the rectifying MOSFETs are connected only to the back gate terminals of the MOSFETs of one channel, and the MOSFETs of the other channel are connected.
A fixed voltage may be applied to the back gate terminal of T (a ground potential is applied to the back gate terminal of the p-channel MOSFET and a power supply voltage is applied to the back gate terminal of the n-channel MOSFET) or it may be floating. In these cases, complementary signals are not required as control signals.
【0109】さらに、図23のMOSFET回路では、
内部CMOS回路203をCMOSインバータをn段に
チェーン接続して構成したが、この内部CMOS回路2
03は、このようなCMOSインバータのみで構成され
る回路に限られるものではない。Further, in the MOSFET circuit of FIG.
The internal CMOS circuit 203 is constituted by connecting CMOS inverters in a chain of n stages.
03 is not limited to a circuit configured only with such a CMOS inverter.
【0110】(第8の実施の形態)図25は本発明の第
8の実施の形態を示すMOSFET回路の回路図であ
る。ここでは、内部CMOS回路203を構成するMO
SFET・M31〜M3n、M41〜M4nのしきい値
電圧よりも小さいしきい値電圧(低しきい値電圧)のp
チャネルMOSFET・M5、nチャネルMOSFET
・M6を整流用のトランジスタとして、そのゲート・ソ
ースを共通接続している。例えば、内部CMOS回路2
03を構成するMOSFET・M31〜M3n、M41
〜M4nのしきい値電圧を0.6Vとするとき、整流用
のMOSFET・M5,M6のしきい値電圧を0.2V
とする。(Eighth Embodiment) FIG. 25 is a circuit diagram of a MOSFET circuit showing an eighth embodiment of the present invention. Here, the MO that constitutes the internal CMOS circuit 203.
P of threshold voltage (low threshold voltage) smaller than the threshold voltage of SFET M31 to M3n, M41 to M4n
Channel MOSFET / M5, n-channel MOSFET
-M6 is used as a rectifying transistor, and its gate and source are connected together. For example, the internal CMOS circuit 2
03-M31-M3n, M41
-When the threshold voltage of M4n is set to 0.6V, the threshold voltage of the rectifying MOSFETs M5 and M6 is set to 0.2V.
And
【0111】このように、整流用のMOSFET・M
5,M6として低しきい値電圧のトランジスタのものを
使用すると、所望のリーク電流を小面積で実現できる利
点がある。低しきい値電圧のMOSFETはもともとリ
ーク電流が大きいからである。As described above, the rectification MOSFET M
Use of low threshold voltage transistors as M5 and M6 has an advantage that a desired leak current can be realized in a small area. This is because the low threshold voltage MOSFET originally has a large leak current.
【0112】(第9の実施の形態)図26は本発明の第
9の実施の形態を示すMOSFET回路の回路図であ
る。これは、内部CMOS回路203を、pチャネルM
OSFET・M31,M32、nチャネルMOSFET
・M41,M42で構成される2段接続のインバータ
と、pチャネルMOSFET・M33、nチャネルMO
SFET・M43で構成されるトランスファゲートとを
ループ接続してラッチ回路206としたものである。そ
して、このラッチ回路206のpチャネルMOSFET
・M31〜M33のバックゲート端子を整流用のMOS
FET・M5を介して第1の制御端子201に接続し、
nチャネルMOSFET・M41〜M43のバックゲー
ト端子を整流用のMOSFET・M6を介して第2の制
御端子202に接続したものである。(Ninth Embodiment) FIG. 26 is a circuit diagram of a MOSFET circuit according to a ninth embodiment of the present invention. This is because the internal CMOS circuit 203 is connected to the p-channel M
OSFET M31, M32, n-channel MOSFET
-A two-stage inverter composed of M41 and M42, p-channel MOSFET-M33, n-channel MO
A latch circuit 206 is formed by loop-connecting a transfer gate composed of SFET M43. Then, the p-channel MOSFET of this latch circuit 206
・ MOS for rectifying the back gate terminals of M31 to M33
Connect to the first control terminal 201 via FET M5,
The back gate terminals of the n-channel MOSFETs M41 to M43 are connected to the second control terminal 202 via the rectifying MOSFET M6.
【0113】この図26に示すMOSFET回路では、
トランスファゲートを構成するpチャネルMOSFET
・M33とnチャネルMOSFET・M43の導通時の
しきい値電圧が遮断時のそれより小さくなるので、その
トランスファゲートのオン抵抗を低減させることができ
るため、元のしきい値電圧近傍の低電源電圧でも確実な
記憶動作を行わせることができる。In the MOSFET circuit shown in FIG. 26,
P-channel MOSFET forming a transfer gate
Since the threshold voltage of M33 and n-channel MOSFET M43 when conducting is smaller than that when shutting off, the on-resistance of the transfer gate can be reduced, so that a low power supply near the original threshold voltage. A reliable memory operation can be performed even with a voltage.
【0114】(第10の実施の形態)図27は本発明の
第10の実施の形態を示すMOSFET回路の回路図で
ある。これは、内部CMOS回路203を、pチャネル
MOSFET・M71,M72、nチャネルMOSFE
T・M81,M82、トランスファゲートとしてのnチ
ャネルMOSFET・M91,M92で構成したメモリ
セル207としたものである。そして、そのうちのnチ
ャネルMOSFET・M81,M82,M91,M92
のバックゲート端子を制御ワード線209に接続し、こ
の制御ワード線209を整流用のnチャネルMOSFE
T・M10を介してワード線208に接続したものであ
る。210はビット線、211は反転ビット線である。(Tenth Embodiment) FIG. 27 is a circuit diagram of a MOSFET circuit showing a tenth embodiment of the present invention. This is because the internal CMOS circuit 203 has p-channel MOSFETs M71 and M72 and n-channel MOSFE.
The memory cell 207 is composed of T.M81 and M82 and n-channel MOSFETs M91 and M92 as transfer gates. Then, among them, n-channel MOSFETs M81, M82, M91, M92
The back gate terminal of the control word line 209 is connected to the control word line 209,
It is connected to the word line 208 via the TM10. 210 is a bit line and 211 is an inverted bit line.
【0115】このような構成のため、ワード線208で
選択されたメモリセル207のnチャネルMOSFET
のしきい値電圧が小さくなるので、当該MOSFETの
等価的な抵抗を小さくでき、MOSFETのオン抵抗が
上昇する低電源電圧時でも確実にメモリセル207の読
み出し動作および書き込み動作を行わせることができ
る。Due to this structure, the n-channel MOSFET of the memory cell 207 selected by the word line 208 is selected.
, The equivalent resistance of the MOSFET can be reduced, and the read operation and the write operation of the memory cell 207 can be reliably performed even at a low power supply voltage at which the on-resistance of the MOSFET rises. .
【0116】なお、図27の構成では、メモリセル20
7のトランスファゲートにnチャネルMOSFET・M
91,M92を使用したが、そのトランスファゲートに
pチャネルMOSFETを使用するときは、ワード線2
08とpチャネルMOSFETのバックゲート端子を整
流用のMOSFETを介して接続すれば良い。また、相
補型の制御ワード線を用いることも可能であり、このと
きは図23,図25に示したものと類似の内容になる。In the structure of FIG. 27, the memory cell 20
N-channel MOSFET M for the transfer gate of 7
Although 91 and M92 are used, when a p-channel MOSFET is used for the transfer gate, word line 2
08 and the back gate terminal of the p-channel MOSFET may be connected via a rectifying MOSFET. It is also possible to use complementary control word lines, in which case the contents are similar to those shown in FIGS. 23 and 25.
【0117】図28はMOSFETのバックゲート端子
とソース端子との間に順方向バイアスを印加した時にそ
のバックゲートとソースの間を流れるリーク電流Ile
akの削減効果を示した図である。図から明らかなよう
に、本発明では、リーク電流Ileakの大幅な改善が
みられる。FIG. 28 shows a leak current Ile flowing between the back gate and the source of the MOSFET when a forward bias is applied between the back gate terminal and the source terminal of the MOSFET.
It is a figure showing the reduction effect of ak. As is clear from the figure, in the present invention, the leak current Ileak is significantly improved.
【0118】以上説明した回路構成は、上述したような
SOI(Silicon On Insulator)型基板上に作成すると有
効である。SOI型基板上に構成されたMOSFETは
バックゲート領域が独立しているため、バックゲート端
子の電位を自由に設定できるので有効である。The circuit configuration described above is effective when formed on an SOI (Silicon On Insulator) type substrate as described above. Since the back gate region of the MOSFET formed on the SOI type substrate is independent, the potential of the back gate terminal can be freely set, which is effective.
【0119】[0119]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内部CMOS回路中のMOSFETのバックゲート端子
を第2のMOSFET(整流用素子)を介して制御端子
に接続しているので、制御端子に印加する制御信号によ
って、そのトランジスタのバックゲート領域とソース領
域とを順方向バイアスさせるときは整流用素子が逆方向
バイアスされる。As described above, according to the present invention,
Since the back gate terminal of the MOSFET in the internal CMOS circuit is connected to the control terminal via the second MOSFET (rectifying element), the back gate region and the source region of the transistor are controlled by the control signal applied to the control terminal. When and are forward biased, the rectifying element is reverse biased.
【0120】このため、バックゲート端子に印加する制
御信号によって整流用素子が逆方向バイアスされるとき
は、そこを流れるリーク電流によりMOSFETが順方
向バイアスされてそのしきい値電圧が小さくなり、駆動
能力が向上するので低電源電圧を使用できると共に高速
動作も可能となり、この状態は動作モードとして好適で
ある。このときバックゲートを流れる電流は整流用素子
によって制限されるので、電源電圧がバックゲート領域
とソース領域の順方向電圧Vfよりも大きくなっても電
流の急増はない。Therefore, when the rectifying element is reverse biased by the control signal applied to the back gate terminal, the leakage current flowing therethrough forward biases the MOSFET to reduce its threshold voltage and drive it. Since the capability is improved, a low power supply voltage can be used and a high speed operation is possible, and this state is suitable as an operation mode. At this time, since the current flowing through the back gate is limited by the rectifying element, the current does not increase sharply even if the power supply voltage becomes higher than the forward voltage Vf of the back gate region and the source region.
【0121】逆に、バックゲート端子に印加する制御信
号によって整流用素子が順方向バイアスされるときは、
そこを流れる電流によりMOSFETが逆方向バイアス
されるのでしきい値電圧は低減せず、そのMOSFET
のリーク電流を低減でき、低消費電力を図ることがで
き、この状態はスリープモードとして好適である。On the contrary, when the rectifying element is forward biased by the control signal applied to the back gate terminal,
The threshold voltage does not decrease because the current flowing therethrough reverse biases the MOSFET.
The leakage current can be reduced and the power consumption can be reduced. This state is suitable for the sleep mode.
【図1】従来のCMOS論理回路の構成例を示す回路図
である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a conventional CMOS logic circuit.
【図2】図1に示したCMOS論理回路を発展させた、
従来のCMOS論理回路の構成例を示す回路図である。2 is a development of the CMOS logic circuit shown in FIG.
It is a circuit diagram which shows the structural example of the conventional CMOS logic circuit.
【図3】(A)および(B)は、図2に示すnチャネル
型MOSFET・M14の動作を説明する回路図であ
り、(A)はMOSFET・M14の単独回路図、
(B)は等価回路図である。3A and 3B are circuit diagrams illustrating the operation of the n-channel MOSFET M14 shown in FIG. 2, and FIG. 3A is a single circuit diagram of the MOSFET M14;
(B) is an equivalent circuit diagram.
【図4】従来のCMOSインバータの回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional CMOS inverter.
【図5】図4のインバータを3段縦続接続した構成を示
す回路図である。5 is a circuit diagram showing a configuration in which the inverters of FIG. 4 are cascade-connected in three stages.
【図6】(A)および(B)は、本発明によるMOSF
ETの第1実施例を示す回路図であり、(A)はnチャ
ネル型MOSFET、(B)はpチャネル型MOSFE
Tを示す。6 (A) and (B) are MOSFs according to the invention.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of ET, (A) is an n-channel type MOSFET, and (B) is a p-channel type MOSFET.
T is shown.
【図7】(A)〜(D)は、図6(A)に示すnチャネ
ル型MOSFET112の動作説明図である。7A to 7D are operation explanatory diagrams of the n-channel MOSFET 112 shown in FIG. 6A.
【図8】nチャネル型MOSFET112における、バ
ックゲート電圧のクランプ動作を説明するためのグラフ
である。FIG. 8 is a graph for explaining a back gate voltage clamping operation in the n-channel MOSFET 112.
【図9】(A)および(B)は、SOI構造のpチャネ
ル型MOSFET111の構造を示す図であり、(A)
は上面図、(B)は図9AのA−A線断面図である。9A and 9B are diagrams showing a structure of a p-channel MOSFET 111 having an SOI structure, and FIG.
9B is a top view, and FIG. 9B is a sectional view taken along the line AA of FIG. 9A.
【図10】nチャネル型MOSFET112のボディ部
のキャリア密度としきい値電圧との関係を示すグラフで
ある。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the carrier density of the body of the n-channel MOSFET 112 and the threshold voltage.
【図11】(A)は、実施例1の低しきい値電圧SOI
MOSFETのボディ部の空乏層幅Wを説明するため
の概略断面図、(B)は、実施例1の高しきい値電圧S
OI MOSFETのボディ部の空乏層幅Wを説明する
ための概略断面図である。FIG. 11A is a low threshold voltage SOI of Example 1;
A schematic cross-sectional view for explaining the depletion layer width W of the body portion of the MOSFET, (B) is a high threshold voltage S of the first embodiment.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a depletion layer width W of a body portion of an OI MOSFET.
【図12】(A)および(B)は、バルク構造のpチャ
ネル型MOSFET111の構造を示す図であり、
(A)は上面図、(B)は(A)のA−A線断面図であ
る。12A and 12B are diagrams showing a structure of a p-channel MOSFET 111 having a bulk structure,
(A) is a top view and (B) is a sectional view taken along the line AA of (A).
【図13】(A)〜(D)は、実施例1のMOSFET
の特性を従来例と対比して示す回路図およびグラフであ
る。13A to 13D are MOSFETs of the first embodiment.
6 is a circuit diagram and a graph showing the characteristics of FIG.
【図14】(A)および(B)は、実施例1の変形例を
示す回路図である。14A and 14B are circuit diagrams showing a modification of the first embodiment.
【図15】(A)および(B)は、本発明の第2実施例
によるCMOSインバータを示す回路図であり、(A)
は、第1実施例のMOSFETを駆動トランジスタとし
て用いたインバータを示し、(B)は、第1実施例のM
OSFETを負荷トランジスタとして用いたインバータ
を示す。15A and 15B are circuit diagrams showing a CMOS inverter according to a second embodiment of the present invention, FIG.
Shows an inverter using the MOSFET of the first embodiment as a drive transistor, and (B) shows M of the first embodiment.
An inverter using an OSFET as a load transistor is shown.
【図16】(A)および(B)は、本発明の第2実施例
の変形例を示すブロック図であり、(A)はNOR回
路、(B)はNAND回路を示す。16A and 16B are block diagrams showing a modification of the second embodiment of the present invention, where FIG. 16A shows a NOR circuit and FIG. 16B shows a NAND circuit.
【図17】本発明の第3実施例によるCMOSインバー
タを示す回路図である。FIG. 17 is a circuit diagram showing a CMOS inverter according to a third embodiment of the present invention.
【図18】(A)および(B)は、本発明の第3実施例
によるCMOS論理回路を示すブロック図であり、
(A)はNOR回路、(B)はNAND回路を示す。18A and 18B are block diagrams showing a CMOS logic circuit according to a third embodiment of the present invention,
(A) shows a NOR circuit and (B) shows a NAND circuit.
【図19】(A)および(B)は、本発明の第4実施例
によるバッファ回路を示す回路図である。19A and 19B are circuit diagrams showing a buffer circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
【図20】本発明の第5実施例によるCMOS論理回路
を示す回路図である。FIG. 20 is a circuit diagram showing a CMOS logic circuit according to a fifth embodiment of the present invention.
【図21】(A)および(B)は、第5実施例の変形例
の構成を示す回路図である。21A and 21B are circuit diagrams showing a configuration of a modified example of the fifth embodiment.
【図22】(A)〜(C)は、本発明の第6実施例によ
るCMOS論理回路を示すブロック図である。22A to 22C are block diagrams showing a CMOS logic circuit according to a sixth embodiment of the present invention.
【図23】本発明の第7実施例によるCMOS論理回路
を示す回路図である。FIG. 23 is a circuit diagram showing a CMOS logic circuit according to a seventh embodiment of the present invention.
【図24】第7実施例によるCMOS論理回路の動作モ
ードの説明図である。FIG. 24 is an explanatory diagram of operation modes of the CMOS logic circuit according to the seventh embodiment.
【図25】本発明の第8実施例によるCMOS論理回路
の回路図である。FIG. 25 is a circuit diagram of a CMOS logic circuit according to an eighth embodiment of the present invention.
【図26】本発明の第9実施例によるCMOS論理回路
の回路図である。FIG. 26 is a circuit diagram of a CMOS logic circuit according to a ninth embodiment of the present invention.
【図27】本発明の第10実施例によるCMOS論理回
路の回路図である。FIG. 27 is a circuit diagram of a CMOS logic circuit according to a tenth embodiment of the present invention.
【図28】第10実施例におけるリーク電流の削減効果
を示すグラフである。FIG. 28 is a graph showing a leakage current reduction effect in the tenth embodiment.
1 高電位電源線 2 低電位電源線 3 CMOS論理回路 4 高電位側電源制御回路 5 低電位側電源制御回路 21 ドレイン 22 ソース 23 ゲート 24 ボディ部 25 バックゲート端子 26 ソース 27 ドレイン 28 ゲート 29 ボディ部 30 配線 31 シリコン基板 32 埋め込み酸化膜 33 コンタクトホール 41 高電位疑似電源線 51 低電位疑似電源線 111 pチャネル型MOSFET回路 112 nチャネル型MOSFET回路 121 CMOSインバータ 122 CMOSインバータ 123 NOR回路 124 NAND回路 131 CMOSインバータ 132 NOR回路 133 NAND回路 141 バッファ回路 142 バッファ回路 151 CMOS論理回路 152 CMOS論理回路 153 CMOS論理回路 201 制御入力端子 202 制御入力端子 203 内部CMOS回路 204 信号入力端子 205 信号出力端子 206 ラッチ回路 207 メモリセル 208 ワード線 209 制御ワード 210 ビット線 211 反転ビット線 M1〜M4 MOSFET M11〜M14 MOSFET M31〜M33 MOSFET M41〜M43 MOSFET 1 High-potential power supply line 2 Low-potential power supply line 3 CMOS logic circuit 4 High-potential-side power supply control circuit 5 Low-potential-side power supply control circuit 21 Drain 22 Source 23 Gate 24 Body part 25 Back gate terminal 26 Source 27 Drain 28 Gate 29 Body part 30 wiring 31 silicon substrate 32 buried oxide film 33 contact hole 41 high potential pseudo power supply line 51 low potential pseudo power supply line 111 p-channel MOSFET circuit 112 n-channel MOSFET circuit 121 CMOS inverter 122 CMOS inverter 123 NOR circuit 124 NAND circuit 131 CMOS Inverter 132 NOR circuit 133 NAND circuit 141 Buffer circuit 142 Buffer circuit 151 CMOS logic circuit 152 CMOS logic circuit 153 CMOS logic circuit 201 Control Input terminal 202 Control input terminal 203 Internal CMOS circuit 204 Signal input terminal 205 Signal output terminal 206 Latch circuit 207 Memory cell 208 Word line 209 Control word 210 Bit line 211 Inverted bit line M1 to M4 MOSFET M11 to M14 MOSFET M31 to M33 MOSFET M41 ~ M43 MOSFET
Claims (31)
SFETと、 前記第1のしきい値電圧以下の第2のしきい値電圧を有
する第2のMOSFETであって、そのゲート電極およ
び第1の主電流電極が、前記第1のMOSFETのバッ
クゲート電極に接続され、第2の主電流電極が外部から
供給される信号に接続された第2のMOSFETとを具
備することを特徴とするMOSFET回路。1. A first MO having a first threshold voltage.
An SFET and a second MOSFET having a second threshold voltage equal to or lower than the first threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode of which are the back gate of the first MOSFET. A second MOSFET connected to the electrode and having a second main current electrode connected to a signal supplied from the outside.
いて、前記第1の主電流電極は、ソース電極であり、前
記第2の主電流電極は、ドレイン電極であることを特徴
とするMOSFET回路。2. The MOSFET circuit according to claim 1, wherein the first main current electrode is a source electrode, and the second main current electrode is a drain electrode.
いて、前記第1のMOSFETのゲート電極と、前記第
2のMOSFETの第2の主電流電極とが接続されたこ
とを特徴とするMOSFET回路。3. The MOSFET circuit according to claim 1, wherein a gate electrode of the first MOSFET and a second main current electrode of the second MOSFET are connected to each other.
いて、前記第2のしきい値電圧は、前記第1のしきい値
電圧より低いことを特徴とするMOSFET回路。4. The MOSFET circuit according to claim 1, wherein the second threshold voltage is lower than the first threshold voltage.
いて、前記第2のしきい値電圧は、前記第1のしきい値
電圧と等しいことを特徴とするMOSFET回路。5. The MOSFET circuit according to claim 1, wherein the second threshold voltage is equal to the first threshold voltage.
駆動トランジスタを有するCMOS論理回路において、
前記駆動トランジスタおよび前記負荷トランジスタの一
方は、第1のMOSFET回路を備え、該第1のMOS
FET回路は、 第1のしきい値電圧を有する第1のMOSFETであっ
て、前記駆動トランジスタおよび前記負荷トランジスタ
の他方と直列接続された第1のMOSFETと、 前記第1のしきい値電圧より低い第2のしきい値電圧を
有し、そのゲート電極および第1の主電流電極が、前記
第1のMOSFETのバックゲート電極に接続され、第
2の主電流電極が前記第1のMOSFETのゲート電極
に接続された第2のMOSFETとを具備することを特
徴とするCMOS論理回路。6. In a CMOS logic circuit having a load transistor and a drive transistor connected in series,
One of the drive transistor and the load transistor includes a first MOSFET circuit,
The FET circuit is a first MOSFET having a first threshold voltage, the first MOSFET being connected in series with the other one of the drive transistor and the load transistor, and the first threshold voltage. A low second threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode of which are connected to the back gate electrode of the first MOSFET, and the second main current electrode of the first MOSFET. And a second MOSFET connected to the gate electrode.
いて、前記駆動トランジスタおよび負荷トランジスタの
他方はMOSFETであり、前記CMOS論理回路はC
MOSインバータであることを特徴とするCMOS論理
回路。7. The CMOS logic circuit according to claim 6, wherein the other one of the drive transistor and the load transistor is a MOSFET, and the CMOS logic circuit is C.
A CMOS logic circuit characterized by being a MOS inverter.
いて、前記負荷トランジスタは直列接続されたM個(M
は1より大きい整数)のMOSFETを有し、前記駆動
トランジスタは並列接続されたM個の前記第1のMOS
FET回路を有し、前記CMOS論理回路は、NOR回
路であることを特徴とするCMOS論理回路。8. The CMOS logic circuit according to claim 6, wherein the load transistors are M in series (M
Is an integer greater than 1), and the drive transistor is connected in parallel to the M first MOSs.
A CMOS logic circuit having an FET circuit, wherein the CMOS logic circuit is a NOR circuit.
いて、前記負荷トランジスタは、並列接続されたM個
(Mは1より大きい整数)のMOSFETを有し、前記
駆動トランジスタは、直列接続されたM個の前記第1の
MOSFET回路を有し、前記CMOS論理回路は、N
AND回路であることを特徴とするCMOS論理回路。9. The CMOS logic circuit according to claim 6, wherein the load transistor has M (M is an integer larger than 1) MOSFETs connected in parallel, and the drive transistor is connected in series. The CMOS logic circuit has M first MOSFET circuits, and
A CMOS logic circuit characterized by being an AND circuit.
おいて、 前記駆動トランジスタおよび負荷トランジスタの他方
は、第2のMOSFET回路を有し、該第2のMOSF
ET回路は、 第3のしきい値電圧を有する第3のMOSFETであっ
て、前記第1のMOSFET回路と直列接続された第3
のMOSFETと、 前記第3のしきい値電圧より低い第4のしきい値電圧を
有する第4のMOSFETであって、そのゲート電極お
よび第1の主電流電極が、前記第3のMOSFETのバ
ックゲート電極に接続され、第2の主電流電極が前記第
3のMOSFETのゲート電極に接続された第4のMO
SFETとを具備することを特徴とするCMOS論理回
路。10. The CMOS logic circuit according to claim 6, wherein the other one of the drive transistor and the load transistor has a second MOSFET circuit.
The ET circuit is a third MOSFET having a third threshold voltage, and a third MOSFET connected in series with the first MOSFET circuit.
And a fourth MOSFET having a fourth threshold voltage lower than the third threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode of the MOSFET being the back of the third MOSFET. A fourth MO connected to the gate electrode and a second main current electrode connected to the gate electrode of the third MOSFET.
A CMOS logic circuit comprising an SFET.
回路は、CMOSインバータであることを特徴とするC
MOS論理回路。11. The C logic circuit according to claim 10 is a CMOS inverter.
MOS logic circuit.
において、前記駆動トランジスタは、並列接続されたM
個(Mは1より大きい整数)の前記MOSFET回路を
含み、前記負荷トランジスタは、直列接続されたM個の
前記第2のMOSFET回路を含み、前記CMOS論理
回路はNOR回路であることを特徴とするCMOS論理
回路。12. The CMOS logic circuit according to claim 10, wherein the drive transistors are M connected in parallel.
Wherein the load transistor includes M second MOSFET circuits connected in series, and the CMOS logic circuit is a NOR circuit. CMOS logic circuit.
において、前記駆動トランジスタは、直列接続されたM
個(Mは1より大きい整数)の第1のMOSFET回路
を含み、前記負荷トランジスタは、並列接続されたM個
の第2のMOSFET回路を含み、前記CMOS論理回
路はNAND回路であることを特徴とするCMOS論理
回路。13. The CMOS logic circuit according to claim 10, wherein the drive transistors are connected in series.
Characterized in that the load transistor includes M second MOSFET circuits connected in parallel, and the CMOS logic circuit is a NAND circuit. And a CMOS logic circuit.
インバータと第2のCMOSインバータとを有するバッ
ファ回路において、 前記第1のCMOSインバータの負荷トランジスタは、 第1のしきい値電圧を有する第1のMOSFETであっ
て、前記第1のCMOSインバータの駆動トランジスタ
と直列接続された第1のMOSFETと、 前記第1のしきい値電圧よりも低い第2のしきい値電圧
を有する第2のMOSFETであって、そのゲート電極
および第1の主電流電極が、前記第1のMOSFETの
バックゲート電極に接続され、第2の主電流電極が前記
第1のMOSFETのゲート電極に接続された第2のM
OSFETとを具備し、 前記第2のCMOSインバータの駆動トランジスタは、 第3のしきい値電圧を有する第3のMOSFETであっ
て、前記第2のCMOSインバータの負荷トランジスタ
と直列接続された第3のMOSFETと、 前記第3のしきい値電圧よりも低い第4のしきい値電圧
を有する第4のMOSFETであって、そのゲート電極
および第1の主電流電極が、前記第3のMOSFETの
バックゲート電極に接続され、第2の主電流電極が前記
第3のMOSFETのゲート電極に接続された第4のM
OSFETとを具備することを特徴とするバッファ回
路。14. First CMOSs alternately connected in cascade
In a buffer circuit having an inverter and a second CMOS inverter, the load transistor of the first CMOS inverter is a first MOSFET having a first threshold voltage and drives the first CMOS inverter. A first MOSFET connected in series with the transistor, and a second MOSFET having a second threshold voltage lower than the first threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode Is connected to the back gate electrode of the first MOSFET, and the second main current electrode is connected to the gate electrode of the first MOSFET.
An OSFET, the drive transistor of the second CMOS inverter is a third MOSFET having a third threshold voltage, and the drive transistor of the third CMOS inverter is connected in series with the load transistor of the second CMOS inverter. And a fourth MOSFET having a fourth threshold voltage lower than the third threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode of the third MOSFET of A fourth M connected to the back gate electrode and a second main current electrode connected to the gate electrode of the third MOSFET.
A buffer circuit comprising an OSFET.
電圧を有するMOSFETを含む低しきい値CMOS論
理回路と、この低しきい値CMOS論理回路の電力供給
端と電源との間に接続された少なくとも1つのスイッチ
回路とを有するCMOS論理回路において、 前記スイッチ回路は、 前記第1のしきい値電圧を有する第1のMOSFETで
あって、前記電源と前記低しきい値CMOS論理回路の
電力供給端との間に接続された第1のMOSFETと、 前記第1のしきい値電圧よりも低い第2のしきい値電圧
を有する第2のMOSFETであって、そのゲート電極
および第1の主電流電極が、前記第1のMOSFETの
バックゲート電極に接続され、第2の主電流電極が前記
第1のMOSFETのゲート電極に接続された第2のM
OSFETとを具備することを特徴とするCMOS論理
回路。15. A low threshold CMOS logic circuit including a MOSFET having a threshold voltage lower than a first threshold voltage, and a power supply terminal and a power supply of the low threshold CMOS logic circuit. A CMOS logic circuit having at least one switch circuit connected thereto, wherein the switch circuit is a first MOSFET having the first threshold voltage, the power supply and the low threshold CMOS logic circuit. A first MOSFET connected to the power supply end of the second MOSFET and a second MOSFET having a second threshold voltage lower than the first threshold voltage, the gate electrode and the second MOSFET having a second threshold voltage lower than the first threshold voltage. One main current electrode is connected to the back gate electrode of the first MOSFET, and a second main current electrode is connected to the gate electrode of the first MOSFET.
A CMOS logic circuit comprising an OSFET.
において、前記スイッチ回路は、前記電源の高電位端子
と前記低しきい値CMOS論理回路の高電位電力供給端
との間に接続されたことを特徴とするCMOS論理回
路。16. The CMOS logic circuit according to claim 15, wherein the switch circuit is connected between a high potential terminal of the power supply and a high potential power supply terminal of the low threshold CMOS logic circuit. CMOS logic circuit characterized by:
において、前記スイッチ回路は、前記電源の低電位端子
と前記低しきい値CMOS論理回路の低電位電力供給端
との間に接続されたことを特徴とするCMOS論理回
路。17. The CMOS logic circuit according to claim 15, wherein the switch circuit is connected between a low potential terminal of the power supply and a low potential power supply terminal of the low threshold CMOS logic circuit. CMOS logic circuit characterized by:
において、前記スイッチ回路は、さらに、前記電源の低
電位端子と前記低しきい値CMOS論理回路の低電位電
力供給端との間に接続されたことを特徴とするCMOS
論理回路。18. The CMOS logic circuit according to claim 16, wherein the switch circuit is further connected between a low potential terminal of the power supply and a low potential power supply terminal of the low threshold CMOS logic circuit. CMOS characterized by
Logic circuit.
は、外部からのスリープ信号によって、スリープ状態あ
るいは動作状態に切り替えられるCMOS論理回路であ
って、その非反転スリープ信号入力端に接続された第1
のバッファと、反転スリープ信号入力端に接続された第
2のバッファとを、さらに具備し、 前記第1のバッファは、交互に縦続接続された第1のC
MOSインバータと第2のCMOSインバータとを有
し、 前記第1のCMOSインバータの負荷トランジスタは、 前記第1のしきい値電圧を有する第1のMOSFETで
あって、前記第1のCMOSインバータの駆動トランジ
スタと直列接続された第1のMOSFETと、 前記第1のしきい値電圧よりも低い第2のしきい値電圧
を有する第2のMOSFETであって、そのゲート電極
および第1の主電流電極が、前記第1のMOSFETの
バックゲート電極に接続され、第2の主電流電極が前記
第1のMOSFETのゲート電極に接続された第2のM
OSFETとを具備し、 前記第2のCMOSインバータの駆動トランジスタは、 第3のしきい値電圧を有する第3のMOSFETであっ
て、前記第2のCMOSインバータの負荷トランジスタ
と直列接続された第3のMOSFETと、 前記第3のしきい値電圧よりも低い第4しきい値電圧を
有する第4のMOSFETであって、そのゲート電極お
よび第1の主電流電極が、前記第3のMOSFETのバ
ックゲート電極に接続され、第2の主電流電極が前記第
3のMOSFETのゲート電極に接続された第4のMO
SFETとを具備し、 前記第2のバッファは、交互に縦続接続された前記第2
のCMOSインバータと前記第1のCMOSインバータ
とを具備することを特徴とするCMOS論理回路。19. The CMOS logic circuit according to claim 15, wherein the CMOS logic circuit is switched to a sleep state or an operating state by a sleep signal from the outside, and is connected to a non-inverting sleep signal input terminal of the CMOS logic circuit. 1
And a second buffer connected to the inverted sleep signal input terminal, wherein the first buffers are alternately cascaded first C's.
A load transistor of the first CMOS inverter is a first MOSFET having the first threshold voltage, and a load transistor of the first CMOS inverter; A first MOSFET connected in series with the transistor, and a second MOSFET having a second threshold voltage lower than the first threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode Is connected to the back gate electrode of the first MOSFET, and the second main current electrode is connected to the gate electrode of the first MOSFET.
An OSFET, the drive transistor of the second CMOS inverter is a third MOSFET having a third threshold voltage, and the drive transistor of the third CMOS inverter is connected in series with the load transistor of the second CMOS inverter. And a fourth MOSFET having a fourth threshold voltage lower than the third threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode of the third MOSFET being the back of the third MOSFET. A fourth MO connected to the gate electrode and a second main current electrode connected to the gate electrode of the third MOSFET.
SFET and the second buffer are alternately connected in cascade.
3. A CMOS logic circuit comprising: the CMOS inverter and the first CMOS inverter.
は、外部からのスリープ信号によって、スリープ状態あ
るいは動作状態に切り替えられるCMOS論理回路であ
って、その非反転スリープ信号入力端に接続されたバッ
ファを、さらに具備し、 前記バッファは、交互に縦続接続された第1のCMOS
インバータと第2のCMOSインバータとを有し、 前記第1のCMOSインバータの負荷トランジスタは、 前記第1のしきい値電圧を有する第1のMOSFETで
あって、前記第1のCMOSインバータの駆動トランジ
スタと直列接続された第1のMOSFETと、 前記第1のしきい値電圧よりも低い第2のしきい値電圧
を有する第2のMOSFETであって、そのゲート電極
および第1の主電流電極が、前記第1のMOSFETの
バックゲート電極に接続され、第2の主電流電極が前記
第1のMOSFETのゲート電極に接続された第2のM
OSFETとを具備し、 前記第2のCMOSインバータの駆動トランジスタは、 第3のしきい値電圧を有する第3のMOSFETであっ
て、前記第2のCMOSインバータの負荷トランジスタ
と直列接続された第3のMOSFETと、 前記第3のしきい値電圧よりも低い第4のしきい値電圧
を有する第4のMOSFETであって、そのゲート電極
および第1の主電流電極が、前記第3のMOSFETの
バックゲート電極に接続され、第2の主電流電極が前記
第3のMOSFETのゲート電極に接続された第4のM
OSFETとを具備することを特徴とするCMOS論理
回路。20. The CMOS logic circuit according to claim 15, wherein the CMOS logic circuit is switched to a sleep state or an operating state in response to a sleep signal from the outside, and a buffer connected to a non-inverting sleep signal input terminal thereof. Further comprising: the buffers are first CMOSs that are alternately connected in cascade.
An inverter and a second CMOS inverter, wherein the load transistor of the first CMOS inverter is a first MOSFET having the first threshold voltage and is a drive transistor of the first CMOS inverter. A first MOSFET connected in series with a second MOSFET having a second threshold voltage lower than the first threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode of which are , A second M connected to the back gate electrode of the first MOSFET and a second main current electrode connected to the gate electrode of the first MOSFET.
An OSFET, the drive transistor of the second CMOS inverter is a third MOSFET having a third threshold voltage, and the drive transistor of the third CMOS inverter is connected in series with the load transistor of the second CMOS inverter. And a fourth MOSFET having a fourth threshold voltage lower than the third threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode of the third MOSFET of A fourth M connected to the back gate electrode and a second main current electrode connected to the gate electrode of the third MOSFET.
A CMOS logic circuit comprising an OSFET.
は、外部からのスリープ信号によって、スリープ状態あ
るいは動作状態に切り替えられるCMOS論理回路であ
って、その反転スリープ信号入力端に接続されたバッフ
ァを、さらに具備し、 前記バッファは、交互に縦続接続された第1のCMOS
インバータと第2のCMOSインバータとを有し、 前記第1のCMOSインバータの駆動トランジスタは、 第1のしきい値電圧を有する第1のMOSFETであっ
て、前記第1のCMOSインバータの負荷トランジスタ
と直列接続された第1のMOSFETと、 前記第1のしきい値電圧よりも低い第2のしきい値電圧
を有する第2のMOSFETであって、そのゲート電極
および第1の主電流電極が、前記第1のMOSFETの
バックゲート電極に接続され、第2の主電流電極が前記
第1のMOSFETのゲート電極に接続された第2のM
OSFETとを具備し、 前記第2のCMOSインバータの負荷トランジスタは、 第3のしきい値電圧を有する第3のMOSFETであっ
て、前記第2のCMOSインバータの駆動トランジスタ
と直列接続された第3のMOSFETと、 前記第3のしきい値電圧よりも低い第4のしきい値電圧
を有する第4のMOSFETであって、そのゲート電極
および第1の主電流電極が、前記第3のMOSFETの
バックゲート電極に接続され、第2の主電流電極が前記
第3のMOSFETのゲート電極に接続された第4のM
OSFETとを具備することを特徴とするCMOS論理
回路。21. The CMOS logic circuit according to claim 15, wherein the CMOS logic circuit is switched to a sleep state or an operation state by a sleep signal from the outside, and a buffer connected to an inverted sleep signal input terminal of the CMOS logic circuit. Further comprising: the buffers are first CMOSs that are alternately connected in cascade.
An inverter and a second CMOS inverter, wherein the drive transistor of the first CMOS inverter is a first MOSFET having a first threshold voltage and the load transistor of the first CMOS inverter. A first MOSFET connected in series and a second MOSFET having a second threshold voltage lower than the first threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode of which are A second M connected to the back gate electrode of the first MOSFET and a second main current electrode connected to the gate electrode of the first MOSFET.
OSFET, the load transistor of the second CMOS inverter is a third MOSFET having a third threshold voltage, and the load transistor of the third CMOS inverter is connected in series with the drive transistor of the second CMOS inverter. And a fourth MOSFET having a fourth threshold voltage lower than the third threshold voltage, the gate electrode and the first main current electrode of the third MOSFET of A fourth M connected to the back gate electrode and a second main current electrode connected to the gate electrode of the third MOSFET.
A CMOS logic circuit comprising an OSFET.
ンジスタおよび負荷トランジスタを含み、外部からの制
御信号に応答して、動作状態を切り替える内部CMOS
論理回路と、 前記駆動トランジスタおよび前記負荷トランジスタの一
方を構成する第1のMOSFET回路に共通接続された
第1のMOSFETであって、ゲート電極と第1の主電
流電極とが前記第1のMOSFET回路のバックゲート
電極に接続され、第2の主電流電極が前記制御信号に接
続された、前記第1のMOSFET回路と同じチャネル
型の第1のMOSFETとを具備することを特徴とする
CMOS論理回路。22. An internal CMOS including M (M is an integer of 1 or more) sets of drive transistors and load transistors, and switching the operating state in response to a control signal from the outside.
A first MOSFET commonly connected to a logic circuit and a first MOSFET circuit forming one of the drive transistor and the load transistor, wherein a gate electrode and a first main current electrode are the first MOSFET. CMOS logic, comprising: a first MOSFET of the same channel type as the first MOSFET circuit, connected to a back gate electrode of the circuit, and a second main current electrode connected to the control signal. circuit.
は、さらに、前記駆動トランジスタおよび前記負荷トラ
ンジスタの他方を構成する第2のMOSFET回路に共
通接続された第2のMOSFETであって、ゲート電極
と第1の主電流電極とが前記第2のMOSFET回路の
バックゲート電極に接続され、第2の主電流電極が前記
制御信号の反転信号に接続された、前記第2のMOSF
ET回路と同じチャネル型の第2のMOSFETを具備
することを特徴とするCMOS論理回路。23. The CMOS logic circuit according to claim 22, further comprising a second MOSFET that is commonly connected to a second MOSFET circuit that constitutes the other of the drive transistor and the load transistor, and has a gate electrode. And a first main current electrode connected to the back gate electrode of the second MOSFET circuit, and a second main current electrode connected to the inverted signal of the control signal.
A CMOS logic circuit comprising a second MOSFET of the same channel type as the ET circuit.
において、前記第1および第2のMOSFETのしきい
値電圧が、前記内部CMOS論理回路に含まれるMOS
FETのしきい値電圧よりも小さいことを特徴とするC
MOS論理回路。24. The CMOS logic circuit according to claim 23, wherein the threshold voltages of the first and second MOSFETs are included in the internal CMOS logic circuit.
C characterized by being smaller than the threshold voltage of the FET
MOS logic circuit.
論理回路は、1またはそれ以上のCMOSインバータを
含むことを特徴とするCMOS論理回路。25. The internal CMOS of claim 22.
A CMOS logic circuit, wherein the logic circuit includes one or more CMOS inverters.
論理回路は、トランスファゲートを含むことを特徴とす
るCMOS論理回路。26. The internal CMOS of claim 22.
The logic circuit is a CMOS logic circuit including a transfer gate.
論理回路は、メモリセルを含み、前記制御信号は、ワー
ド線信号であることを特徴とするCMOS論理回路。27. The internal CMOS of claim 22.
A logic circuit includes a memory cell, and the control signal is a word line signal. A CMOS logic circuit.
において、前記制御信号は、前記内部CMOS論理回路
を、スリープ状態または動作状態に切り替えるスリープ
信号であることをと特徴とするCMOS論理回路。28. The CMOS logic circuit according to claim 22, wherein the control signal is a sleep signal for switching the internal CMOS logic circuit to a sleep state or an operating state.
載のCMOS論理回路の各MOSFETは、SOI(Sem
iconductor On Insulator)基板上に形成したSOIFE
Tであることを特徴とするCMOS論理回路。29. Each MOSFET of the CMOS logic circuit according to any one of claims 1 to 28 is an SOI (Sem
(iconductor on insulator) formed on the substrate
A CMOS logic circuit characterized by being T.
において、低しきい値MOSFETのボディ部が完全空
乏状態となるように、前記ボディ部の不純物濃度を調整
したことを特徴とするCMOS論理回路。30. The CMOS logic circuit according to claim 29, wherein the impurity concentration of the body of the low threshold MOSFET is adjusted so that the body of the low threshold MOSFET is completely depleted. .
において、高しきい値MOSFETのボディ部が部分空
乏状態となるように、前記ボディ部の不純物濃度を調整
したことを特徴とするCMOS論理回路。31. The CMOS logic circuit according to claim 29, wherein the impurity concentration of the body of the high threshold MOSFET is adjusted so that the body of the high threshold MOSFET is partially depleted. .
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