JPH10229165A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device

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JPH10229165A
JPH10229165A JP9031846A JP3184697A JPH10229165A JP H10229165 A JPH10229165 A JP H10229165A JP 9031846 A JP9031846 A JP 9031846A JP 3184697 A JP3184697 A JP 3184697A JP H10229165 A JPH10229165 A JP H10229165A
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JP
Japan
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voltage
power supply
substrate
operation mode
semiconductor integrated
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JP9031846A
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Japanese (ja)
Inventor
Noriyuki Terao
典之 寺尾
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain the amount of change of a desired threshold voltage at a small voltage and to reconcile a high-speed operation at a low voltage and a low standby leakage current, by a method wherein an operating mode signal is generated to control the change-over operations of first to fourth switches. SOLUTION: A CMOS inverter circuit has a first operating mode in operation and a second operating mode in standby and an operating mode change-over signal generator generates an operating mode change-over signal at an H level in the first operating mode to output the signal to each control terminal of switches SW1 to SW4, while the generator generates an operating mode change- over signal at an L level in the second operating mode to output the signal to each control terminal of the switches SW1 to SW4. The switches SW1 to SW4 are respectively changed over to the sides of contacts (a) in the first operating mode and to the sides of contacts (b) in the second operating mode. Accordingly, the amount of a charge of the substrate-source voltage of a P-channel MOS FET 1 and the amount of change of the substrate-source voltage on an N-channel MOS FET 2 are increased and a semiconductor integrated circuit device can obtain the amount of change of a desired threshold voltage at a low voltage.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電圧Vddを有す
る高電圧側電源線と、電圧Vssを有する低電圧側電源
線との間に接続された、PMOSFETとNMOSFE
Tを備えたCMOS回路を含む半導体集積回路装置に関
する。
The present invention relates to a PMOSFET and an NMOS FE connected between a high-voltage power supply line having a voltage Vdd and a low-voltage power supply line having a voltage Vss.
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device including a CMOS circuit having T.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路の速度を維持しつつ低電
力化を達成するため、電源電圧としきい値電圧の両方を
下げる手法が用いられている。しきい値電圧を下げた場
合、スタンバイリーク電流が大きくなる問題があり、こ
の問題に対する解決方法が、例えば、従来技術文献1
「黒田忠広ほか,“しきい電圧を可変にして消費電力を
最大で1桁カットする”,日経マイクロデバイス,96
年8月号,pp.57−66」、従来技術文献2「藤田
哲也ほか,“A 0.9V 150MHz 10mW 4mm2 2-D Discrete C
osine Transform Core Processor with Variable Thres
hold-Voltage(VT) Scheme”,電子通信情報学会技術報
告,ED96−49,SDM96−32,ICD96−
52,1996年6月」及び特開平6−53496号公
報において開示されている。
2. Description of the Related Art In order to achieve low power while maintaining the speed of a semiconductor integrated circuit, a technique of lowering both a power supply voltage and a threshold voltage has been used. When the threshold voltage is lowered, there is a problem that the standby leak current becomes large.
"Tadahiro Kuroda et al." Cut power consumption by up to one digit by changing threshold voltage, "Nikkei Microdevices, 96
August, pp. 57-66 ", the prior art literature 2" Tetsuya Fujita addition, "A 0.9V 150MHz 10mW 4mm 2 2-D Discrete C
osine Transform Core Processor with Variable Thres
hold-Voltage (VT) Scheme ”, IEICE Technical Report, ED96-49, SDM96-32, ICD96-
52, June 1996 "and JP-A-6-53496.

【0003】これらの従来技術において、MOSFET
のしきい値電圧の可変制御のために、基板電圧又はソー
ス電圧のどちらか一方の電圧制御により生じる基板・ソ
ース間電圧Vbsが用いられていた。この場合、電圧を
制御しない電源線の電圧は固定されていた。
In these prior arts, MOSFETs
In order to variably control the threshold voltage, the substrate-source voltage Vbs generated by controlling either the substrate voltage or the source voltage has been used. In this case, the voltage of the power supply line that does not control the voltage is fixed.

【0004】従来技術のVT方式をCMOSインバータ
回路に応用した場合の具体例を図5に示す。VT方式
は、基板電圧によりしきい値電圧を制御するもので、N
MOSFET及びPMOSFETの各ソースの電圧はそ
れぞれOV及び0.9Vに固定されている。また、NM
OSFETの基板電圧Vbnは回路動作時には−0.5
Vに、待機時には−3.3Vに設定されるとともに、P
MOSFETの基板電圧Vbpは回路動作時には1.4
Vに、待機時には4.2Vに設定されており、NMOS
FET及びPMOSFETともに、回路動作時には0.
5V、待機時には3.3Vの逆方向の基板・ソース間電
圧Vbsが印加されるようになっている。ところで、N
MOSFET及びPMOSFETのしきい値電圧の絶対
値は、回路動作時には0.1V、待機時には0.5Vと
なっており、低電源電圧での回路動作時における高速性
の確保と待機時のリーク電流抑制が可能となっている。
さらに、基板電圧の値は、リーク電流モニタと呼ばれる
しきい値電圧変動検知回路と基板電圧制御回路による帰
還制御となっており、しきい値電圧のバラツキも抑制す
ることができるように工夫されている。
FIG. 5 shows a specific example in which the conventional VT system is applied to a CMOS inverter circuit. The VT method controls the threshold voltage by the substrate voltage.
The voltage of each source of the MOSFET and the PMOSFET is fixed at OV and 0.9V, respectively. Also, NM
The substrate voltage Vbn of the OSFET is -0.5 during circuit operation.
V during standby, and -3.3 V during standby.
The substrate voltage Vbp of the MOSFET is 1.4 during circuit operation.
V during standby and 4.2 V during standby.
Both the FET and the PMOSFET are set to 0.
In the standby state, a voltage Vbs between the substrate and the source in the reverse direction of 5 V and 3.3 V is applied. By the way, N
The absolute value of the threshold voltage of the MOSFET and the PMOSFET is 0.1 V during circuit operation and 0.5 V during standby, ensuring high-speed operation at low power supply voltage and suppressing leakage current during standby. Is possible.
Further, the value of the substrate voltage is subjected to feedback control by a threshold voltage fluctuation detection circuit called a leak current monitor and a substrate voltage control circuit, and is devised so that variations in the threshold voltage can be suppressed. I have.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】図6に、実際のNMO
SFETにおける、基板電圧Vbn(正で順方向バイア
スであり、負で逆方向バイアスである。)としきい値電
圧Vtnの関係を示す。ソース電圧は0Vで固定され、
ドレイン電圧は0.1Vで固定している。一般に、NM
OSFETにおける、基板・ソース間電圧Vbsとしき
い値電圧Vtの関係は、次の数1で表される。
FIG. 6 shows an actual NMO.
The relationship between the substrate voltage Vbn (positive for forward bias and negative for reverse bias) and the threshold voltage Vtn in the SFET is shown. The source voltage is fixed at 0V,
The drain voltage is fixed at 0.1V. Generally, NM
The relationship between the substrate-source voltage Vbs and the threshold voltage Vt in the OSFET is expressed by the following equation (1).

【0006】[0006]

【数1】Vt=a+b・√(c−Vbs)Vt = a + b · √ (c−Vbs)

【0007】ここで、a、b及びcはデバイス構造や製
造プロセスによるパラメータで、シリコン材料を用いた
NMOSFETでは、cの値はおよそ0〜1.2Vの範
囲である。図6及び数1から明らかなように、基板・ソ
ース間電圧Vbsを変化させてしきい値電圧Vtを制御
する場合、基板・ソース間電圧Vbsの変化量に対する
Vtの変化量の割合ΔVt/ΔVbsは、逆方向バイア
ス電圧の絶対値を大きくすればするほど小さくなる。従
って、従来技術文献1及び2のように逆方向の基板・ソ
ース間電圧Vbsのみを用いた場合は、所望のしきい値
電圧変化量を得るためには大きなVbsの差が必要とな
る。さらに、逆方向の基板・ソース間電圧Vbsのみを
用いる場合、元のMOSFETのしきい値電圧の設定を
低くする必要がある。一般に、低いしきい値電圧のMO
SFETを形成するには基板濃度を薄くする方法が知ら
れているが、基板濃度が薄いと基板バイアス効果が小さ
くなり、所望のしきい値電圧変化量を得るためには、よ
り大きな基板・ソース間電圧Vbsが必要となる。ま
た、基板濃度が薄いと短チャネル効果も大きくなり、素
子の微細化が困難になるという問題もある。
Here, a, b and c are parameters depending on the device structure and the manufacturing process. In an NMOSFET using a silicon material, the value of c is in the range of about 0 to 1.2V. As is clear from FIG. 6 and Equation 1, when the threshold voltage Vt is controlled by changing the substrate-source voltage Vbs, the ratio ΔVt / ΔVbs of the change amount of Vt to the change amount of the substrate-source voltage Vbs. Becomes smaller as the absolute value of the reverse bias voltage is increased. Therefore, when only the reverse substrate-source voltage Vbs is used as in the prior art documents 1 and 2, a large Vbs difference is required to obtain a desired threshold voltage change amount. Furthermore, when only the reverse substrate-source voltage Vbs is used, it is necessary to lower the threshold voltage of the original MOSFET. In general, low threshold voltage MO
To form an SFET, a method of reducing the substrate concentration is known. However, when the substrate concentration is low, the substrate bias effect is reduced, and in order to obtain a desired threshold voltage change, a larger substrate / source is required. An inter-voltage Vbs is required. Further, when the substrate concentration is low, the short channel effect increases, and there is a problem that miniaturization of the element becomes difficult.

【0008】また、上述の特開平6−53496号公報
のように順方向の基板・ソース間電圧Vbsをも用いた
場合は、所望のしきい値電圧の変化量を得るための変化
量ΔVbsは、従来技術文献1及び2のように逆方向の
基板・ソース間電圧Vbsのみを用いた場合よりは小さ
くてよいが、基板電圧又はソース電圧のどちらか一方の
電圧制御だけではある程度の電圧を必要とすることに変
わりはない。
When a forward substrate-source voltage Vbs is also used as in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-53496, the change amount ΔVbs for obtaining a desired change amount of the threshold voltage is as follows. Although it may be smaller than the case where only the reverse substrate-source voltage Vbs is used as in the prior art documents 1 and 2, a certain voltage is required only by controlling one of the substrate voltage and the source voltage. There is no change.

【0009】この場合、MOSFETのゲート酸化膜耐
圧も大きくなくてはならず、ゲート酸化膜厚を厚くする
等の工夫が必要であるが、駆動能力を上げるにはできる
だけ薄いゲート酸化膜を用いた方がよいので、このよう
なデバイス構造は低電源電圧での高速動作には不利であ
る。また、ウェル間耐圧も大きくなくてはならず、低電
源電圧に対応させウェル間耐圧を小さくし、チップ面積
を小さくできるという利点をうまく活用できない。ま
た、電源電圧よりも高い電圧や負電圧の発生には、例え
ばチャージポンピング回路が用いられるが、このチャー
ジポンピング回路の能力も高いものが必要になる。従来
技術のVT方式の例では、回路の電源電圧は0.9Vで
あるが、MOSFETのゲート酸化膜耐圧は4.2V、
ウェル間耐圧は7.5V必要で、回路の電源電圧に対し
て±3.3Vを発生するチャージポンピング回路が必要
になるという問題点があった。
In this case, the gate oxide film withstand voltage of the MOSFET must be large, and it is necessary to take measures such as increasing the thickness of the gate oxide film. However, to increase the driving capability, a gate oxide film as thin as possible is used. Therefore, such a device structure is disadvantageous for high-speed operation at a low power supply voltage. In addition, the withstand voltage between wells must be large, and the advantage that the withstand voltage between wells can be reduced in correspondence with a low power supply voltage and the chip area can be reduced cannot be effectively utilized. In addition, for example, a charge pumping circuit is used to generate a voltage higher than the power supply voltage or a negative voltage. However, a charge pumping circuit having a high capability is required. In the example of the conventional VT system, the power supply voltage of the circuit is 0.9 V, but the gate oxide breakdown voltage of the MOSFET is 4.2 V.
There is a problem that a withstand voltage between wells is required to be 7.5 V, and a charge pumping circuit for generating ± 3.3 V with respect to the power supply voltage of the circuit is required.

【0010】本発明の目的は以上問題点を解決し、より
小さな電圧で所望のしきい値電圧の変化量を得ることが
でき、低電圧における高速動作と低スタンバイリーク電
流を両立した半導体集積回路装置を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems, to obtain a desired amount of change in threshold voltage with a smaller voltage, and to achieve both high-speed operation at a low voltage and low standby leak current. It is to provide a device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載の半導体集積回路装置は、電圧Vddを有する高電圧
側電源線と、電圧Vssを有する低電圧側電源線との間
に接続された、PMOSFETとNMOSFETを備え
たCMOS回路を含む半導体集積回路装置において、上
記半導体集積回路装置の動作モード信号に応じて、それ
ぞれ電源回路から供給された、第1の動作モードのとき
の高電圧側電源線電圧Vdd1と、第2の動作モードの
ときの高電圧側電源線電圧Vdd2とを選択的に切り換
えて高電圧側電源線電圧Vddを設定する第1の切換手
段と、上記動作モード信号に応じて、それぞれ電源回路
から供給された、第1の動作モードのときのPMOSF
ETの基板電圧又はウェル電圧Vbp1と、第2の動作
モードのときのPMOSFETの基板電圧又はウェル電
圧Vbp2とを選択的に切り換えてPMOSFETの基
板電圧又はウェル電圧Vbpを設定する第2の切換手段
と、上記動作モード信号に応じて、それぞれ電源回路か
ら供給された、第1の動作モードのときのNMOSFE
Tの基板電圧又はウェル電圧Vbn1と、第2の動作モ
ードのときのNMOSFETの基板電圧又はウェル電圧
Vbn2とを選択的に切り換えてNMOSFETの基板
電圧又はウェル電圧Vbnを設定する第3の切換手段
と、上記動作モード信号に応じて、それぞれ電源回路か
ら供給された、第1の動作モードのときの低電圧側電源
線電圧Vss1と、第2の動作モードのときの低電圧側
電源線電圧Vss2とを選択的に切り換えて低電圧側電
源線電圧Vssを設定する第4の切換手段と、上記動作
モード信号を発生して上記第1と第2と第3と第4の切
換手段の切り換え動作を制御する制御手段を備えたこと
を特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, a semiconductor integrated circuit device is connected between a high voltage side power supply line having a voltage Vdd and a low voltage side power supply line having a voltage Vss. Further, in a semiconductor integrated circuit device including a CMOS circuit having a PMOSFET and an NMOSFET, a high-voltage side in a first operation mode supplied from a power supply circuit in accordance with an operation mode signal of the semiconductor integrated circuit device. First switching means for selectively switching between the power supply line voltage Vdd1 and the high voltage side power supply line voltage Vdd2 in the second operation mode to set the high voltage side power supply line voltage Vdd; Corresponding to the PMOSF in the first operation mode supplied from the power supply circuit.
Second switching means for selectively switching between the substrate voltage or the well voltage Vbp1 of the ET and the substrate voltage or the well voltage Vbp2 of the PMOSFET in the second operation mode to set the substrate voltage or the well voltage Vbp of the PMOSFET; , The NMOS FE in the first operation mode supplied from the power supply circuit in accordance with the operation mode signal.
Third switching means for selectively switching between the substrate voltage or well voltage Vbn1 of T and the substrate voltage or well voltage Vbn2 of the NMOSFET in the second operation mode to set the substrate voltage or well voltage Vbn of the NMOSFET; A low-side power supply line voltage Vss1 in the first operation mode and a low-side power supply line voltage Vss2 in the second operation mode, respectively, supplied from the power supply circuit in response to the operation mode signal. And the fourth switching means for selectively switching the first and second switching means to set the low-voltage side power supply line voltage Vss, and the switching operation of the first, second, third and fourth switching means by generating the operation mode signal. It is characterized by comprising control means for controlling.

【0012】また、請求項2記載の半導体集積回路装置
は、請求項1記載の半導体集積回路装置において、Vd
d1>Vdd2>Vss2>Vss1、Vbp2>Vb
p1、及びVbn1>Vbn2となるように設定された
ことを特徴とする。
Further, according to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit device according to the first aspect, wherein Vd
d1>Vdd2>Vss2> Vss1, Vbp2> Vb
p1 and Vbn1> Vbn2.

【0013】さらに、請求項3記載の半導体集積回路装
置は、請求項1記載の半導体集積回路装置において、V
dd1=Vbp1、Vss1=Vbn1、Vdd2<V
bp2、及びVss2>Vbn2となるように設定され
たことを特徴とする。
Further, according to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit device according to the first aspect.
dd1 = Vbp1, Vss1 = Vbn1, Vdd2 <V
bp2 and Vss2> Vbn2.

【0014】また、請求項4記載の半導体集積回路装置
は、請求項1記載の半導体集積回路装置において、Vd
d1>Vbp1、Vbn1>Vss1、Vbp2>Vd
d2、及びVss2>Vbn2となるように設定された
ことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit device according to the first aspect, wherein Vd
d1> Vbp1, Vbn1> Vss1, Vbp2> Vd
d2 and Vss2> Vbn2.

【0015】さらに、請求項5記載の半導体集積回路装
置は、請求項4記載の半導体集積回路装置において、V
dd1=Vbp2、Vdd2=Vbp1、Vss2=V
bn1、及びVss1=Vbn2となるように設定され
たことを特徴とする。
Further, the semiconductor integrated circuit device according to claim 5 is a semiconductor integrated circuit device according to claim 4,
dd1 = Vbp2, Vdd2 = Vbp1, Vss2 = V
bn1 and Vss1 = Vbn2.

【0016】またさらに、請求項6記載の半導体集積回
路装置は、請求項3記載の半導体集積回路装置におい
て、上記電源回路は、第1の電源から供給された電圧V
dd1=Vbp1を上記第1と第2の切換手段に印加す
る第1の印加手段と、上記第1の電源から供給された電
圧Vdd1=Vbp1を電圧Vdd2に降圧して上記第
1の切換手段に供給する第1の降圧手段と、上記第1の
電源から供給された電圧Vdd1=Vbp1を電圧Vb
p2に昇圧して上記第2の切換手段に供給する第1の昇
圧手段と、第2の電源から供給された電圧Vbn1=V
ss1を上記第3と第4の切換手段に印加する第2の印
加手段と、上記第2の電源から供給された電圧Vbn1
=Vss1を電圧Vbn2に降圧して上記第3の切換手
段に供給する第2の降圧手段と、上記第2の電源から供
給された電圧Vbn1=Vss1を電圧Vss2に昇圧
して上記第4の切換手段に供給する第2の昇圧手段とを
備えたことを特徴とする。
Further, according to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor integrated circuit device according to the third aspect, the power supply circuit includes a voltage V supplied from a first power supply.
first applying means for applying dd1 = Vbp1 to the first and second switching means; and stepping down the voltage Vdd1 = Vbp1 supplied from the first power supply to a voltage Vdd2 to the first switching means. A first step-down means for supplying, and a voltage Vdd1 = Vbp1 supplied from the first power supply to a voltage Vb
a first booster which boosts the voltage to p2 and supplies the same to the second switching means, and a voltage Vbn1 = V supplied from a second power supply
second applying means for applying ss1 to the third and fourth switching means, and a voltage Vbn1 supplied from the second power supply.
= Vsn1 is reduced to a voltage Vbn2 and supplied to the third switching means, and the voltage Vbn1 = Vss1 supplied from the second power supply is raised to a voltage Vss2 and the fourth switching is performed. And a second boosting means for supplying the pressure to the means.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】<第1の実施形態>図1は、本発明に係る
第1の実施形態であるCMOSインバータ回路とその電
源回路とを示す回路図である。本実施形態のCMOSイ
ンバータ回路は、図1に示すように、電圧Vddを有す
る高電圧側電源線と、電圧Vssを有する低電圧側電源
線との間に接続された、PMOSFET1とNMOSF
ET2を備えたCMOSインバータ回路であって、当該
回路の動作時である第1の動作モードと、当該回路の待
機時である第2の動作モードとを有する。動作モード切
換信号発生器10は、第1の動作モードのときに、Hレ
ベルの動作モード切換信号を発生してスイッチSW1,
SW2,SW3,SW4の各制御端子に出力する一方、
第2の動作モードのときに、Lレベルの動作モード切換
信号を発生してスイッチSW1,SW2,SW3,SW
4の各制御端子に出力する。
<First Embodiment> FIG. 1 is a circuit diagram showing a CMOS inverter circuit according to a first embodiment of the present invention and its power supply circuit. As shown in FIG. 1, the CMOS inverter circuit according to the present embodiment includes a PMOSFET 1 and an NMOS FET connected between a high-voltage power supply line having a voltage Vdd and a low-voltage power supply line having a voltage Vss.
A CMOS inverter circuit including ET2, which has a first operation mode when the circuit is operating and a second operation mode when the circuit is on standby. The operation mode switching signal generator 10 generates an H-level operation mode switching signal in the first operation mode to generate the switch SW1,
While output to each control terminal of SW2, SW3, SW4,
In the second operation mode, an L-level operation mode switching signal is generated to generate switches SW1, SW2, SW3, SW
4 to each control terminal.

【0019】図1において、入力信号は、PMOSFE
T1及びNMOSFET2の各ゲートに印加され、PM
OSFET1のソースは、電圧Vddを有する高電圧側
電源線及びスイッチSW1の共通端子に接続される一
方、NMOSFET2のソースは、電圧Vss(<Vd
d)を有する低電圧側電源線及びスイッチSW4の共通
端子に接続される。PMOSFET1の半導体基板に
は、スイッチSW2の共通端子から基板電圧Vbpが印
加される一方、NMOSFET2の半導体基板には、ス
イッチSW3の共通端子から基板電圧Vbnが印加され
る。PMOSFET1及びNMOSFET2の各ドレイ
ンはともに接続されて、当該ドレインから出力信号が出
力される。
In FIG. 1, the input signal is PMOSFE
Applied to each gate of T1 and NMOSFET2, PM
The source of the OSFET1 is connected to the high-voltage side power supply line having the voltage Vdd and the common terminal of the switch SW1, while the source of the NMOSFET2 is connected to the voltage Vss (<Vdd
d) and the common terminal of the switch SW4. The substrate voltage Vbp is applied to the semiconductor substrate of the PMOSFET 1 from the common terminal of the switch SW2, while the substrate voltage Vbn is applied to the semiconductor substrate of the NMOSFET 2 from the common terminal of the switch SW3. The drains of the PMOSFET 1 and the NMOSFET 2 are connected together, and an output signal is output from the drain.

【0020】スイッチSW1,SW2,SW3,SW4
はそれぞれ、第1の動作モードのときのHレベルの動作
モード切換信号に応答してa接点側に切り換えられる一
方、第2の動作モードのときのLレベルの動作モード切
換信号に応答してb接点側に切り換えられる。従って、
スイッチSW1は、動作モード切換信号に応答して、そ
れぞれ当該CMOSインバータ回路のチップ内部に形成
された電源回路から供給された、第1の動作モードのと
きの高電圧側電源線電圧Vdd1と、第2の動作モード
のときの高電圧側電源線電圧Vdd2とを選択的に切り
換えて高電圧側電源線電圧Vddを設定する。また、ス
イッチSW2は、動作モード切換信号に応答して、それ
ぞれ電源回路から供給された、第1の動作モードのとき
のPMOSFET1の基板電圧Vbp1と、第2の動作
モードのときのPMOSFET1の基板電圧Vbp2と
を選択的に切り換えてPMOSFET1の基板電圧を設
定する。さらに、スイッチSW3は、動作モード切換信
号に応答して、それぞれ電源回路から供給された、第1
の動作モードのときのNMOSFETの基板電圧Vbn
1と、第2の動作モードのときのNMOSFETの基板
電圧Vbn2とを選択的に切り換えてNMOSFETの
基板電圧Vbnを設定する。またさらに、スイッチSW
4は、動作モード切換信号に応答して、それぞれ電源回
路から供給された、第1の動作モードのときの低電圧側
電源線電圧Vss1と、第2の動作モードのときの低電
圧側電源線電圧Vss2とを選択的に切り換えて低電圧
側電源線電圧Vssを設定する。
Switches SW1, SW2, SW3, SW4
Are switched to the a-contact side in response to the H-level operation mode switching signal in the first operation mode, while b is switched in response to the L-level operation mode switching signal in the second operation mode. It is switched to the contact side. Therefore,
The switch SW1 responds to the operation mode switching signal, and supplies a high-voltage side power supply line voltage Vdd1 in the first operation mode, which is supplied from a power supply circuit formed inside the chip of the CMOS inverter circuit, and 2 is selectively switched between the high-voltage power supply line voltage Vdd2 and the high-voltage power supply line voltage Vdd. The switch SW2 responds to the operation mode switching signal by supplying the substrate voltage Vbp1 of the PMOSFET 1 in the first operation mode and the substrate voltage of the PMOSFET 1 in the second operation mode, respectively, supplied from the power supply circuit. Vbp2 is selectively switched to set the substrate voltage of PMOSFET1. Further, in response to the operation mode switching signal, the switch SW3 switches the first switch supplied from the power supply circuit to the first switch.
Substrate voltage Vbn of NMOSFET in the operation mode of
1 and the substrate voltage Vbn2 of the NMOSFET in the second operation mode are selectively switched to set the substrate voltage Vbn of the NMOSFET. Furthermore, the switch SW
Reference numeral 4 denotes a low-voltage power supply line voltage Vss1 in the first operation mode and a low-voltage power supply line in the second operation mode, which are supplied from the power supply circuit in response to the operation mode switching signal. The voltage Vss2 is selectively switched to set the low-voltage side power supply line voltage Vss.

【0021】第1の実施形態において、例えば、図1か
ら明らかなように、第1の動作モードにおいて、CMO
Sインバータ回路が高速に動作(高速モード)するよう
に、Vdd1=3V、Vss1=0V、Vbp1=3.
5V、Vbn1=−0.5Vとした。このとき、PMO
SFET1の基板・ソース間電圧Vbsp1=Vbp1
−Vdd1=0.5Vであり、NMOSFET2の基板
・ソース間電圧Vbsn1=Vbn1−Vss1=−
0.5Vである。このときのPMOSFET1及びNM
OSFET2のしきい値電圧Vthp1,Vthn1
は、製造プロセスを制御することにより、Vthp1=
Vthn1=0.4Vになるように設定した。
In the first embodiment, for example, as is apparent from FIG.
In order for the S inverter circuit to operate at high speed (high-speed mode), Vdd1 = 3V, Vss1 = 0V, Vbp1 = 3.
5V, Vbn1 = -0.5V. At this time, PMO
Substrate-source voltage Vbsp1 of SFET1 = Vbp1
−Vdd1 = 0.5 V, and the substrate-source voltage Vbsn1 of NMOSFET2 = Vbn1−Vss1 = −
0.5V. PMOSFET 1 and NM at this time
OSFET2 threshold voltages Vthp1, Vthn1
By controlling the manufacturing process, Vthp1 =
Vthn1 was set to be 0.4V.

【0022】また、第2の動作モードにおいて、スタン
バイリーク電流が小さく(待機モード)なるように、例
えば、Vdd2=2V、Vss2=1V、Vbp2=
4.5V、Vbn2=−1.5Vとした。このとき、P
MOSFET1の基板・ソース間電圧Vbsp2=Vb
p2−Vdd2=2.5Vであり、NMOSFET2の
基板・ソース間電圧Vbsn2=Vbn2−Vss2=
−2.5Vである。このときのこのときのPMOSFE
T1及びNMOSFET2のしきい値電圧Vthp2,
Vthn2は、製造プロセスを制御することにより、V
thp2=Vthn2=0.7Vになるように設定し
た。
In the second operation mode, for example, Vdd2 = 2V, Vss2 = 1V, and Vbp2 = so that the standby leak current becomes small (standby mode).
4.5 V and Vbn2 = -1.5 V. At this time, P
MOSFET-substrate-source voltage Vbsp2 = Vb
p2-Vdd2 = 2.5V, and the substrate-source voltage Vbsn2 of NMOSFET2 = Vbn2-Vss2 =
−2.5V. PMOSFE at this time
T1 and threshold voltage Vthp2 of NMOSFET2
Vthn2 is controlled by controlling the manufacturing process.
It was set so that thp2 = Vthn2 = 0.7V.

【0023】本実施形態では、2Vの基板・ソース間電
圧変化量ΔVbsで0.3Vだけしきい値電圧を変化さ
せている。2Vの基板・ソース間電圧変化量ΔVbsを
得るためには、基板電圧のみを変化させた場合は、基板
電圧変化量ΔVbp,ΔVbnはそれぞれ2V必要であ
ったが、本実施形態では、高電圧側電源線電圧Vddと
低電圧側電源線電圧Vssも変化させているので、基板
電圧変化量ΔVbp,ΔVbnはそれぞれ1Vでよい。
従って、PMOSFET1及びNMOSFET2のゲー
ト酸化膜耐圧やウェル耐圧は小さくてもよいことにな
る。この場合、PMOSFET1及びNMOSFET2
のゲート酸化膜耐圧は3.5Vとなり、ウェル間耐圧は
6Vとなる。
In the present embodiment, the threshold voltage is changed by 0.3 V at a voltage change ΔVbs between the substrate and the source of 2 V. In order to obtain the substrate-source voltage change amount ΔVbs of 2V, when only the substrate voltage is changed, the substrate voltage change amounts ΔVbp and ΔVbn each require 2V. Since the power supply line voltage Vdd and the low-voltage side power supply line voltage Vss are also changed, the substrate voltage change amounts ΔVbp and ΔVbn may be 1 V, respectively.
Therefore, the gate oxide film breakdown voltage and the well breakdown voltage of the PMOSFET 1 and the NMOSFET 2 may be small. In this case, PMOSFET1 and NMOSFET2
Has a withstand voltage of 3.5 V and a withstand voltage between wells of 6 V.

【0024】以上の第1の実施形態において、PMOS
FET1及びNMOSFET2に印加される各電圧は、
CMOSインバータ回路のチップ内部に形成された電源
回路から供給されるが、本発明はこれに限らず、チップ
外部から供給してもよいし、例えば、図4に示す、チッ
プ内部に形成された降圧回路や昇圧回路を用いて供給し
てもよい。
In the above first embodiment, the PMOS
Each voltage applied to FET1 and NMOSFET2 is
The power is supplied from the power supply circuit formed inside the chip of the CMOS inverter circuit. However, the present invention is not limited to this. The power may be supplied from the outside of the chip. For example, a step-down circuit formed inside the chip shown in FIG. The power may be supplied using a circuit or a booster circuit.

【0025】第1の実施形態においては、Vdd1>V
dd2>Vss1<Vss2、Vbp1<Vbp2、V
bn1>Vbn2の関係になるように設定することで実
現している。すなわち、従来技術では、高電圧側電源線
電圧Vddと低電圧側電源線電圧Vssが固定された電
圧であるか、もしくはPMOSFET1の基板電圧Vb
pとNMOSFET2の基板電圧Vbnが固定された電
圧であったのに対して、本実施形態においては、高電圧
側電源線電圧Vddと、低電圧側電源線電圧Vssと、
PMOSFET1の基板電圧Vbpと、NMOSFET
2の基板電圧Vbnがすべて可変である。ここで、第1
の動作モードから第2の動作モードへ移り変わる際に、
高電圧側電源線電圧Vddはより高い電圧Vdd1から
より低い電圧Vdd2に(Vdd1>Vdd2)変化
し、低電圧側電源線電圧Vssはより低い電圧Vss1
からより高い電圧Vss2に(Vss1<Vss2)変
化し、PMOSFET1の基板電圧Vbpはより低い電
圧Vbp1からより高い電圧Vbp2に(Vbp1<V
bp2)変化し、NMOSFET2の基板電圧Vbnは
より高い電圧Vbn1からより低い電圧Vbn2に(V
bn1>Vbn2)変化する。従って、PMOSFET
1の基板電圧Vbpと高電圧側電源線電圧Vddの相対
的な関係により決定されるPMOSFET1の基板・ソ
ース間電圧Vbspの変化量と、NMOSFET2の基
板電圧Vbnと低電圧側電源線電圧Vssの相対的な関
係により決定されるNMOSFET2の基板・ソース間
電圧Vbsnの変化量は、従来例と同じだけの電圧変化
をさせた場合よりも大きくなり、すなわち、小さな電圧
で所望のしきい値電圧の変化量を得ることができる。
In the first embodiment, Vdd1> V
dd2> Vss1 <Vss2, Vbp1 <Vbp2, V
This is realized by setting the relationship of bn1> Vbn2. That is, in the prior art, the high-voltage-side power line voltage Vdd and the low-voltage-side power line voltage Vss are fixed voltages, or the substrate voltage Vb
While p and the substrate voltage Vbn of the NMOSFET 2 are fixed voltages, in the present embodiment, the high-voltage power line voltage Vdd, the low-voltage power line voltage Vss,
Substrate voltage Vbp of PMOSFET 1 and NMOSFET
2 are all variable. Here, the first
When changing from the operation mode to the second operation mode,
The high voltage side power line voltage Vdd changes from the higher voltage Vdd1 to the lower voltage Vdd2 (Vdd1> Vdd2), and the low voltage side power line voltage Vss changes to the lower voltage Vss1.
To the higher voltage Vss2 (Vss1 <Vss2), and the substrate voltage Vbp of the PMOSFET 1 changes from the lower voltage Vbp1 to the higher voltage Vbp2 (Vbp1 <Vs2).
bp2), and the substrate voltage Vbn of the NMOSFET 2 changes from the higher voltage Vbn1 to the lower voltage Vbn2 (V
bn1> Vbn2). Therefore, PMOSFET
1 and the amount of change in the substrate-source voltage Vbsp of the PMOSFET 1 determined by the relative relationship between the substrate voltage Vbp and the high voltage side power supply line voltage Vdd, and the relative amount of the substrate voltage Vbn and the low voltage side power supply voltage Vss of the NMOSFET 2 Of the voltage Vbsn between the substrate and the source of the NMOSFET 2 determined by the dynamic relation becomes larger than the case where the same voltage change as in the conventional example is performed, that is, the change of the desired threshold voltage with a small voltage. You can get the quantity.

【0026】<第2の実施形態>図2は、本発明に係る
第2の実施形態であるCMOSインバータ回路とその電
源回路とを示す回路図である。図2において、図1と同
様のものについては同一の符号を付している。スイッチ
SW11,SW12,SW13,SW14はそれぞれ、
図1のスイッチSW1,SW2,SW3,SW4と同様
に構成され、ここで、スイッチSW11及びスイッチS
W12の各a接点はともに接続されて3Vの電源に接続
され、スイッチSW13及びスイッチSW14の各a接
点はともに接続されて0V(接地電位)の電源に接続さ
れる。
<Second Embodiment> FIG. 2 is a circuit diagram showing a CMOS inverter circuit and a power supply circuit thereof according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Switches SW11, SW12, SW13, and SW14 are respectively
It has the same configuration as the switches SW1, SW2, SW3, and SW4 in FIG.
The respective a contacts of W12 are connected together and connected to a power supply of 3V, and the respective a contacts of the switches SW13 and SW14 are connected together and connected to a power supply of 0V (ground potential).

【0027】第2の実施形態においては、CMOSイン
バータ回路の第1の動作モードにおいて、当該回路が高
速に動作(高速モード)するように、Vdd1=3V、
Vss1=0V、Vbp1=3V、Vbn1=0Vと設
定した。このとき、PMOSFET1の基板・ソース間
電圧Vbsp1と、NMOSFET2の基板・ソース間
電圧Vbsn1とはともに0Vで、基板・ソース間電圧
は発生しない。このときのPMOSFET1及びNMO
SFET2のしきい値電圧Vthp1,Vthn1は、
Vthp1=Vthn1=0.3Vになるように設定し
た。一方、第2の動作モードにおいて、消費電力が小さ
く(低速・低電力モード)なるように、Vdd2=2
V、Vss2=1V、Vbp2=4V、Vbn2=−1
Vとした。このとき、PMOSFET1の基板・ソース
間電圧Vbsp2=Vbp2−Vdd2=2Vであり、
NMOSFET1の基板・ソース間電圧Vbsn2=V
bn2−Vss2=−2Vである。このときのPMOS
FET1及びNMOSFET2のしきい値電圧Vthp
2,Vthn2は、製造プロセスを制御することによ
り、Vthp2=Vthn2=0.6Vになるように設
定した。この場合、PMOSFET1及びNMOSFE
T2のゲート酸化膜耐圧は3Vとなり、ウェル間耐圧は
5Vとなる。第2の実施形態においては、第1の動作モ
ードにおいてVdd1=Vbp1=3V、Vss1=V
bn1=0Vと設定しているので、第1の実施形態に比
較して、供給する電圧が少なくてよい。各電圧の切り換
えは、第1の実施形態と同様に動作モード切換信号発生
器10によって発生された動作モード切換信号に基づい
て行われる。
In the second embodiment, in the first operation mode of the CMOS inverter circuit, Vdd1 = 3V, so that the circuit operates at high speed (high-speed mode).
Vss1 = 0 V, Vbp1 = 3 V, and Vbn1 = 0 V. At this time, both the substrate-source voltage Vbsp1 of the PMOSFET 1 and the substrate-source voltage Vbsn1 of the NMOSFET 2 are 0 V, and no substrate-source voltage is generated. At this time, the PMOSFET 1 and the NMO
The threshold voltages Vthp1 and Vthn1 of SFET2 are
It was set so that Vthp1 = Vthn1 = 0.3V. On the other hand, in the second operation mode, Vdd2 = 2 so that the power consumption becomes small (low-speed / low-power mode).
V, Vss2 = 1V, Vbp2 = 4V, Vbn2 = −1
V. At this time, the substrate-source voltage Vbsp2 of PMOSFET1 = Vbp2-Vdd2 = 2V,
NMOSFET1 substrate-source voltage Vbsn2 = V
bn2−Vss2 = −2V. PMOS at this time
Threshold voltage Vthp of FET1 and NMOSFET2
2, Vthn2 was set so that Vthp2 = Vthn2 = 0.6 V by controlling the manufacturing process. In this case, PMOSFET1 and NMOSFE
The withstand voltage of the gate oxide film of T2 is 3V, and the withstand voltage between wells is 5V. In the second embodiment, in the first operation mode, Vdd1 = Vbp1 = 3V, Vss1 = V
Since bn1 is set to 0 V, the supplied voltage may be smaller than that in the first embodiment. The switching of each voltage is performed based on the operation mode switching signal generated by the operation mode switching signal generator 10 as in the first embodiment.

【0028】第2の実施形態においては、当該回路の第
1の動作モードにおいては、Vdd1=Vbp1、Vs
s1=Vbn1と設定しているので、基板・ソース間電
圧は発生せず、比較的低いしきい値電圧を有するPMO
SFET1及びNMOSFET2を用いることにより、
従来技術のCMOSインバータ回路と同様に製造プロセ
スの設定をすることが可能であり、製造コストを軽減で
きる。一方、当該回路の第2の動作モードにおいては、
Vdd2<Vbp2及びVss2>Vbn2として設定
し、逆方向の基板・ソース間電圧を印加することによ
り、PMOSFET1及びNMOSFET2を比較的高
いしきい値電圧にしているので、リーク電流を小さくす
ることが可能である。この場合も、高電圧側電源線電圧
Vddと基板電圧Vbp、低電圧側電源線電圧Vssと
基板電圧Vbnはそれぞれ逆方向に変化し、電源線もし
くは基板電圧の電圧変化のどちらか一方に注目した場
合、従来技術と同じだけの電圧変化で、より大きな基板
・ソース間電圧Vbsp又はVbsnの変化量を得るこ
とができ、逆に言えば、小さな電圧で所望のしきい値電
圧の変化量を得ることができる。
In the second embodiment, in the first operation mode of the circuit, Vdd1 = Vbp1, Vs1
Since s1 = Vbn1, a voltage between the substrate and the source is not generated, and a PMO having a relatively low threshold voltage is generated.
By using SFET1 and NMOSFET2,
The manufacturing process can be set similarly to the conventional CMOS inverter circuit, and the manufacturing cost can be reduced. On the other hand, in the second operation mode of the circuit,
By setting Vdd2 <Vbp2 and Vss2> Vbn2 and applying a reverse substrate-source voltage, the PMOSFET 1 and the NMOSFET 2 have relatively high threshold voltages, so that the leakage current can be reduced. is there. Also in this case, the high-voltage-side power line voltage Vdd and the substrate voltage Vbp change, and the low-voltage-side power line voltage Vss and the substrate voltage Vbn change in opposite directions, and attention is paid to either the voltage change of the power line or the substrate voltage. In this case, a larger change in the substrate-source voltage Vbsp or Vbsn can be obtained with the same voltage change as that of the conventional technique, and conversely, a desired change in the threshold voltage can be obtained with a small voltage. be able to.

【0029】以上の第2の実施形態において、PMOS
FET1及びNMOSFET2に印加される各電圧は、
CMOSインバータ回路のチップ内部に形成された電源
回路から供給されるが、本発明はこれに限らず、チップ
外部から供給してもよいし、例えば、図4に示すよう
に、チップ内部に形成された降圧回路や昇圧回路から供
給してもよい。
In the second embodiment described above, the PMOS
Each voltage applied to FET1 and NMOSFET2 is
The power is supplied from a power supply circuit formed inside the chip of the CMOS inverter circuit. However, the present invention is not limited to this. The power may be supplied from outside the chip. For example, as shown in FIG. The voltage may be supplied from a step-down circuit or a step-up circuit.

【0030】図4の変形例において、電源回路からの3
Vの電圧は、スイッチSW11及びSW12の各a接点
に印加されるとともに、降圧回路11により2Vに降圧
されてスイッチSW11のb接点に印加される一方、昇
圧回路12により4Vに昇圧されてスイッチSW12の
b接点に印加される。また、電源回路からの0V(接点
電位)の電圧は、スイッチSW13及びSW14の各a
接点に印加されるとともに、降圧回路13により−1V
に降圧されてスイッチSW13のb接点に印加される一
方、昇圧回路14により1Vに昇圧されてスイッチSW
14のb接点に印加される。
In the modified example of FIG.
The voltage of V is applied to the respective a contacts of the switches SW11 and SW12, is reduced to 2V by the step-down circuit 11, and is applied to the contact b of the switch SW11. Is applied to the contact b. The voltage of 0 V (contact potential) from the power supply circuit is applied to each of the switches SW13 and SW14.
The voltage is applied to the contact and -1 V
And applied to the contact b of the switch SW13, while being boosted to 1V by the booster circuit 14 and
14 is applied to the contact b.

【0031】<第3の実施形態>図3は、本発明に係る
第3の実施形態であるCMOSインバータ回路とその電
源回路とを示す回路図である。図3において、図1及び
図2と同様のものについては同一の符号を付している。
本実施形態においては、スイッチSW21,SW22,
SW23,SW24はそれぞれ、図1のスイッチSW
1,SW2,SW3,SW4及び図2のスイッチSW1
1,SW12,SW13,SW14と同様に構成され、
ここで、電源回路からの3Vの電圧は、スイッチSW2
1のa接点及びスイッチSW22のb接点に印加され、
電源回路からの2.5Vの電圧は、スイッチSW21の
b接点及びスイッチSW22のa接点に印加され、電源
回路からの0.5Vの電圧は、スイッチSW23のa接
点及びスイッチSW24のb接点に印加され、電源回路
からの0V(接地電位)の電圧は、スイッチSW23の
b接点及びスイッチSW24のa接点に印加される。
<Third Embodiment> FIG. 3 is a circuit diagram showing a CMOS inverter circuit and a power supply circuit thereof according to a third embodiment of the present invention. 3, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
In the present embodiment, the switches SW21, SW22,
SW23 and SW24 are switches SW of FIG.
1, SW2, SW3, SW4 and the switch SW1 of FIG.
1, SW12, SW13, and SW14,
Here, the voltage of 3 V from the power supply circuit is connected to the switch SW2
1 and the contact b of the switch SW22.
The voltage of 2.5 V from the power supply circuit is applied to the contact b of the switch SW21 and the contact a of the switch SW22, and the voltage of 0.5 V from the power supply circuit is applied to the contact a of the switch SW23 and the contact b of the switch SW24. The voltage of 0 V (ground potential) from the power supply circuit is applied to the contact b of the switch SW23 and the contact a of the switch SW24.

【0032】第3の実施形態においては、CMOSイン
バータ回路の第1の動作モードにおいて、当該回路が高
速に動作(高速モード)するように、Vdd1=3V、
Vss1=0V、Vbp1=2.5V、Vbn1=0.
5Vとした。基板・ソース間電圧Vbsp1,Vbsn
1は、Vbsp1=−0.5V、Vbsn1=0.5V
で順方向バイアスになる。このときのPMOSFET1
及びNMOSFET2のしきい値電圧Vthp1,Vt
hn1は、Vthp1=Vthn1=0.1Vになるよ
うに設定した。一方、当該回路の第2の動作モードにお
いて、消費電力が小さく(低速・低電力モード)なるよ
うに、Vdd2=2.5V、Vss2=0.5V、Vb
p2=3V、Vbn2=0Vとした。基板・ソース間電
圧Vbsp2,Vbsn2は、Vbsp2=0.5V、
Vbsn2=−0.5Vで逆方向バイアスになる。この
ときのPMOSFET1及びNMOSFET2のしきい
値電圧Vthp2,Vthn2は、Vthp2=Vth
n2=0.4Vになるようにした。この場合、PMOS
FET1及びNMOSFET2のゲート酸化膜耐圧は
2.5Vとなり、ウェル間耐圧は3Vでよい。
In the third embodiment, in the first operation mode of the CMOS inverter circuit, Vdd1 = 3V, so that the circuit operates at high speed (high-speed mode).
Vss1 = 0V, Vbp1 = 2.5V, Vbn1 = 0.
5V. Substrate-source voltage Vbsp1, Vbsn
1 is Vbsp1 = −0.5V, Vbsn1 = 0.5V
Becomes a forward bias. PMOSFET 1 at this time
And the threshold voltage Vthp1, Vt of NMOSFET2
hn1 was set so that Vthp1 = Vthn1 = 0.1V. On the other hand, in the second operation mode of the circuit, Vdd2 = 2.5 V, Vss2 = 0.5 V, Vb2 so that the power consumption becomes small (low-speed / low-power mode).
p2 = 3V and Vbn2 = 0V. The substrate-source voltages Vbsp2 and Vbsn2 are Vbsp2 = 0.5V,
Reverse bias occurs when Vbsn2 = -0.5V. At this time, the threshold voltages Vthp2 and Vthn2 of the PMOSFET1 and the NMOSFET2 are Vthp2 = Vth
n2 was set to 0.4 V. In this case, the PMOS
The gate oxide film breakdown voltage of the FET1 and the NMOSFET 2 may be 2.5V, and the breakdown voltage between wells may be 3V.

【0033】第3の実施形態においては、基板・ソース
間電圧の変化量ΔVbsp,ΔVbsnが1V(第2の
実施形態では2V)と小さいにもかかわらず、しきい値
電圧変化量は、第2の実施形態と同様にΔVth=0.
3Vが得られた。第3の実施形態では、Vdd1=Vb
p2=3V、Vss1=Vbn2=0V、Vdd2=V
bp1=2.5V、Vss2=Vbn1=0.5Vと設
定しているので、第2の実施形態に比較して供給する電
圧が少なくてよい。
In the third embodiment, although the amounts of change .DELTA.Vbsp and .DELTA.Vbsn of the voltage between the substrate and the source are as small as 1 V (2 V in the second embodiment), the amount of change in the threshold voltage is the second. As in the embodiment, ΔVth = 0.
3V was obtained. In the third embodiment, Vdd1 = Vb
p2 = 3V, Vss1 = Vbn2 = 0V, Vdd2 = V
Since bp1 = 2.5V and Vss2 = Vbn1 = 0.5V, the supplied voltage may be smaller than in the second embodiment.

【0034】第3の実施形態においては、より小さな電
圧で所望のしきい値電圧の変化量を得たいために、当該
回路の第1の動作モードにおいて、Vdd1>Vbp
1、Vbn1>Vss1と設定することにより、順方向
の基板・ソース間電圧を用いることで実現可能である。
順方向の基板・ソース間電圧Vbsをも用いた場合は、
所望のしきい値電圧変化量を得るためのΔVbsは、逆
方向の基板・ソース間電圧Vbsのみを用いた場合より
は小さくてよいからである。一方、当該回路の第2の動
作モードにおいては、好ましくは、Vbp2>Vdd
2、及びVss2>Vbn2となるように設定される。
In the third embodiment, in order to obtain a desired amount of change in threshold voltage with a smaller voltage, in the first operation mode of the circuit, Vdd1> Vbp
1. By setting Vbn1> Vss1, it can be realized by using a forward substrate-source voltage.
When the forward substrate-source voltage Vbs is also used,
This is because ΔVbs for obtaining a desired threshold voltage change amount may be smaller than the case where only the reverse substrate-source voltage Vbs is used. On the other hand, in the second operation mode of the circuit, preferably, Vbp2> Vdd
2 and Vss2> Vbn2.

【0035】さらに、Vdd1=Vbp2、Vdd2=
Vbp1、Vss2=Vbn1、及びVss1=Vbn
2と設定することにより、当該CMOSインバータ回路
を備えた半導体集積回路装置の回路構成はきわめて簡単
になる。
Further, Vdd1 = Vbp2, Vdd2 =
Vbp1, Vss2 = Vbn1, and Vss1 = Vbn
By setting to 2, the circuit configuration of the semiconductor integrated circuit device provided with the CMOS inverter circuit becomes extremely simple.

【0036】以上の第3の実施形態において、PMOS
FET1及びNMOSFET2に印加される各電圧は、
CMOSインバータ回路のチップ内部に形成された電源
回路から供給されるが、本発明はこれに限らず、チップ
外部から供給してもよいし、例えば、図4に示す、チッ
プ内部に形成された降圧回路や昇圧回路を用いて供給し
てもよい。
In the above third embodiment, the PMOS
Each voltage applied to FET1 and NMOSFET2 is
The power is supplied from the power supply circuit formed inside the chip of the CMOS inverter circuit. However, the present invention is not limited to this. The power may be supplied from the outside of the chip. For example, a step-down circuit formed inside the chip shown in FIG. The power may be supplied using a circuit or a booster circuit.

【0037】以上の第1乃至第3の実施形態において、
PMOSFET1及びNMOSFET2の各基板電圧V
bp,Vbnを変化させてPMOSFET1及びNMO
SFET2のしきい値電圧を変化させているが、本発明
はこれに限らず、PMOSFET1及びNMOSFET
2のウェル電圧を変化させてPMOSFET1及びNM
OSFET2のしきい値電圧を変化させてもよい。
In the first to third embodiments described above,
Each substrate voltage V of PMOSFET1 and NMOSFET2
bp and Vbn to change the PMOSFET 1 and NMO
Although the threshold voltage of the SFET 2 is changed, the present invention is not limited to this, and the PMOSFET 1 and the NMOSFET
2 and the PMOSFET 1 and the NM
The threshold voltage of the OSFET 2 may be changed.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る請求項
1記載の半導体集積回路装置によれば、電圧Vddを有
する高電圧側電源線と、電圧Vssを有する低電圧側電
源線との間に接続された、PMOSFETとNMOSF
ETを備えたCMOS回路を含む半導体集積回路装置に
おいて、上記半導体集積回路装置の動作モード信号に応
じて、それぞれ電源回路から供給された、第1の動作モ
ードのときの高電圧側電源線電圧Vdd1と、第2の動
作モードのときの高電圧側電源線電圧Vdd2とを選択
的に切り換えて高電圧側電源線電圧Vddを設定する第
1の切換手段と、上記動作モード信号に応じて、それぞ
れ電源回路から供給された、第1の動作モードのときの
PMOSFETの基板電圧又はウェル電圧Vbp1と、
第2の動作モードのときのPMOSFETの基板電圧又
はウェル電圧Vbp2とを選択的に切り換えてPMOS
FETの基板電圧又はウェル電圧Vbpを設定する第2
の切換手段と、上記動作モード信号に応じて、それぞれ
電源回路から供給された、第1の動作モードのときのN
MOSFETの基板電圧又はウェル電圧Vbn1と、第
2の動作モードのときのNMOSFETの基板電圧又は
ウェル電圧Vbn2とを選択的に切り換えてNMOSF
ETの基板電圧又はウェル電圧Vbnを設定する第3の
切換手段と、上記動作モード信号に応じて、それぞれ電
源回路から供給された、第1の動作モードのときの低電
圧側電源線電圧Vss1と、第2の動作モードのときの
低電圧側電源線電圧Vss2とを選択的に切り換えて低
電圧側電源線電圧Vssを設定する第4の切換手段と、
上記動作モード信号を発生して上記第1と第2と第3と
第4の切換手段の切り換え動作を制御する制御手段を備
える。従って、CMOS回路の電源線の電圧と、MOS
FETの基板電圧が、それぞれ独立に設定可能でありか
つ回路の動作モードに対応して可変設定可能であり、電
源線と基板電圧の両方を変化させるため、従来例に比較
して小さな電圧で所望のしきい値電圧の変化量を得るこ
とができ、比較的低い電圧における高速動作と低スタン
バイリーク電流を両立できる。
As described above in detail, according to the semiconductor integrated circuit device of the first aspect of the present invention, the high voltage side power supply line having the voltage Vdd and the low voltage side power supply line having the voltage Vss are provided. PMOSFET and NMOSF connected between
In a semiconductor integrated circuit device including a CMOS circuit provided with an ET, a high-voltage side power supply line voltage Vdd1 in a first operation mode is supplied from a power supply circuit in accordance with an operation mode signal of the semiconductor integrated circuit device. And first switching means for selectively switching between the high-voltage-side power supply line voltage Vdd2 in the second operation mode to set the high-voltage-side power supply line voltage Vdd; and A substrate voltage or a well voltage Vbp1 of the PMOSFET in the first operation mode supplied from the power supply circuit;
By selectively switching the substrate voltage of the PMOSFET or the well voltage Vbp2 in the second operation mode, the PMOS
Second setting of the FET substrate voltage or well voltage Vbp
And N in the first operation mode supplied from the power supply circuit in accordance with the operation mode signal.
By selectively switching between the substrate voltage or well voltage Vbn1 of the MOSFET and the substrate voltage or well voltage Vbn2 of the NMOSFET in the second operation mode, the NMOS transistor
A third switching means for setting the substrate voltage or the well voltage Vbn of the ET, and a low-voltage-side power supply line voltage Vss1 in the first operation mode, respectively, supplied from the power supply circuit in accordance with the operation mode signal. Fourth switching means for selectively switching between the low-voltage-side power supply line voltage Vss2 in the second operation mode and setting the low-voltage-side power supply line voltage Vss;
And control means for generating the operation mode signal and controlling the switching operation of the first, second, third and fourth switching means. Therefore, the voltage of the power supply line of the CMOS circuit and the MOS
The substrate voltage of the FET can be set independently of each other and can be variably set in accordance with the operation mode of the circuit. Since both the power supply line and the substrate voltage are changed, a smaller voltage is required as compared with the conventional example. , The amount of change in the threshold voltage can be obtained, and high-speed operation at a relatively low voltage and low standby leak current can be achieved at the same time.

【0039】また、請求項2記載の半導体集積回路装置
においては、請求項1記載の半導体集積回路装置におい
て、Vdd1>Vdd2>Vss2>Vss1、Vbp
2>Vbp1、及びVbn1>Vbn2となるように設
定される。従って、従来例に比較して小さな電圧で所望
のしきい値電圧の変化量を得ることができ、比較的低い
電圧における高速動作と低スタンバイリーク電流を両立
できる。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor integrated circuit device of the first aspect, Vdd1>Vdd2>Vss2> Vss1, Vbp
2> Vbp1 and Vbn1> Vbn2. Therefore, a desired amount of change in threshold voltage can be obtained with a smaller voltage than in the conventional example, and both high-speed operation at a relatively low voltage and low standby leak current can be achieved.

【0040】さらに、請求項3記載の半導体集積回路装
置においては、請求項1記載の半導体集積回路装置にお
いて、Vdd1=Vbp1、Vss1=Vbn1、Vd
d2<Vbp2、及びVss2>Vbn2となるように
設定される。従って、回路の第1の動作モードにおい
て、Vdd1=Vbp1、Vss1=Vbn1と設定し
ているので、基板・ソース間電圧は発生せず、通常のC
MOS回路と同様の製造プロセスの設定が可能であり、
製造コストを軽減できる。
Further, in the semiconductor integrated circuit device according to the third aspect, in the semiconductor integrated circuit device according to the first aspect, Vdd1 = Vbp1, Vss1 = Vbn1, Vd1
d2 <Vbp2 and Vss2> Vbn2. Therefore, in the first operation mode of the circuit, since Vdd1 = Vbp1 and Vss1 = Vbn1, the voltage between the substrate and the source is not generated, and the normal C
It is possible to set the same manufacturing process as the MOS circuit,
Manufacturing costs can be reduced.

【0041】また、請求項4記載の半導体集積回路装置
においては、請求項1記載の半導体集積回路装置におい
て、Vdd1>Vbp1、Vbn1>Vss1、Vbp
2>Vdd2、及びVss2>Vbn2となるように設
定される。従って、回路の第1の動作モードにおいて、
Vdd1>Vbp1、Vbn1>Vss1と設定し、順
方向の基板・ソース間電圧を用いているので、さらに小
さな電圧で所望のしきい値電圧の変化量を得ることがで
きる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor integrated circuit device according to the first aspect, wherein Vdd1> Vbp1, Vbn1> Vss1, Vbp.
2> Vdd2 and Vss2> Vbn2. Therefore, in the first operation mode of the circuit,
Since Vdd1> Vbp1 and Vbn1> Vss1 are set and a forward substrate-source voltage is used, a desired threshold voltage change can be obtained with a smaller voltage.

【0042】さらに、請求項5記載の半導体集積回路装
置においては、請求項4記載の半導体集積回路装置にお
いて、Vdd1=Vbp2、Vdd2=Vbp1、Vs
s2=Vbn1、及びVss1=Vbn2となるように
設定される。従って、当該回路の構成をより簡単化する
ことができる。
Further, in the semiconductor integrated circuit device according to the fifth aspect, in the semiconductor integrated circuit device according to the fourth aspect, Vdd1 = Vbp2, Vdd2 = Vbp1, Vs1
It is set so that s2 = Vbn1 and Vss1 = Vbn2. Therefore, the configuration of the circuit can be further simplified.

【0043】またさらに、請求項6記載の半導体集積回
路装置においては、請求項3記載の半導体集積回路装置
において、上記電源回路は、第1の電源から供給された
電圧Vdd1=Vbp1を上記第1と第2の切換手段に
印加する第1の印加手段と、上記第1の電源から供給さ
れた電圧Vdd1=Vbp1を電圧Vdd2に降圧して
上記第1の切換手段に供給する第1の降圧手段と、上記
第1の電源から供給された電圧Vdd1=Vbp1を電
圧Vbp2に昇圧して上記第2の切換手段に供給する第
1の昇圧手段と、第2の電源から供給された電圧Vbn
1=Vss1を上記第3と第4の切換手段に印加する第
2の印加手段と、上記第2の電源から供給された電圧V
bn1=Vss1を電圧Vbn2に降圧して上記第3の
切換手段に供給する第2の降圧手段と、上記第2の電源
から供給された電圧Vbn1=Vss1を電圧Vss2
に昇圧して上記第4の切換手段に供給する第2の昇圧手
段とを備える。従って、当該回路の構成をより簡単化す
ることができる。
Further, in the semiconductor integrated circuit device according to a sixth aspect, in the semiconductor integrated circuit device according to the third aspect, the power supply circuit adjusts the voltage Vdd1 = Vbp1 supplied from the first power supply to the first power supply. And first applying means for applying the voltage to the second switching means, and first voltage reducing means for reducing the voltage Vdd1 = Vbp1 supplied from the first power supply to a voltage Vdd2 and supplying the voltage to the first switching means. A first booster that boosts the voltage Vdd1 = Vbp1 supplied from the first power supply to a voltage Vbp2 and supplies the same to the second switching means; and a voltage Vbn supplied from the second power supply.
1 = Vss1 to the third and fourth switching means, a second applying means, and a voltage V supplied from the second power supply.
bn1 = Vsn1 to a voltage Vbn2, a second step-down means for supplying the voltage to the third switching means, and a voltage Vbn1 = Vss1 supplied from the second power supply to a voltage Vss2.
And a second booster for supplying the boosted voltage to the fourth switch. Therefore, the configuration of the circuit can be further simplified.

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

【図1】 本発明に係る第1の実施形態であるCMOS
インバータ回路とその電源回路とを示す回路図である。
FIG. 1 shows a CMOS according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an inverter circuit and a power supply circuit thereof.

【図2】 本発明に係る第2の実施形態であるCMOS
インバータ回路とその電源回路とを示す回路図である。
FIG. 2 shows a CMOS according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an inverter circuit and a power supply circuit thereof.

【図3】 本発明に係る第3の実施形態であるCMOS
インバータ回路とその電源回路とを示す回路図である。
FIG. 3 is a CMOS according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an inverter circuit and a power supply circuit thereof.

【図4】 図2の第2の実施形態の変形例であるCMO
Sインバータ回路とその電源回路とを示す回路図であ
る。
FIG. 4 is a CMO that is a modification of the second embodiment of FIG. 2;
FIG. 3 is a circuit diagram showing an S inverter circuit and a power supply circuit thereof.

【図5】 従来例のCMOSインバータ回路とその電源
回路とを示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional CMOS inverter circuit and its power supply circuit.

【図6】 図1乃至図4のCMOSインバータ回路で用
いるNMOSFETにおける基板電圧Vbnとしきい値
電圧Vtnとの関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a substrate voltage Vbn and a threshold voltage Vtn in an NMOSFET used in the CMOS inverter circuits of FIGS. 1 to 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…PMOSFET、 2…NMOSFET、 10…動作モード切換信号発生器、 11,13…降圧回路、 12,14…昇圧回路、 SW1,SW2,SW3,SW4.SW11,SW1
2,SW13,SW14,SW21,SW22,SW2
3,SW24…スイッチ、 Vbp…PMOSFET1の基板電圧、 Vbn…NMOSFET2の基板電圧、 Vdd…高電圧側電源線電圧、 Vss…低電圧側電源線電圧。
1 ... PMOSFET, 2 ... NMOSFET, 10 ... operation mode switching signal generator, 11, 13 ... step-down circuit, 12, 14 ... step-up circuit, SW1, SW2, SW3, SW4. SW11, SW1
2, SW13, SW14, SW21, SW22, SW2
3, SW24: switch, Vbp: substrate voltage of PMOSFET1, Vbn: substrate voltage of NMOSFET2, Vdd: high-voltage side power supply line voltage, Vss: low-voltage side power supply line voltage.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H03K 17/687 H03K 19/00 101F 19/0175 19/094 B 19/0948 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H03K 17/687 H03K 19/00 101F 19/0175 19/094 B 19/0948

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電圧Vddを有する高電圧側電源線と、
電圧Vssを有する低電圧側電源線との間に接続され
た、PMOSFETとNMOSFETを備えたCMOS
回路を含む半導体集積回路装置において、 上記半導体集積回路装置の動作モード信号に応じて、そ
れぞれ電源回路から供給された、第1の動作モードのと
きの高電圧側電源線電圧Vdd1と、第2の動作モード
のときの高電圧側電源線電圧Vdd2とを選択的に切り
換えて高電圧側電源線電圧Vddを設定する第1の切換
手段と、 上記動作モード信号に応じて、それぞれ電源回路から供
給された、第1の動作モードのときのPMOSFETの
基板電圧又はウェル電圧Vbp1と、第2の動作モード
のときのPMOSFETの基板電圧又はウェル電圧Vb
p2とを選択的に切り換えてPMOSFETの基板電圧
又はウェル電圧Vbpを設定する第2の切換手段と、 上記動作モード信号に応じて、それぞれ電源回路から供
給された、第1の動作モードのときのNMOSFETの
基板電圧又はウェル電圧Vbn1と、第2の動作モード
のときのNMOSFETの基板電圧又はウェル電圧Vb
n2とを選択的に切り換えてNMOSFETの基板電圧
又はウェル電圧Vbnを設定する第3の切換手段と、 上記動作モード信号に応じて、それぞれ電源回路から供
給された、第1の動作モードのときの低電圧側電源線電
圧Vss1と、第2の動作モードのときの低電圧側電源
線電圧Vss2とを選択的に切り換えて低電圧側電源線
電圧Vssを設定する第4の切換手段と、 上記動作モード信号を発生して上記第1と第2と第3と
第4の切換手段の切り換え動作を制御する制御手段を備
えたことを特徴とする半導体集積回路装置。
A high-voltage side power supply line having a voltage Vdd;
CMOS with PMOSFET and NMOSFET connected between low-voltage side power supply line having voltage Vss
In a semiconductor integrated circuit device including a circuit, a high-voltage-side power supply line voltage Vdd1 in a first operation mode, which is supplied from a power supply circuit in accordance with an operation mode signal of the semiconductor integrated circuit device, First switching means for selectively switching between the high-voltage-side power supply line voltage Vdd2 in the operation mode to set the high-voltage-side power supply line voltage Vdd; The substrate voltage or well voltage Vbp1 of the PMOSFET in the first operation mode and the substrate voltage or well voltage Vb1 of the PMOSFET in the second operation mode
a second switching means for selectively switching between p2 and p2 to set a substrate voltage or a well voltage Vbp of the PMOSFET, and a first switching mode supplied from a power supply circuit in response to the operation mode signal. NMOSFET substrate voltage or well voltage Vbn1 and NMOSFET substrate voltage or well voltage Vb in the second operation mode
a third switching means for selectively switching n2 to set the substrate voltage or the well voltage Vbn of the NMOSFET; and a third switching means for supplying the power supply circuit in response to the operation mode signal. Fourth switching means for selectively switching between the low-voltage power line voltage Vss1 and the low-voltage power line voltage Vss2 in the second operation mode to set the low-voltage power line voltage Vss; A semiconductor integrated circuit device comprising control means for generating a mode signal to control the switching operation of the first, second, third, and fourth switching means.
【請求項2】 Vdd1>Vdd2>Vss2>Vss
1、Vbp2>Vbp1、及びVbn1>Vbn2とな
るように設定されたことを特徴とする請求項1記載の半
導体集積回路装置。
2. Vdd1>Vdd2>Vss2> Vss
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein: Vbp2> Vbp1 and Vbn1> Vbn2 are set.
【請求項3】 Vdd1=Vbp1、Vss1=Vbn
1、Vdd2<Vbp2、及びVss2>Vbn2とな
るように設定されたことを特徴とする請求項1記載の半
導体集積回路装置。
3. Vdd1 = Vbp1, Vss1 = Vbn
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein Vdd2 <Vbp2 and Vss2> Vbn2.
【請求項4】 Vdd1>Vbp1、Vbn1>Vss
1、Vbp2>Vdd2、及びVss2>Vbn2とな
るように設定されたことを特徴とする請求項1記載の半
導体集積回路装置。
4. Vdd1> Vbp1, Vbn1> Vss
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein Vbp2> Vdd2 and Vss2> Vbn2 are set.
【請求項5】 Vdd1=Vbp2、Vdd2=Vbp
1、Vss2=Vbn1、及びVss1=Vbn2とな
るように設定されたことを特徴とする請求項4記載の半
導体集積回路装置。
5. Vdd1 = Vbp2, Vdd2 = Vbp
5. The semiconductor integrated circuit device according to claim 4, wherein Vss2 = Vbn1 and Vss1 = Vbn2.
【請求項6】 上記電源回路は、 第1の電源から供給された電圧Vdd1=Vbp1を上
記第1と第2の切換手段に印加する第1の印加手段と、 上記第1の電源から供給された電圧Vdd1=Vbp1
を電圧Vdd2に降圧して上記第1の切換手段に供給す
る第1の降圧手段と、 上記第1の電源から供給された電圧Vdd1=Vbp1
を電圧Vbp2に昇圧して上記第2の切換手段に供給す
る第1の昇圧手段と、 第2の電源から供給された電圧Vbn1=Vss1を上
記第3と第4の切換手段に印加する第2の印加手段と、 上記第2の電源から供給された電圧Vbn1=Vss1
を電圧Vbn2に降圧して上記第3の切換手段に供給す
る第2の降圧手段と、 上記第2の電源から供給された電圧Vbn1=Vss1
を電圧Vss2に昇圧して上記第4の切換手段に供給す
る第2の昇圧手段とを備えたことを特徴とする請求項3
記載の半導体集積回路装置。
6. The power supply circuit includes: first application means for applying a voltage Vdd1 = Vbp1 supplied from a first power supply to the first and second switching means; and a power supply circuit supplied from the first power supply. Voltage Vdd1 = Vbp1
Step-down means for stepping down the voltage to a voltage Vdd2 and supplying the same to the first switching means; and voltage Vdd1 = Vbp1 supplied from the first power supply.
To a voltage Vbp2 to supply the voltage to the second switching means, and a second voltage applying the voltage Vbn1 = Vss1 supplied from the second power supply to the third and fourth switching means. And a voltage Vbn1 = Vss1 supplied from the second power supply.
To a voltage Vbn2 and supplying the same to the third switching means, and a voltage Vbn1 = Vss1 supplied from the second power supply.
And a second booster for boosting the voltage to a voltage Vss2 and supplying the boosted voltage to the fourth switch.
13. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1.
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