JP2005353274A - Semiconductor circuit - Google Patents

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和民 有本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor circuit configured of MOS-FETs capable of attaining both a high-speed switching characteristic and a small sub threshold current characteristic. <P>SOLUTION: This semiconductor circuit having a logic circuit 1 composed of MOS-FET Q1 and Q2 is provided with voltage supplying means 15 and 13 for supplying voltages V<SB>pp</SB>and V<SB>bb</SB>different from backgate bias voltages V<SB>cc</SB>and V<SB>SS</SB>of the MOS-FET Q1 and Q2 and a switching means 10 for switching the backgate bias voltages of the MOS-FET Q1 and Q2 to the voltages V<SB>cc</SB>and V<SB>SS</SB>and the voltages V<SB>pp</SB>and V<SB>bb</SB>different from the voltages V<SB>cc</SB>and V<SB>SS</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、MOS−FETを使用した半導体回路の改良に関するものである。   The present invention relates to an improvement of a semiconductor circuit using a MOS-FET.

図23は、従来の半導体回路に使用されるコンプリメンタリMOSインバータを示す回路図である。pMOSのFETQ1のソースとバックゲート(基板)とに電源電位Vccを印加し、nMOSのFETQ2のソースとバックゲートとに接地電位Vssを印加しており、FETQ1及びFETQ2の各々のゲートを接続して、その接続点を入力節点INとし、各々のドレインを接続して、その接続点を出力節点OUTとしている。このようなコンプリメンタリMOSインバータの動作を、以下に説明する。入力節点INからHレベル(電源電位Vcc)の論理信号が入力されるとき、FETQ1はオフ、FETQ2はオンとなり、FETQ2を介してLレベル(接地電位Vss=0V)の論理信号が出力節点OUTから出力される。一方、入力節点INからLレベル(接地電位Vss=0V)の論理信号が入力されるとき、FETQ1はオン、FETQ2はオフとなり、FETQ1を介してHレベル(電源電位Vcc)の論理信号が出力節点OUTから出力される。 FIG. 23 is a circuit diagram showing a complementary MOS inverter used in a conventional semiconductor circuit. A power supply potential Vcc is applied to the source and back gate (substrate) of the pMOS FET Q1, and a ground potential V ss is applied to the source and back gate of the nMOS FET Q2. The gates of the FET Q1 and FET Q2 are connected to each other. The connection point is set as an input node IN, the drains are connected, and the connection point is set as an output node OUT. The operation of such a complementary MOS inverter will be described below. When an H level (power supply potential V cc ) logic signal is input from the input node IN, the FET Q1 is turned off and the FET Q2 is turned on, and an L level (ground potential V ss = 0V) logic signal is output through the FET Q2. Output from OUT. On the other hand, when an L level (ground potential V ss = 0V) logic signal is input from the input node IN, the FET Q1 is turned on and the FET Q2 is turned off, and an H level (power supply potential V cc ) logic signal is passed through the FET Q1. Output from the output node OUT.

ところで、半導体回路の微細化が進み、半導体回路内のMOS−FETのサイズがスケールダウンされる都度、MOS−FETは高性能になっている。具体的には、チャネル長を短くし、ゲート酸化膜を薄くし、閾値電位の絶対値を小さくすることで、より高速のスイッチング特性を得ている。ところが、MOS−FETの高速のスイッチング特性を得る為に、閾値を低くしたり、チャネル長を短くしたりする場合、ドレイン空乏層とソース空乏層とが繋がることにより、チャネルが形成されていないときでも、ソース−ドレイン間に電流が流れるパンチスルーが起こり易くなり、閾値電位近傍の閾値に達しないゲート電位のときに流れる弱反転状態でのサブスレッショルド電流が増加する問題が生じる。   By the way, every time the miniaturization of the semiconductor circuit advances and the size of the MOS-FET in the semiconductor circuit is scaled down, the MOS-FET has high performance. Specifically, faster switching characteristics are obtained by shortening the channel length, thinning the gate oxide film, and reducing the absolute value of the threshold potential. However, when the threshold is lowered or the channel length is shortened in order to obtain the high-speed switching characteristics of the MOS-FET, when the drain depletion layer and the source depletion layer are connected, the channel is not formed. However, punch-through in which a current flows between the source and the drain is likely to occur, and there arises a problem that the subthreshold current in the weak inversion state that flows when the gate potential does not reach the threshold value near the threshold potential increases.

図24は、MOS−DRAMに使用される従来のメモリセルの一例の構造を模式的に示した断面構造図である。pウエル52上にnMOSのFET53とキャパシタ50とを設け、FET53のゲート54にワード線WLを、ドレイン56にビット線BLを、ソース55にキャパシタ50の一方の電極を、キャパシタ50の他方の電極にセルプレート51を各々接続している。このような構成のメモリセル57では、ワード線WLからゲート54へHレベル信号が与えられてFET53が導通するときに、キャパシタ50の電荷を、ソース55、ドレイン56、ビット線BLを介して、充電/放電することにより書き込み又はリフレッシュ/読み出しを行うようになっている。ところで、メモリセル57では、キャパシタ50の電荷が絶えずリークしており、このリークには、矢符58に示すFET53のチャネル部を介するサブスレッショルドリークと、矢符59に示すp−n接合部での接合リークとがある。この内、周辺回路とビット線BLとがスタンドバイ状態のときは、接合リークが主となり、周辺回路とビット線BLとがアクティブ状態のときは、サブスレッショルドリークが主となる。   FIG. 24 is a cross-sectional structure diagram schematically showing an example of the structure of a conventional memory cell used in a MOS-DRAM. An nMOS FET 53 and a capacitor 50 are provided on a p-well 52, a word line WL is formed on the gate 54, a bit line BL is formed on the drain 56, one electrode of the capacitor 50 is formed on the source 55, and the other electrode of the capacitor 50 is formed. The cell plate 51 is connected to each. In the memory cell 57 having such a configuration, when an H level signal is applied from the word line WL to the gate 54 and the FET 53 is turned on, the charge of the capacitor 50 is transferred via the source 55, the drain 56, and the bit line BL. Writing or refreshing / reading is performed by charging / discharging. By the way, in the memory cell 57, the electric charge of the capacitor 50 is constantly leaking. This leakage is caused by the subthreshold leakage through the channel portion of the FET 53 indicated by the arrow 58 and the pn junction portion indicated by the arrow 59. There is a junction leak. Among these, when the peripheral circuit and the bit line BL are in the standby state, the junction leak is mainly, and when the peripheral circuit and the bit line BL are in the active state, the subthreshold leak is mainly.

また、MOS−DRAMでは、メモリセル57の上述のリークの損失分を補う為に記憶内容を周期的に更新するリフレッシュ(再書き込み)を行っているが、このリフレッシュには、周辺回路とビット線BLとがスタンドバイ状態のときのポーズリフレッシュと、周辺回路とビット線BLとがアクティブ状態のときのディスターブリフレッシュとがあり、リークが大きい程、リフレッシュの周期を短くして、頻度を上げなければならない。そこで、接合リークを減らす為に、FET53の通常負電位であるバックゲートバイアス電位(pウエル電位)の絶対値を小さくするときは、FET53の閾値電位の絶対値が小さくなり、接合リークは減少するが、逆にサブスレッショルドリークが増加すると言う問題が生じる。   Further, in the MOS-DRAM, refresh (rewrite) for periodically updating the stored contents is performed to compensate for the above-described leakage loss of the memory cell 57. For this refresh, peripheral circuits and bit lines are used. There are pause refresh when the BL is in the standby state and disturb refresh when the peripheral circuit and the bit line BL are in the active state. The larger the leak, the shorter the refresh cycle and the higher the frequency. Don't be. Therefore, when the absolute value of the back gate bias potential (p-well potential), which is a normal negative potential of the FET 53, is reduced in order to reduce the junction leakage, the absolute value of the threshold potential of the FET 53 is reduced and the junction leakage is reduced. However, there arises a problem that the subthreshold leak increases.

“MT(ulti−hreshold)-CMOS:1V高速CMOSディジタル回路技術, 1994年電子情報通信学会春季大会,C-627,5-195”及び“1V High-speed Digital Circuit Technology with 0.5 μm Multi-Threshold(MT) CMOS,(Proc.IEEE ASIC Conf.,1993,pp186-189)”には、高,低2種類の閾値電圧を有するpMOS,nMOSのFETを用いたCMOS回路が記載されている。MT−MOSを使用したCMOS回路は、スタンバイ時に流れるサブスレッショルド電流の低減、及びアクティブ時の動作の高速化を図るものであり、以下のように構成される。即ち論理回路は低閾値電圧(0.3〜0.4V) のFETで構成する。そしてリークパス遮断用である高閾値電圧(0.7V)のFETを介して電源線と副電源線とを接続する。また高閾値電圧(0.7V)のFETを介して接地線と副接地線とを接続する。これら副電源線,副接地線間に論理回路を接続する。 "MT (M ulti- T hreshold) -CMOS: 1V Fast CMOS digital circuit technology, IEICE Spring Conference 1994, C-627,5-195" and "1V-High speed Digital Circuit Technology with 0.5 μm Multi- "Threshold (MT) CMOS, (Proc. IEEE ASIC Conf., 1993, pp 186-189)" describes a CMOS circuit using pMOS and nMOS FETs having two types of threshold voltages, high and low. A CMOS circuit using an MT-MOS is intended to reduce the subthreshold current flowing during standby and to increase the operation speed during active operation, and is configured as follows. That is, the logic circuit is composed of a FET having a low threshold voltage (0.3 to 0.4 V). Then, the power supply line and the sub power supply line are connected through a high threshold voltage (0.7 V) FET for blocking the leak path. Further, the ground line and the sub-ground line are connected through an FET having a high threshold voltage (0.7 V). A logic circuit is connected between the sub power line and the sub ground line.

図25は、論理回路がインバータ列である場合にMT−MOSを使用した従来のCMOS回路を示す回路図である。インバータI5 のpMOSのFETQ51, nMOSのFETQ52のゲートの接続点を入力節点INとしており、pMOSのFETQ51,nMOSのFETQ52のドレインの接続点は、インバータI6 のpMOSのFETQ53及びnMOSのFETQ54のゲートの接続点と接続されている。同様にpMOSのFETQ53及びnMOSのFETQ54のドレインの接続点は、インバータI7 のpMOSのFETQ55及びnMOSのFETQ56のゲートの接続点と接続されており、pMOSのFETQ55及びnMOSのFETQ56のドレインの接続点は、インバータI8 のpMOSのFETQ57及びnMOSのFETQ58のゲートの接続点と接続されている。pMOSのFETQ57及びnMOSのFETQ58のドレインの接続点は出力節点OUTとなしてある。 FIG. 25 is a circuit diagram showing a conventional CMOS circuit using MT-MOS when the logic circuit is an inverter array. The connection point of the gates of the pMOS FET Q51 and the nMOS FET Q52 of the inverter I 5 is the input node IN, and the drain connection point of the pMOS FET Q51 and the nMOS FET Q52 is the gate of the pMOS FET Q53 and the nMOS FET Q54 of the inverter I 6. Is connected to the connection point. Similarly FETQ53 and drain connection point FETQ54 of nMOS of the pMOS is connected to a connection point of the gates of the pMOS of FETQ55 and nMOS of FETQ56 inverter I 7, the drain connection point of the pMOS FETQ55 and nMOS of FETQ56 It is connected to the connection point of the gates of the pMOS of FETQ57 and nMOS of FETQ58 inverter I 8. The connection point between the drains of the pMOS FET Q57 and the nMOS FET Q58 is the output node OUT.

pMOSのFETQ51, Q53, Q55, Q57のソースは副電源線Vcc1 に接続されており、nMOSのFETQ52, Q54, Q56, Q58のソースは副接地線Vss1に接続されている。副電源線Vcc1 は、反転クロック信号バーφがゲートに与えられるpMOSのFETQ59を介して電源線Vcc(電源電位:Vcc)と接続されている。副接地線Vss1 は、クロック信号φがゲートに与えられるnMOSのFETQ60を介して接地線Vss(接地電位:Vss)と接続されている。FETQ59, 60の閾値電圧は、インバータI5 ,I6 ,I7 ,I8 を構成するFETQ51, Q52, Q53, Q54, Q55, Q56, Q57, Q58の閾値電圧より高い。 pMOS of FETQ51, Q53, Q55, the source of Q57 is connected to the secondary power supply line V cc1, the source of nMOS of FETQ52, Q54, Q56, Q58 are connected to the sub-ground line V ss1. The sub power supply line Vcc1 is connected to the power supply line Vcc (power supply potential: Vcc ) via a pMOS FET Q59 to which the inverted clock signal bar φ is applied to the gate. The sub-ground line V ss1 is connected to the ground line V ss (ground potential: V ss ) via an nMOS FET Q60 to which the clock signal φ is applied to the gate. FETQ59, 60 the threshold voltage of, FET Q51 constitute an inverter I 5, I 6, I 7 , I 8, Q52, Q53, Q54, Q55, Q56, Q57, higher than the threshold voltage of Q58.

MT−MOSのFETを使用したインバータ列では、アクティブ時にはFETQ59, 60をオンさせる。これによりpMOSのFETQ51, Q53, Q55, Q57のソースには副電源線Vcc1 を介して電源電位Vccが与えられ、nMOSのFETQ52, Q54, Q56, Q58のソースには副接地線Vss1 を介して接地電位Vssが与えられる。 In an inverter array using MT-MOS FETs, FETs Q59 and 60 are turned on when active. As a result, the power supply potential Vcc is applied to the sources of the pMOS FETs Q51, Q53, Q55, and Q57 via the sub power supply line Vcc1, and the sub-ground line V ss1 is applied to the sources of the nMOS FETs Q52, Q54, Q56, and Q58. The ground potential V ss is applied through the via.

またスタンバイ時にはFETQ59, 60をオフさせる。これにより副電源線Vcc1 には電源電位Vccが与えられなくなり、副接地線Vss1 には接地電位Vssが与えられなくなる。従って電源, 接地間の電流パスが切断され、サブスレッショルド電流も低減される。 Further, the FETs Q59 and 60 are turned off during standby. As a result, the power supply potential V cc is not applied to the sub power supply line V cc1 , and the ground potential V ss is not applied to the sub ground line V ss1 . Therefore, the current path between the power source and the ground is cut, and the subthreshold current is also reduced.

インバータI5 ,I6 ,I7 ,I8 を構成するFETQ51, Q52, Q53, Q54, Q55, Q56, Q57, Q58の閾値電圧が小さいため、アクティブ時における高速動作が可能である。しかしながら、スタンバイ時にインバータ列でサブスレッショルド電流が流れるととにより、副電源線Vcc1 の電位が降下したり、副接地線Vss1 の電位が上昇したりすることがある。そうするとスタンバイ状態からアクティブ状態への移行時に、このような副電源線Vcc1 の電位,副接地線Vss1 の電位のへたりによってスイッチングに大きな遅延が生じたり、最悪の場合は論理が変わる可能性がある。このような現象はアクティブ時の期間が長い場合に顕著である。 Since the threshold voltages of the FETs Q51, Q52, Q53, Q54, Q55, Q56, Q57, and Q58 constituting the inverters I 5 , I 6 , I 7 , and I 8 are small, high speed operation is possible when active. However, when a subthreshold current flows in the inverter train during standby, the potential of the sub power supply line Vcc1 may decrease or the potential of the sub ground line Vss1 may increase. Then, at the time of transition from the standby state to the active state, the potential of the sub power supply line V cc1 and the potential of the sub ground line V ss1 may cause a large switching delay, or the logic may change in the worst case. There is. Such a phenomenon is remarkable when the active period is long.

図26は、従来のワードドライバを示す回路図である。ワードドライバWDは、昇圧電源に接続された電源線Vpp,接地間にpMOSのFETQ61, nMOSのFETQ62が直列に接続されており、pMOSのFETQ61, nMOSのFETQ62のゲートにデコーダ信号Xが入力され、pMOSのFETQ61, nMOSのFETQ62のドレインの接続点にワード線WLが接続されている。このような構成のワードドライバWDが縦方向にn個,横方向にm列並設されている(WD11〜WDmn)。そして選択されたワードドライバWD(例えばワードドライバWD11)にデコーダ信号X11が入力されることにより、ワード線WLがアクティブ状態になる。 FIG. 26 is a circuit diagram showing a conventional word driver. In the word driver WD, a pMOS FET Q61 and an nMOS FET Q62 are connected in series between a power supply line V pp connected to a boost power supply and the ground, and a decoder signal X is input to the gates of the pMOS FET Q61 and the nMOS FET Q62. The word line WL is connected to the connection point of the drains of the pMOS FET Q61 and the nMOS FET Q62. The n word drivers WD having such a configuration are arranged in parallel in the vertical direction and m columns in the horizontal direction (WD 11 to WD mn ). Then, when the decoder signal X 11 is input to the selected word driver WD (for example, the word driver WD 11 ), the word line WL becomes active.

このような構成ではスタンバイ状態にあるワードドライバWDにおいてサブスレッショルド電流が流れ、低消費電力化を実現する上で問題である。そこで特開平5−210976号公報には、ワードドライバWDのpMOSのFETQ61への電源電位供給をスイッチングするスイッチング手段(FET)を備えて、サブスレッショルド電流が流れないようにしたワードドライバが開示されている。   In such a configuration, a subthreshold current flows in the word driver WD in the standby state, which is a problem in realizing low power consumption. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-210976 discloses a word driver provided with switching means (FET) for switching power supply potential supply to the pMOS FET Q61 of the word driver WD so as not to flow a subthreshold current. Yes.

さらに“Subthreshold-Current Reduction Circuits for Multi-Gigabit DRAM's,Symposium on VLSI Circuit Dig. of Tech. Papers,pp.45-46”には、ワードドライバWDのpMOSのFETQ61の電源電位供給を列単位でスイッチングするスイッチング手段(FET)を前記スイッチング手段とワードドライバとの間に備えた階層構成のワードドライバが記載されている。図27はこのワードドライバを示す回路図である。電源線Vppは、pMOSのFETQ70を介して、各ワードドライバ列B1,B2,…Bm に夫々接続されたpMOSのFETQ71, Q72, …Q7mに接続されている。FETQ71, Q72, 〜Q7mのゲートには、対応するワードドライバ列B1,B2,…Bm が、選択されるべきワードドライバWDを含む場合にのみLレベルとなる列選択信号K1,K2,…Km が与えられる。 Furthermore, "Subthreshold-Current Reduction Circuits for Multi-Gigabit DRAM's, Symposium on VLSI Circuit Dig. Of Tech. Papers, pp. 45-46" switches the power supply potential supply of the pMOS FET Q61 of the word driver WD in columns. A hierarchical word driver having switching means (FET) provided between the switching means and the word driver is described. FIG. 27 is a circuit diagram showing this word driver. Power line V pp via FETQ70 of pMOS, each word driver array B1, B2, ... FETQ71 each connected pMOS to Bm, Q72, are connected to ... Q7m. The gates of the FETs Q71, Q72,..., Q7m have column selection signals K1, K2,... Km that become L level only when the corresponding word driver columns B1, B2,. Given.

これによりpMOSのFETQ61のソース電位がやや低下しているスタンバイ状態からアクティブ状態への移行時に、全てのワードドライバWDのpMOSのFETQ61のソース電位を上げる必要がなく、選択されたワードドライバが含まれるワードドライバ列のソース電位を上げればよいので、このときの消費電流を低減することができる。   This makes it unnecessary to increase the source potential of the pMOS FET Q61 of all the word drivers WD at the time of transition from the standby state where the source potential of the pMOS FET Q61 is slightly lowered, to include the selected word driver. Since the source potential of the word driver column only needs to be increased, current consumption at this time can be reduced.

図27に示すワードドライバでは、スタンバイ状態からアクティブ状態への移行時に、pMOSFETQ61のソース電位をやや低下している電位から電源電位まで上げる必要があるので、選択されたワード線の立ち上がりが遅延するという問題がある。   In the word driver shown in FIG. 27, it is necessary to raise the source potential of the pMOSFET Q61 from the slightly lowered potential to the power supply potential at the time of transition from the standby state to the active state, so that the rise of the selected word line is delayed. There's a problem.

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、MOS−FETのバックゲートバイアス電位を切り換える手段を設けることにより、高速のスイッチング特性と小サブスレッショルド電流特性とが両立可能なMOS−FETで構成される半導体回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and by providing means for switching the back gate bias potential of the MOS-FET, it is possible to achieve both high-speed switching characteristics and small subthreshold current characteristics. It aims at providing the semiconductor circuit comprised by these.

第1発明に係る半導体回路は、第1の導電型の半導体基板と、該半導体基板に形成された第2の導電型の第1のウエル領域及び第2のウエル領域と、該第2のウエル領域に形成された第1の導電型のウエル領域と、前記第2の導電型の第1のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第1のMOS−FETと、前記第1の導電型のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第2のMOS−FETと、前記第1のMOS−FETの前記第2の導電型の第1のウエル領域に第1の電位又は第2の電位をバックゲートバイアス電位として選択的に印加するスイッチ手段とを備えることを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor circuit of a first conductivity type, a first well region and a second well region of a second conductivity type formed on the semiconductor substrate, and the second well. A first conductivity type well region formed in the region, a first MOS-FET having a back gate bias potential as a potential of the second conductivity type first well region, and the first conductivity type A second MOS-FET having a back-gate bias potential as the potential of the well region, and a first potential or a second potential in the first well region of the second conductivity type of the first MOS-FET. And a switch means for selectively applying the voltage as a back gate bias potential.

第2発明に係る半導体回路は、第1の導電型の半導体基板と、該半導体基板に形成された第2の導電型の第1のウエル領域及び第2のウエル領域と、該第2のウエル領域に形成された第1の導電型のウエル領域と、前記第2の導電型の第1のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第1のMOS−FETと、前記第1の導電型のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第2のMOS−FETと、該第2のMOS−FETの前記第1の導電型のウエル領域に第3の電位又は第4の電位をバックゲートバイアス電位として選択的に印加するスイッチ手段とを備えることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor circuit of a first conductivity type, a first well region and a second well region of a second conductivity type formed on the semiconductor substrate, and the second well. A first conductivity type well region formed in the region, a first MOS-FET having a back gate bias potential as a potential of the second conductivity type first well region, and the first conductivity type A second MOS-FET whose back gate bias potential is the potential of the well region of the first MOS transistor, and a third gate potential or a fourth potential in the well region of the first conductivity type of the second MOS-FET. And switch means for selectively applying the bias potential.

第3発明に係る半導体回路は、第1の導電型の半導体基板と、該半導体基板に形成された第2の導電型の第1のウエル領域及び第2のウエル領域と、該第2のウエル領域に形成された第1の導電型のウエル領域と、前記第2の導電型の第1のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第1のMOS−FETと、前記第1の導電型のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第2のMOS−FETと、前記第1のMOS−FETの前記第2の導電型の第1のウエル領域に第1の電位又は第2の電位をバックゲートバイアス電位として選択的に印加する第1のスイッチ手段と、前記第2のMOS−FETの前記第1の導電型のウエル領域に第3の電位又は第4の電位をバックゲートバイアス電位として選択的に印加する第2のスイッチ手段とを備えることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor circuit of a first conductivity type, a first well region and a second well region of a second conductivity type formed on the semiconductor substrate, and the second well. A first conductivity type well region formed in the region, a first MOS-FET having a back gate bias potential as a potential of the second conductivity type first well region, and the first conductivity type A second MOS-FET having a back-gate bias potential as the potential of the well region, and a first potential or a second potential in the first well region of the second conductivity type of the first MOS-FET. Is selectively applied as a back gate bias potential, and a third potential or a fourth potential is applied to the well region of the first conductivity type of the second MOS-FET as a back gate bias potential. Selectively applied as the second Characterized in that it comprises a switching means.

第4発明に係る半導体回路は、第3発明において、前記第1のスイッチ手段が前記第1の電位(又は第2の電位)を前記第1のMOS−FETへ印加した場合、前記第2のスイッチ手段は、前記第3の電位(又は第4の電位)を前記第2のMOS−FETへ印加するようにしてあることを特徴とする。   A semiconductor circuit according to a fourth invention is the semiconductor circuit according to the third invention, wherein when the first switch means applies the first potential (or second potential) to the first MOS-FET, The switch means is characterized in that the third potential (or fourth potential) is applied to the second MOS-FET.

第5発明に係る半導体回路は、第1、第3、又は第4発明のいずれかにおいて、前記第2の電位は、前記第1の電位より高いことを特徴とする。   A semiconductor circuit according to a fifth invention is characterized in that, in any one of the first, third, and fourth inventions, the second potential is higher than the first potential.

第6発明に係る半導体回路は、第2、第3、又は第4発明のいずれかにおいて、前記第4の電位は、前記第3の電位より低いことを特徴とする。   A semiconductor circuit according to a sixth invention is characterized in that, in any one of the second, third, and fourth inventions, the fourth potential is lower than the third potential.

第1発明にあっては、第2の導電型の第1のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第1のMOS−FET、及び第1の導電型のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第2のMOS−FETの夫々のゲート及びドレインを接続した場合に、スイッチ手段は、前記第1のMOS−FETの前記第2の導電型の第1のウエル領域に第1の電位又は第2の電位をバックゲートバイアス電位として選択的に印加する。これにより、前記第1のMOS−FETの閾値電位の絶対値を切り換えるので、スイッチング特性及びサブスレッショルド電流特性が切り換え可能となる。   In the first invention, the first MOS-FET having the potential of the first well region of the second conductivity type as the back gate bias potential and the potential of the well region of the first conductivity type as the back gate bias When the gates and drains of the second MOS-FETs to be potentials are connected, the switch means has a first potential in the first well region of the second conductivity type of the first MOS-FETs. Alternatively, the second potential is selectively applied as a back gate bias potential. Thereby, since the absolute value of the threshold potential of the first MOS-FET is switched, the switching characteristic and the subthreshold current characteristic can be switched.

第2発明にあっては、第2の導電型の第1のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第1のMOS−FET、及び第1の導電型のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第2のMOS−FETの夫々のゲート及びドレインを接続した場合に、スイッチ手段は、前記第2のMOS−FETの前記第1の導電型のウエル領域に第3の電位又は第4の電位をバックゲートバイアス電位として選択的に印加する。これにより、前記第2のMOS−FETの閾値電位の絶対値を切り換えるので、スイッチング特性及びサブスレッショルド電流特性が切り換え可能となる。   In the second invention, the first MOS-FET using the potential of the first conductivity type first well region as the back gate bias potential, and the potential of the first conductivity type well region as the back gate bias. When the gates and drains of the second MOS-FETs to be potentials are connected, the switching means has a third potential or a fourth potential in the well region of the first conductivity type of the second MOS-FETs. Is selectively applied as a back gate bias potential. Thereby, since the absolute value of the threshold potential of the second MOS-FET is switched, switching characteristics and subthreshold current characteristics can be switched.

第3発明にあっては、第2の導電型の第1のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第1のMOS−FET、及び第1の導電型のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第2のMOS−FETの夫々のゲート及びドレインを接続した場合に、第1のスイッチ手段は、前記第1のMOS−FETの前記第2の導電型の第1のウエル領域に第1の電位又は第2の電位をバックゲートバイアス電位として選択的に印加し、第2のスイッチ手段は、前記第2のMOS−FETの前記第1の導電型のウエル領域に第3の電位又は第4の電位をバックゲートバイアス電位として選択的に印加する。これにより、前記第2のMOS−FETの閾値電位の絶対値を切り換えるので、スイッチング特性及びサブスレッショルド電流特性が切り換え可能となる。   In the third aspect of the invention, the first MOS-FET that uses the potential of the first well region of the second conductivity type as the back gate bias potential, and the back gate bias of the potential of the first conductivity type well region. When the gates and drains of the second MOS-FETs to be potentials are connected, the first switch means is connected to the first well region of the second conductivity type of the first MOS-FET. The first potential or the second potential is selectively applied as a back gate bias potential, and the second switch means applies a third potential or a third potential to the well region of the first conductivity type of the second MOS-FET. The fourth potential is selectively applied as a back gate bias potential. Thereby, since the absolute value of the threshold potential of the second MOS-FET is switched, switching characteristics and subthreshold current characteristics can be switched.

第4発明にあっては、前記第1のスイッチ手段が前記第1の電位(又は第2の電位)を前記第1のMOS−FETへ印加した場合、前記第2のスイッチ手段は、前記第3の電位(又は第4の電位)を前記第2のMOS−FETへ印加する。   In the fourth invention, when the first switch means applies the first potential (or second potential) to the first MOS-FET, the second switch means 3 potential (or fourth potential) is applied to the second MOS-FET.

第5発明にあっては、前記第1のスイッチ手段は、第1の電位又はこれより電位の高い第2の電位を前記第1のMOS−FETのバックゲートバイアス電位として選択的に印加する。例えば、第1の電位を電源電位Vcc、第2の電位をこれより高い電位Vppとした場合、電位Vppがバックゲートに印加されるときに、従来と同程度のサブスレッショルド電流になるようにしておくと、電源電位Vccがバックゲートへ印加されると、閾値電位の絶対値は従来よりも小さくなる。 In the fifth invention, the first switch means selectively applies the first potential or a second potential higher than the first potential as the back gate bias potential of the first MOS-FET. For example, when the first potential is the power supply potential V cc and the second potential is a higher potential V pp , when the potential V pp is applied to the back gate, the subthreshold current is approximately the same as the conventional one. In this way, when the power supply potential Vcc is applied to the back gate, the absolute value of the threshold potential becomes smaller than that in the conventional case.

第6発明にあっては、前記第2のスイッチ手段は、第3の電位又はこれより電位の低い第4の電位を前記第2のMOS−FETのバックゲートバイアス電位として選択的に印加する。例えば、第3の電位をVss、第4の電位をこれより低い接地電位Vbbとした場合、電位Vbbがバックゲートに印加されるときに、従来と同程度のサブスレッショルド電流になるようにしておくと、接地電圧Vssがバックゲートへ印加されると、閾値電位の絶対値は従来よりも小さくなる。 In the sixth invention, the second switch means selectively applies a third potential or a fourth potential lower than the third potential as the back gate bias potential of the second MOS-FET. For example, when the third potential is V ss and the fourth potential is a ground potential V bb lower than this, when the potential V bb is applied to the back gate, a subthreshold current comparable to that in the prior art is obtained. In other words, when the ground voltage V ss is applied to the back gate, the absolute value of the threshold potential becomes smaller than the conventional value.

第1乃至第6発明にあっては、MOS−FETの閾値電位の絶対値を切り換えて、MOS−FETのスイッチング特性とサブスレッショルド電流特性とを可変にすることができるので、高速のスイッチング特性と小サブスレッショルド電流特性とが両立可能なMOS−FETで構成される半導体回路を実現することができる。   In the first to sixth inventions, the switching characteristics and subthreshold current characteristics of the MOS-FET can be made variable by switching the absolute value of the threshold potential of the MOS-FET. It is possible to realize a semiconductor circuit composed of a MOS-FET compatible with a small subthreshold current characteristic.

以下に、本発明をその実施例を示す図面に基づき説明する。
実施例1.
図1は、本発明に係る半導体回路を構成する論理回路の一例を示すコンプリメンタリMOSインバータの回路図である。FETQ1のソースに電源電位Vccを印加し、FETQ2のソースに接地電位Vssを印加しており、FETQ1とFETQ2の各々のゲートを接続して、その接続点を入力節点INとし、各々のドレインを接続して、その接続点を出力節点OUTとしている。また、FETQ2のバックゲートは、接地電位Vss(=0V)と接地電位Vssより低い電位Vbb(<0V)とを切り換えるスイッチ回路10へ接続され、FETQ1のバックゲートは、電源電位Vccと電源電位Vccより高い電位Vppとを切り換えるスイッチ回路11に接続されている。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
Example 1.
FIG. 1 is a circuit diagram of a complementary MOS inverter showing an example of a logic circuit constituting a semiconductor circuit according to the present invention. The power source potential V cc is applied to the FETQ1 source, and applying a ground potential V ss to the source of FET Q2, and connecting the gate of each of the FETQ1 the FET Q2, and the connection point between the input node IN, and the drains Are connected to each other as an output node OUT. The back gate of the FET Q2 is connected to the switch circuit 10 that switches between the ground potential V ss (= 0 V) and the potential V bb (<0 V) lower than the ground potential V ss , and the back gate of the FET Q1 is connected to the power supply potential V cc It is connected to a switch circuit 11 for switching between the power supply potential V higher than cc potential V pp and.

ここで、FETQ1及びFETQ2は、電源電位Vccより高い電位Vpp及び接地電位Vssより低い電位Vbbが各々のバックゲートへ印加されるときに、例えば従来と同程度のサブスレッショルド電流となるようにする。そうすると、電源電位Vcc及び接地電位Vssが各々のバックゲートへ印加されるとき、閾値電位の絶対値が従来より小さくなるので、サブスレッショルド電流は増加するが、スイッチング速度は従来より高速にすることができる。そこで、コンプリメンタリMOSインバータ1が作動するときに、このように閾値電位の絶対値が小さくなるようにしておくと、コンプリメンタリMOSインバータ1が作動する時間の割合に応じて、サブスレッショルド電流は増加するが、作動する時間の割合が大きくなければ、僅かな電流増加を伴うだけで、スイッチング速度を従来より高速にすることができる。 Here, when the potential V pp higher than the power supply potential V cc and the potential V bb lower than the ground potential V ss are applied to the respective back gates, the FET Q1 and the FET Q2 have, for example, a subthreshold current comparable to that in the prior art. Like that. Then, when the power supply potential V cc and the ground potential V ss are applied to the respective back gates, the absolute value of the threshold potential becomes smaller than in the conventional case, so that the subthreshold current increases but the switching speed is made faster than in the conventional case. be able to. Thus, when the complementary MOS inverter 1 operates, if the absolute value of the threshold potential is made small in this way, the subthreshold current increases according to the proportion of the time during which the complementary MOS inverter 1 operates. If the ratio of the operating time is not large, the switching speed can be made higher than before with only a slight increase in current.

図2は、図1に示した接地電位Vssと電位Vbbとを切り換えるスイッチ回路10の一例を示す回路図である。pMOSのFETQ3,Q4、nMOSのFETQ5,Q6及びインバータ12とでレベルシフト回路10aが構成されており、FETQ3及びFETQ5のドレイン同士、FETQ4及びFETQ6のドレイン同士、FETQ5,Q6の各々のドレインとゲートとが接続されている。レベルシフト回路10aの入力節点は、FETQ3のゲートに設けられ、インバータ12を介してFETQ4のゲートに接続されており、クロック信号発生器14から入力信号バーφを受けるようになっている。FETQ3,Q4のソース及びバックゲートには電源電位Vccが印加され、FETQ5,Q6のソース及びバックゲートには、電圧供給手段13から供給される接地電位Vssより低い電位Vbbが印加されている。レベルシフト回路10aの出力節点は、FETQ4及びFETQ6のドレイン同士の接続点に設けられ、この出力節点は切り換えスイッチ10bの入力節点と接続されている。 FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the switch circuit 10 for switching between the ground potential V ss and the potential V bb shown in FIG. The pMOS FETs Q3 and Q4, the nMOS FETs Q5 and Q6, and the inverter 12 constitute a level shift circuit 10a. The drains of FETQ3 and FETQ5, the drains of FETQ4 and FETQ6, and the drains and gates of FETQ5 and Q6, respectively. Is connected. The input node of the level shift circuit 10a is provided at the gate of the FET Q3, is connected to the gate of the FET Q4 via the inverter 12, and receives the input signal bar φ from the clock signal generator 14. FET Q3, the power source potential V cc to the source and back gate of Q4 is applied, the FET Q5, Q6 source and a back gate of a low potential V bb than the ground potential V ss supplied from the voltage supply means 13 is applied Yes. The output node of the level shift circuit 10a is provided at the connection point between the drains of the FET Q4 and FET Q6, and this output node is connected to the input node of the changeover switch 10b.

切り換えスイッチ10bは、nMOSのFETQ7とpMOSのFETQ8とで構成され、FETQ7及びFETQ8のゲート同士を接続して切り換えスイッチ10bの入力節点とし、ドレイン同士を接続して出力節点としている。FETQ7のソース及びバックゲートには、電圧供給手段13から供給される接地電位Vssより低い電位Vbbが印加され、FETQ8のソースには接地電位Vssが印加されている。 The changeover switch 10b includes an nMOS FET Q7 and a pMOS FET Q8. The gates of the FET Q7 and the FET Q8 are connected to serve as an input node of the changeover switch 10b, and the drains are connected to serve as an output node. The source and back gate of FETQ7 is applied a lower potential V bb than the ground potential V ss supplied from the voltage supply means 13, to the source of FETQ8 ground potential V ss is applied.

図3は、図1に示した電源電位Vccと電位Vppとを切り換えるスイッチ回路11の一例を示す回路図である。pMOSのFETQ9,Q10、nMOSのFETQ11,Q12及びインバータ14とでレベルシフト回路11aが構成されており、FETQ9及びFETQ11のドレイン同士、FETQ10及びFETQ12のドレイン同士、FETQ11,Q12の各々のドレイン及びゲートが接続されている。レベルシフト回路11aの入力節点は、FETQ9のゲートに設けられ、インバータ12を介してFETQ10のゲートに接続されており、クロック信号発生器14から入力信号バーφを受けるようになっている。FETQ9,Q10のソース及びバックゲートには、電圧供給手段15から供給される電源電位Vccより高い電位Vppが印加され、FETQ11,Q12のソースには、接地電位Vssが印加されている。レベルシフト回路11aの出力節点は、FETQ9及びFETQ11のドレイン同士の接続点に設けられ、この出力節点は切り換えスイッチ11bの入力節点と接続されている。 Figure 3 is a circuit diagram showing one example of a switch circuit 11 for switching between the power source potential V cc and the potential V pp shown in Fig. The pMOS FETs Q9 and Q10, the nMOS FETs Q11 and Q12, and the inverter 14 constitute a level shift circuit 11a. The drains of FETQ9 and FETQ11, the drains of FETQ10 and FETQ12, and the drains and gates of FETQ11 and Q12 are connected to each other. It is connected. The input node of the level shift circuit 11a is provided at the gate of the FET Q9, is connected to the gate of the FET Q10 via the inverter 12, and receives the input signal bar φ from the clock signal generator 14. A potential V pp higher than the power supply potential V cc supplied from the voltage supply means 15 is applied to the sources and back gates of the FETs Q9 and Q10, and a ground potential V ss is applied to the sources of the FETs Q11 and Q12. The output node of the level shift circuit 11a is provided at the connection point between the drains of the FET Q9 and the FET Q11, and this output node is connected to the input node of the changeover switch 11b.

切り換えスイッチ11bは、pMOSのFETQ13とnMOSのFETQ14とで構成され、FETQ13及びFETQ14のゲート同士を接続して切り換えスイッチ11bの入力節点とし、ドレイン同士を接続して出力節点としている。FETQ13のソース及びバックゲートには、電圧供給手段15から供給される電源電位Vccより高い電位Vppが印加され、FETQ14のソースには電源電位Vccが印加されている。 The changeover switch 11b includes a pMOS FET Q13 and an nMOS FET Q14. The gates of the FET Q13 and the FET Q14 are connected to serve as an input node of the changeover switch 11b, and the drains are connected to serve as an output node. The source and back gate of the FET Q13, a high potential V pp than the power supply potential V cc supplied from the voltage supply means 15 is applied, the power source potential V cc is applied to the source of FET Q14.

図4は、図1に示したコンプリメンタリMOSインバータ1のウエル構造を示す断面構造図である。p基板21内の上部に電源ライン用のnウエル19とFETQ1用のnウエル20とが形成され、さらにnウエル19内の上部にFETQ2用のpウエル18が形成されて、トリプルウエル構造になっている。また、nウエル20内の上部には、バックゲート、ソース、ドレインの各電極の為の不純物拡散層11d,25,23が、pウエル18内の上部には、バックゲート、ソース、ドレインの各電極の為の不純物拡散層10d,24,22が各々形成され、nウエル20及びpウエル18の上部には、絶縁層(図示せず)を挟んで、各々のゲート17,16が形成されている。スイッチ回路10,11は、電位が固定された図示されないウエルに形成される。   FIG. 4 is a cross-sectional structure diagram showing the well structure of the complementary MOS inverter 1 shown in FIG. An n well 19 for the power supply line and an n well 20 for the FET Q1 are formed in the upper portion of the p substrate 21, and a p well 18 for the FET Q2 is further formed in the upper portion of the n well 19 to form a triple well structure. ing. Impurity diffusion layers 11d, 25, and 23 for the back gate, source, and drain electrodes are provided in the upper portion of the n well 20, and the back gate, source, and drain are provided in the upper portion of the p well 18. Impurity diffusion layers 10d, 24, and 22 for electrodes are formed, and gates 17 and 16 are formed above n well 20 and p well 18 with an insulating layer (not shown) interposed therebetween. Yes. The switch circuits 10 and 11 are formed in wells (not shown) with fixed potentials.

以下に、このようなコンプリメンタリMOSインバータ1の動作を説明する。コンプリメンタリMOSインバータ1が作動しないときには、クロック信号発生器14からコントロールクロック信号バーφのHレベル信号がスイッチ回路10,11へ入力されており、スイッチ回路10からは接地電位Vssより低い電位Vbb(<0)が、スイッチ回路11からは電源電位Vccより高い電位Vppが出力され、各々FETQ2、FETQ1のバックゲートへ印加される。このとき、FETQ2、FETQ1は、各々のバックゲートへ接地電位Vss、電源電位Vccが印加されているときよりも、絶対値の大きな閾値電位になっており、サブスレッショルド電流は小さくなっている。 The operation of such complementary MOS inverter 1 will be described below. When the complementary MOS inverter 1 does not operate, an H level signal of the control clock signal bar φ is input from the clock signal generator 14 to the switch circuits 10 and 11, and the switch circuit 10 outputs a potential V bb lower than the ground potential V ss. (<0) is, from the switching circuit 11 is output from the high potential V pp is the power source potential V cc, is applied to each FET Q2, FET Q1 of the back gate. At this time, the FETQ2 and FETQ1 have a threshold potential having a larger absolute value than that when the ground potential V ss and the power supply potential Vcc are applied to the respective back gates, and the subthreshold current is small. .

コンプリメンタリMOSインバータ1が作動するときには、クロック信号発生器14からコントロールクロック信号バーφのLレベル信号がスイッチ回路10,11へ入力されており、スイッチ回路10からは接地電位Vssが、スイッチ回路11からは電源電位Vccが出力され、各々FETQ2、FETQ1のバックゲートへ印加される。このとき、FETQ2及びFETQ1は、各々のバックゲートへ接地電位Vssより低い電位Vbb及び電源電位Vccより高い電位Vppが印加されているときよりも、絶対値の小さな閾値電位になっており、サブスレッショルド電流は増加するが、スイッチング速度はより高速になる。 When the complementary MOS inverter 1 operates, the L level signal of the control clock signal bar φ is input from the clock signal generator 14 to the switch circuits 10 and 11, and the ground potential V ss is supplied from the switch circuit 10 to the switch circuit 11. Supplies a power supply potential Vcc, which is applied to the back gates of FETQ2 and FETQ1, respectively. At this time, the FETQ2 and FET Q1, than when lower than the ground potential V ss to each of the back-gate voltage V bb and the power source potential V cc higher than the potential V pp is applied, becomes smaller threshold potential of absolute value Thus, the subthreshold current increases, but the switching speed becomes faster.

入力節点INからHレベル(電源電位Vcc)の論理信号が入力されるとき、FETQ1はオフ、FETQ2はオンとなり、FETQ2を介してLレベル(接地電位Vss=0V)の論理信号が出力節点OUTから出力される。一方、入力節点INからLレベル(接地電位Vss=0V)の論理信号が入力されるとき、FETQ1はオン、FETQ2はオフとなり、FETQ1を介してHレベル(電源電位Vcc)の論理信号が出力節点OUTから出力される。 When an H level (power supply potential V cc ) logic signal is input from the input node IN, the FET Q1 is turned off and the FET Q2 is turned on, and an L level (ground potential V ss = 0V) logic signal is output through the FET Q2. Output from OUT. On the other hand, when an L level (ground potential V ss = 0V) logic signal is input from the input node IN, the FET Q1 is turned on and the FET Q2 is turned off, and an H level (power supply potential V cc ) logic signal is passed through the FET Q1. Output from the output node OUT.

以下に、図2に示したスイッチ回路10の動作を説明する。上述のように、コンプリメンタリMOSインバータ1が作動しないときには、クロック信号発生器14からコントロールクロック信号バーφのHレベル信号が入力されており、このとき、FETQ4がオン、FETQ5がオンになり、FETQ4を介して、電源電位Vccがレベルシフト回路10aから出力される。このとき、FETQ3及びFETQ6はオフになり、FETQ5及びFETQ4においてショートすることはない。電源電位Vccがレベルシフト回路10aから入力されるとき、切り換えスイッチ10bでは、FETQ7がオン、FETQ8がオフとなって、FETQ7を介して、接地電位Vssより低い電位Vbbが出力される。 The operation of the switch circuit 10 shown in FIG. 2 will be described below. As described above, when the complementary MOS inverter 1 does not operate, the H level signal of the control clock signal bar φ is input from the clock signal generator 14, and at this time, the FET Q4 is turned on, the FET Q5 is turned on, and the FET Q4 is turned on. The power supply potential Vcc is output from the level shift circuit 10a. At this time, FETQ3 and FETQ6 are turned off, and there is no short circuit in FETQ5 and FETQ4. When the power supply potential V cc is input from the level shift circuit 10a, the changeover switch 10b turns on the FET Q7 and turns off the FET Q8, and outputs a potential V bb lower than the ground potential V ss through the FET Q7.

一方、上述のように、コンプリメンタリMOSインバータ1が作動するときには、クロック信号発生器14からコントロールクロック信号バーφのLレベル信号が入力されており、このとき、FETQ3がオン、FETQ6がオンになり、このFETQ6を介して、接地電位Vssより低い電位Vbbがレベルシフト回路10aから出力される。このとき、FETQ4及びFETQ5はオフになり、FETQ6及びFETQ3においてショートすることはない。電位Vbbがレベルシフト回路10aから入力されるとき、切り換えスイッチ10bでは、FETQ8がオン、FETQ7がオフとなってFETQ8を介して、出力節点が接地電位Vssとなる。 On the other hand, as described above, when the complementary MOS inverter 1 operates, the L level signal of the control clock signal bar φ is input from the clock signal generator 14, and at this time, the FET Q3 is turned on and the FET Q6 is turned on. A potential V bb lower than the ground potential V ss is output from the level shift circuit 10a via the FET Q6. At this time, FETQ4 and FETQ5 are turned off, and there is no short circuit in FETQ6 and FETQ3. When the potential V bb is inputted from the level shift circuit 10a, the selector switch 10b, FET Q8 is turned on, FET Q7 via the FET Q8 turned off, the output node is a ground potential V ss.

以下に、図3に示したスイッチ回路11の動作を説明する。上述のように、コンプリメンタリMOSインバータ1が作動しないときには、クロック信号発生器14からコントロールクロック信号バーφのHレベル信号が入力されており、このとき、FETQ10がオン、FETQ11がオンになり、FETQ11を介して、レベルシフト回路11aの出力節点は接地電位Vssになる。このとき、FETQ9及びFETQ12はオフになり、FETQ11及びFETQ10においてショートすることはない。接地電位Vssがレベルシフト回路11aから入力されるとき、切り換えスイッチ11bでは、FETQ13がオン、FETQ14がオフとなって、FETQ13を介して、電源電位Vccより高い電位Vppが出力される。 The operation of the switch circuit 11 shown in FIG. 3 will be described below. As described above, when the complementary MOS inverter 1 does not operate, the H level signal of the control clock signal bar φ is input from the clock signal generator 14, and at this time, the FET Q10 is turned on, the FET Q11 is turned on, and the FET Q11 is turned on. Thus, the output node of the level shift circuit 11a becomes the ground potential V ss . At this time, FETQ9 and FETQ12 are turned off, and there is no short circuit in FETQ11 and FETQ10. When the ground potential V ss is input from the level shift circuit 11a, the selector switch 11b, FET Q13 is turned on, FET Q14 is turned off via the FET Q13, high potential V pp is output from the power source potential V cc.

一方、上述のように、コンプリメンタリMOSインバータ1が作動するときには、クロック信号発生器14からコントロールクロック信号バーφのLレベル信号が入力されており、このとき、FETQ9がオン、FETQ12がオンになり、FETQ9を介して、電源電位Vccより高い電位Vppがレベルシフト回路11aから出力される。このとき、FETQ10とFETQ11はオフになり、FETQ12とFETQ9でショートすることはない。電位Vppがレベルシフト回路11aから入力されるとき、切り換えスイッチ11bでは、FETQ13がオフ、FETQ14がオンとなってFETQ14を介して、電源電位Vccが出力される。 On the other hand, as described above, when the complementary MOS inverter 1 operates, the L level signal of the control clock signal bar φ is input from the clock signal generator 14, and at this time, the FET Q9 is turned on and the FET Q12 is turned on. through the FET Q9, high potential V pp than the power supply potential V cc is outputted from the level shift circuit 11a. At this time, the FET Q10 and the FET Q11 are turned off, and the FET Q12 and the FET Q9 are not short-circuited. When the potential V pp is input from the level shift circuit 11a, the selector switch 11b, FET Q13 is turned off, via the FETQ14 become FETQ14 is turned on, the power source potential V cc is outputted.

なお、上述の説明においては、pMOS−FET、nMOS−FET共にバックゲートバイアスの切り換え可能な構成の例を示したが、pMOS−FETのみ、又はnMOS−FETのみバックゲートバイアスの切り換え可能な構成にすることもできる。その場合、pMOS−FETのみバックゲートバイアスの切り換え可能な構成は、p基板のツインウエル構造で、nMOS−FETのみ切り換え可能な構成は、n基板のツインウエル構造で各々実現でき、図4に示したようなトリプルウエル構造にしなくてもよい。また、電圧供給手段13,15は、当該半導体回路の内部に備えられた回路である必要は無く、当該半導体回路の外部から与えられる電位を当該半導体回路内部へ中継する端子であってもよい。   In the above description, the back gate bias can be switched for both the pMOS-FET and the nMOS-FET. However, the back gate bias can be switched only for the pMOS-FET or only the nMOS-FET. You can also In that case, the configuration in which the back gate bias can be switched only for the pMOS-FET can be realized by the twin well structure of the p substrate, and the configuration in which only the nMOS-FET can be switched can be realized by the twin well structure of the n substrate, as shown in FIG. Such a triple well structure is not necessary. The voltage supply means 13 and 15 do not need to be circuits provided inside the semiconductor circuit, and may be terminals that relay a potential applied from the outside of the semiconductor circuit to the inside of the semiconductor circuit.

実施例2.
図5、図6は、MOS−DRAMの一例の構成を示すブロック図である。外部行アドレス信号は、入力端子ex.A0 〜ex.An から入力バッファ26へ入力され、ラッチ回路27にラッチされた後、バッファゲート列39を介して行デコーダ29へ送られる。行デコーダ29ではワード線WL0〜WLm を選択し、選択されたワード線WL0 〜WLm はワードドライバ30により駆動されて、メモリセルアレイ33内の当該ワード線上のメモリセル57をアクセスする。アクセスされたメモリセル57の内容はビット線BL0 〜BLk に転送され、センスアンプSA0 〜SAk において増幅されると同時に、元のメモリセル57へ再書き込みされる。
Example 2
5 and 6 are block diagrams showing the configuration of an example of a MOS-DRAM. The external row address signal is input to the input terminal ex. A 0 to ex. A n is input to the input buffer 26, latched in the latch circuit 27, and then sent to the row decoder 29 via the buffer gate column 39. The row decoder 29 selects the word lines WL 0 to WL m, and the selected word lines WL 0 to WL m are driven by the word driver 30 to access the memory cell 57 on the word line in the memory cell array 33. The contents of the accessed memory cell 57 are transferred to the bit lines BL 0 to BL k , amplified by the sense amplifiers SA 0 to SA k , and simultaneously rewritten to the original memory cell 57.

一方、図示されない入力端子、入力バッファ、ラッチ回路、バッファゲート列を経て入力された外部列アドレス信号は、列デコーダ31へ送られ、列デコーダ31ではセンスアンプSA0 〜SAk を選択し、この選択されたセンスアンプSA0 〜SAk の上述において増幅された出力が、I/Oゲート40、I/Oバス41を経て、プリアンプ34にて増幅され、出力バッファ35から出力される。 On the other hand, an external column address signal input through an input terminal, an input buffer, a latch circuit, and a buffer gate column (not shown) is sent to the column decoder 31, and the column decoder 31 selects sense amplifiers SA 0 to SA k. Outputs of the selected sense amplifiers SA 0 to SA k amplified above are amplified by the preamplifier 34 via the I / O gate 40 and the I / O bus 41 and output from the output buffer 35.

また、MOS−DRAM42の行系の動作回路である入力バッファ26、ラッチ回路27、N段のバッファゲート39、行デコーダ29、ワードドライバ30の論理回路が作動するとき、当該論理回路を構成するpMOS−FETのバックゲートバイアス電位は、後述されるコントロールクロック信号バーφ1 を受けたスイッチ回路43Rにより、電圧供給手段44Rからの電位Vppから電源電位Vccへ切り換えられる。同様に、当該論理回路を構成するnMOS−FETのバックゲートバイアス電位は、コントロールクロック信号バーφ1 を受けたスイッチ回路45Rにより、電圧供給手段46Rからの電位Vbbから接地電位Vssへ切り換えられる。 Further, when the logic circuits of the input buffer 26, the latch circuit 27, the N-stage buffer gate 39, the row decoder 29, and the word driver 30 which are row-related operation circuits of the MOS-DRAM 42 operate, the pMOS constituting the logic circuit is operated. back gate bias potential of -FET is switch circuit 43R which receives the control clock signal bar phi 1 to be described later, is switched from the potential V pp from the voltage supply means 44R to the power source potential V cc. Similarly, the back gate bias potential of nMOS-FET constituting the logic circuit, the switching circuit 45R which receives the control clock signal bar phi 1, is switched from the potential V bb from the voltage supply means 46R to the ground potential V ss .

一方、MOS−DRAM42の列系の動作回路であるI/Oゲート40、プリアンプ34、列デコーダ31、M段のバッファゲート(図示せず)、出力バッファ35の論理回路が作動するとき、当該論理回路を構成するpMOS−FETのバックゲートバイアス電位は、後述されるコントロールクロック信号バーφ2 を受けたスイッチ回路43Cにより、電圧供給手段44Cからの電位Vppから電源電位Vccへ切り換えられる。同様に、当該論理回路を構成するnMOS−FETのバックゲートバイアス電位は、コントロールクロック信号バーφ2 を受けたスイッチ回路45Cにより、電圧供給手段46Cからの電位Vbbから電源電位Vssへ切り換えられる。なお、スイッチ回路43R,43Cは図3に示されたスイッチ回路11と同様のものであり、スイッチ回路45R,45Cは図2に示されたスイッチ回路10と同様のものである。 On the other hand, when the logic circuits of the I / O gate 40, the preamplifier 34, the column decoder 31, the M stage buffer gate (not shown), and the output buffer 35, which are column-related operation circuits of the MOS-DRAM 42, are activated. back gate bias potential of the pMOS-FET constituting the circuit, the switching circuit 43C which receives the control clock signal bar phi 2 to be described later, is switched from the potential V pp from the voltage supply means 44C to the power source potential V cc. Similarly, the back gate bias potential of nMOS-FET constituting the logic circuit, the switching circuit 45C which receives the control clock signal bar phi 2, is switched from the potential V bb from the voltage supply means 46C to the power source potential V ss . The switch circuits 43R and 43C are the same as the switch circuit 11 shown in FIG. 3, and the switch circuits 45R and 45C are the same as the switch circuit 10 shown in FIG.

上述の一連の動作は、クロック信号発生器49が、イネーブル信号の反転信号バーWE、外部RAS(Row Address Strobe)信号(外部行選択信号)の反転信号バーex.RAS等を受けて出力するコントロールクロック信号バーφ1 ,バーφ2 、ワードドライバ30の活性化信号φW 、センスアンプSA0 〜SAk の活性化信号φS 等により制御される。 In the above-described series of operations, the clock signal generator 49 is configured such that the enable signal inverted signal bar WE, the external RAS (Row Address Strobe) signal (external row selection signal) inverted signal bar ex. The control signals are controlled by control clock signals φ 1 and φ 2 which are output in response to RAS, the activation signal φ W of the word driver 30, the activation signals φ S of the sense amplifiers SA 0 to SA k , and the like.

図7は、このようなMOS−DRAM42の内部各部における外部RAS信号の伝達時間の内訳を示したタイミングチャートである。図において、T0 は入力バッファ26におけるTTL回路の電位からMOS回路の電位への変換時間、T1 はラッチ回路27における外部行アドレスラッチ時間、Td1は行デコーダ29及びワードドライバ30からなるブロック28における行デコーダセットアップ時間、TS ,Tb はセンスアンプSA0 〜SAk 及びプリアンプ34からなるブロック32におけるメモリセル選択時間及びセンス時間、Td2はプリアンプ34から出力バッファ35迄の遅延時間である。 FIG. 7 is a timing chart showing the breakdown of the transmission time of the external RAS signal in each internal part of the MOS-DRAM 42. In the figure, T0 is the conversion time from the potential of the TTL circuit to the potential of the MOS circuit in the input buffer 26, T1 is the external row address latch time in the latch circuit 27, Td1 is the row in the block 28 comprising the row decoder 29 and the word driver 30. decoder setup time, TS, Tb sense amplifier SA 0 -SA k and memory cell selection time and the sense time in block 32 consisting of the preamplifier 34, Td2 is a delay time from the preamplifier 34 to the output buffer 35.

ここで、MOS−DRAM42の行系の動作回路である入力バッファ26、ラッチ回路27、N段のバッファゲート39、行デコーダ29、ワードドライバ30の論理回路を構成するMOS−FETのバックゲートバイアス電位を切り換える為のコントロールクロック信号をバーφ1 、列系の動作回路であるプリアンプ34、出力バッファ35の論理回路を構成するMOS−FETのバックゲートバイアス電位を切り換える為のコントロールクロック信号をバーφ2 とする。この場合、例えば、クロック信号発生器49において、コントロールクロック信号バーφ1 は、外部RAS信号の反転信号バーex.RASの立ち下がりと、ワードドライバ30の活性化信号φW の立ち上がりとで作成し、コントロールクロック信号バーφ2 は、センスアンプSA0 〜SAk の活性化信号φS の立ち上がりと、外部RAS信号の反転信号バーex.RASの立ち上がりとで作成する。 Here, the back gate bias potential of the MOS-FET constituting the logic circuit of the input buffer 26, the latch circuit 27, the N-stage buffer gate 39, the row decoder 29, and the word driver 30, which are row-related operation circuits of the MOS-DRAM 42. The control clock signal for switching the signal is represented by the bar φ 1 , and the control clock signal for switching the back gate bias potential of the MOS-FET constituting the logic circuit of the preamplifier 34 and the output buffer 35 as the column-related operation circuit is represented by the bar φ 2. And In this case, for example, in the clock signal generator 49, the control clock signal bar φ 1 is the inverted signal bar ex. Of the external RAS signal. The control clock signal bar φ 2 is generated by the falling edge of the RAS and the rising edge of the activation signal φ W of the word driver 30. The control clock signal φ 2 is generated by the rising edge of the activation signal φ S of the sense amplifiers SA 0 to SA k and the external RAS signal. Inverted signal bar ex. Created at the rise of RAS.

図8(a)〜(c)は、MOS−DRAM42において、上述のように作成されたコントロールクロック信号バーφ1 ,バーφ2 及び外部RAS信号の反転信号バーex.RASの関係を示したタイミングチャートである。MOS−DRAM42の行系の動作回路である入力バッファ26、ラッチ回路27、N段のバッファゲート39、行デコーダ29、ワードドライバ30において消費される時間T0 ,T1 ,Td1、つまり、入力バッファ26、ラッチ回路27、N段のバッファゲート39、行デコーダ29、ワードドライバ30が作動する時間T0 ,T1,Td1の間(図8(a))は、コントロールクロック信号バーφ1 のLレベル信号がスイッチ回路43Rとスイッチ回路45Rとへ入力される(図8(b))。一方、MOS−DRAM42の列系の動作回路であるプリアンプ34、出力バッファ35において消費される時間Tb,Td2、つまり、プリアンプ34、出力バッファ35の動作時間Tb,Td2の間(図8(a))は、コントロールクロック信号バーφ2 のLレベル信号がスイッチ回路43Cとスイッチ回路45Cとへ入力される(図8(c))。 8A to 8C show the control clock signal bar φ 1 and bar φ 2 generated as described above and the inverted signal bar ex. Of the external RAS signal in the MOS-DRAM 42. 3 is a timing chart showing the relationship of RAS. Times T0, T1, Td1 consumed in the input buffer 26, latch circuit 27, N-stage buffer gate 39, row decoder 29, and word driver 30, which are row-related operation circuits of the MOS-DRAM 42, that is, the input buffer 26, latch circuits 27, N stage buffer gate 39, row decoder 29, during the time T0, T1, Td1 to word driver 30 is activated (Fig. 8 (a)), the control clock signal bar phi 1 of the L-level signal switch The signal is input to the circuit 43R and the switch circuit 45R (FIG. 8B). On the other hand, the time Tb and Td2 consumed in the preamplifier 34 and the output buffer 35 which are column-related operation circuits of the MOS-DRAM 42, that is, the operation time Tb and Td2 of the preamplifier 34 and the output buffer 35 (FIG. 8A). ), The L level signal of the control clock signal bar φ 2 is input to the switch circuit 43C and the switch circuit 45C (FIG. 8C).

従って、MOS−DRAM42の行系の動作回路である入力バッファ26、ラッチ回路27、N段のバッファゲート39、行デコーダ29、ワードドライバ30が作動するときには、スイッチ回路43R及びスイッチ回路45Rからは電源電位Vcc及び接地電位Vssが出力され、各々上述の動作回路の各pMOS−FETと各nMOS−FETのバックゲートへ印加される。このとき、各pMOS−FET及び各nMOS−FETは、各々のバックゲートへ電源電位Vccより高い電位Vpp及び接地電位Vssより低い電位Vbbが印加されているときよりも、絶対値の小さな閾値電位になっており、サブスレッショルド電流は増加するが、スイッチング速度はより高速になる。 Accordingly, when the input buffer 26, the latch circuit 27, the N-stage buffer gate 39, the row decoder 29, and the word driver 30 which are row-related operation circuits of the MOS-DRAM 42 are operated, the switch circuit 43R and the switch circuit 45R supply power. The potential V cc and the ground potential V ss are output and applied to the back gates of the pMOS-FETs and the nMOS-FETs of the above-described operation circuits, respectively. At this time, each pMOS-FET and each nMOS-FET has an absolute value higher than that when the potential V pp higher than the power supply potential V cc and the potential V bb lower than the ground potential V ss are applied to the respective back gates. Although the threshold voltage is small, the subthreshold current increases, but the switching speed becomes faster.

一方、入力バッファ26、ラッチ回路27、N段のバッファゲート39、行デコーダ29、ワードドライバ30が作動しないときには、スイッチ回路43R及びスイッチ回路45Rからは電源電位Vccより高い電位Vpp及び接地電位Vssより低い電位Vbbが出力され、各々上述の動作回路の各pMOS−FET及び各nMOS−FETのバックゲートへ印加される。このとき、各pMOS−FET及び各nMOS−FETは、各々のバックゲートへ電源電位Vcc及び接地電位Vssが印加されているときよりも、絶対値の大きな閾値電位になっており、サブスレッショルド電流は小さくなっている。 On the other hand, the input buffer 26, latch circuits 27, N stage buffer gate 39, row decoder 29, when the word driver 30 is not operated, the switch circuits 43R and high potential V pp and ground potential than the power supply potential V cc from the switching circuit 45R A potential V bb lower than V ss is output and applied to the back gate of each pMOS-FET and each nMOS-FET of the above-described operation circuit. At this time, the pMOS-FET and the nMOS-FET, rather than when the power source potential V cc and ground potential V ss is applied to each of the back gate, has become a big threshold potential of absolute value, subthreshold The current is getting smaller.

同様に、MOS−DRAM42の列系の動作回路であるプリアンプ34、出力バッファ35が作動するときには、スイッチ回路43C及びスイッチ回路45Cからは電源電位Vcc及び接地電位Vssが出力され、各々上述の動作回路の各pMOS−FET及び各nMOS−FETのバックゲートへ印加される。このとき、各pMOS−FET及び各nMOS−FETは、各々のバックゲートへ電源電位Vccより高い電位Vpp及び接地電位Vssより低い電位Vbbが印加されているときよりも、絶対値の小さな閾値電位になっており、サブスレッショルド電流は増加するが、スイッチング速度はより高速になる。 Similarly, the preamplifier 34 is an operation circuit of a column type of MOS-DRAM 42, when the output buffer 35 is activated, the power supply potential V cc and ground potential V ss is output from the switch circuit 43C and the switch circuits 45C, each of the above It is applied to the back gate of each pMOS-FET and each nMOS-FET of the operating circuit. At this time, each pMOS-FET and each nMOS-FET has an absolute value higher than that when the potential V pp higher than the power supply potential V cc and the potential V bb lower than the ground potential V ss are applied to the respective back gates. Although the threshold voltage is small, the subthreshold current increases, but the switching speed becomes faster.

一方、出力バッファ35が作動しないときには、スイッチ回路43Cとスイッチ回路45Cからは電源電位Vccより高い電位Vpp及び接地電位Vssより低い電位Vbbが出力され、各々上述の動作回路の各pMOS−FET及び各nMOS−FETのバックゲートへ印加される。このとき、各pMOS−FET及び各nMOS−FETは、各々のバックゲートへ電源電位Vcc及び接地電位Vssが印加されているときよりも、絶対値の大きな閾値電位になっており、サブスレッショルド電流は小さくなっている。 On the other hand, the output when the buffer 35 is not operated, from the switch circuit 43C and the switch circuit 45C outputs the power supply potential V higher than cc potential V pp and lower than the ground potential V ss potential V bb are each the pMOS of the above operating circuit -Applied to the back gate of each FET and each nMOS-FET. At this time, the pMOS-FET and the nMOS-FET, rather than when the power source potential V cc and ground potential V ss is applied to each of the back gate, has become a big threshold potential of absolute value, subthreshold The current is getting smaller.

実施例3.
図9は、MOS−DRAMを構成するメモリセルの1実施例の構成を示すブロック図である。nMOSのFET37とキャパシタ50とはFET37のソースとキャパシタ50の一方の電極とで接続され、FET37のゲートにワード線WLが、ドレインにビット線BLが、キャパシタ50の他方の電極にセルプレート51が各々接続されている。FET37のバックゲートには、電圧供給手段48bからのバックゲートバイアス電位Vbb2 又は電圧供給手段48aからの電位Vbb1 (Vbb1 <Vbb2 とする。)に切り換えるスイッチ回路36が接続されている。
Example 3 FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the memory cell constituting the MOS-DRAM. The nMOS FET 37 and the capacitor 50 are connected by the source of the FET 37 and one electrode of the capacitor 50, the word line WL is connected to the gate of the FET 37, the bit line BL is connected to the drain, and the cell plate 51 is connected to the other electrode of the capacitor 50. Each is connected. A switch circuit 36 for switching to the back gate bias potential V bb2 from the voltage supply means 48b or the potential V bb1 from the voltage supply means 48a (V bb1 <V bb2 ) is connected to the back gate of the FET 37.

図10は、スイッチ回路36の構成例を示す回路図であり、図2に示したスイッチ回路10の回路図と略同様である。図2における電圧供給手段13、接地電位VSS、クロック信号発生器14、コントロールクロック信号バーφ、レベルシフト回路10a、切り換えスイッチ10bが、各々図10における電圧供給手段48a、電圧供給手段48bの出力電位Vbb2 、クロック信号発生器49、外部RAS(Row Address Strobe)信号(外部行選択信号)のex.RAS、レベルシフト回路36a、切り換えスイッチ36bに相当し、図10には電圧供給手段48bが追加されている。スイッチ回路36においては、外部RAS信号のex.RASのHレベル信号がクロック信号発生器49から入力されたとき、電位Vbb1 が出力され、外部RAS信号のex.RASのLレベル信号が入力されたとき、電位Vbb2 が出力される。その他の動作については、図2に示したスイッチ回路10と同様なので説明を省略する。 FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of the switch circuit 36, which is substantially the same as the circuit diagram of the switch circuit 10 shown in FIG. The voltage supply means 13, the ground potential V SS , the clock signal generator 14, the control clock signal bar φ, the level shift circuit 10a, and the changeover switch 10b in FIG. 2 are respectively output from the voltage supply means 48a and the voltage supply means 48b in FIG. Potential V bb2 , clock signal generator 49, external RAS (Row Address Strobe) signal (external row selection signal) ex. This corresponds to the RAS, level shift circuit 36a, and changeover switch 36b, and voltage supply means 48b is added to FIG. In switch circuit 36, the external RAS signal ex. When the RAS H level signal is input from the clock signal generator 49, the potential Vbb1 is output, and the external RAS signal ex. When the RAS L level signal is input, the potential V bb2 is output. Other operations are the same as those of the switch circuit 10 shown in FIG.

このような構成のメモリセル38を使用するMOS−DRAMの1実施例の構成は、図5、図6に示したMOS−DRAMの構成を示すブロック図と略同様である。第7,8発明においては、上述の第5,6発明の実施例の構成に加えて、スイッチ回路36、電圧供給手段48a、電圧供給手段48bが付加された構成になっている。このような構成のMOS−DRAM42では、外部行アドレス信号及び外部RAS信号(外部行選択信号)の反転信号バーex.RASのLレベル信号が入力バッファ26へ入力された後、行デコーダ29でワード線WL0 〜WLm が選択される。選択されたワード線WL0 〜WLm がワードドライバ30によりHレベル信号を与えられ、ワード線WL0 〜WLm 上のFET37が導通するときに、キャパシタ50の電荷がビット線BLを介して充電/放電されることにより書き込み又はリフレッシュ/読み出しが行われる。 The configuration of one embodiment of the MOS-DRAM using the memory cell 38 having such a configuration is substantially the same as the block diagram showing the configuration of the MOS-DRAM shown in FIGS. In the seventh and eighth inventions, a switch circuit 36, a voltage supply means 48a, and a voltage supply means 48b are added to the structure of the above-described fifth and sixth inventions. In the MOS-DRAM 42 having such a configuration, the inverted signal bar ex. Of the external row address signal and the external RAS signal (external row selection signal). After the RAS L level signal is input to the input buffer 26, the row decoder 29 selects the word lines WL 0 to WL m . When the selected word lines WL 0 to WL m are given an H level signal by the word driver 30 and the FET 37 on the word lines WL 0 to WL m is turned on, the charge of the capacitor 50 is charged via the bit line BL. Writing or refreshing / reading is performed by being discharged.

一方、外部RAS信号の反転信号バーex.RASのLレベル信号がクロック信号発生器49へ入力されるとき、クロック信号発生器49は、外部RAS信号ex.RASのHレベル信号をスイッチ回路36へ出力する。スイッチ回路36は、この外部RAS信号ex.RASのHレベル信号が入力されたとき、出力を電位Vbb2 (Vbb2 <0)からそれより低い電位Vbb1 に切り換え、メモリセルアレイ33の全メモリセル38を構成するFET37のバックゲートバイアス電位を電位Vbb2 (Vbb2 <0)からそれより低い電位Vbb1 に切り換える。このとき、全メモリセル38を構成するFET37の閾値電位の絶対値は、電位Vbb2 がバックゲートに印加されているときより大きくなり、サブスレッショルドリークが減少する。従って、DRAM42が活性状態にあり、周辺回路とビット線BLとがアクティブ状態のときに、そのときの主たるリークであるサブスレッショルドリークを減少させることができるので、ディスターブリフレッシュの周期を長くして、頻度を下げることができる。 On the other hand, the inverted signal bar ex. Of the external RAS signal. When the RAS L level signal is input to the clock signal generator 49, the clock signal generator 49 generates the external RAS signal ex. The RAS H level signal is output to the switch circuit 36. The switch circuit 36 receives the external RAS signal ex. When the RAS H level signal is input, the output is switched from the potential V bb2 (V bb2 <0) to a lower potential V bb1, and the back gate bias potential of the FET 37 constituting all the memory cells 38 of the memory cell array 33 is changed. The potential V bb2 (V bb2 <0) is switched to a lower potential V bb1 . At this time, the absolute value of the threshold potential of the FETs 37 constituting all the memory cells 38 becomes larger than when the potential Vbb2 is applied to the back gate, and the subthreshold leakage is reduced. Therefore, when the DRAM 42 is in the active state and the peripheral circuit and the bit line BL are in the active state, the subthreshold leak, which is the main leak at that time, can be reduced. The frequency can be lowered.

DRAM42へ外部RAS信号(外部行選択信号)の反転信号バーex.RASのHレベル信号が入力バッファ26へ入力されるとき、DRAM42は不活性となる。一方、外部RAS信号の反転信号バーex.RASのHレベル信号がクロック信号発生器49へ入力されるとき、クロック信号発生器49は、外部RAS信号ex.RASのLレベル信号をスイッチ回路36へ出力する。スイッチ回路36は、この外部RAS信号ex.RASのLレベル信号が入力されたとき、出力を電位Vbb1 から電位Vbb2 へ切り換え、メモリセルアレイ33の全メモリセル38を構成するFET37のバックゲートバイアス電位を電位Vbb1 から電位Vbb2 へ切り換える。 Inverted signal bar ex. Of external RAS signal (external row selection signal) to DRAM 42. When the RAS H level signal is input to the input buffer 26, the DRAM 42 becomes inactive. On the other hand, the inverted signal bar ex. Of the external RAS signal. When the RAS H level signal is input to the clock signal generator 49, the clock signal generator 49 generates the external RAS signal ex. The RAS L level signal is output to the switch circuit 36. The switch circuit 36 receives the external RAS signal ex. When RAS at L-level signal is input, outputs a switching from the potential V bb1 to potential V bb2, switching the back gate bias potential of FET37 which constitute all the memory cells 38 in the memory cell array 33 from the potential V bb1 to potential V bb2 .

このとき、全メモリセル38を構成するFET37の閾値電位の絶対値は、電位Vbb2 より低い電位Vbb1 がバックゲートに印加されているときより小さくなり、接合リークが減少する。従って、DRAM42が不活性状態にあり、周辺回路とビット線BLとがスタンドバイ状態のときに、そのときの主たるリークである接合リークを減少させることができるので、ポーズリフレッシュの周期を長くして、頻度を下げることができる。 At this time, the absolute value of the threshold potential of the FETs 37 constituting all the memory cells 38 becomes smaller than when the potential V bb1 lower than the potential V bb2 is applied to the back gate, and junction leakage is reduced. Accordingly, when the DRAM 42 is in an inactive state and the peripheral circuit and the bit line BL are in the standby state, junction leak, which is the main leak at that time, can be reduced. , Can reduce the frequency.

なお、メモリセル内でリフレッシュできるセルフリフレッシュ形メモリセルを使用したDRAMの場合も、セルフリフレッシュ時はポーズリフレッシュと同様の状態であるので、上述と同様に行うことにより、セルフリフレッシュの周期を長くすることができる。また、上述の第5〜8発明に係るMOS−DRAMにおける電圧供給手段は、当該MOS−DRAMの内部に備えられた回路である必要は無く、当該MOS−DRAMの外部から与えられる電位を当該MOS−DRAM内部へ中継する端子であってもよい。   Even in the case of a DRAM using a self-refresh memory cell that can be refreshed in the memory cell, the self-refresh state is the same as that in the pause refresh. be able to. Further, the voltage supply means in the MOS-DRAM according to the fifth to eighth inventions described above need not be a circuit provided in the MOS-DRAM, and the potential applied from the outside of the MOS-DRAM -It may be a terminal that relays into the DRAM.

実施例4.
図11は、本発明に係る半導体回路を構成する論理回路の他の実施例を示す断面構造図であり、図4に相当するものである。図12はこの平面図である。本実施例ではSi基板上にSOI構造のnMOS,pMOS−FETが並設された場合を示す。Si基板61上にSiO2 層62が形成されている。pMOS−FETQ21のソース・ドレイン領域にはp+ 層63, 64が形成されており、この間にはn- チャネル層65が形成されている。pMOS−FETQ21,nMOS−FETQ22間はSiO2 層71が形成されており、LOCOS法にて素子分離されている。nMOS−FETQ22のソース・ドレイン領域にはn+ 層66, 67が形成されており、この間にはp- チャネル層68が形成されている。pMOS−FETQ21のソースへは電源電位Vccが印加され、nMOS−FETQ22のソースへは接地電位Vssが印加されるようになっている。
Example 4
FIG. 11 is a sectional structural view showing another embodiment of the logic circuit constituting the semiconductor circuit according to the present invention, which corresponds to FIG. FIG. 12 is a plan view of this. In this embodiment, an SOI structure nMOS and pMOS-FET are arranged in parallel on a Si substrate. An SiO 2 layer 62 is formed on the Si substrate 61. P + layers 63 and 64 are formed in the source / drain region of the pMOS-FET Q21, and an n channel layer 65 is formed between them. An SiO 2 layer 71 is formed between the pMOS-FET Q21 and the nMOS-FET Q22, and the elements are isolated by the LOCOS method. N + layers 66 and 67 are formed in the source / drain region of the nMOS-FET Q22, and a p channel layer 68 is formed between them. to the source of the pMOS-FET Q21 is applied the power source potential V cc is adapted to the ground potential V ss is applied to the source of the nMOS-FET Q22.

図12に示す如くゲート電極69によってソース・ドレインから分離されたn- チャネル層65は、図1,図3に示すものと同様のスイッチ回路11に接続されており、スイッチ回路11からボディバイアス電位Vbody-nが印加される。スイッチ回路11は、ボディバイアス電位Vbody-nを電源電位Vcc又は昇圧電位Vppに切り替えることができる。またゲート電極70によってソース・ドレインから分離されたp- チャネル層68は、図1,図2に示すものと同様のスイッチ回路10に接続されており、スイッチ回路10からボディバイアス電位Vbody-pが印加される。スイッチ回路10は、ボディバイアス電位Vbody-pを接地電位Vss又は負電位Vbbに切り替えることができる。 As shown in FIG. 12, the n channel layer 65 separated from the source / drain by the gate electrode 69 is connected to the switch circuit 11 similar to that shown in FIGS. Vbody-n is applied. Switching circuit 11 can switch the body bias potential Vbody-n to a power supply potential V cc or boosted potential V pp. The p channel layer 68 separated from the source / drain by the gate electrode 70 is connected to the switch circuit 10 similar to that shown in FIGS. 1 and 2, and the body bias potential Vbody-p is applied from the switch circuit 10. Applied. The switch circuit 10 can switch the body bias potential Vbody-p to the ground potential V ss or the negative potential V bb .

さらにn- チャネル層65上に形成されたpMOS−FETQ21のゲート電極69及びp- チャネル層68上に形成されたnMOS−FETQ22のゲート電極70へは入力信号が与えられるようになっている。そしてpMOS−FETQ21のドレイン及びnMOS−FETQ22のドレインから出力信号が出力されるようになっている。 Further, an input signal is applied to the gate electrode 69 of the pMOS-FET Q21 formed on the n channel layer 65 and the gate electrode 70 of the nMOS-FET Q22 formed on the p channel layer 68. An output signal is output from the drain of the pMOS-FET Q21 and the drain of the nMOS-FET Q22.

以上の如き構成の論理回路の動作について説明する。この論理回路が作動しないときは、クロック信号発生器14から反転コントロールクロック信号バーφのHレベル信号がスイッチ回路10,11へ入力されており、スイッチ回路10からは接地電位Vssより低い電位Vbb(<0)が、スイッチ回路11からは電源電位Vccより高い電位Vppが出力され、各々nMOS−FETQ22、pMOS−FETQ21のボディバイアス電位Vbody-p, ボディバイアス電位Vbody-nとされている。このとき、nMOS−FETQ22、pMOS−FETQ21は、各々のチャネル層へ接地電位Vss、電源電位Vccが印加されているときよりも、絶対値の大きな閾値電位になっており、サブスレッショルド電流は小さくなっている。 The operation of the logic circuit configured as described above will be described. When this logic circuit does not operate, an H level signal of the inverted control clock signal bar φ is input from the clock signal generator 14 to the switch circuits 10 and 11, and the switch circuit 10 outputs a potential V lower than the ground potential V ss. bb (<0) is higher potential V pp than the power supply potential V cc from the switch circuit 11 is output, each nMOS-FET Q22, the body bias potential Vbody-p of pMOS-FET Q21, is the body bias potential Vbody-n Yes. At this time, the nMOS-FET Q22 and the pMOS-FET Q21 have a threshold potential having a larger absolute value than when the ground potential V ss and the power supply potential V cc are applied to the respective channel layers, and the subthreshold current is It is getting smaller.

逆に論理回路が作動するときには、クロック信号発生器14から反転コントロールクロック信号バーφのLレベル信号がスイッチ回路10,11へ入力されており、スイッチ回路10からは接地電位Vssが、スイッチ回路11からは電源電位Vccが出力され、各々nMOS−FETQ22、pMOS−FETQ21のボディバイアス電位Vbody-p, ボディバイアス電位Vbody-nとされている。このとき、nMOS−FETQ22及びpMOS−FETQ21は、各々のチャネル層へ接地電位Vssより低い電位Vbb及び電源電位Vccより高い電位Vppが印加されているときよりも、絶対値の小さな閾値電位になっており、サブスレッショルド電流は増加するが、スイッチング速度はより高速になる。 Conversely, when the logic circuit operates, the L level signal of the inverted control clock signal bar φ is input from the clock signal generator 14 to the switch circuits 10 and 11, and the ground potential V ss is supplied from the switch circuit 10 to the switch circuit. 11 outputs a power supply potential Vcc, which is a body bias potential Vbody-p and a body bias potential Vbody-n of nMOS-FET Q22 and pMOS-FET Q21, respectively. At this time, the nMOS-FET Q22 and the pMOS-FET Q21 have thresholds with smaller absolute values than when the potential V bb lower than the ground potential V ss and the potential V pp higher than the power supply potential V cc are applied to the respective channel layers. At the potential, the subthreshold current increases, but the switching speed is faster.

入力節点INからHレベル(電源電位Vcc)の論理信号が入力されるとき、pMOS−FETQ21はオフ、nMOS−FETQ22はオンとなり、nMOS−FETQ22を介してLレベル(接地電位Vss=0V)の論理信号が出力節点OUTから出力される。一方、入力節点INからLレベル(接地電位Vss=0V)の論理信号が入力されるとき、pMOS−FETQ21はオン、nMOS−FETQ22はオフとなり、pMOS−FETQ21を介してHレベル(電源電位Vcc)の論理信号が出力節点OUTから出力される。 When an H level (power supply potential V cc ) logic signal is input from the input node IN, the pMOS-FET Q21 is turned off and the nMOS-FET Q22 is turned on, and the L level (ground potential V ss = 0V) via the nMOS-FET Q22. Are output from the output node OUT. On the other hand, when an L level (ground potential V ss = 0V) logic signal is input from the input node IN, the pMOS-FET Q21 is turned on, the nMOS-FET Q22 is turned off, and the H level (power supply potential V cc ) is output from the output node OUT.

以上のように本実施例においては、高速のスイッチング特性と小サブスレッショルド電流特性とが両立可能である。また図4に示す素子構成では、容量が比較的大きいバルク構造のウエルのバイアス電圧を変更するため、スイッチング時間が比較的長く、それに伴う充放電電流が比較的大きい。しかしながら図11に示す素子構成では、n- チャネル層65及びp- チャネル層68の容量は上述のウエルの容量より小さいのでスイッチング時間を短縮することができ、それに伴う充放電電流も比較的小さくすることができる。さらにボディ電圧の固定によりSOIトランジスタのキンクが無くなり、耐圧性が向上する。 As described above, in this embodiment, both high-speed switching characteristics and small subthreshold current characteristics can be achieved. Further, in the element configuration shown in FIG. 4, since the bias voltage of the bulk structure well having a relatively large capacity is changed, the switching time is relatively long and the accompanying charge / discharge current is relatively large. However, in the element configuration shown in FIG. 11, the capacitance of the n channel layer 65 and the p channel layer 68 is smaller than the capacitance of the well described above, so that the switching time can be shortened and the accompanying charge / discharge current is also relatively reduced. be able to. Furthermore, by fixing the body voltage, the kink of the SOI transistor is eliminated and the pressure resistance is improved.

実施例5.
図13は、本発明に係る半導体回路を構成する論理回路のさらに他の実施例を示す断面構造図である。本実施例では、pMOS−FETQ21,nMOS−FETQ22間の素子分離をLOCOS法にかえてフィールドシールド(FS)法にて行ってある。即ちpMOS−FETQ21のp+ 層63, 64の両外側は、ポリシリコンからなるFS層74, 74を形成して0Vを印加することにより、チャネルをOFFしてn- 層72, 73が形成されている。またnMOS−FETQ22のn+ 層66, 67の両外側は、FS層74, 74を形成して負バイアスを印加することにより、チャネルをOFFしてp- 層75, 76が形成されている。n- 層73, p- 層75間にはp+層77が形成されている。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional structure diagram showing still another embodiment of a logic circuit constituting a semiconductor circuit according to the present invention. In this embodiment, element isolation between the pMOS-FET Q21 and the nMOS-FET Q22 is performed by the field shield (FS) method instead of the LOCOS method. That is, on both outer sides of the p + layers 63 and 64 of the pMOS-FET Q21, by forming FS layers 74 and 74 made of polysilicon and applying 0V, the channel is turned off to form n layers 72 and 73. ing. Further, on both outer sides of the n + layers 66 and 67 of the nMOS-FET Q22, by forming FS layers 74 and 74 and applying a negative bias, the channel is turned off to form p layers 75 and 76. A p + layer 77 is formed between the n layer 73 and the p layer 75.

- チャネル層65及びn- 層72, 73へはスイッチ回路11からボディバイアス電位Vbody-nが印加されるようになっている。またp+ 層77, p- チャネル層68及びp- 層75, 76へはスイッチ回路10からボディバイアス電位Vbody-pが印加されるようになっている。pMOS−FETQ21のFS層74, 74には電源電位Vccが印加され、nMOS−FETQ22のFS層74, 74には接地電位Vssが印加されるようになっている。その他の構成は図11に示すものと同様であり、同符号を付して説明を省略する。 The body bias potential Vbody-n is applied from the switch circuit 11 to the n channel layer 65 and the n layers 72 and 73. The body bias potential Vbody-p is applied from the switch circuit 10 to the p + layer 77, the p channel layer 68, and the p layers 75 and 76. The power supply potential Vcc is applied to the FS layers 74 and 74 of the pMOS-FET Q21, and the ground potential V ss is applied to the FS layers 74 and 74 of the nMOS-FET Q22. Other configurations are the same as those shown in FIG. 11, and the description thereof will be omitted by assigning the same reference numerals.

本実施例においても上述の実施例と同様の効果が得られる。また本実施例では図12に示す如きボディバイアス電位用のレイアウトを必要とせず、FS層74の下のn- 層72, 73又はp- 層75, 76にて電位固定を行うことができる。なおn- 層73, p- 層75間にn+ 層を形成し、このn+ 層にボディバイアス電位Vbody-nが印加される構成としてもよい。 Also in this embodiment, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. In this embodiment, the layout for the body bias potential as shown in FIG. 12 is not required, and the potential can be fixed in the n layers 72 and 73 or the p layers 75 and 76 below the FS layer 74. An n + layer may be formed between the n layer 73 and the p layer 75, and a body bias potential Vbody-n may be applied to the n + layer.

実施例6.
図14は、本発明に係る半導体回路を構成する論理回路のさらに他の実施例を示す断面構造図である。本実施例では、FS法及びLOCOS法にて素子分離を行ってある。即ち図13に示すp+ 層77にかえてSiO2 層71を形成してある。そしてn- チャネル層65及びn- 層72, 73へはスイッチ回路11からボディバイアス電位Vbody-nが印加されるようになっている。またp- チャネル層68及びp- 層75, 76へはスイッチ回路10からボディバイアス電位Vbody-pが印加されるようになっている。その他の構成は図13に示すものと同様であり、同符号を付して説明を省略する。本発明は、このようにFS法及びLOCOS法にて素子分離を行ってある場合にも適用することができ、前述の実施例と同様の効果が得られる。
Example 6
FIG. 14 is a sectional structural view showing still another embodiment of the logic circuit constituting the semiconductor circuit according to the present invention. In this embodiment, element isolation is performed by the FS method and the LOCOS method. That is, an SiO 2 layer 71 is formed in place of the p + layer 77 shown in FIG. A body bias potential Vbody-n is applied from the switch circuit 11 to the n channel layer 65 and the n layers 72 and 73. A body bias potential Vbody-p is applied from the switch circuit 10 to the p channel layer 68 and the p layers 75 and 76. Other configurations are the same as those shown in FIG. The present invention can also be applied to the case where element isolation is performed by the FS method and the LOCOS method as described above, and the same effects as those of the above-described embodiments can be obtained.

実施例7.
図15は、本発明に係る半導体回路を構成する論理回路のさらに他の実施例を示す断面構造図である。本実施例では、pMOS−FETQ21にかえてnMOS−FETQ22と同じ構成のnMOS−FETQ23を形成し、nMOS−FETが併置された場合を示している。nMOS−FETQ22, Q23間にはn+ 層78が形成してある。nMOS−FETQ22, Q23のFS層74, 74, 74, 74とnMOS−FETQ22のp- 層75, 76及びp- チャネル層68とには接地電位Vssが印加され、n+ 層78には電源電位Vccが印加されるようになっている。nMOS−FETQ23のp- 層75, 76及びp- チャネル層68にはスイッチ回路10が接続されている。その他の構成は図13に示すものと同様であり、同符号を付して説明を省略する。本発明は、このようなnMOS−FETが併置された場合にも適用することができ、前述の実施例と同様の効果が得られる。
Example 7
FIG. 15 is a sectional structural view showing still another embodiment of the logic circuit constituting the semiconductor circuit according to the present invention. In this embodiment, an nMOS-FET Q23 having the same configuration as that of the nMOS-FET Q22 is formed in place of the pMOS-FET Q21, and the nMOS-FET is juxtaposed. An n + layer 78 is formed between the nMOS-FETs Q22 and Q23. The ground potential V ss is applied to the FS layers 74, 74, 74, 74 of the nMOS-FETs Q22, Q23 and the p layers 75, 76 and the p channel layer 68 of the nMOS-FET Q22, and the n + layer 78 is supplied with power. The potential V cc is applied. The switch circuit 10 is connected to the p layers 75 and 76 and the p channel layer 68 of the nMOS-FET Q23. Other configurations are the same as those shown in FIG. The present invention can also be applied to the case where such nMOS-FETs are juxtaposed, and the same effects as those of the above-described embodiments can be obtained.

また、上述の各実施例においては、電源電位Vcc<電位Vpp、電位Vbb<接地電位Vss、電位Vbb1 <電位Vbb2 として記述したが、各々相対的のものであり、電源電位Vcc>電位Vpp、電位Vbb>接地電位Vss、電位Vbb1 >電位Vbb2としても、各々同様のことを記述することができる。 In each of the above-described embodiments, the power supply potential V cc <potential V pp , the potential V bb <the ground potential V ss , and the potential V bb1 <potential V bb2 are described. V cc> potential V pp, the potential V bb> ground potential V ss, even when the potential V bb1> potential V bb2, can describe each same thing.

実施例8.
図16は、本発明に係る半導体回路の実施例8を示す回路図である。図16では、ウエルを形成したバルク構造のFETにより構成した3つのインバータI11,I12,I13が直列に接続されている場合を示している。インバータI11は、電源線Vcc(電源電位:Vcc),接地線Vss(接地電位:Vss)間にpMOSのFETQ81と、nMOSのFETQ82とが直列に接続されている。同様にインバータI12(I13)は、電源線Vcc,接地線Vss間にpMOSのFETQ83(Q85)と、nMOSのFETQ84(Q86)とが直列に接続されている。
Example 8 FIG.
FIG. 16 is a circuit diagram showing Example 8 of the semiconductor circuit according to the present invention. FIG. 16 shows a case where three inverters I 11 , I 12 , I 13 constituted by bulk structure FETs in which wells are formed are connected in series. In the inverter I 11 , a pMOS FET Q81 and an nMOS FET Q82 are connected in series between a power supply line V cc (power supply potential: V cc ) and a ground line V ss (ground potential: V ss ). Similarly, in the inverter I 12 (I 13 ), a pMOS FET Q83 (Q85) and an nMOS FET Q84 (Q86) are connected in series between the power supply line V cc and the ground line V ss .

そしてpMOSのFETQ81及びnMOSのFETQ82のゲートが接続されており、この接続点を入力節点INとしている。またpMOSのFETQ81,nMOSのFETQ82のドレインが接続され、その接続点は、インバータI12のpMOSのFETQ83及びnMOSのFETQ84のゲートの接続点と接続されている。同様にpMOSのFETQ83及びnMOSのFETQ84のドレインの接続点は、インバータI13のpMOSのFETQ85及びnMOSのFETQ86のゲートの接続点と接続されており、pMOSのFETQ85及びnMOSのFETQ86のドレインの接続点は出力節点OUTとなしてある。 The gates of the pMOS FET Q81 and the nMOS FET Q82 are connected, and this connection point is used as the input node IN. The pMOS of FETQ81, the drain of the nMOS of FETQ82 are connected, the connection point is connected to the connection point of the gates of the pMOS of FETQ83 and nMOS of FETQ84 inverter I 12. Similarly FETQ83 and drain connection point FETQ84 of nMOS of the pMOS is connected to FETQ85 and connection points of the gates of FETQ86 of nMOS of pMOS inverter I 13, the drain connection point of the pMOS FETQ85 and nMOS of FETQ86 Is an output node OUT.

pMOSのFETQ81,Q85のバックゲートは、電源電位Vccと電位Vppとを切り換えるスイッチ回路11と接続されており、FETQ83のバックゲートはソースと同じ電源線Vccに接続されている。nMOSのFETQ82,Q86のバックゲートはソースと同じ接地線Vssに接続されており、FETQ84のバックゲートは、接地電位Vssと電位Vbbとを切り換えるスイッチ回路10と接続されている。 The back gate of pMOS of FETQ81, Q85 is connected to the switching circuit 11 for switching between the power source potential V cc and the potential V pp, the back gate of FETQ83 are connected to the same power supply line V cc and a source. The back gates of the nMOS FETs Q82 and Q86 are connected to the same ground line V ss as the source, and the back gate of the FET Q84 is connected to the switch circuit 10 for switching between the ground potential V ss and the potential V bb .

本実施例では、スタンバイ時、入力節点INへはHレベルであるクロック信号が入力される。pMOSのFETQ81,Q85のバックゲートへはスイッチ回路11から電位Vppが印加され、FETQ83のバックゲートへは電源電位Vccが印加される。またnMOSのFETQ82,Q86のバックゲートへは接地電位Vssが印加され、FETQ84のバックゲートへはスイッチ回路10から電位Vbbが印加される。 In this embodiment, an H level clock signal is input to the input node IN during standby. to the pMOS FETQ81, Q85 of the back gate potential V pp is applied from the switch circuit 11, the power source potential V cc is applied to the back gate of FETQ83. The ground potential V ss is applied to the back gates of the nMOS FETs Q82 and Q86, and the potential V bb is applied from the switch circuit 10 to the back gate of the FET Q84.

一方アクティブ時には、入力節点INへはLレベルであるクロック信号が入力される。FETQ81,Q85のバックゲートへはスイッチ回路11から電源電位Vccが印加され、FETQ83のバックゲートへはソース電位と同じ電源電位Vccが印加される。またFETQ82,Q86のバックゲートへはソース電位と同じ接地電位Vssが印加され、FETQ84のバックゲートへはスイッチ回路10から接地電位Vssが印加される。 On the other hand, when active, a clock signal at L level is input to the input node IN. The power supply potential Vcc is applied from the switch circuit 11 to the back gates of the FETs Q81 and Q85, and the same power supply potential Vcc as the source potential is applied to the back gate of the FET Q83. The FETQ82, the same ground potential V ss to the source potential is applied to Q86 to the back gate, a ground potential V ss from the switch circuit 10 is applied to the back gate of FETQ84.

このようにバックゲートへ印加する電位を制御することにより、スタンバイ時はオフしているpMOSのFETQ81,Q85の閾値電圧が、アクティブ時の閾値電圧よりも大きくなり、またスタンバイ時はオフしているnMOSのFETQ84の閾値電圧が、アクティブ時の閾値電圧よりも大きくなる。従ってスタンバイ時にオフしているFETにおいて流れるサブスレッショルド電流を低減することができる。低電圧回路に対しても閾値スケーリングを行ってインバータ列における高速動作を実現することができる。   By controlling the potential applied to the back gate in this way, the threshold voltages of the pMOS FETs Q81 and Q85 that are off during standby become larger than the threshold voltage during active, and are off during standby. The threshold voltage of the nMOS FET Q84 is larger than the threshold voltage when active. Therefore, it is possible to reduce the subthreshold current flowing in the FET that is turned off during standby. High-speed operation in the inverter array can be realized by performing threshold scaling for the low-voltage circuit.

実施例9.
図17は、本発明に係る半導体回路の実施例9を示す回路図である。図17では、SOI構造のFETにより構成した4つのインバータI1 ,I2,I3 ,I4 が直列に接続されている場合を示している。インバータI1 は、電源線Vcc(電源電位:Vcc),接地線Vss(接地電位:Vss)間にpMOSのFETQ31と、nMOSのFETQ32とが直列に接続されている。同様にインバータI2 (I3 ,I4 )は、電源線Vcc,接地線Vss間にpMOSのFETQ33(Q35,Q37)と、nMOSのFETQ34(Q36,Q38)とが直列に接続されている。
Example 9
FIG. 17 is a circuit diagram showing Example 9 of the semiconductor circuit according to the present invention. FIG. 17 shows a case where four inverters I 1 , I 2 , I 3 , and I 4 constituted by SOI-structure FETs are connected in series. In the inverter I 1 , a pMOS FET Q31 and an nMOS FET Q32 are connected in series between a power supply line V cc (power supply potential: V cc ) and a ground line V ss (ground potential: V ss ). Similarly, in the inverter I 2 (I 3 , I 4 ), a pMOS FET Q33 (Q35, Q37) and an nMOS FET Q34 (Q36, Q38) are connected in series between the power supply line V cc and the ground line V ss. Yes.

そしてpMOSのFETQ31及びnMOSのFETQ32のゲートが接続されており、この接続点を入力節点INとしている。またpMOSのFETQ31,nMOSのFETQ32のドレインが接続され、その接続点は、インバータI2 のpMOSのFETQ33及びnMOSのFETQ34のゲートの接続点と接続されている。同様にpMOSのFETQ33及びnMOSのFETQ34のドレインの接続点は、インバータI3 のpMOSのFETQ35及びnMOSのFETQ36のゲートの接続点と接続されており、pMOSのFETQ35及びnMOSのFETQ36のドレインの接続点は、インバータI4 のpMOSのFETQ37及びnMOSのFETQ38のゲートの接続点と接続されている。pMOSのFETQ37及びnMOSのFETQ38のドレインの接続点は出力節点OUTとなしてある。 The gates of the pMOS FET Q31 and the nMOS FET Q32 are connected, and this connection point is used as the input node IN. The pMOS of the FET Q31, the drain of the nMOS of FETQ32 are connected, the connection point is connected to the connection point of the gates of FETQ34 the inverter I 2 pMOS of FETQ33 and nMOS. Similarly FETQ33 and drain connection point FETQ34 of nMOS of the pMOS is connected to a connection point of the gates of FETQ35 of pMOS inverters I 3 and nMOS of FETQ36, the drain connection point of the pMOS FETQ35 and nMOS of FETQ36 Is connected to the connection point of the gates of the pMOS FET Q37 and the nMOS FET Q38 of the inverter I 4 . The connection point of the drains of the pMOS FET Q37 and the nMOS FET Q38 is the output node OUT.

pMOSのFETQ31,Q35のボディ(チャネル層,FS層下のチャネルオフ層を含む)はソースと同じ電源線Vccに接続されており、nMOSのFETQ34,Q38のボディはソースと同じ接地線Vssに接続されている。またpMOSのFETQ33,Q37のボディは、電位Vpp1 又は電位Vpp2 (Vpp1 >Vpp2 )を選択的に与えるスイッチ回路81と接続されており、nMOSのFETQ32,Q36のボディは、電位Vbb1 又は電位Vbb2 (Vbb1 <Vbb2 )を選択的に与えるスイッチ回路82と接続されている。 The bodies of the pMOS FETs Q31 and Q35 (including the channel layer and the channel off layer below the FS layer) are connected to the same power supply line Vcc as the source, and the bodies of the nMOS FETs Q34 and Q38 are the same as the ground line V ss as the source. It is connected to the. The bodies of the pMOS FETs Q33 and Q37 are connected to a switch circuit 81 that selectively applies the potential V pp1 or the potential V pp2 (V pp1 > V pp2 ). The bodies of the nMOS FETs Q32 and Q36 have the potential V bb1. Alternatively, it is connected to a switch circuit 82 that selectively applies a potential V bb2 (V bb1 <V bb2 ).

スイッチ回路81へは、電圧供給手段83によって電位Vpp1 が与えられ、電圧供給手段84によって電位Vpp2 が与えられ、さらにクロック信号発生回路85から反転クロック信号バーφが与えられるようになっている。またスイッチ回路82へは、電圧供給手段86によって電位Vbb1 が与えられ、電圧供給手段87によって電位Vbb2 が与えられ、さらにクロック信号発生回路85から反転クロック信号バーφが与えられるようになっている。以上、スイッチ回路81, 82, 電圧供給手段83,84,86,87 及びクロック信号発生回路85を含む回路を基板(ボディ)バイアス切換回路88とする。 The switch circuit 81 is supplied with the potential V pp1 by the voltage supply means 83, is supplied with the potential V pp2 by the voltage supply means 84, and is further supplied with the inverted clock signal bar φ from the clock signal generation circuit 85. . Further to the switch circuit 82, the potential V bb1 given by the voltage supply means 86, the potential V bb2 provided by the voltage supply means 87, further comprise a clock signal generating circuit 85 to the inverted clock signal bar φ is given Yes. The circuit including the switch circuits 81, 82, the voltage supply means 83, 84, 86, 87, and the clock signal generation circuit 85 is referred to as the substrate (body) bias switching circuit 88.

スイッチ回路82は、図10に示す外部RAS信号ex.RASをクロック信号発生回路85にて発生されるクロック信号(φまたはバーφ)としたものと同様である。そして切り換えスイッチ(36b)の出力側をnMOSのFETQ34,Q38のボディと接続しておく。なお電位Vbb1 又は電位Vbb2 のいずれかを接地電位Vssとすることができ、電位Vbb2 を接地電位Vssとすれば図2に示す構成と同様になる。このときVbb1 <Vbb2 でなければならない。 The switch circuit 82 is connected to the external RAS signal ex. RAS is the same as the clock signal (φ or bar φ) generated by the clock signal generation circuit 85. The output side of the changeover switch (36b) is connected to the bodies of the nMOS FETs Q34 and Q38. Note one of the potential V bb1 or potential V bb2 be a ground potential V ss, it becomes similar to the configuration shown the potential V bb2 to the ground potential V ss Tosureba FIG. At this time, V bb1 <V bb2 must be satisfied .

またスイッチ回路81は、図3に示す電圧供給手段15を電圧供給手段83にかえて電位Vppを電位Vpp1 とし、電源電位Vccを電圧供給手段84から得られる電位Vpp2 すればよい。なおなお電位Vpp1 又は電位Vpp2 のいずれかを電源電位Vccとすることができ、電位Vpp2 を電源電位Vccとすれば図3に示す構成と同様になる。このときVpp1 >Vpp2 でなければならない。 Further, the switch circuit 81 may replace the voltage supply means 15 shown in FIG. 3 with the voltage supply means 83 to change the potential V pp to the potential V pp1 and the power supply potential V cc to the potential V pp2 obtained from the voltage supply means 84. Naonao can either potential V pp1 or potential V pp2 the power supply potential V cc, becomes similar to the configuration shown the potential V pp2 to the power supply potential V cc Tosureba FIG. At this time, V pp1 > V pp2 must be satisfied .

以上の如く構成された半導体回路の動作について説明する。スタンバイ時に入力節点INより入力される入力信号はLレベルであり、スタンバイ時にオンしているFETQ31, Q34, Q35, Q38のボディバイアス電位はソース電位と同じである。またスタンバイ時にオフしているnMOSのFETQ32, Q36のボディバイアス電位は電位Vbb1 であり、pMOSのFETQ33, Q37のボディバイアス電位は電位Vpp1 である。 The operation of the semiconductor circuit configured as described above will be described. The input signal input from the input node IN during standby is at L level, and the body bias potentials of the FETs Q31, Q34, Q35, and Q38 that are turned on during standby are the same as the source potential. The body bias voltage of the nMOS of FET Q32, Q36 are turned off in the standby are potential V bb1, body bias voltage of the pMOS of FETQ33, Q37 is a potential V pp1.

アクティブ時には入力節点INより入力される入力信号はHレベルとなり、FETQ32, Q33, Q36, Q37がオンする。このときnMOSのFETQ32, Q36のボディには基板(ボディ)バイアス切換回路88にて電位Vbb2 が印加され、pMOSのFETQ33, Q37のボディには基板(ボディ)バイアス切換回路88にて電位Vpp2 が印加される。またオフしているFETQ31, Q34, Q35, Q38のボディバイアス電位はソース電位と同じである。 When active, the input signal input from the input node IN becomes H level, and the FETs Q32, Q33, Q36, and Q37 are turned on. In this case the applied potential V bb2 The body of the nMOS of FET Q32, Q36 at a substrate (body) bias switching circuit 88, the potential V pp2 at pMOS of FETQ33, the body of Q37 substrate (body) bias switching circuit 88 Is applied. The body bias potentials of the FETs Q31, Q34, Q35, and Q38 that are turned off are the same as the source potential.

実施例1と同様に、スタンバイ時にはnMOSのFETのボディバイアス電位はアクティブ時より低くし、pMOSのFETのボディバイアス電位はアクティブ時より高くして閾値電圧を大きくしている。これによりサブスレショールド電流を低減することができる。またアクティブ時には閾値電圧を小さくしているのでインバータ列のスイッチング速度を上昇させることができる。   As in the first embodiment, during standby, the body bias potential of the nMOS FET is set lower than that during activation, and the body bias potential of the pMOS FET is set higher than that during activation to increase the threshold voltage. Thereby, the subthreshold current can be reduced. In addition, since the threshold voltage is reduced when active, the switching speed of the inverter train can be increased.

本実施例では、インバータを構成する全てのFETのボディバイアス電位を制御するのではなく、スタンバイ時にオフするFETQ32, Q33, Q36, Q37のみ基板(ボディ)バイアス切換回路88に接続してボディバイアス電位を制御している。従ってボディバイアス電位の切り換えに要する消費電流は、全てのFETのボディバイアス電位を制御する場合の半分である。またボディバイアス電位の切り換え速度も高い。   In this embodiment, the body bias potentials of all the FETs constituting the inverter are not controlled, but only the FETs Q32, Q33, Q36, and Q37 that are turned off during standby are connected to the substrate (body) bias switching circuit 88. Is controlling. Therefore, the current consumption required for switching the body bias potential is half that for controlling the body bias potential of all FETs. The body bias potential switching speed is also high.

なおインバータ列を図4に示す如く、ウエルを形成したバルク構造にて作製すると、基板電位が4種類あるので4つのウエルが必要である。この場合はウエル間分離等の理由でレイアウト面積が大きくなったり、ウエルの寄生容量に対する充放電が大きいという問題がある。しかしながら図11に示す如きSOI構造のMOSFETでインバータ列を作製すると、このような問題は生じない。従って本実施例はSOI構造のMOSFETで構成されたインバータ列に適用すると良好な効果が得られる。以上より、低閾値電圧であり且つスタンバイ電流(サブスレッショルド電流)が小さく、高速動作が可能な論理回路を実現することができる。   If the inverter array is manufactured in a bulk structure in which wells are formed as shown in FIG. 4, there are four types of substrate potentials, so four wells are necessary. In this case, there is a problem that the layout area is increased due to separation between wells or the like, and charge / discharge with respect to the parasitic capacitance of the well is large. However, when an inverter array is made of MOSFETs having an SOI structure as shown in FIG. 11, such a problem does not occur. Therefore, when this embodiment is applied to an inverter array composed of MOSFETs having an SOI structure, a good effect can be obtained. As described above, a logic circuit which has a low threshold voltage and a small standby current (subthreshold current) and which can operate at high speed can be realized.

実施例10.
図18は、本発明に係る半導体回路の実施例10を示す回路図である。本実施例では実施例9におけるpMOSのFETQ31, Q35(例えば閾値電圧:0.7V)にかえてこれらより閾値電圧が小さい(例えば 0.3〜0.4V)pMOSのFETQ41, Q45を使用している。また実施例9におけるnMOSのFETQ34, Q38(例えば閾値電圧:0.7V)にかえてこれらより閾値電圧が小さい(例えば 0.3〜0.4V)nMOSのFETQ44, Q48を使用している。その他の構成は図17に示す構成と同様であり同符号を付して説明を省略する。なおバルク構造のFETを使用してもよい。
Example 10
FIG. 18 is a circuit diagram showing Example 10 of the semiconductor circuit according to the present invention. In this embodiment, in place of the pMOS FETs Q31 and Q35 (for example, threshold voltage: 0.7 V) in the ninth embodiment, pMOS FETs Q41 and Q45 having a threshold voltage smaller than these (for example, 0.3 to 0.4 V) are used. Further, in place of the nMOS FETs Q34 and Q38 (for example, threshold voltage: 0.7V) in the ninth embodiment, nMOS FETs Q44 and Q48 having a smaller threshold voltage (for example, 0.3 to 0.4 V) are used. Other configurations are the same as those shown in FIG. A bulk-structure FET may be used.

本実施例においては、アクティブ時にオンするFETQ41, Q44, Q45, Q48の閾値電圧が小さくなしてあることにより、スタンバイ時からアクティブ時への移行時において瞬時に電流が流れる。従って実施例9よりも高速なスイッチング動作が可能となる。   In this embodiment, since the threshold voltages of the FETs Q41, Q44, Q45, and Q48 that are turned on when active are reduced, current flows instantaneously at the time of transition from standby to active. Therefore, a switching operation faster than that in the ninth embodiment is possible.

実施例11.
図19は、本発明に係る半導体回路の実施例11を示す回路図である。本実施例では、MT−MOS構造を使用した4つのインバータI5 ,I6 ,I7 ,I8 を示す。インバータI5 のpMOSのFETQ51, nMOSのFETQ52のゲートの接続点を入力節点INとしており、pMOSのFETQ51,nMOSのFETQ52のドレインの接続点は、インバータI6 のpMOSのFETQ53及びnMOSのFETQ54のゲートの接続点と接続されている。同様にpMOSのFETQ53及びnMOSのFETQ54のドレインの接続点は、インバータI7 のpMOSのFETQ55及びnMOSのFETQ56のゲートの接続点と接続されており、pMOSのFETQ55及びnMOSのFETQ56のドレインの接続点は、インバータI8 のpMOSのFETQ57及びnMOSのFETQ58のゲートの接続点と接続されている。pMOSのFETQ57及びnMOSのFETQ58のドレインの接続点は出力節点OUTとなしてある。
Example 11.
FIG. 19 is a circuit diagram showing Example 11 of the semiconductor circuit according to the present invention. In this embodiment, four inverters I 5 , I 6 , I 7 and I 8 using the MT-MOS structure are shown. PMOS of FET Q51 of inverter I 5, and the connection point of the gate of the nMOS of FETQ52 an input node IN, FET Q51, the drain connection point FETQ52 of nMOS of pMOS is the pMOS inverter I 6 FETQ53 and nMOS gates of FETQ54 Is connected to the connection point. Similarly FETQ53 and drain connection point FETQ54 of nMOS of the pMOS is connected to a connection point of the gates of the pMOS of FETQ55 and nMOS of FETQ56 inverter I 7, the drain connection point of the pMOS FETQ55 and nMOS of FETQ56 It is connected to the connection point of the gates of the pMOS of FETQ57 and nMOS of FETQ58 inverter I 8. The connection point between the drains of the pMOS FET Q57 and the nMOS FET Q58 is the output node OUT.

pMOSのFETQ51, Q53, Q55, Q57のソースは副電源線Vcc1 に接続されており、nMOSのFETQ52, Q54, Q56, Q58のソースは副接地線Vss1に接続されている。副電源線Vcc1 は、反転クロック信号バーφがゲートに与えられ、電源電位Vccがボディ(バックゲート)に与えられるpMOSのFETQ59を介して電源線Vccと接続されている。副接地線Vss1 は、クロック信号φがゲートに与えられ、接地電位Vssがボディ(バックゲート)に与えられるnMOSのFETQ60を介して接地線Vssと接続されている。FETQ59, Q60の閾値電圧は、インバータI5 ,I6 ,I7 ,I8 を構成するFETQ51, Q52, Q53, Q54, Q55, Q56, Q57, Q58の閾値電圧より大きい。 pMOS of FETQ51, Q53, Q55, the source of Q57 is connected to the secondary power supply line V cc1, the source of nMOS of FETQ52, Q54, Q56, Q58 are connected to the sub-ground line V ss1. Secondary power supply line V cc1 is inverted clock signal bar φ is supplied to the gate, the power source potential V cc is connected to the power supply line V cc through a FETQ59 of pMOS given to the body (back gate). The sub-ground line V ss1 is connected to the ground line V ss via an nMOS FET Q60 to which the clock signal φ is applied to the gate and the ground potential V ss is applied to the body (back gate). FETQ59, the threshold voltage of Q60 is larger than the inverter I 5, FET Q51 constituting the I 6, I 7, I 8 , Q52, Q53, Q54, Q55, Q56, Q57, Q58 threshold voltage.

pMOSのFETQ51, Q53, Q55, Q57のボディ(バックゲート)は、基板(ボディ)バイアス切換回路88のスイッチ回路(81)に接続されており、nMOSのFETQ52, Q54, Q56, Q58のボディ(バックゲート)は、基板(ボディ)バイアス切換回路88のスイッチ回路(82)に接続されている。   The body (back gate) of the pMOS FETs Q51, Q53, Q55, and Q57 is connected to the switch circuit (81) of the substrate (body) bias switching circuit 88, and the body (back) of the nMOS FETs Q52, Q54, Q56, and Q58. The gate) is connected to the switch circuit (82) of the substrate (body) bias switching circuit 88.

以上の如き構成の半導体回路では、スタンバイ時にはFETQ59, 60をオフさせる。これにより副電源線Vcc1 には電源電位Vccが与えられなくなり、副接地線Vss1 には接地電位Vssが与えられなくなる。さらにpMOSのFETQ51,Q53, Q55, Q57のボディ(バックゲート)には電位Vpp1 が印加され、nMOSのFETQ52, Q54, Q56, Q58のボディ(バックゲート)には電位Vbb1 が印加される。 In the semiconductor circuit configured as described above, the FETs Q59 and 60 are turned off during standby. As a result, the power supply potential V cc is not applied to the sub power supply line V cc1 , and the ground potential V ss is not applied to the sub ground line V ss1 . Further, the potential V pp1 is applied to the bodies (back gates) of the pMOS FETs Q51, Q53, Q55, and Q57, and the potential V bb1 is applied to the bodies (back gates) of the nMOS FETs Q52, Q54, Q56, and Q58.

またアクティブ時にはFETQ59, 60をオンさせる。これによりpMOSのFETQ51, Q53, Q55, Q57のソースには副電源線Vcc1 を介して電源電位Vccが与えられ、nMOSのFETQ52, Q54, Q56, Q58のソースには副接地線Vss1 を介して接地電位Vssが与えられる。さらにpMOSのFETQ51, Q53,Q55, Q57のボディ(バックゲート)には電位Vpp2 が印加され、nMOSのFETQ52, Q54, Q56, Q58のボディ(バックゲート)には電位Vbb2 が印加される。 When active, FETs Q59 and 60 are turned on. As a result, the power supply potential Vcc is applied to the sources of the pMOS FETs Q51, Q53, Q55, and Q57 via the sub power supply line Vcc1, and the sub-ground line V ss1 is applied to the sources of the nMOS FETs Q52, Q54, Q56, and Q58. The ground potential V ss is applied through the via. Furthermore the pMOS of FETQ51, Q53, Q55, Q57 of the body (back gate) is applied potential V pp2, the nMOS FETQ52, Q54, Q56, the potential V bb2 to Q58 of the body (back gate) is applied.

本発明ではインバータ列で電流が流れて副電源線Vcc1 の電位,副接地線Vss1 の電位のへたりが生じても、スタンバイ時の閾値電圧を高くするようにFETのボディ(バックゲート)バイアス電位を制御するので、スイッチングに遅延が生じたり、論理が変わったりすることを防止することができる。 In the present invention, even if a current flows through the inverter train and the potential of the sub power supply line V cc1 and the potential of the sub ground line V ss1 occur, the body of the FET (back gate) so as to increase the threshold voltage during standby. Since the bias potential is controlled, it is possible to prevent a delay in switching or a change in logic.

実施例12.
図20は、本発明に係る半導体回路の実施例12を示す回路図である。本実施例では図19に示すpMOSのFETQ51, Q55のボディ(バックゲート)を電源線Vccに接続し、pMOSのFETQ53, Q57のみのボディ(バックゲート)を基板(ボディ)バイアス切換回路88に接続している。また図19に示すnMOSのFETQ54, Q58のボディ(バックゲート)を接地線Vssに接続し、nMOSのFETQ52, Q56のみのボディ(バックゲート)を基板(ボディ)バイアス切換回路88に接続している。その他の構成は図19に示すものと同様であり、同符号を付して説明を省略する。
Example 12.
FIG. 20 is a circuit diagram showing Example 12 of the semiconductor circuit according to the present invention. In this embodiment the pMOS FETQ51 shown in FIG. 19, Q55 body (the back gate) connected to the power supply line V cc, the pMOS of FETQ53, Q57 only the body (back gate) on a substrate (body) bias switching circuit 88 Connected. Further, the body (back gate) of the nMOS FETs Q54 and Q58 shown in FIG. 19 is connected to the ground line V ss, and the body (back gate) of only the nMOS FETs Q52 and Q56 is connected to the substrate (body) bias switching circuit 88. Yes. Other configurations are the same as those shown in FIG.

本実施例では、スタンバイ時にオフするFETQ52, Q53, Q56, Q57のみの基板バイアス電位を可変としている。これにより基板(ボディ)バイアス切換回路88によって基板バイアス電位を変更するFETの数が実施例11の場合の半分となるので、基板バイアス電位の切換に要する消費電力を1/2に低減することができ、また高速にて切り換えることができる。   In this embodiment, only the substrate bias potentials of the FETs Q52, Q53, Q56, and Q57 that are turned off during standby are variable. As a result, the number of FETs whose substrate bias potential is changed by the substrate (body) bias switching circuit 88 is halved as compared with the case of the eleventh embodiment. And can be switched at high speed.

実施例13.
図21は、本発明に係る半導体回路の実施例13を示す回路図であり、図26に示すワードドライバに本発明を適用した場合を示す。ワードドライバWDは、昇圧電源に接続された電源線Vpp2 (電位:Vpp2 ),接地間にpMOSのFETQ61, nMOSのFETQ62が直列に接続されており、pMOSのFETQ61, nMOSのFETQ62のゲートにデコーダ信号Xが入力され、pMOSのFETQ61, nMOSのFETQ62のドレインの接続点にワード線WLが接続されている。このような構成のワードドライバWDが縦方向にn個,横方向にm列並設されている(WD11〜WDmn)。そして各ワードドライバWDのpMOSのFETQ61のボディ(バックゲート)は、上述の実施例と同様のスイッチ回路81に接続されている。
Example 13.
FIG. 21 is a circuit diagram showing Embodiment 13 of the semiconductor circuit according to the present invention, and shows a case where the present invention is applied to the word driver shown in FIG. In the word driver WD, a pMOS FET Q61 and an nMOS FET Q62 are connected in series between a power supply line V pp2 (potential: V pp2 ) connected to a boost power supply and the ground, and are connected to the gates of the pMOS FET Q61 and the nMOS FET Q62. The decoder signal X is input, and the word line WL is connected to the connection point of the drains of the pMOS FET Q61 and the nMOS FET Q62. The n word drivers WD having such a configuration are arranged in parallel in the vertical direction and m columns in the horizontal direction (WD 11 to WD mn ). The body (back gate) of the pMOS FET Q61 of each word driver WD is connected to the switch circuit 81 similar to the above-described embodiment.

このような構成の半導体回路においては、pMOSのFETQ61のボディ(バックゲート)バイアス電位を、スイッチ回路81によりスタンバイ時に電位Vpp1とする。そしてアクティブ時には電位Vpp2 (Vpp1 >Vpp2 )とし、選択されたワードドライバWD(例えばワードドライバWD11)にデコーダ信号X1 が入力されることにより、ワード線WLがアクティブ状態になる。本実施例においてもスタンバイ時に流れるスタンバイ電流(サブスレッショルド電流)が少ないDRAMを実現することができる。 In the semiconductor circuit having such a configuration, the body (back gate) bias potential of the pMOS FET Q61 is set to the potential V pp1 during standby by the switch circuit 81. When active, the potential is V pp2 (V pp1 > V pp2 ), and the decoder signal X 1 is input to the selected word driver WD (for example, word driver WD 11 ), so that the word line WL becomes active. Also in this embodiment, it is possible to realize a DRAM with a small standby current (subthreshold current) flowing during standby.

実施例14.
図22は、本発明に係る半導体回路の実施例14を示す回路図であり、階層構造のワードドライバを本発明を利用して実現した場合を示す。図21に示す縦方向に配置されたワードドライバWDを列単位にワードドライバ列B1,B2,…Bm とする。pMOSのFETQ61のボディ(バックゲート)は、ワードドライバ列B毎にスイッチ回路81と接続されている。各スイッチ回路81へは電圧供給手段83, 84から電位Vpp1 , Vpp2 が与えられる。またアクティブ時にLレベルとなるクロック信号φとワードドライバ列Bを選択するための列選択信号Kとを入力とする NOR回路N1,N2,…Nm の出力信号が各スイッチ回路81へ与えられるようになしてある。その他の構成は図21に示すものと同様であり、同符号を付して説明を省略する。
Example 14.
FIG. 22 is a circuit diagram showing Embodiment 14 of the semiconductor circuit according to the present invention, and shows a case where a hierarchical word driver is realized by using the present invention. The word drivers WD arranged in the vertical direction shown in FIG. 21 are defined as word driver columns B1, B2,. The body (back gate) of the pMOS FET Q61 is connected to the switch circuit 81 for each word driver column B. The potentials V pp1 and V pp2 are applied to the switch circuits 81 from the voltage supply means 83 and 84, respectively . Further, the output signals of NOR circuits N1, N2,... Nm that receive the clock signal φ that is L level when active and the column selection signal K for selecting the word driver column B are supplied to each switch circuit 81. There is. Other configurations are the same as those shown in FIG. 21, and the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

このような構成の半導体回路においては、スタンバイ時には、クロック信号φ及び列選択信号K1 ,K2 ,…Km はHレベルであり、pMOSのFETQ61のボディ(バックゲート)へ電位Vpp1 を印加する。これによりpMOSのFETQ61の閾値電圧が高くなり、ほとんどサブスレッショルド電流は流れない。 In the semiconductor circuit having such a configuration, during standby, the clock signal φ and the column selection signals K1, K2,... Km are at the H level, and the potential V pp1 is applied to the body (back gate) of the pMOS FET Q61. As a result, the threshold voltage of the pMOS FET Q61 increases, and almost no subthreshold current flows.

そしてアクティブ時には、クロック信号がLレベルとなり、選択されたワードドライバWD(例えばワードドライバWD11)に接続されたスイッチ回路81へ与えられる列選択信号K1 がLレベルとなる。その他の列選択信号K2 ,…Km はHレベルである。そしてpMOSのFETQ61にデコーダ信号X1 が入力されることによりワード線WLが立ち上がる。アクティブ時には選択されたワードドライバWDのpMOSのFETQ61の閾値電圧が小さくなるので、ワード線WLは高速にて立ち上がる。 When active, the clock signal becomes L level, and the column selection signal K1 applied to the switch circuit 81 connected to the selected word driver WD (eg, word driver WD 11 ) becomes L level. The other column selection signals K2,... Km are at the H level. The word line WL rises by the decoder signal X 1 on the pMOS FETQ61 is input. When active, the threshold voltage of the pMOS FET Q61 of the selected word driver WD becomes small, so that the word line WL rises at high speed.

本実施例においては、選択されたワードドライバWDを含むワードドライバ列Bのみのソース電位を上昇させるだけでよいので、実施例12よりもワード線WLの立ち上がり時間を短縮することができる。   In this embodiment, it is only necessary to raise the source potential of only the word driver column B including the selected word driver WD, so that the rise time of the word line WL can be shortened compared to the twelfth embodiment.

実施例10〜14は、バルク構造又はSOI構造のいずれに適用してもよい。但しバルク構造の場合は制御する電位をバックゲートバイアス電位とし、SOI構造の場合はボディバイアス電位とする。   Examples 10 to 14 may be applied to either a bulk structure or an SOI structure. However, the control potential is the back gate bias potential in the case of the bulk structure, and the body bias potential in the case of the SOI structure.

本発明に係る半導体回路を構成する論理回路の一例を示すコンプリメンタリMOSインバータの回路図である。It is a circuit diagram of a complementary MOS inverter showing an example of a logic circuit constituting a semiconductor circuit according to the present invention. 図1に示したスイッチ回路の一例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a switch circuit illustrated in FIG. 1. 図1に示したスイッチ回路の一例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a switch circuit illustrated in FIG. 1. 図1に示したコンプリメンタリMOSインバータのウエル構造を示す断面構造図である。FIG. 2 is a cross-sectional structure diagram showing a well structure of the complementary MOS inverter shown in FIG. 1. MOS−DRAMの一例の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an example of MOS-DRAM. MOS−DRAMの一例の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an example of MOS-DRAM. 図5、図6に示したMOS−DRAMの内部各部における外部RAS信号の伝達時間の内訳を示したタイミングチャートである。7 is a timing chart showing a breakdown of a transmission time of an external RAS signal in each internal part of the MOS-DRAM shown in FIGS. 5 and 6. FIG. MOS−DRAM内におけるコントロールクロック信号と外部RAS信号との関係を示したタイミングチャートである。4 is a timing chart showing a relationship between a control clock signal and an external RAS signal in a MOS-DRAM. MOS−DRAMを構成するメモリセルの1実施例の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of one Example of the memory cell which comprises MOS-DRAM. 図9に示したスイッチ回路の構成例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of the switch circuit shown in FIG. 9. 本発明に係る半導体回路を構成する論理回路の他の実施例を示す断面構造図である。FIG. 7 is a cross-sectional structure diagram showing another embodiment of a logic circuit constituting a semiconductor circuit according to the present invention. 図11に示す半導体回路の要部のレイアウトを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a layout of a main part of the semiconductor circuit shown in FIG. 11. 本発明に係る半導体回路を構成する論理回路のさらに他の実施例を示す断面構造図である。FIG. 7 is a cross-sectional structure diagram showing still another embodiment of a logic circuit constituting a semiconductor circuit according to the present invention. 本発明に係る半導体回路を構成する論理回路のさらに他の実施例を示す断面構造図である。FIG. 7 is a cross-sectional structure diagram showing still another embodiment of a logic circuit constituting a semiconductor circuit according to the present invention. 本発明に係る半導体回路を構成する論理回路のさらに他の実施例を示す断面構造図である。FIG. 7 is a cross-sectional structure diagram showing still another embodiment of a logic circuit constituting a semiconductor circuit according to the present invention. 本発明に係る半導体回路を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a semiconductor circuit according to the present invention. 本発明に係る半導体回路の他の実施例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other Example of the semiconductor circuit which concerns on this invention. 本発明に係る半導体回路を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a semiconductor circuit according to the present invention. 本発明に係る半導体回路を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a semiconductor circuit according to the present invention. 本発明に係る半導体回路を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a semiconductor circuit according to the present invention. 本発明に係る半導体回路を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a semiconductor circuit according to the present invention. 本発明に係る半導体回路を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a semiconductor circuit according to the present invention. 従来の半導体回路に使用されるコンプリメンタリMOSインバータを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the complementary MOS inverter used for the conventional semiconductor circuit. DRAMに使用される従来のメモリセルの構造例を模式的に示した断面構造図である。It is the cross-section figure which showed typically the structural example of the conventional memory cell used for DRAM. 論理回路がインバータ列である場合にMT−MOSを使用した従来のCMOS回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the conventional CMOS circuit which uses MT-MOS when a logic circuit is an inverter row | line | column. 従来のワードドライバを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the conventional word driver. 従来の階層構成のワードドライバを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the word driver of the conventional hierarchical structure.

符号の説明Explanation of symbols

1 コンプリメンタリMOSインバータ
10,11,36,43C,43R,45C,45R,81,82 スイッチ回路
10a,11a レベルシフト回路
10b,11b 切り換えスイッチ
13,15,44C,44R,46C,46R,48a,48b,83,84,86,
87 電圧供給手段
14 クロック信号発生器
57 メモリセル
42 MOS−DRAM
85 クロック信号発生回路
88 基板バイアス切換回路
φ,φ1 ,φ2 コントロールクロック信号
cc 電源電位(通常のバックゲートバイアス電位)
ss 接地電位(通常のバックゲートバイアス電位)
pp,Vbb,Vbb1 ,Vbb2 電圧供給手段からの電位、ex.RAS 外部行選択信号
1 ,I2 ,I3 ,I4 ,I5 ,I6 ,I7 ,I8 ,I11,I12,I13 インバータ、
WD ワードドライバ
B ワードドライバ列
1 Complementary MOS inverter 10, 11, 36, 43C, 43R, 45C, 45R, 81, 82 Switch circuit 10a, 11a Level shift circuit 10b, 11b Changeover switch 13, 15, 44C, 44R, 46C, 46R, 48a, 48b, 83, 84, 86,
87 Voltage supply means 14 Clock signal generator 57 Memory cell 42 MOS-DRAM
85 Clock signal generation circuit 88 Substrate bias switching circuit φ, φ 1 , φ 2 control clock signal Vcc power supply potential (normal back gate bias potential)
V ss ground potential (normal back gate bias potential)
V pp , V bb , V bb1 , V bb2 potentials from voltage supply means, ex. RAS external row selection signal I 1, I 2, I 3 , I 4, I 5, I 6, I 7, I 8, I 11, I 12, I 13 inverter,
WD Word driver B Word driver string

Claims (6)

第1の導電型の半導体基板と、
該半導体基板に形成された第2の導電型の第1のウエル領域及び第2のウエル領域と、
該第2のウエル領域に形成された第1の導電型のウエル領域と、
前記第2の導電型の第1のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第1のMOS−FETと、
前記第1の導電型のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第2のMOS−FETと、
前記第1のMOS−FETの前記第2の導電型の第1のウエル領域に第1の電位又は第2の電位をバックゲートバイアス電位として選択的に印加するスイッチ手段と
を備えることを特徴とする半導体回路。
A semiconductor substrate of a first conductivity type;
A first well region and a second well region of a second conductivity type formed in the semiconductor substrate;
A first conductivity type well region formed in the second well region;
A first MOS-FET having a potential of the first well region of the second conductivity type as a back gate bias potential;
A second MOS-FET in which the potential of the well region of the first conductivity type is a back gate bias potential;
Switch means for selectively applying the first potential or the second potential as a back gate bias potential to the first well region of the second conductivity type of the first MOS-FET. Semiconductor circuit.
第1の導電型の半導体基板と、
該半導体基板に形成された第2の導電型の第1のウエル領域及び第2のウエル領域と、
該第2のウエル領域に形成された第1の導電型のウエル領域と、
前記第2の導電型の第1のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第1のMOS−FETと、
前記第1の導電型のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第2のMOS−FETと、
該第2のMOS−FETの前記第1の導電型のウエル領域に第3の電位又は第4の電位をバックゲートバイアス電位として選択的に印加するスイッチ手段と
を備えることを特徴とする半導体回路。
A semiconductor substrate of a first conductivity type;
A first well region and a second well region of a second conductivity type formed in the semiconductor substrate;
A first conductivity type well region formed in the second well region;
A first MOS-FET having a potential of the first well region of the second conductivity type as a back gate bias potential;
A second MOS-FET in which the potential of the well region of the first conductivity type is a back gate bias potential;
And a switching means for selectively applying a third potential or a fourth potential as a back gate bias potential to the well region of the first conductivity type of the second MOS-FET. .
第1の導電型の半導体基板と、
該半導体基板に形成された第2の導電型の第1のウエル領域及び第2のウエル領域と、
該第2のウエル領域に形成された第1の導電型のウエル領域と、
前記第2の導電型の第1のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第1のMOS−FETと、
前記第1の導電型のウエル領域の電位をバックゲートバイアス電位とする第2のMOS−FETと、
前記第1のMOS−FETの前記第2の導電型の第1のウエル領域に第1の電位又は第2の電位をバックゲートバイアス電位として選択的に印加する第1のスイッチ手段と、
前記第2のMOS−FETの前記第1の導電型のウエル領域に第3の電位又は第4の電位をバックゲートバイアス電位として選択的に印加する第2のスイッチ手段と
を備えることを特徴とする半導体回路。
A semiconductor substrate of a first conductivity type;
A first well region and a second well region of a second conductivity type formed in the semiconductor substrate;
A first conductivity type well region formed in the second well region;
A first MOS-FET having a potential of the first well region of the second conductivity type as a back gate bias potential;
A second MOS-FET in which the potential of the well region of the first conductivity type is a back gate bias potential;
First switch means for selectively applying a first potential or a second potential as a back gate bias potential to the first well region of the second conductivity type of the first MOS-FET;
And second switch means for selectively applying a third potential or a fourth potential as a back gate bias potential to the well region of the first conductivity type of the second MOS-FET. Semiconductor circuit.
前記第1のスイッチ手段が前記第1の電位(又は第2の電位)を前記第1のMOS−FETへ印加した場合、前記第2のスイッチ手段は、前記第3の電位(又は第4の電位)を前記第2のMOS−FETへ印加するようにしてあることを特徴とする請求項3に記載の半導体回路。   When the first switch means applies the first potential (or the second potential) to the first MOS-FET, the second switch means has the third potential (or the fourth potential) 4. The semiconductor circuit according to claim 3, wherein a potential is applied to the second MOS-FET. 前記第2の電位は、前記第1の電位より高いことを特徴とする請求項1、3、又は4に記載の半導体回路。   The semiconductor circuit according to claim 1, wherein the second potential is higher than the first potential. 前記第4の電位は、前記第3の電位より低いことを特徴とする請求項2、3、又は4に記載の半導体回路。

5. The semiconductor circuit according to claim 2, wherein the fourth potential is lower than the third potential. 6.

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