JP2007201853A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

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Osamu Ozawa
治 小澤
Takashi Kuraishi
孝 倉石
Toshio Sasaki
敏夫 佐々木
Kazuki Fukuoka
一樹 福岡
Yoshihiko Yasu
義彦 安
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To optimize body bias control to a data holding flip-flop using an SOI type MOS transistor according to its operating state. <P>SOLUTION: Each of a plurality of circuits consisting of the SOI type MOS transistor has a flip-flop consisting of a master latch part (MLAT) made into selective power shutdown by a power switch (10) and a slave latch part (SLATdr) made into non-object for the selective power shutdown. The slave latch part is body bias controlled so that threshold voltage of the MOS transistor may become small in a power non-shutdown state and body bias controlled so that the threshold voltage of the MOS transistor may become large in a power shutdown state. Thus, speeding up of the flip-flop is assured in the power non-shutdown state and subthreshold leak current at the slave latch part is reduced in an operation power source shutdown state of the master latch part. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、SOI(Silicon On Insulator)型の電界効果トランジスタ(本明細書において単にMOSトランジスタとも称する)を用いた半導体集積回路に係り、特に動作電源の遮断が可能にされたフリップフロップのボディーバイアス制御技術に関する。   The present invention relates to a semiconductor integrated circuit using an SOI (Silicon On Insulator) type field effect transistor (also simply referred to as a MOS transistor in this specification), and more particularly, a body bias of a flip-flop capable of shutting off an operation power supply. It relates to control technology.

特許文献1には低消費電力モードにおいてマスタラッチ部の動作電源を遮断し、スレーブラッチ部のみその動作電源の電圧レベルを高くしてリーク電流を低減しつつ情報信号を保持するようにしたフリップフロップについて記載がある。特許文献2には電源遮断可能なマスタスレーブラッチ部と電源遮断時にスレーブラッチ部の記憶情報を保持し電源非遮断とされる退避用ラッチとを備えた不揮発性マスタスレーブフリップフロップについて記載がある。   Patent Document 1 discloses a flip-flop in which an operation power supply of a master latch unit is cut off in a low power consumption mode, and only a slave latch unit increases the voltage level of the operation power supply to hold an information signal while reducing a leakage current. There is a description. Patent Document 2 describes a non-volatile master-slave flip-flop that includes a master-slave latch unit that can be powered off and a save latch that retains stored information of the slave latch unit and is not powered off when the power is turned off.

フリップフロップやラッチを含む半導体集積回路はバルク型のMOS集積回路又はSOI型のMOS集積回路の何れによっても構成することができる。バルク型のMOS集積回路では基板やウェル領域に活性領域を形成してMOSトランジスタを構成するが、SOI型のMOS集積回路はウェル領域を用いず、基板上の絶縁性薄膜に多数の活性領域を形成し、個々の活性領域にMOSトランジスタを構成する。したがって、SOI型のMOS集積回路はバルク型のMOS集積回路とは素子分離の点で根本的な違いがあり、基板との間の接合容量や接合リークは小さい。この点においてSOI型のMOS集積回路は低電圧動作、低消費電力及び高速動作の点でバルク型のMOS集積回路よりも優れている。低消費電力及び高速動作の観点より、特許文献3には、論理回路を構成するMOSトランジスタのボディーをフローティングとすることによって低閾値電圧とし、論理回路を構成するMOSトランジスタを電源とグランドに各々接続する電源スイッチをボディーバイアスして高閾値電圧化した構成が例示される。低い閾値電圧のMOSトランジスタによって論理回路の高速動作、高い閾値電圧の電源スイッチによりスタンバイ時の低消費電力化を図ることができるとある。   A semiconductor integrated circuit including a flip-flop and a latch can be configured by either a bulk type MOS integrated circuit or an SOI type MOS integrated circuit. In a bulk type MOS integrated circuit, an active region is formed on a substrate or a well region to form a MOS transistor. However, an SOI type MOS integrated circuit does not use a well region, and a large number of active regions are formed on an insulating thin film on a substrate. A MOS transistor is formed in each active region. Therefore, the SOI type MOS integrated circuit is fundamentally different from the bulk type MOS integrated circuit in terms of element isolation, and junction capacitance and junction leakage with the substrate are small. In this respect, the SOI type MOS integrated circuit is superior to the bulk type MOS integrated circuit in terms of low voltage operation, low power consumption, and high speed operation. From the viewpoint of low power consumption and high-speed operation, Patent Document 3 discloses that the body of a MOS transistor that constitutes a logic circuit is floated to set a low threshold voltage, and the MOS transistor that constitutes the logic circuit is connected to a power supply and a ground. A configuration in which the power supply switch to be body biased to increase the threshold voltage is exemplified. A low threshold voltage MOS transistor can operate the logic circuit at high speed, and a high threshold voltage power switch can reduce power consumption during standby.

特開2000−244287号公報JP 2000-244287 A 特開2005−167184号公報JP 2005-167184 A 特開平8−228145号公報JP-A-8-228145

本発明者は、動作電源遮断時において一部の回路だけに電源供給を維持して記憶情報を保持するようにしたフリップフロップ(データ保持型フリップフロップ)をSOI型のMOSトランジスタを用いて構成することについて検討した。前述の通り、SOI型のMOS集積回路を用いればバルク型のMOS集積回路と異なり、トランジスタの導電型や電源電圧の相違に応じてウェル分離を行なわなくても素子毎に自ずから分離が行なわれる。これにより、チップ占有面積を小さくする上において優れている。さらに、SOI型のMOSトランジスタの素子分離に着目すればデータ保持型フリップフロップ内部を細分化して異なるボディーバイアス制御を行うことが可能である。その場合には、データ保持型フリップフロップを構成する電源遮断部と非遮断部の機能の相違に着目し、電源遮断時における低リーク、電源非遮断時における動作の高速化、電源遮断部と非遮断部との間のデータ退避とデータ復帰における動作マージン等を考慮したボディーバイアス制御を行うことの有用性が本発明者によって見出された。   The present inventor uses a SOI-type MOS transistor to form a flip-flop (data retention type flip-flop) that maintains stored information by maintaining power supply to only some circuits when the operating power is shut off. I examined that. As described above, when an SOI type MOS integrated circuit is used, unlike a bulk type MOS integrated circuit, isolation is naturally performed for each element without performing well isolation according to differences in transistor conductivity type and power supply voltage. This is excellent in reducing the chip occupation area. Further, if attention is paid to the element isolation of the SOI type MOS transistor, it is possible to subdivide the data holding type flip-flop and perform different body bias control. In that case, paying attention to the difference in function between the power shut-off unit and the non-shut-off unit that constitutes the data retention type flip-flop, low leakage at the time of power shut-off, faster operation at the time of power non-shutoff, The present inventor has found the usefulness of performing body bias control in consideration of an operation margin and the like in data saving and data restoration with respect to the blocking unit.

本発明の目的はSOI型のMOSトランジスタを用いたデータ保持型フリップフロップを構成する電源遮断可能な回路部分と電源遮断不可能な回路部分に対するボディーバイアス制御をその動作状態に応じて最適化する事ができる半導体集積回路を提供することにある。   An object of the present invention is to optimize body bias control for a circuit part that can be turned off and a circuit part that cannot be turned off, constituting a data holding type flip-flop using an SOI type MOS transistor, according to its operating state. An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit capable of achieving the above.

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。   The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.

〔1〕《スレーブラッチ部を電源非遮断とするデータ保持型FF》
本発明に係る半導体集積回路は、基板の絶縁性薄膜上に、ソース(SOC)とドレイン(DRN)とボディー(BDY)と前記ボディー上のゲート絶縁膜(GOX)と前記ゲート絶縁膜上のゲート(GAT)とを備えたMOSトランジスタ(MNtn,MPtn,MNtk,MPtk))から成る複数個の回路を有し、前記複数個の回路の一部として制御回路(5)と被制御回路(6,8)とを含む。前記被制御回路は電源スイッチ(10)による選択的な電源遮断の対象にされる電源遮断部と選択的な電源遮断の非対象にされる電源非遮断部とから成るフリップフロップ(12)を有する。前記電源遮断部は電源スイッチにより電源遮断が可能にされるマスタラッチ部(MLAT)であり、前記電源非遮断部は記憶ノードがマスタラッチ部の記憶ノードに選択的に接続可能にされたスレーブラッチ部(SLATdr)である。前記電スレーブラッチ部は前記マスタラッチ部の電源遮断状態において前記マスタラッチ部が保持していたデータを保持する。即ち、電源遮断状態においてスレーブラッチ部の入力ゲート若しくは入力トランスファゲート部(STRG)は閉じられている。前記制御部は、前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディー電圧を制御し、そのボディー電圧制御による前記MOSトランジスタの閾値電圧は、前記マスタラッチ部の電源遮断状態よりも電源非遮断状態のときの方が小さくされる半導体集積回路。
[1] << Data retention type FF in which the slave latch part is not powered off >>
A semiconductor integrated circuit according to the present invention includes a source (SOC), a drain (DRN), a body (BDY), a gate insulating film (GOX) on the body, and a gate on the gate insulating film on an insulating thin film of a substrate. (GAT) and a plurality of circuits comprising MOS transistors (MNtn, MPtn, MNtk, MPtk), and a control circuit (5) and a controlled circuit (6, 6) as part of the plurality of circuits. 8). The controlled circuit includes a flip-flop (12) including a power shut-off unit that is subject to selective power shut-off by a power switch (10) and a power non-shut-off unit that is not subject to selective power shut-off. . The power shut-off unit is a master latch unit (MLAT) that can be powered off by a power switch, and the power non-shut-off unit is a slave latch unit in which a storage node can be selectively connected to a storage node of the master latch unit ( SLATdr). The electric slave latch unit holds data held by the master latch unit when the master latch unit is powered off. That is, the input gate or the input transfer gate unit (STRG) of the slave latch unit is closed in the power cutoff state. The control unit controls a body voltage of the MOS transistor constituting the slave latch unit, and the threshold voltage of the MOS transistor by the body voltage control is when the power source is not shut off than the power source shut off state of the master latch unit. A semiconductor integrated circuit that is smaller.

上記より、所謂SOI型のMOSトランジスタによって構成されたフリップフロップは、そのSOI型のMOSトランジスタにおけるそれ自体の素子分離構造により、マスタラッチ部とスレーブラッチ部を分けて電源遮断やボディーバイアスを行なっても、素子分離の点で、バルク型MOSトランジスタを用いる場合に比べてチップ占有面積が小さくされる。電源非遮断とされるスレーブラッチ部に対しては電源遮断可能とされるマスタラッチ部の状態に応じたボディー電圧が制御される。その制御形態によれば、スレーブラッチ部は電源非遮断状態においてMOSトランジスタの閾値電圧が小さくなるようにボディーバイアス制御され、電源遮断状態においてMOSトランジスタの閾値電圧が大きくなるようにボディーバイアス制御される。これにより、電源が供給されたフリップフロップの動作状態において動作速度の高速化が保障される。更に、スタンバイモード等によってマスタラッチ部の動作電源が遮断されるときその記憶情報を保持するスレーブラッチ部のボディーバイアスはMOSトランジスタの閾値電圧を大きくする方向に制御されているから、サブスレッショルドリーク電流が低減される。   From the above, a flip-flop composed of a so-called SOI-type MOS transistor can perform power shut-off and body bias by dividing the master latch portion and the slave latch portion by its own element isolation structure in the SOI-type MOS transistor. In terms of element isolation, the chip occupation area is reduced as compared with the case where a bulk MOS transistor is used. For the slave latch part whose power is not cut off, the body voltage is controlled in accordance with the state of the master latch part where the power can be cut off. According to the control mode, the slave latch unit is body-bias-controlled so that the threshold voltage of the MOS transistor becomes small in the power-off state, and body-bias-controlled so that the threshold voltage of the MOS transistor becomes large in the power-off state. . As a result, an increase in operating speed is ensured in the operating state of the flip-flop supplied with power. Furthermore, when the operation power supply of the master latch unit is shut off due to the standby mode or the like, the body bias of the slave latch unit that holds the stored information is controlled in the direction of increasing the threshold voltage of the MOS transistor, so that the subthreshold leakage current is reduced. Reduced.

本発明の一つの具体的な形態として、前記制御部によるボディー電圧制御形態の幾つかを説明する。第1に、スレーブラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーを自らのソース電位でバイアスしたときの閾値電圧が比較的大きい場合、前記制御部は、前記マスタラッチ部の電源非遮断状態において、前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加すればよい。第2に、スレーブラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーを自らのソース電位でバイアスしたときの閾値電圧が比較的小さい場合、前記制御部は、前記マスタラッチ部の電源遮断状態において前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加する制御を行えばよい。第3に、スレーブラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーを自らのソース電位でバイアスしたときの閾値電圧が上記二つの態様の中間になっている場合、前記制御部は、前記マスタラッチ部の電源非遮断状態において前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する制御を行い、前記マスタラッチ部の電源遮断状態において前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加する制御を行えばよい。   As one specific form of the present invention, some of body voltage control forms by the control unit will be described. First, if the threshold voltage when the body of the MOS transistor constituting the slave latch unit is biased with its own source potential is relatively large, the control unit is configured to operate the slave latch in the non-power-off state of the master latch unit. What is necessary is just to apply the forward bias voltage which makes a threshold voltage small to the body of the said MOS transistor which comprises a part. Second, when the threshold voltage when the body of the MOS transistor constituting the slave latch unit is biased with its own source potential is relatively small, the control unit sets the slave latch unit in the power-off state of the master latch unit. Control may be performed to apply a reverse bias voltage for increasing the threshold voltage to the body of the MOS transistor to be configured. Third, when the threshold voltage when the body of the MOS transistor constituting the slave latch unit is biased with its own source potential is intermediate between the above two modes, the control unit is configured to supply power to the master latch unit. Control is performed to apply a forward bias voltage to reduce the threshold voltage to the body of the MOS transistor that constitutes the slave latch unit in the cutoff state, and the MOS transistor that constitutes the slave latch unit in the power cutoff state of the master latch unit Control to apply a reverse bias voltage for increasing the threshold voltage to the body may be performed.

本発明の更に具体的な形態として、電源遮断状態におけるマスタラッチ部の低リークを考慮すると、前記マスタラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源遮断状態において、電源遮断側電源と反対側の電源でバイアスされるのがよい。例えば電源スイッチ(10(n))がグラン電圧(VSS)側に配置されているとき、電源スイッチがオフ状態にされると、マスタラッチ部回路を構成する各種MOSトランジスタのソース・ドレインは電源電圧(VDD)に到達する。この状態でnチャネル型MOSトランジスタ(MNtn)のボディーも電源電圧にされることにより、ソース・ドレインとボディーと間で寄生ダイオードのオン状態もなければ、接合リークも生じない。電源スイッチ(10(p)が電源電圧(VDD)側に配置されているとき、電源スイッチがオフ状態にされると、マスタラッチ部回路を構成する各種MOSトランジスタのソース・ドレインはグランド電圧(VSS)に到達する。この状態でpチャネル型MOSトランジスタ(MPtn)のボディーもグランド電圧にされることにより、寄生ダイオードのオン状態もなければ、接合リークも生じない。   As a more specific form of the present invention, considering the low leakage of the master latch part in the power-off state, the body of the MOS transistor constituting the master latch part is a power source on the opposite side to the power-off side power source in the power-off state. It should be biased. For example, when the power switch (10 (n)) is arranged on the ground voltage (VSS) side, when the power switch is turned off, the sources and drains of the various MOS transistors constituting the master latch circuit are connected to the power supply voltage ( VDD). In this state, the body of the n-channel MOS transistor (MNtn) is also set to the power supply voltage, so that no parasitic diode is turned on between the source / drain and the body, and no junction leakage occurs. When the power switch (10 (p) is arranged on the power supply voltage (VDD) side and the power switch is turned off, the sources and drains of the various MOS transistors constituting the master latch circuit are connected to the ground voltage (VSS). In this state, the body of the p-channel MOS transistor (MPtn) is also set to the ground voltage, so that no parasitic diode is turned on and no junction leakage occurs.

上記電源遮断状態において電源遮断側電源と反対側の電源でボディーをバイアスするには、例えば前記マスタラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーを自らのソースに結合しておけばよい。   In order to bias the body with a power supply on the side opposite to the power supply cut-off power supply in the power supply cut-off state, for example, the body of the MOS transistor constituting the master latch section may be coupled to its own source.

上記電源遮断状態において電源遮断側電源と反対側の電源でボディーをバイアスする代わりに、前記マスタラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーを、電源遮断状態において、フローティング(オープン)にしてもよい。ソース・ドレインとボディーと間のリークパスは一切生じない。   Instead of biasing the body with the power supply on the side opposite to the power supply cutoff side power supply in the power supply cutoff state, the body of the MOS transistor constituting the master latch unit may be floated (open) in the power supply cutoff state. There is no leakage path between the source / drain and the body.

上記フローティングの制御を行う場合には、前記マスタラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源非遮断状態において、自らのソース電圧でバイアスするのがよい。SOI構造(で)はボディー電位を固定もしくは制御することにより高い放射線耐性が実現されるので、記憶回路としての性質上、高いソフトエラー耐性を得ることが得策と考えられるからである。   When the floating control is performed, the body of the MOS transistor constituting the master latch unit is preferably biased with its own source voltage in the power supply non-cutoff state. This is because, in the SOI structure, high radiation resistance is realized by fixing or controlling the body potential. Therefore, it is considered advantageous to obtain high soft error resistance in terms of the properties as a memory circuit.

尚、マスタラッチ部に対する電源遮断を行なうための電源スイッチが電源電圧側とグランド電圧側の双方に配置されている場合には電源遮断されたマスタラッチ部に対する上記ボディーバイアス制御を行わなくても支障はない。   If the power switch for shutting off the power supply to the master latch part is arranged on both the power supply voltage side and the ground voltage side, there is no problem even if the body bias control is not performed on the master latch part that is turned off. .

〔2〕《退避ラッチ部を有するデータ保持型FF》
本発明に係る別の観点による半導体集積回路は、基板の絶縁性薄膜上に、ソースとドレインとボディーと前記ボディー上のゲート絶縁膜と前記ゲート絶縁膜上のゲートとを備えたMOSトランジスタから成る複数個の回路を有し、前記複数個の回路の一部として制御回路と被制御回路とを含む。前記被制御回路は電源スイッチによる電源遮断が可能にされるラッチ部例えばマスタラッチ部(MLAT)及びスレーブラッチ部(SLAT)と、電源スイッチによる電源遮断が不可能にされる退避ラッチ部(BLATdr)と、前記スレーブラッチ部の記憶ノードと前記退避ラッチ部の記憶ノードとを選択的に接続するトランスファゲート部(BTRG)と、から成るフリップフロップ(13,14)を有する。前記制御部(5)は、マスタラッチ部及びスレーブラッチ部の電源を遮断するとき前記退避ラッチ部に前記スレーブラッチ部が保持するデータを退避する退避制御を行い、前記マスタラッチ部及びスレーブラッチ部の電源遮断を解除するとき前記スレーブラッチ部に前記退避ラッチ部が保持するデータを復帰する復帰制御を行う。前記制御部は、前記復帰制御に際して、前記退避ラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する。
[2] << Data retention type FF having save latch section >>
A semiconductor integrated circuit according to another aspect of the present invention includes a MOS transistor having a source, a drain, a body, a gate insulating film on the body, and a gate on the gate insulating film on an insulating thin film of a substrate. A plurality of circuits are included, and a control circuit and a controlled circuit are included as part of the plurality of circuits. The controlled circuit includes a latch unit that can be powered off by a power switch, for example, a master latch unit (MLAT) and a slave latch unit (SLAT), and a retraction latch unit (BLATdr) that cannot be powered off by a power switch. And a flip-flop (13, 14) comprising a transfer gate part (BTRG) for selectively connecting the storage node of the slave latch part and the storage node of the save latch part. The control unit (5) performs save control for saving data held by the slave latch unit to the save latch unit when the power source of the master latch unit and the slave latch unit is shut off, and supplies power to the master latch unit and the slave latch unit When the interruption is released, a return control is performed to restore the data held by the save latch unit to the slave latch unit. The control unit applies a forward bias voltage for reducing a threshold voltage to the body of the MOS transistor constituting the save latch unit during the return control.

上記より、所謂SOI型のMOSトランジスタによって構成されたフリップフロップは、そのSOI型のMOSトランジスタにおけるそれ自体の素子分離構造により、マスタラッチ部及びスレーブラッチ部と退避ラッチ部とに分けて電源遮断やボディーバイアスを行なっても、素子分離の点で、バルク型MOSトランジスタを用いる場合に比べてチップ占有面積が小さくされる。電源遮断時におけるスレーブラッチ部から退避ラッチ部へのデータ書込み、電源遮断解除時における退避ラッチ部からスレーブラッチ部へのデータ読み込みに際して、書込み動作や読み出し動作の動作マージンを考慮したボディー電圧制御が行われる。その制御形態によれば、退避ラッチ部からスレーブラッチ部へのデータ読み込みを行なう復帰制御に際して前記退避ラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する。これにより、データ出力側である退避ラッチ部の駆動能力が大きい方向に変化され、スレーブラッチ部のラッチデータとの衝突に対して退避ラッチ部の出力の方が優勢な傾向になると言う点において、スレーブラッチ部への読出し動作の動作マージンが大きくなる。   As described above, the flip-flop composed of a so-called SOI type MOS transistor is divided into a master latch unit, a slave latch unit, and a save latch unit due to its own element isolation structure in the SOI type MOS transistor. Even when biasing is performed, the chip occupation area is reduced in terms of element isolation as compared with the case where a bulk MOS transistor is used. When writing data from the slave latch unit to the save latch unit when the power is cut off, and reading data from the save latch unit to the slave latch unit when the power cut is released, body voltage control is performed in consideration of the operation margin of the write and read operations. Is called. According to the control mode, a forward bias voltage for reducing the threshold voltage is applied to the body of the MOS transistor constituting the save latch unit in the return control for reading data from the save latch unit to the slave latch unit. As a result, the drive capability of the save latch unit on the data output side is changed in a larger direction, and the output of the save latch unit tends to be more dominant with respect to the collision with the latch data of the slave latch unit. The operation margin for the read operation to the slave latch unit is increased.

スレーブラッチ部への読出し動作の動作マージンを更に大きくするには、前記制御部は更に、前記復帰制御に際して前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加するのがよい。   In order to further increase the operation margin of the read operation to the slave latch unit, the control unit further applies a reverse bias voltage for increasing the threshold voltage to the body of the MOS transistor constituting the slave latch unit during the return control. It is good to do.

スレーブラッチ部への読出し動作の動作マージンを更に大きくするには、前記制御部は更に、前記復帰制御に際して、前記トランスファゲート部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加するのがよい。   In order to further increase the operation margin of the read operation to the slave latch unit, the control unit further applies a forward bias voltage that reduces the threshold voltage to the body of the MOS transistor constituting the transfer gate unit during the return control. It is good to apply.

退避ラッチ部に書込みを行なうときの動作マージンを考慮すると、前記制御部は、前記退避制御に際して前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加すればよい。この書込み動作マージンを更に大きくするには、前記制御部は、前記退避制御に際して前記退避ラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加すればよい。   In consideration of the operation margin when writing to the save latch unit, the control unit may apply a forward bias voltage for reducing the threshold voltage to the body of the MOS transistor constituting the slave latch unit in the save control. . In order to further increase the write operation margin, the control unit may apply a reverse bias voltage that increases the threshold voltage to the body of the MOS transistor constituting the save latch unit during the save control.

本発明の更に具体的な形態として、電源遮断状態におけるマスタラッチ部及びスレーブラッチ部の低リークを考慮すると、マスタラッチ部及びスレーブラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源遮断状態において、電源遮断側電源と反対側の電源でバイアスされるのがよい。これにより、MOSトランジスタの寄生ダイオードはオン状態にされず、接合リークも生じない。上記電源遮断状態において電源遮断側電源と反対側の電源でボディーをバイアスするには、例えば前記マスタラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーを自らのソースに結合しておけばよい。   As a more specific form of the present invention, considering the low leakage of the master latch unit and the slave latch unit in the power cutoff state, the body of the MOS transistor constituting the master latch unit and the slave latch unit is the power cutoff side in the power cutoff state. Biased with a power supply opposite to the power supply. As a result, the parasitic diode of the MOS transistor is not turned on, and junction leakage does not occur. In order to bias the body with a power supply on the side opposite to the power supply cut-off power supply in the power supply cut-off state, for example, the body of the MOS transistor constituting the master latch section may be coupled to its own source.

上記電源遮断状態において電源遮断側電源と反対側の電源でボディーをバイアスする代わりに、前記マスタラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーを、電源遮断状態において、フローティングにしてもよい。ソース・ドレインとボディーと間のリークパスは一切生じない。上記フローティングの制御を行う場合には、前記マスタラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源非遮断状態において、自らのソース電圧でバイアスするのがよい。記憶回路としての性質上、高いソフトエラー耐性を得ることが得策と考えられるからである。   Instead of biasing the body with the power supply on the side opposite to the power supply cut-off power supply in the power supply cut-off state, the body of the MOS transistor constituting the master latch unit may be floated in the power supply cut-off state. There is no leakage path between the source / drain and the body. When the floating control is performed, the body of the MOS transistor constituting the master latch unit is preferably biased with its own source voltage in the power supply non-cutoff state. This is because it is considered that it is a good idea to obtain high soft error resistance because of the nature of the memory circuit.

本発明の更に別の観点によれば、前記制御部は、前記復帰制御に際して、退避ラッチ部に対するフォワードバイアス電圧印加に代えて、前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加するようにしてもよい。   According to still another aspect of the present invention, the control unit increases the threshold voltage in the body of the MOS transistor constituting the slave latch unit instead of applying a forward bias voltage to the save latch unit during the return control. A reverse bias voltage may be applied.

本発明の更に別の観点によれば、前記制御部は、前記復帰制御に際して、退避ラッチ部を構成する全てのMOSトランジスタに対してフォワードバイアス電圧印加を行なわなくてもよく、前記退避ラッチ部において少なくとも前記スレーブラッチ部の記憶ノードを駆動可能な前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加すればよい。   According to still another aspect of the present invention, the control unit does not have to apply a forward bias voltage to all the MOS transistors constituting the save latch unit during the return control. A forward bias voltage for reducing the threshold voltage may be applied to the body of the MOS transistor capable of driving at least the storage node of the slave latch unit.

〔3〕《退避ラッチ部を有するデータ保持型FFの復帰動作マージン拡大》
本発明の更に別の観点による半導体集積回路は、基板の絶縁性薄膜上に、ソースとドレインとボディーと前記ボディー上のゲート絶縁膜と前記ゲート絶縁膜上のゲートとを備えたMOSトランジスタから成る複数個の回路を有し、前記複数個の回路の一部として制御回路と被制御回路とを含む。前記被制御回路は電源スイッチにより電源遮断が可能にされるマスタラッチ部(MLAT)及びスレーブラッチ部(SLAT)と、電源スイッチによる電源遮断が不可能にされる退避ラッチ部(BLATdr)と、前記スレーブラッチ部の記憶ノードを前記退避ラッチ部の記憶ノードに選択的に同通させる退避用ゲート部(SGT)と、前記退避ラッチ部の記憶ノードをスイッチ制御入力として前記スレーブラッチ部の記憶ノードにスイッチ出力を与える復帰用ゲート部(RGT(t),RGT(b))と、から成るフリップフロップ(15,16,17)を有する。前記制御部(5)は、前記マスタラッチ部及びスレーブラッチ部の電源を遮断するとき前記退避ラッチ部に前記スレーブラッチ部が保持するデータを退避する退避制御を行い、前記マスタラッチ部及びスレーブラッチ部の電源遮断を解除するとき前記スレーブラッチ部に前記退避ラッチ部が保持するデータを復帰する復帰制御を行う。前記制御部は、前記復帰制御に際して、前記退避ラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する。
[3] << Expansion of return operation margin of data holding type FF having save latch section >>
A semiconductor integrated circuit according to still another aspect of the present invention comprises a MOS transistor having a source, a drain, a body, a gate insulating film on the body, and a gate on the gate insulating film on an insulating thin film of a substrate. A plurality of circuits are included, and a control circuit and a controlled circuit are included as part of the plurality of circuits. The controlled circuit includes a master latch unit (MLAT) and a slave latch unit (SLAT) that can be powered off by a power switch, a save latch unit (BLATdr) that cannot be powered off by the power switch, and the slave A save gate unit (SGT) for selectively allowing the storage node of the latch unit to communicate with the storage node of the save latch unit, and a switch to the storage node of the slave latch unit using the storage node of the save latch unit as a switch control input It has a flip-flop (15, 16, 17) composed of a return gate section (RGT (t), RGT (b)) for providing an output. The control unit (5) performs save control to save the data held by the slave latch unit in the save latch unit when the power of the master latch unit and the slave latch unit is shut off, and the master latch unit and the slave latch unit When canceling the power shutdown, the slave latch unit performs a return control to restore the data held by the save latch unit. The control unit applies a forward bias voltage for reducing a threshold voltage to the body of the MOS transistor constituting the save latch unit during the return control.

退避ラッチ部は電源遮断時にスレーブラッチ部の記憶情報をバックアップするのが主な用途であり、フリップフロップの通常動作のように高速動作を考慮することを要せず、トランジスタサイズを小さくしたり、大きな閾値電圧を用いて低消費電力を優先させてよい。その場合、退避データの復帰時における退避ラッチ部に対するフォワードバイアス制御だけでは必要な動作マージンの確保ができない場合を考慮するものである。これによれば、退避したデータをスレーブラッチ部に復帰させるとき、復帰元データをスイッチ制御データとする復帰用ゲートのスイッチ出力を復帰先に与えるから、退避ラッチ部の駆動能力がスレーブラッチ部の駆動能力に比べて相当小さくされて、その駆動能力が不足していても、退避ラッチ部からスレーブラッチ部への読出し動作を正常に行なうことができる。   The main purpose of the save latch unit is to back up the stored information of the slave latch unit when the power is cut off, and it is not necessary to consider high-speed operation like the normal operation of the flip-flop, and the transistor size can be reduced, Low power consumption may be prioritized using a large threshold voltage. In this case, a case where a necessary operation margin cannot be ensured only by the forward bias control for the save latch unit when the save data is restored is considered. According to this, when the saved data is returned to the slave latch unit, the switch output of the return gate having the return source data as the switch control data is given to the return destination. Even if the driving capability is considerably smaller than the driving capability, the reading operation from the save latch unit to the slave latch unit can be normally performed even if the driving capability is insufficient.

スレーブラッチ部への読出し動作の動作マージンを更に大きくするには、前記復帰制御に際して、前記退避ラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加すればよい。また、前記制御部は、前記復帰制御に際して、前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加すればよい。また、前記制御部は、前記復帰制御に際して、前記復帰用ゲート部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加すればよい。   In order to further increase the operation margin of the read operation to the slave latch unit, a forward bias voltage for reducing the threshold voltage may be applied to the body of the MOS transistor constituting the save latch unit during the return control. Further, the control unit may apply a reverse bias voltage for increasing a threshold voltage to the body of the MOS transistor constituting the slave latch unit in the return control. The control unit may apply a forward bias voltage for reducing the threshold voltage to the body of the MOS transistor constituting the return gate unit during the return control.

このフリップフロップの場合、スレーブラッチ部の駆動能力の方が退避ラッチ部の駆動能力よりも大きいが、退避ラッチ部に書込みを行なうときの動作マージンを考慮すると、前記制御部は、前記退避制御に際して、前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加するのがよい。また、前記制御部は、前記退避制御に際して、前記退避ラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加するのがよい。   In the case of this flip-flop, the driving capability of the slave latch unit is larger than the driving capability of the save latch unit, but considering the operation margin when writing to the save latch unit, the control unit performs the save control. A forward bias voltage for reducing the threshold voltage may be applied to the body of the MOS transistor constituting the slave latch unit. The controller may apply a reverse bias voltage for increasing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the save latch unit during the save control.

本発明の更に具体的な形態として、電源遮断状態におけるマスタラッチ部及びスレーブラッチ部の低リークを考慮すると、マスタラッチ部及びスレーブラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源遮断状態において、電源遮断側電源と反対側の電源でバイアスされるのがよい。これにより、MOSトランジスタの寄生ダイオードはオン状態にされず、接合リークも生じない。上記電源遮断状態において電源遮断側電源と反対側の電源でボディーをバイアスするには、例えば前記マスタラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーを自らのソースに結合しておけばよい。   As a more specific form of the present invention, considering the low leakage of the master latch unit and the slave latch unit in the power cutoff state, the body of the MOS transistor constituting the master latch unit and the slave latch unit is the power cutoff side in the power cutoff state. Biased with a power supply opposite to the power supply. As a result, the parasitic diode of the MOS transistor is not turned on, and junction leakage does not occur. In order to bias the body with a power supply on the side opposite to the power supply cut-off power supply in the power supply cut-off state, for example, the body of the MOS transistor constituting the master latch section may be coupled to its own source.

上記電源遮断状態において電源遮断側電源と反対側の電源でボディーをバイアスする代わりに、前記マスタラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーを、電源遮断状態において、フローティングにしてもよい。ソース・ドレインとボディーと間のリークパスは一切生じない。上記フローティングの制御を行う場合には、前記マスタラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源非遮断状態において、自らのソース電圧でバイアスするのがよい。記憶回路としての性質上、高いソフトエラー耐性を得ることが得策と考えられるからである。   Instead of biasing the body with the power supply on the side opposite to the power supply cut-off power supply in the power supply cut-off state, the body of the MOS transistor constituting the master latch unit may be floated in the power supply cut-off state. There is no leakage path between the source / drain and the body. When the floating control is performed, the body of the MOS transistor constituting the master latch unit is preferably biased with its own source voltage in the power supply non-cutoff state. This is because it is considered that it is a good idea to obtain high soft error resistance because of the nature of the memory circuit.

本発明の更に別の観点によれば、前記制御部は、前記復帰制御に際して、退避ラッチ部に対するフォワードバイアス電圧印加に代えて、前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加するようにしてもよい。   According to still another aspect of the present invention, the control unit increases the threshold voltage in the body of the MOS transistor constituting the slave latch unit instead of applying a forward bias voltage to the save latch unit during the return control. A reverse bias voltage may be applied.

本発明の更に別の観点によれば、前記制御部は、前記復帰制御に際して、退避ラッチ部を構成する全てのMOSトランジスタに対してフォワードバイアス電圧印加を行なわなくてもよく、前記退避ラッチ部において少なくとも前記スレーブラッチ部の記憶ノードを駆動可能な前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加すればよい。   According to still another aspect of the present invention, the control unit does not have to apply a forward bias voltage to all the MOS transistors constituting the save latch unit during the return control. A forward bias voltage for reducing the threshold voltage may be applied to the body of the MOS transistor capable of driving at least the storage node of the slave latch unit.

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。   The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、SOI型のMOSトランジスタを用いたデータ保持型フリップフロップを構成する電源遮断可能な回路部分と電源遮断不可能な回路部分に対するボディーバイアス制御をその動作状態に応じて最適化することができる。   That is, it is possible to optimize the body bias control for the circuit part that can be turned off and the circuit part that cannot be turned off, constituting the data holding type flip-flop using the SOI type MOS transistor, according to the operation state.

《SOI型MOSトランジスタを用いた半導体集積回路》
図2には本発明に係る半導体集積回路1の平面的構成が例示される。ここではディジタル・アナログ混載のSOI構造を備えたMOS集積回路を一例とする。半導体集積回路1の周縁部は外部インタフェース回路としての入出力回路2の形成領域とされ、その内側にコア回路領域としてディジタル回路領域3とアナログ回路領域4が形成される。ディジタル回路領域3には、電源制御及びボディーバイアス制御回路5、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5によって選択的に動作電源の供給が遮断可能にされた電源遮断可能回路6、投入された動作電源が常時供給される電源非遮断回路7と有する。アナログ回路領域4は前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5によって選択的に動作電源の供給が遮断可能にされた電源遮断可能回路8、投入された動作電源が常時供給される電源非遮断回路9と有する。電源遮断可能回路6,8には電源スイッチ10が配置される。電源遮断可能回路6,8内における電源スイッチ10の配置はランダムであってよい。電源遮断可能回路6と電源非遮断回路7等は必要に応じ更に細分化して配置することが可能であることは言うまでもない。図示はしないが、レイアウトの規則性と言う点より、各電源遮断可能回路6,8の中央、或いは各遮断可能回路6,8の底辺に沿って電源スイッチ10を配置したりすることも可能である。詳細は後述するが、基本的に電源スイッチ10のレイアウトはデバイス構造上の制限を受けない。本明細書において、単に電源遮断と言うときは電源スイッチ10のオフ状態による電源遮断を意味し、電源非遮断と言うときは電源スイッチ10のオン状態による電源供給を意味する。それは、半導体集積回路全体に対して外部電源を投入するパワーオン、全体に対して外部電源を遮断するパワーオフとは相違される概念である。
<< Semiconductor integrated circuit using SOI type MOS transistor >>
FIG. 2 illustrates a planar configuration of the semiconductor integrated circuit 1 according to the present invention. Here, a MOS integrated circuit having a digital / analog mixed SOI structure is taken as an example. A peripheral portion of the semiconductor integrated circuit 1 is a formation region of an input / output circuit 2 as an external interface circuit, and a digital circuit region 3 and an analog circuit region 4 are formed as core circuit regions therein. The digital circuit area 3 includes a power supply control and body bias control circuit 5, a power supply cutoff circuit 6 that can selectively cut off the supply of operating power by the power supply control and body bias control circuit 5, and a supplied operating power supply. Is provided with a power non-cutoff circuit 7 that is always supplied. The analog circuit area 4 includes a power cutoff circuit 8 that can selectively cut off the supply of operation power by the power supply control and body bias control circuit 5, and a power supply non-cutoff circuit 9 that is constantly supplied with operating power. Have. A power switch 10 is disposed in the power cutoff circuit 6, 8. The arrangement of the power switch 10 in the power cutoff circuit 6, 8 may be random. Needless to say, the power cutoff circuit 6 and the non-power cutoff circuit 7 can be further subdivided as required. Although not shown, the power switch 10 may be arranged along the center of each of the power cutoff circuits 6 and 8 or along the bottom of each of the cutoff circuits 6 and 8 because of the regularity of the layout. is there. Although details will be described later, the layout of the power switch 10 is basically not limited by the device structure. In this specification, the term “power cutoff” simply means power cutoff due to the OFF state of the power switch 10, and the term “power cutoff” means power supply due to the ON state of the power switch 10. This is a different concept from power-on in which an external power supply is turned on for the entire semiconductor integrated circuit and power-off in which the external power supply is shut off for the entire semiconductor integrated circuit.

図3には半導体集積回路1を構成するSOI型MOSトランジスタの縦断面構造が例示される。MOSトランジスタは、シリコン基板BPL上の20〜200ナノメータのような絶縁性薄膜である埋め込み酸化膜EOXを介して活性領域に構成される。活性領域はソースSOC、ドレインDRN及びボディーBDYとされる。ボディーBDYはチャネル形成領域になる。ボディーBDYの上にはゲート絶縁膜GOXを介してゲートGATが形成される。ソースSOC、ドレインDRN及びボディーBDYは例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法にて形成された溝内を酸化シリコンで被った完全分離領域FTI(又は部分分離領域OTI)によって周囲から電気的に分離され、シリコン基板とは埋め込み酸化膜EOXによって電気的に分離される。   FIG. 3 illustrates a vertical cross-sectional structure of an SOI type MOS transistor constituting the semiconductor integrated circuit 1. The MOS transistor is formed in the active region through a buried oxide film EOX which is an insulating thin film of 20 to 200 nanometers on the silicon substrate BPL. The active regions are a source SOC, a drain DRN, and a body BDY. The body BDY becomes a channel formation region. A gate GAT is formed on the body BDY via a gate insulating film GOX. The source SOC, the drain DRN, and the body BDY are electrically isolated from the surroundings by a complete isolation region FTI (or partial isolation region OTI) in which a trench formed by, for example, STI (Shallow Trench Isolation) is covered with silicon oxide, The silicon substrate is electrically separated by a buried oxide film EOX.

ここでMOSトランジスタは、ゲート酸化膜の比較的薄い第1MOSトランジスタ(薄膜MOSトランジスタ)としてのnチャネル型のMOSトランジスタMNtn及びpチャネル型の第1MOSトランジスタMPtnと、ゲート酸化膜の比較的厚い第2MOSトランジスタ(厚膜MOSトランジスタ)としてのnチャネル型のMOSトランジスタMNtk及びpチャネル型のMOSトランジスタMPtkとに分類される。nチャネル型MOSトランジスタにおいて、ソースSOC及びドレインDRNはN型拡散層、ボディーBDYはP型拡散層から成る。pチャネル型MOSトランジスタにおいて、ソースSOC及びドレインDRNはP型拡散層、ボディーBDYはN型拡散層から成る。 Here, the MOS transistor includes an n-channel MOS transistor MNtn and a p-channel first MOS transistor MPtn as a first MOS transistor (thin film MOS transistor) having a relatively thin gate oxide film, and a second MOS having a relatively thick gate oxide film. The transistors are classified into n-channel type MOS transistors MNtk and p-channel type MOS transistors MPtk as transistors (thick film MOS transistors). In the n-channel MOS transistor, the source SOC and the drain DRN are N + type diffusion layers, and the body BDY is a P type diffusion layer. In p-channel type MOS transistor, the source SOC and drain DRN is P + -type diffusion layer, the body BDY is N - consists -type diffusion layer.

薄膜MOSトランジスタMNtn,MPtnは、例えばチャネル長が45〜180ナノメータ(nm)、ゲート酸化膜厚が1.5〜3.9nm、ゲート酸化膜厚に応ずるゲート入力電圧振幅が0.8V〜1.5Vとされる。厚膜MOSトランジスタMNtk,MPtkは、例えばチャネル長が300〜1000nm、ゲート酸化膜厚が3.0〜15.0nm、ゲート酸化膜厚に応ずるゲート入力電圧振幅が1.2V〜5.0Vとされる。薄膜MOSトランジスタMNtn,MPtnはコア論理領域においてディジタル論理回路やアナログ回路を構成するのに主に用いられる。厚保膜MOSトランジスタMNtk,MPtkはその高耐圧故に前記入出力回路及びアナログ回路の一部を構成するのに用いられ、その高閾値電圧故に電源遮断スイッチ10を構成するのにも用いられる。   The thin film MOS transistors MNtn and MPtn have, for example, a channel length of 45 to 180 nanometers (nm), a gate oxide film thickness of 1.5 to 3.9 nm, and a gate input voltage amplitude corresponding to the gate oxide film thickness of 0.8 V to 1. 5V. The thick film MOS transistors MNtk and MPtk have, for example, a channel length of 300 to 1000 nm, a gate oxide film thickness of 3.0 to 15.0 nm, and a gate input voltage amplitude corresponding to the gate oxide film thickness of 1.2 V to 5.0 V. The The thin film MOS transistors MNtn and MPtn are mainly used to configure a digital logic circuit and an analog circuit in the core logic region. The thickness-preserving film MOS transistors MNtk and MPtk are used to constitute a part of the input / output circuit and the analog circuit because of their high breakdown voltage, and are also used to constitute the power cutoff switch 10 because of their high threshold voltage.

図4にはSOI構造のnチャネル型MOSトランジスタの鳥瞰図、図5には図4の縦断面図、図6には図4の平面図が夫々示される。図4乃至図6より、SOI構造ではソースSOC、ドレインDRN及びボディーBDYが完全分離領域FTI又は部分分離領域PTIによって周囲から電気的に分離され、シリコン基板とは埋め込み酸化膜EOXによって電気的に分離されていることは明らかである。特にボディーBDYはフローティングであってもよいし、ボディー電位の揺らぎ防止或いは閾値電圧制御のためにボディーバイアスを行ってもよい。ボディーバイアスを行なうときは部分分離領域PTIを用いてボディーBDYを例えばP型拡散領域(P)から成るコンタクト領域CNTに接続する。ここでは、前記コンタクト領域CNTはソースSOCが接続するメタルのグランド配線VSSに接続された例が示される。 4 is a bird's eye view of an n-channel MOS transistor having an SOI structure, FIG. 5 is a longitudinal sectional view of FIG. 4, and FIG. 6 is a plan view of FIG. 4 to 6, in the SOI structure, the source SOC, the drain DRN, and the body BDY are electrically isolated from the surroundings by the complete isolation region FTI or the partial isolation region PTI, and are electrically isolated from the silicon substrate by the buried oxide film EOX. It is clear that In particular, the body BDY may be floating, or body bias may be performed to prevent fluctuations in the body potential or control the threshold voltage. When the body bias is performed, the body BDY is connected to a contact region CNT made of, for example, a P-type diffusion region (P + ) using the partial isolation region PTI. Here, an example is shown in which the contact region CNT is connected to a metal ground wiring VSS to which the source SOC is connected.

このようにSOI構造では個々のMOSトランジスタが電気的に分離されるので、MOSトランジスタの導電型や電源電圧の相違等に応じたウェル領域による分離を行なうことを要しない。更に、基板との間の接合容量並びに基板との間の電流リークが殆どなく、低電圧動作と高速動作に優れる。   Thus, in the SOI structure, individual MOS transistors are electrically isolated, so that it is not necessary to perform isolation by a well region according to the difference in the conductivity type of the MOS transistor, the power supply voltage, and the like. Furthermore, there is almost no junction capacitance with the substrate and no current leakage with the substrate, which is excellent in low voltage operation and high speed operation.

図7にはSOI構造の特徴を考慮した電源遮断可能回路6及び電源非遮断回路7の基本的な回路構成が例示される。電源配線VDDとグランド配線VSSの間に配置された電源遮断可能回路6は電源スイッチ10としての厚膜MOSトランジスタMNtk,MPtkを有し、電源非遮断回路7は電源スイッチとしての厚膜MOSトランジスタMNtk,MPtkを有していない。電源遮断可能回路6において電源スイッチ10としての厚膜MOSトランジスタMNtk,MPtkには、複数の薄膜MOSトランジスタMNtn,MPtnから成るCMOSインバータに代表されるような回路が直列接続される。電源非遮断回路8も複数の薄膜MOSトランジスタMNtn,MPtnが直列されたCMOSインバータに代表されるような回路を有する。例えばグランド電圧VSSが0V、電源電圧VDDが1.5Vのとき、薄膜MOSトランジスタMNtn,MPtnのゲート入力電圧振幅は1.5Vとされ、このとき電源スイッチ10を構成する厚膜MOSトランジスタMNtk,MPtkのゲート入力電圧振幅は3.3Vとされる。特に図示はしないが、電源遮断可能回路6における電源スイッチ10として厚膜MOSトランジスタはMNtk,MPtkの何れか一方だけを用い、或いは一つの電源遮断可能回路において双方の厚膜MOSトランジスタMNtk,MPtkを用いるようにしてもよい。尚、図面上のMOSトランジスタの記号標記に関し、pチャネル型MOSトランジスタのゲートには丸印を付することによってnチャネル型MOSトランジスタと区別し、厚膜MOSトランジスタのゲートを相対的に厚く標記することによって薄膜MOSトランジスタと区別する。   FIG. 7 illustrates a basic circuit configuration of the power cutoff circuit 6 and the non-power cutoff circuit 7 in consideration of the characteristics of the SOI structure. The power cutoff circuit 6 arranged between the power supply wiring VDD and the ground wiring VSS has thick film MOS transistors MNtk and MPtk as the power switch 10, and the power non-cutoff circuit 7 is a thick film MOS transistor MNtk as the power switch. , MPtk. In the power cutoff circuit 6, a circuit represented by a CMOS inverter composed of a plurality of thin film MOS transistors MNtn and MPtn is connected in series to the thick film MOS transistors MNtk and MPtk as the power switch 10. The power non-cutoff circuit 8 also has a circuit represented by a CMOS inverter in which a plurality of thin film MOS transistors MNtn and MPtn are connected in series. For example, when the ground voltage VSS is 0 V and the power supply voltage VDD is 1.5 V, the gate input voltage amplitude of the thin film MOS transistors MNtn and MPtn is 1.5 V. At this time, the thick film MOS transistors MNtk and MPtk constituting the power switch 10 are set. The gate input voltage amplitude is 3.3V. Although not specifically shown, the thick film MOS transistor uses only one of the MNtk and MPtk as the power switch 10 in the power cut-off possible circuit 6, or both thick film MOS transistors MNtk and MPtk are used in one power cut-off possible circuit. You may make it use. In addition, regarding the symbol marking of the MOS transistor on the drawing, the gate of the p-channel MOS transistor is marked with a circle to distinguish it from the n-channel MOS transistor, and the gate of the thick film MOS transistor is marked relatively thick. This distinguishes it from a thin film MOS transistor.

電源スイッチ10を構成する厚膜MOSトランジスタMNtk,MPtkは、論理動作等を行なう薄膜MOSトランジスタMNtn,MPtnとウェル分離のような領域分離を行なわずに自由にレイアウトすることができ、同様に、nチャネル型の薄膜MOSトランジスタMNtnとpチャネル型の薄膜MOSトランジスタMPtnについてもウェル分離のような領域分離を行なわずに自由にレイアウトすることができる。   The thick film MOS transistors MNtk and MPtk constituting the power switch 10 can be freely laid out without performing region isolation such as well isolation with the thin film MOS transistors MNtn and MPtkn that perform logical operations and the like. The channel type thin film MOS transistor MNtn and the p channel type thin film MOS transistor MPtn can be freely laid out without performing region isolation such as well isolation.

図8にはバルク型のMOSトランジスタで構成される電源遮断可能領域と電源非遮断領域の回路構成を図1の比較例として示す。特に図示はしないが、バルク型CMOS回路において、pチャネル型MOSトランジスタはn型ウェル領域に、nチャネル型MOSトランジスタはp型ウェル領域に形成され、ウェル領域分離が行なわれ、基板とウェル領域の間、ウェル領域とソース・ドレインとの間は逆方向バイアスされて、電気的な分離が行なわれている。図8にはMOSトランジスタの導電型によるウェル領域分離の様子は明示していないが、バルク型MOSトランジスタによる構成では、電源遮断可能領域6Aと、電源非遮断回路7Aとを分離し、更に電源遮断可能領域6A内において厚膜MOSトランジスタMBNtkによって電源スイッチを形成する領域6A_1と、論理動作等を行なう領域6A_2とに対しても分離が必要とされる。電源遮断可能領域6A内において電源スイッチを形成する領域6A_1と、論理動作等を行なう領域6A_2とを分離するのは、電源遮断状態において、論理動作等を行なう領域6A_2においけるウェルとソース・ドレインとの間に接合リークを減らすためである。図7の構成では各MOSトランジスタはそもそも埋め込み酸化膜EOXによって基板との間のではリークを生じないから、そのよう考慮はデバイス構造上本質的に必要とされない。図8において電源遮断可能領域6Aと電源非遮断回路7Aとを分離するのは、電源非遮断回路7Aのウェル電位はグランド電位VSSであるが、電源遮断可能領域6Aにおいて論理動作等を行なう領域6A_2のウェル電位は動作電源供給時に電源スイッチMBNtkのドレイン電圧である仮想グランドVSSMになるという点で相違があるからである。特に図示はしていないが電源スイッチがpチャネル型MOSトランジスタの場合であっても、或いは薄膜MOSトランジスタを用いて構成する場合も同じである。図7の構成では各MOSトランジスタはそもそも埋め込み酸化膜EOXと分離領域FTI(又は分離領域PTI)によってボディーDBYの分離が可能になっているのでそのようウェル領域分離は本質的に必要とされない。   FIG. 8 shows a circuit configuration of a power cutoff possible region and a power non-shutdown region constituted by bulk MOS transistors as a comparative example of FIG. Although not specifically shown, in a bulk CMOS circuit, a p-channel MOS transistor is formed in an n-type well region, an n-channel MOS transistor is formed in a p-type well region, well region isolation is performed, and the substrate and well region are separated. Meanwhile, the well region and the source / drain are reversely biased for electrical isolation. FIG. 8 does not clearly show how the well region is separated by the conductivity type of the MOS transistor. However, in the configuration using the bulk type MOS transistor, the power-off possible region 6A and the power non-cut-off circuit 7A are separated and the power is cut off. In the possible region 6A, the region 6A_1 where the power switch is formed by the thick film MOS transistor MBNtk and the region 6A_2 where the logic operation or the like is performed are also required to be separated. The region 6A_1 for forming the power switch and the region 6A_2 for performing a logic operation or the like are separated from the region 6A_2 for performing a logic operation or the like in the power cutoff region 6A. This is to reduce junction leakage. In the configuration of FIG. 7, since each MOS transistor does not leak to the substrate by the buried oxide film EOX in the first place, such consideration is essentially not required for the device structure. In FIG. 8, the power supply cutoff region 6A and the power supply non-cutoff circuit 7A are separated from each other in that the well potential of the power supply noncutoff circuit 7A is the ground potential VSS. This is because there is a difference in that the well potential becomes a virtual ground VSSM which is the drain voltage of the power switch MBNtk when operating power is supplied. Although not specifically shown, the same applies to the case where the power switch is a p-channel MOS transistor or a thin film MOS transistor. In the configuration of FIG. 7, each MOS transistor can be separated from the body DBY by the buried oxide film EOX and the isolation region FTI (or the isolation region PTI), so that well region isolation is essentially not required.

《ボディーのバイアス形態に応ずるトランジスタ特性》
ここでMOSトランジスタのボディーに対するフローティング、ソース電位によるボディーバイアス、ボディーバイアスの可変制御の特質について予め説明する。MOSトランジスタのボディー電位と閾値電圧との関係は図9のような傾向になる。図9においてボディー電位0Vとはソース電位に等しいことを意味する。正のボディー電位とはドレイン寄りの電位を意味し、負のボディー電位はそれと逆方向の電位を意味する。nチャネル型MOSトランジスタの場合にはボディー電圧を高くするに従って閾値電圧が下がり(小さくなり)、pチャネル型MOSトランジスタの場合にはボディー電圧を低くするに従って閾値電圧が下がる(小さくなる)。便宜上、閾値電圧を小さくする方向のボディーバイアスをフォワードバイアス、閾値電圧を大きくする方向のボディーバイアスをリバースバイアスと称する。
<< Transistor characteristics according to the body bias type >>
Here, the characteristics of floating with respect to the body of the MOS transistor, body bias by the source potential, and variable control of the body bias will be described in advance. The relationship between the body potential of the MOS transistor and the threshold voltage tends to be as shown in FIG. In FIG. 9, the body potential 0V means equal to the source potential. A positive body potential means a potential closer to the drain, and a negative body potential means a potential in the opposite direction. In the case of an n-channel MOS transistor, the threshold voltage decreases (decreases) as the body voltage increases, and in the case of a p-channel MOS transistor, the threshold voltage decreases (decreases) as the body voltage decreases. For convenience, the body bias in the direction of decreasing the threshold voltage is referred to as a forward bias, and the body bias in the direction of increasing the threshold voltage is referred to as a reverse bias.

ボディー電位を自らのソース電位等で固定にすれば閾値電圧の不所望な変動を抑制することができる。その上、SOI構造ではボディー電位を固定もしくは制御することにより、放射線耐性を高くすることができ、後述のように記憶回路に置いては高いソフトエラー耐性を得ることが可能になる。   If the body potential is fixed at its own source potential or the like, undesired fluctuations in the threshold voltage can be suppressed. In addition, in the SOI structure, radiation resistance can be increased by fixing or controlling the body potential, and high soft error resistance can be obtained in a memory circuit as will be described later.

ボディーをフローティングにすることにより、ボディー電位はゲートとの容量性カップリングによって変動するようになり、そのボディー電位の変動方向はMOSトランジスタのオン状態においてその閾値電圧を小さくする方向になる。これにより、論理回路の高速動作に寄与することができる。   By floating the body, the body potential varies due to capacitive coupling with the gate, and the body potential varies in the direction of decreasing the threshold voltage when the MOS transistor is on. This can contribute to high-speed operation of the logic circuit.

ボディーバイアスを可変可能にすれば、フォワードバイアスを印加することによって小さい閾値電圧による高速動作の利点を強調することが可能になり、リバースバイアスを印加することによって大きい閾値電圧によるサブスレッショルドリークの低減若しくは低消費電力を強調することが可能になる。   If the body bias is made variable, it is possible to emphasize the advantages of high-speed operation with a small threshold voltage by applying a forward bias, and reducing the subthreshold leak due to a large threshold voltage by applying a reverse bias. It becomes possible to emphasize low power consumption.

《ロジック回路へのデータ保持型フリップフロップの採用》
図10には前記電源遮断可能回路6と電源非遮断回路7を混在させて構成されたロジック回路が例示される。ここでは代表定的に5個のロジック回路LOG1〜LOG5を例示してあり、個々のロジック回路LOG1〜LOG5にはフリップフロップの配置が例示される。例示されたフリップフロップはデータ保持型フリップフロップDR_FFと完全揮発性の通常のフリップフロップV_FFとされる。データ保持型フリップフロップDR_FFは動作電源遮断時において一部の回路だけに電源供給を維持して記憶情報を保持するようにしたフリップフロップである。通常のフリップフロップV_FFは動作電源が遮断されるとき全ての記憶情報が失われる。データ保持型フリップフロップDR_FFと完全揮発性の通常のフリップフロップV_FFには、セット・リセット型、ディレイ型など適宜の記憶形態を基本的に採用してよい。
<Adoption of data-holding flip-flops for logic circuits>
FIG. 10 illustrates a logic circuit configured by mixing the power cutoff circuit 6 and the power non-cutoff circuit 7 together. Here, typically, five logic circuits LOG1 to LOG5 are illustrated, and the arrangement of flip-flops is illustrated for each of the logic circuits LOG1 to LOG5. The illustrated flip-flops are a data holding type flip-flop DR_FF and a completely volatile normal flip-flop V_FF. The data holding type flip-flop DR_FF is a flip-flop that maintains stored information by maintaining power supply to only some circuits when the operating power supply is shut off. In the normal flip-flop V_FF, all stored information is lost when the operating power is cut off. For the data holding flip-flop DR_FF and the completely volatile normal flip-flop V_FF, an appropriate storage form such as a set / reset type or a delay type may be basically adopted.

電源スイッチ10による電源遮断が行なわれないロジック回路LOG2のような回路はフリップフロップとして揮発性のフリップフロップV_FFだけを採用すればよい。また、電源スイッチ10による電源遮断が行なわれるロジック回路LOG4のような回路であっても、電源スイッチ10による電源遮断によってフリップフロップの記憶情報が失われても差し支えない回路、或いは電源遮断時にフリップフロップの記憶情報をメモリに退避しておき電源遮断解除時にメモリからフリップフロップに記憶情報を復帰させる構成を採用する場合には、フリップフロップとして揮発性のフリップフロップV_FFだけを採用すればよい。当然、メモリ退避・復帰構造はメモリアクセスを要するため、フリップフロップの記憶情報の退避・復帰には無視し得ない時間を要し、高速動作には手記載ない場合がある。電源スイッチ10による電源遮断が行なわれるロジック回路LOG1、LOG3,LOG4のような回路では、電源遮断によって記憶情報を失いたくない部分のフリップフロップにはデータ保持型フリップフロップDR_FFを採用すればよい。データ保持型フリップフロップDR_FFは電源遮断時にフリップフロップ毎に記憶情報を保持するから、メモリ退避・復帰構造に比べて退避・復帰を高速化でき、高速速動作に適する。   A circuit such as the logic circuit LOG2 in which the power supply is not shut off by the power switch 10 may employ only the volatile flip-flop V_FF as the flip-flop. Further, even a circuit such as the logic circuit LOG4 in which the power supply is shut off by the power switch 10, a circuit in which the stored information of the flip-flop may be lost due to the power shutoff by the power switch 10, or the flip-flop at the time of power shutoff In the case of adopting a configuration in which the stored information is saved in the memory and the stored information is restored from the memory to the flip-flop when the power-off is released, only the volatile flip-flop V_FF may be employed. Naturally, since the memory save / restore structure requires memory access, it takes a time that cannot be ignored to save / restore the stored information of the flip-flop, and there is a case where the high-speed operation is not described manually. In a circuit such as the logic circuits LOG1, LOG3, and LOG4 in which the power supply is shut off by the power switch 10, a data holding type flip-flop DR_FF may be adopted as a flip-flop in a portion where the stored information is not lost due to the power shutdown. Since the data holding type flip-flop DR_FF holds stored information for each flip-flop when the power is cut off, the saving / restoring speed can be increased compared to the memory saving / restoring structure, which is suitable for high-speed operation.

ロジック回路LOG1の一部を詳細に示したように、ロジック回路LOG1においてフリップフロップDR_FF,V_FFの入力と出力には適宜の組合せ回路CMBCが接続され、フリップフロップDR_FF,V_FFはクロック同期でデータの入出力を行なう。   As shown in detail in part of the logic circuit LOG1, an appropriate combinational circuit CMBC is connected to the inputs and outputs of the flip-flops DR_FF and V_FF in the logic circuit LOG1, and the flip-flops DR_FF and V_FF input data in synchronization with the clock. Output.

《スレーブラッチ部を電源非遮断とするデータ保持型FF》
図1にはデータ保持型フリップフロップ(DRFF)12の一例が示される。同図に示されるDRFF12は、データ入力バッファDIB、マスタトランスファゲート部MTRG、マスタラッチ部MLAT、スレーブトランスファゲート部STG、スレーブラッチ部SLATdr、及びデータ出力バッファDOBを直列接続して成るデータ経路と、クロックバッファCBUFdrとを備えて成る。マスタトランスファゲート部MTRG、とスレーブトランスファゲート部STRGはCMOSインバータから成る。マスタラッチ部MLATとスレーブラッチ部SLATdrの夫々は、相互に一方に入力が他方の出力に結合されたCMOSスタティックラッチによって構成される。DRFF12のデータ入力端子Dはデータ入力バッファDIBの入力端子に接続され、DRFF12のデータ出力端子Qはデータ出力バッファDOBの出力端子Qに接続される。クロックバッファCBUFdrはDRFF12のクロック端子CLKに結合された直列2段のCMOSインバータを備え、後段CMOSインバータから非反転の内部クロック信号ckiを出力し、前段CMOSインバータから反転の内部クロック信号ckibを出力する。マスタトランスファゲート部MTRGと、スレーブトランスファゲート部STRGは、内部クロック信号cki,ckibにより相互に逆相でスイッチ制御され、データラッチに際して突き抜けが防止されている。
《Data retention type FF that makes the slave latch part power off ''
FIG. 1 shows an example of a data holding flip-flop (DRFF) 12. The DRFF 12 shown in the figure includes a data path formed by connecting a data input buffer DIB, a master transfer gate unit MTRG, a master latch unit MLAT, a slave transfer gate unit STG, a slave latch unit SLATdr, and a data output buffer DOB, and a clock. And a buffer CBUFdr. The master transfer gate unit MTRG and the slave transfer gate unit STRG are composed of CMOS inverters. Each of master latch unit MLAT and slave latch unit SLATdr is formed of a CMOS static latch in which one input is coupled to the other output. The data input terminal D of the DRFF 12 is connected to the input terminal of the data input buffer DIB, and the data output terminal Q of the DRFF 12 is connected to the output terminal Q of the data output buffer DOB. The clock buffer CBUFdr includes a two-stage serial CMOS inverter coupled to the clock terminal CLK of the DRFF 12, and outputs a non-inverted internal clock signal cki from the subsequent CMOS inverter and outputs an inverted internal clock signal chibi from the previous CMOS inverter. . The master transfer gate unit MTRG and the slave transfer gate unit STRG are switch-controlled in opposite phases by the internal clock signals cki and ckib, and are prevented from penetrating during data latching.

前記マスタラッチ部MLAT及びデータ入出力バッファDIB,DOBは電源スイッチ10により選択的に動作電源の遮断が可能にされる。図において電源スイッチ10は電源電圧VDD側とグランド電圧VSS側の各々に配置されているが、少なくとも何れか一方に配置されていれば充分である。グランド端子VSS側の電源スイッチ10(n)が遮断されると、ノードvssmは電源電圧VDDに到達する。電源端子VDD側の電源スイッチ10(p)が遮断されると、ノードvddmはグランド電圧VSSに到達する。前記スレーブラッチ部SLATdrとクロックバッファCBUFdrは電源スイッチによる選択的な電源遮断の非対象にされる。   The master latch unit MLAT and the data input / output buffers DIB and DOB can be selectively cut off by the power switch 10. In the figure, the power switch 10 is disposed on each of the power supply voltage VDD side and the ground voltage VSS side, but it is sufficient if it is disposed on at least one of them. When the power switch 10 (n) on the ground terminal VSS side is cut off, the node vssm reaches the power supply voltage VDD. When the power switch 10 (p) on the power supply terminal VDD side is cut off, the node vddm reaches the ground voltage VSS. The slave latch unit SLATdr and the clock buffer CBUFdr are not subject to selective power-off by a power switch.

電源遮断可能なマスタラッチ部MLAT及びデータ入出力バッファDIB,DOBを構成するMOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーvssx、vddxは、電源遮断時の接合リークを抑制するために、例えば自らのソースに、即ち、ノードvssm、vddmに結合される。或いは電源遮断時に前記ボディーvssx、vddxをフローティング(オープン)にすればよい。即ち、図11に例示されるように、グランド電圧VSS側の電源スイッチ10(n)が遮断されると、ノードvssmは電源電圧VDDに到達するから、A、BのようにMOSトランジスタMNtnのボディーBDYがグランド電圧VSSに接続されていれば、MOSトランジスタMNtnのボディーBDYとドレインDRNとのpn接合に接合リーク電流を生ずる虞がある。このときCのように、MOSトランジスタMNtnのボディーBDYをノードvssmに接続し、電源遮断側電源VSSと反対側の電源電圧VDDでバイアスされるようにすればよい。或いはフローティングにしてもよい。これにより、上記接合リークもないし、ソース・ドレインとボディーと間で寄生ダイオードのオン状態も生じない。トランスファゲート部MTRG,STRGのボディーも同様に制御してよい。   The body vssx and vddx of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the master latch unit MLAT and the data input / output buffers DIB and DOB capable of shutting off the power supply are, for example, supplied to their sources, that is, Coupled to nodes vssm and vddm. Alternatively, the bodies vssx and vddx may be floated (open) when the power is shut off. That is, as illustrated in FIG. 11, when the power supply switch 10 (n) on the ground voltage VSS side is cut off, the node vssm reaches the power supply voltage VDD, and thus the body of the MOS transistor MNtn as shown in A and B. If BDY is connected to the ground voltage VSS, a junction leakage current may occur at the pn junction between the body BDY and the drain DRN of the MOS transistor MNtn. At this time, like C, the body BDY of the MOS transistor MNtn may be connected to the node vssm so as to be biased by the power supply voltage VDD on the side opposite to the power supply cutoff power supply VSS. Or you may make it floating. As a result, there is no junction leakage and the parasitic diode is not turned on between the source / drain and the body. The bodies of the transfer gate portions MTRG and STRG may be controlled similarly.

一方、電源電圧VDD側の電源スイッチ10(p)が遮断される場合は、図12に例示されるように、ノードvddmはグランド電圧VSSに到達するから、A、BのようにMOSトランジスタMPtnのボディーBDYが電源電圧VDDに接続されていれば、MOSトランジスタMPtnのボディーBDYとドレインDRNとのpn接合に接合リーク電流を生ずる虞がある。このときCのように、MOSトランジスタMPtnのボディーBDYをノードvddmに接続し、電源遮断側電源VDDと反対側のグランド電圧VSSでバイアスされるようにすればよい。或いはフローティングにしてもよい。これにより、上記接合リークもないし、ソース・ドレインとボディーと間で寄生ダイオードのオン状態も生じない。   On the other hand, when the power switch 10 (p) on the power supply voltage VDD side is cut off, the node vddm reaches the ground voltage VSS as illustrated in FIG. If the body BDY is connected to the power supply voltage VDD, a junction leakage current may occur at the pn junction between the body BDY and the drain DRN of the MOS transistor MPtn. At this time, as in C, the body BDY of the MOS transistor MPtn may be connected to the node vddm so as to be biased by the ground voltage VSS on the opposite side to the power cutoff side power supply VDD. Or you may make it floating. As a result, there is no junction leakage and the parasitic diode is not turned on between the source / drain and the body.

図11、図12において電源遮断時にノードvssx,vddxをオープンにする場合は、電源非遮断状態では、高速動作を望むならばノードvssx、vddxにフォワードバイアス電圧を印加し、低消費電力を望むならリバースバイアス電圧を印加すればよい。或いは自らのソース電位のような電位を印加しても良い。そのような制御は動作モード等に応じて前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5が行なう。電源非遮断状態においてノードvssx、vddxをフローティングのままにしないのは、記憶回路としての性質上、高いソフトエラー耐性を得ることが得策と考えられるからである。すなわち、ボディー電位を固定もしくは制御するSOI構造は放射線耐性が高く、高いソフトエラー耐性を得るためである。   11 and 12, when the nodes vssx and vddx are opened when the power is shut down, in a power-off state, if high speed operation is desired, a forward bias voltage is applied to the nodes vssx and vddx, and low power consumption is desired. A reverse bias voltage may be applied. Alternatively, a potential such as its own source potential may be applied. Such control is performed by the power supply control and body bias control circuit 5 in accordance with the operation mode and the like. The reason why the nodes vssx and vddx are not left floating in the non-power-off state is that it is considered to be advantageous to obtain high soft error resistance because of the nature of the memory circuit. That is, the SOI structure for fixing or controlling the body potential has high radiation resistance and high soft error resistance.

マスタラッチ部MLATに対する電源遮断を行なうために電源電圧VDD側とグランド電圧VSS側の双方に配置されている電源スイッチ10(n),10(p)を共にカットオフ制御する場合には電源遮断されたマスタラッチ部MLATに対する上記ボディーバイアス制御を行わなくても支障はない。   In order to cut off the power switches 10 (n) and 10 (p) arranged on both the power supply voltage VDD side and the ground voltage VSS side in order to cut off the power supply to the master latch unit MLAT, the power supply was cut off. There is no problem even if the body bias control is not performed on the master latch unit MLAT.

尚、図11、図12ではボディーBDYをウェルのように図示しているが、これはボディーバイアスノードを図示するための作図上の考慮であり、デバイス構造を制限する趣旨ではない。   11 and 12, the body BDY is illustrated as a well. However, this is a drawing consideration for illustrating the body bias node, and does not limit the device structure.

電源遮断非対象とされるスレーブラッチ部SLATdr及びクロックバッファCBUFdrを構成するMOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーはボディーバイアス電圧vbp,vbnによって可変可能に制御される。その制御は動作モードに応じて前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5が行なう。その制御態様は以下の通りである。前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記マスタラッチ部MLATの電源遮断状態と電源非遮断状態とで前記スレーブラッチ部SLATdrを構成する前記MOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーバイアス電圧vvp,vbnを相違させる。即ち、電源非遮断時よりも遮断時の方が前記スレーブラッチ部SLATdrを構成する前記MOSトランジスタMPtn,MNtnの閾値電圧が大きくなるようにボディーバイアス電圧vvp,vbnを制御する。これによれば、スレーブラッチ部SLATdrは電源非遮断状態においてMOSトランジスタMPtn,MNtnの閾値電圧が小さくなるようにボディーバイアス制御され、電源遮断状態においてMOSトランジスタMPtn,MNtnの閾値電圧が大きくなるようにボディーバイアス制御されるから、電源非遮断状態におけるDRFF12は動作状態において動作速度の高速化が保障される。更に、スタンバイモード等によってマスタラッチ部MLATの動作電源が遮断されるときその記憶情報を保持するスレーブラッチ部SLATdrのボディーバイアス電圧はMOSトランジスタMPtn,MNtnの閾値電圧を大きくする方向に制御されているから、サブスレッショルドリーク電流が低減される。   The bodies of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the slave latch unit SLATdr and the clock buffer CBUFdr that are not subject to power shutdown are controlled variably by body bias voltages vbp and vbn. The control is performed by the power supply control and body bias control circuit 5 according to the operation mode. The control mode is as follows. The power source control and body bias control circuit 5 makes the body bias voltages vvp and vbn of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the slave latch unit SLATdr different between the power cutoff state and the power non-off state of the master latch unit MLAT. . That is, the body bias voltages vvp and vbn are controlled so that the threshold voltages of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the slave latch unit SLATdr are larger when the power is not shut off than when the power is not turned off. According to this, the slave latch unit SLATdr is subjected to body bias control so that the threshold voltages of the MOS transistors MPtn and MNtn are reduced in the power supply non-cutoff state, and the threshold voltages of the MOS transistors MPtn and MNtn are increased in the power supply cutoff state. Since body bias control is performed, the DRFF 12 in the non-power-off state is guaranteed to increase the operating speed in the operating state. Further, when the operating power supply of the master latch unit MLAT is cut off due to the standby mode or the like, the body bias voltage of the slave latch unit SLATdr that holds the stored information is controlled to increase the threshold voltages of the MOS transistors MPtn and MNtn. Subthreshold leakage current is reduced.

上記スレーブラッチ部SLATdrに対するボディーバイアス制御はスレーブラッチ部を構成するMOSトランジスタMPtn,MNtnの閾値電圧特性に応じて相違される。即ち、第1に、スレーブラッチ部SLATdrを構成するMOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーを自らのソース電位でバイアスすると仮定したときの閾値電圧が比較的大きい場合、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記マスタラッチ部MLATの電源非遮断状態において、前記スレーブラッチ部SLATdrを構成する前記MOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加すればよい。電源遮断状態では特別にリバースバイアス電圧を与えなくてもよく、ノードvssm,vddmの電位に応ずるような電圧をMOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーに与えれば良い。   The body bias control for the slave latch unit SLATdr differs depending on the threshold voltage characteristics of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the slave latch unit. That is, first, when the threshold voltage when the body of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the slave latch unit SLATdr is biased with its own source potential is relatively large, the power supply control and body bias control circuit 5 In the non-power-off state of the master latch unit MLAT, a forward bias voltage for reducing the threshold voltage may be applied to the bodies of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the slave latch unit SLATdr. In the power cut-off state, it is not necessary to apply a reverse bias voltage in particular, and it is sufficient to apply a voltage corresponding to the potentials of the nodes vssm and vddm to the bodies of the MOS transistors MPtn and MNtn.

第2に、スレーブラッチ部SLATdrを構成するMOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーを自らのソース電位でバイアスすると仮定したときの閾値電圧が比較的小さい場合、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記マスタラッチ部MLATの電源遮断状態において前記スレーブラッチ部SLATdrを構成する前記MOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加する制御を行えばよい。電源非遮断状態では特別にフォワードバイアス電圧を与えなくてもよく、ノードvssm,vddmの電位に応ずるような電圧をMOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーに与えれば良い。   Second, when the threshold voltage when the body of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the slave latch unit SLATdr is assumed to be biased with its own source potential is relatively small, the power supply control and body bias control circuit 5 The master latch unit MLAT may be controlled to apply a reverse bias voltage for increasing the threshold voltage to the bodies of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the slave latch unit SLATdr when the power is cut off. In the non-power-off state, no special forward bias voltage need be applied, and a voltage corresponding to the potentials of the nodes vssm and vddm may be applied to the bodies of the MOS transistors MPtn and MNtn.

第3に、スレーブラッチ部SLATdrを構成するMOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーを自らのソース電位でバイアスすると仮定したときの閾値電圧が上記二つの態様の中間になっている場合には、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記マスタラッチ部MLATの電源非遮断状態において前記スレーブラッチ部SLATdrを構成する前記MOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する制御を行い、前記マスタラッチ部MLATの電源遮断状態において前記スレーブラッチ部SLATdrを構成する前記MOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加する制御を行えばよい。   Third, when it is assumed that the body of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the slave latch unit SLATdr is biased by its own source potential, the power supply control is performed when the threshold voltage is intermediate between the above two modes. And the body bias control circuit 5 performs a control to apply a forward bias voltage for reducing a threshold voltage to the bodies of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the slave latch unit SLATdr when the master latch unit MLAT is in a power-off state. Control may be performed to apply a reverse bias voltage for increasing the threshold voltage to the bodies of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the slave latch unit SLATdr when the master latch unit MLAT is powered off.

前記クロックバッファCBUFdrが電源スイッチ10による電源遮断対象とされないのは、電源遮断状態において、マスタラッチ部MLATの出力ノードの電圧が、スレーブラッチ部SLATdrが保持する記憶情報を不所望に反転させることがないようにするために、スレーブトランスファゲート部STRGをカットオフに保てるようにするためである。したがって、電源遮断時はクロック端子CLKの入力がローレベル固定にされればよい。そのボディーバイアス電圧を図示のようにvbp,vbnによってスレーブラッチ部SLATdrと同じように制御すれば電源遮断状態でのサブスレッショルドリーク電流の低減に寄与することができる。   The reason why the clock buffer CBUFdr is not targeted for power shutdown by the power switch 10 is that the voltage at the output node of the master latch unit MLAT does not undesirably invert the stored information held by the slave latch unit SLATdr in the power shutdown state. This is because the slave transfer gate unit STRG can be kept cut off. Therefore, when the power is shut off, the input of the clock terminal CLK may be fixed at a low level. If the body bias voltage is controlled in the same manner as the slave latch unit SLATdr by vbp and vbn as shown in the figure, it can contribute to the reduction of the subthreshold leakage current in the power-off state.

《電源非遮断の退避ラッチ部を有するデータ保持型FF》
図13にはデータ保持型フリップフロップ(DRFF)の別の例が示される。同図に示されるDRFF13は、データ入力バッファDIB、マスタトランスファゲート部MTRG、マスタラッチ部MLAT、スレーブトランスファゲート部STG、スレーブラッチ部SLAT、データ出力バッファDOBを直列接続して成るデータ経路と、クロックバッファCBUFとを備える。更に、スレーブラッチ部SLATの記憶ノードに退避復帰トランスファゲート部BTRGを介して記憶ノードが接続された退避ラッチ部BLATdrを備える。マスタトランスファゲート部MTRG、スレーブトランスファゲート部STRG、退避復帰トランスファゲート部BTRGはCMOSインバータから成る。マスタラッチ部MLAT、スレーブラッチ部SLATdr及び退避ラッチ部BLATdrの夫々は、相互に一方の入力が他方の出力に結合されたCMOSスタティックラッチによって構成される。TRは退避復帰トランスファゲート部BTRGの転送制御信号である。
<Data retention type FF having a power supply non-cut-off retraction latch unit>
FIG. 13 shows another example of a data holding type flip-flop (DRFF). The DRFF 13 shown in the figure includes a data path comprising a data input buffer DIB, a master transfer gate unit MTRG, a master latch unit MLAT, a slave transfer gate unit STG, a slave latch unit SLAT, and a data output buffer DOB, and a clock buffer. And CBUF. Furthermore, a save latch unit BLATdr is provided in which the storage node is connected to the storage node of the slave latch unit SLAT via the save / return transfer gate unit BTRG. The master transfer gate unit MTRG, the slave transfer gate unit STRG, and the save / return transfer gate unit BTRG are composed of CMOS inverters. Each of the master latch unit MLAT, the slave latch unit SLATdr, and the save latch unit BLATdr is configured by a CMOS static latch in which one input is coupled to the other output. TR is a transfer control signal of the save / return transfer gate unit BTRG.

前記データ入力バッファDIB、マスタラッチ部MLAT、スレーブラッチ部SLAT、データ出力バッファDOB、及びクロックバッファCBUFは電源スイッチ10により選択的に動作電源の遮断が可能にされる。図において電源スイッチ10は電源電圧VDD側とグランド電圧VSS側の各々に配置されているが、少なくとも何れか一方に配置されていれば充分である。グランド端子VSS側の電源スイッチ10(n)が遮断されると、ノードvssmは電源電圧VDDに到達する。電源端子VDD側の電源スイッチ10(p)が遮断されると、ノードvddmはグランド電圧VSSに到達する。前記退避ラッチ部BLATdrは電源スイッチによる選択的な電源遮断の対象にされない。   The power input switch DIB, the master latch unit MLAT, the slave latch unit SLAT, the data output buffer DOB, and the clock buffer CBUF can be selectively cut off by the power switch 10. In the figure, the power switch 10 is disposed on each of the power supply voltage VDD side and the ground voltage VSS side, but it is sufficient if it is disposed on at least one of them. When the power switch 10 (n) on the ground terminal VSS side is cut off, the node vssm reaches the power supply voltage VDD. When the power switch 10 (p) on the power supply terminal VDD side is cut off, the node vddm reaches the ground voltage VSS. The retraction latch unit BLATdr is not subject to selective power shut-off by a power switch.

電源スイッチ10による電源遮断が可能とされる前記データ入力バッファDIB、マスタラッチ部MLAT、スレーブラッチ部SLAT、データ出力バッファDOB、及びクロックバッファCBUFを構成するMOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーvssx、vddxは、図1の場合と同様に、電源遮断時の接合リークを抑制するために、例えば自らのソースに、即ち、ノードvssm、vddmに結合され、或いは電源遮断時に前記ボディーvssx、vddxがフローティング(オープン)にされる。前述と同様に、これにより、リークもないし、ソース・ドレインとボディーと間で寄生ダイオードのオン状態も生じない。   The body vssx and vddx of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the data input buffer DIB, the master latch unit MLAT, the slave latch unit SLAT, the data output buffer DOB, and the clock buffer CBUF that can be powered off by the power switch 10 are: As in the case of FIG. 1, in order to suppress the junction leakage when the power is shut off, the bodies vssx and vddx are floated (opened), for example, coupled to their own sources, ie, the nodes vssm and vddm, or when the power is shut off. To be. As described above, there is no leakage and no parasitic diode is turned on between the source / drain and the body.

電源遮断非対象とされる退避ラッチ部BLATdrを構成するMOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーはボディーバイアス電圧vbp,vbnによって可変可能に制御される。その制御は動作モードに応じて前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5が行なう。その制御態様は以下の通りである。   The bodies of the MOS transistors MPtn and MNtn that constitute the save latch unit BLATdr that is not subject to power shutoff are variably controlled by body bias voltages vbp and vbn. The control is performed by the power supply control and body bias control circuit 5 according to the operation mode. The control mode is as follows.

前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、電源スイッチ10によりマスタラッチ部MLAT及びスレーブラッチ部SLAT等の電源を遮断するとき前記退避ラッチ部に前記スレーブラッチ部が保持するデータを退避する退避制御を行う。即ち、スレーブラッチ部SLATが保持するデータを退避復帰トランスファゲート部BTRGを介して退避ラッチ部BLATdrがラッチする。退避ラッチ部BLATdrによるラッチ動作を完了した後に電源スイッチ10による動作電源の遮断が行なわれる。また、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記マスタラッチ部MLAT及びスレーブラッチ部SLAT等の電源遮断を解除するときは、前記退避ラッチ部BLATdrが保持するデータをスレーブラッチ部SLATに復帰する復帰制御を行う。即ち、先ず電源スイッチ10をオン動作させ、この後、退避ラッチ部BLATdrが保持するデータを退避復帰トランスファゲート部BTRGを介してスレーブラッチ部SLATがラッチする。   The power supply control and body bias control circuit 5 performs save control to save the data held by the slave latch unit in the save latch unit when the power source of the master latch unit MLAT and the slave latch unit SLAT is shut off by the power switch 10. . In other words, the data held by the slave latch unit SLAT is latched by the save latch unit BLATdr via the save / return transfer gate unit BTRG. After the latch operation by the save latch unit BLATdr is completed, the operation power supply is shut off by the power switch 10. The power supply control and body bias control circuit 5 returns the data held by the save latch unit BLATdr to the slave latch unit SLAT when releasing the power cutoff of the master latch unit MLAT and the slave latch unit SLAT. Take control. That is, first, the power switch 10 is turned on, and thereafter, the data held by the save latch unit BLATdr is latched by the slave latch unit SLAT via the save / restore transfer gate unit BTRG.

前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、電源を遮断するときの退避制御におけるスレーブラッチ部SLATから退避ラッチ部BLATdrへのデータ書込み、電源遮断を解除するときの復帰制御における退避ラッチ部BLATdrからスレーブラッチ部SLATへのデータ読み込みに際して、書込み動作や読み出し動作の動作マージンを考慮したボディー電圧制御を行う。その制御形態の第1として、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記復帰制御に際して、前記退避ラッチ部BLATdrを構成する前記MOSトランジスタMPtn,MNtnのボディー電圧vbp,vbnとして閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する。これによれば、退避ラッチ部BLATdrからスレーブラッチ部SLATへのデータ読み込みを行なう復帰動作において、データ出力側である退避ラッチ部BLATdrの駆動能力が大きい方向に変化され、スレーブラッチ部SLATのラッチデータとの衝突に対して退避ラッチ部BLATdrの出力の方が優勢な傾向になると言う点において、スレーブラッチ部SLATへの読出し動作の動作マージンを大きくすることができる。   The power supply control and body bias control circuit 5 writes data from the slave latch unit SLAT to the save latch unit BLATdr in the save control when the power supply is cut off, and slaves from the save latch unit BLATdr in the return control when the power supply is released. When reading data into the latch unit SLAT, body voltage control is performed in consideration of the operation margin of the write operation and the read operation. As a first control mode, the power supply control and body bias control circuit 5 reduces the threshold voltage as the body voltages vbp and vbn of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the save latch unit BLATdr during the return control. Apply forward bias voltage. According to this, in the return operation in which data is read from the save latch unit BLATdr to the slave latch unit SLAT, the drive capability of the save latch unit BLATdr on the data output side is changed in a larger direction, and the latch data of the slave latch unit SLAT is changed. Therefore, the operation margin of the read operation to the slave latch unit SLAT can be increased in that the output of the evacuation latch unit BLATdr tends to prevail with respect to the collision with the slave latch unit SLAT.

特に図示はしないが、スレーブラッチ部への読出し動作の動作マージンを更に大きくするには、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は更に、前記復帰制御に際して前記スレーブラッチ部SLATを構成する前記MOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加するのがよい。スレーブラッチ部SLATへの読出し動作の動作マージンを更に大きくするには、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は更に、前記復帰制御に際して、前記退避復帰トランスファゲート部BTRGを構成する前記MOSトランジスタMNtn,MPtnのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加するのがよい。   Although not specifically shown, in order to further increase the operation margin of the read operation to the slave latch unit, the power supply control and body bias control circuit 5 further includes the MOS transistor constituting the slave latch unit SLAT during the return control. A reverse bias voltage that increases the threshold voltage is preferably applied to the bodies of MPtn and MNtn. In order to further increase the operation margin of the read operation to the slave latch unit SLAT, the power supply control and body bias control circuit 5 further includes the MOS transistors MNtn, which constitute the save / return transfer gate unit BTRG during the return control. A forward bias voltage for reducing the threshold voltage is preferably applied to the body of MPtn.

退避ラッチ部に書込みを行なうときの動作マージンを考慮すると、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記退避制御に際して前記スレーブラッチ部SLATを構成する前記MOSトランジスタMNtn,MPtnのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加すればよい。この書込み動作マージンを更に大きくするには、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記退避制御に際して前記退避ラッチ部BLATdrを構成する前記MOSトランジスタMNtn,MPtnのボディーバイアス電圧vbn,vbpとして閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加すればよい。   In consideration of an operation margin when writing to the save latch unit, the power supply control and body bias control circuit 5 applies a threshold voltage to the bodies of the MOS transistors MNtn and MPtn constituting the slave latch unit SLAT during the save control. A forward bias voltage to be reduced may be applied. In order to further increase the write operation margin, the power supply control and body bias control circuit 5 uses the threshold voltages as the body bias voltages vbn and vbp of the MOS transistors MNtn and MPtn constituting the save latch unit BLATdr during the save control. What is necessary is just to apply the reverse bias voltage which enlarges.

図14にはデータ保持型フリップフロップ(DRFF)の別の例が示される。同図に示されるDRFF14は、図13のDRFF13とはスレーブラッチ部SLATと退避ラッチ部BLATdrとの接続形態が相違される。図13のDRFF13において退避復帰トランスファゲート部BTRGはデータ転送方向が双方向とされる。図14のDRFF14ではスレーブラッチ部SLATの記憶データを退避ラッチ部BLATdrに書込むときは退避トランスファゲート部BTRG(S)を用い、退避ラッチ部BLATdrのデータをスレーブラッチ部SLATに読出すときは復帰トランスファゲート部BTRG(R)を用いる。この構成を採用するとき、次に示すボディーバイアス制御を採用する。即ち、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記退避制御に際して、前記スレーブラッチ部SLATに含まれるインバータIVaと退避トランスファゲート部BTRG(S)を構成するMOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する。また、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記復帰制御に際して、前記退避ラッチ部SLATに含まれるインバータIVbと復帰トランスファゲート部BTRG(R)を構成するMOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する。この制御により、退避・復帰の夫々において、データを出力する出力元回路の駆動能力を増大する方向に変化されるから、前記動作マージンを大きくすることができる。その他の構成は図13と同様の構成を適宜採用可能である。   FIG. 14 shows another example of a data holding type flip-flop (DRFF). The DRFF 14 shown in the figure is different from the DRFF 13 in FIG. 13 in the connection form of the slave latch unit SLAT and the save latch unit BLATdr. In the DRFF 13 of FIG. 13, the save / return transfer gate unit BTRG has a bidirectional data transfer direction. In the DRFF 14 of FIG. 14, the save transfer gate unit BTRG (S) is used when the data stored in the slave latch unit SLAT is written into the save latch unit BLATdr, and the data is restored when the data in the save latch unit BLATdr is read into the slave latch unit SLAT. The transfer gate part BTRG (R) is used. When this configuration is adopted, the following body bias control is adopted. That is, the power supply control and body bias control circuit 5 performs the threshold voltage on the bodies of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the inverter IVa and the save transfer gate part BTRG (S) included in the slave latch part SLAT during the save control. Apply a forward bias voltage to reduce the. Further, the power supply control and body bias control circuit 5 performs threshold voltage application to the bodies of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the inverter IVb and the return transfer gate part BTRG (R) included in the save latch part SLAT during the return control. Apply a forward bias voltage to reduce the. By this control, the driving margin of the output source circuit that outputs data is changed in each of save and return, so that the operation margin can be increased. As other configurations, the same configurations as those in FIG. 13 can be adopted as appropriate.

《データ保持型FFにおける復帰動作マージンの拡大》
図15にはデータ保持型フリップフロップ(DRFF)の別の例が示される。同図に示されるDRFF15は、退避タッチ部BLATdrからスレーブラッチ部SLATへのデータ復帰動作における動作マージンを大幅に拡大可能とするものである。図13、図14との相違点は、退避にはトランスファゲート部を用い、復帰にはスイッチ制御端子に入力を受けるゲートを用いるようにしたことである。即ち、退避ラッチ部BLATdrは電源遮断時にスレーブラッチ部SLATの記憶情報をバックアップするのが主な用途であり、退避ラッチ部BLATdrにはDRFFの通常動作のように高速動作を考慮することを要せず、トランジスタサイズを小さくしたり、大きな閾値電圧を用いて低消費電力を優先させてよい。その場合、退避データの復帰時における退避ラッチ部BLATdrに対するフォワードバイアス制御だけでは必要な動作マージンの確保ができない場合を考慮するものである。そこで、スレーブラッチ部SLATから退避ラッチ部BLATdrへの退避には、信号STRによってスイッチ制御される各々nチャネル型MOSトランジスタMNtnから成る退避用トランスファゲート部SGTを用いる。退避ラッチ部BLATdrからスレーブラッチ部SLATへの復帰には各々pチャネル型MOSトランジスタMPtnから成る復帰用ゲート部RGT(t),RGT(b)を採用する。復帰用ゲート部RGT(t),RGT(b)は、前記退避ラッチ部BLATdrの記憶ノードをスイッチ制御入力として前記スレーブラッチ部SLATの記憶ノードにスイッチ出力を与える接続形態を有する。具体的には、一方の復帰用ゲート部RGT(t)は、退避ラッチ部BLATdrのスタティックラッチを構成する一方の入出力ノードにゲートが接続され、ソースがpチャネル型MOSトランジスタから成るパワースイッチPSTに接続され、ドレインがスレーブラッチ部SLATの他方の入出力ノードに接続される。他方の復帰用ゲート部RGT(b)は、退避ラッチ部BLATdrのスタティックラッチを構成する他方の入出力ノードにゲートが接続され、ソースがpチャネル型MOSトランジスタから成るパワースイッチPSTに接続され、ドレインがスレーブラッチ部SLATの一方の入出力ノードに接続される。パワースイッチPSTは復帰動作に応答してローレベルにされるリストア信号RSTRによってオン動作されることにより電源電圧VDDを供給する。
<< Expansion of return operation margin in data retention type FF >>
FIG. 15 shows another example of a data holding flip-flop (DRFF). The DRFF 15 shown in the figure makes it possible to greatly expand the operation margin in the data restoration operation from the retracting touch unit BLATdr to the slave latch unit SLAT. The difference from FIGS. 13 and 14 is that a transfer gate unit is used for evacuation and a gate receiving an input at the switch control terminal is used for restoration. That is, the save latch unit BLATdr is mainly used to back up the stored information of the slave latch unit SLAT when the power is cut off, and the save latch unit BLATdr needs to consider high-speed operation like the normal operation of DRFF. Alternatively, the transistor size may be reduced, or low power consumption may be prioritized using a large threshold voltage. In this case, a case where a necessary operation margin cannot be ensured only by the forward bias control for the save latch unit BLATdr when the save data is restored is considered. Therefore, for the saving from the slave latch unit SLAT to the save latch unit BLATdr, the save transfer gate unit SGT including the n-channel MOS transistors MNtn that are switch-controlled by the signal STR is used. To return from the save latch unit BLATdr to the slave latch unit SLAT, return gate units RGT (t) and RGT (b) each including a p-channel MOS transistor MPtn are employed. The return gate units RGT (t) and RGT (b) have a connection configuration in which the storage node of the save latch unit BLATdr is used as a switch control input to provide a switch output to the storage node of the slave latch unit SLAT. Specifically, one return gate portion RGT (t) has a gate connected to one input / output node constituting a static latch of the save latch portion BLATdr, and a power switch PST whose source is a p-channel MOS transistor. The drain is connected to the other input / output node of the slave latch unit SLAT. The other return gate portion RGT (b) has a gate connected to the other input / output node constituting the static latch of the save latch portion BLATdr, a source connected to a power switch PST formed of a p-channel MOS transistor, and a drain. Are connected to one input / output node of the slave latch unit SLAT. The power switch PST is turned on by a restore signal RSTR which is set to a low level in response to the return operation, thereby supplying the power supply voltage VDD.

これによれば、退避したデータをスレーブラッチ部SLATに復帰させるとき、復帰元データをスイッチ制御データとする復帰用ゲート部RGT(t),RGT(b)のスイッチ出力を復帰先に与えるから、退避ラッチ部BLATdrの駆動能力をスレーブラッチ部SLATの駆動能力に比べて相当小さくして、その駆動能力が不足していても、退避ラッチ部BLATdrからスレーブラッチ部SLATへの読出し動作を正常に行なうことができる。   According to this, when the saved data is returned to the slave latch portion SLAT, the switch outputs of the return gate portions RGT (t) and RGT (b) using the return source data as switch control data are given to the return destination. The drive capability of the save latch unit BLATdr is made considerably smaller than the drive capability of the slave latch unit SLAT, and the read operation from the save latch unit BLATdr to the slave latch unit SLAT is normally performed even if the drive capability is insufficient. be able to.

このとき、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記復帰制御に際して、前記退避ラッチ部BLATdrを構成する前記MOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧vbp,vbnを印加する。これにより、退避ラッチ部BLATdrからスレーブラッチ部SLATへのデータ読出し動作の動作マージンを一層拡大することができる。その動作マージンを更に拡大するには、特に図示はしないが、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記復帰制御に際して、前記スレーブラッチ部SLATを構成する前記MOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加すればよい。また、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記復帰制御に際して、前記復帰用ゲート部RGT(t),RGT(b)を構成する前記MOSトランジスタMPtnのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加すればよい。   At this time, the power supply control and body bias control circuit 5 applies forward bias voltages vbp and vbn for reducing the threshold voltage to the bodies of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the save latch unit BLATdr during the return control. . Thereby, the operation margin of the data read operation from the save latch unit BLATdr to the slave latch unit SLAT can be further expanded. In order to further expand the operation margin, although not shown in particular, the power supply control and body bias control circuit 5 applies a threshold value to the bodies of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the slave latch unit SLAT during the return control. A reverse bias voltage for increasing the voltage may be applied. Further, the power supply control and body bias control circuit 5 performs a forward bias voltage for reducing a threshold voltage in the body of the MOS transistor MPtn constituting the return gate portions RGT (t) and RGT (b) during the return control. May be applied.

このフリップフロップDRFF15の場合、スレーブラッチ部SLATの駆動能力の方が退避ラッチ部BLATDRの駆動能力よりも大きいが、退避ラッチ部BLATdrに書込みを行なうときの動作マージンを考慮すると、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記退避制御に際して、前記スレーブラッチ部SLATを構成する前記MOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加するのがよい。また、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記退避制御に際して、前記退避ラッチ部BLATdrを構成する前記MOSトランジスタMPtn,MNtnのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加するのがよい。   In the case of this flip-flop DRFF15, the driving capability of the slave latch unit SLAT is larger than the driving capability of the save latch unit BLATDR, but considering the operation margin when writing to the save latch unit BLATdr, the power supply control and the body The bias control circuit 5 may apply a forward bias voltage for reducing a threshold voltage to the bodies of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the slave latch unit SLAT during the save control. The power supply control and body bias control circuit 5 may apply a reverse bias voltage for increasing a threshold voltage to the bodies of the MOS transistors MPtn and MNtn constituting the save latch unit BLATdr during the save control.

電源遮断状態におけるマスタラッチ部MLAT及びスレーブラッチ部SLAT等のリーク電流低減については前述と同様に、マスタラッチ部MLAT及びスレーブラッチ部SLAT等を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源遮断状態において、電源遮断側電源と反対側の電源でバイアスし、或いはフローティングにするのがよい。   As for the leakage current reduction of the master latch unit MLAT and the slave latch unit SLAT in the power cutoff state, the body of the MOS transistor constituting the master latch unit MLAT and the slave latch unit SLAT is the power cutoff side in the power cutoff state. Biasing with a power supply opposite to the power supply or floating is preferable.

また、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記復帰制御に際して、退避ラッチ部BLATdrに対するフォワードバイアス電圧印加に代えて、前記スレーブラッチ部SLATを構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加するようにしてもよい。また、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、前記復帰制御に際して、退避ラッチ部BLATdrを構成する全てのMOSトランジスタに対してフォワードバイアス電圧印加を行なわなくてもよく、図14で説明したように、前記退避ラッチ部BLATdrにおいて少なくとも前記スレーブラッチ部SLATの記憶ノードを駆動可能な前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加するようにしてもよい。   The power supply control and body bias control circuit 5 increases the threshold voltage in the body of the MOS transistor constituting the slave latch unit SLAT instead of applying a forward bias voltage to the save latch unit BLATdr during the return control. A reverse bias voltage may be applied. Further, the power supply control and body bias control circuit 5 does not need to apply the forward bias voltage to all the MOS transistors constituting the save latch unit BLATdr during the return control, as described with reference to FIG. In the save latch unit BLATdr, a forward bias voltage for reducing a threshold voltage may be applied to the body of the MOS transistor capable of driving at least the storage node of the slave latch unit SLAT.

図16にはデータ保持型フリップフロップ(DRFF)の別の例が示される。同図に示されるDRFF16は、マスタラッチ部MLAT,スレーブラッチ部SLAT、及び退避ラッチ部BLATdrの接続形態が変更された例であり、データ経路に直列配置されるCMOSインバータの段数が4段に減少され、更に、スレーブラッチ部SLATから退避ラッチ部BLATdrへの退避を相補信号によって行なうようにした点が図15と相違される。SGT(t),SGT(b)は相補信号の退避データを転送制御する退避用ゲート部である。特に図示はしないが図1、図13のDRFFにおいてもスタティックラッチに図16の接続形態を採用してよいことは言うまでもない。   FIG. 16 shows another example of a data holding type flip-flop (DRFF). The DRFF 16 shown in the figure is an example in which the connection form of the master latch unit MLAT, the slave latch unit SLAT, and the save latch unit BLATdr is changed, and the number of CMOS inverters arranged in series in the data path is reduced to four. Furthermore, the difference from FIG. 15 is that the saving from the slave latch unit SLAT to the save latch unit BLATdr is performed by a complementary signal. SGT (t) and SGT (b) are save gate units that control transfer of save data of complementary signals. Needless to say, the connection form shown in FIG. 16 may be adopted for the static latch in the DRFF shown in FIGS.

図17には図15又は図16のDRFFに対する退避動作の制御タイミングが例示される。電源遮断の制御対象は電源スイッチ10(n)とする。そのスイッチ制御信号はSWCNT(n)とされる。前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、時刻t3に電源遮断を行なうとき、その前の時刻t0において、ボディー電圧vddx、vssxをフォワードバイアスに、ボディー電圧vbp,vbnをリバースバイアスに変化させる。即ち、ボディーバイアス電圧vddxを電源電圧VDDよりも低いフォワードバイアス電圧に、ボディーバイアス電圧vssxをグランド電圧VSSよりも高いフォワードバイアス電圧に、ボディーバイアス電圧vbpを電源電圧VDDよりも高いリバースバイアス電圧に、ボディーバイアス電圧vbnをグランド電圧VSSよりも低いリバースバイアス電圧にする。これにより、スレーブラッチ部SLATの駆動能力は上がり、退避ラッチ部BLATdrの駆動の駆動能力は下がる。従って、この後、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5がストア信号STRをアクティブにすると(時刻t1)、スレーブラッチ部SLATはその記憶データに従って退避ラッチ部BLATdrの記憶ノードを駆動することになるが、駆動される方の駆動能力が小さくされている(駆動する方にとっては駆動マージンが拡大されている)から、退避ラッチ部BLATdrは、スレーブラッチ部SLATの記憶データを確実に保持することができる(時刻t2)。この後、制御信号SWCNT(n)にて電源が遮断される(時刻t3)。電源遮断後vssx,vddxにはノードvssmの電位を与えて接合リークの発生を抑制すればよい。   FIG. 17 illustrates the control timing of the evacuation operation for the DRFF of FIG. 15 or FIG. The power cutoff control target is the power switch 10 (n). The switch control signal is SWCNT (n). When the power supply control and body bias control circuit 5 shuts off the power supply at time t3, the body voltages vddx and vssx are changed to forward bias and the body voltages vbp and vbn are changed to reverse bias at the previous time t0. That is, the body bias voltage vddx is set to a forward bias voltage lower than the power supply voltage VDD, the body bias voltage vssx is set to a forward bias voltage higher than the ground voltage VSS, and the body bias voltage vbp is set to a reverse bias voltage higher than the power supply voltage VDD. The body bias voltage vbn is set to a reverse bias voltage lower than the ground voltage VSS. As a result, the drive capability of the slave latch unit SLAT is increased, and the drive capability of the save latch unit BLATdr is decreased. Therefore, after that, when the power supply control and body bias control circuit 5 activates the store signal STR (time t1), the slave latch unit SLAT drives the storage node of the save latch unit BLATdr according to the stored data. Since the driving capability of the driven side is reduced (the driving margin is increased for the driving side), the save latch unit BLATdr can reliably hold the stored data of the slave latch unit SLAT. (Time t2). Thereafter, the power supply is cut off by the control signal SWCNT (n) (time t3). After the power is shut off, the potential of the node vssm may be given to vssx and vddx to suppress the occurrence of junction leakage.

図18には図15又は図16のDRFFに対する復帰動作の制御タイミングが例示される。電源遮断の制御対象はスイッチ制御信号SWCNT(n)によってスイッチ制御される電源スイッチ10(n)とする。前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、電源スイッチ10(n)による電源遮断状態を時刻t0に解除する。電源遮断状態においてvddx、vssxはノードvssmの電位、即ち電源電圧にされているものとする。この後の時刻t1において、ボディー電圧vddx、vssxをリバースバイアスに、ボディー電圧vbp,vbnをフォワードバイアスに変化させる。即ち、ボディーバイアス電圧vddxを電源電圧VDDよりも高いリバースバイアス電圧に、ボディーバイアス電圧vssxをグランド電圧VSSよりも低いリバースバイアス電圧に、ボディーバイアス電圧vbpを電源電圧VDDよりも低いフォワードバイアス電圧に、ボディーバイアス電圧vbnをグランド電圧VSSよりも高いフォワードバイアス電圧にする。これにより、スレーブラッチ部SLATの駆動能力は下がり、退避ラッチ部BLATdrの駆動の駆動能力は上がる。従って、この後、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5がリストア信号RSTRをアクティブにすると(時刻t2)、退避ラッチ部BLATdrはその記憶データに従ってスレーブラッチ部SLATの記憶ノードを駆動することになるが、駆動される方の駆動能力が小さくされている(駆動する方にとっては駆動マージンが拡大されている)から、スレーブラッチ部SLATは、退避非ラッチBLATdrの記憶データを確実に保持することができる(時刻t3)。この後、例えばvbp,vddxはVDDに、vbn,vssxはVSSに変化される(時刻t4)。   FIG. 18 illustrates the control timing of the return operation for the DRFF of FIG. 15 or FIG. The power cutoff control target is a power switch 10 (n) that is switch-controlled by a switch control signal SWCNT (n). The power supply control and body bias control circuit 5 releases the power cut-off state by the power switch 10 (n) at time t0. It is assumed that vddx and vssx are set to the potential of the node vssm, that is, the power supply voltage in the power cutoff state. Thereafter, at time t1, the body voltages vddx and vssx are changed to the reverse bias, and the body voltages vbp and vbn are changed to the forward bias. That is, the body bias voltage vddx is set to a reverse bias voltage higher than the power supply voltage VDD, the body bias voltage vssx is set to a reverse bias voltage lower than the ground voltage VSS, and the body bias voltage vbp is set to a forward bias voltage lower than the power supply voltage VDD. The body bias voltage vbn is set to a forward bias voltage higher than the ground voltage VSS. As a result, the driving capability of the slave latch unit SLAT decreases, and the driving capability of the save latch unit BLATdr increases. Therefore, after that, when the power supply control and body bias control circuit 5 activates the restore signal RSTR (time t2), the save latch unit BLATdr drives the storage node of the slave latch unit SLAT according to the stored data. Since the driving capability of the driven side is reduced (the driving margin is increased for the driving side), the slave latch unit SLAT can reliably hold the storage data of the save non-latching BLATdr. (Time t3). Thereafter, for example, vbp and vddx are changed to VDD, and vbn and vssx are changed to VSS (time t4).

図19にはデータ保持型フリップフロップ(DRFF)の別の例が示される。同図に示されるDRFF17は、図16のDRFF16に対し、pチャネル型の電源スイッチ10(p)を持ち、其れに応じて、パワースイッチPSTは及び復帰用ゲート部RGT(t),RGT(b)をnチャネル型MOSトランジスタによって構成した点が相違される。DRFF17において電源スイッチ10(p)がオフにされるとノードvssmはグランド電圧に収束する。DRFF17においても前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は上述と同様の電源遮断制御をボディーバイアス制御を行う。   FIG. 19 shows another example of a data holding flip-flop (DRFF). The DRFF 17 shown in the figure has a p-channel power switch 10 (p) with respect to the DRFF 16 of FIG. 16, and the power switch PST and the return gates RGT (t), RGT ( The difference is that b) is composed of n-channel MOS transistors. When the power switch 10 (p) is turned off in the DRFF 17, the node vssm converges to the ground voltage. Also in the DRFF 17, the power supply control and body bias control circuit 5 performs the body bias control by the same power supply cutoff control as described above.

図20には図19のDRFFに対する復帰動作の制御タイミングが例示される。電源遮断の制御対象はスイッチ制御信号SWCNT(p)によってスイッチ制御される電源スイッチ10(p)とされる。前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、電源スイッチ10(p)による電源遮断状態を時刻t0に解除する。電源遮断状態においてvddx、vssxはノードvddmの電位、即ちグランド電圧にされているものとする。この後の時刻t1において、ボディー電圧vddx、vssxをリバースバイアスに、ボディー電圧vbp,vbnをフォワードバイアスに変化させる。即ち、ボディーバイアス電圧vddxを電源電圧VDDよりも高いリバースバイアス電圧に、ボディーバイアス電圧vssxをグランド電圧VSSよりも低いリバースバイアス電圧に、ボディーバイアス電圧vbpを電源電圧VDDよりも低いフォワードバイアス電圧に、ボディーバイアス電圧vbnをグランド電圧VSSよりも高いフォワードバイアス電圧にする。これにより、スレーブラッチ部SLATの駆動能力は下がり、退避ラッチ部BLATdrの駆動の駆動能力は上がる。従って、この後、前記電源制御及びボディーバイアス制御回路5がリストア信号RSTRをアクティブにすると(時刻t2)、退避ラッチ部BLATdrはその記憶データに従ってスレーブラッチ部SLATの記憶ノードを駆動することになるが、駆動される方の駆動能力が小さくされている(駆動する方にとっては駆動マージンが拡大されている)から、スレーブラッチ部SLATは、退避非ラッチBLATdrの記憶データを確実に保持することができる(時刻t3)。この後、例えばvbp,vddxはVDDに、vbn,vssxはVSSに変化される(時刻t4)。   FIG. 20 illustrates the control timing of the return operation for the DRFF of FIG. The power cutoff control target is the power switch 10 (p) that is switch-controlled by the switch control signal SWCNT (p). The power supply control and body bias control circuit 5 cancels the power cut-off state by the power switch 10 (p) at time t0. It is assumed that vddx and vssx are set to the potential of the node vddm, that is, the ground voltage in the power-off state. Thereafter, at time t1, the body voltages vddx and vssx are changed to the reverse bias, and the body voltages vbp and vbn are changed to the forward bias. That is, the body bias voltage vddx is set to a reverse bias voltage higher than the power supply voltage VDD, the body bias voltage vssx is set to a reverse bias voltage lower than the ground voltage VSS, and the body bias voltage vbp is set to a forward bias voltage lower than the power supply voltage VDD. The body bias voltage vbn is set to a forward bias voltage higher than the ground voltage VSS. As a result, the driving capability of the slave latch unit SLAT decreases, and the driving capability of the save latch unit BLATdr increases. Therefore, after that, when the power supply control and body bias control circuit 5 activates the restore signal RSTR (time t2), the save latch unit BLATdr drives the storage node of the slave latch unit SLAT according to the stored data. Since the driving capability of the driven side is reduced (the driving margin is increased for the driving side), the slave latch unit SLAT can reliably hold the storage data of the save non-latching BLATdr. (Time t3). Thereafter, for example, vbp and vddx are changed to VDD, and vbn and vssx are changed to VSS (time t4).

《電源遮断とボディーバイアスの制御回路》
図21には電源スイッチの制御とボディーバイアスの制御を行う回路の具体例が示される。ここではDRFF16を制御対象とする。
《Power cutoff and body bias control circuit》
FIG. 21 shows a specific example of a circuit that controls the power switch and the body bias. Here, the DRFF 16 is a control target.

電源制御及びボディーバイアス制御回路5は、システムコントローラ(SYSCON)20、電源スイッチ制御回路(VSCON)21、及びボディーバイアス制御回路(BBCON)23によって構成される。電源スイッチ制御回路21は電源スイッチ10(n)のスイッチ制御信号swcnt(n)を出力する。ボディーバイアス制御回路23はボディーバイアス電圧vddx,vssx,vbp,vbnを出力する。特に図示はしないがボディーバイアス制御回路23はボディーバイアス電圧vddx,vssx,vbp,vbnとして出力すべき電圧を生成する生成回路と電圧を選択する選択回路を有する。システムコントローラ20は半導体集積回路1の動作モードに応じてロジック回路LOGをスタンバイ状態にすべきかを判定し、その判定結果に従って、ボディーバイアス制御回路23にアクティブモードかスタンバイモードかを通知する信号ASMとボディーバイアス状態の遷移を指示する信号BBTを出力すると共に、電源スイッチ制御回路21に電源スイッチのオン/オフを指示する信号OFMを出力する。   The power control and body bias control circuit 5 includes a system controller (SYSCON) 20, a power switch control circuit (VSCON) 21, and a body bias control circuit (BBCON) 23. The power switch control circuit 21 outputs a switch control signal swcnt (n) for the power switch 10 (n). The body bias control circuit 23 outputs body bias voltages vddx, vssx, vbp, vbn. Although not particularly illustrated, the body bias control circuit 23 includes a generation circuit that generates a voltage to be output as the body bias voltages vddx, vssx, vbp, and vbn, and a selection circuit that selects the voltage. The system controller 20 determines whether or not the logic circuit LOG should be in a standby state according to the operation mode of the semiconductor integrated circuit 1, and in accordance with the determination result, the signal ASM for notifying the body bias control circuit 23 of the active mode or the standby mode. A signal BBT instructing transition of the body bias state is output, and a signal OFM instructing on / off of the power switch is output to the power switch control circuit 21.

ボディーバイアス制御回路22は信号ASMによってスタンバイモードが通知されると、図17で説明したようにボディーバイアス電圧vddx、vssxをフォワードバイアス電圧に、ボディーバイアス電圧vbp,vbnをリバースバイアス電圧にし、その動作完了をアクノレッジ信号ACKでシステムコントローラ20通知する。その動作の完了を通知されたシステムコントローラ20はストア信号STRをアクティブにし、これによってスレーブラッチ部SLATが保有するデータが退避ラッチ部BLATdrに書込まれる。この後、システムコントローラ20は信号OFMにて電源スイッチ制御回路21に電源スイッチ10(n)の遮断を指示すると共に、ボディーバイアス制御回路22にボディー状態の遷移を指示する。これにより、電源スイッチ10(n)が遮断され、vddx、vssxが電源電圧VDD(電源遮断時のvssmの電圧に等しい)にされる。これによってボディーバイアス制御回路22は信号ASMによるスタンバイモードの通知に対する処理を完了する。   When the standby mode is notified by the signal ASM, the body bias control circuit 22 changes the body bias voltages vddx and vssx to the forward bias voltage and the body bias voltages vbp and vbn to the reverse bias voltage as described with reference to FIG. Completion is notified by the system controller 20 with an acknowledge signal ACK. The system controller 20 notified of the completion of the operation activates the store signal STR, whereby the data held by the slave latch unit SLAT is written into the save latch unit BLATdr. Thereafter, the system controller 20 instructs the power switch control circuit 21 to shut off the power switch 10 (n) by the signal OFM and instructs the body bias control circuit 22 to change the body state. As a result, the power switch 10 (n) is cut off, and vddx and vssx are set to the power supply voltage VDD (equal to the voltage of vssm when the power is cut off). Thus, the body bias control circuit 22 completes the process for the notification of the standby mode by the signal ASM.

システムコントローラ20はスタンバイ状態からアクティブ状態に復帰すべきことを判別すると、信号OFMにて電源スイッチ制御回路21に電源スイッチ10(n)の遮断状態を解除する指示を与えると共に、ボディーバイアス制御回路22に信号ASMによってアクティブモードを通知する。アクティブモードが通知されたボディーバイアス制御回路22は図18で説明したようにボディーバイアス電圧vddx、vssxをリバースバイアス電圧に、ボディーバイアス電圧vbp,vbnをフォワードバイアス電圧にし、その動作完了をアクノレッジ信号ACKでシステムコントローラ20通知する。その動作の完了を通知されたシステムコントローラ20はリストア信号RSTRをアクティブにし、これによって退避ラッチ部BLATdrが保有するデータがスレーブラッチ部SLATに読み出される。この後、システムコントローラ20はボディーバイアス制御回路22にボディー状態の遷移を指示し、vddx、vbpを電源電圧VDDに、vssx,vbnをグランド電圧VSSにさせる。これによってボディーバイアス制御回路22は信号ASMによるアクティブモードの通知に対する処理を完了する。   When the system controller 20 determines that the standby state should be returned to the active state, the system controller 20 gives an instruction to the power switch control circuit 21 to release the shut-off state of the power switch 10 (n) by the signal OFM, and the body bias control circuit 22 Is notified of the active mode by the signal ASM. The body bias control circuit 22 notified of the active mode sets the body bias voltages vddx and vssx to the reverse bias voltage and the body bias voltages vbp and vbn to the forward bias voltage as described with reference to FIG. To notify the system controller 20. The system controller 20 notified of the completion of the operation activates the restore signal RSTR, whereby the data held in the save latch unit BLATdr is read out to the slave latch unit SLAT. Thereafter, the system controller 20 instructs the body bias control circuit 22 to transition the body state, and causes vddx and vbp to be the power supply voltage VDD and vssx and vbn to be the ground voltage VSS. Thus, the body bias control circuit 22 completes the process for the active mode notification by the signal ASM.

《ボディー電圧の自立的最適化制御》
図22にはボディー電位を他の制御信号を用いて自立的に最適化制御するボディーバイアス回路30の例を示す。ここでは図14で説明したDRFF14に適用した場合を示す。ボディーバイアス回路30はボディーに対するフォワードバイアスとリバースバイアスの制御対象とされるCMOSインバータIVa、IVbと退避復帰トランスファゲート部BTRG(S),BTRG(R)に設けられる。
<Independent optimization control of body voltage>
FIG. 22 shows an example of a body bias circuit 30 that autonomously controls the body potential by using other control signals. Here, the case where it applies to DRFF14 demonstrated in FIG. 14 is shown. The body bias circuit 30 is provided in the CMOS inverters IVa and IVb and the save / return transfer gate units BTRG (S) and BTRG (R) that are controlled by the forward bias and the reverse bias with respect to the body.

図23にはボディーバイアス回路30の一例が示される。ボディーバイアス制御回路30は、インバータ33、MOSトランジスタMPtnから成る第1スイッチ31、及びMOSトランジスタMNtnから成る第2スイッチ32によって構成される。第1スイッチ31のゲート電圧Vd1は、そのボディーバイアス電圧がVd1+Vthpとなったとき当該スイッチ31におけるソース・ボディー間の寄生ダイオードがオンしないような電圧とされる。Vthpは第1スイッチ31の閾値電圧である。第2スイッチ32のゲート電圧Vd2は、そのボディーバイアス電圧がVd2−Vthnとなったとき当該スイッチ32におけるソース・ボディー間の寄生ダイオードがオンしないような電圧とされる。Vthnは第2スイッチ22の閾値電圧である。この例では、第1スイッチ31はインバータIVbを構成するpチャネル型MOSトランジスタMPtnのボディーに結合され、ノードND1の電圧がそのボディー電圧になる。同様に、第2スイッチ32はインバータIVbを構成するnチャネル型MOSトランジスタMNtnのボディーに結合され、ノードND2の電圧がそのボディーバイアス電圧になる。インバータ33にはリストア信号RSTRが入力される。   FIG. 23 shows an example of the body bias circuit 30. The body bias control circuit 30 includes an inverter 33, a first switch 31 formed of a MOS transistor MPtn, and a second switch 32 formed of a MOS transistor MNtn. The gate voltage Vd1 of the first switch 31 is set such that a parasitic diode between the source and the body in the switch 31 does not turn on when the body bias voltage becomes Vd1 + Vthp. Vthp is a threshold voltage of the first switch 31. The gate voltage Vd2 of the second switch 32 is set such that the parasitic diode between the source and the body in the switch 32 does not turn on when the body bias voltage becomes Vd2-Vthn. Vthn is a threshold voltage of the second switch 22. In this example, the first switch 31 is coupled to the body of the p-channel MOS transistor MPtn that constitutes the inverter IVb, and the voltage at the node ND1 becomes the body voltage. Similarly, the second switch 32 is coupled to the body of the n-channel MOS transistor MNtn constituting the inverter IVb, and the voltage at the node ND2 becomes the body bias voltage. The restore signal RSTR is input to the inverter 33.

リストア信号RSTRのローレベルによって復帰モードが指定されていないとき、ノードND1はVDDとされ、ノードND2は0Vとされる。一方、リストア信号RSTRのハイレベルによって復帰モードが指定されると、ノードND1はVd1+Vthp<VDDにされ、MOSトランジスタMPtnの閾値電圧が小さくされる結果、当該MOSトランジスタMPtnはターンオン動作を高速に行なうことが可能になると共に比較的大きな相互コンダクタンスを得ることが可能になる。同様に、ノードND2はVd2−Vthn<VSSにされ、MOSトランジスタMNtnの閾値電圧が小さくされる結果、当該MOSトランジスタMNtnはターンオン動作を高速に行なうことが可能になると共に比較的大きな相互コンダクタンスを得ることが可能になる。従ってインバータIVbの駆動能力は復帰動作において他より大きくされる。復帰ゲートBTRG(R)もこれと同様である。退避用のインバータIVa及び退避ゲートBTRG(S)はこれとは逆に、その駆動能力は退避動作において他より大きくされる。これにより、リストア信号RSTRのハイレベルに応答して自動的に復帰動作の動作マージンを拡大することができ、ストア信号STRのハイレベルに応答して自動的に退避動作の動作マージンを拡大することができる。   When the return mode is not designated by the low level of the restore signal RSTR, the node ND1 is set to VDD and the node ND2 is set to 0V. On the other hand, when the return mode is designated by the high level of the restore signal RSTR, the node ND1 is set to Vd1 + Vthp <VDD, and the threshold voltage of the MOS transistor MPtn is reduced, so that the MOS transistor MPtn performs the turn-on operation at high speed. And a relatively large transconductance can be obtained. Similarly, the node ND2 is set to Vd2−Vthn <VSS, and the threshold voltage of the MOS transistor MNtn is reduced. As a result, the MOS transistor MNtn can be turned on at high speed and obtain a relatively large transconductance. It becomes possible. Therefore, the drive capability of the inverter IVb is made larger than the others in the return operation. The return gate BTRG (R) is similar to this. On the contrary, the saving inverter IVa and the saving gate BTRG (S) have a driving capability larger than the others in the saving operation. Thus, the operation margin for the return operation can be automatically expanded in response to the high level of the restore signal RSTR, and the operation margin for the save operation can be automatically expanded in response to the high level of the store signal STR. Can do.

尚、インバータ33の動作電源はそのボディーバイアス制御回路30が制御対象とするpチャネル型MOSトランジスタとnチャネル型MOSトランジスタのソース電圧を考慮して決定すればよい。インバータIVb用にはVDD,VSSを採用し、インバータIVa、ゲートBTRG(R),BTRG(S)にはVDD,vssmを採用すればよい。ボディーバイアス回路の具体的な回路構成はこれに限定されず適宜変更可能である。   The operating power supply of the inverter 33 may be determined in consideration of the source voltages of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor to be controlled by the body bias control circuit 30. VDD and VSS may be employed for the inverter IVb, and VDD and vssm may be employed for the inverter IVa and the gates BTRG (R) and BTRG (S). The specific circuit configuration of the body bias circuit is not limited to this, and can be changed as appropriate.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof.

薄膜MOSトランジスタによって構成される回路の機能は適宜選択可能である。電源スイッチの導電型、電源スイッチの階層段数等も適宜変更可能である。半導体集積回路はマイクロコンピュータに代表されるディジタル処理LSIに限定されず、アナログ処理LSI、アナログ・ディジタル混載LSI等に広く適用することができる。スタンバイモードは例えばCPUがスリープ命令を実行することによって遷移するスリープモード、スタンバイ信号やレジスタ設定等によって外部から指示される外部スタンバイモード、モジュール毎に動作の可否が設定可能にされるモジュールスタンバイモードなどとされる。電源スイッチは階層的に配置することが可能である。電源スイッチは厚膜MOSトランジスタだけで構成してもよいし、適宜薄膜MOSトランジスタを下位階層電源スイッチとして混在させてもよい。下位階層電源スイッチは薄膜MOSトランジスタによって構成する場合に限定されず、当然厚膜MOSトランジスタによって構成することも可能である。フリップフロップはレベルセンス型に限定されず、エッジトリガ型であってもよい。フリップフロップはクロックによるラッチ制御の対象とされる単なるスタティックラッチであってもよい。   The function of the circuit constituted by the thin film MOS transistor can be selected as appropriate. The conductivity type of the power switch, the number of hierarchical levels of the power switch, and the like can be changed as appropriate. The semiconductor integrated circuit is not limited to a digital processing LSI represented by a microcomputer, and can be widely applied to an analog processing LSI, an analog / digital mixed LSI, and the like. The standby mode is, for example, a sleep mode in which a transition is made when the CPU executes a sleep command, an external standby mode instructed from the outside by a standby signal or register setting, a module standby mode in which whether or not an operation can be set for each module, etc. It is said. The power switches can be arranged hierarchically. The power switch may be composed of only a thick film MOS transistor, or a thin film MOS transistor may be appropriately mixed as a lower layer power switch. The lower-layer power switch is not limited to the case where it is constituted by a thin film MOS transistor, and can naturally be constituted by a thick film MOS transistor. The flip-flop is not limited to the level sense type, and may be an edge trigger type. The flip-flop may be a simple static latch that is subject to latch control by a clock.

本発明に係る半導体集積回路に搭載されたデータ保持型フリップフロップの一例を示す回路図である。It is a circuit diagram showing an example of a data retention type flip-flop mounted on a semiconductor integrated circuit according to the present invention. 本発明に係る半導体集積回路の平面的構成を例示する平面図である。1 is a plan view illustrating a planar configuration of a semiconductor integrated circuit according to the present invention. 半導体集積回路を構成するSOI型MOSトランジスタの縦断面構造を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the longitudinal cross-section of the SOI type MOS transistor which comprises a semiconductor integrated circuit. SOI構造のnチャネル型MOSトランジスタの鳥瞰図である。It is a bird's-eye view of the n channel type MOS transistor of SOI structure. 図4のMOSトランジスタの縦断面図である。FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the MOS transistor of FIG. 4. 図4のMOSトランジスタの平面図である。FIG. 5 is a plan view of the MOS transistor of FIG. 4. SOI構造の特徴を考慮した電源遮断可能回路及び電源非遮断回路の基本的な回路構成を例示する回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a basic circuit configuration of a power cutoff circuit and a non-power cutoff circuit in consideration of the characteristics of the SOI structure. バルク型のMOSトランジスタで構成される電源遮断可能領域と電源非遮断領域の回路構成を図7の比較例として示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of a power supply interruptable region and a power supply non-interruption region configured by bulk MOS transistors as a comparative example of FIG. 7. MOSトランジスタのボディー電位と閾値電圧との関係を例示する特性図である。It is a characteristic diagram which illustrates the relationship between the body potential of a MOS transistor and a threshold voltage. 電源遮断可能回路と電源非遮断回路を混在させて構成されたロジック回路に採用されたフリップフロップの相違を例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates the difference of the flip-flop employ | adopted as the logic circuit comprised by mixing the circuit which can cut off a power supply, and a power supply non-cutoff circuit. グランド電圧VSS側の電源スイッチが遮断されたときnチャネル型MOSトランジスタのボディーとドレインとのpn接合に接合リーク電流を生ずる虞とその対策を例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates the possibility that a junction leakage current may be produced in the pn junction of the body and drain of an n-channel MOS transistor when the power switch on the ground voltage VSS side is cut off, and countermeasures. 電源電圧VDD側の電源スイッチが遮断されたときpチャネル型MOSトランジスタのボディーとドレインとのpn接合に接合リーク電流を生ずる虞とその対策を例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates the possibility that a junction leak current may arise in the pn junction of the body of a p channel type MOS transistor, and a drain when the power supply switch by the side of the power supply voltage VDD is interrupted, and the countermeasure. 退避ラッチ部を有するデータ保持型フリップフロップを例示する回路図である。It is a circuit diagram illustrating a data holding type flip-flop having a save latch unit. 退避経路と復帰経路を分けたデータ保持型フリップフロップを例示する回路図である。It is a circuit diagram illustrating a data holding type flip-flop in which a save path and a return path are separated. 退避タッチ部からスレーブラッチ部へのデータ復帰動作における動作マージンを大幅に拡大可能にしたデータ保持型フリップフロップを例示する回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a data holding type flip-flop in which an operation margin in a data return operation from a retracting touch unit to a slave latch unit can be greatly expanded. 図15に対してスタティックラッチの接続形態を変更したデータ保持型フリップフロップを例示する回路図である。FIG. 16 is a circuit diagram illustrating a data holding type flip-flop in which the connection form of the static latch is changed with respect to FIG. 15. 図15又は図16のデータ保持型フリップフロップに対する退避動作の制御タイミングを例示するタイミングチャートである。17 is a timing chart illustrating the control timing of the save operation for the data holding flip-flop of FIG. 15 or FIG. 16. 図15又は図16のデータ保持型フリップフロップに対する復帰動作の制御タイミングを例示するタイミングチャートである。17 is a timing chart illustrating the control timing of the return operation for the data holding flip-flop of FIG. 15 or FIG. 16. pチャネル型の電源スイッチを持ち、其れに応じて、パワースイッチは及び復帰用ゲート部をnチャネル型MOSトランジスタによって構成したデータ保持型フリップフロップを例示する概略図である。FIG. 5 is a schematic view illustrating a data holding type flip-flop having a p-channel type power switch, and the power switch and the return gate unit configured by an n-channel type MOS transistor according to the p-channel type power switch. 図19のデータ保持型フリップフロップに対する復帰動作の制御タイミングを例示するタイミングチャートである。20 is a timing chart illustrating the control timing of the return operation for the data holding flip-flop of FIG. 電源スイッチの制御とボディーバイアスの制御を行う回路の具体例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the specific example of the circuit which controls control of a power switch and body bias. ボディー電位を他の制御信号を用いて自立的に最適化制御するボディーバイアス回路を用いたデータ保持型フリップフロップを例示する概略図である。It is the schematic which illustrates the data holding type flip-flop using the body bias circuit which carries out the optimization control of the body potential independently using another control signal. ボディーバイアス回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of a body bias circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体集積回路
2 入出力回路(外部インタフェース回路)
3 ディジタル回路領域
4 アナログ回路領域
5 電源制御及びボディー場椅子制御回路
6 電源遮断可能回路
7 電源非遮断回路
8 電源遮断可能回路
9 電源非遮断回路
10、10(p)、10(n) 電源スイッチ
BPL シリコン基板
EOX 埋め込み酸化膜
SOC ソース
DRN ドレイン
BDY ボディー
FTI 完全分離領域
PTI 部分分離領域
MNtn nチャネル型薄膜MOSトランジスタ
MPtn pチャネル型薄膜MOSトランジスタ
MNtk nチャネル型厚膜MOSトランジスタ
MPtk pチャネル型厚膜MOSトランジスタ
LOG1〜LOG5 ロジック回路
DR_FF データ保持型フリップフロップ
V_FF 通常のフリップフロップ
12 データ保持型フリップフロップ
MLAT マスタラッチ部
SLATdr スレーブラッチ部
13 データ保持型フリップフロップ
MLAT マスラッチ
SLAT スレーブラッチ部
BLATdr 退避ラッチ部
STR ストア信号
RSTR リストア信号
BTRG 退避復帰トランスファゲート部
14 データ保持型フリップフロップ
BTRG(S) 退避トランスファゲート部
BTRG(R) 復帰トランスファゲート部
15 データ保持型フリップフロップ
RGT(t)、RGT(b) 復帰用ゲート部
SGT 退避用ゲート部
16 データ保持型フリップフロップ
SGT(t)、SGT(b) 退避用ゲート部
20 システムコントローラ
21 電源スイッチ制御回路
23 ボディーバイアス制御回路
vbn、vbp、vddx、vssx ボディーバイアス電圧
IVa,IVb インバータ
30 ボディーバイアス回路
33 インバータ
31 第1スイッチ
32 第2スイッチ
1 Semiconductor integrated circuit 2 Input / output circuit (external interface circuit)
3 Digital circuit area 4 Analog circuit area 5 Power supply control and body chair control circuit 6 Power cut-off possible circuit 7 Power supply non-cut-off circuit 8 Power supply cut-off possible circuit 9 Power supply non-cut-off circuit 10, 10 (p), 10 (n) Power switch BPL silicon substrate EOX buried oxide film SOC source DRN drain BDY body FTI complete isolation region PTI partial isolation region MNtn n-channel thin film MOS transistor MPtn p-channel thin film MOS transistor MNtk n-channel thick film MOS transistor MPtk p-channel thick film MOS Transistors LOG1 to LOG5 Logic circuit DR_FF Data retention type flip-flop V_FF Normal flip-flop 12 Data retention type flip-flop MLAT Master latch unit SLATdr Slay Blatch part 13 Data holding type flip-flop MLAT Mass latch SLAT Slave latch part BLATdr Save latch part STR Store signal RSTR Restore signal BTRG Save / return transfer gate part 14 Data hold type flip-flop BTRG (S) Save transfer gate part BTRG (R) Return transfer Gate part 15 Data holding type flip-flop RGT (t), RGT (b) Return gate part SGT Saving gate part 16 Data holding type flip-flop SGT (t), SGT (b) Saving gate part 20 System controller 21 Power supply Switch control circuit 23 Body bias control circuit vbn, vbp, vddx, vssx Body bias voltage IVa, IVb Inverter 30 Body bias circuit 33 Converter 31 first switch 32 second switch

Claims (30)

基板の絶縁性薄膜上に、ソースとドレインとボディーと前記ボディー上のゲート絶縁膜と前記ゲート絶縁膜上のゲートとを備えたMOSトランジスタから成る複数個の回路を有し、
前記複数個の回路の一部として制御回路と被制御回路とを含み、
前記被制御回路は電源スイッチによる選択的な電源遮断の対象にされる電源遮断部と選択的な電源遮断の非対象にされる電源非遮断部とから成るフリップフロップを有し、
前記電源遮断部は電源スイッチにより電源遮断が可能にされるマスタラッチ部であり、
前記電源非遮断部は記憶ノードがマスタラッチ部の記憶ノードに選択的に接続可能にされたスレーブラッチ部であり、
前記スレーブラッチ部は前記マスタラッチ部の電源遮断状態において前記マスタラッチ部が保持していたデータを保持し、
前記制御部は、前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディー電圧を制御し、そのボディー電圧制御による前記MOSトランジスタの閾値電圧は、前記マスタラッチ部の電源遮断状態よりも電源非遮断状態のときの方が小さくされる半導体集積回路。
On the insulating thin film of the substrate, has a plurality of circuits composed of MOS transistors having a source, a drain, a body, a gate insulating film on the body, and a gate on the gate insulating film,
Including a control circuit and a controlled circuit as part of the plurality of circuits,
The controlled circuit includes a flip-flop including a power cutoff unit that is a target of selective power shutdown by a power switch and a power non-shut-off unit that is not targeted for selective power shutdown,
The power cutoff unit is a master latch unit that can be powered off by a power switch,
The power supply non-cut-off unit is a slave latch unit in which a storage node can be selectively connected to a storage node of a master latch unit,
The slave latch unit holds the data held by the master latch unit in the power-off state of the master latch unit,
The control unit controls a body voltage of the MOS transistor constituting the slave latch unit, and the threshold voltage of the MOS transistor by the body voltage control is when the power source is not shut off than the power source shut off state of the master latch unit. A semiconductor integrated circuit that is smaller.
前記制御部は、前記マスタラッチ部の電源非遮断状態において、前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する制御を行う請求項1記載の半導体集積回路。   2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the control unit performs control to apply a forward bias voltage for reducing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the slave latch unit when the master latch unit is in a non-power-off state. . 前記制御部は、前記マスタラッチ部の電源非遮断状態において前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する制御を行い、前記マスタラッチ部の電源遮断状態において前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加する制御を行う請求項1記載の半導体集積回路。   The control unit performs a control to apply a forward bias voltage for reducing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the slave latch unit in a power supply non-cutoff state of the master latch unit, and in a power cutoff state of the master latch unit 2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein control is performed to apply a reverse bias voltage for increasing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the slave latch unit. 前記制御部は、前記マスタラッチ部の電源遮断状態において前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加する制御を行う請求項1記載の半導体集積回路。   The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the control unit performs control to apply a reverse bias voltage for increasing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the slave latch unit when the master latch unit is powered off. 前記マスタラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源遮断状態において、電源遮断側電源と反対側の電源でバイアスされる請求項1記載の半導体集積回路。   2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the body of the MOS transistor constituting the master latch portion is biased by a power supply opposite to the power supply cutoff side power supply in a power supply cutoff state. 前記マスタラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは自らのソースに結合される請求項5記載の半導体集積回路。   6. The semiconductor integrated circuit according to claim 5, wherein the body of the MOS transistor constituting the master latch portion is coupled to its own source. 前記マスタラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源遮断状態において、フローティングにされる請求項1記載の半導体集積回路。   2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein a body of the MOS transistor constituting the master latch portion is floated in a power-off state. 前記マスタラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源非遮断状態において、自らのソース電圧でバイアスされる請求項7記載の半導体集積回路。   8. The semiconductor integrated circuit according to claim 7, wherein the body of the MOS transistor constituting the master latch portion is biased by its own source voltage in a non-power-off state. 基板の絶縁性薄膜上に、ソースとドレインとボディーと前記ボディー上のゲート絶縁膜と前記ゲート絶縁膜上のゲートとを備えたMOSトランジスタから成る複数個の回路を有し、
前記複数個の回路の一部として制御回路と被制御回路とを含み、
前記被制御回路は電源スイッチによる電源遮断が可能にされるラッチ部と、電源スイッチによる電源遮断が不可能にされる退避ラッチ部と、前記ラッチ部の記憶ノードと前記退避ラッチ部の記憶ノードとを選択的に接続するトランスファゲート部と、から成るフリップフロップを有し、
前記制御部は、前記ラッチ部の電源を遮断するとき前記退避ラッチ部に前記ラッチ部が保持するデータを退避する退避制御を行い、前記ラッチ部の電源遮断を解除するとき前記ラッチ部に前記退避ラッチ部が保持するデータを復帰する復帰制御を行い、
前記制御部は、前記復帰制御に際して、前記退避ラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する半導体集積回路。
On the insulating thin film of the substrate, has a plurality of circuits composed of MOS transistors having a source, a drain, a body, a gate insulating film on the body, and a gate on the gate insulating film,
Including a control circuit and a controlled circuit as part of the plurality of circuits,
The controlled circuit includes a latch unit that can be powered off by a power switch, a save latch unit that cannot be shut off by a power switch, a storage node of the latch unit, and a storage node of the save latch unit And a transfer gate portion for selectively connecting the flip-flops,
The control unit performs retraction control to retreat data held by the latch unit in the retraction latch unit when the power to the latch unit is interrupted, and retreats to the latch unit when the power supply to the latch unit is released. Performs return control to restore the data held by the latch unit,
The control unit is a semiconductor integrated circuit that applies a forward bias voltage for reducing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the save latch unit during the return control.
前記ラッチ部は直列接続されたマスタラッチ部とスレーブラッチ部から成り、前記スレーブラッチ部の記憶ノードがトランスファゲート部を介して前記退避ラッチ部の記憶ノードに接続可能にされ、
前記制御部は、前記復帰制御に際して、前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加する請求項9記載の半導体集積回路。
The latch unit includes a master latch unit and a slave latch unit connected in series, and the storage node of the slave latch unit can be connected to the storage node of the save latch unit via a transfer gate unit,
The semiconductor integrated circuit according to claim 9, wherein the control unit applies a reverse bias voltage for increasing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the slave latch unit during the return control.
前記制御部は、前記復帰制御に際して、前記トランスファゲート部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する請求項10記載の半導体集積回路。   11. The semiconductor integrated circuit according to claim 10, wherein the control unit applies a forward bias voltage for reducing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the transfer gate unit in the return control. 前記制御部は、前記退避制御に際して、前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する請求項11記載の半導体集積回路。   12. The semiconductor integrated circuit according to claim 11, wherein the control unit applies a forward bias voltage for reducing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the slave latch unit during the save control. 前記制御部は、前記退避制御に際して、前記退避ラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加する請求項12記載の半導体集積回路。   The semiconductor integrated circuit according to claim 12, wherein the control unit applies a reverse bias voltage for increasing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the save latch unit in the save control. 前記ラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源遮断状態において、電源遮断側電源と反対側の電源でバイアスされる請求項9記載の半導体集積回路。   10. The semiconductor integrated circuit according to claim 9, wherein the body of the MOS transistor constituting the latch unit is biased by a power supply on the side opposite to the power supply cutoff side power supply in a power supply cutoff state. 前記ラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは自らのソースに結合される請求項14記載の半導体集積回路。   15. The semiconductor integrated circuit according to claim 14, wherein the body of the MOS transistor constituting the latch portion is coupled to its own source. 前記ラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源遮断状態において、フローティングにされる請求項9記載の半導体集積回路。   10. The semiconductor integrated circuit according to claim 9, wherein the body of the MOS transistor constituting the latch portion is floated in a power-off state. 前記ラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源非遮断状態において、自らのソース電圧でバイアスされる請求項16記載の半導体集積回路。   17. The semiconductor integrated circuit according to claim 16, wherein the body of the MOS transistor constituting the latch portion is biased by its own source voltage in a non-power-off state. 基板の絶縁性薄膜上に、ソースとドレインとボディーと前記ボディー上のゲート絶縁膜と前記ゲート絶縁膜上のゲートとを備えたMOSトランジスタから成る複数個の回路を有し、
前記複数個の回路の一部として制御回路と被制御回路とを含み、
前記被制御回路は電源スイッチによる電源遮断が可能にされるマスタラッチ部及びスレーブラッチ部と、電源スイッチによる電源遮断が不可能にされる退避ラッチ部と、前記スレーブラッチ部の記憶ノードと前記退避ラッチ部の記憶ノードとを選択的に接続するトランスファゲート部と、から成るフリップフロップを有し、
前記制御部は、前記マスタラッチ部及びスレーブラッチ部の電源を遮断するとき前記退避ラッチ部に前記スレーブラッチ部が保持するデータを退避する退避制御を行い、前記マスタラッチ部及びスレーブラッチ部の電源遮断を解除するとき前記スレーブラッチ部に前記退避ラッチ部が保持するデータを復帰する復帰制御を行い、
前記制御部は、前記復帰制御に際して、前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加する半導体集積回路。
On the insulating thin film of the substrate, has a plurality of circuits composed of MOS transistors having a source, a drain, a body, a gate insulating film on the body, and a gate on the gate insulating film,
Including a control circuit and a controlled circuit as part of the plurality of circuits,
The controlled circuit includes a master latch unit and a slave latch unit that can be powered off by a power switch, a save latch unit that cannot be shut off by a power switch, a storage node of the slave latch unit, and the save latch A flip-flop comprising a transfer gate portion for selectively connecting a storage node of the portion,
The control unit performs save control for saving data held by the slave latch unit to the save latch unit when shutting off the power supply of the master latch unit and the slave latch unit, and shuts off the power supply of the master latch unit and the slave latch unit. When releasing, perform a return control to return the data held by the save latch unit to the slave latch unit,
The control unit applies a reverse bias voltage for increasing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the slave latch unit during the return control.
基板の絶縁性薄膜上に、ソースとドレインとボディーと前記ボディー上のゲート絶縁膜と前記ゲート絶縁膜上のゲートとを備えたMOSトランジスタから成る複数個の回路を有し、
前記複数個の回路の一部として制御回路と被制御回路とを含み、
前記被制御回路は電源スイッチによる電源遮断が可能にされるラッチ部と、電源スイッチによる電源遮断が不可能にされる退避ラッチ部と、前記ラッチ部の記憶ノードと前記退避ラッチ部の記憶ノードとを選択的に接続するトランスファゲート部と、から成るフリップフロップを有し、
前記制御部は、前記ラッチ部の電源を遮断するとき前記退避ラッチ部に前記ラッチ部が保持するデータを退避する退避制御を行い、前記ラッチ部の電源遮断を解除するとき前記ラッチ部に前記退避ラッチ部が保持するデータを復帰する復帰制御を行い、
前記制御部は、前記復帰制御に際して、前記退避ラッチ部において少なくとも前記ラッチ部の記憶ノードを駆動可能な前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する半導体集積回路。
On the insulating thin film of the substrate, has a plurality of circuits composed of MOS transistors having a source, a drain, a body, a gate insulating film on the body, and a gate on the gate insulating film,
Including a control circuit and a controlled circuit as part of the plurality of circuits,
The controlled circuit includes a latch unit that can be powered off by a power switch, a save latch unit that cannot be shut off by a power switch, a storage node of the latch unit, and a storage node of the save latch unit And a transfer gate portion for selectively connecting the flip-flops,
The control unit performs retraction control to retreat data held by the latch unit in the retraction latch unit when the power to the latch unit is interrupted, and retreats to the latch unit when the power supply to the latch unit is released. Performs return control to restore the data held by the latch unit,
The control unit applies a forward bias voltage for reducing a threshold voltage to a body of the MOS transistor capable of driving at least a storage node of the latch unit in the save latch unit during the return control.
基板の絶縁性薄膜上に、ソースとドレインとボディーと前記ボディー上のゲート絶縁膜と前記ゲート絶縁膜上のゲートとを備えたMOSトランジスタから成る複数個の回路を有し、
前記複数個の回路の一部として制御回路と被制御回路とを含み、
前記被制御回路は電源スイッチにより電源遮断が可能にされるラッチ部と、電源スイッチによる電源遮断が不可能にされる退避ラッチ部と、前記ラッチ部の記憶ノードを前記退避ラッチ部の記憶ノードに選択的に同通させる退避用ゲート部と、前記退避ラッチ部の記憶ノードをスイッチ制御入力として前記ラッチ部の記憶ノードにスイッチ出力を与える復帰用ゲート部と、から成るフリップフロップを有し、
前記制御部は、前記ラッチ部の電源を遮断するとき前記退避ラッチ部に前記ラッチ部が保持するデータを退避する退避制御を行い、前記ラッチ部の電源遮断を解除するとき前記ラッチ部に前記退避ラッチ部が保持するデータを復帰する復帰制御を行い、
前記制御部は、前記復帰制御に際して、前記退避ラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する半導体集積回路。
On the insulating thin film of the substrate, has a plurality of circuits composed of MOS transistors having a source, a drain, a body, a gate insulating film on the body, and a gate on the gate insulating film,
Including a control circuit and a controlled circuit as part of the plurality of circuits,
The controlled circuit includes a latch unit that can be powered off by a power switch, a save latch unit that cannot be shut off by a power switch, and a storage node of the latch unit as a storage node of the save latch unit. A flip-flop comprising: a save gate unit that selectively communicates; and a return gate unit that provides a switch output to the storage node of the latch unit using the storage node of the save latch unit as a switch control input;
The control unit performs retraction control to retreat data held by the latch unit in the retraction latch unit when the power to the latch unit is interrupted, and retreats to the latch unit when the power supply to the latch unit is released. Performs return control to restore the data held by the latch unit,
The control unit is a semiconductor integrated circuit that applies a forward bias voltage for reducing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the save latch unit during the return control.
前記ラッチ部は直列接続されたマスタラッチ部とスレーブラッチ部から成り、前記スレーブラッチ部の記憶ノードが前記退避用ゲート部及び復帰用ゲート部を介して前記退避ラッチ部の記憶ノードに接続可能にされ、
前記制御部は、前記復帰制御に際して、前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加する請求項20記載の半導体集積回路。
The latch unit includes a master latch unit and a slave latch unit connected in series, and the storage node of the slave latch unit can be connected to the storage node of the save latch unit via the save gate unit and the return gate unit. ,
21. The semiconductor integrated circuit according to claim 20, wherein the control unit applies a reverse bias voltage for increasing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the slave latch unit in the return control.
前記制御部は、前記復帰制御に際して、前記復帰用ゲート部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する請求項21記載の半導体集積回路。   22. The semiconductor integrated circuit according to claim 21, wherein the control unit applies a forward bias voltage for reducing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the return gate unit during the return control. 前記制御部は、前記退避制御に際して、前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する請求項22記載の半導体集積回路。   23. The semiconductor integrated circuit according to claim 22, wherein the control unit applies a forward bias voltage for reducing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the slave latch unit during the save control. 前記制御部は、前記退避制御に際して、前記退避ラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加する請求項23記載の半導体集積回路。   24. The semiconductor integrated circuit according to claim 23, wherein the control unit applies a reverse bias voltage for increasing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the save latch unit during the save control. 前記ラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源遮断状態において、電源遮断側電源と反対側の電源でバイアスされる請求項20記載の半導体集積回路。   21. The semiconductor integrated circuit according to claim 20, wherein the body of the MOS transistor constituting the latch portion is biased by a power supply opposite to the power supply cutoff side power supply in a power supply cutoff state. 前記ラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは自らのソースに結合される請求項25記載の半導体集積回路。   26. The semiconductor integrated circuit according to claim 25, wherein the body of the MOS transistor constituting the latch portion is coupled to its own source. 前記ラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源遮断状態において、フローティングにされる請求項20記載の半導体集積回路。   21. The semiconductor integrated circuit according to claim 20, wherein the body of the MOS transistor constituting the latch portion is floated in a power-off state. 前記ラッチ部を構成するMOSトランジスタのボディーは、電源非遮断状態において、自らのソース電圧でバイアスされる請求項27記載の半導体集積回路。   28. The semiconductor integrated circuit according to claim 27, wherein the body of the MOS transistor constituting the latch portion is biased by its own source voltage in a non-power-off state. 基板の絶縁性薄膜上に、ソースとドレインとボディーと前記ボディー上のゲート絶縁膜と前記ゲート絶縁膜上のゲートとを備えたMOSトランジスタから成る複数個の回路を有し、
前記複数個の回路の一部として制御回路と被制御回路とを含み、
前記被制御回路は電源スイッチにより電源遮断が可能にされるマスタラッチ部及びスレーブラッチ部と、電源スイッチによる電源遮断が不可能にされる退避ラッチ部と、前記スレーブラッチ部の記憶ノードを前記退避ラッチ部の記憶ノードに選択的に同通させる退避用ゲート部と、前記退避ラッチ部の記憶ノードをスイッチ制御入力として前記スレーブラッチ部の記憶ノードにスイッチ出力を与える復帰用ゲート部と、から成るフリップフロップを有し、
前記制御部は、前記マスタラッチ部及びスレーブラッチ部の電源を遮断するとき前記退避ラッチ部に前記スレーブラッチ部が保持するデータを退避する退避制御を行い、前記マスタラッチ部及びスレーブラッチ部の電源遮断を解除するとき前記スレーブラッチ部に前記退避ラッチ部が保持するデータを復帰する復帰制御を行い、
前記制御部は、前記復帰制御に際して、前記スレーブラッチ部を構成する前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を大きくするリバースバイアス電圧を印加する半導体集積回路。
On the insulating thin film of the substrate, has a plurality of circuits composed of MOS transistors having a source, a drain, a body, a gate insulating film on the body, and a gate on the gate insulating film,
Including a control circuit and a controlled circuit as part of the plurality of circuits,
The controlled circuit includes a master latch unit and a slave latch unit that can be powered off by a power switch, a save latch unit that cannot be shut off by a power switch, and a storage latch of the slave latch unit. A flip-flop comprising: a save gate unit that selectively communicates with a storage node of a unit; and a return gate unit that provides a switch output to the storage node of the slave latch unit with the storage node of the save latch unit as a switch control input Have
The control unit performs save control for saving data held by the slave latch unit to the save latch unit when shutting off the power supply of the master latch unit and the slave latch unit, and shuts off the power supply of the master latch unit and the slave latch unit. When releasing, perform a return control to return the data held by the save latch unit to the slave latch unit,
The control unit applies a reverse bias voltage for increasing a threshold voltage to a body of the MOS transistor constituting the slave latch unit during the return control.
基板の絶縁性薄膜上に、ソースとドレインとボディーと前記ボディー上のゲート絶縁膜と前記ゲート絶縁膜上のゲートとを備えたMOSトランジスタから成る複数個の回路を有し、
前記複数個の回路の一部として制御回路と被制御回路とを含み、
前記被制御回路は電源スイッチにより電源遮断が可能にされるラッチ部と、電源スイッチによる電源遮断が不可能にされる退避ラッチ部と、前記ラッチ部の記憶ノードを前記退避ラッチ部の記憶ノードに選択的に同通させる退避用ゲート部と、前記退避ラッチ部の記憶ノードをスイッチ制御入力として前記ラッチ部の記憶ノードにスイッチ出力を与える復帰用ゲート部と、から成るフリップフロップを有し、
前記制御部は、前記ラッチ部の電源を遮断するとき前記退避ラッチ部に前記ラッチ部が保持するデータを退避する退避制御を行い、前記ラッチ部の電源遮断を解除するとき前記ラッチ部に前記退避ラッチ部が保持するデータを復帰する復帰制御を行い、
前記制御部は、前記復帰制御に際して、前記退避ラッチ部において少なくとも前記ラッチ部の記憶ノードを駆動可能な前記MOSトランジスタのボディーに閾値電圧を小さくするフォワードバイアス電圧を印加する半導体集積回路。
On the insulating thin film of the substrate, has a plurality of circuits composed of MOS transistors having a source, a drain, a body, a gate insulating film on the body, and a gate on the gate insulating film,
Including a control circuit and a controlled circuit as part of the plurality of circuits,
The controlled circuit includes a latch unit that can be powered off by a power switch, a save latch unit that cannot be shut off by a power switch, and a storage node of the latch unit as a storage node of the save latch unit. A flip-flop comprising: a save gate unit that selectively communicates; and a return gate unit that provides a switch output to the storage node of the latch unit using the storage node of the save latch unit as a switch control input;
The control unit performs retraction control to retreat data held by the latch unit in the retraction latch unit when the power to the latch unit is interrupted, and retreats to the latch unit when the power supply to the latch unit is released. Performs return control to restore the data held by the latch unit,
The control unit applies a forward bias voltage for reducing a threshold voltage to a body of the MOS transistor capable of driving at least a storage node of the latch unit in the save latch unit during the return control.
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