JP2007329507A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は半導体装置に関し、特に、SOI(Silicon On Insulator)基板上に形成され、スタンバイモードとアクティブモードを有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device formed on an SOI (Silicon On Insulator) substrate and having a standby mode and an active mode.
図13はSOI基板上に形成された従来の半導体集積回路装置(DRAM、SRAMなど)のCMOSインバータ70の構成を示す回路図である。図13を参照して、このCMOSインバータ70は、入力ノードN71、出力ノードN72、pチャネルMOSトランジスタ71およびnチャネルMOSトランジスタ72を含む。入力ノードN71には入力信号Vinが入力され、出力ノードN72から出力信号Voutが出力される。pチャネルMOSトランジスタ71のゲートは入力ノードN71に接続され、そのソースは電源電位Vccを受け、そのドレインは出力ノードN72に接続される。nチャネルMOSトランジスタ72のゲートは入力ノードN71に接続され、そのドレインは出力ノードN72に接続され、そのソースは接地される。MOSトランジスタ71,72のボディはともにフローティングされている。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a
図14(a)は図13で示したnチャネルMOSトランジスタ72のデバイス構造を示す一部破断した平面図、図14(b)は図14(a)のX−X′線断面図である。図14(a)(b)において、このnチャネルMOSトランジスタ72はSOI基板73上に形成される。SOI基板73は、シリコン基板74と、その表面に積層されたSiO埋込酸化層75およびp- 型シリコン層76を含む。nチャネルMOSトランジスタ72の素子領域は、p- 型シリコン層76が酸化されたSiO絶縁層77によって他の素子領域と分離される。
14A is a partially broken plan view showing the device structure of the n-
素子領域中央部の上方にゲート酸化膜(図示せず)を介してゲート電極81が形成される。p- 型シリコン層76のうちのゲート電極81で覆われた部分がボディ領域82となる。また、ゲート電極81の一方側にn+ 型ドレイン領域83が形成され、ゲート電極81の他方側にn+ 型ソース領域84が形成される。ゲート電極81は入力ノードN71に接続され、n+ 型ドレイン領域83はコンタクトホールCHを介して出力ノードN72に接続され、n+ 型ソース領域84はコンタクトホールCHを介して接地される。pチャネルMOSトランジスタ71のデバイス構造はp型とn型が逆になるだけでnチャネルMOSトランジスタ72と同様である。
A
次に、図13および図14(a)(b)で示したCMOSインバータ70の動作について説明する。入力信号Vinが「L」レベル(接地レベルVss)であるスタンバイモード期間では、pチャネルMOSトランジスタ71が導通状態となり、nチャネルMOSトランジスタ72が非導通状態となって出力信号Voutは「H」レベル(電源レベルVcc)となる。アクティブモード期間になって入力信号Vinが「H」レベルに立上がると、pチャネルMOSトランジスタ71が非導通状態となりnチャネルMOSトランジスタ72が導通状態となって出力信号Voutは「L」レベルとなる。
Next, the operation of the
ところで、このような半導体集積回路装置では、近年、高集積化とともに低電源電圧化が進められている。したがって、半導体集積回路装置は低電源電圧下でも高速動作できるように、半導体集積回路装置を構成するMOSトランジスタのしきい値電圧を下げ駆動力を上げる必要がある。 By the way, in such a semiconductor integrated circuit device, in recent years, the power supply voltage has been lowered together with the higher integration. Therefore, it is necessary to reduce the threshold voltage of the MOS transistors constituting the semiconductor integrated circuit device and increase the driving capability so that the semiconductor integrated circuit device can operate at high speed even under a low power supply voltage.
しかし、MOSトランジスタのしきい値電圧を電源電圧と同様に低減化すると、MOSトランジスタのサブスレショールドリーク電流IL が増大してしまう。したがって、MOSトランジスタのしきい値電圧を電源電圧と同様に低減化することはできず、半導体集積回路装置の性能向上、特にその高速化の実現が困難になることが予想される。このような問題点は、たとえば 1993 Symposium on VLSI Circuit Dig. of Tech Papers pp.47-48およびpp.83-84で指摘されている。 However, when reduced as with the power supply voltage threshold voltage of the MOS transistor, the sub-threshold MOS transistors de leakage current I L is increased. Therefore, the threshold voltage of the MOS transistor cannot be reduced in the same way as the power supply voltage, and it is expected that it will be difficult to improve the performance of the semiconductor integrated circuit device, particularly to realize its high speed. Such problems are pointed out in, for example, 1993 Symposium on VLSI Circuit Dig. Of Tech Papers pp. 47-48 and pp. 83-84.
たとえば図13および図14(a)(b)で示したCMOSインバータ70のnチャネルMOSトランジスタ72では、図15に示すように、しきい値電圧を低減化するとスタンバイモード期間においてn+ 型ドレイン領域83からp- 型ボディ領域82に流入する接合リーク電流が増大する。これにより、p- 型ボディ領域82の電位が上昇し、nチャネルMOSトランジスタ72のサブスレショールドリーク電流IL が増大してしまう。このような現象は、たとえば 1995 Symposium on VLSI Technology Dig. of Tech Papers 12-3 で指摘されている。
For example, in the n-
サブスレショールドリーク電流IL を低減化する方法としては、nチャネルMOSトランジスタ72のp- 型ボディ領域82の電位を固定する方法がある。この方法では、図16に示すように、T字形のゲート電極81′が設けられ、このゲート電極81で覆われたp- 型ボディ領域82′と接触するようにしてp+ 型コンタクト領域85が新たに設けられる。コンタクトホールCHを介してp+ 型コンタクト領域85に一定の基板電位を与えることにより、p- 型ボディ領域82′の電位上昇を防止することができ、サブスレショールドリーク電流IL の低減化を図ることができる。
As a method of reducing the subthreshold leakage current I L , there is a method of fixing the potential of the p −
しかし、この方法では、p+ 型コンタクト領域85を設ける必要があるのでレイアウト面積が増大するという問題があった。また、p- 型ボディ領域82とn+ 型ドレイン領域83およびn+ 型ソース領域84との間の容量値が増大し、動作速度が遅延するという問題があった。
However, this method has a problem that the layout area increases because it is necessary to provide the p + -
それゆえに、この発明の主たる目的は、消費電流が少なく、かつ動作速度が速い半導体装置を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a semiconductor device with low current consumption and high operating speed.
この発明に係る半導体装置は、SOI基板上に形成され、スタンバイモードとアクティブモードを有する半導体装置であって、ソース領域と、ドレイン領域と、その2つの領域間に位置するボディ領域とを含むMOSトランジスタ、およびスタンバイモード期間のうちの予め定める期間はMOSトランジスタのボディ領域を予め定める電位に固定し、それ以外の期間はボディ領域をフローティングさせるボディ電位切換手段を備えたものである。 A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device formed on an SOI substrate and having a standby mode and an active mode, and includes a source region, a drain region, and a body region located between the two regions. The transistor and the standby mode period are provided with body potential switching means for fixing the body region of the MOS transistor at a predetermined potential during a predetermined period and floating the body region during other periods.
好ましくは、ボディ電位切換手段は、スタンバイモード期間において予め定める周期でボディ領域を予め定める電位にパルス的に固定する。 Preferably, the body potential switching means pulse-fixes the body region at a predetermined potential at a predetermined cycle in the standby mode period.
また、この発明に係る他の半導体装置は、SOI基板上に形成され、スタンバイモードとアクティブモードを有する半導体装置であって、それぞれが、第1および第2の電源電位のラインの間に直列接続されたpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタを含み、直列接続された複数の反転回路、スタンバイモード期間のうちの予め定める期間は複数の反転回路のうちのスタンバイモード期間に非導通になるpチャネルMOSトランジスタのソース領域とドレイン領域の間にあるボディ領域を第1の電源電位以上の昇圧電位に固定し、それ以外の期間はボディ領域をフローティングさせる第1のボディ電位切換手段、およびスタンバイモード期間にうちの予め定める期間は複数の反転回路のうちのスタンバイモード期間に非導通になるnチャネルMOSトランジスタのソース領域とドレイン領域の間にあるボディ領域を第2の電源電位以下の降圧電位に固定し、それ以外の期間はそのボディ領域をフローティングさせる第2のボディ電位切換手段を備えたものである。 Another semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device formed on an SOI substrate and having a standby mode and an active mode, each connected in series between first and second power supply potential lines. A plurality of inverter circuits connected in series, and a predetermined period of the standby mode period is non-conductive during the standby mode period of the plurality of inverter circuits First body potential switching means for fixing the body region between the source region and the drain region of the MOS transistor to a boosted potential equal to or higher than the first power supply potential, and floating the body region during other periods, and a standby mode period The predetermined period of time is the standby mode period of the plurality of inverting circuits. The body region between the source region and the drain region of the n-channel MOS transistor that becomes non-conductive is fixed to a step-down potential equal to or lower than the second power supply potential, and the body region is floated during other periods. A potential switching means is provided.
また、この発明に係るさらに他の半導体装置は、SOI基板上に形成され、スタンバイモードとアクティブモードを有する半導体装置であって、外部から第1の電源電位が与えられる第1の主電源ライン、第1の主電源ラインに対応して設けられた第1の副電源ライン、外部から第2の電源電位が与えられる第2の主電源ライン、第2の主電源ラインに対応して設けられた第2の副電源ライン、それぞれが、第1および第2の副電源ラインの間に直列接続されたpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタを含み、直列接続された複数の反転回路、第1の主電源ラインと第1の副電源ラインとの間に接続され、アクティブモード期間に導通して第1の副電源ラインに第1の電源電位を与える第1の接続手段、第2の主電源ラインと第2の副電源ラインとの間に接続され、アクティブモード期間に導通して第2の副電源ラインに第2の電源電位を与える第2の接続手段、複数の反転回路のうちのスタンバイモード期間に非導通になるpチャネルMOSトランジスタに対応して設けられ、スタンバイモード期間のうちの予め定める期間は対応のpチャネルMOSトランジスタのソース領域とドレイン領域の間にあるボディ領域を第1の電源電位以上の昇圧電位に固定し、それ以外の期間はそのボディ領域をフローティングさせる第1のボディ電位切換手段、および複数の反転回路のうちのスタンバイモード期間に非導通になるnチャネルMOSトランジスタに対応して設けられ、スタンバイモード期間のうちの予め定める期間は対応のnチャネルMOSトランジスタのソース領域とドレイン領域の間にあるボディ領域を第2の電源電位以下の降圧電位に固定し、それ以外の期間はそのボディ領域をフローティングさせる第2のボディ電位切換手段を備えたものである。 Still another semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device formed on an SOI substrate and having a standby mode and an active mode, wherein a first main power supply line to which a first power supply potential is applied from the outside, The first sub power line provided corresponding to the first main power line, the second main power line provided with the second power potential from the outside, and the second main power line provided A plurality of inversion circuits connected in series, each including a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor connected in series between the first and second sub-power supply lines, A first connection means connected between the main power supply line and the first sub power supply line and conducting in the active mode period to apply a first power supply potential to the first sub power supply line; A second connection means connected between the source line and the second sub power supply line and conducting during the active mode period to apply the second power supply potential to the second sub power supply line; A p channel MOS transistor that is rendered non-conductive during the standby mode period is provided corresponding to a first region of the body region between the source region and the drain region of the corresponding p channel MOS transistor during a predetermined period of the standby mode period. First body potential switching means for fixing the boosted potential to a power supply potential equal to or higher than the power supply potential, and floating the body region during other periods, and an n-channel MOS transistor that is non-conductive in the standby mode period of the plurality of inversion circuits The predetermined period of the standby mode period is provided for the corresponding n-channel MOS transistor. The body region between the source region and drain region of the transistor is fixed to a step-down potential equal to or lower than the second power supply potential, and is provided with second body potential switching means for floating the body region during other periods. is there.
また、この発明に係るさらに他の半導体装置は、SOI基板上に形成され、スタンバイモードとアクティブモードを有する半導体装置であって、それぞれが、ドレイン同士が接続されたpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタを含み、直列接続された複数の反転回路、外部から第1の電源電位が与えられ、複数の反転回路のうちのスタンバイモード期間に導通するpチャネルMOSトランジスタのソースに接続される第1の主電源ライン、外部から第2の電源電位が与えられ、複数の反転回路のうちのスタンバイモード期間に導通するnチャネルMOSトランジスタのソースに接続される第2の主電源ライン、第1の主電源ラインから第1の電源電位が与えられ、複数の反転回路のうちのスタンバイモード期間に非導通になるpチャネルMOSトランジスタのソースに接続される第1の副電源ライン、第2の主電源ラインから第2の電源電位が与えられ、複数の反転回路のうちのスタンバイモード期間に非導通になるnチャネルMOSトランジスタのソースに接続される第2の副電源ライン、複数の反転回路のうちのスタンバイモード期間に非導通になるpチャネルMOSトランジスタに対応して設けられ、スタンバイモード期間のうちの予め定める期間は対応のpチャネルMOSトランジスタのソース領域とドレイン領域の間にあるボディ領域を第1の電源電位以上の昇圧電位に固定し、それ以外の期間はそのボディ領域をフローティングさせる第1のボディ電位切換手段、および複数の反転回路のうちのスタンバイモード期間に非導通になるnチャネルMOSトランジスタに対応して設けられ、スタンバイモード期間のうちの予め定める期間は対応のnチャネルMOSトランジスタのソース領域とドレイン領域の間にあるボディ領域を第2の電源電位以下の降下電位に固定し、それ以外の期間はそのボディ領域をフローティングさせる第2のボディ電位切換手段を備えたものである。 Still another semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device formed on an SOI substrate and having a standby mode and an active mode, each of which includes a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor whose drains are connected to each other. A plurality of inverter circuits connected in series, a first power supply potential is applied from the outside, and a first channel connected to the source of a p-channel MOS transistor that is conductive during a standby mode period of the plurality of inverter circuits A main power supply line, a second main power supply line externally supplied with a second power supply potential and connected to a source of an n-channel MOS transistor which is turned on during a standby mode period of the plurality of inversion circuits; A first power supply potential is applied from the line, and during a standby mode period of the plurality of inverting circuits A second power supply potential is applied from the first sub power supply line and the second main power supply line connected to the source of the p-channel MOS transistor which is turned on, and is turned off during the standby mode period of the plurality of inversion circuits. A second sub-power supply line connected to the source of the n-channel MOS transistor, and a p-channel MOS transistor that is non-conductive during the standby mode period of the plurality of inversion circuits. The body region between the source region and the drain region of the corresponding p-channel MOS transistor is fixed to a boosted potential equal to or higher than the first power supply potential during a predetermined period, and the body region is floated during the other periods. Body potential switching means and n-char which becomes non-conductive during standby mode among a plurality of inverting circuits A body region provided between the source region and the drain region of the corresponding n-channel MOS transistor is fixed to a potential lower than the second power supply potential during a predetermined period of the standby mode period. In other periods, second body potential switching means for floating the body region is provided.
好ましくは、第1のボディ電位切換手段は、スタンバイモード期間において予め定める周期でpチャネルMOSトランジスタのボディ領域を昇圧電位にパルス的に固定し、第2のボディ電位切換手段は、スタンバイモード期間において予め定める周期でnチャネルMOSトランジスタのボディ領域を降圧電位にパルス的に固定する。 Preferably, the first body potential switching means pulse-fixes the body region of the p-channel MOS transistor at the boosted potential in a predetermined cycle in the standby mode period, and the second body potential switching means is in the standby mode period. The body region of the n-channel MOS transistor is fixed to the step-down potential in a predetermined cycle.
この発明に係る半導体装置では、スタンバイモード期間のうちの予め定める期間はMOSトランジスタのボディ電位が固定され、それ以外の期間はMOSトランジスタのボディ領域がフローティングされる。したがって、スタンバイモード期間のサブスレショールドリーク電流の低減化を図り、かつアクティブモード期間の動作速度の向上を図ることができる。 In the semiconductor device according to the present invention, the body potential of the MOS transistor is fixed during a predetermined period of the standby mode period, and the body region of the MOS transistor is floated during other periods. Therefore, the subthreshold leakage current during the standby mode period can be reduced, and the operation speed during the active mode period can be improved.
好ましくは、MOSトランジスタのボディ電位はスタンバイモード期間において予め定める周期でパルス的に固定される。この場合は、ボディ電位を固定することにより生じる消費電流が最小限に抑えられる。 Preferably, the body potential of the MOS transistor is fixed in a pulse manner at a predetermined cycle in the standby mode period. In this case, the current consumption caused by fixing the body potential is minimized.
また、この発明に係る他の半導体装置では、各々が第1および第2の電源電位のラインの間に直列接続されたpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタを含む複数の反転回路が設けられ、スタンバイモード期間のうちの予め定める期間はpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタのボディがそれぞれ昇圧電位および降圧電位に固定され、それ以外の期間はpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタのボディはフローティングされる。したがって、スタンバイモード期間のサブスレショールドリーク電流の低減化を図り、かつアクティブモード期間の動作速度の向上を図ることができる。 In another semiconductor device according to the present invention, a plurality of inverting circuits including a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor, each connected in series between the first and second power supply potential lines, are provided. The body of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor is fixed to the boosted potential and the step-down potential during the predetermined period of the standby mode period, and the body of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor is floating during the other periods. Is done. Therefore, the subthreshold leakage current during the standby mode period can be reduced, and the operation speed during the active mode period can be improved.
また、この発明に係るさらに他の半導体装置では、各々が第1および第2の副電源ラインの間に直列接続されたpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタを含む直列接続された複数の反転回路が設けられ、アクティブモード期間において、第1の主電源ラインから第1の副電源ラインに第1の電源電位が与えられ、第2の主電源ラインから第2の副電源ラインに第2の電源電位が与えられる。スタンバイモード期間のうちの予め定める期間は、スタンバイモード期間に非導通になるpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタのボディがそれぞれ昇圧電位および降圧電位に固定され、それ以外の期間はpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタのボディはフローティングされる。したがって、スタンバイモード期間のサブスレショールドリーク電流の低減化を図り、かつアクティブモード期間の動作速度の向上を図ることができる。また、スタンバイモード期間における第1の副電源ラインの電位低下および第2の副電源ラインの電位上昇が防止されるので、スタンバイモード期間からアクティブモードに速やかに移行できる。 In still another semiconductor device according to the present invention, a plurality of series-connected inverting circuits each including a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor each connected in series between the first and second sub-power supply lines. In the active mode period, a first power supply potential is applied from the first main power supply line to the first subpower supply line, and a second power supply is supplied from the second main power supply line to the second subpower supply line. A potential is applied. During a predetermined period of the standby mode period, the bodies of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor that are non-conductive during the standby mode period are fixed to the boosted potential and the step-down potential, respectively, and during other periods, the p-channel MOS transistor And the body of the n-channel MOS transistor is floated. Therefore, the subthreshold leakage current during the standby mode period can be reduced, and the operation speed during the active mode period can be improved. Further, since the potential drop of the first sub power supply line and the potential rise of the second sub power supply line during the standby mode period are prevented, the transition from the standby mode period to the active mode can be made quickly.
また、この発明に係るさらに他の半導体装置では、複数の反転回路のうちのスタンバイモード期間に非導通になるpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタのソースがそれぞれ第1および第2の副電源ラインに接続され、スタンバイモード期間に導通するpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタのソースがそれぞれ第1および第2の主電源ラインに接続される。スタンバイモード期間のうちの予め定める期間は、スタンバイモード期間に非導通になるpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタのボディがそれぞれ昇圧電位および降圧電位に固定され、それ以外の期間はpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタのボディがフローティングされる。したがって、スタンバイモード期間のサブスレショールドリーク電流の低減化を図り、かつアクティブモード期間の動作速度の向上を図ることができる。また、スタンバイモード期間における第1の副電源ラインの電位低下および第2の副電源ラインの電位上昇によりpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタのサブスレショールドリーク電流の一層の低減化が図られる。 In still another semiconductor device according to the present invention, the sources of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor that are non-conductive during the standby mode period among the plurality of inversion circuits are the first and second sub power supply lines, respectively. And the sources of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor that are conductive during the standby mode period are connected to the first and second main power supply lines, respectively. During a predetermined period of the standby mode period, the bodies of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor that are non-conductive during the standby mode period are fixed to the boosted potential and the step-down potential, respectively, and during other periods, the p-channel MOS transistor And the body of the n-channel MOS transistor is floated. Therefore, the subthreshold leakage current during the standby mode period can be reduced, and the operation speed during the active mode period can be improved. Further, the subthreshold leakage current of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor can be further reduced by lowering the potential of the first sub power supply line and increasing the potential of the second sub power supply line in the standby mode period.
好ましくは、pチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタのボディがそれぞれ昇圧電位および降圧電位にパルス的に固定される。この場合は、ボディ電位を固定することにより生じる消費電流が最小限に抑えられる。 Preferably, the bodies of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor are fixed in a pulsed manner to the boosted potential and the step-down potential, respectively. In this case, the current consumption caused by fixing the body potential is minimized.
[実施の形態1] [Embodiment 1]
図1は、この発明の実施の形態1の原理を説明するための図であって、特に、図1(a)は図15と対比される図、図1(b)は図1(a)に示したnチャネルMOSトランジスタ72のp- 型ボディ領域82およびn+ 型ソース領域84の電位を示す図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of Embodiment 1 of the present invention. In particular, FIG. 1 (a) is a diagram contrasted with FIG. 15, and FIG. 1 (b) is FIG. 1 (a). FIG. 7 is a diagram showing the potentials of p −
図15では、nチャネルMOSトランジスタ72のしきい値電圧を下げるとスタンバイモード期間において非導通状態にあるnチャネルMOSトランジスタ72のドレイン領域83からボディ領域82へ流れる接合リーク電流が増大し、これによってボディ領域82の電位が上昇し、サブスレショールドリーク電流IL が増大することを説明した。
In FIG. 15, when the threshold voltage of n
そこで、この実施の形態では、図1に示すように、切換スイッチ7を設け、スタンバイモード期間はnチャネルMOSトランジスタ72のn+ 型ソース領域84に負電位Vbb(Vbb<Vss)を与え、アクティブモード期間は従来どおり接地電位Vssを与える。スタンバイモード期間においてnチャネルMOSトランジスタ72のn+ 型ソース領域84に負電位Vbbを与えると、p- 型ボディ領域82とn+ 型ソース領域84の間は順バイアスとなる。このため、p- 型ボディ領域82に蓄積された正電荷がn+ 型ソース領域84に流出し、p- 型ボディ領域82の電位が相対的に低下してサブスレショールドリーク電流IL が減少する。スタンバイモード期間において非導通状態にあるpチャネルMOSトランジスタでは、そのソース領域に昇圧電位Vpp(Vpp>Vcc)を与えることにより、同様の効果が得られる。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 1, a
図2は、図1で説明した原理が適用された半導体集積回路装置の要部を示す回路図である。 FIG. 2 is a circuit diagram showing a main part of a semiconductor integrated circuit device to which the principle explained in FIG. 1 is applied.
図2を参照して、この半導体集積回路装置は、SOI基板上に形成されていて、直列接続された複数(図では3つ)のCMOSインバータ1〜3と、2つの切換スイッチ6,7とを備える。インバータ1〜3の各々は、ノードN1とN2の間に直列接続されたpチャネルMOSトランジスタ4およびnチャネルMOSトランジスタ5を含む。初段のインバータ1に入力信号Vinが入力され、最終段のインバータ3から出力信号Voutが出力される。
Referring to FIG. 2, this semiconductor integrated circuit device is formed on an SOI substrate, and a plurality of (three in the figure) CMOS inverters 1 to 3 and two change-over
切換スイッチ6の共通端子6cはノードN1に接続され、その一方切換端子6aは電源電位Vccを受け、その他方切換端子6bは昇圧電位Vppを受ける。切換スイッチ7の共通端子7cはノードN2に接続され、その一方切換端子7aは接地電位Vssを受け、その他方切換端子7bは負電位Vbbを受ける。
The
図3および図4は、図2で示した回路の動作を説明するためのタイムチャートである。スタンバイモード期間では、基本的には切換スイッチ6の端子6a,6c間が導通し、切換スイッチ7の端子7a,7c間が導通し、ノードN1,N2にはそれぞれ電源電位Vccおよび接地電位Vssが与えられる。また、入力信号Vinは「L」レベル(接地電位Vss)に固定される。
3 and 4 are time charts for explaining the operation of the circuit shown in FIG. In the standby mode period, the
したがって、インバータ1,3のpチャネルMOSトランジスタ4およびインバータ2のnチャネルMOSトランジスタ5が導通状態となり、インバータ1,3のnチャネルMOSトランジスタ5およびインバータ2のpチャネルMOSトランジスタ4が非導通状態となる。
Therefore, p channel MOS transistor 4 of
このとき、図3に示すように、インバータ1,3のnチャネルMOSトランジスタ5のボディ電位が徐々に上昇しサブスレショールドリーク電流IL が増大する。そこで、切換スイッチ7を予め定める周期で予め定める期間だけ切換えてノードN2すなわちnチャネルMOSトランジスタ5のソースに負電位Vbbをパルス的に与える。これにより、nチャネルMOSトランジスタ5のボディ領域に蓄積された正電荷がソースを介して引抜かれ、nチャネルMOSトランジスタ5のボディ電位が低下しサブスレショールドリーク電流IL が減少する。
At this time, as shown in FIG. 3, n-channel MOS body potential of the
同様に、インバータ2のpチャネルMOSトランジスタ4のボディ電位が徐々に下降しサブスレショールドリーク電流IL が増大する。そこで、切換スイッチ6を切換スイッチ7と同様に切換えてノードN1すなわちpチャネルMOSトランジスタ4のソースに昇圧電位Vppをパルス的に与える。これにより、pチャネルMOSトランジスタ4のボディ領域に蓄積された負電荷がそのソースを介して引抜かれ、pチャネルMOSトランジスタ4のボディ電位が上昇しサブスレショールドリーク電流IL が減少する。
Similarly, the body potential of the p-channel MOS transistor 4 of the
アクティブ期間では、切換スイッチ6の端子6a,6cが導通し切換スイッチ7の端子7a,7cが常に導通し、ノードN1,N2はそれぞれ電源電位Vccおよび接地電位Vssに固定される。
In the active period, the
アクティブ期間になると、図4に示すように、入力信号Vinすなわちインバータ1のMOSトランジスタ4,5のゲート電位が「L」レベルから「H」レベルに立上がる。このとき、MOSトランジスタ4,5のボディ電位はゲートとのカップリングにより「H」レベルに高速に立上がり、pチャネルMOSトランジスタ4が非導通状態になりnチャネルMOSトランジスタ5が導通状態となってインバータ1は「L」レベルを出力する。応じてインバータ2は「H」レベルを出力しインバータ3は「L」レベルを出力し、出力信号Voutは「L」レベルとなる。
In the active period, as shown in FIG. 4, the input signal Vin, that is, the gate potential of the
この実施の形態では、スタンバイモード期間においてMOSトランジスタ4,5のボディ領域に蓄積された電荷をそのソースを介して引抜いてサブスレショールドリーク電流IL を減少させる。したがって、サブスレショールドリーク電流IL を減少させるためコンタクト領域85を設けてボディ電位を固定していた従来に比べ、レイアウト面積の縮小化を図ることができる。
In this embodiment, to reduce the subthreshold leakage current I L by pulling out the electric charges accumulated in the body region of the
なお、この実施の形態では、スタンバイモード期間において切換スイッチ6,7を予め定める周期でパルス的に切換えたが、これに限るものではなく、スタンバイモード期間において切換スイッチ6の端子6b,6c間および切換スイッチ7の端子7b,7c間を常時導通させてもよい。ただし、この場合は、スタンバイモード期間からアクティブモード期間に移行するとき、ノードN1が昇圧電位Vppから電源電位VccにノードN2が負電位Vbbから接地電位Vssに切換わる時間だけ動作時間が遅延する。また、スタンバイモード期間の消費電流が増大する。
In this embodiment, the changeover switches 6 and 7 are changed in pulses in a predetermined cycle in the standby mode period. However, the present invention is not limited to this, and between the
また、この実施の形態では、スタンバイモードにおいてMOSトランジスタ4,5のソース電位を切換えたが、パワーダウンモード、バッテリバックアップモード、スリープモードで切換えても同じ効果が得られる。
In this embodiment, the source potentials of the
[実施の形態2] [Embodiment 2]
図5は、この発明の実施の形態2による半導体集積回路装置の要部の構成を示す回路図である。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a main part of the semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment of the present invention.
図5を参照して、この半導体集積回路装置は、SOI基板上に形成されていて、直列接続された複数(図では3つ)のCMOSインバータ11〜13およびスイッチ21〜26を備える。インバータ11〜13の各々は、ノードN11とN12の間に直列接続されたpチャネルMOSトランジスタ14およびnチャネルMOSトランジスタ15を含む。初段のインバータ11に入力信号Vinが入力され、最終段のインバータ13から出力信号Voutが出力される。
Referring to FIG. 5, this semiconductor integrated circuit device is formed on an SOI substrate and includes a plurality (three in the figure) of CMOS inverters 11-13 and switches 21-26 connected in series. Inverters 11-13 each include a p-
スイッチ21〜23の各々の一方端子がそれぞれインバータ11〜13のpチャネルMOSトランジスタ14のボディに接続され、各々の他方端子はともに昇圧電位Vppを受ける。スイッチ24〜26の各々の一方端子はそれぞれインバータ11〜13のnチャネルMOSトランジスタ15のボディに接続され、各々の他方端子はともに負電位Vbbを受ける。
One terminal of each of switches 21-23 is connected to the body of p
次に、図5に示した回路の動作について説明する。スタンバイモード期間では、すべてのスイッチ21〜26は導通状態となり、インバータ11〜13のpチャネルMOSトランジスタ14のボディが昇圧電位Vppに固定され、nチャネルMOSトランジスタ15のボディが負電位Vbbに固定される。アクティブモード期間では、すべてのスイッチ21〜26が非導通状態となりインバータ11〜13のMOSトランジスタ14,15のボディはフローティング状態となる。インバータ列11〜13の動作は、図2で示したインバータ列1〜3と同じであるので説明は省略する。
Next, the operation of the circuit shown in FIG. 5 will be described. In the standby mode period, all the switches 21 to 26 are turned on, the body of the p
この実施の形態では、スタンバイモード期間ではMOSトランジスタ14,15のボディ電位が固定されてサブスレショールドリーク電流IL が低減化され、アクティブモード期間ではMOSトランジスタ14,15のボディがフローティングされてボディとソース/ドレイン間の容量値が低減化されスイッチング速度の高速化が図られる。したがって、消費電流の低減化と動作速度の高速化の両方が実現される。
In this embodiment, the body potential is fixed subthreshold leakage current I L of the
なお、この実施の形態では、スタンバイモード期間においてpチャネルMOSトランジスタ14のボディに昇圧電位Vppを与えnチャネルMOSトランジスタ15のボディに負電位Vbbを与えたが、pチャネルMOSトランジスタ14のボディに電源電位Vccを与えnチャネルMOSトランジスタ15のボディに接地電位Vssを与えても差し支えない。
In this embodiment, boosted potential Vpp is applied to the body of p
また、この実施の形態では、スタンバイモード期間の全期間においてスイッチ21〜26を導通状態にしたが、実施の形態1と同様、スイッチ21〜26を予め定める周期でパルス的に導通させてもよい。 Further, in this embodiment, the switches 21 to 26 are turned on during the entire standby mode period. However, similarly to the first embodiment, the switches 21 to 26 may be turned on in pulses at predetermined intervals. .
[実施の形態3] [Embodiment 3]
図6は、この発明の実施の形態3による半導体集積回路装置の要部の構成を示す回路図である。 FIG. 6 is a circuit diagram showing a structure of a main part of a semiconductor integrated circuit device according to the third embodiment of the present invention.
図6を参照して、この半導体集積回路装置は、SOI基板上に形成されていて、直列接続された複数(図では3つ)のCMOSインバータ31〜33と、pチャネルMOSトランジスタ36と、nチャネルMOSトランジスタ37とを含む。インバータ31〜33の各々は、ローカル電源配線LL31とLL32の間に直列接続されたpチャネルMOSトランジスタ34およびnチャネルMOSトランジスタ35を含む。初段のインバータ31に入力信号Vinが入力され、最終段のインバータ33から出力信号Voutが出力される。
Referring to FIG. 6, this semiconductor integrated circuit device is formed on an SOI substrate, and a plurality of (three in the figure) CMOS inverters 31-33, p-channel MOS transistor 36, n,
pチャネルMOSトランジスタ36は、メイン電源配線ML31とローカル電源配線LL31の間に接続され、そのゲートは活性化信号/φaを受ける。nチャネルMOSトランジスタ37は、メイン電源配線ML32とローカル電源配線LL32の間に接続され、そのゲートは活性化信号φaを受ける。メイン電源配線ML31,ML32には、それぞれ電源電位Vccおよび接地電位Vssが与えられる。
P channel MOS transistor 36 is connected between main power supply line ML31 and local power supply line LL31, and has its gate receiving activation signal / φa. N
アクティブ期間になって、活性化信号/φa,φaがそれぞれ活性化レベルの「L」レベルおよび「H」レベルになると、MOSトランジスタ36,37が導通してインバータ31〜33が活性化される。
In the active period, when activation signals / φa and φa attain “L” level and “H” level of activation levels,
この回路では、スタンバイモード期間はインバータ31〜33が電源電位Vccおよび接地電位Vssから切り離される。したがって、インバータ31〜33を構成するMOSトランジスタ34,35にサブスレショールドリーク電流IL が流れても、MOSトランジスタ36,37のしきい値電圧を高く設定しておく限り、電源に電流が流れることはない。よって、スタンバイモード期間の消費電流を低減化することができる。
In this circuit, inverters 31-33 are disconnected from power supply potential Vcc and ground potential Vss during the standby mode period. Therefore, even if the sub-threshold leakage current I L to the
この回路自体(SOI基板上に形成されている点を除く)は“1V High-Speed Digital Circuit Technology with 0.5 μm Multi-Theshold CMOS,”Proc. IEEE
ASIC Conf., 1993, pp186-189に記載されたものであるが、この回路に本発明を適用すれば、さらに高性能化することが可能となる。
The circuit itself (excluding the points formed on the SOI substrate) is “1V High-Speed Digital Circuit Technology with 0.5 μm Multi-Theshold CMOS,” Proc. IEEE
As described in ASIC Conf., 1993, pp 186-189, if the present invention is applied to this circuit, higher performance can be achieved.
すなわち、上記文献に記載されているように、単純にスタンバイ期間を活性化信号/φa,φaを非活性化レベルにし、アクティブモード期間は活性化信号/φa,φaを活性化レベルにするだけでは、図8に示すように、サブスレショールドリーク電流IL によってスタンバイモード期間においてローカル電源配線LL31の電位Vcc′が徐々に低下しローカル電源配線LL32の電位Vss′が徐々に上昇する。このため、次にアクティブモードに入ったときローカル電源配線LL31,LL32の電位をそれぞれ電源電位Vcc,接地電位Vssに復帰させるための時間が必要となる。 That is, as described in the above-mentioned document, simply setting the activation signals / φa and φa to the inactive level during the standby period and simply setting the activation signals / φa and φa to the activation level during the active mode period. As shown in FIG. 8, due to the subthreshold leakage current I L , the potential Vcc ′ of the local power supply line LL31 gradually decreases and the potential Vss ′ of the local power supply line LL32 gradually increases in the standby mode period. For this reason, when the active mode is entered next, it takes time to restore the potentials of the local power supply lines LL31 and LL32 to the power supply potential Vcc and the ground potential Vss, respectively.
そこで、この実施の形態では、図7に示すように、スタンバイモード期間においても活性化信号/φa,φaを予め定める周期でパルス的に活性化レベルにし、MOSトランジスタ36,37をパルス的に導通させてローカル電源配線LL31,LL32の電位をそれぞれ電源電位Vcc,接地電位Vssに一定に保つ。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 7, even in the standby mode period, activation signals / φa and φa are pulsed to an activation level in a predetermined cycle, and
これにより、pチャネルMOSトランジスタ34のボディ電位を上昇させnチャネルMOSトランジスタ35のボディ電位を低下させてMOSトランジスタ34,35のサブスレショールドリーク電流IL の低減化を図ることができ、かつスタンバイモードからアクティブモードに速やかに移行できる。
This can reduce the body potential of the n-
[実施の形態4] [Embodiment 4]
図9は、この発明の実施の形態4による半導体集積回路装置の要部の構成を示す回路図である。 FIG. 9 is a circuit diagram showing a structure of a main part of a semiconductor integrated circuit device according to the fourth embodiment of the present invention.
図9を参照して、この半導体集積回路装置が図6に示した半導体集積回路装置と異なる点は、スタンバイモード期間に非導通状態となるインバータ31,33のnチャネルMOSトランジスタ35およびインバータ32のpチャネルMOSトランジスタ34に対応して、それぞれスイッチ38〜40が新たに設けられている点である。スイッチ38の一方端子はインバータ31のnチャネルMOSトランジスタ35のボディに接続され、その他方端子は負電位Vbbを受ける。スイッチ39の一方端子はインバータ32のpチャネルMOSトランジスタ34のボディに接続され、その他方端子は昇圧電位Vppを受ける。スイッチ40の一方端子はインバータ33のnチャネルMOSトランジスタ35のボディに接続され、その他方端子は負電位Vbbを受ける。
Referring to FIG. 9, the semiconductor integrated circuit device is different from the semiconductor integrated circuit device shown in FIG. 6 in that n
次に、図9で示した回路の動作について説明する。スタンバイモード期間ではスイッチ38〜40が導通状態になり、インバータ31,33のnチャネルMOSトランジスタ35のボディ電位が負電位Vbbに固定されインバータ32のpチャネルMOSトランジスタ34のボディ電位が昇圧電位Vppに固定される。アクティブモード期間ではスイッチ38〜40が非導通状態となり、インバータ31〜33のMOSトランジスタ34,35のボディがフローティング状態となる。他の動作は図6〜図8で示した回路と同じであるので説明は省略する。
Next, the operation of the circuit shown in FIG. 9 will be described. In the standby mode period, switches 38 to 40 are turned on, the body potential of n
この実施の形態でも、実施の形態2と同様の効果が得られる。 Also in this embodiment, the same effect as in the second embodiment can be obtained.
[実施の形態5] [Embodiment 5]
図10は、この発明の実施の形態5による半導体集積回路装置の要部の構成を示す回路図である。 FIG. 10 is a circuit diagram showing a structure of a main part of a semiconductor integrated circuit device according to the fifth embodiment of the present invention.
図10を参照して、この半導体集積回路装置は、SOI基板上に形成されていて、直列接続された複数(図では4つ)のCMOSインバータ41〜44を備える。インバータ41,43の各々はメイン電源配線ML41とローカル電源配線LL41の間に直列接続されたpチャネルMOSトランジスタ45およびnチャネルMOSトランジスタ46を含む。インバータ42,44の各々はローカル電源配線LL41とメイン電源配線ML42の間に直列接続されたpチャネルMOSトランジスタ45およびnチャネルMOSトランジスタ46を含む。ローカル電源配線LL41には、メイン電源配線ML41を介して電源電位Vccが与えられる。ローカル電源配線LL42には、メイン電源配線ML42を介して接地電位Vssが与えられる。
Referring to FIG. 10, this semiconductor integrated circuit device includes a plurality (four in the figure) of
入力信号Vinは初段のインバータ41に入力され、出力信号Voutは最終段のインバータ44から出力される。入力信号Vinはスタンバイモード期間は「L」レベルに固定され、アクティブモード期間は「H」レベルとなる。
The input signal Vin is input to the first-
この回路では、スタンバイモード期間においてたとえばインバータ43のnチャネルMOSトランジスタ46のゲートはメイン電源配線ML42から接地電位Vssを受け、そのソースはローカル電源配線LL42から接地電位Vssを受ける。nチャネルMOSトランジスタ46のサブスレショールドリーク電流IL によってローカル電源配線LL42の電位Vss′が上昇すると、nチャネルMOSトランジスタ46のゲート電位がそのソース電位よりも低くなり、サブスレショールドリーク電流IL が低減化される。pチャネルMOSトランジスタ45でも同様の理由でサブスレショールドリーク電流IL が低減化される。
In this circuit, for example, the gate of n
この回路自体(SOI基板上に形成されている点を除く)は 1993 Symposium on VLSI Circuit Dig. of Tech Papers pp.47-48に記載されたものであるが、この回路に本発明を適用すれば、さらにサブスレショールドリーク電流IL の低減化が可能となる。 This circuit itself (excluding the point formed on the SOI substrate) is described in 1993 Symposium on VLSI Circuit Dig. Of Tech Papers pp. 47-48. If the present invention is applied to this circuit, , it is possible to further reduce the subthreshold leakage current I L.
すなわち、この半導体集積回路装置では、さらに切換スイッチ47,48が設けられる。切換スイッチ47の共通端子47cがローカル電源配線LL41に接続され、その一方切換端子47aはメイン電源配線ML41に接続され、その他方切換端子47bは昇圧電位Vppを受ける。切換スイッチ48の共通端子48cはローカル電源配線LL42に接続され、その一方切換端子48aはメイン電源配線ML42に接続され、その他方切換端子48bは負電位Vbbを受ける。
That is, this semiconductor integrated circuit device is further provided with changeover switches 47 and 48. The
図11に示すように、スタンバイモード期間においてサブスレショールドリーク電流IL によってローカル電源配線LL42の電位Vss′が上昇し、インバータ41,43のnチャネルMOSトランジスタ46のボディ電位が上昇してサブスレショールドリーク電流IL が増大してきたときに、予め定める時間だけスイッチ48を切換えてローカル電源配線LL42に負電位Vbbをパルス的に与える。これにより、インバータ41,43のpチャネルMOSトランジスタ46のボディ電位を低下させてサブスレショールドリーク電流IL を低減化させることができる。
As illustrated in FIG. 11, the potential Vss' of the local power supply line LL42 is increased by the subthreshold leakage current I L in the standby mode period, the sub-threshold body potential of n-
同様に、スタンバイモード期間においてサブスレショールドリーク電流IL によってローカル電源配線LL41の電位Vcc′が低下し、インバータ42,44のpチャネルMOSトランジスタ45のボディ電位が低下してサブスレショールドリーク電流が増大してきたときに、予め定める時間だけスイッチ47を切換えてローカル電源配線LL41に昇圧電位Vppをパルス的に与える。これにより、インバータ42,44のpチャネルMOSトランジスタ45のボディ電位を低下させてサブスレショールドリーク電流IL を低減化させることができる。
Similarly, decreases the potential Vcc 'of local power supply line LL41 by subthreshold leakage current I L in the standby mode period, subthreshold leakage current body potential of the p-
この実施の形態でも、実施の形態1と同じ効果が得られる。 Also in this embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
なお、ローカル電源配線LL42の電位Vss′が接地電位Vssよりも低くなり過ぎると非導通状態にあるべきnチャネルMOSトランジスタ46が導通し、ローカル電源配線LL41の電位Vcc′が電源電位Vccよりも高くなり過ぎると非導通状態にあるべきpチャネルMOSトランジスタ45が導通してしまうので、非導通状態にあるべきMOSトランジスタ45,46を導通させないように負電位Vbbおよび昇圧電位Vppを適値に設定する必要がある。
If potential Vss 'of local power supply line LL42 becomes too lower than ground potential Vss, n
[実施の形態6] [Embodiment 6]
図12は、この発明の実施の形態6による半導体集積回路装置の要部の構成を示す回路図である。 FIG. 12 is a circuit diagram showing a structure of a main part of a semiconductor integrated circuit device according to the sixth embodiment of the present invention.
図12を参照して、この半導体集積回路装置が図10の半導体集積回路装置と異なる点は、スイッチ47,48が除去されてローカル電源配線LL41,LL42がそれぞれメイン電源配線ML41,ML42に直接接続されている点と、スイッチ51〜54が新たに設けられている点である。スイッチ51,53の各々の一方端子はそれぞれインバータ41,43のnチャネルMOSトランジスタ46のボディに接続され、各々の他方端子はともに負電位Vbbを受ける。スイッチ52,54の各々の一方端子はそれぞれインバータ42,44のpチャネルMOSトランジスタ45のボディに接続され、各々の他方端子はともに昇圧電位Vppを受ける。
Referring to FIG. 12, this semiconductor integrated circuit device is different from the semiconductor integrated circuit device of FIG. 10 in that switches 47 and 48 are removed and local power supply lines LL41 and LL42 are directly connected to main power supply lines ML41 and ML42, respectively. And switches 51 to 54 are newly provided. One terminal of each of
次に、図12で示した回路の動作について説明する。スタンバイモード期間ではスイッチ51〜54は導通状態になり、インバータ41,43のnチャネルMOSトランジスタ46のボディが負電位Vbbに固定され、インバータ42,44のpチャネルMOSトランジスタ45のボディが昇圧電位Vppに固定される。アクティブモード期間ではスイッチ51〜54は非導通状態になり、インバータ41〜43のMOSトランジスタ45,46のボディがフローティング状態となる。
Next, the operation of the circuit shown in FIG. 12 will be described. In the standby mode period, switches 51-54 are turned on, the body of n
この実施の形態でも、実施の形態2と同様の効果が得られる。 Also in this embodiment, the same effect as in the second embodiment can be obtained.
1〜3,11〜13,31〜33,41〜44,70 CMOSインバータ、4,14,34,36,45,71 pチャネルMOSトランジスタ、5,15,35,37,46,72 nチャネルMOSトランジスタ、6,7,21〜26,38〜40,47,48,51〜54 スイッチ、73 SOI基板、74 シリコン基板、75 SiO埋込酸化層、76 p- 型シリコン層、77 SiO絶縁層、81 ゲート電極、82 p- 型ボディ領域、83 n+ 型ドレイン領域、84 n+ 型ソース領域、85 p+ 型コンタクト領域。 1-3, 11-13, 31-33, 41-44, 70 CMOS inverter, 4, 14, 34, 36, 45, 71 p-channel MOS transistor, 5, 15, 35, 37, 46, 72 n-channel MOS Transistor, 6, 7, 21-26, 38-40, 47, 48, 51-54 switch, 73 SOI substrate, 74 silicon substrate, 75 SiO buried oxide layer, 76 p - type silicon layer, 77 SiO insulating layer, 81 gate electrode, 82 p − type body region, 83 n + type drain region, 84 n + type source region, 85 p + type contact region.
Claims (6)
ソース領域と、ドレイン領域と、該2つの領域間に位置するボディ領域とを含むMOSトランジスタ、および
前記スタンバイモード期間のうちの予め定める期間は前記MOSトランジスタのボディ領域を予め定める電位に固定し、それ以外の期間は前記ボディ領域をフローティングさせるボディ電位切換手段を備える、半導体装置。 A semiconductor device formed on an SOI substrate and having a standby mode and an active mode,
A MOS transistor including a source region, a drain region, and a body region located between the two regions; and a predetermined period of the standby mode period fixes the body region of the MOS transistor at a predetermined potential; A semiconductor device comprising body potential switching means for floating the body region during other periods.
それぞれが、第1および第2の電源電位のラインの間に直列接続されたpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタを含み、直列接続された複数の反転回路、
前記スタンバイモード期間のうちの予め定める期間は前記複数の反転回路のうちの前記スタンバイモード期間に非導通になるpチャネルMOSトランジスタのソース領域とドレイン領域の間にあるボディ領域を前記第1の電源電位以上の昇圧電位に固定し、それ以外の期間は該ボディ領域をフローティングさせる第1のボディ電位切換手段、および
前記スタンバイモード期間にうちの予め定める期間は前記複数の反転回路のうちの前記スタンバイモード期間に非導通になるnチャネルMOSトランジスタのソース領域とドレイン領域の間にあるボディ領域を前記第2の電源電位以下の降圧電位に固定し、それ以外の期間は該ボディ領域をフローティングさせる第2のボディ電位切換手段を備える、半導体装置。 A semiconductor device formed on an SOI substrate and having a standby mode and an active mode,
A plurality of inverter circuits connected in series, each including a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor connected in series between the first and second power supply potential lines;
A predetermined period of the standby mode period includes a body region between a source region and a drain region of a p-channel MOS transistor that is non-conductive during the standby mode period of the plurality of inversion circuits. A first body potential switching means that fixes the boosted potential to a potential equal to or higher than the potential and floats the body region during other periods; and a predetermined period of the standby mode period includes the standby circuit of the plurality of inversion circuits. The body region between the source region and the drain region of the n-channel MOS transistor that becomes non-conductive during the mode period is fixed to a step-down potential equal to or lower than the second power supply potential, and the body region is floated during other periods. A semiconductor device comprising two body potential switching means.
外部から第1の電源電位が与えられる第1の主電源ライン、
前記第1の主電源ラインに対応して設けられた第1の副電源ライン、
外部から第2の電源電位が与えられる第2の主電源ライン、
前記第2の主電源ラインに対応して設けられた第2の副電源ライン、
それぞれが、前記第1および第2の副電源ラインの間に直列接続されたpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタを含み、直列接続された複数の反転回路、
前記第1の主電源ラインと前記第1の副電源ラインとの間に接続され、前記アクティブモード期間に導通して前記第1の副電源ラインに前記第1の電源電位を与える第1の接続手段、
前記第2の主電源ラインと前記第2の副電源ラインとの間に接続され、前記アクティブモード期間に導通して前記第2の副電源ラインに前記第2の電源電位を与える第2の接続手段、
前記複数の反転回路のうちの前記スタンバイモード期間に非導通になるpチャネルMOSトランジスタに対応して設けられ、前記スタンバイモード期間のうちの予め定める期間は対応のpチャネルMOSトランジスタのソース領域とドレイン領域の間にあるボディ領域を前記第1の電源電位以上の昇圧電位に固定し、それ以外の期間は該ボディ領域をフローティングさせる第1のボディ電位切換手段、および
前記複数の反転回路のうちの前記スタンバイモード期間に非導通になるnチャネルMOSトランジスタに対応して設けられ、前記スタンバイモード期間のうちの予め定める期間は対応のnチャネルMOSトランジスタのソース領域とドレイン領域の間にあるボディ領域を前記第2の電源電位以下の降圧電位に固定し、それ以外の期間は該ボディ領域をフローティングさせる第2のボディ電位切換手段を備える、半導体装置。 A semiconductor device formed on an SOI substrate and having a standby mode and an active mode,
A first main power supply line to which a first power supply potential is applied from the outside;
A first sub power supply line provided corresponding to the first main power supply line;
A second main power supply line to which a second power supply potential is applied from the outside;
A second sub power supply line provided corresponding to the second main power supply line;
A plurality of inverter circuits connected in series, each including a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor connected in series between the first and second sub-power supply lines;
A first connection that is connected between the first main power supply line and the first sub power supply line and that conducts during the active mode period and applies the first power supply potential to the first sub power supply line. means,
A second connection connected between the second main power supply line and the second sub power supply line and conducting during the active mode period to apply the second power supply potential to the second sub power supply line. means,
Of the plurality of inversion circuits, provided corresponding to a p-channel MOS transistor that is non-conductive during the standby mode period, the predetermined period of the standby mode period is the source region and drain of the corresponding p-channel MOS transistor A body region between the regions is fixed to a boosted potential equal to or higher than the first power supply potential, and during other periods, the first body potential switching means for floating the body region; and Provided corresponding to the n-channel MOS transistor that is rendered non-conductive during the standby mode period, a predetermined period of the standby mode period includes a body region between the source region and the drain region of the corresponding n-channel MOS transistor. The step-down potential is fixed to the second power supply potential or lower, and during other periods A semiconductor device comprising second body potential switching means for floating the body region.
それぞれが、ドレイン同士が接続されたpチャネルMOSトランジスタおよびnチャネルMOSトランジスタを含み、直列接続された複数の反転回路、
外部から第1の電源電位が与えられ、前記複数の反転回路のうちの前記スタンバイモード期間に導通するpチャネルMOSトランジスタのソースに接続される第1の主電源ライン、
外部から第2の電源電位が与えられ、前記複数の反転回路のうちの前記スタンバイモード期間に導通するnチャネルMOSトランジスタのソースに接続される第2の主電源ライン、
前記第1の主電源ラインから前記第1の電源電位が与えられ、前記複数の反転回路のうちの前記スタンバイモード期間に非導通になるpチャネルMOSトランジスタのソースに接続される第1の副電源ライン、
前記第2の主電源ラインから前記第2の電源電位が与えられ、前記複数の反転回路のうちの前記スタンバイモード期間に非導通になるnチャネルMOSトランジスタのソースに接続される第2の副電源ライン、
前記複数の反転回路のうちの前記スタンバイモード期間に非導通になるpチャネルMOSトランジスタに対応して設けられ、前記スタンバイモード期間のうちの予め定める期間は対応のpチャネルMOSトランジスタのソース領域とドレイン領域の間にあるボディ領域を前記第1の電源電位以上の昇圧電位に固定し、それ以外の期間は該ボディ領域をフローティングさせる第1のボディ電位切換手段、および
前記複数の反転回路のうちの前記スタンバイモード期間に非導通になるnチャネルMOSトランジスタに対応して設けられ、前記スタンバイモード期間のうちの予め定める期間は対応のnチャネルMOSトランジスタのソース領域とドレイン領域の間にあるボディ領域を前記第2の電源電位以下の降下電位に固定し、それ以外の期間は該ボディ領域をフローティングさせる第2のボディ電位切換手段を備える、半導体装置。 A semiconductor device formed on an SOI substrate and having a standby mode and an active mode,
A plurality of inverting circuits connected in series, each including a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor with their drains connected;
A first main power supply line externally supplied with a first power supply potential and connected to a source of a p-channel MOS transistor that is conductive during the standby mode period of the plurality of inversion circuits;
A second main power supply line externally supplied with a second power supply potential and connected to a source of an n-channel MOS transistor that is conductive during the standby mode period of the plurality of inversion circuits;
A first sub-power supply that is supplied with the first power supply potential from the first main power supply line and is connected to the source of a p-channel MOS transistor that becomes non-conductive during the standby mode period of the plurality of inversion circuits. line,
A second sub-power supply that is supplied with the second power supply potential from the second main power supply line and is connected to the source of an n-channel MOS transistor that becomes non-conductive during the standby mode period of the plurality of inversion circuits. line,
Of the plurality of inverting circuits, provided corresponding to a p-channel MOS transistor that is non-conductive during the standby mode period, the predetermined period of the standby mode period is the source region and drain of the corresponding p-channel MOS transistor A body region between the regions is fixed to a boosted potential equal to or higher than the first power supply potential, and during other periods, the first body potential switching means for floating the body region; and Provided corresponding to the n-channel MOS transistor that becomes non-conductive during the standby mode period, the predetermined period of the standby mode period is a body region between the source region and the drain region of the corresponding n-channel MOS transistor. The drop potential is fixed to the second power supply potential or lower, and during other periods A semiconductor device comprising second body potential switching means for floating the body region.
前記第2のボディ電位切換手段は、前記スタンバイモード期間において予め定める周期で前記nチャネルMOSトランジスタのボディ領域を前記降圧電位にパルス的に固定する、請求項3から請求項5までのいずれかに記載の半導体装置。 The first body potential switching means pulse-fixes the body region of the p-channel MOS transistor to the boosted potential at a predetermined cycle in the standby mode period,
The second body potential switching means pulse-fixes the body region of the n-channel MOS transistor at the step-down potential in a predetermined cycle in the standby mode period. The semiconductor device described.
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