JP3498090B2 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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JP3498090B2
JP3498090B2 JP2002012289A JP2002012289A JP3498090B2 JP 3498090 B2 JP3498090 B2 JP 3498090B2 JP 2002012289 A JP2002012289 A JP 2002012289A JP 2002012289 A JP2002012289 A JP 2002012289A JP 3498090 B2 JP3498090 B2 JP 3498090B2
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武定 秋葉
真志 堀口
隆夫 渡部
五郎 橘川
靖 川瀬
利一 立花
正和 青木
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高集積密度で待機
時の消費電流を低減した半導体集積回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit which has a high integration density and reduces the standby current consumption.

【0002】[0002]

【従来の技術】待機時の消費電力が極めて小さい半導体
集積回路としては、CMOS回路が周知である。入力が
ハイレベルの時は、pチャネルMOSトランジスタがオ
フで、nチャネルMOSトランジスタがオンであり、出
力の容量性負荷の放電が完了するとnチャネルMOSト
ランジスタがオフとなり、この状態では消費電力は無視
できる。入力がローレベルの時は、pチャネルMOSト
ランジスタがオンで、nチャネルMOSトランジスタが
オフであり、出力の容量性負荷の充電が完了するとpチ
ャネルMOSトランジスタがオフとなり、この状態でも
消費電力は同様に無視できる。一方、チップ内の内部回
路に微細化されたMOSトランジスタを使用し、かつ微
細化に伴うMOSトランジスタの降伏電圧低下に対処す
るため外部電源電圧より低い内部電源電圧をチップ内の
電圧降下回路(オンチップ電圧リミッタ)で発生し、こ
の内部電源電圧を内部回路に供給するようにした高集積
密度で半導体集積回路は、従来より、特開昭57−17
2761に記載されている。
2. Description of the Related Art A CMOS circuit is well known as a semiconductor integrated circuit that consumes very little power during standby. When the input is at the high level, the p-channel MOS transistor is off, the n-channel MOS transistor is on, and when the output capacitive load is completely discharged, the n-channel MOS transistor is turned off. In this state, the power consumption is ignored. it can. When the input is at the low level, the p-channel MOS transistor is on and the n-channel MOS transistor is off. When the output capacitive load is charged, the p-channel MOS transistor is turned off. Can be ignored. On the other hand, a miniaturized MOS transistor is used for the internal circuit in the chip, and an internal power supply voltage lower than the external power supply voltage is applied to the internal voltage drop circuit (ON A semiconductor integrated circuit with a high integration density, which is generated by a chip voltage limiter and supplies this internal power supply voltage to an internal circuit, has been disclosed in the prior art.
2761.

【0003】一方、特開昭63−140486には、電
源投入直後の内部回路の過渡電流の立上り速度を大きく
する一方、過渡電流のピーク値を抑制するため、外部電
源と内部回路との間にカレントミラー回路を接続して、
内部回路に供給する電流を制限するとともに、帰還によ
って内部回路への供給電圧の上昇を所定値でクランプす
る方式が開示されている。
On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 63-140486, the rise speed of the transient current in the internal circuit immediately after the power is turned on is increased, while the peak value of the transient current is suppressed. Connect the current mirror circuit,
A method is disclosed in which the current supplied to the internal circuit is limited and the increase in the voltage supplied to the internal circuit is clamped to a predetermined value by feedback.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近の
半導体集積回路に用いられる微細加工技術の進展は目覚
ましく、加工寸法0.1μmへと近づきつつある。チャ
ネル長が1μmのMOSトランジスタと比較すると、チ
ャネル長が0.1μm前後のMOSトランジスタはしき
い値電圧が低くなるとともにゲート・ソース間電圧がし
きい値電圧以下となってもドレイン電流は0とならな
い。このゲート・ソース間電圧がしきい値電圧以下の領
域でのリーク電流は、サブスレッショルド電流と呼ば
れ、ゲート・ソース間電圧に指数関数的に比例する。反
対に、しきい値電圧とは、ドレイン電流がゲート・ソー
ス間電圧に指数関数的に比例する領域で定義したもので
あり、例えばゲート幅が10μmの時に10nAのドレ
イン電流が流れるゲート・ソース間電圧である。微細化
にともなって生じるこのサブスレッショルド電流の増大
は集積回路の低消費電力化という要請に反するという問
題がある。特に、微細化されたMOSトランジスタを使
用した半導体集積回路の非動作状態の消費電力は、この
サブスレッショルド電流により決定され、このサブスレ
ッショルド電流を抑えることが低消費電力を達成するた
めに必要である。
However, the recent progress in fine processing technology used for semiconductor integrated circuits is remarkable, and the processing dimension is approaching 0.1 μm. Compared with a MOS transistor having a channel length of 1 μm, the MOS transistor having a channel length of about 0.1 μm has a lower threshold voltage and the drain current is 0 even if the gate-source voltage becomes less than the threshold voltage. I won't. The leak current in the region where the gate-source voltage is equal to or lower than the threshold voltage is called a subthreshold current and is exponentially proportional to the gate-source voltage. On the contrary, the threshold voltage is defined as a region in which the drain current is exponentially proportional to the gate-source voltage. For example, when the gate width is 10 μm, the drain current of 10 nA flows between the gate and the source. Voltage. This increase in subthreshold current caused by miniaturization has a problem that it is against the demand for lower power consumption of integrated circuits. In particular, the power consumption of a semiconductor integrated circuit using a miniaturized MOS transistor in a non-operating state is determined by this subthreshold current, and it is necessary to suppress this subthreshold current in order to achieve low power consumption. .

【0005】ところで、半導体メモリのワード線を駆動
するワードドライバをCMOS回路で構成することによ
り、半導体メモリの低消費電力化が実現される。しか
し、ワードドライバのCMOS回路のMOSトランジス
タを微細化すると下記の如き問題が生じる。すなわち、
ワード線の寄生容量が大きいので、ゲート幅の大きなM
OSトランジスタをワードドライバの駆動トランジスタ
に用いる必要がある。このためワードドライバのゲート
幅の総計は、DRAMチップ全体のゲート幅の総計のお
よそ半分にも達する。しかし、サブスレッショルド電流
はゲート幅に比例して増大するので、大きなゲート幅の
MOSトランジスタをワードドライバの駆動トランジス
タに用いるとワードドライバのCMOS回路の待機時の
消費電力が大きくなると言う問題が生じる。
By forming a word driver for driving a word line of a semiconductor memory with a CMOS circuit, low power consumption of the semiconductor memory can be realized. However, if the MOS transistor of the CMOS circuit of the word driver is miniaturized, the following problems occur. That is,
Since the parasitic capacitance of the word line is large, M with a large gate width
It is necessary to use the OS transistor as the drive transistor of the word driver. Therefore, the total gate width of the word driver reaches about half of the total gate width of the entire DRAM chip. However, since the subthreshold current increases in proportion to the gate width, using a MOS transistor having a large gate width as a drive transistor of a word driver causes a problem that power consumption of the CMOS circuit of the word driver in standby becomes large.

【0006】すなわち、半導体メモリは一般に多数のワ
ードドライバを用いているので、CMOS回路で構成さ
れたワードドライバの駆動MOSトランジスタのサブス
レッショルド電流を抑えることが必要となる。例えば、
4MbDRAMを例にすると、リフレッシュ期間16m
sec中約15.9msecの期間(実に99%以上の
期間)は全てのワード線が非選択状態の期間であり、こ
の非選択状態ではワードドライバの駆動MOSトランジ
スタのサブスレッショルド電流が流れることとなるの
で、非選択状態での消費電力は、ワードドライバで微細
化された駆動MOSトランジスタのサブスレッショルド
電流によって決定される。このような問題は、特に、電
池動作の半導体集積回路の場合に深刻な問題となる。
That is, since a semiconductor memory generally uses a large number of word drivers, it is necessary to suppress the subthreshold current of the drive MOS transistor of the word driver composed of the CMOS circuit. For example,
Taking a 4 Mb DRAM as an example, the refresh period is 16 m.
A period of about 15.9 msec (actually 99% or more) in sec is a period in which all word lines are in the non-selected state, and in this non-selected state, the subthreshold current of the drive MOS transistor of the word driver flows. Therefore, the power consumption in the non-selected state is determined by the subthreshold current of the drive MOS transistor miniaturized by the word driver. Such a problem becomes a serious problem particularly in the case of a battery-operated semiconductor integrated circuit.

【0007】一方、特開昭57−172761に開示さ
れた電圧降下回路の技術を上記のDRAMの如き半導体
メモリに適用したとすると、サブスレッショルド電流の
大きいMOSトランジスタを含む内部回路の内部電源電
圧はオンチップ電圧リミッタの出力から供給される。し
かし、この場合に、オンチップ電圧リミッタはその出力
電流に関しては電流制限の機能を有していないので、上
記で問題とされたサブスレッショルド電流を低減するこ
とはできない。
On the other hand, if the technique of the voltage drop circuit disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 57-172761 is applied to a semiconductor memory such as the above DRAM, the internal power supply voltage of an internal circuit including a MOS transistor having a large subthreshold current is Supplied from the output of the on-chip voltage limiter. However, in this case, the on-chip voltage limiter does not have the function of limiting the output current, so that the subthreshold current, which has been a problem, cannot be reduced.

【0008】一方、特開昭63−140486に開示さ
れたカレントミラー回路の技術を上記のDRAMの如き
半導体メモリに適用したとすると、サブスレッショルド
電流の大きいMOSトランジスタを含む内部回路の内部
電源電圧と内部電源電流とはカレントミラー回路の出力
トランジスタから供給される。しかし、この場合に、カ
レントミラー回路は内部回路の過渡電流のピーク値を所
定値以下に制限すると言う電流制限の機能を有するもの
の、この所定値に対応するサブスレッショルド電流は上
述のサブスレッショルド電流よりはるかに大きな値であ
り、やはり、上記で問題とされたサブスレッショルド電
流を低減することはできない。
On the other hand, if the technique of the current mirror circuit disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-140486 is applied to a semiconductor memory such as the above DRAM, the internal power supply voltage of an internal circuit including a MOS transistor having a large subthreshold current and The internal power supply current is supplied from the output transistor of the current mirror circuit. However, in this case, although the current mirror circuit has a current limiting function of limiting the peak value of the transient current of the internal circuit to a predetermined value or less, the subthreshold current corresponding to this predetermined value is smaller than the above-mentioned subthreshold current. It is a much larger value, and again, it is not possible to reduce the subthreshold current which has been a problem in the above.

【0009】従って、本発明の目的は、微細化されたC
MOS回路を使用しても、微細化に伴う大きなサブスレ
ッショルド電流によって待機時の消費電力が決定されな
い半導体集積回路を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to refine C
It is an object of the present invention to provide a semiconductor integrated circuit in which standby power consumption is not determined by a large subthreshold current due to miniaturization even if a MOS circuit is used.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するに
は、スイッチングMOSトランジスタを、複数のCMO
S回路に共通の第1の電源端子と外部電源端子或いはオ
ンチップ電圧リミッタの出力である内部電源端子との間
に具備し、スイッチングMOSトランジスタのゲート−
ソース間にしきい値電圧の絶対値よりも小さい電圧振幅
の制御信号が印加され、かつ複数のCMOS回路の第1
の電源端子と第2の電源端子が短絡された場合に、外部
電源端子或いはオンチップ電圧リミッタの出力である内
部電源端子から上記スイッチングMOSトランジスタの
ソース−ドレイン経路を通って流れる第1のサブスレッ
ショルド電流が、複数のCMOS回路に含まれるそのソ
ースが電気的に第1の電源端子に接続されたスイッチン
グMOSトランジスタと同導電型チャネルの複数のMO
Sトランジスタのゲート−ソース間にそのしきい値電圧
の絶対値よりも小さい電圧振幅の信号が印加され、かつ
スイッチングMOSトランジスタのソース−ドレイン間
が短絡された場合に、外部電源端子或いはオンチップ電
圧リミッタの出力である内部電源端子から複数のCMO
S回路のMOSトランジスタのソース−ドレイン経路を
通って流れる第2のサブスレッショルド電流よりも小さ
くなるようにスイッチングMOSトランジスタのデバイ
スパラメータを設定する。
In order to achieve such an object, a switching MOS transistor is provided with a plurality of CMOs.
It is provided between the first power supply terminal common to the S circuits and the external power supply terminal or the internal power supply terminal which is the output of the on-chip voltage limiter, and the gate of the switching MOS transistor is
A control signal with a voltage amplitude smaller than the absolute value of the threshold voltage is applied between the sources, and the first of the plurality of CMOS circuits is applied.
First subthreshold that flows from the external power supply terminal or the internal power supply terminal which is the output of the on-chip voltage limiter through the source-drain path of the switching MOS transistor when the power supply terminal of the switching MOS transistor and the second power supply terminal are short-circuited. A plurality of MOs having the same conductivity type channel as the switching MOS transistor whose source included in a plurality of CMOS circuits is electrically connected to the first power supply terminal
When a signal having a voltage amplitude smaller than the absolute value of the threshold voltage is applied between the gate and source of the S transistor and the source and drain of the switching MOS transistor are short-circuited, an external power supply terminal or an on-chip voltage Multiple CMOs from the internal power supply terminal which is the output of the limiter
The device parameter of the switching MOS transistor is set to be smaller than the second subthreshold current flowing through the source-drain path of the MOS transistor of the S circuit.

【0011】待機状態では、オフ状態の複数のCMOS
回路の電流はオフ状態のスイッチングMOSトランジス
タのサブスレッショルド電流に制限される。
In the standby state, a plurality of CMOS in the off state
The circuit current is limited to the subthreshold current of the switching MOS transistor in the off state.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明を実施例を用いて具体的に
述べる。なお、特に断らない限り端子名を表す記号は同
時に配線名,信号名も兼ね電源の場合はその電圧値も兼
ねるものとする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be specifically described with reference to Examples. Unless otherwise specified, a symbol representing a terminal name simultaneously serves as a wiring name and a signal name, and in the case of a power supply, also serves as a voltage value thereof.

【0013】図1は、本発明の第1の実施例を示す図で
ある。Ci(i=1〜n)はCMOSトランジスタを用
いて構成した論理回路又はドライバであるが、出力端子
Oiの駆動に注目しここでは単純なCMOSインバータ
を例にしている。Iiはその入力端子である。VSとV
Cは外部電源もしくは内部降圧回路又は内部昇圧回路等
の内部電圧変換回路で発生する内部電源からの電源線で
ある。外部電源電圧は、例えば1.5〜3.6V程度で
ある。VCは例えば1.5〜2.5Vに設定される。V
Sは通常0Vである。このCiとVCとの間にスイッチ
回路S1を挿入する。T1はこのスイッチ回路の制御端
子である。スイッチ回路S1には例えばMOSトランジ
スタやバイポーラトランジスタなどを用いる。N1はC
MOSインバータ群の第1の電源端子である。N2はC
MOSインバータ群の第2の電源端子である。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. Ci (i = 1 to n) is a logic circuit or driver configured by using CMOS transistors, but attention is focused on driving the output terminal Oi, and a simple CMOS inverter is taken as an example here. Ii is its input terminal. VS and V
C is a power supply line from an internal power supply generated by an external power supply or an internal voltage conversion circuit such as an internal voltage down converter or an internal voltage booster. The external power supply voltage is, for example, about 1.5 to 3.6V. VC is set to, for example, 1.5 to 2.5V. V
S is normally 0V. The switch circuit S1 is inserted between this Ci and VC. T1 is a control terminal of this switch circuit. For the switch circuit S1, for example, a MOS transistor or a bipolar transistor is used. N1 is C
It is the first power supply terminal of the MOS inverter group. N2 is C
It is the second power supply terminal of the MOS inverter group.

【0014】この回路の動作を図2を用いて説明する。
ここでは、動作時には1つの回路(ここではC1)のみ
が動作する場合を考える。すなわち、スイッチS1が動
作時に供給する電流はCiのうちの1回路分(ここでは
C1での消費電流)のみで良い。また、図2では、T1
が高レベルの時S1はオンし、T1が低レベルの時にS
1はオフする場合としている。
The operation of this circuit will be described with reference to FIG.
Here, consider a case where only one circuit (here, C1) operates during operation. In other words, the current supplied by the switch S1 during operation may be only one circuit of Ci (current consumption in C1 here). Further, in FIG. 2, T1
Is high when S1 is on and when T1 is low
1 is set to turn off.

【0015】最初の待機時は、Ciの入力Iiはすべて
高レベルVCで、出力Oiはすべて低レベルVSであ
る。この時、pチャネルMOSトランジスタは通常はオ
フ状態であり、nチャネルMOSトランジスタは通常は
オン状態である。しかし、微細化によってオフ状態のサ
ブスレッショルド電流が問題となる。すなわち、ここで
スイッチS1が無い場合に問題になるサブスレッショル
ド電流は、出力Oiが低レベルの時、オフのpチャネル
MOSトランジスタとオンのnチャネルMOSトランジ
スタを通してVCからVSに向かって流れる電流であ
る。本実施例では待機時にT1を低レベルに設定し、ス
イッチS1をオフさせる。しかし、スイッチS1をオフ
しても、スイッチS1のリーク電流を無視できない。し
かし、スイッチS1のリーク電流が上述のサブスレッシ
ョルド電流より小さく設定されている。従って、この
時、VCからCiへの最大電流はスイッチS1のリーク
電流である。これによって、低電圧動作のためにCiに
低いしきい値電圧を持つMOSトランジスタを用いたと
しても、Ciに流れる電流はサブスレッショルド電流で
決定されるのではなく小さなスイッチS1のリーク電流
によって決定される。よって待機時の消費電流も小さ
い。
During the first standby, all the inputs Ii of Ci are high level VC and the outputs Oi are all low level VS. At this time, the p-channel MOS transistor is normally off and the n-channel MOS transistor is normally on. However, due to miniaturization, the off-state subthreshold current becomes a problem. That is, the subthreshold current which becomes a problem when the switch S1 is not provided is a current flowing from VC to VS through the p-channel MOS transistor which is off and the n-channel MOS transistor which is on when the output Oi is at a low level. . In this embodiment, T1 is set to a low level during standby, and the switch S1 is turned off. However, even if the switch S1 is turned off, the leak current of the switch S1 cannot be ignored. However, the leak current of the switch S1 is set smaller than the above-mentioned subthreshold current. Therefore, at this time, the maximum current from VC to Ci is the leak current of the switch S1. As a result, even if a MOS transistor having a low threshold voltage is used for Ci for low voltage operation, the current flowing in Ci is determined not by the subthreshold current but by the leak current of the small switch S1. It Therefore, the current consumption during standby is also small.

【0016】次に、動作時となるとT1が高レベルとな
りS1がオンし、S1がC1の出力O1を充電するのに
必要な電流を供給する状態となる。ここで、入力I1が
低レベルVSへと変化し、出力O1は電源VCからの電
流によって電圧VCまで上昇する。その後入、力I1は
高レベルVCとなり出力O1は低レベルVSとなる。以
上の動作が完了すると再び待機状態でT1は低レベルと
なり、S1はオフする。
Next, at the time of operation, T1 becomes high level, S1 is turned on, and S1 is in a state of supplying the current necessary for charging the output O1 of C1. Here, the input I1 changes to the low level VS, and the output O1 rises to the voltage VC by the current from the power source VC. After that, the force I1 becomes high level VC and the output O1 becomes low level VS. When the above operation is completed, T1 becomes low level again in the standby state, and S1 is turned off.

【0017】尚、このスイッチS1はpチャネルMOS
トランジスタまたはpnpバイポーラトランジスタで形
成できる。
The switch S1 is a p-channel MOS.
It can be formed of a transistor or a pnp bipolar transistor.

【0018】図3は本発明の第2の実施例を示す図であ
る。図1と異なる点は、VCとCiとの間にスイッチS
1を設ける代わりに、VSとCiとの間にスイッチS2
を設けた点と、第1の電源端子N1と第2の電源端子N
2が逆になった点である。その他は図1と同じである。
この回路の動作を図4に示している。
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 is that the switch S is connected between VC and Ci.
Instead of providing 1, switch S2 between VS and Ci
, The first power supply terminal N1 and the second power supply terminal N
2 is the opposite. Others are the same as those in FIG.
The operation of this circuit is shown in FIG.

【0019】この図3の回路では、スイッチS2のリー
ク電流が入力Iiに低電位が印加された回路Ciのnチ
ャネルMOSトランジスタのサブスレッショルド電流よ
り小さく設定されている。従って、この時、CiからV
Sへの最大電流はスイッチS2のリーク電流である。こ
れによって、低電圧動作のためにCiに低いしきい値電
圧を持つMOSトランジスタを用いたとしても、Ciに
流れる電流はサブスレッショルド電流で決定されるので
はなく小さなスイッチS2のリーク電流によって決定さ
れる。よって待機時の消費電流も小さい。
In the circuit of FIG. 3, the leak current of the switch S2 is set to be smaller than the subthreshold current of the n-channel MOS transistor of the circuit Ci in which the low potential is applied to the input Ii. Therefore, at this time, from Ci to V
The maximum current to S is the leakage current of switch S2. As a result, even if a MOS transistor having a low threshold voltage is used for Ci for low voltage operation, the current flowing in Ci is not determined by the subthreshold current but by the leak current of the small switch S2. It Therefore, the current consumption during standby is also small.

【0020】尚、このスイッチS2はnチャネルMOS
トランジスタまたはnpnバイポーラトランジスタで形
成できる。
The switch S2 is an n-channel MOS.
It can be formed of a transistor or an npn bipolar transistor.

【0021】図5は、本発明の第3の実施例を示す図で
ある。本実施例では、図1の第1の実施例のスイッチS
1を具体的にpチャネルMOSトランジスタで構成して
いる。このpチャネルMOSトランジスタS1の電流駆
動能力は、低電位の入力Iiに応答して出力Oiを充電
する回路Ciの数を考慮して設定されている。一方、待
機時の消費電流を低減するには、上述のようにスイッチ
S1のリーク電流を小さな値にすることが必要となる。
このために、スイッチS1のpチャネルMOSトランジ
スタのデバイスパラメータを設定する必要がある。例え
ば、スイッチS1のpチャネルMOSトランジスタのゲ
ート幅は、回路C1、C2…Cnの全pチャネルMOS
トランジスタのゲート幅の総和よりも小さく、1つの回
路CiのpチャネルMOSトランジスタのゲート幅より
も大きく設定されている。リーク電流を小さくするため
には、スイッチS1のpチャネルMOSトランジスタの
しきい値電圧を大きくするか、ゲート長を大きくする
か、またはゲート絶縁膜厚を大きくすることでも可能で
ある。これによって、待機時の消費電流を小さく抑える
ことができる。
FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the switch S of the first embodiment shown in FIG.
1 is specifically composed of a p-channel MOS transistor. The current drive capability of the p-channel MOS transistor S1 is set in consideration of the number of circuits Ci that charge the output Oi in response to the low potential input Ii. On the other hand, in order to reduce the standby current consumption, it is necessary to reduce the leak current of the switch S1 to a small value as described above.
Therefore, it is necessary to set the device parameter of the p-channel MOS transistor of the switch S1. For example, the gate width of the p-channel MOS transistor of the switch S1 is the same as the p-channel MOS transistors of the circuits C1, C2 ...
It is set smaller than the total gate width of the transistors and larger than the gate width of the p-channel MOS transistors of one circuit Ci. In order to reduce the leak current, it is possible to increase the threshold voltage of the p-channel MOS transistor of the switch S1, increase the gate length, or increase the gate insulating film thickness. This makes it possible to reduce the current consumption during standby.

【0022】この回路の動作を図6を用いて説明する。
尚、動作時には1つの回路C1のみ高電位を出力するも
のである。
The operation of this circuit will be described with reference to FIG.
It should be noted that only one circuit C1 outputs a high potential during operation.

【0023】まず、最初待機時において、先の実施例と
同様に、Ciの入力Iiはすべて高レベルVCとし、出
力Oiはすべて低電位VSである。また、C1,C2…
Cnのサブスレッショルド電流の総和よりもスイッチ素
子S1で流れるサブスレッショルド電流が小さいので、
共通電源端子Nの電位は徐々に低下する。すると例えば
回路C1のpチャネルMOSトランジスタを考えてみる
と、そのゲート電圧はVCであるが、ソース電圧はVC
より低くなる。すなわちpチャネルMOSトランジスタ
はさらに強いオフ状態となるので、サブスレッショルド
電流は大きく減少する。サブスレッショルド電流のゲー
ト・ソース間電圧依存性はおよそDECADE/100
mV程度である。従って、0.2Vも下がればサブスレ
ッショルド電流は1/100となってしまうのである。
従って、待機時の期間がある程度長くなると、端子Nの
電位低下によって消費電流は無視できるほど小さくでき
る。
First, in the first standby mode, all the inputs Ii of Ci are at the high level VC and all the outputs Oi are at the low potential VS, as in the previous embodiment. Also, C1, C2 ...
Since the subthreshold current flowing through the switch element S1 is smaller than the sum of the subthreshold currents of Cn,
The potential of the common power supply terminal N gradually decreases. Then, for example, considering a p-channel MOS transistor of the circuit C1, its gate voltage is VC, but its source voltage is VC.
Will be lower. That is, since the p-channel MOS transistor is turned off even more strongly, the subthreshold current is greatly reduced. The gate-source voltage dependence of the subthreshold current is approximately DECADE / 100
It is about mV. Therefore, the subthreshold current becomes 1/100 if the voltage drops by 0.2V.
Therefore, if the standby period becomes long to some extent, the potential consumption of the terminal N decreases, and the current consumption can be reduced to a negligible level.

【0024】動作時にpチャネルMOSトランジスタS
1をオンとするため、T1が低レベルVSとなることが
先の実施例との相違点であり、その他は先の実施例と同
様である。なお、このスイッチS1をpnpバイポーラ
トランジスタで構成することも可能である。
During operation, the p-channel MOS transistor S
Since T1 is turned on, the difference from the previous embodiment is that T1 becomes the low level VS, and the other points are the same as in the previous embodiment. The switch S1 can also be formed by a pnp bipolar transistor.

【0025】バイポーラトランジスタで構成する場合に
は、第1と第2の電源端子を持つ複数のCMOS回路の
少なくとも一方の電源端子と、外部電源端子或いはオン
チップ電圧リミッタの出力である内部電源端子との間に
npnまたはpnpのスイッチングバイポーラトランジ
スタを設ける。そして、この複数のCMOS回路の第1
と第2の電源端子をショートした時のスイッチングバイ
ポーラトランジスタがオフ状態でのリーク電流を、反対
にスイッチングバイポーラトランジスタをショートした
場合の(ショートしない)複数のCMOS回路がオフ状
態でのサブスレッショルド電流よりも小さくなるよう
に、スイッチングバイポーラトランジスタのデバイスパ
ラメータを設定する。デバイスパラメータとは例えばエ
ミッタ幅である。
In the case of a bipolar transistor, at least one power supply terminal of a plurality of CMOS circuits having first and second power supply terminals and an external power supply terminal or an internal power supply terminal which is an output of an on-chip voltage limiter. An npn or pnp switching bipolar transistor is provided between the two. The first of the plurality of CMOS circuits
And the leakage current when the switching bipolar transistor is off when the second power supply terminal is shorted, and the subthreshold current when multiple CMOS circuits are off when the switching bipolar transistor is shorted (not shorted). The device parameters of the switching bipolar transistor are set so that The device parameter is, for example, the emitter width.

【0026】図7は、本発明の第4の実施例を示す図で
ある。本実施例では図5で示した第3の実施例のスイッ
チS1と並列に電源VCとCiとの間に第1の電源端子
N1のポテンシャルをVCとVSとの間の所定のポテン
シャルに維持する電圧クランプ回路Lを有することを特
徴とする。
FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the potential of the first power supply terminal N1 is maintained in parallel with the switch S1 of the third embodiment shown in FIG. 5 between the power supplies VC and Ci at a predetermined potential between VC and VS. It is characterized by having a voltage clamp circuit L.

【0027】例えば、この記電圧クランプ回路Lは、ド
レインがVCに設定され、そのゲートが所定の電位に設
定され、そのソースが端子N1に接続されたソースフォ
ロワ動作のnチャネルMOSトランジスタで構成され
る。本実施例では、ゲートとドレインとが短絡されたダ
イオード接続のnチャネルMOSトランジスタによって
この電圧クランプ回路が実現されている。
For example, in the voltage clamp circuit L, the drain is set to VC, the gate is set to a predetermined potential, and the source is connected to the terminal N1. The source follower operation n-channel MOS transistor is formed. It In this embodiment, this voltage clamp circuit is realized by a diode-connected n-channel MOS transistor whose gate and drain are short-circuited.

【0028】この回路の特長と動作を図8を用いて説明
する。最初の状態は図5及び図6で説明した場合と同じ
である。この時、Ciの共通電源端子N1の電位は図8
に示すようにと電圧クランプ回路Lの有る場合(実線)
と無い場合(破線)では待機時において異なる。極めて
長い待機時が続くと、電圧クランプ回路Lが無い場合は
Ciで流れるサブスレッショルド電流とその他のリーク
電流によって端子N1の電位は最悪の場合VSまで低下
する。このため、待機時から動作時に移行するには、ま
ず共通電源端子N1を充電しなければならないので、こ
の充電完了まで動作状態への移行に遅延が生じる。これ
に対して、電圧クランプ回路Lを構成しているnチャネ
ルMOSトランジスタのしきい値電圧をVTとすると、
電圧クランプ回路Lがある場合には、共通電源端子Nの
電位はVC−VTまでしか低下しない。従って、動作状
態への移行が短時間で終了する。尚、入力にVCが印加
された待機時のCiのサブスレッショルド電流が先の実
施例と同様に無視できる程度に小さくなるように、N1
のクランプ電位VC−VTのレベルが設定されている。
例えば、VTを0.2Vとし、サブスレッショルド電流
のゲート・ソース間電圧依存性をDECADE/100
mVとするとサブスレッショルド電流を1/100以下
にできる。
The features and operation of this circuit will be described with reference to FIG. The initial state is the same as the case described with reference to FIGS. At this time, the potential of the common power supply terminal N1 of Ci is as shown in FIG.
When there is a voltage clamp circuit L as shown in (solid line)
If it does not exist (broken line), it differs during standby. If an extremely long standby time continues, the potential of the terminal N1 drops to VS in the worst case due to the subthreshold current flowing in Ci and other leakage current when there is no voltage clamp circuit L. Therefore, in order to shift from the standby state to the operating state, the common power supply terminal N1 must be charged first, so that there is a delay in shifting to the operating state until the charging is completed. On the other hand, if the threshold voltage of the n-channel MOS transistor forming the voltage clamp circuit L is VT,
When there is the voltage clamp circuit L, the potential of the common power supply terminal N drops only to VC-VT. Therefore, the transition to the operating state is completed in a short time. It should be noted that N1 is set so that the subthreshold current of Ci in the standby state when VC is applied to the input becomes small enough to be ignored as in the previous embodiment.
The level of the clamp potential VC-VT is set.
For example, when VT is 0.2 V, the gate-source voltage dependence of the subthreshold current is DECADE / 100.
If it is mV, the subthreshold current can be reduced to 1/100 or less.

【0029】本発明は、多数の同種のCMOS回路を含
む半導体集積回路が待機状態(電源電圧が実質的に供給
されない状態で、出力から有効データが出力することを
保証できない状態)となる動作モードを有する場合、こ
の待機状態の消費電流を低減するのに好適である。
According to the present invention, an operation mode in which a semiconductor integrated circuit including a large number of CMOS circuits of the same type is in a standby state (a state in which it is not possible to guarantee that valid data is output from the output when the power supply voltage is not substantially supplied) Is suitable for reducing the current consumption in the standby state.

【0030】半導体メモリ、例えば、ダイナミック形ラ
ンダムアクセスメモリ(DRAM)、スタティック形ラ
ンダムアクセスメモリ(SRAM)、或いはEEPRO
Mのような不揮発性メモリはワードデコーダ、ワードド
ライバ、Y系デコーダ、Y系ドライバを有する。従っ
て、出力から有効データが出力することを保証できない
半導体メモリの待機状態で、このようなデコーダやドラ
イバの消費電流を大きく削減すれば、長時間の電池動作
を保証することができる。
Semiconductor memory, for example, dynamic random access memory (DRAM), static random access memory (SRAM), or EEPRO
A non-volatile memory such as M has a word decoder, a word driver, a Y system decoder, and a Y system driver. Therefore, in the standby state of the semiconductor memory in which it cannot be guaranteed that valid data is output, the battery operation can be guaranteed for a long time by greatly reducing the current consumption of such a decoder or driver.

【0031】本発明のCMOS回路をこのようなデコー
ダやドライバに適用することにより、消費電流が大きく
削減され、長時間の電池動作を保証することができる。
By applying the CMOS circuit of the present invention to such a decoder or driver, current consumption can be greatly reduced and long-time battery operation can be guaranteed.

【0032】図9は本発明をダイナミック形ランダムア
クセスメモリのワードドライバ・デコーダに適用した例
を示す図である。WD1〜WD8はワードドライバであ
り図1のCiに相当し、これに電源VCHから電流を供
給するスイッチがS11である。またXD1はデコーダ
でありこれもまた図1のCiに相当し、これに電源VC
Lから電流を供給するスイッチがS12である。ワード
ドライバWD1〜WD8用の電源電圧VCHはメモリセ
ル(図示せず)の蓄積電圧を充分に取るために必要な高
い電圧に設定される。例えば、メモリセルの蓄積電圧を
1.5Vとすると、VCHは2.5Vにする。デコーダ
XD1用の電源電圧VCLはメモリセルを直接駆動する
必要がないため、消費電流を下げかつスピードがあまり
劣化しないようなできるだけ低い電圧に設定される。例
えば、1.5Vにする。このためVCHはVCLより高
く設定される。VCHは例えば外部電源電圧を昇圧する
ことによっても得られる。WD1〜WD8とXD1とで
回路ブロックXB1を構成し、このような回路ブロック
がXB1〜XBnとn個ある場合を示している。W11
〜Wn8はワード線である。WD1においてpMOSの
MW1とnMOSのMW2がワード線W11を駆動する
CMOSインバータである。また、XDPHはプリチャ
ージ信号である。このWD1の基本的な動作は特開昭6
2−178013に示すようにnMOS MS1がオフ
の状態でXDPHでPMOSMP1をオンさせて端子N
3をVCHにプリチャージしCMOSインバータの出力
であるW11を低レベルVSにしておき、この後nMO
S MS1を選択的にオンさせてN3の電位を低下させ
てCMOSインバータを反転させるというものである。
pMOS MF1は誤動作防止用にCMOSインバータ
の出力から入力へ弱い帰還をかけるものである。MS1
の制御はXmと後述するデコーダの出力N2とで行な
う。従来このようなワードドライバにおいてpMOS
MW1は他のワードドライバと共に電源VCHに直接接
続していた。このMW1は一般にワード線の負荷が大き
いので、ゲート幅の大きいものを用いる。このため多数
あるワードドライバ全体でのゲート幅の総計はチップ全
体の論理回路のゲート幅の総計の大半を占めてしまう。
従来はこのような大きなゲート幅分のMOSが電源VC
Hに接続されていた。このため加工技術の微細化に伴う
MOSのソース・ドレイン間耐圧の低下にあわせて電源
電圧を下げ、この電源電圧下で高速動作を維持するため
にしきい値電圧を下げようとすると、サブスレッショル
ド電流が増加してしまうという問題を有していた。これ
は待機時電流の増加となり低電圧化により電池駆動がで
きても、消費電流の点から障害となる。本発明では、ワ
ードドライバの電源VCHと多数のワードドライバとの
間にスイッチS11を設ける。このスイッチS11の出
力VCHLに多数のワードドライバを接続している。こ
のスイッチS11はpMOSで構成しており、このpM
OSのゲート幅は一度に動作するワードドライバに電流
を供給できれば良いため小さくて済むのである。このp
MOSをVCHに接続しているためサブスレッショルド
電流も小さくて済むことになる。これによって、従来の
課題は解決される。例えば、MW1のゲート幅を20μ
mとし、ワードドライバ512ヶ毎に1ヶのS11を設
けるとすると、このS11内のT11で制御されるpM
OSのゲート幅は200μmもあれば良い。また、この
pMOSのしきい値電圧はMW1よりも絶対値で例えば
0.1V高く設定する。これによりサブスレッショルド
電流を3ケタ低減することができる。
FIG. 9 is a diagram showing an example in which the present invention is applied to a word driver / decoder of a dynamic random access memory. WD1 to WD8 are word drivers and correspond to Ci in FIG. 1, and a switch for supplying current from the power supply VCH to this is S11. XD1 is a decoder, which also corresponds to Ci in FIG.
A switch for supplying a current from L is S12. The power supply voltage VCH for the word drivers WD1 to WD8 is set to a high voltage necessary to take a sufficient storage voltage of a memory cell (not shown). For example, if the storage voltage of the memory cell is 1.5V, VCH is set to 2.5V. Since the power supply voltage VCL for the decoder XD1 does not need to directly drive the memory cell, it is set to a voltage as low as possible so that current consumption is reduced and speed is not deteriorated so much. For example, it is set to 1.5V. Therefore, VCH is set higher than VCL. VCH can also be obtained, for example, by boosting the external power supply voltage. The circuit block XB1 is configured by WD1 to WD8 and XD1, and there are n such circuit blocks XB1 to XBn. W11
Wn8 is a word line. In WD1, the pMOS MW1 and the nMOS MW2 are CMOS inverters that drive the word line W11. XDPH is a precharge signal. The basic operation of this WD1 is disclosed in JP-A-6
2-178013, when the nMOS MS1 is off, the XMPH turns on the PMOSMP1 to turn on the terminal N.
3 is precharged to VCH and W11 which is the output of the CMOS inverter is set to the low level VS.
The SMS1 is selectively turned on to lower the potential of N3 to invert the CMOS inverter.
The pMOS MF1 applies a weak feedback from the output to the input of the CMOS inverter to prevent malfunction. MS1
Is controlled by Xm and the output N2 of the decoder described later. Conventionally, in such a word driver, pMOS
The MW1 was directly connected to the power supply VCH along with other word drivers. In general, the MW1 has a large load on the word line, and therefore the one having a large gate width is used. For this reason, the total gate width of a large number of word drivers occupies most of the total gate width of the logic circuits of the entire chip.
Conventionally, the MOS for such a large gate width is the power supply VC.
It was connected to H. For this reason, if the power supply voltage is lowered in accordance with the decrease in the source-drain breakdown voltage of the MOS due to the miniaturization of processing technology, and the threshold voltage is lowered in order to maintain high-speed operation under this power supply voltage, the subthreshold current Had the problem of increasing. This increases the standby current, and even if the battery can be driven by lowering the voltage, it becomes an obstacle in terms of current consumption. In the present invention, the switch S11 is provided between the power supply VCH of the word driver and many word drivers. Many word drivers are connected to the output VCHL of the switch S11. This switch S11 is composed of pMOS, and this pM
The gate width of the OS can be small because it is sufficient that current can be supplied to the word drivers operating at one time. This p
Since the MOS is connected to VCH, the subthreshold current can be small. This solves the conventional problems. For example, the gate width of MW1 is 20μ
If m is set and one S11 is provided for every 512 word drivers, pM controlled by T11 in this S11
The gate width of the OS may be 200 μm. Further, the threshold voltage of this pMOS is set to be higher than MW1 in absolute value, for example, by 0.1V. This makes it possible to reduce the subthreshold current by three digits.

【0033】デコーダXD1の構成も同様である。ワー
ドドライバと異なる点はワードドライバのMS1の代わ
りに2段直列のnMOS MS21、MS22を配置し
ている点のみである。MD1,MD2がデコーダの出力
端子N2を駆動するCMOSインバータであり、MP2
はプリチャージ用のPMOSであり、XDPはプリチャ
ージ信号であり、MF2はCMOSインバータの出力か
ら入力へ弱い帰還をかけているpMOSである。MS2
1とMS22の制御はXiとXjとXkで行なう。従来
このようなデコーダにおいてもMD1は電源VCLに直
接接続されていた。このためVCLに多数のデコーダの
MOSが接続されることになり、加工技術の微細化が進
み電源電圧の低下にあわせてしきい値電圧を小さくする
と大きなサブスレッショルド電流が流れることになって
しまう。本発明を用いて、電源と多数のデコーダとの間
にスイッチS12を設けてやり、この出力VCLLとデ
コーダを接続する。こうすれば、このスイッチを構成す
るpMOSのゲート幅は動作する少数のデコーダに電流
を供給できれば良いので小さくて済む。このpMOSを
VCLに接続するため、サブスレッショルド電流も小さ
くできる。
The configuration of the decoder XD1 is similar. The only difference from the word driver is that nMOS MS21 and MS22 in two stages are arranged in place of MS1 of the word driver. MD1 and MD2 are CMOS inverters that drive the output terminal N2 of the decoder, and MP2
Is a PMOS for precharge, XDP is a precharge signal, and MF2 is a pMOS that provides weak feedback from the output of the CMOS inverter to the input. MS2
1 and MS22 are controlled by Xi, Xj, and Xk. Even in such a decoder, MD1 is conventionally directly connected to the power supply VCL. For this reason, a large number of decoder MOSs are connected to VCL, and if the processing technology becomes finer and the threshold voltage is made smaller as the power supply voltage drops, a large subthreshold current will flow. According to the present invention, a switch S12 is provided between the power supply and a large number of decoders, and this output VCLL is connected to the decoders. In this case, the gate width of the pMOS forming this switch can be made small as long as the current can be supplied to a small number of operating decoders. Since this pMOS is connected to VCL, the subthreshold current can be reduced.

【0034】次に、図10を用いてこの回路の動作を説
明する。/RASは図9には示していないがチップに印
加され、このワードドライバ・デコーダ群を動作させる
か否かを制御する信号である。この信号とやはりチップ
外部から印加するどのワード線を選択するかを指定する
いわゆるアドレス信号から、図9には示していないチッ
プ内の回路によって図9の回路を動作させるのに必要な
信号を発生する。最初、/RASは高レベルでありチッ
プは待機状態となっている。この時、Xiは高レベルV
CLであり、Xj及びXkは低レベルVSであるためM
S21及びMS22はオフしデコーダは非選択状態とな
っている。更にXDPは低レベルVSであるためpMO
S MP2はオンしデコーダのCMOSインバータの入
力N1はVCLにプリチャージされ、このため、デコー
ダの出力N2は低レベルVSとなっている。一方ワード
ドライバにおいてXmは高レベルVCLであり、又N2
は前述の通り低レベルVSであるのでnMOS MS1
はオフしている。また、XDPHは低レベルVSである
ためpMOS MP1はオンしN3は高レベルVCHに
プリチャージされており、よってワード線W11は低レ
ベルとなっている。他の、ワードドライバ・デコーダに
おいても同様であり全ワード線が低レベルVSとなって
いる。次に、動作状態となると/RASが低レベルとな
り、プリチャージ信号XDPは高レベルVCL、XDP
Hは高レベルVCHとなる。T11及びT12も低レベ
ルVSとなりスイッチS11及びS12をオンさせる。
さらに、Xi及びXmが低レベルVSとなりXj及びX
kが高レベルVCLとなる。これによって、M21及び
M22がオンするためにN1は低レベルVSまでXiに
向けて放電される。このため、N2が高レベルVCLと
なり、Xmが低レベルVSとなっているためMS1がオ
ンし、N3は低レベルVSまでXiに向けて放電され
る。これによって、W11が高レベルとなり、これと接
続されているメモリセルが選択されることになる。この
後、/RASが再び高レベルへ変化すると、Xi,X
j,Xk,Xmは待機時の状態に戻り、またXDP及び
XDPHも最初の状態に戻るためワードドライバ・デコ
ーダは非選択状態となり次の動作のためにプリチャージ
されることになる。なお、図9はワードドライバ・デコ
ーダの場合を示しているが、これはYドライバ・デコー
ダにも適用できる。この場合は、メモリセルを直接駆動
する必要がないため、一般に図9におけるVCHはVC
Lと同じ電位とすれば良い。
Next, the operation of this circuit will be described with reference to FIG. Although not shown in FIG. 9, / RAS is a signal which is applied to the chip and controls whether or not to operate this word driver / decoder group. From this signal and a so-called address signal that also specifies which word line to be applied from the outside of the chip, a signal necessary for operating the circuit of FIG. 9 by a circuit in the chip not shown in FIG. 9 is generated. To do. Initially, / RAS is high and the chip is in a standby state. At this time, Xi is high level V
CL and Xj and Xk are low level VS, so M
S21 and MS22 are turned off and the decoder is in a non-selected state. Furthermore, since XDP is low level VS, pMO
SMP2 is turned on and the input N1 of the CMOS inverter of the decoder is precharged to VCL, so that the output N2 of the decoder is at the low level VS. On the other hand, in the word driver, Xm is high level VCL, and N2
Is the low level VS as described above, the nMOS MS1
Is off. Since XDPH is at the low level VS, pMOS MP1 is turned on and N3 is precharged to the high level VCH, so that the word line W11 is at the low level. The same applies to the other word drivers / decoders, and all word lines are at the low level VS. Next, in the operating state, / RAS becomes low level, and the precharge signal XDP becomes high level VCL, XDP.
H becomes the high level VCH. T11 and T12 also become low level VS, and the switches S11 and S12 are turned on.
Further, Xi and Xm become low level VS, and Xj and Xm
k becomes the high level VCL. As a result, M21 and M22 are turned on, so that N1 is discharged toward Xi to the low level VS. For this reason, N2 is at the high level VCL and Xm is at the low level VS, so that MS1 is turned on, and N3 is discharged toward Xi to the low level VS. As a result, W11 becomes high level, and the memory cell connected to this is selected. After this, when / RAS changes to the high level again, Xi, X
Since j, Xk, and Xm return to the standby state, and XDP and XDPH also return to the initial state, the word driver / decoder is in the non-selected state and precharged for the next operation. Although FIG. 9 shows the case of the word driver / decoder, this can also be applied to the Y driver / decoder. In this case, since it is not necessary to directly drive the memory cell, VCH in FIG.
The potential may be the same as L.

【0035】図11に、図9のスイッチS11及びS1
2の制御回路の例を示す。MAがこの制御回路の入力信
号である。図11ではS11に対してT11をS12に
対してT12を設けていたが、この制御回路では、1つ
の出力信号TによってS11及びS12を制御する。こ
の回路の動作を図12を用いて説明する。/RASが高
レベルである非選択状態では、MAは低レベルVSであ
るため、nMOS MG2はオフしている。また、CM
OSインバータによってM1は高レベルVCLである。
このため、フリップフロップを構成し電源がVCHに接
続されたレベル変換回路において、M2は低レベルVS
となっており、pMOS MG1はオンしている。この
ためTは高レベルVCHとなっており、スイッチS11
及びS12はオフしている。次に/RASが高レベルと
なり、動作状態となるとMAは高レベルVCLとなり、
M1は低レベルVSとなる。これによって、NORのフ
リップフロップは反転し、M2は高レベルVCHとな
る。ここで、MAはnMOSMG2のゲートに入力して
いるため、MAが高レベルになった時点でnMOSMG
2はオンする。上述の動作によってM2が高レベルとな
るためpMOSMG1も遅れてオフするが、MG2のゲ
ート幅をMG1よりも充分に大きく設定しておくことに
よって、MAの高レベルVCLへの変化によってTを低
レベルVSとすることができる。動作時になったときな
るだけ早くスイッチS11及びS12をオンの状態にす
ることが高速動作に必要なことであるためこのような回
路構成を取ると良い。/RASが高レベルとなり非選択
状態に戻る場合には、まずMAが低レベルとなり、MG
2をオフする。ついでフリップフロップが動作してMG
1がオンし、Tを高レベルとする。これによって、スイ
ッチS11及びS12はオフする。
FIG. 11 shows the switches S11 and S1 of FIG.
An example of the second control circuit will be shown. MA is the input signal of this control circuit. In FIG. 11, T11 is provided for S11 and T12 is provided for S12, but this control circuit controls S11 and S12 by one output signal T. The operation of this circuit will be described with reference to FIG. In the non-selected state where / RAS is at the high level, MA is at the low level VS, so the nMOS MG2 is off. Also, CM
Due to the OS inverter, M1 is at high level VCL.
Therefore, in the level conversion circuit which constitutes the flip-flop and whose power source is connected to VCH, M2 is set to the low level VS.
And the pMOS MG1 is on. Therefore, T is a high level VCH, and the switch S11
And S12 are off. Next, / RAS becomes high level, and when it is in operation, MA becomes high level VCL,
M1 becomes low level VS. As a result, the NOR flip-flop is inverted and M2 becomes the high level VCH. Here, since MA is input to the gate of the nMOSMG2, when the MA becomes a high level, the nMOSMG
2 turns on. Although the pMOSMG1 is turned off with a delay because M2 becomes high level by the above-described operation, by setting the gate width of MG2 sufficiently larger than MG1, T changes to low level by changing MA to high level VCL. It can be VS. Since it is necessary for high-speed operation to turn on the switches S11 and S12 as soon as it is in operation, it is advisable to adopt such a circuit configuration. When / RAS goes high and returns to the non-selected state, MA goes low first and MG
Turn off 2. Then the flip-flop operates and MG
1 is turned on and T is set to a high level. As a result, the switches S11 and S12 are turned off.

【0036】図13は本発明の半導体メモリを記憶装置
Mに用いたデータ処理システムの構成を示す図である。
矢印は信号の流れを表わす。Mは本発明を用いたDRA
Mを、CPUはシステム全体を制御する処理装置を、R
AGはリフレッシュアドレス発生装置を、TCは制御信
号発生装置を、SLCTはCPUから送られてくるアド
レス信号とRAGから送られてくるリフレッシュアドレ
ス信号を切り換えるセレクト装置を、PFYはシステム
内の他の装置(例えば外部記憶装置,表示装置,数値演
算装置等)を示すものである。PFYは通信回線を通し
て他の情報処理装置と接続される場合もある。
FIG. 13 is a diagram showing the configuration of a data processing system using the semiconductor memory of the present invention for the memory device M.
Arrows indicate the flow of signals. M is DRA using the present invention
M, CPU is a processing unit that controls the entire system,
AG is a refresh address generator, TC is a control signal generator, SLCT is a select device for switching an address signal sent from a CPU and a refresh address signal sent from RAG, and PFY is another device in the system. (For example, an external storage device, a display device, a numerical operation device, etc.) are shown. The PFY may be connected to another information processing device through a communication line.

【0037】DATAはCPUとMとの間で通信される
データで、AicはCPUで発生するアドレス信号で、
AirはRAGで発生するリフレッシュアドレス信号
で、AiはSLCTで選択されMに送られるアドレス信
号で、STはCPUからRAGに送られるステイタス信
号で、BSはTCからCPUへのビジイ信号で、SEは
TCから送られるSLCTの起動をかける信号で、/R
AS及び/CASは本発明を用いたDRAMの起動をか
ける信号である。SGはCPUとシステム内の他の装置
との信号のやりとりをまとめて表わしたものである。M
としてはSRAMやEEPROM等も考えられる。この
時はもちろんそれに応じた起動信号や制御信号が存在す
る。
DATA is data communicated between the CPU and M, Aic is an address signal generated by the CPU,
Air is a refresh address signal generated by RAG, Ai is an address signal selected by SLCT and sent to M, ST is a status signal sent from CPU to RAG, BS is a busy signal from TC to CPU, and SE is Signal sent from TC to activate SLCT, / R
AS and / CAS are signals for activating the DRAM using the present invention. SG collectively represents the exchange of signals between the CPU and other devices in the system. M
An SRAM, an EEPROM or the like is also conceivable. At this time, of course, there are corresponding start signals and control signals.

【0038】図13の実施例では、/RAS信号と/C
AS信号とがハイレベルとされ、DRAMの記憶装置M
は先の実施例で説明したように超低消費電流の待機状態
に移行する。また、この時、CPUもスリープ命令によ
って、低消費電力の待機状態に、その他の周辺装置も低
消費電力の待機状態にすることもできる。
In the embodiment of FIG. 13, / RAS signal and / C
The AS signal is set to the high level, and the memory device M of the DRAM is
Shifts to the standby state of ultra-low current consumption as described in the previous embodiment. At this time, the CPU can also enter the low power consumption standby state and the other peripheral devices can also enter the low power consumption standby state by the sleep command.

【0039】本発明を用いた半導体集積回路では、電池
駆動に適した低い電源電圧下で、しきい値電圧の小さい
MOSトランジスタのサブスレッショルド電流よりも小
さい消費電流にすることができる。このため、高速で低
電圧でありかつ小さな待機時電流の半導体集積回路を実
現することができる。
In the semiconductor integrated circuit using the present invention, the consumption current can be made smaller than the subthreshold current of the MOS transistor having a small threshold voltage under a low power supply voltage suitable for battery driving. Therefore, it is possible to realize a semiconductor integrated circuit that operates at high speed, has a low voltage, and has a small standby current.

【0040】[0040]

【発明の効果】待機時に複数のCMOS回路に流れる電
流はこの複数のCMOS回路のサブスレッショルド電流
でなくスイッチトランジスタの小さなリーク電流で設定
される。かくして、CMOS回路を微細化し、サブスレ
ッショルド電流が大きくなっても、待機時の消費電流を
低減できる。
The current flowing through the plurality of CMOS circuits during standby is set not by the subthreshold currents of the plurality of CMOS circuits but by a small leak current of the switch transistor. Thus, even if the CMOS circuit is miniaturized and the subthreshold current becomes large, the standby current consumption can be reduced.

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

【図1】第1の実施例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment.

【図2】第1の実施例の動作を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an operation of the first embodiment.

【図3】第2の実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment.

【図4】第2の実施例の動作を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an operation of the second embodiment.

【図5】第3の実施例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment.

【図6】第3の実施例の動作を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an operation of the third embodiment.

【図7】第4の実施例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment.

【図8】第4の実施例の動作を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an operation of the fourth embodiment.

【図9】本発明のワードドライバ・デコーダへの適用を
示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an application of the present invention to a word driver / decoder.

【図10】図9の回路の動作を示す図である。10 is a diagram showing the operation of the circuit of FIG. 9. FIG.

【図11】制御回路の例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a control circuit.

【図12】図11の回路の動作を示す図である。12 is a diagram showing an operation of the circuit of FIG. 11. FIG.

【図13】本発明を用いたシステム構成を示す図であ
る。
FIG. 13 is a diagram showing a system configuration using the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

S,S1,S2,S11,S12…スイッチ、T,T
1,T2,T11,T12…スイッチ制御端子、Ci…
1度に少数しか動作しない多数の回路、N1,N2…電
源端子、VC…高電位側電源、VS…低電位側電源、I
…入力、O…出力、VCH…ワードドライバの高電位側
電源、VCL…デコーダの高電位側電源、WD1〜WD
8…ワードドライバ、XD1…デコーダ、XB1〜XB
n…ワードドライバ・デコーダ、W11〜Wn8…ワー
ド線、Xi,Xj,Xk,Xl…ワードドライバ・デコ
ーダ選択信号、MA…制御回路入力信号、M…メモリ,
DRAM、CPU…システム制御処理装置、SLT…ア
ドレスセレクト装置、RAG…リフレッシュアドレス発
生装置、TC…制御信号発生装置、PFY…システム内
の他の装置、DATA…データ信号、Aic,Air,
Ai…アドレス信号、ST…ステイタス信号、BS…ビ
ジイ信号、SE…起動信号、/RAS,/CAS…DR
AMの起動信号。
S, S1, S2, S11, S12 ... Switch, T, T
1, T2, T11, T12 ... Switch control terminal, Ci ...
Numerous circuits that operate only a small number at a time, N1, N2 ... Power supply terminals, VC ... High potential side power supply, VS ... Low potential side power supply, I
Input, O ... Output, VCH ... High potential side power source of word driver, VCL ... High potential side power source of decoder, WD1 to WD
8 ... Word driver, XD1 ... Decoder, XB1 to XB
n ... Word driver / decoder, W11 to Wn8 ... Word line, Xi, Xj, Xk, Xl ... Word driver / decoder selection signal, MA ... Control circuit input signal, M ... Memory,
DRAM, CPU ... System control processor, SLT ... Address select device, RAG ... Refresh address generator, TC ... Control signal generator, PFY ... Other devices in system, DATA ... Data signal, Aic, Air,
Ai ... Address signal, ST ... Status signal, BS ... Busy signal, SE ... Start signal, / RAS, / CAS ... DR
AM activation signal.

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 27/10 481 H01L 27/10 681F 27/108 H03K 19/00 (72)発明者 秋葉 武定 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイ スエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 堀口 真志 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 渡部 隆夫 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 橘川 五郎 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 川瀬 靖 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイ スエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 立花 利一 千葉県茂原市早野3681番地 日立デバイ スエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 青木 正和 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−48525(JP,A) 特開 昭61−150365(JP,A) 特開 昭56−56666(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/822 H01L 21/8238 H01L 21/8242 H01L 27/04 H01L 27/092 H01L 27/10 H01L 27/108 H03K 19/00 Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H01L 27/10 481 H01L 27/10 681F 27/108 H03K 19/00 (72) Inventor Takesada 3681 Hayano, Mobara-shi, Chiba Hitachi Devices Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Masashi Horiguchi 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Takao Watanabe 1-280, Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Center, Hitachi Ltd. (72) Inventor Goro Tachibagawa 1-280, Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo Inside Hitachi Central Research Laboratory (72) Inventor Yasushi Kawase 3681 Hayano, Mobara-shi, Chiba Hitachi Device Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Tachibana Riichi 3681 Hayano, Mobara-shi, Chiba Hitachi Device Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Masakazu Aoki 1-280, Higashi-Kengokubo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Central In-house (56) References JP-A-60-48525 (JP, A) JP-A-61-150365 (JP, A) JP-A-56-56666 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl . 7, DB name) H01L 21/822 H01L 21/8238 H01L 21/8242 H01L 27/04 H01L 27/092 H01L 27/10 H01L 27/108 H03K 19/00

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1電位点と第2電位点との間にソース・
ドレイン経路を有し、ソースが上記第1電位点に接続さ
れた第1導電型の第1MOSトランジスタを含む電子回
路と、 第3電位点と上記第1電位点との間にソース・ドレイン
経路を有し、ソースが上記第3電位点に接続された第1
導電型の第2MOSトランジスタとを有し、 上記第2MOSトランジスタのゲートに制御信号を印加
し、 上記制御信号を第1状態とすることにより上記第2MO
Sトランジスタをオン状態として、上記第1電位点と上
記第2電位点との間にオン状態の上記第1MOSトラン
ジスタのソース・ドレイン経路を介して電流が流れるこ
とを許容し、 上記制御信号を第2状態とすることにより上記第2MO
Sトランジスタをオフ状態として、上記第1電位点と上
記第2電位点との間にオフ状態の上記第1MOSトラン
ジスタのソース・ドレイン経路を介して流れるサブスレ
ッショルド電流を上記第2MOSトランジスタのオフ状
態の特性によって制限するものであって、 上記第3電位点と上記第2電位点とにより定められる動
作電圧は、内部降圧回路から供給される半導体集積回
路。
1. A source between a first potential point and a second potential point
A source-drain path is provided between an electronic circuit including a first conductivity type first MOS transistor having a drain path and a source connected to the first potential point, and a third potential point and the first potential point. a, the source is connected to the third potential point 1
A second MOS transistor of a conductive type, and by applying a control signal to the gate of the second MOS transistor to set the control signal to the first state, the second MO transistor is formed.
With the S transistor turned on, a current is allowed to flow between the first potential point and the second potential point via the source / drain path of the first MOS transistor in the on state, and the control signal By setting the second state, the second MO
When the S transistor is turned off, a subthreshold current flowing between the first potential point and the second potential point via the source / drain path of the first MOS transistor in the off state is applied to the second MOS transistor in the off state. A semiconductor integrated circuit, which is limited by a characteristic, wherein an operating voltage determined by the third potential point and the second potential point is supplied from an internal step-down circuit.
【請求項2】請求項1において、 上記半導体集積回路は、上記第MOSトランジスタと
並列に接続される電圧クランプ回路を更に有する半導体
集積回路。
2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, further comprising a voltage clamp circuit connected in parallel with the second MOS transistor.
【請求項3】請求項1または請求項2において、 上記電子回路はCMOS回路であって、上記第1MOS
トランジスタに直列接続される第2導電型の第3MOS
トランジスタを含半導体集積回路。
3. The electronic circuit according to claim 1 or 2, wherein the electronic circuit is a CMOS circuit,
Second conductivity type third MOS connected in series to the transistor
Including semiconductor integrated circuit the transistor.
【請求項4】請求項1乃至請求項3のいずれかにおい
て、 上記第2MOSトランジスタは、上記第1MOSトラン
ジスタのしきい値電圧の絶対値よりも高いしきい値電圧
の絶対値の電圧を有する半導体集積回路。
4. The semiconductor according to claim 1, wherein the second MOS transistor has a threshold voltage whose absolute value is higher than that of the first MOS transistor. Integrated circuit.
【請求項5】請求項1乃至請求項4のいずれかにおい
て、 上記電子回路は、上記第1電位点と上記第2電位点との
間にソース・ドレイン経路を有し、ソースが上記第1電
位点に接続された上記第1MOSトランジスタを複数有
する半導体集積回路。
5. The electronic circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the electronic circuit has a source / drain path between the first potential point and the second potential point, and the source is the first potential point. A semiconductor integrated circuit having a plurality of the first MOS transistors connected to a potential point.
【請求項6】請求項5において、 上記第2MOSトランジスタのゲート幅は、上記複数の
第1MOSトランジスタのゲート幅の総和よりも狭いゲ
ート幅を持つ半導体集積回路。
6. The semiconductor integrated circuit according to claim 5, wherein a gate width of the second MOS transistor is narrower than a sum of gate widths of the plurality of first MOS transistors.
【請求項7】請求項1乃至請求項6のいずれかにおい
て、 上記第2MOSトランジスタのゲート酸化膜厚は、上記
第1MOSトランジスタのゲート酸化膜厚よりも大きい
半導体集積回路。
7. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein a gate oxide film thickness of the second MOS transistor is larger than a gate oxide film thickness of the first MOS transistor.
【請求項8】 請求項1乃至請求項7のいずれかにおい
て、 上記サブスレッショルド電流は、上記第1MOSトラン
ジスタの加工寸法が0.1μm領域であることに起因し
て流れることを特徴とする半導体集積回路。
8. The semiconductor integrated device according to claim 1, wherein the subthreshold current flows due to a processing dimension of the first MOS transistor being in a region of 0.1 μm. circuit.
【請求項9】 第1導電型の第1MOSトランジスタと、 一つ以上のMOS回路を具備し、 上記一つ以上のMOS回路は、第1の電源端子に共通に
接続されるとともに第2の電源端子に共通に接続され、 上記第1導電型の第1MOSトランジスタのゲートは制
御信号で制御され、 上記第1導電型の第1MOSトランジスタのソースは第
1の動作電位に電気的に接続され、 上記第1導電型の第1MOSトランジスタのドレインは
上記第1の電源端子と電気的に接続され、 上記第2の電源端子は第2の動作電位に電気的に接続さ
れ、 上記一つ以上のMOS回路のそれぞれは、そのソースが
電気的に上記第1の電源端子に接続された第1導電型の
第2MOSトランジスタを含み、 上記第1MOSトランジスタは、上記一つ以上のMOS
回路のそれぞれに含まれる上記第2MOSトランジスタ
のゲート−ソース間にそのしきい値電圧の絶対値よりも
小さい電圧の信号が印加された場合に、上記第1の動作
電位から上記一つ以上のMOS回路のそれぞれに含まれ
る上記第1導電型の第2MOSトランジスタのソース−
ドレイン経路を通って上記第2の動作電位に流れるサブ
スレッショルド電流を所定のサブスレッショルド電流の
値に制限するものであって、 上記所定のサブスレッショルド電流は、上記第1導電型
の第1MOSトランジスタのゲート−ソース間に上記第
1導電型の第1MOSトランジスタのしきい値電圧の絶
対値よりも小さい電圧の上記制御信号が印加された場合
に、上記第1の動作電位から上記第1導電型の第1MO
Sトランジスタのソース−ドレイン経路を通って上記第
1の電源端子に流れるサブスレッショルド電流であり、 上記第1の動作電位と上記第2の動作電位とにより定め
られる動作電圧は内部降圧回路から供給される半導体集
積回路。
9. A first conductivity type first MOS transistor, and one or more MOS circuits, wherein the one or more MOS circuits are commonly connected to a first power supply terminal and a second power supply is provided. A gate of the first conductivity type first MOS transistor is commonly connected to a terminal, is controlled by a control signal, and a source of the first conductivity type first MOS transistor is electrically connected to a first operating potential; The drain of the first MOS transistor of the first conductivity type is electrically connected to the first power supply terminal, the second power supply terminal is electrically connected to a second operating potential, and the one or more MOS circuits are provided. Each include a second MOS transistor of the first conductivity type whose source is electrically connected to the first power supply terminal, and the first MOS transistor is the one or more MOS transistors.
When a signal having a voltage smaller than the absolute value of the threshold voltage is applied between the gate and the source of the second MOS transistor included in each of the circuits, the one or more MOSs are changed from the first operating potential. Source of the second MOS transistor of the first conductivity type included in each of the circuits
A subthreshold current flowing through the drain path to the second operating potential is limited to a value of a predetermined subthreshold current, and the predetermined subthreshold current is the first conductivity type first MOS transistor. When the control signal having a voltage smaller than the absolute value of the threshold voltage of the first MOS transistor of the first conductivity type is applied between the gate and the source, the first conductivity type of the first conductivity type is changed from the first operating potential. First MO
An operating voltage, which is a subthreshold current flowing through the source-drain path of the S transistor to the first power supply terminal and is determined by the first operating potential and the second operating potential, is supplied from an internal step-down circuit. Semiconductor integrated circuit.
【請求項10】 請求項9において、 上記半導体集積回路は、上記第1MOSトランジスタと
並列に接続される電圧クランプ回路をさらに有する半導
体集積回路。
10. The semiconductor integrated circuit according to claim 9, further comprising a voltage clamp circuit connected in parallel with the first MOS transistor.
【請求項11】 請求項9または請求項10において、 上記第1導電型の第1MOSトランジスタのゲート−ソ
ース間に上記第1導電型の第1MOSトランジスタのし
きい値電圧の絶対値よりも小さい電圧の上記制御信号が
印加され、かつ上記一つ以上のMOS回路に共通に接続
される上記第1の電源端子と上記第2の電源端子が短絡
された場合に、上記第1の動作電位から上記第1導電型
の第1MOSトランジスタのソース−ドレイン経路を通
って上記第2の動作電位に流れるサブスレッショルド電
流を第1のサブスレッショルド電流とし、 上記一つ以上のMOS回路のそれぞれに含まれる上記第
1導電型の第2MOSトランジスタのゲート−ソース間
にそのしきい値電圧の絶対値よりも小さい電圧の信号が
印加され、かつ上記第1導電型の第1MOSトランジス
タのソース−ドレイン間が短絡された場合に、上記第1
の動作電位から上記一つ以上のMOS回路のそれぞれに
含まれる上記第1導電型の第2MOSトランジスタのソ
ース−ドレイン経路を通って上記第2の動作電位に流れ
るサブスレッショルド電流を第2のサブスレッショルド
電流とし、 上記第1導電型の第1MOSトランジスタのデバイスパ
ラメータは、上記第1のサブスレッショルド電流が上記
第2のサブスレッショルド電流よりも小さくなるように
設定されている半導体集積回路。
11. The voltage smaller than the absolute value of the threshold voltage of the first conductivity type first MOS transistor between the gate and the source of the first conductivity type first MOS transistor according to claim 9 or 10. When the first power supply terminal and the second power supply terminal commonly connected to the one or more MOS circuits are short-circuited, The subthreshold current flowing to the second operating potential through the source-drain path of the first conductivity type first MOS transistor is referred to as a first subthreshold current, and the subthreshold current is included in each of the one or more MOS circuits. A signal having a voltage smaller than the absolute value of the threshold voltage is applied between the gate and the source of the first conductivity type second MOS transistor, and the first conductivity type is used. The source of the 1MOS transistor - when the drain is short-circuited, the first
From the operating potential to the second operating potential through the source-drain path of the second MOS transistor of the first conductivity type included in each of the one or more MOS circuits to the second subthreshold. And a device parameter of the first conductivity type first MOS transistor is set so that the first subthreshold current is smaller than the second subthreshold current.
【請求項12】 請求項9乃至請求項11のいずれかにお
いて、 上記MOS回路はCMOS回路である半導体集積回路。
12. The semiconductor integrated circuit according to claim 9, wherein the MOS circuit is a CMOS circuit.
【請求項13】 請求項9乃至請求項12のいずれかにお
いて、 上記第1MOSトランジスタのゲート酸化膜厚は、上記
第2MOSトランジスタのゲート酸化膜厚よりも大きい
半導体集積回路。
13. The semiconductor integrated circuit according to claim 9, wherein a gate oxide film thickness of the first MOS transistor is larger than a gate oxide film thickness of the second MOS transistor.
【請求項14】 請求項9乃至請求項13のいずれかにお
いて、 上記一つ以上のMOS回路のそれぞれに含まれる上記第
2MOSトランジスタのゲート−ソース間にそのしきい
値電圧の絶対値よりも小さい電圧の信号が印加された場
合に、上記第1の動作電位から上記一つ以上のMOS回
路のそれぞれに含まれる上記第1導電型の第2MOSト
ランジスタのソース−ドレイン経路を通って上記第2の
動作電位に流れるサブスレッショルド電流は、上記第2
MOSトランジスタの加工寸法が0.1μm領域である
ことに起因して流れることを特徴とする半導体集積回
路。
14. The absolute value of the threshold voltage between the gate and the source of the second MOS transistor included in each of the one or more MOS circuits, which is smaller than the absolute value of the threshold voltage. When a voltage signal is applied, the second operating potential is passed from the first operating potential through the source-drain path of the second MOS transistor of the first conductivity type included in each of the one or more MOS circuits. The subthreshold current flowing to the operating potential is
A semiconductor integrated circuit characterized in that it flows due to a processing dimension of a MOS transistor being in a region of 0.1 μm.
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