JP4869631B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

この発明は、半導体デバイスを用いた論理回路やメモリ回路において、回路動作の高速化、低消費電力化を図った半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device that achieves high-speed circuit operation and low power consumption in a logic circuit or a memory circuit using a semiconductor device.

従来のブートストラップ型パストランジスタ回路は、通常のMOSFET(パストランジスタ)のゲート電極に通常のMOSFETの分離トランジスタの一方電極が接続され、分離トランジスタの他方電極に付与される制御信号を分離トランジスタを介してパストランジスタのゲート電極に付与する回路構成を呈している。したがって、パストランジスタのゲート電極はフローティングゲート(FG)となる。このようなブートストラップ型パストランジスタは、例えば、非特許文献1に開示されている。   In a conventional bootstrap type pass transistor circuit, one electrode of a normal MOSFET isolation transistor is connected to the gate electrode of a normal MOSFET (pass transistor), and a control signal applied to the other electrode of the isolation transistor is passed through the isolation transistor. The circuit configuration applied to the gate electrode of the pass transistor is exhibited. Therefore, the gate electrode of the pass transistor becomes a floating gate (FG). Such a bootstrap type pass transistor is disclosed in Non-Patent Document 1, for example.

このブートストラップ型パストランジスタ回路の特徴は次のとおりである。パストランジスタのソース、ドレイン、ゲート電位は当初グランド電位(接地レベル)にある。分離トランジスタのゲートは電源電圧に設定する。まず、分離トランジスタのソース電位を“H”レベルに立ち上げる。この時、パストランジスタフローティングゲートの電位(FG電位)は容量結合による電荷再分配により中間レベルまで上昇する。   The characteristics of this bootstrap type pass transistor circuit are as follows. The source, drain and gate potentials of the pass transistor are initially at ground potential (ground level). The gate of the isolation transistor is set to the power supply voltage. First, the source potential of the isolation transistor is raised to “H” level. At this time, the potential of the pass transistor floating gate (FG potential) rises to an intermediate level by charge redistribution due to capacitive coupling.

次に、“H”レベルの入力信号がパストランジスタのソースに加わると、パストランジスタのFG電位がさらに上昇し、“H”レベルを超える電位に到達する。これにより、パストランジスタに電流が流れ、ソースからドレインに“H”レベルが伝播する。   Next, when an “H” level input signal is applied to the source of the pass transistor, the FG potential of the pass transistor further increases and reaches a potential exceeding the “H” level. As a result, current flows through the pass transistor, and the “H” level propagates from the source to the drain.

通常のトランジスタ1個のみで構成されるパストランジスタでは、ゲート電位が“H”レベルに到達するのみであるので、ドレイン電位は、“H”レベルから、パストランジスタの閾値電圧Vth分低い電圧までしか上昇しない(Vth落ち現象)。したがって、ブートストラップ回路は、単純なパストランジスタ回路を多段回路には用いることができないなどの問題点を回避し、Vth落ち現象なくドレイン電圧を“H”レベルまで到達させることができる。   In a pass transistor composed of only one normal transistor, the gate potential only reaches the “H” level, so the drain potential is only from “H” level to a voltage lower by the threshold voltage Vth of the pass transistor. Does not rise (Vth drop phenomenon). Therefore, the bootstrap circuit can avoid the problem that a simple pass transistor circuit cannot be used in a multi-stage circuit, and can reach the drain voltage to the “H” level without a Vth drop phenomenon.

K. Fujii, T. Douseki, “A Sub-1V Bootstrap Pass-Transistor Logic,” IEICE Trans. Electron., vol. E86-C, no. 4, pp.604-611, Apr. 2003.K. Fujii, T. Douseki, “A Sub-1V Bootstrap Pass-Transistor Logic,” IEICE Trans. Electron., Vol. E86-C, no. 4, pp.604-611, Apr. 2003.

しかし、この従来のブートストラップ回路でも、電源電圧が0.5V程度の低電圧では、トランジスタのオン動作電流が大きく低下し回路動作が遅くなるためさらなる工夫が必要であった。すなわち、トランジスタのゲート・ソース間電圧が0.5V程度になると、閾値電圧Vth(例えば0.2V)との差(ゲートオーバードライブ電圧(Vdd−Vth))が従来の1V程度から0.3Vとなり、大きく低下するため、オン電流が数分の1以下に低下し、負荷容量の充放電時間が長くなり、回路動作が遅くなるという問題点があった。   However, even in this conventional bootstrap circuit, when the power supply voltage is as low as about 0.5 V, the on-operation current of the transistor is greatly reduced and the circuit operation is slowed down, so that further contrivance is necessary. That is, when the gate-source voltage of the transistor is about 0.5V, the difference from the threshold voltage Vth (for example, 0.2V) (gate overdrive voltage (Vdd−Vth)) is about 0.3V from the conventional about 1V. Since the current is greatly reduced, the on-current is reduced to a fraction or less, the load capacity charge / discharge time is lengthened, and the circuit operation is delayed.

この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、高速かつ低消費電力動作が可能なブートストラップ回路を有する半導体装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a semiconductor device having a bootstrap circuit capable of high speed and low power consumption operation.

この発明に係る請求項1記載の半導体装置は、半導体基板、埋込み絶縁膜及びSOI層からなるSOI基板に形成される半導体装置であって、一方電極、他方電極、及び絶縁構造の制御電極を有する第1の導電型の第1のMISトランジスタと、一方電極、他方電極、及び絶縁構造の制御電極を有する第1の導電型の第2のMISトランジスタとを備え、前記第2のMISトランジスタの他方電極が前記第1のMISトランジスタの制御電極に接続され、前記第1のMISトランジスタ及び前記第2のMISトランジスタは、それぞれ前記SOI層内に他の素子と絶縁分離された第2の導電型のボディ領域を有し、前記第1のMISトランジスタは、制御電極とボディ領域とが電気的に接続される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device formed on an SOI substrate comprising a semiconductor substrate, a buried insulating film, and an SOI layer, comprising one electrode, the other electrode, and a control electrode having an insulating structure. A first MIS transistor of the first conductivity type, and a second MIS transistor of the first conductivity type having one electrode, the other electrode, and a control electrode having an insulating structure, the other of the second MIS transistors An electrode is connected to a control electrode of the first MIS transistor, and the first MIS transistor and the second MIS transistor are each of a second conductivity type isolated from other elements in the SOI layer. The first MIS transistor has a body region, and the control electrode and the body region are electrically connected.

この発明における請求項1記載の半導体装置の第1のMISトランジスタは、制御電極とボディ領域とが電気的に接続されており、第1のMISトランジスタの制御電極と一方電極との間に生じる容量成分として、ボディ領域と一方電極領域との間のPN接合容量が加算される分大きくなるため、一方電極,制御電極間の容量結合により、一方電極の電位変動に伴う制御電極の電位変動を大きくすることができる。その結果、第1のMISトランジスタの制御電極とボディ領域との電気的接続がない構造に比べ、第1のMISトランジスタの信号伝搬能力を高める効果を奏する。   In the first MIS transistor of the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, the control electrode and the body region are electrically connected, and the capacitance generated between the control electrode and one electrode of the first MIS transistor. As the component, the PN junction capacitance between the body region and the one electrode region is increased, so that the potential fluctuation of the control electrode accompanying the potential fluctuation of the one electrode is increased by capacitive coupling between the one electrode and the control electrode. can do. As a result, compared with a structure in which the control electrode of the first MIS transistor and the body region are not electrically connected, there is an effect of increasing the signal propagation capability of the first MIS transistor.

<実施の形態1〜実施の形態3>
(実施の形態1の回路構成)
図1はこの発明の実施の形態1であるアクティブボディバイアス制御(ABC)型ブートストラップ回路(ABCブートストラップ回路)の構成を示す回路図である。同図に示すように、NMOS構成のパストランジスタQ1のゲート電極(フローティングゲート電極)とボディ領域(電極)とを電気的に接続している。このパストランジスタQ1のソース電極がソース端子S1(一方信号端)、ドレイン電極がドレイン端子D1(他方信号端)として機能する(一方信号端及び他方信号端に接続されることを含む)ことにより、パストランジスタQ1を介してソース端子S1,ドレイン端子D1間に信号を伝搬させる。
<Embodiment 1 to Embodiment 3>
(Circuit configuration of Embodiment 1)
1 is a circuit diagram showing a configuration of an active body bias control (ABC) type bootstrap circuit (ABC bootstrap circuit) according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the gate electrode (floating gate electrode) and the body region (electrode) of the NMOS pass transistor Q1 are electrically connected. By functioning the source electrode of the pass transistor Q1 as the source terminal S1 (one signal end) and the drain electrode as the drain terminal D1 (the other signal end) (including being connected to one signal end and the other signal end), A signal is propagated between the source terminal S1 and the drain terminal D1 via the pass transistor Q1.

そして、パストランジスタQ1のフローティングゲートにNMOS構成の分離トランジスタQ2のドレインを接続する。分離トランジスタQ2のソース電極はソース端子S2(制御信号端)として機能し(制御信号端に接続されることを含む)、ソース端子S2より制御信号を受け、ゲート電極に電源Vddが付与される。   Then, the drain of the separation transistor Q2 having the NMOS structure is connected to the floating gate of the pass transistor Q1. The source electrode of the isolation transistor Q2 functions as the source terminal S2 (control signal terminal) (including being connected to the control signal terminal), receives the control signal from the source terminal S2, and applies the power source Vdd to the gate electrode.

このように、実施の形態1のABCブートストラップ回路は、NMOS構成のパストランジスタQ1においてゲート電極とボディ領域を接続した点を特徴とする。   As described above, the ABC bootstrap circuit of the first embodiment is characterized in that the gate electrode and the body region are connected in the NMOS pass transistor Q1.

また、ABCブートストラップ回路を構成するパストランジスタQ1及び分離トランジスタQ2はそれぞれSOI基板上に他の素子と素子分離して形成される。すなわち、パストランジスタQ1及び分離トランジスタQ2を含む、SOI基板上に形成され各素子は他の素子と絶縁分離されるため、ボディ領域がトランジスタごとに切り離されており、個々のトランジスタにおいてゲート電極とボディ領域とを電気的に接続しても、隣接形成される他のトランジスタのゲート電極と短絡することはない。なぜなら、SOI基板上に形成されるトランジスタでは、トランジスタ毎に薄膜Si層(SOI層)を絶縁分離できるためボディ領域をトランジスタごとに分離できるからである。   In addition, the pass transistor Q1 and the isolation transistor Q2 constituting the ABC bootstrap circuit are formed on the SOI substrate separately from other elements. In other words, each element formed on the SOI substrate including the pass transistor Q1 and the isolation transistor Q2 is insulated and isolated from other elements, so that the body region is separated for each transistor. Even if the region is electrically connected, there is no short circuit with the gate electrode of another transistor formed adjacently. This is because in a transistor formed on an SOI substrate, a thin film Si layer (SOI layer) can be insulated and separated for each transistor, so that a body region can be separated for each transistor.

(実施の形態2の回路構成)
図2はこの発明の実施の形態2であるABCブートストラップ回路の構成を示す回路図である。同図に示すように、実施の形態1の分離トランジスタQ2(図1参照)に置き換えて、NMOS構成の分離トランジスタQ3を設けたことを特徴としている。
(Circuit configuration of the second embodiment)
2 is a circuit diagram showing a configuration of an ABC bootstrap circuit according to a second embodiment of the present invention. As shown in the figure, an isolation transistor Q3 having an NMOS configuration is provided in place of the isolation transistor Q2 (see FIG. 1) of the first embodiment.

分離トランジスタQ3のソース電極はソース端子S3(制御信号端)として機能するとともに、ボディ領域と電気的に接続され、ゲート電極に電源Vddが付与され、ドレイン電極がパストランジスタQ1のゲート電極に接続される。なお、他の構成は図1で示した実施の形態1と同様である。   The source electrode of the isolation transistor Q3 functions as the source terminal S3 (control signal terminal), is electrically connected to the body region, the power supply Vdd is applied to the gate electrode, and the drain electrode is connected to the gate electrode of the pass transistor Q1. The Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

実施の形態2のABCブートストラップ回路では、ソース端子S3に“H”(レベルの)信号が入力された時にボディ領域の電位(ボディ電位)も同時に“H”へ変化し始め、分離トランジスタQ3の閾値電圧Vthが実施の形態1の分離トランジスタQ2の閾値電圧Vthよりも低下するため、実施の形態1に比べてより高速動作や低電圧動作を可能する効果を奏する。   In the ABC bootstrap circuit of the second embodiment, when an “H” (level) signal is input to the source terminal S3, the potential of the body region (body potential) also starts to change to “H” at the same time, and the isolation transistor Q3 Since the threshold voltage Vth is lower than the threshold voltage Vth of the isolation transistor Q2 of the first embodiment, the effect of enabling higher speed operation and lower voltage operation than that of the first embodiment is achieved.

(実施の形態3の回路構成)
図3はこの発明の実施の形態3であるABCブートストラップ回路の構成を示す回路図である。同図に示すように、実施の形態1の分離トランジスタQ2(図1参照)に置き換えて、NMOS構成の分離トランジスタQ4を設けたことを特徴としている。
(Circuit configuration of Embodiment 3)
3 is a circuit diagram showing a configuration of an ABC bootstrap circuit according to a third embodiment of the present invention. As shown in the figure, an NMOS separation transistor Q4 is provided in place of the separation transistor Q2 (see FIG. 1) of the first embodiment.

分離トランジスタQ4のソース電極はソース端子S4(制御信号端)として機能し、ゲート電極とボディ領域とが電気的に接続されるとともに、ゲート電極に電源Vddが付与され、ドレイン電極がパストランジスタQ1のゲート電極に接続される。なお、他の構成は図1で示した実施の形態1と同様である。   The source electrode of the isolation transistor Q4 functions as a source terminal S4 (control signal terminal), the gate electrode and the body region are electrically connected, the power supply Vdd is applied to the gate electrode, and the drain electrode is the pass transistor Q1. Connected to the gate electrode. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

実施の形態3のABCブートストラップ回路では、分離トランジスタQ4のゲート電極には電源電圧(Vdd)の“H”レベルがあらかじめ付与されているため、ゲート電極に電気的に接続されるボディ領域も“H”レベルになっている。そのため、分離トランジスタQ4の閾値電圧Vthがさらに低下し、ソース端子S1に“H”レベルが付与する前の段階で、パストランジスタQ1のフローティングゲート(FG)電位が、実施の形態1,実施の形態2以上に“H”レベルにより近づくことが可能となる。   In the ABC bootstrap circuit of the third embodiment, since the “H” level of the power supply voltage (Vdd) is previously applied to the gate electrode of the isolation transistor Q4, the body region electrically connected to the gate electrode is also “ H ”level. Therefore, the threshold voltage Vth of the isolation transistor Q4 further decreases, and the floating gate (FG) potential of the pass transistor Q1 is set to the first embodiment before the “H” level is applied to the source terminal S1. It becomes possible to get closer to “H” level to 2 or more.

(ボディ電位固定構造)
実施の形態1〜実施の形態3のパストランジスタQ1、実施の形態2の分離トランジスタQ3及び実施の形態3の分離トランジスタQ4はボディ電位が外部より設定可能なボディ電位固定構造を必要とする。
(Body potential fixed structure)
The pass transistor Q1 of the first to third embodiments, the isolation transistor Q3 of the second embodiment, and the isolation transistor Q4 of the third embodiment require a body potential fixing structure in which the body potential can be set from the outside.

これらのパストランジスタQ1、分離トランジスタQ3,Q4はSOI基板上に形成することにより、他の素子(トランジスタ)と絶縁分離した状態でのボディ電位固定が可能である。以下、その具体例を説明する。   By forming these pass transistors Q1 and isolation transistors Q3 and Q4 on the SOI substrate, it is possible to fix the body potential in a state of being isolated from other elements (transistors). Specific examples will be described below.

図4はT型ゲートによるボディ電位固定構造を示す平面図、 図5は図4のC−C断面図である。これらの図に示すように、ボディ固定構造トランジスタQB1はシリコン基板1、埋込絶縁膜2及びSOI層3からなるSOI基板上に形成される。SOI層3にはSOI層3の表面から埋込絶縁膜2にかけて貫通して完全分離膜4aが形成され、完全分離膜4aが周囲に形成されることによって、隣接形成される他の素子(トランジスタ)と絶縁分離されたSOI層3内に、ボディ固定構造トランジスタQB1を形成することができる。   4 is a plan view showing a body potential fixing structure with a T-type gate, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. As shown in these drawings, the body-fixed structure transistor QB1 is formed on an SOI substrate including the silicon substrate 1, the buried insulating film 2, and the SOI layer 3. A complete isolation film 4a is formed in the SOI layer 3 so as to penetrate from the surface of the SOI layer 3 to the buried insulating film 2, and the complete isolation film 4a is formed in the periphery, so that other elements (transistors) formed adjacently are formed. The body-fixed structure transistor QB1 can be formed in the SOI layer 3 that is insulated from the SOI layer 3.

SOI層3内に、P-ボディ領域5及びボディコンタクト領域6が互いに隣接して形成され、ドレイン領域9,ソース領域10間のP-ボディ領域5(チャネル領域)上にゲート絶縁膜(説明の都合上、図示せず)を介してT型ゲート電極7Aが形成され、T型ゲート電極7Aの横棒部(「−」)はP-ボディ領域5及びボディコンタクト領域6間の境界領域上に形成される。 A P body region 5 and a body contact region 6 are formed adjacent to each other in the SOI layer 3, and a gate insulating film (described in the description) is formed on the P body region 5 (channel region) between the drain region 9 and the source region 10. For convenience, a T-type gate electrode 7A is formed via a not-shown), and the horizontal bar portion (“-”) of the T-type gate electrode 7A is on the boundary region between the P body region 5 and the body contact region 6. It is formed.

このような構造のボディ固定構造トランジスタQB1におけるボディコンタクト領域6は、例えばアルミ配線等の外部配線を介することによりT型ゲート電極7Aあるいはソース領域10との電気的接続を図ることができる。   The body contact region 6 in the body-fixed structure transistor QB1 having such a structure can be electrically connected to the T-type gate electrode 7A or the source region 10 through an external wiring such as an aluminum wiring.

図6は部分トレンチ分離によるボディ電位固定構造を示す平面図、 図7は図6のD−D断面図である。これらの図に示すように、ボディ固定構造トランジスタQB2は、ボディ固定構造トランジスタQB1と同様、完全分離膜4aにより周囲に形成される他の素子と絶縁分離されるSOI層3内に形成される。   6 is a plan view showing a body potential fixing structure by partial trench isolation, and FIG. 7 is a sectional view taken along the line DD of FIG. As shown in these drawings, the body fixed structure transistor QB2 is formed in the SOI layer 3 that is insulated and isolated from other elements formed around by the complete isolation film 4a, like the body fixed structure transistor QB1.

SOI層3内に、P-ボディ領域5とボディコンタクト領域6とが部分分離膜4bを挟んで形成され、部分分離膜4bは下層部にP-ボディ領域5の一部(5a)が形成されているため、部分分離膜4b下のP-ボディ領域5の一部5aによって、P-ボディ領域5とボディコンタクト領域6とが電気的に接続される。 In the SOI layer 3, a P body region 5 and a body contact region 6 are formed with a partial isolation film 4b sandwiched therebetween, and the partial isolation film 4b has a part (5a) of the P body region 5 formed in a lower layer portion. Therefore, P body region 5 and body contact region 6 are electrically connected by part 5a of P body region 5 below partial isolation film 4b.

そして、ドレイン領域9,ソース領域10間のP-ボディ領域5(チャネル領域)上にゲート絶縁膜(説明の都合上、図示せず)を介してゲート電極7Bが形成される。 Then, gate electrode 7B is formed on P body region 5 (channel region) between drain region 9 and source region 10 via a gate insulating film (not shown for convenience).

このような構造のボディ固定構造トランジスタQB2におけるボディコンタクト領域6は、例えばアルミ配線等の外部配線を介することによりゲート電極7Bあるいはソース領域10との電気的接続を図ることができる。   The body contact region 6 in the body-fixed structure transistor QB2 having such a structure can be electrically connected to the gate electrode 7B or the source region 10 through an external wiring such as an aluminum wiring.

(直接ボディコンタクト(BC)構造)
図4〜図7で示したボディ固定構造トランジスタQB(QB1,QB2)は、外部配線よりボディコンタクト領域6とゲート電極7(7A,7B)との電気的接続を図っているが、直接BC構造による接続も考えられる。
(Direct body contact (BC) structure)
The body-fixed structure transistor QB (QB1, QB2) shown in FIGS. 4 to 7 has an electrical connection between the body contact region 6 and the gate electrode 7 (7A, 7B) from the external wiring. Connection by is also conceivable.

図8は直接BC構造例を示す斜視図である。図8では部分トレンチ分離構造における直接BC構造を示している。同図に示すように、ボディコンタクト領域6上に直接ボディコンタクト20を立設させるとともに、ゲート電極7Bをゲート幅方向に延長して形成し、ゲート電極7Bと直接ボディコンタクト20とを直接接続することにより、ゲート電極7Bとボディコンタクト領域6との電気的に接続を図っている。   FIG. 8 is a perspective view showing an example of a direct BC structure. FIG. 8 shows a direct BC structure in a partial trench isolation structure. As shown in the figure, the body contact 20 is directly erected on the body contact region 6 and the gate electrode 7B is formed extending in the gate width direction to directly connect the gate electrode 7B and the body contact 20 directly. Thus, the gate electrode 7B and the body contact region 6 are electrically connected.

(パストランジスタ及び分離トランジスタの構造)
(実施の形態3の構造)
図9は実施の形態3のパストランジスタ及び分離トランジスタのレイアウト構成を示す平面図であり、図10は図9のA−A断面図である。なお、図9及び図10では実施の形態3におけるパストランジスタQ1及び分離トランジスタQ4を示しており、パストランジスタQ1及び分離トランジスタQ4は共に部分トレンチ構造によるボディ電位固定構造を採用している。
(Structure of pass transistor and isolation transistor)
(Structure of Embodiment 3)
9 is a plan view showing a layout configuration of the pass transistor and the isolation transistor according to the third embodiment, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 9 and 10 show the pass transistor Q1 and the isolation transistor Q4 in the third embodiment, and both the pass transistor Q1 and the isolation transistor Q4 adopt a body potential fixing structure with a partial trench structure.

これらの図に示すように、パストランジスタQ1は、完全分離膜4aにより周囲に形成される他の素子(分離トランジスタQ4含む)と絶縁分離されたSOI層3内に形成される。   As shown in these drawings, the pass transistor Q1 is formed in the SOI layer 3 that is insulated and isolated from other elements (including the isolation transistor Q4) formed around by the complete isolation film 4a.

SOI層3内に、P-ボディ領域5とボディコンタクト領域6とが部分分離膜4bを挟んで形成され部分分離膜4b下のP-ボディ領域5の一部5aによって、P-ボディ領域5とボディコンタクト領域6とが電気的に接続される。 The SOI layer 3, P - by some 5a of the body region 5, P - - P under the body regions 5 and the body contact region 6 is formed across the partial isolation film 4b partial isolation film 4b and the body region 5 The body contact region 6 is electrically connected.

そして、ドレイン領域9,ソース領域10間のP-ボディ領域5(チャネル領域)上にゲート絶縁膜8を介してゲート電極7が形成される。さらに、ゲート電極7とボディコンタクト領域6とは、コンタクト21、アルミ配線31及びコンタクト22を介して電気的に接続される。 Then, the gate electrode 7 is formed on the P body region 5 (channel region) between the drain region 9 and the source region 10 via the gate insulating film 8. Furthermore, the gate electrode 7 and the body contact region 6 are electrically connected via the contact 21, the aluminum wiring 31 and the contact 22.

一方、分離トランジスタQ4は、SOI層3内に、P-ボディ領域13とボディコンタクト領域16とが部分分離膜4b(図10で図示せず)を挟んで形成され部分分離膜4b下のP-ボディ領域13の一部によって、P-ボディ領域13とボディコンタクト領域16とが電気的に接続される。 On the other hand, in the isolation transistor Q4, the P body region 13 and the body contact region 16 are formed in the SOI layer 3 with the partial isolation film 4b (not shown in FIG. 10) interposed therebetween, and the P under the partial isolation film 4b. P body region 13 and body contact region 16 are electrically connected by part of body region 13.

そして、ドレイン領域11,ソース領域12間のP-ボディ領域13(チャネル領域)上にゲート絶縁膜15を介してゲート電極14が形成される。さらに、ゲート電極14とボディコンタクト領域16とは、コンタクト25、アルミ配線33及びコンタクト26を介して電気的に接続される。 A gate electrode 14 is formed on the P body region 13 (channel region) between the drain region 11 and the source region 12 with a gate insulating film 15 interposed therebetween. Further, the gate electrode 14 and the body contact region 16 are electrically connected through the contact 25, the aluminum wiring 33 and the contact 26.

さらに、パストランジスタQ1のゲート電極7と、分離トランジスタQ4のドレイン領域11とが、コンタクト23、アルミ配線32及びコンタクト24を介して電気的に接続されることにより、図3で示した実施の形態3のABCブートストラップ回路が構成される。   Further, the gate electrode 7 of the pass transistor Q1 and the drain region 11 of the isolation transistor Q4 are electrically connected through the contact 23, the aluminum wiring 32, and the contact 24, so that the embodiment shown in FIG. 3 ABC bootstrap circuits are configured.

(実施の形態2の構造)
図11は実施の形態2の分離トランジスタのレイアウト構成を示す平面図であり、図12は図11のB−B断面図である。なお、図11及び図12では実施の形態2における分離トランジスタQ3を示しており、パストランジスタQ1及び分離トランジスタQ3は共に部分トレンチ構造によるボディ電位固定構造を採用している。
(Structure of Embodiment 2)
FIG. 11 is a plan view showing the layout configuration of the isolation transistor according to the second embodiment, and FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 11 and 12 show the isolation transistor Q3 in the second embodiment, and both the pass transistor Q1 and the isolation transistor Q3 adopt a body potential fixing structure with a partial trench structure.

分離トランジスタQ3は、分離トランジスタQ4と同様に構成されるが、図12に示すように、ソース領域12に近い領域にボディコンタクト領域17が形成され、ボディ領域13とボディコンタクト領域17とが部分分離膜4bを挟んで形成され部分分離膜4b下のP-ボディ領域13の一部13aによって、P-ボディ領域13とボディコンタクト領域16とが電気的に接続される。 Isolation transistor Q3 is configured in the same manner as isolation transistor Q4. However, as shown in FIG. 12, body contact region 17 is formed in a region near source region 12, and body region 13 and body contact region 17 are partially separated. P body region 13 and body contact region 16 are electrically connected by part 13a of P body region 13 formed under film 4b and under partial isolation film 4b.

そして、分離トランジスタQ3のソース領域12とボディコンタクト領域17とがコンタクト27、アルミ配線34及びコンタクト28を介して電気的に接続される。他の構成は図9及び図10で示した実施の形態3の構造と同様である。   The source region 12 of the isolation transistor Q3 and the body contact region 17 are electrically connected through the contact 27, the aluminum wiring 34, and the contact 28. Other configurations are the same as those of the third embodiment shown in FIGS.

(実施の形態1の構造)
基本的に、図9及び図10で示した実施の形態3の構造と同様である。ただし、分離トランジスタQ2は、分離トランジスタQ4のように、ボディコンタクト領域16とゲート電極14との電気的に接続は不要なため、分離トランジスタQ2においてはボディ電位固定構造を採用する必要はない。
(Structure of Embodiment 1)
The structure is basically the same as that of the third embodiment shown in FIGS. However, since the isolation transistor Q2 does not require electrical connection between the body contact region 16 and the gate electrode 14 unlike the isolation transistor Q4, the isolation transistor Q2 does not need to adopt a body potential fixing structure.

(実施の形態1〜実施の形態3の効果)
図13は実施の形態1〜実施の形態3のABCブートストラップ回路におけるパストランジスタのFG(フローティングゲート)電位を示すグラフである。なお、図13において、FG1〜FG3は実施の形態1〜実施の形態3のパストランジスタQ1のFG電位を示し、FG10は従来のブートストラップ回路のFG電位を示している。
(Effects of Embodiments 1 to 3)
FIG. 13 is a graph showing the FG (floating gate) potential of the pass transistor in the ABC bootstrap circuit of the first to third embodiments. In FIG. 13, FG1 to FG3 indicate the FG potential of the pass transistor Q1 in the first to third embodiments, and FG10 indicates the FG potential of the conventional bootstrap circuit.

図14は従来のブートストラップ回路の構成を示す回路図である。同図に示すように、パストランジスタQ7のソース電極及びドレイン電極はソース端子S7及びドレイン端子D7として機能しており、フローティングゲートに分離トランジスタQ8のドレイン電極が接続される。分離トランジスタQ8のソース電極はソース端子S8として機能し、ゲート電極に電源Vddが付与される。このパストランジスタQ7のFG電位がFG7となる。   FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional bootstrap circuit. As shown in the figure, the source electrode and the drain electrode of the pass transistor Q7 function as the source terminal S7 and the drain terminal D7, and the drain electrode of the isolation transistor Q8 is connected to the floating gate. The source electrode of the isolation transistor Q8 functions as the source terminal S8, and the power supply Vdd is applied to the gate electrode. The FG potential of this pass transistor Q7 becomes FG7.

図15は従来のブートストラップ回路のパストランジスタQ7に付随する容量を模式的に示した回路図である。同図に示すように、従来のパストランジスタQ7ではFG,ソース電極間にゲート・ソース間容量CGSが形成される。 FIG. 15 is a circuit diagram schematically showing the capacitance associated with the pass transistor Q7 of the conventional bootstrap circuit. As shown in the figure, in the conventional pass transistor Q7, a gate-source capacitance CGS is formed between the FG and the source electrode.

図16は実施の形態1のABCブートストラップ回路のパストランジスタQ1に付随する容量を模式的に示した回路図である。同図に示すように、パストランジスタQ1には従来のパストランジスタQ7と同様、ゲート・ソース間容量CGSが形成されるのに加え、ボディ領域とFGとが電気的に接続されることにより、ボディ領域とソース領域との間のPN接合によるボディ・ソース間容量CSBが加わる。 FIG. 16 is a circuit diagram schematically showing a capacitance associated with the pass transistor Q1 of the ABC bootstrap circuit of the first embodiment. As shown in the figure, the pass transistor Q1 has a gate-source capacitance CGS formed in the same manner as the conventional pass transistor Q7, and the body region and FG are electrically connected to each other. A body-source capacitance C SB due to a PN junction between the body region and the source region is added.

図13に戻って、VS1はパストランジスタQ1(Q7)のソース端子S1(S7)に付与するソース電圧、VS2は分離トランジスタQ2(Q3,Q4,Q8)のソース端子S2(S3,S4,S8)に付与するソース電圧を意味する。   Returning to FIG. 13, VS1 is a source voltage applied to the source terminal S1 (S7) of the pass transistor Q1 (Q7), and VS2 is a source terminal S2 (S3, S4, S8) of the separation transistor Q2 (Q3, Q4, Q8). Means the source voltage applied to

図13に示すように、FG電位FG1〜FG3,FG7はそれぞれソース電圧VS2,ソース電圧VS1に追従して上昇するが、FG電位FG1〜FG3は、従来のFG電位FG7よりも高い電位まで上昇する。   As shown in FIG. 13, the FG potentials FG1 to FG3 and FG7 rise following the source voltage VS2 and the source voltage VS1, respectively, but the FG potentials FG1 to FG3 rise to a potential higher than the conventional FG potential FG7. .

なぜなら、前述したように、実施の形態1〜実施の形態3のパストランジスタQ1のフローティングゲート(FG)とボディ領域とが電気的に接続されているため、パストランジスタQ1のFGとソース電極との結合容量は、ゲート・ソース間容量CGSとボディ・ソース間容量CSBとなり、ゲート・ソース間容量CGSのみのパストランジスタQ7に比べ容量成分が大きくなり、ソース電圧VS1の変動がパストランジスタのFGに伝わりやすくなるからである。 Because, as described above, the floating gate (FG) of the pass transistor Q1 and the body region of the first to third embodiments are electrically connected, the FG of the pass transistor Q1 is connected to the source electrode. The coupling capacitance is a gate-source capacitance C GS and a body-source capacitance C SB , the capacitance component is larger than that of the pass transistor Q 7 having only the gate-source capacitance C GS , and the fluctuation of the source voltage VS 1 It is because it becomes easy to be transmitted to FG.

その結果、実施の形態1〜実施の形態3のABCブートストラップ回路は、それぞれのFG電位FG1〜FG3の従来レベルを超える上昇により、パストランジスタQ1のオン電流は、従来の電流よりも大きくなり低い電源電圧においても、高速動作が可能となるという効果を奏する。   As a result, in the ABC bootstrap circuit according to the first to third embodiments, the on-current of the pass transistor Q1 becomes larger than the conventional current and lower due to the rise of the FG potentials FG1 to FG3 exceeding the conventional level. Even at the power supply voltage, there is an effect that high-speed operation is possible.

なお、FG電位FG2がFG電位FG1を上回るのは、実施の形態2の分離トランジスタQ3はソース端子S3とボディ領域とが電気的に接続されているため、分離トランジスタQ3のドレインにハイ電圧Vhが入力した場合に閾値電圧Vthが低下し(その電圧を閾値電圧Vth2とする)、FG電位FG2の上昇が実施の形態1の(Vh-Vth)から(Vh-Vth2)とハイ電圧Vhにより近いレベルまで高くなり、パストランジスタQ1の信号伝搬能力が促進されることに起因する。   Note that the FG potential FG2 exceeds the FG potential FG1 because the source terminal S3 and the body region of the isolation transistor Q3 of the second embodiment are electrically connected, and therefore the high voltage Vh is applied to the drain of the isolation transistor Q3. When input, the threshold voltage Vth decreases (the voltage is set to the threshold voltage Vth2), and the rise of the FG potential FG2 is a level closer to the high voltage Vh from (Vh-Vth2) to (Vh-Vth2) in the first embodiment. This is because the signal propagation capability of the pass transistor Q1 is promoted.

また、FG電位FG3がFG電位FG2を上回るのは、分離トランジスタQ4のゲート電極とボディ領域とが接続されており、ゲート電極にハイ電圧Vhがあらかじめ印加されているため、ボディ電位が(分離トランジスタQ4に付随する)RC遅延を生じさせることなく、“H”レベルとなっている分、分離トランジスタQ4の閾値電圧Vthがより低下することに起因する。   Further, the reason why the FG potential FG3 exceeds the FG potential FG2 is that the gate electrode and the body region of the isolation transistor Q4 are connected, and the high voltage Vh is applied in advance to the gate electrode. This is because the threshold voltage Vth of the isolation transistor Q4 is further lowered by the amount of "H" level without causing an RC delay (associated with Q4).

<実施の形態4>
図17はこの発明の実施の形態4である半導体装置としてのマンチェスタ加算器(半導体集積回路)の構成を示す回路図である。実施の形態4はマンチェスタ加算器のパストランジスタとして、実施の形態2のABCブートストラップ回路61〜64を用いている。
<Embodiment 4>
FIG. 17 is a circuit diagram showing a configuration of a Manchester adder (semiconductor integrated circuit) as a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. The fourth embodiment uses the ABC bootstrap circuits 61 to 64 of the second embodiment as pass transistors of the Manchester adder.

実施の形態1〜実施の形態3のABCブートストラップ回路はパストランジスタQ1のゲート信号がソース信号よりも先に到達する場合に高速化効果を発揮することから,マンチェスタ型加算器へ適用が効果的である。マンチェスタ型加算器とは,高速桁上げ伝搬を目的とした加算器で,各ビットiの入力ai,biから,桁上げ生成信号gi,桁上げ消失信号ki,桁上げ伝搬信号piiを,式(1)〜式(3)にように求められ、ビットiからの桁上げ信号ci+1は, 以下の式(4)で表される。 Since the ABC bootstrap circuit of the first to third embodiments exhibits a speed-up effect when the gate signal of the pass transistor Q1 reaches before the source signal, it is effective to be applied to a Manchester type adder. It is. The Manchester type adder is an adder for the purpose of high-speed carry propagation. From the inputs a i and b i of each bit i, a carry generation signal g i , a carry disappearance signal k i , and a carry propagation signal p i i is obtained as shown in equations (1) to (3), and a carry signal c i + 1 from bit i is expressed by the following equation (4).

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図17に示すように、ABCブートストラップ回路61はパストランジスタQ11及び分離トランジスタQ31により構成され、ABCブートストラップ回路62はパストランジスタQ12及び分離トランジスタQ32より構成され、ABCブートストラップ回路63はパストランジスタQ13及び分離トランジスタQ33より構成され、ABCブートストラップ回路64はパストランジスタQ14及び分離トランジスタQ34より構成され、パストランジスタQ11〜Q14、分離トランジスタQ31〜Q34の構成及び接続関係は、図2で示した実施の形態2のABCブートストラップ回路におけるパストランジスタQ1、分離トランジスタQ3と同様である。   As shown in FIG. 17, the ABC bootstrap circuit 61 includes a pass transistor Q11 and an isolation transistor Q31, the ABC bootstrap circuit 62 includes a pass transistor Q12 and an isolation transistor Q32, and the ABC bootstrap circuit 63 includes a pass transistor Q13. The ABC bootstrap circuit 64 includes a pass transistor Q14 and an isolation transistor Q34. The configurations and connection relationships of the pass transistors Q11 to Q14 and the isolation transistors Q31 to Q34 are the same as those shown in FIG. This is the same as the pass transistor Q1 and the separation transistor Q3 in the ABC bootstrap circuit of the second embodiment.

通常のマンチェスタ型加算器では,PMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタを抱き合わせとしたトランスファ・ゲートによりキャリ信号(桁上げ信号)を伝搬する構成であるが,実施の形態4で用いるABCブートストラップ回路61〜64は,図17で示すようにNMOSトランジスタのみで信号を伝搬し,桁上げ伝搬信号piを用いてパストランジスタQ11〜Q14のボディ領域を制御する。 In an ordinary Manchester type adder, a carry signal (carry signal) is propagated by a transfer gate in which a PMOS transistor and an NMOS transistor are combined, but the ABC bootstrap circuits 61 to 64 used in the fourth embodiment include As shown in FIG. 17, the signal is propagated only by the NMOS transistor, and the body region of the pass transistors Q11 to Q14 is controlled using the carry propagation signal p i .

以下、図17を参照して、具体的回路構成を説明する。ABCブートストラップ回路61〜64において、分離トランジスタQ31〜Q34のソース電極はそれぞれ桁上げ伝搬信号端として機能し、桁上げ伝搬信号p0〜p3を受ける。 Hereinafter, a specific circuit configuration will be described with reference to FIG. In ABC bootstrap circuit 61 to 64, respectively the source electrode of the isolation transistor Q31~Q34 function as carry propagate signal terminal, receiving the carry propagate signal p 0 ~p 3.

桁上げ信号c0を受けるバッファG11の出力部であるノードN0は桁上げ信号c0用の桁上げ信号端となる。 An output portion of the buffer G11 receiving a carry signal c 0 the node N0 is the carry signal terminal for carry signal c 0.

ABCブートストラップ回路61のパストランジスタQ11のソース電極はノードN0に接続され、ドレイン電極が桁上げ信号c1用の桁上げ信号端であるノードN1に接続される。このノードN1が桁上げ信号c1用の桁上げ信号端となる。 The source electrode of the pass transistor Q11 of ABC bootstrap circuit 61 is connected to the node N0, and a drain electrode connected to the node N1 is the carry signal terminal for carry signal c 1. The node N1 is the carry signal terminal for carry signal c 1.

ノードN1と電源Vddとの間にPMOSトランジスタQ51が介挿され、PMOSトランジスタQ51のゲートには反転桁上げ生成信号バーg0が付与される。ノードN1と接地レベルとの間にはNMOSトランジスタQ55が介挿され、NMOSトランジスタQ55のゲートには桁上げ消失信号k0が付与される。また、ノードN1より桁上げ信号c1が得られる。 Inserted PMOS transistor Q51 is mediated between the node N1 and the power supply Vdd, to the gate of the PMOS transistor Q51 inverted carry generate signal bar g 0 is given. An NMOS transistor Q55 is interposed between the node N1 and the ground level, and a carry disappearance signal k 0 is applied to the gate of the NMOS transistor Q55. A carry signal c 1 is obtained from the node N1.

ABCブートストラップ回路62のパストランジスタQ12のソース電極はノードN1に接続され、ドレイン電極がノードN2に接続される。このノードN2が桁上げ信号c2用の桁上げ信号端となる。 The source electrode of pass transistor Q12 of ABC bootstrap circuit 62 is connected to node N1, and the drain electrode is connected to node N2. The node N2 is the carry signal terminal for carry signal c 2.

ノードN2と電源Vddとの間にPMOSトランジスタQ52が介挿され、PMOSトランジスタQ52のゲートには反転桁上げ生成信号バーg1が付与される。ノードN2と接地レベルとの間にはNMOSトランジスタQ56が介挿され、NMOSトランジスタQ56のゲートには桁上げ消失信号k1が付与される。 PMOS transistor Q52 is inserted between the node N2 and the power supply Vdd, to the gate of the PMOS transistor Q52 inverted carry generate signal bar g 1 is assigned. Between the node N2 and the ground level NMOS transistor Q56 is interposed, the carry loss signal k 1 to the gate of the NMOS transistor Q56 is is applied.

ABCブートストラップ回路63のパストランジスタQ13のソース電極はノードN2に接続され、ドレイン電極がノードN3に接続される。このノードN3が桁上げ信号c2用の桁上げ信号端となる。 The source electrode of pass transistor Q13 of ABC bootstrap circuit 63 is connected to node N2, and the drain electrode is connected to node N3. The node N3 is the carry signal terminal for carry signal c 2.

ノードN3と電源Vddとの間にPMOSトランジスタQ53が介挿され、PMOSトランジスタQ53のゲートには反転桁上げ生成信号バーg2が付与される。ノードN3と接地レベルとの間にはNMOSトランジスタQ57が介挿され、NMOSトランジスタQ57のゲートには桁上げ消失信号k2が付与される。 PMOS transistor Q53 is inserted between the node N3 and the power supply Vdd, to the gate of the PMOS transistor Q53 inverted carry generate signal bar g 2 is assigned. Between the node N3 and the ground level NMOS transistor Q57 is interposed, the carry loss signal k 2 to the gate of the NMOS transistor Q57 is applied.

ABCブートストラップ回路64のパストランジスタQ14のソース電極はノードN3に接続され、ドレインがノードN4に接続される。このノードN4が桁上げ信号c2用の桁上げ信号端となる。 The source electrode of pass transistor Q14 of ABC bootstrap circuit 64 is connected to node N3, and the drain is connected to node N4. The node N4 is the carry signal terminal for carry signal c 2.

ノードN4と電源Vddとの間にPMOSトランジスタQ54が介挿され、PMOSトランジスタQ54のゲート電極には反転桁上げ生成信号バーg3が付与される。ノードN4と接地レベルとの間にはNMOSトランジスタQ58が介挿され、NMOSトランジスタQ58のゲート電極には桁上げ消失信号k3が付与される。また、ノードN4より得られる桁上げ信号c4がバッファG12を介して出力される。 PMOS transistor Q54 is inserted between the node N4 and the power source Vdd, to the gate electrode of the PMOS transistor Q54 is inverted carry generate signal bar g 3 is assigned. Between the node N4 and the ground level NMOS transistor Q58 is interposed, to the gate electrode of the NMOS transistor Q58 is carry loss signal k 3 is applied. Further, the carry signal c 4 obtained from the node N4 is outputted through the buffer G12.

上述したPMOSトランジスタQ51〜Q54は、ゲート電極に受ける反転桁上げ生成信号バーg0〜g3の制御下で、桁上げ生成を指示する“H”レベルの信号をノードN1〜N4に伝達する桁上げ生成信号伝達手段として機能し、NMOSトランジスタQ55〜Q58は、ゲート電極に受ける桁上げ消失信号k0〜k3の制御下で、桁上げ消失を指示する“L”レベルの信号をノードN1〜N4に伝達する桁上げ消失信号伝達手段として機能する。 PMOS transistor Q51~Q54 described above, transmits under the control of the inversion carry generation signal bar g 0 to g 3 which receives the gate electrode, the "H" level signal indicating a carry generated node N1~N4 digit function as carry generation signal transmitting means, NMOS transistor Q55~Q58 under the control of the carry loss signal k 0 to k 3 for receiving the gate electrode, and instructs the carry loss "L" level of the signal node N1~ It functions as a carry disappearance signal transmission means for transmission to N4.

図18は従来のマンチェスタ加算器を示す回路図である。以下、図18を参照して、具体的回路構成を説明する。バッファG11は桁上げ信号c0を受け、出力(ノードN0)がPMOSトランジスタQ61及びNMOSトランジスタQ71の一方電極に接続され、PMOSトランジスタQ61及びNMOSトランジスタQ71の他方電極がノードN1に接続される。また、PMOSトランジスタQ61のゲートには反転桁上げ伝搬信号バーp0が付与され、NMOSトランジスタQ71のゲート電極には桁上げ伝搬信号p0が付与される。 FIG. 18 is a circuit diagram showing a conventional Manchester adder. Hereinafter, a specific circuit configuration will be described with reference to FIG. Buffer G11 receives carry signals c 0, the output (node N0) is connected to one electrode of the PMOS transistor Q61 and NMOS transistors Q71, the other electrode of the PMOS transistor Q61 and NMOS transistor Q71 is connected to the node N1. Further, to the gate of the PMOS transistor Q61 is applied the inverted carry propagate signal bar p 0, carry propagate signal p 0 to the gate electrode of the NMOS transistor Q71 is applied.

ノードN1がPMOSトランジスタQ62及びNMOSトランジスタQ72の一方電極に接続され、PMOSトランジスタQ62及びNMOSトランジスタQ72の他方電極がノードN2に接続される。また、PMOSトランジスタQ62のゲートには反転桁上げ伝搬信号バーp1が付与され、NMOSトランジスタQ72のゲート電極には桁上げ伝搬信号p1が付与される。 Node N1 is connected to one electrode of PMOS transistor Q62 and NMOS transistor Q72, and the other electrode of PMOS transistor Q62 and NMOS transistor Q72 is connected to node N2. Further, to the gate of the PMOS transistor Q62 inverted carry propagate signal bar p 1 is applied, the carry propagate signal p 1 to the gate electrode of the NMOS transistor Q72 is applied.

ノードN2がPMOSトランジスタQ63及びNMOSトランジスタQ73の一方電極に接続され、PMOSトランジスタQ63及びNMOSトランジスタQ73の他方電極がノードN3に接続される。また、PMOSトランジスタQ63のゲートには反転桁上げ伝搬信号バーp2が付与され、NMOSトランジスタQ73のゲート電極には桁上げ伝搬信号p2が付与される。 Node N2 is connected to one electrode of PMOS transistor Q63 and NMOS transistor Q73, and the other electrode of PMOS transistor Q63 and NMOS transistor Q73 is connected to node N3. Further, to the gate of the PMOS transistor Q63 is applied the inverted carry propagate signal bar p 2, carry propagate signal p 2 to the gate electrode of the NMOS transistor Q73 is applied.

ノードN3がPMOSトランジスタQ64及びNMOSトランジスタQ74の一方電極に入力され、PMOSトランジスタQ64及びNMOSトランジスタQ74の他方電極がノードN4に接続される。また、PMOSトランジスタQ64のゲートには反転桁上げ伝搬信号バーp3が付与され、NMOSトランジスタQ74のゲート電極には桁上げ伝搬信号p3が付与される。 Node N3 is input to one electrode of PMOS transistor Q64 and NMOS transistor Q74, and the other electrode of PMOS transistor Q64 and NMOS transistor Q74 is connected to node N4. Further, to the gate of the PMOS transistor Q64 is applied the inverted carry propagate signal bar p 3, the gate electrode of the NMOS transistor Q74 is carry propagation signal p 3 is applied.

このようにPMOSトランジスタQ6j(j=1〜4のいずれか)とNMOSトランジスタQ7jとにより構成されるCMOSトランスファゲートを用いて、桁上げ信号c0〜g4を伝搬させたのが従来のマンチェスタ加算器である。なお、他の構成は、図17で示した実施の形態4のマンチェスタ加算器と同様であるため、説明を省略する。 As described above, the carry signals c 0 to g 4 are propagated by using the CMOS transfer gate constituted by the PMOS transistor Q6j (any of j = 1 to 4) and the NMOS transistor Q7j. It is a vessel. Other configurations are the same as the Manchester adder of the fourth embodiment shown in FIG.

実施の形態4のマンチェスタ加算器は従来のマンチェスタ加算器に比べ、CMOSトランスファゲート(Q61〜Q64,Q71〜Q74)の代わりにABCブートストラップ回路61〜64を用いることにより、トランスファゲートのPMOSトランジスタQ61〜64を削除することができる。これに伴い、PMOSトランジスタQ61〜Q64の制御信号を生成していた、反転桁上げ伝搬信号バーpi用XNORゲートが不要となるため,CMOSトランスファゲートを用いた従来のマンチェスタ(型)加算器よりもトランジスタ数を削減できる点においても、ABCブートストラップ回路61〜64を適用する利点がある。 Compared with the conventional Manchester adder, the Manchester adder of the fourth embodiment uses the ABC bootstrap circuits 61 to 64 instead of the CMOS transfer gates (Q61 to Q64, Q71 to Q74), so that the PMOS transistor Q61 of the transfer gate is used. ~ 64 can be deleted. Along with this, it was produced a control signal of the PMOS transistor Q61~Q64, than the inverted order carry propagate signal bar p i for XNOR gate is unnecessary, conventional Manchester using CMOS transfer gates (type) adder However, there is an advantage of applying the ABC bootstrap circuits 61 to 64 in that the number of transistors can be reduced.

なお、ABCブートストラップ回路61〜64として従来の一般的なブートストラップ回路を用いて実現した場合においても、CMOSトランスファゲートを用いた従来のマンチェスタ加算器に比べ、上述したトランジスタ数の削減できる点、ブートストラップ回路のパストランジスタを介して桁上げ信号c0〜g3を伝搬させることによる信号伝搬能力が優れる点において効果を有する。 Even when the ABC bootstrap circuits 61 to 64 are realized by using a conventional general bootstrap circuit, the number of transistors described above can be reduced as compared with a conventional Manchester adder using a CMOS transfer gate, This is effective in that the signal propagation capability is excellent by propagating the carry signals c 0 to g 3 through the pass transistors of the bootstrap circuit.

(実施の形態4の効果)
実施の形態4のマンチェスタ加算器の評価を行うために,0.18 μmのSOIプロセスにおいて,電源電圧を0.5 Vとし,BSIM3(カリフォルニア大学バークレー校によるシミュレーションバージョン3)にもとづくSOI用トランジスタ・モデルを用いてHSPICEにより回路シミュレーションを行った。
(Effect of Embodiment 4)
In order to evaluate the Manchester adder of the fourth embodiment, an SOI transistor model based on BSIM3 (simulation version 3 by the University of California, Berkeley) is used in a 0.18 μm SOI process with a power supply voltage of 0.5 V. Circuit simulation was performed by HSPICE.

NMOSトランジスタ、PMOSトランジスタそれぞれの閾値電圧は,Vth-n = 0.24 V, Vth-p = -0.34 Vとしている。ここで,閾値電圧Vthとは,ドレイン電圧VdsがVds = 1.8 Vの時,ドレイン電流IdsがIds = 1 μA/μmを満たすゲート電圧Vgsで定義しており,HSPICEシミュレーションにより算出した。   The threshold voltages of the NMOS transistor and the PMOS transistor are Vth-n = 0.24 V and Vth-p = −0.34 V, respectively. Here, the threshold voltage Vth is defined as a gate voltage Vgs that satisfies a drain current Ids of Ids = 1 μA / μm when the drain voltage Vds is Vds = 1.8 V, and was calculated by HSPICE simulation.

一方は図17に示す実施の形態4と等価な構成の4ビットのマンチェスタ型加算器を設計し,他方は実施の形態4のABCブートストラップ回路61〜64として一般的なブートストラップ回路を用いた場合を比較用マンチェスタ加算器として設計し、それぞれのマンチェスタ加算器を評価した。提案手法の適用に関しては,回路のセル・レイアウトを作成し,配線抵抗および容量を抽出している。パス・トランジスタのチャネル幅はWn = 2.0 μm,ブートストラップの 分離トランジスタ のチャネル幅はWn = 0.5 μmとした。そして、遅延時間,動作時電力,スタンバイ電力を評価項目とする。遅延時間の評価に関しては,各入力端子の前段および,各出力端子の後段にバッファを接続した状態で,入力電圧が(Vdd/2)を通過してから出力電圧が(Vdd/2)を通過するまでを遅延時間とした。   One is a 4-bit Manchester adder having a configuration equivalent to that of the fourth embodiment shown in FIG. 17, and the other is a general bootstrap circuit used as the ABC bootstrap circuits 61 to 64 of the fourth embodiment. The case was designed as a comparative Manchester adder and each Manchester adder was evaluated. Regarding the application of the proposed method, circuit cell layout is created and wiring resistance and capacitance are extracted. The channel width of the pass transistor was Wn = 2.0 μm, and the channel width of the bootstrap isolation transistor was Wn = 0.5 μm. The delay time, operating power, and standby power are evaluated items. Regarding the evaluation of the delay time, the input voltage passes (Vdd / 2) after the input voltage passes (Vdd / 2) with the buffer connected to the previous stage of each input terminal and the subsequent stage of each output terminal. The delay time is defined as the delay time.

表1に4ビットのマンチェスタ型加算器の遅延時間,消費電力,リーク電流に関する評価結果を示す。遅延時間は,最下位ビットへの桁上げ信号から最上位ビットまでの桁上げ信号に要する時間で,動作時電力はランダムな100パターンの入力信号を与えたときに100 ns間で消費される電力を表し,スタンバイ電力は入力信号を与えて5 ms後(動作が確実に終了している時間の経過後)の100ns間に消費される電力としている。   Table 1 shows the evaluation results regarding the delay time, power consumption, and leakage current of the 4-bit Manchester adder. The delay time is the time required for the carry signal from the least significant bit to the most significant bit. The operating power is the power consumed for 100 ns when a random input signal of 100 patterns is given. The standby power is the power consumed for 100 ns 5 ms after the input signal is applied (after the time when the operation has been finished reliably).

Figure 0004869631
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表1に示すように、実施の形態2のABCブートストラップ回路の適用により,実施の形態4のマンチェスタ加算器は、比較用のマンチェスタ加算器に比べ、遅延時間は89 %も短縮された。評価対象のマンチェスタ型加算器では,パストランジスタを直列に4段接続しているため,従来のブートストラップの構造では,それぞれのドレイン電極に付加する容量により出力電位の立ち上がりに要する遷移時間が長くなる。遷移時間の長いドレイン信号が次段のパス・トランジスタのソース電極へ入力されると,次段パストランジスタのゲート信号の上昇に遅れが生じる。これが原因で比較用のマンチェスタ加算器は高速に桁上げ信号が伝搬しない。   As shown in Table 1, with the application of the ABC bootstrap circuit of the second embodiment, the delay time of the Manchester adder of the fourth embodiment is shortened by 89% compared with the Manchester adder for comparison. In the Manchester type adder to be evaluated, four stages of pass transistors are connected in series. Therefore, in the conventional bootstrap structure, the transition time required for rising of the output potential is increased due to the capacitance added to each drain electrode. . When a drain signal having a long transition time is input to the source electrode of the next-stage pass transistor, a delay occurs in the rise of the gate signal of the next-stage pass transistor. For this reason, the carry signal does not propagate at high speed in the Manchester adder for comparison.

一方,実施の形態2のABCブートストラップ回路では,パストランジスタにおけるボディ領域へ電源Vdd以上のフォワード・バイアス印加によるVth削減効果,ボディ・ソース間容量CSByのカップリングによるパス・トランジスタのゲート電位を上昇させる効果(この効果は実施の形態1〜実施の形態3で共通)を有しているため、その結果、実施の形態4のマンチェスタ加算器の遅延時間の短縮に大きく貢献していることが示された。 On the other hand, in the ABC bootstrap circuit of the second embodiment, the Vth reduction effect by applying a forward bias higher than the power supply Vdd to the body region of the pass transistor, and the gate potential of the pass transistor by coupling of the body-source capacitance C SB y (This effect is common to the first to third embodiments), and as a result, greatly contributes to the reduction of the delay time of the Manchester adder of the fourth embodiment. It has been shown.

消費電力については,パストランジスタのドレイン信号を入力するゲート電極で消費される貫通電流によって消費される電力の削減効果により,ABCブートストラップ回路が低消費電力に有効であることを示している。なお、表1上は消費電力に大きな差はないが、これは遅延時間が大幅に短縮しているためであり、遅延時間の短縮量を減少させた場合(例えば、遅延時間を比較用のマンチェスタ加算器と同様にした場合)、消費電力を大幅に削減できることになる。   As for power consumption, the ABC bootstrap circuit is effective for low power consumption due to the effect of reducing the power consumed by the through current consumed by the gate electrode for inputting the drain signal of the pass transistor. Although there is no significant difference in power consumption in Table 1, this is because the delay time is greatly shortened, and when the amount of shortening of the delay time is reduced (for example, the delay time is compared with Manchester for comparison). In the same way as an adder), power consumption can be greatly reduced.

図19及び図20は、実施の形態4のマンチェスタ加算器の効果説明用のグラフである。図19は1段目のパストランジスタ(図17のパストランジスタQ11に相当、但し、比較用マンチェスタ加算器の場合は従来のブートストラップ回路のパストランジスタに相当)のフローティングゲート電圧(FG11,FG21)およびドレイン電圧(C11,C21)を比較している。   19 and 20 are graphs for explaining the effect of the Manchester adder according to the fourth embodiment. FIG. 19 shows the floating gate voltages (FG11, FG21) of the first-stage pass transistor (corresponding to the pass transistor Q11 of FIG. 17, but in the case of the comparison Manchester adder, equivalent to the pass transistor of the conventional bootstrap circuit) and The drain voltages (C11, C21) are compared.

図19に示すように、FG電位FG11及びFG電位FG21は共に電源電圧Vdd(500mA)以上まで上昇しているが,FG電位FG11はボディ・ソース間容量CSBのカップリング効果によって、上昇率が高い。これに伴い,桁上げ信号c1であるドレイン電圧C11の立ち上がりは高速となり,またVdd付近まで上昇している。 As shown in FIG. 19, but FG potential FG11 and FG potential FG21 are both raised to the power supply voltage Vdd (500mA) above, the FG potential FG11 coupling effect of the capacitor C SB between the body-source and rate of increase high. Accordingly, the rise of the drain voltage C11 is the carry signal c 1 becomes faster, also have risen to around Vdd.

図20は4段目のパストランジスタ(図17のパストランジスタQ14に相当、但し、比較用マンチェスタ加算器の場合は従来のブートストラップ回路のパストランジスタに相当)のFG電位(FG14,FG24)およびドレイン電圧(C14,C24)を比較している。   FIG. 20 shows the FG potential (FG14, FG24) and drain of the fourth-stage pass transistor (corresponding to the pass transistor Q14 of FIG. 17; however, in the case of the comparison Manchester adder, it corresponds to the pass transistor of the conventional bootstrap circuit). The voltages (C14, C24) are compared.

図20に示すように、4段目のパス・トランジスタに注目すると,従来型ブートストラップにおけるFG電位FG24の上昇が遅れ,電源電位Vddにすら到達していない。これは,パストランジスタの段数が深くなるにつれて駆動力が弱まるためである。しかし,本実施の形態のABCブートストラップ回路では動的ボディ制御により駆動力が増加し,4段目のゲート電位FG14も電源電位Vdd以上まで上昇している。これにより,桁上げ信号c4であるドレイン信号C14の上昇も立ち上がりは速く,Vdd付近まで上昇している。 As shown in FIG. 20, when attention is paid to the fourth-stage pass transistor, the rise of the FG potential FG24 in the conventional bootstrap is delayed, and even the power supply potential Vdd is not reached. This is because the driving force becomes weaker as the number of stages of the pass transistor becomes deeper. However, in the ABC bootstrap circuit of the present embodiment, the driving force is increased by the dynamic body control, and the fourth-stage gate potential FG14 also rises to the power supply potential Vdd or higher. Thus, increase of the drain signal C14 is carry signal c 4 is also rising fast, has risen to around Vdd.

このように、実施の形態4のマンチェスタ加算器は、比較用マンチェスタ加算器に比べ、動作速度及び消費電力において大幅な向上が図れていることがわかる。   Thus, it can be seen that the Manchester adder according to the fourth embodiment is significantly improved in operation speed and power consumption as compared with the comparison Manchester adder.

(レイアウト構成)
図21は図17で示した実施の形態4のマンチェスタ加算器のレイアウト構成の一部の概略を示す説明図である。図21では図17の分離トランジスタQ31、パストランジスタQ11、PMOSトランジスタQ51、及びPMOSトランジスタQ61のレイアウト構成を示している。ただし、分離トランジスタQ31として、図17の回路と異なり、実施の形態1の分離トランジスタQ2(ボディ固定無し)を用いた例が示されている。
(Layout configuration)
FIG. 21 is an explanatory diagram showing a part of the layout configuration of the Manchester adder according to the fourth embodiment shown in FIG. FIG. 21 shows a layout configuration of the separation transistor Q31, the pass transistor Q11, the PMOS transistor Q51, and the PMOS transistor Q61 shown in FIG. However, as the isolation transistor Q31, unlike the circuit of FIG. 17, an example is shown in which the isolation transistor Q2 of the first embodiment (without body fixing) is used.

同図に示すように、分離トランジスタQ31はソース・ドレイン領域41及びゲート電極51により構成され、ソース・ドレイン領域41のソース領域はアルミ配線35とコンタクト29によって電気的に接続され、アルミ配線35に桁上げ伝搬信号p0(図示せず)が付与される。 As shown in the figure, the isolation transistor Q31 is composed of a source / drain region 41 and a gate electrode 51, and the source region of the source / drain region 41 is electrically connected to the aluminum wiring 35 by a contact 29. A carry propagation signal p 0 (not shown) is provided.

パストランジスタQ11はソース・ドレイン領域42、ゲート電極52及びボディコンタクト領域48により構成され、ゲート電極52はコンタクト30、アルミ配線37及びコンタクト29を介してボディコンタクト領域48と電気的に接続される。また、分離トランジスタQ31のソース・ドレイン領域41のドレイン領域はコンタクト29、アルミ配線36、コンタクト29、アルミ配線37及びコンタクト30を介して、パストランジスタQ11のゲート電極52と電気的に接続される。   The pass transistor Q11 includes a source / drain region 42, a gate electrode 52, and a body contact region 48. The gate electrode 52 is electrically connected to the body contact region 48 through a contact 30, an aluminum wiring 37, and a contact 29. The drain region of the source / drain region 41 of the isolation transistor Q31 is electrically connected to the gate electrode 52 of the pass transistor Q11 through the contact 29, the aluminum wiring 36, the contact 29, the aluminum wiring 37, and the contact 30.

また、パストランジスタQ11のソース・ドレイン領域42のソース領域は複数のコンタクト29を介してアルミ配線39に電気的に接続され、アルミ配線39にバッファG11の出力(図示せず)が付与される。   The source region of the source / drain region 42 of the pass transistor Q11 is electrically connected to the aluminum wiring 39 through a plurality of contacts 29, and the output (not shown) of the buffer G11 is applied to the aluminum wiring 39.

また、ソース・ドレイン領域43及びゲート電極53によってNMOSトランジスタQ55が構成され、ソース・ドレイン領域43のドレイン領域は、パストランジスタQ11のソース・ドレイン領域42におけるドレイン領域と共有することにより互いに電気的に接続関係を有する。また、ソース・ドレイン領域43のソース領域はコンタクト29を介してアルミ配線40に電気的に接続される。アルミ配線40は接地レベル(図示せず)に設定される。   The source / drain region 43 and the gate electrode 53 constitute an NMOS transistor Q55. The drain region of the source / drain region 43 is electrically shared with the drain region of the source / drain region 42 of the pass transistor Q11. Has a connection relationship. The source region of the source / drain region 43 is electrically connected to the aluminum wiring 40 via the contact 29. Aluminum wiring 40 is set to a ground level (not shown).

さらに、ゲート電極54及びソース・ドレイン領域44によってPMOSトランジスタQ51が構成される。PMOSトランジスタQ51のソース・ドレイン領域44のドレイン領域はコンタクト29を介してアルミ配線45に電気的に接続される。   Further, the gate electrode 54 and the source / drain region 44 constitute a PMOS transistor Q51. The drain region of the source / drain region 44 of the PMOS transistor Q51 is electrically connected to the aluminum wiring 45 through the contact 29.

一方、パストランジスタQ11のソース・ドレイン領域42のドレイン領域及びNMOSトランジスタQ55のドレイン領域は共にコンタクト29を介してアルミ配線45に電気的に接続される。したがって、アルミ配線45は、パストランジスタQ11のドレイン、NMOSトランジスタQ55のドレイン及び分離トランジスタQ32のドレインと電気的に接続されるノードN1として機能する。   On the other hand, the drain region of the source / drain region 42 of the pass transistor Q11 and the drain region of the NMOS transistor Q55 are both electrically connected to the aluminum wiring 45 through the contact 29. Therefore, the aluminum wiring 45 functions as a node N1 electrically connected to the drain of the pass transistor Q11, the drain of the NMOS transistor Q55, and the drain of the isolation transistor Q32.

また、PMOSトランジスタQ51のソース領域はコンタクト29を介してアルミ配線47に電気的に接続され、分離トランジスタQ31のゲート電極51はコンタクト30介してアルミ配線46に電気的に接続され、アルミ配線46及びアルミ配線47がコンタクト30により電気的に接続され、これらアルミ配線46,47に電源Vdd(図示せず)が共通に付与される。   The source region of the PMOS transistor Q51 is electrically connected to the aluminum wiring 47 through the contact 29, and the gate electrode 51 of the isolation transistor Q31 is electrically connected to the aluminum wiring 46 through the contact 30. Aluminum wiring 47 is electrically connected by contact 30, and power supply Vdd (not shown) is commonly applied to these aluminum wirings 46 and 47.

なお、実施の形態4では、ABCブートストラップ回路61〜64として、実施の形態2のABCブートストラップ回路を示したが、その代わりに、実施の形態1あるいは実施の形態3のABCブートストラップ回路を用いることも考えられる。実施の形態1のABCブートストラップ回路を用いる場合、分離トランジスタのボディ配線の面積を削減できる点において有効である。   In the fourth embodiment, the ABC bootstrap circuit of the second embodiment is shown as the ABC bootstrap circuits 61 to 64. Instead, the ABC bootstrap circuit of the first or third embodiment is used instead. It can also be used. The use of the ABC bootstrap circuit of the first embodiment is effective in that the area of the body wiring of the isolation transistor can be reduced.

<実施の形態5>
図22はこの発明の実施の形態5である半導体装置としてのXOR回路(半導体集積回路)の構成を示す回路図である。同図に示すように、電源Vdd,ノードN5間にPMOSトランジスタQ61,Q62が直列に接続され、PMOSトランジスタQ61及びQ62(第2の論理値決定部)のゲート電極(第1及び第2信号入力端として機能)には入力信号A及びBが付与される。そして、共通信号端であるノードN5に、実施の形態2によるABCブートストラップ回路65及び66(第1の論理値決定部)が接続される。
<Embodiment 5>
FIG. 22 is a circuit diagram showing a configuration of an XOR circuit (semiconductor integrated circuit) as a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. As shown in the figure, PMOS transistors Q61 and Q62 are connected in series between a power supply Vdd and a node N5, and gate electrodes (first and second signal inputs) of PMOS transistors Q61 and Q62 (second logic value determining unit). Input signals A and B are applied to (function as an end). Then, the ABC bootstrap circuits 65 and 66 (first logic value determination unit) according to the second embodiment are connected to the node N5 that is the common signal end.

ABCブートストラップ回路65はNMOS構成の分離トランジスタQ35及びパストランジスタQ15により構成され、パストランジスタQ15のソース電極(第2信号入力端として機能)に入力信号Bが付与され、パストランジスタQ15のドレイン電極がノードN5に接続され、分離トランジスタQ35のソース電極(第1信号入力端として機能)に入力信号Aが付与され、ゲートに電源Vddが接続され、ドレインがパストランジスタQ15のゲートに接続される。   The ABC bootstrap circuit 65 is composed of an NMOS separation transistor Q35 and a pass transistor Q15. An input signal B is applied to the source electrode (functioning as a second signal input terminal) of the pass transistor Q15, and the drain electrode of the pass transistor Q15 is Connected to the node N5, the input signal A is applied to the source electrode (functioning as the first signal input terminal) of the isolation transistor Q35, the power supply Vdd is connected to the gate, and the drain is connected to the gate of the pass transistor Q15.

ABCブートストラップ回路66はNMOS構成の分離トランジスタQ36及びパストランジスタQ16により構成され、パストランジスタQ16のソース電極(第1信号入力端として機能)に入力信号Aが付与され、パストランジスタQ16のドレイン電極がノードN5に接続され、分離トランジスタQ36のソース電極(第2信号入力端として機能)に入力信号Bが付与され、ゲートに電源Vddが接続され、ドレイン電極がパストランジスタQ16のゲートに接続される。   The ABC bootstrap circuit 66 is composed of an NMOS separation transistor Q36 and a pass transistor Q16. An input signal A is applied to the source electrode (functioning as the first signal input terminal) of the pass transistor Q16, and the drain electrode of the pass transistor Q16 is Connected to the node N5, the input signal B is applied to the source electrode (functioning as the second signal input terminal) of the isolation transistor Q36, the power supply Vdd is connected to the gate, and the drain electrode is connected to the gate of the pass transistor Q16.

そして、ノードN5を入力部としたインバータG13(出力部)の出力が出力信号Yとなり、出力信号Yが入力信号Aと入力信号Bとの排他的論理和(XOR)となる。   The output of the inverter G13 (output unit) having the node N5 as an input unit becomes the output signal Y, and the output signal Y becomes the exclusive OR (XOR) of the input signal A and the input signal B.

図23は実施の形態5との比較用のブートストラップ回路を用いた一般的なXOR回路の構成を示す回路図である。一般的なXOR回路は、ABCブートストラップ回路65及び66として従来構成のブートストラップ回路71及び72を用いている。他の点は実施の形態5のXOR回路と同様である。   FIG. 23 is a circuit diagram showing a configuration of a general XOR circuit using a bootstrap circuit for comparison with the fifth embodiment. A general XOR circuit uses bootstrap circuits 71 and 72 having a conventional configuration as ABC bootstrap circuits 65 and 66. Other points are the same as those of the XOR circuit of the fifth embodiment.

一般的なXOR回路では、図23に示すように、並列トランジスタ側の2つの従来のパストランジスタQ66及びQ68のゲートに従来分離トランジスタQ65及びQ67が接続されたブートストラップ回路71及び72が構成される。   In a general XOR circuit, as shown in FIG. 23, bootstrap circuits 71 and 72 are configured in which conventional isolation transistors Q65 and Q67 are connected to the gates of two conventional pass transistors Q66 and Q68 on the parallel transistor side. .

上述した構成の実施の形態5のXOR回路及び一般的なXOR回路それぞれにおいて、入力信号A及び入力信号Bが入力されると、一般的なXOR回路は、ブートストラップ回路71及び72のパストランジスタQ66及びQ68のゲート電位が電源電圧(Vdd)以上に上昇し、ノードN5に高い電位が伝わる。しかしながら、電源Vddが0.5V程度の低い場合は、ノードN5に良好に伝達することが困難となる。   When the input signal A and the input signal B are input in the XOR circuit of the fifth embodiment and the general XOR circuit having the above-described configuration, the general XOR circuit is connected to the pass transistors Q66 of the bootstrap circuits 71 and 72, respectively. And the gate potential of Q68 rises above the power supply voltage (Vdd), and a high potential is transmitted to the node N5. However, when the power supply Vdd is as low as about 0.5 V, it is difficult to transmit it to the node N5 satisfactorily.

一方、実施の形態5XOR回路では、実施の形態2のABCブートストラップ回路によって、ABCブートストラップ回路65及び66を構成しているため、パストランジスタQ15及びQ16のFG電位をブートストラップ回路71,72以上に上昇させることができるため、0.5V程度の低い電源電圧でも、ノードN5に良好に信号伝達を行うことができるため、出力信号Yとして正常な値を常に出力することができるという効果を奏する。   On the other hand, in the XOR circuit of the fifth embodiment, the ABC bootstrap circuits 65 and 66 are configured by the ABC bootstrap circuit of the second embodiment, so that the FG potentials of the pass transistors Q15 and Q16 are higher than the bootstrap circuits 71 and 72 or more. Therefore, even when the power supply voltage is as low as about 0.5 V, it is possible to transmit the signal to the node N5 satisfactorily, so that it is possible to always output a normal value as the output signal Y. .

なお、実施の形態5では、ABCブートストラップ回路65及び66として、実施の形態2のABCブートストラップ回路を示したが、その代わりに、実施の形態1あるいは実施の形態3のABCブートストラップ回路を用いることも考えられる。実施の形態1のABCブートストラップ回路を用いる場合、分離トランジスタのボディ配線の面積を削減できる点において有効である。   In the fifth embodiment, the ABC bootstrap circuit of the second embodiment is shown as the ABC bootstrap circuits 65 and 66. Instead, the ABC bootstrap circuit of the first or third embodiment is used instead. It can also be used. The use of the ABC bootstrap circuit of the first embodiment is effective in that the area of the body wiring of the isolation transistor can be reduced.

さらに、直列トランジスタ側(PMOSトランジスタQ61,Q62)に変えて、実施の形態1〜実施の形態3のABCブートストラップ回路のいずれかを用いれば、直列トランジスタを介したノードN5への電源Vdd供給をより良好に行うことができる効果を奏する。   Furthermore, if any of the ABC bootstrap circuits of the first to third embodiments is used instead of the series transistor side (PMOS transistors Q61 and Q62), the power supply Vdd is supplied to the node N5 via the series transistor. The effect which can be performed more favorably is produced.

<実施の形態6>
図24はこの発明の実施の形態6である半導体装置としてのSRAMセル回路(半導体集積回路)を示す回路図である。また、図25は実施の形態5と比較用の一般的なのSRAMセル回路を示す回路図である。
<Embodiment 6>
FIG. 24 is a circuit diagram showing an SRAM cell circuit (semiconductor integrated circuit) as a semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 25 is a circuit diagram showing a general SRAM cell circuit for comparison with the fifth embodiment.

これらの図に示すように、実施の形態6及び一般的なSRAMセル回路は共に、SRAMセル部18はCMOS構成のインバータI1及びインバータI2の交叉接続により構成される。   As shown in these drawings, in the sixth embodiment and a general SRAM cell circuit, the SRAM cell unit 18 is formed by cross-connecting an inverter I1 and an inverter I2 having a CMOS structure.

インバータI1はPMOSトランジスタQ71(負荷トランジスタ)及びNMOSトランジスタQ73(ドライバトランジスタ)により構成され、インバータI2はPMOSトランジスタQ72(負荷トランジスタ)及びNMOSトランジスタQ74(ドライバトランジスタ)により構成され、PMOSトランジスタQ71,NMOSトランジスタQ73のドレイン間のノードN11(第1の記憶ノード)がインバータI1の出力部となり、PMOSトランジスタQ71及びNMOSトランジスタQ73のゲートがインバータI1の入力部となり、PMOSトランジスタQ72,NMOSトランジスタQ74のドレイン間のノードN12(第2の記憶ノード)がインバータI2の出力部となり、PMOSトランジスタQ72及びNMOSトランジスタQ74のゲートがインバータI2の入力部となる。   The inverter I1 is composed of a PMOS transistor Q71 (load transistor) and an NMOS transistor Q73 (driver transistor), and the inverter I2 is composed of a PMOS transistor Q72 (load transistor) and an NMOS transistor Q74 (driver transistor). A node N11 (first storage node) between the drains of Q73 serves as an output part of the inverter I1, and gates of the PMOS transistor Q71 and the NMOS transistor Q73 serve as an input part of the inverter I1, between the drains of the PMOS transistor Q72 and the NMOS transistor Q74. Node N12 (second storage node) serves as the output of inverter I2, and includes PMOS transistor Q72 and NMOS transistor. The gate of the register Q74 becomes the input of inverter I2.

そして、図25で示す一般的なSRAMセル回路では、ノードN11はパストランジスタであるNMOSトランジスタQ77を介してビット線BLに接続され、ノードN12はパストランジスタであるNMOSトランジスタQ78を介して反転ビット線バーBLに接続され、NMOSトランジスタQ77及び78のゲートにはワード線WLが共通に接続される。   In the general SRAM cell circuit shown in FIG. 25, the node N11 is connected to the bit line BL via an NMOS transistor Q77 which is a pass transistor, and the node N12 is an inverted bit line via an NMOS transistor Q78 which is a pass transistor. The word line WL is commonly connected to the gates of the NMOS transistors Q77 and 78, which are connected to the bar BL.

一方、実施の形態6のSRAMセル回路では、ノードN11(他方信号端),ビット線BL(一方信号端)間に、実施の形態2のABCブートストラップ回路67を介挿し、ノードN12(他方信号端),反転ビット線バーBL(一方信号端)間に、実施の形態2のABCブートストラップ回路68を介挿している。また、第1ワード線WL1及び第2ワード線WL2を用い、第1ワード線WL1は一般的なSRAMセル回路のワード線WLに相当し、第2ワード線WL2は電源Vdd固定線として用いる。   On the other hand, in the SRAM cell circuit of the sixth embodiment, the ABC bootstrap circuit 67 of the second embodiment is interposed between the node N11 (the other signal end) and the bit line BL (one signal end), and the node N12 (the other signal) End) and the inverted bit line bar BL (one signal end), the ABC bootstrap circuit 68 of the second embodiment is inserted. Further, the first word line WL1 and the second word line WL2 are used, the first word line WL1 corresponds to a word line WL of a general SRAM cell circuit, and the second word line WL2 is used as a power supply Vdd fixed line.

ABCブートストラップ回路67はNMOS構成のパストランジスタQ17及び分離トランジスタQ37より構成され、パストランジスタQ17はビット線BL,ノードN11間に介挿され、分離トランジスタQ37のソースは第1ワード線WL1(制御信号端)に接続され、ゲート電極が第2ワード線WL2に接続され、ドレイン電極がパストランジスタQ17のゲートに接続される。   The ABC bootstrap circuit 67 includes an NMOS pass transistor Q17 and an isolation transistor Q37. The pass transistor Q17 is interposed between the bit line BL and the node N11, and the source of the isolation transistor Q37 is the first word line WL1 (control signal). The gate electrode is connected to the second word line WL2, and the drain electrode is connected to the gate of the pass transistor Q17.

ABCブートストラップ回路68はNMOS構成のパストランジスタQ18及び分離トランジスタQ38より構成され、パストランジスタQ18は反転ビット線バーBL,ノードN11間に介挿され、分離トランジスタQ38のソース電極は第1ワード線WL1に接続され、ゲートが第2ワード線WL2に接続され、ドレイン電極がパストランジスタQ18のゲートに接続される。   The ABC bootstrap circuit 68 includes an NMOS configuration pass transistor Q18 and an isolation transistor Q38. The pass transistor Q18 is interposed between the inverted bit line BL and the node N11, and the source electrode of the isolation transistor Q38 is the first word line WL1. , The gate is connected to the second word line WL2, and the drain electrode is connected to the gate of the pass transistor Q18.

このような構成において、図25で示した一般的なSRAMセル回路において、SRAMセル部18へのデータ書込みは、例えば、ビット線BLに“H”データを印加し、反転ビット線バーBLに“L”データを印加した後、ワード線WLを“H”状態にして、ノードN11,ノードN12の電位を書き換えることにより行われる。   In such a configuration, in the general SRAM cell circuit shown in FIG. 25, for example, data writing to the SRAM cell unit 18 is performed by applying “H” data to the bit line BL and applying “H” data to the inverted bit line bar BL. After the “L” data is applied, the word line WL is set to the “H” state, and the potentials of the nodes N11 and N12 are rewritten.

しかし、この時、“H”書込み側ではパストランジスタの性質上、記憶ノードであるノードN11の電位が“H”レベルより閾値電圧Vthだけ低い値までしか上昇しない(Vth落ち現象)。   However, at this time, due to the nature of the pass transistor on the “H” write side, the potential of the node N11 as the storage node rises only to a value lower than the “H” level by the threshold voltage Vth (Vth drop phenomenon).

したがって、完全な書込みのためには、反対側の記憶ノードであるノードN12が“L”に書き込まれ、ノードN11側の負荷トランジスタであるPMOSトランジスタQ71がオン状態になるまで完了しない。すなわち、PMOSトランジスタQ71がオン状態になり、“H”レベルから閾値電圧Vthだけ低くなっていたノードN11の電位を“H”レベルの電位まで引き上げて初めて書込みが完了する。   Therefore, for complete writing, the node N12, which is the storage node on the opposite side, is written to “L”, and is not completed until the PMOS transistor Q71, which is the load transistor on the node N11 side, is turned on. That is, the writing is completed only when the PMOS transistor Q71 is turned on and the potential of the node N11, which has been lowered by the threshold voltage Vth from the “H” level, is raised to the “H” level potential.

一方、図24で示した実施の形態6のSRAMセル回路において、SRAMセル部18へのデータ書込みに関し、比較用のSRAMセル回路と同様、ビット線BLに“H”データを印加し、反転ビット線バーBLに“L”データを印加した後、第1ワード線WL1を“H”状態にして、ノードN11,ノードN12の電位を書き換える場合を想定する。   On the other hand, in the SRAM cell circuit of the sixth embodiment shown in FIG. 24, with respect to data writing to the SRAM cell unit 18, "H" data is applied to the bit line BL as in the comparative SRAM cell circuit, and the inverted bit It is assumed that after applying “L” data to the line bar BL, the first word line WL1 is set to the “H” state and the potentials of the nodes N11 and N12 are rewritten.

この時、“H”書込み側ではABCブートストラップ回路67のゲート電位上昇効果により、パストランジスタQ17のゲート電位は“H”レベル+閾値電圧Vth以上に上昇させることができるため、ノードN11にVth落ち現象が生じることなく、ノードN11は“H”レベルに設定される。   At this time, on the “H” write side, the gate potential of the pass transistor Q17 can be raised to “H” level + threshold voltage Vth or more by the effect of increasing the gate potential of the ABC bootstrap circuit 67. The node N11 is set to the “H” level without causing a phenomenon.

すなわち、パストランジスタQ17を介してビット線BL,ノードN11間の電気的に接続が図られた時点で完全な書き込みが完了する。したがって、その後に、ノードN12が“L”に書き込まれ、PMOSトランジスタQ71がオン状態になる時間を待つことなく、ノードN11への“H”レベルの書き込みは完了する。   That is, complete writing is completed when the bit line BL and the node N11 are electrically connected via the pass transistor Q17. Therefore, thereafter, writing of the “H” level to the node N11 is completed without waiting for the time when the node N12 is written to “L” and the PMOS transistor Q71 is turned on.

具体的には“H”レベルの書込みは次のように行われる。電源電圧が0.5Vでパストランジスタの閾値電圧Vthが0.2Vの場合、上述した例の場合、比較用のSRAMセル回路ではノードN11への“H”レベル書込みに対して、ノードN11はワード線WLを“H”にした直後は0.3Vまでしか上昇しない。   Specifically, “H” level writing is performed as follows. When the power supply voltage is 0.5 V and the threshold voltage Vth of the pass transistor is 0.2 V, in the case of the above-described example, in the comparative SRAM cell circuit, the node N11 is connected to the word line WL with respect to “H” level writing to the node N11. Immediately after setting to “H”, it rises only to 0.3V.

一方、実施の形態6のSRAMセル回路では、ノードN11を0.5Vに確実に設定することができる。具体的には、まず、第1ワード線WL1及び第2ワード線WL2が“H”(Vdd)となり、パストランジスタQ17のフローティングゲート(FG)電位(Vfg)が0.5Vに上昇する。次に、ビット線BLを“L”レベルから“H”レベルの0.5Vに上昇させるが、この際にビット線BL側においてパストランジスタQ17のソース電極とゲート電極が容量結合しているため、FG電位が例えば0.7Vにまで上昇する。これにより、ノードN11側のパストランジスタQ17のドレイン電位は、パストランジスタQ17のFG電位を(Vfg−Vth)(≧0.5V)に上昇させることにより、当初の“L”レベルから0.5Vにまで上昇することより、Vth落ち現象を生じさせることなく、ノードN11に“H”レベルを書き込むことができる。   On the other hand, in the SRAM cell circuit of the sixth embodiment, the node N11 can be reliably set to 0.5V. Specifically, first, the first word line WL1 and the second word line WL2 become “H” (Vdd), and the floating gate (FG) potential (Vfg) of the pass transistor Q17 rises to 0.5V. Next, the bit line BL is raised from “L” level to “H” level of 0.5 V. At this time, since the source electrode and the gate electrode of the pass transistor Q17 are capacitively coupled on the bit line BL side, The FG potential rises to, for example, 0.7V. As a result, the drain potential of the pass transistor Q17 on the node N11 side is increased from the initial “L” level to 0.5V by raising the FG potential of the pass transistor Q17 to (Vfg−Vth) (≧ 0.5V). Thus, the “H” level can be written to the node N11 without causing the Vth drop phenomenon.

以上のように、ABC型ブートストラップ回路を用いた実施の形態6のSRAMセル回路は、一般的なSRAMセル回路では解消できない“H”レベル書込み時の記憶ノード電位のVth落ち現象が確実に解消されるため、高速な書き込み動作を行うという効果を奏する。   As described above, the SRAM cell circuit of the sixth embodiment using the ABC type bootstrap circuit surely eliminates the Vth drop phenomenon of the storage node potential at the time of “H” level writing which cannot be solved by a general SRAM cell circuit. Therefore, there is an effect that a high-speed write operation is performed.

なお、実施の形態6では、ABCブートストラップ回路67及び68として、実施の形態2のABCブートストラップ回路を示したが、その代わりに、実施の形態1あるいは実施の形態3のABCブートストラップ回路を用いることも考えられる。実施の形態1のABCブートストラップ回路を用いる場合、分離トランジスタのボディ配線の面積を削減できる点において有効である。   In the sixth embodiment, the ABC bootstrap circuit of the second embodiment is shown as the ABC bootstrap circuits 67 and 68. Instead, the ABC bootstrap circuit of the first or third embodiment is used instead. It can also be used. The use of the ABC bootstrap circuit of the first embodiment is effective in that the area of the body wiring of the isolation transistor can be reduced.

<実施の形態7>
図26はこの発明の実施の形態7であるSRAMセル回路を示す回路図である。同図に示すように、実施の形態7のSRAMセル回路において、SRAMセル部19は高抵抗負荷型のインバータI3及びインバータI4の交叉接続により構成される。
<Embodiment 7>
FIG. 26 is a circuit diagram showing an SRAM cell circuit according to the seventh embodiment of the present invention. As shown in the figure, in the SRAM cell circuit of the seventh embodiment, the SRAM cell unit 19 is constituted by a cross connection of a high resistance load type inverter I3 and an inverter I4.

インバータI3は直列に接続される負荷抵抗R1及びNMOSトランジスタQ75(ドライバトランジスタ)により構成され、インバータI4は直列に接続される負荷抵抗R2及びNMOSトランジスタQ76(ドライバトランジスタ)により構成され、負荷抵抗R1,NMOSトランジスタQ75のドレイン間のノードN13(第1の記憶ノード)がインバータI3の出力部となり、負荷抵抗R1及びNMOSトランジスタQ75のゲートがインバータI3の入力部となり、負荷抵抗R2,NMOSトランジスタQ76のドレイン間のノードN14(第2の記憶ノード)がインバータI4の出力部となり、負荷抵抗R2及びNMOSトランジスタQ76のゲートがインバータI4の入力部となる。なお、負荷抵抗R1,R2は例えばポリシリコン膜を用いて形成される。   The inverter I3 includes a load resistor R1 and an NMOS transistor Q75 (driver transistor) connected in series, and the inverter I4 includes a load resistor R2 and an NMOS transistor Q76 (driver transistor) connected in series. A node N13 (first storage node) between the drains of the NMOS transistor Q75 serves as an output unit of the inverter I3, and a gate of the load resistor R1 and the NMOS transistor Q75 serves as an input unit of the inverter I3, and the drain of the load resistor R2 and the NMOS transistor Q76. A node N14 (second storage node) in between is the output part of the inverter I4, and the load resistor R2 and the gate of the NMOS transistor Q76 are the input part of the inverter I4. The load resistors R1 and R2 are formed using, for example, a polysilicon film.

そして、ノードN13,ビット線BL間に、実施の形態2のABCブートストラップ回路69を介挿し、ノードN14,反転ビット線バーBL間に、実施の形態2のABCブートストラップ回路70を介挿している。   Then, the ABC bootstrap circuit 69 of the second embodiment is inserted between the node N13 and the bit line BL, and the ABC bootstrap circuit 70 of the second embodiment is inserted between the node N14 and the inverted bit line bar BL. Yes.

ABCブートストラップ回路69はNMOS構成のパストランジスタQ19及び分離トランジスタQ39より構成され、パストランジスタQ17はビット線BL,ノードN13間に介挿され、分離トランジスタQ39のソース電極は第1ワード線WL1に接続され、ゲート電極が第2ワード線WL2に接続され、ドレイン電極がパストランジスタQ17のゲートに接続される。   The ABC bootstrap circuit 69 includes an NMOS configuration pass transistor Q19 and an isolation transistor Q39. The pass transistor Q17 is interposed between the bit line BL and the node N13, and the source electrode of the isolation transistor Q39 is connected to the first word line WL1. The gate electrode is connected to the second word line WL2, and the drain electrode is connected to the gate of the pass transistor Q17.

ABCブートストラップ回路70はNMOS構成のパストランジスタQ20及び分離トランジスタQ40より構成され、パストランジスタQ20は反転ビット線バーBL,ノードN13間に介挿され、分離トランジスタQ40のソース電極は第1ワード線WL1に接続され、ゲート電極が第2ワード線WL2に接続され、ドレイン電極がパストランジスタQ20のゲートに接続される。   The ABC bootstrap circuit 70 includes an NMOS-structured pass transistor Q20 and an isolation transistor Q40. The pass transistor Q20 is interposed between the inverted bit line bar BL and the node N13, and the source electrode of the isolation transistor Q40 is the first word line WL1. The gate electrode is connected to the second word line WL2, and the drain electrode is connected to the gate of the pass transistor Q20.

このような構成において、図26で示した実施の形態7のSRAMセル回路において、SRAMセル部19へのデータ書込みは、例えば、ビット線BLに“H”データを印加し、反転ビット線バーBLに“L”データを印加した後、第1ワード線WL1を“H”状態にして、ノードN13,ノードN14の電位を書き換えることにより行われる。   In such a configuration, in the SRAM cell circuit of the seventh embodiment shown in FIG. 26, data writing to the SRAM cell unit 19 is performed, for example, by applying “H” data to the bit line BL and the inverted bit line bar BL After the “L” data is applied to the first word line WL1, the first word line WL1 is set to the “H” state, and the potentials of the nodes N13 and N14 are rewritten.

この時、“H”書込み側ではABCブートストラップ回路69のゲート電位上昇効果により、パストランジスタQ17のFG電位を(“H”レベル+閾値電圧Vth)以上に上昇させることができるため、ノードN13にVth落ち現象が生じることなく、ノードN13を“H”レベルに設定されることにより、完全な書き込みが可能となる。   At this time, the FG potential of the pass transistor Q17 can be raised to (“H” level + threshold voltage Vth) or more by the effect of increasing the gate potential of the ABC bootstrap circuit 69 on the “H” write side. By setting the node N13 to the “H” level without causing the Vth drop phenomenon, complete writing becomes possible.

このように、実施の形態7のSRAMセル回路は、高抵抗負荷型のSRAMセル部19にABCブートストラップ回路69,70を用いた構成となる。SRAMセル部18と異なり、負荷トランジスタの代わりに抵抗値の高い抵抗(負荷抵抗R1,R2)が用いられている。   As described above, the SRAM cell circuit according to the seventh embodiment has a configuration in which the ABC bootstrap circuits 69 and 70 are used in the high resistance load type SRAM cell unit 19. Unlike the SRAM cell unit 18, resistors (load resistors R1, R2) having high resistance values are used instead of the load transistors.

SRAMセル部19において、負荷抵抗R1,R2による高抵抗成分により、SRAMセル部18の負荷(PMOS)トランジスタに比べ、動作電流が小さいため、“H”レベルの書込み時のVth落ち現象による影響がSRAMセル部18以上に大きかった。すなわち、SRAMセル部18の場合には、Vth落ち現象があってもその後の負荷トランジスタであるPMOSトランジスタ(Q71,Q72)のオン動作により、ノードN11(ノードN12)の電位を“H”レベルまで比較的早期に上昇させることができるが、SRAMセル部19のように高抵抗を用いた場合は、抵抗の動作電流が負荷トランジスタであるPMOSトランジスタより小さいため、“H”レベルまでの上昇にかなりの時間を要してしまうという問題があった。   In the SRAM cell portion 19, the operating current is smaller than that of the load (PMOS) transistor in the SRAM cell portion 18 due to the high resistance components due to the load resistors R1 and R2, and therefore, the influence of the Vth drop phenomenon at the time of writing “H” level. It was larger than the SRAM cell unit 18 or more. That is, in the case of the SRAM cell portion 18, even if the Vth drop phenomenon occurs, the potential of the node N11 (node N12) is set to the “H” level by the subsequent ON operation of the PMOS transistors (Q71, Q72) as the load transistors. Although it can be raised relatively early, when a high resistance is used as in the SRAM cell portion 19, the operating current of the resistor is smaller than that of the PMOS transistor that is a load transistor, so that the rise to the “H” level is considerable. There was a problem that it took a long time.

しかし、実施の形態7のSRAMセル回路は、上記Vth落ち現象の問題を解決するともに、PMOSトランジスタに代えて負荷抵抗R1,R2を用いることにより、PMOSトランジスタと異なりNMOSトランジスタの上部に積層して形成することができる分、実施の形態6のSRAMセル回路よりも、セル面積を小さくできる利点がある。   However, the SRAM cell circuit of the seventh embodiment solves the problem of the Vth drop phenomenon and uses load resistors R1 and R2 instead of the PMOS transistor, so that it is stacked on top of the NMOS transistor unlike the PMOS transistor. Since it can be formed, the cell area can be reduced compared to the SRAM cell circuit of the sixth embodiment.

したがって、実施の形態7のSRAMセル回路は、ABCブートストラップ回路69,70をパストランジスタして用いることにより、記憶ノード(ノードN13,N14)への“H”レベル書込みにVth落ち現象が生じないため、高抵抗負荷型のSRAMセル部19を用いることによる課題を克服することができ、セル面積の小さくし、かつ高速動作が可能なSRAMセル回路を得ることができる。   Therefore, in the SRAM cell circuit of the seventh embodiment, by using ABC bootstrap circuits 69 and 70 as pass transistors, the Vth drop phenomenon does not occur in the “H” level writing to the storage nodes (nodes N13 and N14). Therefore, the problems caused by using the high resistance load type SRAM cell section 19 can be overcome, and an SRAM cell circuit capable of reducing the cell area and operating at high speed can be obtained.

<その他>
“H”書込みのVth落ち現象を回避するためには、一般的なSRAMセル回路では、ワード線WLの(トランジスタ用)オン電位を、電源電圧以上に上昇させることが考えられる。例えば、電源電圧Vddが0.5Vでパストランジスタの閾値電圧Vthが0.2Vの場合、ワード線WLのオン状態時のレベルを0.7Vに昇圧させれば、“H”レベル書込みのVth落ち現象を防ぐことができる。しかし、ワード線WLに0.7Vの電源電圧を付与するための回路が別途必要であり、回路面積が増加する。
<Others>
In order to avoid the Vth drop phenomenon of “H” writing, in a general SRAM cell circuit, it is conceivable to increase the ON potential (for transistor) of the word line WL to a power supply voltage or higher. For example, when the power supply voltage Vdd is 0.5 V and the threshold voltage Vth of the pass transistor is 0.2 V, if the level when the word line WL is turned on is boosted to 0.7 V, the Vth drop of “H” level writing The phenomenon can be prevented. However, a separate circuit for applying a power supply voltage of 0.7 V to the word line WL is necessary, and the circuit area increases.

したがって、実施の形態5及び実施の形態6のSRAMセル回路では、ワード線WLの電位を通常の“H”レベル以上に昇圧するための特別な電源回路は不要である。また、実施の形態5及び実施の形態6のSRAMセル回路において、ワード線WLのオン電位を電源Vddを超える値に設定することにより、書き込み動作のさらなる高速化が期待できる。   Therefore, the SRAM cell circuits of the fifth and sixth embodiments do not require a special power supply circuit for boosting the potential of the word line WL to a normal “H” level or higher. Further, in the SRAM cell circuits of the fifth and sixth embodiments, by setting the ON potential of the word line WL to a value exceeding the power supply Vdd, it is expected that the write operation is further speeded up.

また、実施の形態1〜実施の形態7では、MISトランジスタのうち、NMOS構成のパストランジスタ及び分離トランジスタを用いたABCブートストラップ回路を示したが、極性を逆にして全てPMOS構成のパストランジスタ及び分離トランジスタを用いたABCブートストラップ回路も勿論実現することができる。また、MOSトランジスタに限定されることなく、ゲート絶縁膜が窒化膜等、酸化膜以外で形成されるMISトランジスタで構成してもよいことは勿論である。   In the first to seventh embodiments, the ABC bootstrap circuit using the NMOS-type pass transistor and the isolation transistor among the MIS transistors is shown. However, the polarity is reversed, and all the PMOS-type pass transistors and Of course, an ABC bootstrap circuit using an isolation transistor can also be realized. Further, the present invention is not limited to a MOS transistor, and it is needless to say that the gate insulating film may be formed of a MIS transistor formed of a film other than an oxide film such as a nitride film.

さらに、実施の形態1〜実施の形態7では、分離トランジスタ及びパストランジスタをSOI基板上に形成した例を示したが、ボディ領域をトランジスタごとに分離することができれば通常のバルク基板上に形成してもよい。例えば、P基板上に分離トランジスタ及びパストランジスタとなる2つのNMOSトランジスタを構成する場合、P基板の上層部にNウェル領域を形成し、Nウェル領域の上層部に2つのPウェル領域を互いに独立して形成し、2つのPウェル領域それぞれ内にNソース・ドレイン領域を形成する3重ウェル構造で形成する等により、バルク基板上にボディ領域が互いに分離された2つのNMOSトランジスタを得ることができる。   Furthermore, in the first to seventh embodiments, the example in which the isolation transistor and the pass transistor are formed on the SOI substrate is shown. However, if the body region can be separated for each transistor, the isolation region and the pass transistor are formed on a normal bulk substrate. May be. For example, when two NMOS transistors serving as an isolation transistor and a pass transistor are formed on a P substrate, an N well region is formed in the upper layer portion of the P substrate, and the two P well regions are independent of each other in the upper layer portion of the N well region. Thus, two NMOS transistors having body regions separated from each other on a bulk substrate can be obtained by forming a triple well structure in which an N source / drain region is formed in each of two P well regions. it can.

この発明の実施の形態1であるABCブートストラップ回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the ABC bootstrap circuit which is Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2であるABCブートストラップ回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the ABC bootstrap circuit which is Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3であるABCブートストラップ回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the ABC bootstrap circuit which is Embodiment 3 of this invention. T型ゲートによるボディ電位固定構造を示す平面図である。It is a top view which shows the body electric potential fixed structure by a T-type gate. 図4のC−C断面構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows CC sectional structure of FIG. 部分トレンチ分離によるボディ電位固定構造を示す平面図である。It is a top view which shows the body electric potential fixed structure by partial trench isolation | separation. 図7は図6のD−D断面構造を示す断面図である。7 is a cross-sectional view showing the DD cross-sectional structure of FIG. 直接ボディコンタクト(BC)を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a direct body contact (BC). 実施の形態3のパストランジスタ及び分離トランジスタのレイアウト構成を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing a layout configuration of pass transistors and isolation transistors according to the third embodiment. 図9のA−A断面構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the AA cross-section of FIG. 実施の形態2の分離トランジスタのレイアウト構成を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing a layout configuration of an isolation transistor according to a second embodiment. 図11のB−B断面構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the BB sectional structure of FIG. 実施の形態1〜実施の形態3のABCブートストラップ回路におけるパストランジスタの電位を示すグラフである。6 is a graph showing the potential of a pass transistor in the ABC bootstrap circuit of the first to third embodiments. 比較用の従来のブートストラップ回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the conventional bootstrap circuit for a comparison. 比較用の従来のブートストラップ回路のパストランジスタに付随する容量を模式的に示した回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram schematically showing a capacitance associated with a pass transistor of a conventional bootstrap circuit for comparison. 実施の形態1のABCブートストラップ回路のパストランジスタに付随する容量を模式的に示した回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing a capacitor associated with a pass transistor of the ABC bootstrap circuit of the first embodiment. この発明の実施の形態4であるマンチェスタ加算器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the Manchester adder which is Embodiment 4 of this invention. 従来のマンチェスタ加算器を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the conventional Manchester adder. 実施の形態4のマンチェスタ加算器の効果説明用のグラフ(その1)である。It is a graph (the 1) for the effect explanation of the Manchester adder of Embodiment 4. 実施の形態4のマンチェスタ加算器の効果説明用のグラフ(その2)である。It is a graph (the 2) for the effect explanation of the Manchester adder of Embodiment 4. 図17で示した実施の形態4のマンチェスタ加算器のレイアウト構成の一部の概略を示す説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram showing an outline of a part of the layout configuration of the Manchester adder according to the fourth embodiment shown in FIG. 17; この発明の実施の形態5であるXOR回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the XOR circuit which is Embodiment 5 of this invention. 比較用の一般的なXOR回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the general XOR circuit for a comparison. この発明の実施の形態6であるSRAMセル回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the SRAM cell circuit which is Embodiment 6 of this invention. 比較用の一般的なSRAMセル回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the common SRAM cell circuit for a comparison. この発明の実施の形態7であるSRAMセル回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the SRAM cell circuit which is Embodiment 7 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

61〜70 ABCブートストラップ回路、Q1 パストランジスタ、Q2〜Q4 分離トランジスタ。
61-70 ABC bootstrap circuit, Q1 pass transistor, Q2-Q4 isolation transistor.

Claims (9)

半導体基板、埋込み絶縁膜及びSOI層からなるSOI基板に形成される半導体装置であって、
一方電極、他方電極、及び絶縁構造の制御電極を有する第1の導電型の第1のMISトランジスタと、
一方電極、他方電極、及び絶縁構造の制御電極を有する第1の導電型の第2のMISトランジスタとを備え、前記第2のMISトランジスタの他方電極が前記第1のMISトランジスタの制御電極に接続され、
前記第1のMISトランジスタ及び前記第2のMISトランジスタは、それぞれ前記SOI層内に他の素子と絶縁分離された第2の導電型のボディ領域を有し、
前記第1のMISトランジスタは、制御電極とボディ領域とが電気的に接続されることを特徴とする、
半導体装置。
A semiconductor device formed on an SOI substrate comprising a semiconductor substrate, a buried insulating film and an SOI layer,
A first MIS transistor of a first conductivity type having one electrode, the other electrode, and a control electrode having an insulating structure;
And a second MIS transistor of the first conductivity type having a control electrode having an insulating structure and an insulating electrode, and the other electrode of the second MIS transistor is connected to the control electrode of the first MIS transistor And
Each of the first MIS transistor and the second MIS transistor has a body region of a second conductivity type that is insulated from other elements in the SOI layer.
In the first MIS transistor, a control electrode and a body region are electrically connected.
Semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記第2のMISトランジスタは、一方電極とボディ領域とが電気的に接続されることを特徴とする、
半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
In the second MIS transistor, one electrode and a body region are electrically connected.
Semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記第2のMISトランジスタは、制御電極とボディ領域とが電気的に接続されることを特徴とする、
半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The second MIS transistor is characterized in that a control electrode and a body region are electrically connected.
Semiconductor device.
一方信号端及び他方信号端と、
制御信号端と、
半導体装置部分とを備え、前記半導体装置部分は、請求項1ないし請求項3のうちいずれか1項に記載の半導体装置を含み、
前記第1のMISトランジスタの一方電極が前記一方信号端に接続され、他方電極が前記他方信号端に接続され、
前記第2のMISトランジスタの一方電極が前記制御信号端に接続され、制御電極にオン状態を指示する固定信号が付与される、
半導体装置。
One signal end and the other signal end;
Control signal end,
A semiconductor device portion, wherein the semiconductor device portion includes the semiconductor device according to any one of claims 1 to 3;
One electrode of the first MIS transistor is connected to the one signal end, and the other electrode is connected to the other signal end;
One electrode of the second MIS transistor is connected to the control signal terminal, and a fixed signal for giving an ON state to the control electrode is given.
Semiconductor device.
請求項4記載の半導体装置であって、
前記半導体装置は、第1〜第N(N≧1)の一方ビット入力と第1〜第Nの他方ビット入力との論理積、反転値の論理積、及び排他的論理和によって得られる、第1〜第Nの桁上げ生成信号、第1〜第Nの桁上げ消失信号及び第1〜第Nの桁上げ伝搬信号を用いて、前記第1〜第Nの一方ビット入力と第1〜第Nの他方ビット入力との加算結果である第1〜第(N+1)の桁上げ信号を得る加算器を含み、
前記半導体装置部分は第1〜第Nの半導体装置部分を含み、
前記半導体装置は、
第1〜第(N+1)の桁上げ信号が得られる第1〜第(N+1)の桁上げ信号端と、
前記第1〜第Nの桁上げ伝搬信号を受ける第1〜第Nの桁上げ伝搬信号端と、
前記第1〜第Nの桁上げ生成信号の制御下で、第2〜第(N+1)の桁上げ信号端に桁上げ生成を指示する信号を伝達する第1〜第Nの桁上げ生成信号伝達手段と、
前記第1〜第Nの桁上げ消失信号の制御下で、前記第2〜第(N+1)の桁上げ信号端に桁上げ消失を指示する信号を伝達する第1〜第Nの桁上げ消失信号伝達手段とを備え、
前記一方信号端は前記第1〜第Nの桁上げ信号端を含み、前記他方信号端は第2〜第(N+1)の桁上げ信号端を含み、前記制御信号端は第1〜第Nの桁上げ伝搬信号端を含み、
第i(i=1〜Nのいずれか)の半導体装置部分において、前記第1のMISトランジスタの一方電極が第iの桁上げ信号端に接続され、他方電極が第(i+1)の桁上げ信号端に接続され、前記第2のMISトランジスタの一方電極が第iの桁上げ伝搬信号端に接続される、
半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4,
The semiconductor device is obtained by a logical product, a logical product of inverted values, and an exclusive logical sum of the first to Nth (N ≧ 1) one bit input and the first to Nth other bit inputs. Using the 1st to Nth carry generation signals, the 1st to Nth carry disappearance signals, and the 1st to Nth carry propagation signals, the first to Nth one bit inputs and the 1st to 1st bit inputs An adder for obtaining first to (N + 1) th carry signals, which is a result of addition with the other bit input of N;
The semiconductor device portion includes first to Nth semiconductor device portions,
The semiconductor device includes:
First to (N + 1) th carry signal ends from which first to (N + 1) th carry signals are obtained;
First to Nth carry propagation signal ends receiving the first to Nth carry propagation signals;
Under the control of the first to Nth carry generation signals, the first to Nth carry generation signal transmissions for transmitting a signal for instructing carry generation to the second to (N + 1) th carry signal ends. Means,
Under the control of the first to Nth carry disappearance signals, the first to Nth carry disappearance signals for transmitting signals indicating the carry disappearance to the second to (N + 1) th carry signal ends. A transmission means,
The one signal end includes the first to Nth carry signal ends, the other signal end includes the second to (N + 1) th carry signal ends, and the control signal end includes the first to Nth carry signal ends. Including the carry propagation signal edge,
In an i-th (i = 1 to N) semiconductor device portion, one electrode of the first MIS transistor is connected to an i-th carry signal end, and the other electrode is an (i + 1) -th carry signal. And one electrode of the second MIS transistor is connected to the i-th carry propagation signal end.
Semiconductor device.
請求項4記載の半導体装置であって、
前記半導体装置は、一方ビット入力と他方ビット入力との排他的論理和結果を得るXOR回路を含み、
前記半導体装置部分は第1及び第2の半導体装置部分を含み、
前記半導体装置は、
第1信号入力端と、
第2信号入力端と、
共通信号端と、
前記第1及び第2の半導体装置部分とを有する第1の論理値決定部と、
第2の論理値決定部と、
前記共通信号端より得られる信号に基づき前記排他的論理和結果を出力する出力部とを備え、
前記一方信号端は前記第1信号入力端及び前記第2信号入力端を含み、
前記他方信号端は前記共通信号端を含み、
前記制御信号端は前記第1信号入力端及び前記第2信号入力端を含み、
第1の半導体装置部分において、前記第1のMISトランジスタの一方電極が前記第2入力信号端に接続され、他方電極が前記共通信号端に接続され、前記第2のMISトランジスタの一方入力が前記第1信号入力端に接続され、
第1の半導体装置部分において、前記第1のMISトランジスタの一方電極が前記第1入力信号端に接続され、他方電極が前記共通信号端に接続され、前記第2のMISトランジスタの一方入力が前記第2信号入力端に接続され、
前記第2の論理値決定部は前記第1及び第2の入力端に接続され、前記第1及び第2の半導体装置部分の前記第1のMISトランジスタが共にオフ状態の時に前記共通信号端を所定の論理値に設定する、
半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4,
The semiconductor device includes an XOR circuit that obtains an exclusive OR result of one bit input and the other bit input,
The semiconductor device portion includes first and second semiconductor device portions;
The semiconductor device includes:
A first signal input terminal;
A second signal input end;
A common signal end;
A first logic value determining unit having the first and second semiconductor device parts;
A second logical value determination unit;
An output unit that outputs the exclusive OR result based on a signal obtained from the common signal end;
The one signal end includes the first signal input end and the second signal input end,
The other signal end includes the common signal end;
The control signal end includes the first signal input end and the second signal input end,
In the first semiconductor device portion, one electrode of the first MIS transistor is connected to the second input signal end, the other electrode is connected to the common signal end, and one input of the second MIS transistor is connected to the second input signal end. Connected to the first signal input,
In the first semiconductor device portion, one electrode of the first MIS transistor is connected to the first input signal end, the other electrode is connected to the common signal end, and one input of the second MIS transistor is connected to the first input signal end. Connected to the second signal input,
The second logic value determining unit is connected to the first and second input terminals, and the common signal terminal is connected when both the first MIS transistors of the first and second semiconductor device portions are in an off state. Set to a predetermined logical value,
Semiconductor device.
請求項4記載の半導体装置であって、
前記半導体装置部分は第1及び第2の半導体装置部分を含み、
前記半導体装置は、
互いに反転値を記憶する第1及び第2の記憶ノードを有するSRAMセル部と、
第1及び第2のビット線と、
ワード線と、
前記第1のビット線と前記SRAMセル部の前記第1の記憶ノードとの間に介挿された前記第1の半導体装置部分と、
前記第2のビット線と前記SRAMセル部の前記第2の記憶ノードとの間に介挿された前記第2の半導体装置部分とを備え、
前記一方信号端は前記第1及び第2のビット線を含み、
前記他方信号端は前記SRAMセル部の前記第1及び第2の記憶ノードを含み、
前記制御信号端は前記ワード線を含み、
前記第1の半導体装置部分において、前記第1のMISトランジスタの一方電極は前記第1のビット線に接続され、他方電極は前記第1の記憶ノードに接続され、前記第2のMISトランジスタの制御電極は前記ワード線に接続され、
前記第2の半導体装置部分において、前記第1のMISトランジスタの一方電極は前記第2のビット線に接続され、他方電極は前記第2の記憶ノードに接続され、前記第2のMISトランジスタの制御電極は前記ワード線に接続される、
半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4,
The semiconductor device portion includes first and second semiconductor device portions;
The semiconductor device includes:
An SRAM cell portion having first and second storage nodes for storing mutually inverted values;
First and second bit lines;
A word line,
The first semiconductor device portion interposed between the first bit line and the first storage node of the SRAM cell portion;
The second semiconductor device portion interposed between the second bit line and the second storage node of the SRAM cell portion;
The one signal end includes the first and second bit lines,
The other signal end includes the first and second storage nodes of the SRAM cell unit,
The control signal end includes the word line,
In the first semiconductor device portion, one electrode of the first MIS transistor is connected to the first bit line, the other electrode is connected to the first storage node, and the second MIS transistor is controlled. The electrode is connected to the word line,
In the second semiconductor device portion, one electrode of the first MIS transistor is connected to the second bit line, the other electrode is connected to the second storage node, and control of the second MIS transistor is performed. The electrode is connected to the word line,
Semiconductor device.
請求項7記載の半導体装置であって、
前記SRAMセル部は、CMOS構成の第1及び第2のインバータの交叉接続により構成される、
半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7,
The SRAM cell portion is configured by cross-connecting first and second inverters having a CMOS configuration.
Semiconductor device.
請求項7記載の半導体装置であって、
前記SRAMセル部は、高抵抗負荷型の第1及び第2のインバータの交叉接続により構成される、
半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7,
The SRAM cell portion is configured by cross-connecting high resistance load type first and second inverters,
Semiconductor device.
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