JPH0358182B2 - - Google Patents

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JPH0358182B2
JPH0358182B2 JP14393280A JP14393280A JPH0358182B2 JP H0358182 B2 JPH0358182 B2 JP H0358182B2 JP 14393280 A JP14393280 A JP 14393280A JP 14393280 A JP14393280 A JP 14393280A JP H0358182 B2 JPH0358182 B2 JP H0358182B2
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JP
Japan
Prior art keywords
bias voltage
mos
type
output terminal
transistor
Prior art date
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JP14393280A
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English (en)
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JPS5768062A (en
Inventor
Fujio Masuoka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP14393280A priority Critical patent/JPS5768062A/ja
Priority to US06/260,994 priority patent/US4460835A/en
Priority to DE8181103606T priority patent/DE3162416D1/de
Priority to EP81103606A priority patent/EP0039946B1/en
Priority to CA000377457A priority patent/CA1185665A/en
Publication of JPS5768062A publication Critical patent/JPS5768062A/ja
Publication of JPH0358182B2 publication Critical patent/JPH0358182B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/205Substrate bias-voltage generators

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Nonlinear Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Static Random-Access Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体集積回路装置に係わり、特にバ
ツク・バイアス電圧の変化に対し安定動作が可能
となるMOS型集積回路に関する。
従来、NチヤンネルE/D(エンハンスメン
ト/デプレツシヨン)型インバータのスタンド・
バイ・モード(stand by mode)における消費
電力を減らす方法として、第1図のようなMOS
型インバータ構成が実施されている。これは、E
型の駆動MOSトランジスタT1とD型の負荷MOS
トランジスタT2よりなるE/D型インバータと
その電源VDDとの間にI型MOSトランジスタ(ス
レツシヨルド電圧が略零ボルト)T3を付加した
ものである。このトランジスタT3はチツプ・イ
ネーブル信号により制御され、アクテイブ・
モード(active mode)においては信号が高
いレベルとなり、あたかもトランジスタT3が存
在しないかのようにふるまう。しかしスタンド・
バイ・モードになると、信号が低いレベルに
なり、トランジスタT3がオフして電源VDDとE/
D型インバータ間を切り離すことにより、消費電
力量を少なくする働きをする。またこの回路は、
高速動作を得るため、PN接合容量を減らすた
め、また余分な電源を使わないように第2図のよ
うなセルフ・サブ・バイアス電圧発生部(self
sub bias generator)1により、バツク・バイア
ス(back bias)電圧を集積回路の基板に印加す
るのが通例である。ここで印加されるバツクバイ
アス電圧は、通常−2.5V(接地は零ボルト)程度
である。このように第1図、第2図の方法によつ
て、スタンド・バイ・モードにおける消費電力は
少なくできたが、トランジスタT3がI型となつ
て電流を遮断しようとする場合は、完全オフ状態
ではないため、相補型MOS回路を用いたスタン
ド・バイ・モードにおける消費電力と比較して電
力が大となるのが現実であつた。
そこで、本発明者は、回路のアクテイブ・モー
ドにおけるバツク・バイアス電圧に比較して、ス
タンド・バイ・モードに対するバツク・バイアス
電圧を絶対値で高くするように切換えることによ
り、電力遅延積を小としたまま低消費電力化が可
能となる次のような半導体集積回路装置を提案し
た(特願昭55−63061号)。
以下図面を参照してこの改良型集積回路装置を
説明する。第3図、第4図は同装置の構成を示す
が、これらは第1図、第2図のものと構成的に対
応させた場合の例であるから、対応個所には同一
の符号を用いることにする。第3図において、電
源VDDと出力端outとの間には、負荷素子(抵抗)
R及びMOSトランジスタT31が直列接続され、電
源(接地)VSSと出力端outとの間には、駆動
MOSトランジスタT1が接続されている。このト
ランジスタT1のゲートには入力inが供給され、
トランジスタT31のゲートにはチツプイネーブル
信号が供給される。
第4図において、セルフ・サブ・バイアス電圧
発生部11は、チツプイネーブル信号が高レベ
ルの時、第1のVBBバツク・バイアス電圧を出力
し、セルフ・サブ・バイアス電圧発生部12は、
チツプイネーブル信号が低レベルの時、つま
りインバータ11の出力が高レベルの時、第2の
バツク・バイアス電圧を出力する。
第3図のトランジスタT1はE型であり、負荷
の抵抗Rと合わせてE/R型インバータを構成し
ている。ここで、このインバータが通常のE/R
インバータと異なる点は、これと電源VDDとの間
にI型或いはD型MOSトランジスタT31を有し、
このトランジスタT31のゲートにはチツプイネー
ブル信号が与えられているため、アクテイ
ブ・モードにおいてはトランジスタT31はオン状
態、スタンド・バイ・モードにおいてはオフ状態
となつて、電源ラインとE/R型インバータを完
全に切り離すことである。例えば、第3図のアク
テイブ・モードにおいては、セルフ・サブ・バイ
アス電圧VBBは−2.5Vであり、信号の高レベ
ルは5Vであり、この電圧で充分電流を流すこと
ができ、出力outに略電源電圧VDDの5Vが出力で
きる。一方スタンド・バイ・モードにおいては、
セルフ・サブ・バイアス電圧VBBは−5V以上例え
ば−6V等となり、信号は低レベルつまり零V
となり、VBB=−2.5VではI型或いはD型であつ
たものが、VBB−5VではトランジスタT31はE型
となり、電流を略完全に遮断することができる。
またインバータの負荷となる抵抗Rは、バツ
ク・バイアス電圧が−2.5Vから−5V、そして−
5Vから−2.5Vに変動しても常に変わらない電流
供給能力をもち、第1図の如きD型トランジスタ
を用いた負荷がバツク・バイアス電圧依存性があ
るのと比較して、電力遅延積が良好になる。
またモード切り換え用トランジスタT31は、ア
クテイブ・モードではI型或いはD型となり、ス
タンド・バイ・モードでは完全なE型となること
が望ましく、第5図のようなVth(スレツシヨルド
電圧)とバツク・バイアス電圧依存性をもつこと
が望ましい。即ちバツク・バイアス電圧が絶対値
で−5Vより大きくなるとき、強いE型になるこ
とが望ましい。従つて第6図に示すように、トラ
ンジスタT31のゲートから基板の深さ方向の空乏
層の伸びに従つて、VBB=−5Vのバツク・バイア
ス電圧印加時において、VBB=−2.5Vのバツク・
バイアス電圧印加時より基板不純物濃度が高い方
が望ましい。図中矢印aで示される点線は、VBB
=−2.5V印加時の空乏層の伸びを示し、矢印b
で示される点線は、VBB=−5V印加時の空乏層の
伸びを示す。
第4図のセルフ・サブ・バイアス電圧発生部で
は、信号がアクテイブ・モードで高レベルの
時電圧発生部11が働いてVBB=−2.5Vを集積回
路基板に印加し信号がスタンド・バイ・モー
ドで低レベルの時電圧発生部12が働いてVBB=−
5Vを集積回路基板に印加する。電圧発生部11
そのチヤージ・ポンプ能力を、電圧発生部11
それに較べて少なくし、スタンド・バイ・モード
における電圧発生部12の電流をほとんど消費せ
ずに、バツク・バイアス電圧を印加するようにす
る。
上記のような集積回路は、例えばスタチツク型
メモリーの周辺回路に用いられる。第7図は同メ
モリーのセル部を示す回路図で、E型駆動MOS
トランジスタT11、D型負荷MOSトランジスタ
T12よりなるMOSインバータ21と、同じくE型
駆動MOSトランジスタT13、D型負荷MOSトラ
ンジスタT14よりなるMOSインバータ22を有
し、両インバータ21,22のトランジスタ
T11,T12のゲート電極は互いに他の出力端O2
O1に接続している。出力端O1とデータ線D間に
はトランスフア素子T15が設けられ、出力端O2
データ線O2とデータ線間にはトランスフア素
子T16が設けられ、これらトランスフア素子T15
T16はワード線Wで駆動される構成である。
このように形成されたメモリーセルは、これと
同一半導体基体に形成された前記周辺回路がスタ
ンド・バイ・モードとなつてVBB=−2.5Vから
VBB=−5Vになると、各トランジスタのスレツシ
ヨルド電圧Vthが大になる。従つてメモリーセル
の負荷MOSトランジスタT12,T14の電流が減
り、電源電圧変動、温度変化及びα線等の影響を
受けやすくなり、不安定となる。
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、前
記MOSインバータの負荷素子に抵抗を用いるこ
とにより、前記バツク・バイアス電圧が絶対的に
大きく変化した場合においても、電源電圧変動、
温度変化及びα線等で回路が不安定になるのを防
止できる半導体集積回路を提供しようとするもの
である。
以下図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。第8図は同実施例を示すメモリー回路図であ
るが、構成的に第7図のものと対応させた場合の
例であるから、対応個所には同一符号を用いて説
明を省略し、特徴とする点のみ説明を行なう。本
実施例の特徴は、第7図の負荷MOSトランジス
タT12,T14の代りに、負荷抵抗R11,R12を用い
た点である。
上記第8図の如き構成であれば、前記スタン
ド・バイ・モードにおいてVBB=−2.5VからVBB
=−5Vと深くなり、バツク・バイアス電圧が絶
対値で大きくなつても、メモリーセルの負荷素子
が、第7図の如きMOSトランジスタT12,T14
なく、抵抗R11,R12であるため、全くバツク・
バイアス電圧の影響を受けず、従つて電源電圧の
変動、温度の変化及びα線等の影響に対して強い
スタテイツク型メモリーセルが実現できるもので
ある。
なお本発明は上記実施例のみに限定されず、種
種の応用が可能である。例えば実施例ではバツ
ク・バイアス電圧VBBが基準電圧(接地)VSS
り低い場合を述べたが、逆極構成の場合はVSS
り高くなる。
以上説明した如く本発明によれば、MOSイン
バータの負荷素子に抵抗を用いたフリツプフロツ
プ構成としたので、バツク・バイアス電圧が変化
した場合においても安定した動作が可能となる半
導体集積回路が提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はMOSインバータ回路図、第2図は同
回路のセルフ・サブ・バイアス電圧発生部のブロ
ツク図、第3図は改良型インバータ回路図、第4
図は同回路のセルフ・サブ・バイアス電圧発生部
のブロツク図、第5図及び第6図は同回路のトラ
ンジスタ特性説明図、第7図はバツク・バイアス
電圧が変わるメモリーセルの回路説明図、第8図
は本発明の一実施例を示す回路図である。 T11,T13……駆動素子、R11,R12……負荷抵
抗、O1,O2……出力端、VDD……電源、T15
T16……トランスフア素子、21,22……イン
バータ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 第1の電位供給端と出力端との間に負荷抵抗
    を設けると共に第2の電位供給端と前記出力端と
    の間に駆動素子を設けた第1、第2のMOS型イ
    ンバータを有し、かつ前記第1のMOS型インバ
    ータの出力端と第2のMOS型インバータの駆動
    素子のゲート電極を接続すると共に前記第2の
    MOS型インバータの出力端と第1のMOS型イン
    バータの駆動素子のゲート電極を接続し、前記第
    1、第2のMOS型インバータの各出力端にそれ
    ぞれトランスフア素子を接続してなる集積回路を
    設け、該集積回路を構成する半導体基体に対し、
    第1のモードで第1のセルフ・サブ・バイアス電
    圧を発生し、第2のモードで第2のセルフ・サ
    ブ・バイアス電圧を発生するバイアス電圧発生手
    段とを具備したことを特徴とする半導体集積回路
    装置。
JP14393280A 1980-05-13 1980-10-15 Semiconductor integrated circuit device Granted JPS5768062A (en)

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JP14393280A JPS5768062A (en) 1980-10-15 1980-10-15 Semiconductor integrated circuit device
US06/260,994 US4460835A (en) 1980-05-13 1981-05-06 Semiconductor integrated circuit device with low power consumption in a standby mode using an on-chip substrate bias generator
DE8181103606T DE3162416D1 (en) 1980-05-13 1981-05-11 Semiconductor integrated circuit device
EP81103606A EP0039946B1 (en) 1980-05-13 1981-05-11 Semiconductor integrated circuit device
CA000377457A CA1185665A (en) 1980-05-13 1981-05-13 Semiconductor integrated circuit device

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JP14393280A JPS5768062A (en) 1980-10-15 1980-10-15 Semiconductor integrated circuit device

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JPS5768062A JPS5768062A (en) 1982-04-26
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS61208252A (ja) * 1985-03-13 1986-09-16 Nec Corp 絶縁ゲ−ト型半導体集積回路装置
US4890144A (en) * 1987-09-14 1989-12-26 Motorola, Inc. Integrated circuit trench cell

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56160060A (en) * 1980-05-13 1981-12-09 Toshiba Corp Semiconductor integrated circuit device

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