JPH08228145A - Low voltage soi type logic circuit - Google Patents

Low voltage soi type logic circuit

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JPH08228145A
JPH08228145A JP7157647A JP15764795A JPH08228145A JP H08228145 A JPH08228145 A JP H08228145A JP 7157647 A JP7157647 A JP 7157647A JP 15764795 A JP15764795 A JP 15764795A JP H08228145 A JPH08228145 A JP H08228145A
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field effect
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power supply
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Abstract

PURPOSE: To enable the high-speed operation of the logic circuit by using an MOSFET of a low threshold voltage and to reduce power consumption at the time of waiting by using the MOSFET for power source switch of a high threshold voltage. CONSTITUTION: The SOI type logic circuit is provided while serially connecting SOI type MOSFET 44 and 45 for power source switch and a logic circuit 43 composed of the SOI type MOSFET. The body part of the MOSFET of the logic circuit is turned to a floating state and defined as the MOSFET of the low threshold voltage and the body part of the MOSFET for power source switch is biased by a power source voltage and defined as the MOSFET of the high threshold voltage.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、1Vの乾電池電源で
動作可能なSOI(Silicon On Insulator)型の電界効
果トランジスタを用いた低電圧SOI型論理回路に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a low voltage SOI type logic circuit using an SOI (Silicon On Insulator) type field effect transistor operable with a 1V dry battery power source.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の低電圧論理回路として、図1に示
すような回路が知られている。これは、バルク型のCM
OS回路を用いたもので、特開平6−29834号公
報、または、S.Mutoh, et al. "1V HIGH SPEED DIGITAL
CIRCUIT TECHNOLOGY WITH 0.5μm MULTI-THRESHOLD CM
OS", IEEE, 1993 、186−189ページに記載された
回路である。
2. Description of the Related Art As a conventional low voltage logic circuit, a circuit as shown in FIG. 1 is known. This is a bulk type CM
An OS circuit is used, which is disclosed in JP-A-6-29834 or S. Mutoh, et al. "1V HIGH SPEED DIGITAL".
CIRCUIT TECHNOLOGY WITH 0.5 μm MULTI-THRESHOLD CM
OS ", IEEE, 1993, pages 186-189.

【0003】この回路は、高電位電源線1に接続された
電源スイッチ用MOSFET4と、低電位電源線2に接
続された電源スイッチ用MOSFET5との間に、CM
OS論理回路群3を接続した基本構成を有している。こ
こで、電源スイッチ用MOSFET4および5は、高し
きい値電圧のMOSFETであり、論理回路群3は、低
しきい値電圧のMOSFETから構成されている。
This circuit has a CM between a power switch MOSFET 4 connected to the high potential power line 1 and a power switch MOSFET 5 connected to the low potential power line 2.
It has a basic configuration in which the OS logic circuit group 3 is connected. Here, the power switch MOSFETs 4 and 5 are high threshold voltage MOSFETs, and the logic circuit group 3 is composed of low threshold voltage MOSFETs.

【0004】高しきい値電圧の電源スイッチ用MOSF
ET4および5のゲートには、スリープ信号SLと、そ
の反転信号*SLがそれぞれ供給され、論理回路群3の
待機時(スリープ時)には、信号SLが高レベルとさ
れ、MOSFET4および5をオフとし、論理回路群3
への電源供給を停止する。逆に、論理回路群3の動作時
には、スリープ信号SLが低レベルとされ、MOSFE
T4および5をオンとして、論理回路群3に電源供給す
る。
High threshold voltage power switch MOSF
A sleep signal SL and its inverted signal * SL are supplied to the gates of ET4 and ET5, respectively, and during standby (sleep) of the logic circuit group 3, the signal SL is set to a high level and the MOSFETs 4 and 5 are turned off. And logic circuit group 3
To stop the power supply to. On the contrary, during the operation of the logic circuit group 3, the sleep signal SL is set to the low level and the MOSFE
T4 and 5 are turned on to supply power to the logic circuit group 3.

【0005】一般に、低しきい値電圧のMOSFET
は、動作速度は速いが遮断時のリーク電流は大きく、逆
に高しきい値電圧のMOSFETは、動作速度は遅いが
遮断時のリーク電流は小さいという特性をもっている。
したがって、図1の回路は、スリープ時には小さなリー
ク電流を維持しつつ、論理回路群3の動作時には、高速
動作を持続することが可能となる。
Generally, a low threshold voltage MOSFET
Has a characteristic that the operating speed is high but the leakage current at the time of interruption is large, and conversely, the MOSFET with a high threshold voltage has a characteristic that the operating speed is slow but the leakage current at the time of interruption is small.
Therefore, the circuit in FIG. 1 can maintain a small leak current in the sleep state and can continue high-speed operation in the operation of the logic circuit group 3.

【0006】ここで注目すべき点は、従来の低電圧論理
回路では、論理回路群3のMOSFETの各基板が、高
電位電源線1または低電位電源線2にそれぞれ接続され
ている点である。これは、基板バイアスを印加すること
によって、バルク型のCMOS回路で起こりやすいラッ
チアップによる誤動作を防止するためである。なお、上
記Mutoh, et al. の論文のFig. 1では、論理回路群のM
OSFETの基板がどこにも接続されていないかのよう
に記されているが、これは表記上の便宜のためであり、
実際には、これらのMOSFETの基板も、それぞれの
電源線に接続されている。
It should be noted that, in the conventional low voltage logic circuit, each substrate of the MOSFETs of the logic circuit group 3 is connected to the high potential power supply line 1 or the low potential power supply line 2, respectively. . This is to prevent malfunction due to latch-up that is likely to occur in a bulk type CMOS circuit by applying a substrate bias. In addition, in Fig. 1 of the above-mentioned article by Mutoh, et al.
It is written as if the substrate of the OSFET is not connected anywhere, but this is for convenience of notation,
In reality, the substrates of these MOSFETs are also connected to their respective power lines.

【0007】このような構成をSOI型のCMOS論理
回路に適用しようとすると、素子面積が増大するという
問題がある。以下、この点について説明する。
When such a structure is applied to an SOI type CMOS logic circuit, there is a problem that the element area increases. Hereinafter, this point will be described.

【0008】図2は、従来のSOI型MOSFETの構
造を示す断面図である。シリコン基板11上に埋込酸化
膜12が形成され、その上には、単結晶シリコン層から
なるアクティブ領域13が形成されている。このアクテ
ィブ領域13は、ソース131、ドレイン132、およ
びそれらに挟まれたボディ部133からなっている。ア
クティブ領域13は、ゲート酸化膜14で覆われ、ゲー
ト酸化膜14上にゲート電極15が形成されている。こ
のゲート電極15に電圧を印加することによって、ボデ
ィ部133の上部にチャンネル部134が形成される。
このように、アクティブ領域13は、ソース131、ド
レイン132、およびボディ部133からなり、ボディ
部133は、埋込酸化膜12によって、シリコン基板1
1から絶縁されている。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a conventional SOI MOSFET. A buried oxide film 12 is formed on a silicon substrate 11, and an active region 13 made of a single crystal silicon layer is formed on the buried oxide film 12. The active region 13 includes a source 131, a drain 132, and a body portion 133 sandwiched between them. The active region 13 is covered with a gate oxide film 14, and a gate electrode 15 is formed on the gate oxide film 14. By applying a voltage to the gate electrode 15, the channel part 134 is formed on the body part 133.
As described above, the active region 13 is composed of the source 131, the drain 132, and the body portion 133, and the body portion 133 is formed by the buried oxide film 12 in the silicon substrate 1.
Insulated from 1.

【0009】図3(A)は、バルク型MOSFETの基
板へのバイアスの印加方法を示し、図3(B)は、SO
I型MOSFETのボディ部へのバイアスの印加方法を
示す。図3(A)に示すバルク型PMOSFETでは、
基板内にN型のウェル20が形成され、その中にP+
のソース21とドレイン22が形成されるとともに、ウ
ェル20上面にゲート酸化膜を介してゲート電極23が
形成されている。また、ウェル20内には、バイアス用
+ 領域24が形成され、コンタクト25を通して、シ
リコン上部から電位が印加できるようにしている。
FIG. 3A shows a method of applying a bias to the substrate of the bulk MOSFET, and FIG. 3B shows SO.
A method of applying a bias to the body of the I-type MOSFET will be described. In the bulk type PMOSFET shown in FIG.
An N type well 20 is formed in the substrate, a P + type source 21 and a drain 22 are formed therein, and a gate electrode 23 is formed on the upper surface of the well 20 via a gate oxide film. In addition, a bias N + region 24 is formed in the well 20 so that a potential can be applied from above the silicon through the contact 25.

【0010】一方、図3(B)に示すSOI型PMOS
FETは、図2に示すように、ボディ部133がシリコ
ン基板11から絶縁されているために、接続部34Aに
よって、ボディ部133をバイアス用領域34に接続
し、そこにコンタクト35を形成する構造にしなければ
ならなかった。
On the other hand, the SOI type PMOS shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the FET has a structure in which the body portion 133 is insulated from the silicon substrate 11, and therefore the body portion 133 is connected to the bias region 34 by the connection portion 34A, and the contact 35 is formed therein. I had to.

【0011】この結果、SOI型MOSFETでは、バ
ルク型MOSFETと比較して、バイアス用領域が増大
し、その分だけ占有面積が増大するという欠点があっ
た。特に、論理回路群3を構成するMOSFETのサイ
ズの増大は、回路面積の増大をきたし、集積度を低下さ
せるという問題があった。
As a result, the SOI type MOSFET has a drawback that the bias region is increased and the occupied area is increased by that amount as compared with the bulk type MOSFET. In particular, there is a problem that an increase in the size of the MOSFETs forming the logic circuit group 3 causes an increase in the circuit area and a reduction in the degree of integration.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、高速動作および高集積が可能な低電圧SOI型論理
回路を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a low voltage SOI type logic circuit capable of high speed operation and high integration.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、第1の電源線
と、第2の電源線と、ソースとボディ部が前記第1の電
源線に接続されたSOI(Silicon On In
sulator)型の第1の電界効果トランジスタと、
ソースとボディ部が前記第2の電源線に接続されたSO
I型の第2の電界効果トランジスタと、前記第1の電界
効果トランジスタのドレインと前記第2の電界効果トラ
ンジスタのドレインとの間に接続された論理回路とを具
備し、前記論理回路は、SOI型電界効果トランジスタ
から構成され、該SOI型電界効果トランジスタのボデ
ィ部をフローティング状態とし、前記第1の電界効果ト
ランジスタのゲートと前記第2の電界効果トランジスタ
のゲートに供給される信号によって、前記第1の電源線
と前記論理回路、および前記第2の電源線と前記論理回
路との間の接続をオン/オフすることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided an SOI (Silicon On In) having a first power supply line, a second power supply line, a source and a body portion connected to the first power supply line.
a first field effect transistor of a
SO in which the source and body are connected to the second power line
An I-type second field effect transistor, and a logic circuit connected between the drain of the first field effect transistor and the drain of the second field effect transistor, wherein the logic circuit is an SOI. Type field effect transistor, the body of the SOI type field effect transistor is set in a floating state, and the first field effect transistor and the gate of the second field effect transistor are supplied with a signal by the signal supplied to the gate of the first field effect transistor. One of the power supply lines and the logic circuit, and the second power supply line and the logic circuit are turned on / off.

【0014】また、本発明は、第1の電源線と、第2の
電源線と、ソースが前記第1の電源線に接続され、ボデ
ィ部がゲートに接続されたSOI型の第1の電界効果ト
ランジスタと、ソースが前記第2の電源線に接続され、
ボディ部がゲートに接続されたSOI型の第2の電界効
果トランジスタと、前記第1の電界効果トランジスタの
ドレインと前記第2の電界効果トランジスタのドレイン
との間に接続された論理回路とを具備し、前記論理回路
は、SOI型電界効果トランジスタから構成され、該S
OI型電界効果トランジスタのボディ部をフローティン
グ状態とし、前記第1の電界効果トランジスタのゲート
と前記第2の電界効果トランジスタのゲートに供給され
る信号によって、前記第1の電源線と前記論理回路、お
よび前記第2の電源線と前記論理回路との間の接続をオ
ン/オフすることを特徴とする。
Further, according to the present invention, a first electric field of SOI type in which a first power supply line, a second power supply line and a source are connected to the first power supply line and a body portion is connected to a gate. An effect transistor and a source connected to the second power line,
An SOI-type second field effect transistor having a body connected to the gate, and a logic circuit connected between the drain of the first field effect transistor and the drain of the second field effect transistor. The logic circuit is composed of an SOI type field effect transistor, and
The body portion of the OI type field effect transistor is set in a floating state, and the first power supply line and the logic circuit are controlled by a signal supplied to the gate of the first field effect transistor and the gate of the second field effect transistor. And, the connection between the second power supply line and the logic circuit is turned on / off.

【0015】また、本発明は、前記論理回路を構成する
電界効果トランジスタのボディ部の不純物濃度を調整し
て、該ボディ部を完全空乏化状態とするとともに、前記
第1の電界効果トランジスタのボディ部および前記第2
の電界効果トランジスタのボディ部の不純物濃度を調整
して、該ボディ部を部分空乏化状態としたことを特徴と
する。
Further, according to the present invention, the impurity concentration of the body portion of the field effect transistor forming the logic circuit is adjusted so that the body portion is completely depleted, and the body of the first field effect transistor is formed. Part and said second
The impurity concentration of the body portion of the field effect transistor is adjusted so that the body portion is partially depleted.

【0016】また、本発明は、前記論理回路を構成する
電界効果トランジスタのボディ部の不純物濃度を調整
し、該ボディ部に形成される空乏層の厚さが、以下の式
で与えられる空乏層幅W以上となるようにし、前記第1
の電界効果トランジスタのボディ部および前記第2の電
界効果トランジスタのボディ部の不純物濃度を調整し、
該ボディ部に形成される空乏層の厚さが、前記空乏層幅
Wより小さくなるように設定したことを特徴とする。
Further, according to the present invention, the impurity concentration of the body portion of the field effect transistor constituting the logic circuit is adjusted, and the thickness of the depletion layer formed in the body portion is given by the following formula. Width W or more, the first
Adjusting the impurity concentration of the body part of the field effect transistor and the body part of the second field effect transistor,
It is characterized in that the thickness of the depletion layer formed in the body portion is set to be smaller than the depletion layer width W.

【0017】[0017]

【数3】W={2εsi・2φf /(q・Nbody)}1/2 ただし、εsiは、シリコン部の誘電率 φf は、シリコン部のフェルミポテンシャル qは、電子の電荷 Nbodyは、ボディ部の不純物濃度 また、本発明は、前記論理回路を構成する電界効果トラ
ンジスタのボディ部の厚さを100nm以下、その不純
物濃度を1×1017cm-3以下とし、該ボディ部を完全
空乏化状態とするとともに、前記第1の電界効果トラン
ジスタのボディ部および前記第2の電界効果トランジス
タのボディ部の厚さを100nm以下、その不純物濃度
を1×1017cm-3より大に設定して、該ボディ部を部
分空乏化状態としたことを特徴とする。
[Equation 3] W = {2ε si · 2φ f / (q · N body )} 1/2 where ε si is the dielectric constant φ f of the silicon part, the Fermi potential q of the silicon part is the electron charge N In the present invention, the body portion of the field effect transistor constituting the logic circuit has a thickness of 100 nm or less and an impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less. Are completely depleted, and the thickness of the body of the first field effect transistor and the body of the second field effect transistor is 100 nm or less, and the impurity concentration thereof is larger than 1 × 10 17 cm −3. Is set so that the body portion is in a partially depleted state.

【0018】また、本発明は、第1の電源線と、第2の
電源線と、ソースとボディ部が前記第1の電源線に接続
されたSOI型の電源スイッチ用電界効果トランジスタ
と、前記電源スイッチ用電界効果トランジスタのドレイ
ンと前記第2の電源線との間に接続された論理回路とを
具備し、前記論理回路は、SOI型電界効果トランジス
タから構成され、該SOI型電界効果トランジスタのボ
ディ部をフローティング状態とし、前記電源スイッチ用
電界効果トランジスタのゲートに供給される信号によっ
て、前記第1の電源線と前記論理回路との間の接続をオ
ン/オフすることを特徴とする。
According to the present invention, there is further provided a first power supply line, a second power supply line, an SOI type power switch field effect transistor whose source and body are connected to the first power supply line, and A logic circuit connected between the drain of the field effect transistor for power switch and the second power line, wherein the logic circuit is composed of an SOI type field effect transistor, The body portion is set in a floating state, and the connection between the first power supply line and the logic circuit is turned on / off by a signal supplied to the gate of the power switch field effect transistor.

【0019】また、本発明は、第1の電源線と、第2の
電源線と、ソースが前記第1の電源線に接続され、ボデ
ィ部がゲートに接続されたSOI型の電源スイッチ用電
界効果トランジスタと、前記電源スイッチ用電界効果ト
ランジスタのドレインと前記第2の電源線との間に接続
された論理回路とを具備し、前記論理回路は、SOI型
電界効果トランジスタから構成され、該SOI型電界効
果トランジスタのボディ部をフローティング状態とし、
前記電源スイッチ用電界効果トランジスタのゲートに供
給される信号によって、前記第1の電源線と前記論理回
路との間の接続をオン/オフすることを特徴とする。
Further, according to the present invention, an electric field for an SOI type power switch in which a first power supply line, a second power supply line and a source are connected to the first power supply line and a body is connected to a gate. An effect transistor and a logic circuit connected between the drain of the power switch field effect transistor and the second power line are provided, and the logic circuit is composed of an SOI type field effect transistor. Type body field effect transistor body is in a floating state,
The connection between the first power supply line and the logic circuit is turned on / off by a signal supplied to the gate of the power switch field effect transistor.

【0020】また、本発明は、前記論理回路を構成する
電界効果トランジスタのボディ部の不純物濃度を調整し
て、該ボディ部を完全空乏化状態とするとともに、前記
電源スイッチ用電界効果トランジスタのボディ部の不純
物濃度を調整して、該ボディ部を部分空乏化状態とした
ことを特徴とする。
Further, according to the present invention, the impurity concentration of the body portion of the field effect transistor forming the logic circuit is adjusted so that the body portion is completely depleted, and the body of the power switch field effect transistor is formed. The impurity concentration of the body portion is adjusted so that the body portion is partially depleted.

【0021】また、本発明は、前記論理回路を構成する
電界効果トランジスタのボディ部の不純物濃度を調整
し、該ボディ部に形成される空乏層の厚さが、以下の式
で与えられる空乏層幅W以上となるようにし、前記電源
スイッチ用電界効果トランジスタのボディ部の不純物濃
度を調整し、該ボディ部に形成される空乏層の厚さが、
前記空乏層幅Wより小さくなるように設定したことを特
徴とする。
Further, according to the present invention, the impurity concentration of the body portion of the field effect transistor constituting the logic circuit is adjusted, and the thickness of the depletion layer formed in the body portion is given by the following formula. The width of the depletion layer formed in the body is adjusted by adjusting the impurity concentration of the body of the power switch field effect transistor so that the width is not less than W.
It is characterized in that the width is set to be smaller than the depletion layer width W.

【0022】[0022]

【数4】W={2εsi・2φf /(q・Nbody)}1/2 ただし、εsiは、シリコン部の誘電率 φf は、シリコン部のフェルミポテンシャル qは、電子の電荷 Nbodyは、ボディ部の不純物濃度 また、本発明は、前記論理回路を構成する電界効果トラ
ンジスタのボディ部の厚さを100nm以下、その不純
物濃度を1×1017cm-3以下とし、該ボディ部を完全
空乏化状態とするとともに、前記電源スイッチ用電界効
果トランジスタのボディ部の厚さを100nm以下、そ
の不純物濃度を1×1017cm-3より大に設定して、該
ボディ部を部分空乏化状態としたことを特徴とする。
[Equation 4] W = {2ε si · 2φ f / (q · N body )} 1/2 where ε si is the dielectric constant φ f of the silicon part, the Fermi potential q of the silicon part is the electron charge N In the present invention, the body portion of the field effect transistor constituting the logic circuit has a thickness of 100 nm or less and an impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less. Is completely depleted, and the thickness of the body of the field effect transistor for power switch is set to 100 nm or less and the impurity concentration thereof is set to more than 1 × 10 17 cm −3 to partially deplete the body. It is characterized in that it is in an activated state.

【0023】[0023]

【作用】本発明は、論理回路用のSOI型MOSFET
のボディ部をフローティング状態とした点を特徴とす
る。これによって、論理回路を構成するMOSFETに
おいては、従来必要であったバイアス用領域および接続
部が不要となり、素子面積の増大を防ぐことができる。
また、ボディ部をフローティング状態としたNMOSF
ET(PMOSFET)では、ドレインからボディ部へ
正孔(電子)が流入して(インパクト・イオン化)、ボ
ディ部の電位が上がり(下がり)、ボディ部とソースと
の間の電圧の絶対値が大きくなるため、しきい値電圧が
下がり、論理回路素子の低電圧化を図ることができると
いう利点も得られる。
The present invention is an SOI type MOSFET for a logic circuit.
The feature is that the body part of is set in a floating state. As a result, in the MOSFET forming the logic circuit, the bias region and the connecting portion, which have been conventionally required, are unnecessary, and the increase of the element area can be prevented.
Also, the NMOSF with the body part in a floating state
In ET (PMOSFET), holes (electrons) flow from the drain to the body (impact ionization), the potential of the body rises (falls), and the absolute value of the voltage between the body and the source increases. Therefore, there is an advantage that the threshold voltage is lowered and the voltage of the logic circuit element can be lowered.

【0024】また、電源スイッチ用MOSFETでは、
高しきい値電圧を実現するために、バイアス用領域と接
続部が必要であるが、このMOSFETは、論理回路ブ
ロックの両側(または片側)にのみ配置すればよく、論
理回路用MOSFETと比較して使用個数がきわめて少
ないので、回路全体の面積への影響はほとんど無視でき
る。
In the power switch MOSFET,
A bias region and connection are required to achieve a high threshold voltage, but this MOSFET only needs to be placed on both sides (or one side) of the logic circuit block. Since the number of devices used is extremely small, the effect on the area of the entire circuit can be ignored.

【0025】さらに、MOSFETのボディ部の不純物
濃度を調節することによって、そのしきい値電圧を正確
に設定することができる。すなわち、論理回路用の低し
きい値電圧MOSFETでは、フローティング状態とし
たボディ部の不純物濃度を減らして、完全空乏化状態と
することによって、低しきい値電圧を高精度で実現する
ことができるとともに、電源スイッチ用のMOSFET
では、電源にバイアスしたボディ部の不純物濃度を増や
して、ボディ部を部分空乏化状態にすることによって、
高しきい値電圧を正確に設定することができる。
Further, the threshold voltage can be set accurately by adjusting the impurity concentration of the body portion of the MOSFET. That is, in the low threshold voltage MOSFET for the logic circuit, the low threshold voltage can be realized with high accuracy by reducing the impurity concentration of the body part in the floating state to bring it into the fully depleted state. Along with MOSFET for power switch
Then, by increasing the impurity concentration of the body part biased to the power supply and making the body part partially depleted,
The high threshold voltage can be set accurately.

【0026】また、電源スイッチ用MOSFETのボデ
ィ部をゲートに接続して、ゲート電圧でバイアスすれ
ば、このMOSFETのしきい値電圧特性を、遮断時に
は高しきい値電圧、導通時には低しきい値電圧と、自動
的に切り替えることができる。すなわち、可変しきい値
電圧によって、より有利な電源制御を実現することがで
きる。
If the body portion of the power switch MOSFET is connected to the gate and biased by the gate voltage, the threshold voltage characteristic of this MOSFET has a high threshold voltage when cut off and a low threshold voltage when turned on. The voltage can be switched automatically. That is, more advantageous power supply control can be realized by the variable threshold voltage.

【0027】[0027]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0028】実施例1 図4は、本発明による低電圧SOI型論理回路の第一実
施例の構成を示す回路図である。
Embodiment 1 FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a first embodiment of a low voltage SOI type logic circuit according to the present invention.

【0029】図において、符号41は高電位電源線、4
2は低電位電源線である。高電位電源線41は、電源ス
イッチ用PMOSFET44のソース端子に接続され、
低電位電源線42は、電源スイッチ用NMOSFET4
5のソース端子に接続されていている。また、MOSF
ET44のドレイン端子は、論理回路群43の高電位端
子に接続され、MOSFET45のドレイン端子は、論
理回路群43の低電位端子に接続されている。言い換え
れば、MOSFET44、論理回路群43およびMOS
FET45が直列接続され、MOSFET44および4
5を介して、論理回路群43に電源が供給される構成と
なっている。また、MOSFET44のゲート端子に
は、スリープ信号SLが加えられ、MOSFET45の
ゲート端子には、その反転信号*SLが加えられてい
る。これらの信号は、電源スイッチ用MOSFET44
および45をオン/オフ制御するための信号であり、論
理回路群43のスリープ時に、MOSFET44および
45をオフにし、論理回路群43の動作時に、MOSF
ET44および45をオンとする。
In the figure, reference numeral 41 is a high potential power supply line, 4
Reference numeral 2 is a low potential power line. The high-potential power line 41 is connected to the source terminal of the power switch PMOSFET 44,
The low-potential power supply line 42 is a power switch NMOSFET 4
5 is connected to the source terminal. Also, MOSF
The drain terminal of the ET 44 is connected to the high potential terminal of the logic circuit group 43, and the drain terminal of the MOSFET 45 is connected to the low potential terminal of the logic circuit group 43. In other words, the MOSFET 44, the logic circuit group 43 and the MOS
FET 45 is connected in series and MOSFETs 44 and 4 are connected.
Power is supplied to the logic circuit group 43 via the circuit 5. The sleep signal SL is applied to the gate terminal of the MOSFET 44, and its inverted signal * SL is applied to the gate terminal of the MOSFET 45. These signals are supplied to the power switch MOSFET 44.
And 45 for on / off control, turning off the MOSFETs 44 and 45 when the logic circuit group 43 is in a sleep state, and turning off the MOSF when the logic circuit group 43 is operating.
Turn on ETs 44 and 45.

【0030】この実施例の特徴は、論理回路群43を構
成する、すべてのMOSFETのボディ部がフローティ
ング状態に設定されていることである。すなわち、これ
らのMOSFETのボディ部には、バイアスがかけられ
ていない。一方、電源スイッチ用MOSFET44およ
び45のボディ部はバイアスされている。すなわち、M
OSFET44のボディ部が高電位電源線41に接続さ
れ、MOSFET45のボディ部が低電位電源線42に
接続されている。
The feature of this embodiment is that the body portions of all MOSFETs forming the logic circuit group 43 are set in a floating state. That is, the body portions of these MOSFETs are not biased. On the other hand, the body portions of the power switch MOSFETs 44 and 45 are biased. That is, M
The body portion of the OSFET 44 is connected to the high potential power source line 41, and the body portion of the MOSFET 45 is connected to the low potential power source line 42.

【0031】図5(A)および図5(B)は、MOSF
ETのボディ部にバイアスをかけたときと、かけなかっ
たときの、しきい値電圧の変化を示すグラフである。横
軸はゲート・ソース間電圧VGSを示し、縦軸はドレイン
電流IDSを対数スケールで示している。VTH1 およびV
TH2 は、しきい値電圧である。図から明らかなように、
ボディ部にバイアスをかけないときには、しきい値電圧
が下がる。この理由については前述した。このように、
SOI型MOSFETでは、その製作プロセスにおい
て、特別なしきい値電圧調整用のマスクを用いなくて
も、ボディ部をバイアスするか否かによって、高しきい
値電圧のMOSFETと、低しきい値電圧のMOSFE
Tとを実現することができる。
FIGS. 5A and 5B show MOSF.
9 is a graph showing changes in threshold voltage when the ET body is biased and when it is not biased. The horizontal axis represents the gate-source voltage V GS , and the vertical axis represents the drain current I DS on a logarithmic scale. V TH1 and V
TH2 is a threshold voltage. As is clear from the figure,
When the body is not biased, the threshold voltage drops. The reason for this is described above. in this way,
In the SOI type MOSFET, a high threshold voltage MOSFET and a low threshold voltage MOSFET are selected depending on whether or not the body portion is biased without using a special threshold voltage adjustment mask in the manufacturing process. MOSFE
T and can be realized.

【0032】本実施例では、さらに、ボディ部の不純物
濃度をコントロールすることによって、高精度のしきい
値電圧の調整を行っている。以下、この点を詳細に説明
する。
In this embodiment, further, the threshold voltage is adjusted with high accuracy by controlling the impurity concentration of the body portion. Hereinafter, this point will be described in detail.

【0033】図6(A)は、論理回路群43用MOSF
ETの構造を示す断面図であり、図6(B)は、電源ス
イッチ用MOSFET44および45の構造を示す断面
図である。これらの図から分かるように、論理回路群4
3用MOSFETのボディ部133Aは、その空乏層幅
Wがボディ部の厚さ以上に設定されている。すなわち、
ボディ部133Aは、完全空乏化状態にされている。一
方、電源スイッチ用MOSFETのボディ部133B
は、その空乏層幅Wがボディ部の厚さよりも小さくされ
ている。すなわち、ボディ部133Bは、部分空乏化状
態にされている。一般に、空乏層幅が大きいほど低電圧
でチャンネルが形成されるから、しきい値電圧が下が
る。したがって、論理回路群用MOSFETのしきい値
電圧は、所望の低しきい値電圧に高精度で設定され、電
源スイッチ用MOSFETのしきい値電圧は、高しきい
値電圧に高精度で設定される。
FIG. 6A shows a MOSF for the logic circuit group 43.
FIG. 6B is a cross-sectional view showing the structure of ET, and FIG. 6B is a cross-sectional view showing the structure of power switch MOSFETs 44 and 45. As can be seen from these figures, the logic circuit group 4
In the body portion 133A of the third MOSFET, the depletion layer width W is set to be equal to or larger than the thickness of the body portion. That is,
The body portion 133A is in a completely depleted state. On the other hand, the body portion 133B of the power switch MOSFET
Has a depletion layer width W smaller than the thickness of the body portion. That is, the body portion 133B is in a partially depleted state. Generally, as the width of the depletion layer is larger, the channel is formed at a lower voltage, and thus the threshold voltage is lowered. Therefore, the threshold voltage of the logic circuit group MOSFET is set to a desired low threshold voltage with high accuracy, and the threshold voltage of the power switch MOSFET is set to a high threshold voltage with high accuracy. It

【0034】図6(A)および図6(B)に示したMO
SFETでは、空乏層幅Wは、次の式で与えられる。
The MO shown in FIGS. 6A and 6B.
In the SFET, the depletion layer width W is given by the following equation.

【0035】[0035]

【数5】 W={2εsi・2φf /(q・Nbody)}1/2 (1) ただし、εsiはシリコンの誘電率、 φf はシリコンのフェルミポテンシャル qは電子の電荷量 Nbodyはボディ部の不純物濃度 である。また、フェルミポテンシャルφf は、次式で与
えられる。
W = {2ε si · 2φ f / (q · N body )} 1/2 (1) where ε si is the dielectric constant of silicon, φ f is the Fermi potential of silicon, and q is the charge amount N of electrons. body is the impurity concentration of the body part. Further, the Fermi potential φ f is given by the following equation.

【0036】[0036]

【数6】 φf =(kT/q)ln(Nbody/ni ) (2) ただし、kはボルツマン定数 Tはボディ部の絶対温度 ni はシリコンの真性キャリア密度 である。また、lnは自然対数を表す。Φ f = (kT / q) ln (N body / n i ) (2) where k is Boltzmann's constant T is the absolute temperature of the body part n i is the intrinsic carrier density of silicon. In addition, ln represents a natural logarithm.

【0037】アクティブ領域13の膜厚をtSOI とし、
空乏層幅Wを、この膜厚tSOI よりも大きくした場合、
ボディ部133Aは、完全空乏化状態となる。この状態
では、MOSFETの相互コンダクダンスgm が上昇す
るとともに、ゲート容量が低減し、MOSFETの動作
速度が向上することが知られている。
The thickness of the active region 13 is t SOI ,
When the depletion layer width W is made larger than this film thickness t SOI ,
133 A of body parts will be in a completely depleted state. In this state, it is known that the mutual conductance g m of the MOSFET increases, the gate capacitance decreases, and the operating speed of the MOSFET improves.

【0038】一方、MOSFETのしきい値電圧V
THは、次の近似式で与えられる。
On the other hand, the threshold voltage V of the MOSFET
TH is given by the following approximate expression.

【0039】[0039]

【数7】 VTH≒VFB+2φf +(2εsi・2φf ・q・nNbody1/2 /COX (3) ただし、VFBはフラットバンド電圧 COXはゲート酸化膜14による容量である。[Formula 7] V TH ≈ V FB + 2φ f + (2ε si · 2φ f · q · nN body ) 1/2 / C OX (3) where V FB is the flat band voltage C OX is the capacitance due to the gate oxide film 14. Is.

【0040】上記(1)−(3)式から、論理回路用M
OSFETのボディ部133Aを完全空乏化状態にする
ためには、アクティブ領域13の膜厚tSOI を100n
m、ゲート酸化膜14の膜厚tOXを7nm(これによる
OX=0.49μF/cm2)、ボディ部133Aの不
純物濃度Nbodyを8×1016cm-3(このときVFB=−
0.9V,2φf =+0.8V)に設定すればよい。こ
のときのしきい値電圧は、図7に示すように、0.2V
程度になり、低しきい値電圧のMOSFETを実現する
ことができる。なお、図7から分かるように、不純物濃
度を減らして空乏層幅を増大することによって、しきい
値電圧は低下する。
From the equations (1)-(3), M for the logic circuit is obtained.
In order to completely deplete the body portion 133A of the OSFET, the thickness t SOI of the active region 13 is set to 100 n.
m, the thickness t OX of the gate oxide film 14 is 7 nm (C OX = 0.49 μF / cm 2 due to this ), and the impurity concentration N body of the body 133A is 8 × 10 16 cm −3 (where V FB = −
0.9V and 2φ f = + 0.8V). The threshold voltage at this time is 0.2 V as shown in FIG.
It is possible to realize a low threshold voltage MOSFET. As can be seen from FIG. 7, the threshold voltage is lowered by decreasing the impurity concentration and increasing the depletion layer width.

【0041】こうして、論理回路用MOSFETのボデ
ィ部133Aの完全空乏化状態が実現できるが、アクテ
ィブ領域13の膜厚tSOI が100nmのときには、不
純物濃度Nbodyは、1×1017cm-3以下が好ましい。
In this way, the fully depleted state of the body portion 133A of the logic circuit MOSFET can be realized, but when the film thickness t SOI of the active region 13 is 100 nm, the impurity concentration N body is 1 × 10 17 cm -3 or less. Is preferred.

【0042】一方、ボディ部133Bがバイアスされた
電源スイッチ用MOSFET44および45では、ボデ
ィ部133Bを部分空乏化状態とする。たとえば、ボデ
ィ部133Bの不純物濃度Nbodyを、4×1017cm-3
に設定すると、空乏層厚W=54nmとなり、図6
(B)に示すように、ボディ部133Bを部分空乏化状
態とすることができる。このとき、VFB=−1.0V,
2φf =+0.9Vとなり、しきい値電圧が0.6V程
度の高しきい値電圧のMOSFETを実現することがで
きる。なお、アクティブ領域13の膜厚tSOI およびゲ
ート酸化膜14の膜厚tOXは論理回路用MOSFETの
ものと同じに設定される。ボディ部133Bの不純物濃
度Nbodyは、1×1017cm-3以上が好ましい。
On the other hand, in the power switch MOSFETs 44 and 45 in which the body portion 133B is biased, the body portion 133B is partially depleted. For example, the impurity concentration N body of the body portion 133B is set to 4 × 10 17 cm −3.
When set to, the depletion layer thickness W = 54 nm, as shown in FIG.
As shown in (B), the body portion 133B can be partially depleted. At this time, V FB = −1.0V,
Since 2φ f = + 0.9V, a high threshold voltage MOSFET having a threshold voltage of about 0.6V can be realized. The thickness t SOI of the active region 13 and the thickness t OX of the gate oxide film 14 are set to be the same as those of the logic circuit MOSFET. The impurity concentration N body of the body portion 133B is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more.

【0043】こうして、電源スイッチ用MOSFET4
4および45のボディ部133Bを部分空乏化状態とす
る。この部分空乏化されたボディ部133Bは、バイア
ス用領域を介して高電位電源線41と低電位電源線42
にそれぞれ接続される。このため、しきい値電圧の変動
は、従来のバルク型MOSFETと同程度に小さくでき
る。この結果、電源スイッチ用MOSFET44および
45のオン抵抗のばらつきを小さくでき、論理回路群4
3に安定した電源電圧を供給することができる。
Thus, the power switch MOSFET 4
The body portions 133B of Nos. 4 and 45 are partially depleted. The partially depleted body portion 133B has a high potential power supply line 41 and a low potential power supply line 42 via a bias region.
Respectively connected to. Therefore, the fluctuation of the threshold voltage can be made as small as that of the conventional bulk MOSFET. As a result, it is possible to reduce variations in the on-resistances of the power switch MOSFETs 44 and 45, and the logic circuit group 4
It is possible to supply a stable power supply voltage to 3.

【0044】実施例2 図8は、本発明による低電圧SOI型論理回路の第2実
施例の構成を示す回路図である。
Second Embodiment FIG. 8 is a circuit diagram showing a structure of a second embodiment of a low voltage SOI type logic circuit according to the present invention.

【0045】この実施例が第1実施例と異なる点は、電
源スイッチ用MOSFET44および45のボディ部1
33Bをゲート電極15に接続した点である。
This embodiment is different from the first embodiment in that the body portion 1 of the power switch MOSFETs 44 and 45 is different.
33B is connected to the gate electrode 15.

【0046】この構成によれば、論理回路回路群43の
スリープ時には、MOSFET44および45のしきい
値電圧を上げ、リーク電流を低下し、その動作時には、
MOSFET44および45のしきい値電圧を下げて、
論理回路群43への供給電圧を上げることができる。
According to this structure, when the logic circuit circuit group 43 is in the sleep state, the threshold voltages of the MOSFETs 44 and 45 are increased to reduce the leak current.
Lower the threshold voltage of MOSFETs 44 and 45,
The supply voltage to the logic circuit group 43 can be increased.

【0047】図9(A)および図9(B)は、その理由
を説明するためのグラフである。これらのグラフにおい
て、横軸はゲート・ソース間電圧VGSであり、縦軸はし
きい値電圧VTHである。これらの図から分かるように、
ゲート・ソース間電圧VGSの絶対値が増加すると、MO
SFETのしきい値電圧VTHの絶対値が減少する。本実
施例2は、この特性を利用したものである。
FIGS. 9A and 9B are graphs for explaining the reason. In these graphs, the horizontal axis represents the gate-source voltage V GS , and the vertical axis represents the threshold voltage V TH . As you can see from these figures,
If the absolute value of the gate-source voltage V GS increases, the MO
The absolute value of the threshold voltage V TH of the SFET decreases. The second embodiment utilizes this characteristic.

【0048】まず、スリープ時には、PMOSFET4
4のゲートに高レベルの信号SL(1V)が供給され、
NMOSFET45のゲートに低レベル信号*SL(0
V)が加えられる。このとき、PMOSFET44のゲ
ート・ソース間電圧VGSも、NMOSFET45のゲー
ト・ソース間電圧VGSも、低電圧(0V)となる。すな
わち、しきい値電圧VTHは高くなる。
First, during sleep, the PMOSFET 4
A high level signal SL (1V) is supplied to the gate of 4.
A low level signal * SL (0
V) is added. At this time, the voltage V GS also between the gate and the source of PMOSFET44, the voltage V GS between the gate and the source of NMOSFET45, a low voltage (0V). That is, the threshold voltage V TH becomes high.

【0049】逆に、論理回路群43の動作時には、PM
OSFET44のゲートに低レベルの信号SL(0V)
が供給され、NMOSFET45のゲートに高レベル信
号*SL(1V)が加えられる。このとき、PMOSF
ET44のゲート・ソース間電圧VGSも、NMOSFE
T45のゲート・ソース間電圧VGSも、高電圧(1V)
となる。すなわち、しきい値電圧VTHは低くなる。
On the contrary, when the logic circuit group 43 is operating, PM
Low level signal SL (0V) is applied to the gate of OSFET44
Is supplied, and a high level signal * SL (1V) is applied to the gate of the NMOSFET 45. At this time, PMOSF
The gate-source voltage V GS of ET44 is also NMOSFE
Gate-source voltage V GS of T45 is also high voltage (1V)
Becomes That is, the threshold voltage V TH becomes low.

【0050】この結果、スリープ時には、MOSFET
44および45のオフ抵抗が増して、リーク電流を低い
値に押さえることができ、論理回路群43の動作時に
は、MOSFET44および45のオン抵抗が減少し、
論理回路群43への供給電圧を増すことができる。
As a result, during sleep, the MOSFET is
The off resistances of 44 and 45 increase, the leak current can be suppressed to a low value, and the on resistances of the MOSFETs 44 and 45 decrease when the logic circuit group 43 operates.
The supply voltage to the logic circuit group 43 can be increased.

【0051】なお、上記各実施例では、高電位側にも低
電位側にも電源スイッチ用のMOSFETを設けたが、
その一方のみでも、ほぼ同様の作用効果をあげることが
できる。たとえば、低電位側のMOSFET45を除い
た場合は、論理回路群43の低電位端子を、低電位電源
線42に直接接続すればよい。
In each of the above embodiments, the power switch MOSFET is provided on both the high potential side and the low potential side.
Even if only one of them is used, almost the same operational effect can be obtained. For example, when the low potential side MOSFET 45 is excluded, the low potential terminal of the logic circuit group 43 may be directly connected to the low potential power supply line 42.

【0052】図10は、論理回路を構成するMOSFE
Tのボディ部をゲート電極に接続した構成を示す従来技
術であり、T.Andoh,et al., "Design Methodology for
Low-Voltage MOSFETs", 1994, IEEE, 79-82 ページに記
載されたものである。本実施例がこの従来技術と異なる
点は、ボディ部がゲート電極に接続されたMOSFET
を、従来技術では、論理回路用MOSFETとして用い
ているのに対して、本発明では、電源スイッチ用MOS
FETとして利用している点である。ボディ部がゲート
電極に接続されたMOSFETは、ボディ部からゲート
電極への接続部を設けねばならないために、素子占有面
積が増加するとともに、入力容量が増加するため、ボデ
ィ部をフローティング状態とした素子よりも、動作速度
が遅く、論理回路用としては適していない。本実施例で
は、このようなMOSFETを、論理素子よりも動作速
度が遅くて済み、かつ使用個数が少ない、電源スイッチ
用素子として用いているため、このような欠点による悪
影響をまぬがれることができる。
FIG. 10 shows a MOSFE which constitutes a logic circuit.
This is a prior art showing a structure in which the body part of T is connected to a gate electrode. T. Andoh, et al., "Design Methodology for
Low-Voltage MOSFETs ", 1994, IEEE, pages 79-82. This embodiment differs from this prior art in that the body portion is connected to the gate electrode.
In the prior art, the MOSFET is used as a logic circuit MOSFET, whereas in the present invention, a power switch MOS is used.
It is used as an FET. In the MOSFET in which the body portion is connected to the gate electrode, since the connection portion from the body portion to the gate electrode must be provided, the element occupying area increases and the input capacitance increases, so the body portion is set to the floating state. The operation speed is slower than that of the element, and it is not suitable for a logic circuit. In the present embodiment, such a MOSFET is used as a power supply switching element which has a slower operating speed than a logic element and is used in a small number. Therefore, such a defect can be avoided.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速動作および高集積が可能な低電圧SOI型論理回路
を提供することができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a low-voltage SOI type logic circuit capable of high-speed operation and high integration.

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

【図1】従来の低電圧CMOS論理回路の一例を示す回
路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a conventional low voltage CMOS logic circuit.

【図2】SOI型MOSFETの一般構造を示す断面図
である。
FIG. 2 is a sectional view showing a general structure of an SOI MOSFET.

【図3】(A)は従来のバルク型MOSFETの基板バ
イアス構造を示す平面図、(B)は従来のSOI型MO
SFETのボディ部バイアス構造を示す平面図である。
FIG. 3A is a plan view showing a substrate bias structure of a conventional bulk MOSFET, and FIG. 3B is a conventional SOI type MO.
It is a top view which shows the body part bias structure of SFET.

【図4】本発明による低電圧SOI型論理回路の第1実
施例の構成を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a first embodiment of a low voltage SOI type logic circuit according to the present invention.

【図5】(A)は、第1実施例において、MOSFET
のボディ部にバイアスをかけたときの、ソース・ゲート
間電圧対ドレイン電流特性、およびしきい値電圧を示す
グラフ、(B)は第1実施例において、MOSFETの
ボディ部にバイアスをかけないときの、ソース・ゲート
間電圧対ドレイン電流特性、およびしきい値電圧を示す
グラフである。
FIG. 5A shows a MOSFET in the first embodiment.
(B) is a graph showing the source-gate voltage-drain current characteristics and the threshold voltage when the body part of the MOSFET is biased, (B) shows the case where the body part of the MOSFET is not biased in the first embodiment. 3 is a graph showing a source-gate voltage-drain current characteristic and a threshold voltage.

【図6】(A)は第1実施例で用いた論理回路用低しき
い値電圧のSOI型MOSFETの構造を示す断面図、
(B)は第1実施例で用いた電源スイッチ用高しきい値
電圧のSOI型MOSFETの構造を示す断面図であ
る。
FIG. 6A is a cross-sectional view showing the structure of a low threshold voltage SOI type MOSFET for a logic circuit used in the first embodiment;
FIG. 3B is a sectional view showing the structure of a high threshold voltage SOI type MOSFET for a power switch used in the first embodiment.

【図7】ボディ部の不純物濃度対しきい値電圧の関係を
示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the impurity concentration of the body portion and the threshold voltage.

【図8】本発明による低電圧SOI型論理回路の第2実
施例の構成を示す回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a second embodiment of a low voltage SOI type logic circuit according to the present invention.

【図9】(A)はNMOSFETのボディ部をゲート電
極に接続したときの、ソース・ゲート間電圧対しきい値
電圧特性を示すグラフ、(B)はPMOSFETのボデ
ィ部をゲート電極に接続したときの、ソース・ゲート間
電圧対しきい値電圧特性を示すグラフである。
9A is a graph showing a source-gate voltage-threshold voltage characteristic when the body of an NMOSFET is connected to a gate electrode, and FIG. 9B is when the body of a PMOSFET is connected to a gate electrode. 3 is a graph showing the source-gate voltage-threshold voltage characteristic of FIG.

【図10】第2実施例と一部類似した構成を有する従来
回路を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a conventional circuit having a configuration partially similar to that of the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 高電位電源線 2 低電位電源線 3 論理回路群 4 電源スイッチ用MOSFET 5 電源スイッチ用MOSFET 11 シリコン基板 12 埋込酸化膜 13 アクティブ領域 14 ゲート酸化膜 15 ゲート電極 41 高電位電源線 42 低電位電源線 43 論理回路群 44 電源スイッチ用MOSFET 45 電源スイッチ用MOSFET 131 ソース 132 ドレイン 133 ボディ部 133A ボディ部 133B ボディ部 134 チャンネル部 1 High-potential power line 2 Low-potential power line 3 Logic circuit group 4 Power switch MOSFET 5 Power switch MOSFET 11 Silicon substrate 12 Buried oxide film 13 Active region 14 Gate oxide film 15 Gate electrode 41 High potential power line 42 Low potential Power line 43 Logic circuit group 44 Power switch MOSFET 45 Power switch MOSFET 131 Source 132 Drain 133 Body part 133A Body part 133B Body part 134 Channel part

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の電源線と、第2の電源線と、ソー
スとボディ部が前記第1の電源線に接続されたSOI
(SiliconOn Insulator)型の第1
の電界効果トランジスタと、 ソースとボディ部が前記第2の電源線に接続されたSO
I型の第2の電界効果トランジスタと、 前記第1の電界効果トランジスタのドレインと前記第2
の電界効果トランジスタのドレインとの間に接続された
論理回路とを具備し、 前記論理回路は、SOI型電界効果トランジスタから構
成され、該SOI型電界効果トランジスタのボディ部を
フローティング状態とし、前記第1の電界効果トランジ
スタのゲートと前記第2の電界効果トランジスタのゲー
トに供給される信号によって、前記第1の電源線と前記
論理回路、および前記第2の電源線と前記論理回路との
間の接続をオン/オフすることを特徴とする低電圧SO
I型論理回路。
1. An SOI having a first power supply line, a second power supply line, a source and a body portion connected to the first power supply line.
(Silicon On Insulator) type first
Field effect transistor, and an SO having a source and a body connected to the second power line.
An I-type second field effect transistor, a drain of the first field effect transistor and the second
And a logic circuit connected to the drain of the field effect transistor of, wherein the logic circuit is composed of an SOI type field effect transistor, and a body portion of the SOI type field effect transistor is set in a floating state. Between the first power supply line and the logic circuit and between the second power supply line and the logic circuit according to a signal supplied to the gate of the first field effect transistor and the gate of the second field effect transistor. Low voltage SO characterized by turning on / off the connection
Type I logic circuit.
【請求項2】 第1の電源線と、 第2の電源線と、 ソースが前記第1の電源線に接続され、ボディ部がゲー
トに接続されたSOI型の第1の電界効果トランジスタ
と、 ソースが前記第2の電源線に接続され、ボディ部がゲー
トに接続されたSOI型の第2の電界効果トランジスタ
と、 前記第1の電界効果トランジスタのドレインと前記第2
の電界効果トランジスタのドレインとの間に接続された
論理回路とを具備し、 前記論理回路は、SOI型電界効果トランジスタから構
成され、該SOI型電界効果トランジスタのボディ部を
フローティング状態とし、前記第1の電界効果トランジ
スタのゲートと前記第2の電界効果トランジスタのゲー
トに供給される信号によって、前記第1の電源線と前記
論理回路、および前記第2の電源線と前記論理回路との
間の接続をオン/オフすることを特徴とする低電圧SO
I型論理回路。
2. An SOI-type first field effect transistor having a first power supply line, a second power supply line, a source connected to the first power supply line, and a body connected to a gate. A second SOI-type field effect transistor having a source connected to the second power supply line and a body connected to a gate; a drain of the first field effect transistor;
And a logic circuit connected to the drain of the field effect transistor of, wherein the logic circuit is composed of an SOI type field effect transistor, and a body portion of the SOI type field effect transistor is set in a floating state. Between the first power supply line and the logic circuit and between the second power supply line and the logic circuit according to a signal supplied to the gate of the first field effect transistor and the gate of the second field effect transistor. Low voltage SO characterized by turning on / off the connection
Type I logic circuit.
【請求項3】 前記論理回路を構成する電界効果トラン
ジスタのボディ部の不純物濃度を調整して、該ボディ部
を完全空乏化状態とするとともに、前記第1の電界効果
トランジスタのボディ部および前記第2の電界効果トラ
ンジスタのボディ部の不純物濃度を調整して、該ボディ
部を部分空乏化状態としたことを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の低電圧SOI型論理回路。
3. The body portion of the field effect transistor forming the logic circuit is adjusted in impurity concentration to bring the body portion into a fully depleted state, and the body portion of the first field effect transistor and the first field effect transistor. 3. The low voltage SOI type logic circuit according to claim 1, wherein the body portion of the field effect transistor of No. 2 is adjusted in impurity concentration to make the body portion partially depleted.
【請求項4】 前記論理回路を構成する電界効果トラン
ジスタのボディ部の不純物濃度を調整し、該ボディ部に
形成される空乏層の厚さが、以下の式で与えられる空乏
層幅W以上となるようにし、前記第1の電界効果トラン
ジスタのボディ部および前記第2の電界効果トランジス
タのボディ部の不純物濃度を調整し、該ボディ部に形成
される空乏層の厚さが、前記空乏層幅Wより小さくなる
ように設定したことを特徴とする請求項1または2に記
載の低電圧SOI型論理回路。 【数1】W={2εsi・2φf /(q・Nbody)}1/2 ただし、εsiは、シリコン部の誘電率 φf は、シリコン部のフェルミポテンシャル qは、電子の電荷 Nbodyは、ボディ部の不純物濃度
4. The impurity concentration of the body portion of the field effect transistor forming the logic circuit is adjusted so that the thickness of the depletion layer formed in the body portion is not less than the depletion layer width W given by the following equation. And adjusting the impurity concentrations of the body portion of the first field effect transistor and the body portion of the second field effect transistor so that the thickness of the depletion layer formed in the body portion is the depletion layer width. 3. The low voltage SOI type logic circuit according to claim 1, wherein the low voltage SOI type logic circuit is set to be smaller than W. ## EQU1 ## W = {2ε si · 2φ f / (q · N body )} 1/2 where ε si is the dielectric constant φ f of the silicon part, the Fermi potential q of the silicon part is the electron charge N body is the impurity concentration of the body part
【請求項5】 前記論理回路を構成する電界効果トラン
ジスタのボディ部の厚さを100nm以下、その不純物
濃度を1×1017cm-3以下とし、該ボディ部を完全空
乏化状態とするとともに、前記第1の電界効果トランジ
スタのボディ部および前記第2の電界効果トランジスタ
のボディ部の厚さを100nm以下、その不純物濃度を
1×1017cm-3より大に設定して、該ボディ部を部分
空乏化状態としたことを特徴とする請求項4に記載の低
電圧SOI型論理回路。
5. The body portion of the field effect transistor constituting the logic circuit has a thickness of 100 nm or less and an impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less to make the body portion completely depleted and The thickness of the body portion of the first field effect transistor and the body portion of the second field effect transistor is set to 100 nm or less, and the impurity concentration thereof is set to be larger than 1 × 10 17 cm −3 , and the body portion is The low voltage SOI type logic circuit according to claim 4, wherein the low voltage SOI type logic circuit is in a partially depleted state.
【請求項6】 第1の電源線と、 第2の電源線と、 ソースとボディ部が前記第1の電源線に接続されたSO
I型の電源スイッチ用電界効果トランジスタと、 前記電源スイッチ用電界効果トランジスタのドレインと
前記第2の電源線との間に接続された論理回路とを具備
し、 前記論理回路は、SOI型電界効果トランジスタから構
成され、該SOI型電界効果トランジスタのボディ部を
フローティング状態とし、前記電源スイッチ用電界効果
トランジスタのゲートに供給される信号によって、前記
第1の電源線と前記論理回路との間の接続をオン/オフ
することを特徴とする低電圧SOI型論理回路。
6. An SO having a first power supply line, a second power supply line, a source and a body portion connected to the first power supply line.
An I-type power switch field effect transistor, and a logic circuit connected between the drain of the power switch field effect transistor and the second power line, wherein the logic circuit is an SOI field effect transistor. Connection between the first power supply line and the logic circuit by a signal supplied to the gate of the power switch field effect transistor, the body part of the SOI type field effect transistor being in a floating state. A low-voltage SOI type logic circuit for turning on / off the switch.
【請求項7】 第1の電源線と、 第2の電源線と、 ソースが前記第1の電源線に接続され、ボディ部がゲー
トに接続されたSOI型の電源スイッチ用電界効果トラ
ンジスタと、 前記電源スイッチ用電界効果トランジスタのドレインと
前記第2の電源線との間に接続された論理回路とを具備
し、 前記論理回路は、SOI型電界効果トランジスタから構
成され、該SOI型電界効果トランジスタのボディ部を
フローティング状態とし、前記電源スイッチ用電界効果
トランジスタのゲートに供給される信号によって、前記
第1の電源線と前記論理回路との間の接続をオン/オフ
することを特徴とする低電圧SOI型論理回路。
7. A field effect transistor for an SOI type power switch, wherein a first power supply line, a second power supply line, a source is connected to the first power supply line, and a body is connected to a gate. A logic circuit connected between the drain of the power switch field effect transistor and the second power supply line, wherein the logic circuit is composed of an SOI field effect transistor; And a connection between the first power supply line and the logic circuit is turned on / off by a signal supplied to the gate of the power switch field effect transistor. Voltage SOI type logic circuit.
【請求項8】 前記論理回路を構成する電界効果トラン
ジスタのボディ部の不純物濃度を調整して、該ボディ部
を完全空乏化状態とするとともに、前記電源スイッチ用
電界効果トランジスタのボディ部の不純物濃度を調整し
て、該ボディ部を部分空乏化状態としたことを特徴とす
る請求項6または7に記載の低電圧SOI型論理回路。
8. The impurity concentration of the body portion of the field effect transistor forming the logic circuit is adjusted so that the body portion is completely depleted, and the impurity concentration of the body portion of the power switch field effect transistor is adjusted. 8. The low voltage SOI type logic circuit according to claim 6, wherein the body portion is adjusted to a partially depleted state.
【請求項9】 前記論理回路を構成する電界効果トラン
ジスタのボディ部の不純物濃度を調整し、該ボディ部に
形成される空乏層の厚さが、以下の式で与えられる空乏
層幅W以上となるようにし、前記電源スイッチ用電界効
果トランジスタのボディ部の不純物濃度を調整し、該ボ
ディ部に形成される空乏層の厚さが、前記空乏層幅Wよ
り小さくなるように設定したことを特徴とする請求項6
または7に記載の低電圧SOI型論理回路。 【数2】W={2εsi・2φf /(q・Nbody)}1/2 ただし、εsiは、シリコン部の誘電率 φf は、シリコン部のフェルミポテンシャル qは、電子の電荷 Nbodyは、ボディ部の不純物濃度
9. The impurity concentration of the body portion of the field effect transistor constituting the logic circuit is adjusted so that the thickness of the depletion layer formed in the body portion is not less than the depletion layer width W given by the following equation. And the impurity concentration of the body portion of the power switch field effect transistor is adjusted so that the thickness of the depletion layer formed in the body portion is smaller than the depletion layer width W. Claim 6
Alternatively, the low-voltage SOI type logic circuit described in 7. ## EQU2 ## W = {2ε si · 2φ f / (q · N body )} 1/2 where ε si is the dielectric constant φ f of the silicon part, the Fermi potential q of the silicon part is the electron charge N body is the impurity concentration of the body part
【請求項10】 前記論理回路を構成する電界効果トラ
ンジスタのボディ部の厚さを100nm以下、その不純
物濃度を1×1017cm-3以下とし、該ボディ部を完全
空乏化状態とするとともに、前記電源スイッチ用電界効
果トランジスタのボディ部の厚さを100nm以下、そ
の不純物濃度を1×1017cm-3より大に設定して、該
ボディ部を部分空乏化状態としたことを特徴とする請求
項9に記載の低電圧SOI型論理回路。
10. A body portion of a field effect transistor constituting the logic circuit has a thickness of 100 nm or less and an impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less to make the body portion completely depleted. The body portion of the power switch field effect transistor has a thickness of 100 nm or less, and an impurity concentration thereof is set to be larger than 1 × 10 17 cm −3 to make the body portion partially depleted. The low-voltage SOI type logic circuit according to claim 9.
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