JPH09294064A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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Publication number
JPH09294064A
JPH09294064A JP8106704A JP10670496A JPH09294064A JP H09294064 A JPH09294064 A JP H09294064A JP 8106704 A JP8106704 A JP 8106704A JP 10670496 A JP10670496 A JP 10670496A JP H09294064 A JPH09294064 A JP H09294064A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
pull
circuit
integrated circuit
buffer
Prior art date
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Pending
Application number
JP8106704A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiyuki Shono
敏之 庄野
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP8106704A priority Critical patent/JPH09294064A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 CMOS論理回路の回路特性の電源電圧依存
性を小さくし回路特性の変動幅を小さくすることを目的
とする。 【解決手段】 同一の導伝極性で閾値電圧の異なるMO
Sトランジスタを形成するCMOSプロセスで製造する
大規模集積回路のバッファ回路において、プルダウント
ランジスタ14が第一の導伝極性で第一の閾値電圧のM
OSトランジスタであり、前記バッファのプルアップト
ランジスタ13が第一の導伝極性で第二の閾値電圧のM
OSトランジスタであり、入力端子11と前記プルダウ
ントランジスタ13のゲートが接続され、入力端子11
と前記プルアップトランジスタ13のゲートとの間には
インバータ15が配置されている。また、前記プルアッ
プトランジスタ13の基板端子が出力端子12に接続さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は閾値電圧の異なるM
OSトランジスタを1チップ上に形成するマルチスレシ
ョルドCMOSプロセスで製造する半導体集積回路の回
路技術に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に大規模集積回路チップのCMOS
論理回路はN型とP型の二つの導電極性のMOSトラン
ジスタからなり、一般的な要素回路は負荷をプルアップ
するP型MOSトランジスタとプルダウンするN型MO
Sトランジスタからなる。CMOS論理回路の基本素子
であるインバータの回路構成を図3に示す。このCMO
S回路の設計余裕は、実際のチップの動作における回路
特性(遅延時間、消費電力)の変化を考慮して決められ
る。このような変化の要因には、製造プロセス上の原因
によるばらつき・電源電圧変動・温度変動がある。この
ような変化ができるだけ小さいほど、回路設計の上で有
利になる。特に、電源電圧はチップを装備する製品の環
境のみならず、チップ内部の回路動作状況によっても変
動するので設計に与える影響が大きい。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】CMOS回路を構成す
るMOSトランジスタにおいて、P型MOSトランジス
タのドレイン電流の電源電圧依存性はN型MOSトラン
ジスタのそれに比べて大きい。ゆえに、P型MOSトラ
ンジスタを通して出力負荷ノードに電荷を充電する立ち
上がり遷移の遅延時間の電源電圧依存変動が大きい。ま
た、CMOS回路の全体としての性能つまり全体の遅延
時間に対して、内部ノードの中で比較的負荷の大きいノ
ードとそのノードを駆動するバッファの遅延時間の占め
る割合が大きい。従って、CMOS回路において比較的
大きい負荷をもつノードの立ち上がり遷移における遅延
時間の電源電圧依存変化が大きいために余分な設計余裕
を必要としていた。
【0004】図3は従来のCMOS回路のバッファ(イ
ンバータ)回路の構成図である。図3において電気信号
は入力端子からバッファに入力し、出力端子12から出
力する。出力ノードにはチップ上の他のノードに比べて
大きい負荷容量素子12があり、回路全体の遅延時間に
対してこのバッファと負荷ノードの遅延時間が占める割
合が高い。17は高電位(Vdd)側の電源、18は低
電位(Vss)側の電源を示す。バッファのプルダウン
トランジスタ14は通常の閾値電圧のN型MOSトラン
ジスタである。プルアップトランジスタ19は通常の閾
値電圧のP型MOSトランジスタである。このバッファ
の入力端子11の電気信号が高電位から低電位に変化す
ると、トランジスタ19がオンしトランジスタ14がオ
フして、出力ノード12にトランジスタ19を通して電
荷を充電し、出力ノードが低電位から高電位へ変化する
立ち上がり遷移が起こる。トランジスタ19がP型MO
Sトランジスタであるので流れるドレイン電流の電源電
圧依存変化が大きい。そのためにこのバッファと出力ノ
ードの遅延時間の電源電圧依存変化が大きく、このバッ
ファを含んだCMOS回路のばらつきが大きくなるとい
う問題があった。
【0005】この発明は、CMOS回路のばらつきの大
きい要因である電源電圧依存変動を抑えることができる
新しいバッファ回路を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1の半導
体集積回路は、同一の導伝極性で閾値電圧の異なるMO
Sトランジスタを形成するCMOSプロセスで製造する
大規模集積回路のバッファ回路において、プルダウント
ランジスタが第一の導伝極性で第一の閾値電圧のMOS
トランジスタであり、前記バッファのプルアップトラン
ジスタが第一の導伝極性で第二の閾値電圧のMOSトラ
ンジスタであり、入力端子と前記プルダウントランジス
タのゲートが接続され、入力端子と前記プルアップトラ
ンジスタのゲートとの間にはインバータが配置されてい
る。
【0007】また本発明の請求項2の半導体集積回路
は、前記プルアップトランジスタの基板端子が出力端子
に接続されている。
【0008】
【発明の実施の形態】以下本発明の半導体集積回路の好
ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0009】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1である電源電圧依存変動の少ないバッファ回路を構
成した半導体集積回路の構成図である。図1において電
気信号は入力端子からバッファに入力し、出力端子12
から出力する。出力ノードにはチップ上の他のノードに
比べて大きい負荷容量素子12があり、回路全体の遅延
時間に対してこのバッファと負荷ノードの遅延時間が占
める割合が高い。
【0010】17は高電位(Vdd)側の電源、18は
低電位(Vss)側の電源を示す。バッファのプルダウ
ントランジスタ14は通常の閾値電圧のN型MOSトラ
ンジスタである。プルアップトランジスタ13は14で
形成したN型MOSトランジスタよりも閾値電圧が低く
電流値が大きいN型MOSトランジスタである。
【0011】プルアップ側のゲート信号極性を反転する
ために入力端子11とプルアップトランジスタ13のゲ
ートの間にCMOSインバータ15がある。インバータ
15はトランジスタ13のゲートを駆動するだけである
から必要最小のゲート幅のトランジスタからなるCMO
Sインバータでよい。
【0012】このバッファの入力端子11の電気信号が
高電位から低電位に変化すると、トランジスタ13がオ
ンしトランジスタ14がオフして、出力ノード12に低
閾値NMOSトランジスタ13を通して電荷を充電し、
出力ノードが低電位から高電位へ変化する立ち上がり遷
移が起こる。この立ち上がり遷移におけるバッファと出
力ノードの遅延時間の電源電圧依存性は、従来のPMO
Sトランジスタの場合に比べて小さい。
【0013】MOSトランジスタのドレイン電流におい
て、NMOSトランジスタではキャリアが電子、PMO
Sトランジスタではキャリアがホールである。電界の強
度が高いとキャリアは速度飽和を起こすが、その速度飽
和特性が電子とホールで異なっている。一般に、ホール
よりも電子が速度飽和を起こし易い。従って、PMOS
に比べてNMOSトランジスタのドレイン電流が電圧の
変化に対して変化量が少ない。そこで、従来PMOSト
ランジスタを配置していたプルアップトランジスタにN
MOSトランジスタを配置している。図2において
(1)はプルアップトランジスタがNMOSトランジス
タの場合、(2)はPMOSトランジスタの場合のそれ
ぞれ立ち上がり遷移遅延時間の電源電圧依存特性の比較
を示している。
【0014】しかし、プルアップトランジスタをN型M
OSにすると、出力ノードが高電位に遷移する際に電源
電位Vddまで電位は上がらず、プルアップNMOSト
ランジスタの閾値電圧分Vtnの電圧を差し引いた電位
(Vdd−Vtn)が上限電位になる。そこで、低閾値
電圧のNMOSトランジスタを用いることによって、電
源電位と出力電位の上限の差(Vdd−Vtn)を小さ
くしている。
【0015】また、一般にN型MOSトランジスタの電
流駆動力はP型MOSトランジスタに比べて大きい。さ
らに、低閾値電圧トランジスタは通常の閾値電圧トラン
ジスタに比べて電流値が大きい。従ってプルアップトラ
ンジスタをPMOSからNMOSに置き換えると必要な
電流駆動力をもつトランジスタのサイズは小さくなり、
チップ面積が小さくなるという利点がある。
【0016】このように本実施の形態1では、NMOS
トランジスタをプルアップトランジスタとし、そのNM
OSトランジスタの回路動作上の論理値を反転するため
にCMOSインバータをプルアップトランジスタのゲー
トの前段に配置する構成をとっている。このような構成
のバッファを、全体のCMOS回路の遅延時間を律速す
るような重負荷ノードの駆動回路に用いれば、立ち上が
り遷移の遅延時間の電源電圧依存が小さくなり、回路特
性の変動量が少なくなる。
【0017】(実施の形態2)図4は本発明の実施の形
態2である電源電圧依存変動の少ないバッファ回路を構
成した半導体集積回路の構成図である。図1と同じ数字
で示された回路要素は図1と同じものを指している。図
1の示す実施例1のバッファ回路とは、プルアップトラ
ンジスタ13の基板端子が出力ノードに接続されている
点が異なる。本実施の形態2では、CMOS回路を形成
するプロセスが、トリプルウェル構造などのように、M
OSの基板電位を任意の回路ノードに接続して電位設定
することができるデバイス構造である場合を想定してい
る。図1の構成ではトランジスタ13の基板端子とソー
ス端子間の電位差が生じ、基板バイアス効果によってト
ランジスタ13の閾値電圧が上昇するという問題があっ
た。図4の構成にすることによって、トランジスタ13
の基板端子とソース端子間の電位差がなくなり、トラン
ジスタ13の基板バイアス効果による閾値電圧上昇はな
くなる。そのため、出力ノードが高電位の時の電源電位
Vddと出力電位の差を最小に抑えることができる。
【0018】図2において(3)はトランジスタ13の
基板端子を出力に接続した場合の立ち上がり遷移遅延時
間の電源電圧依存特性を示している。(2)に対してさ
らに電源電圧依存が小さく、回路特性の変動量が少なく
なる。
【0019】なお、本実施の形態1および実施の形態2
において、請求項の第一の導電極性がN型、第二の導電
極性がP型とする構成としたが、半導体基板やゲート酸
化膜の材質などの違いにより、N型とP型が逆である方
が有利である場合にはそのように構成してもよい。
【0020】
【発明の効果】以上のように、本実施例の半導体集積回
路によれば大規模集積回路のCMOS論理回路の遅延時
間の電源電圧依存性が小さくなり、回路設計の容易性が
増すとともに回路動作が安定になり、チップの製造歩留
り率が上がる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における半導体集積回路
の構成図
【図2】本発明の実施の形態1および実施の形態2にお
ける遅延時間対電源電圧特性図
【図3】従来の半導体集積回路の構成図
【図4】本発明の実施の形態2における半導体集積回路
の構成図
【符号の説明】 11 入力端子 12 出力端子 13 低閾値電圧型NMOSトランジスタ 14 N型MOSトランジスタ 15 インバータ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一の導伝極性で閾値電圧の異なるMO
    Sトランジスタを形成するCMOSプロセスで製造する
    大規模集積回路のバッファ回路において、プルダウント
    ランジスタが第一の導伝極性で第一の閾値電圧のMOS
    トランジスタであり、前記バッファのプルアップトラン
    ジスタが第一の導伝極性で第二の閾値電圧のMOSトラ
    ンジスタであり、入力端子と前記プルダウントランジス
    タのゲートが接続され、入力端子と前記プルアップトラ
    ンジスタのゲートとの間にはインバータが配置されてい
    る半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 前記プルアップトランジスタの基板端子
    が出力端子に接続されている請求項1記載の半導体集積
    回路。
JP8106704A 1996-04-26 1996-04-26 半導体集積回路 Pending JPH09294064A (ja)

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JP8106704A JPH09294064A (ja) 1996-04-26 1996-04-26 半導体集積回路

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020057294A (ko) * 2000-12-30 2002-07-11 박종섭 스위칭 노이즈를 감소시킨 씨모스 드라이버

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020057294A (ko) * 2000-12-30 2002-07-11 박종섭 스위칭 노이즈를 감소시킨 씨모스 드라이버

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