JPH11355125A - Logical circuit - Google Patents

Logical circuit

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JPH11355125A
JPH11355125A JP10159221A JP15922198A JPH11355125A JP H11355125 A JPH11355125 A JP H11355125A JP 10159221 A JP10159221 A JP 10159221A JP 15922198 A JP15922198 A JP 15922198A JP H11355125 A JPH11355125 A JP H11355125A
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JP
Japan
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logic
mosfet
circuit
partially depleted
pass transistor
Prior art date
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Application number
JP10159221A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yosuke Suzuki
陽介 鈴木
Takeshi Osada
岳史 長田
Hiroshi Uesugi
浩 上杉
Hiroaki Tanaka
裕章 田中
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a logical circuit by a pass-transistor, by which a circuit area is reduced, low power consumption conversion owing to a low voltage operation is enabled and high integration and high speed conversion are attained. SOLUTION: The logical circuit is provided with a logic part 1 constituted of pass-transistor logic and a buffer part 2 for compensating the output level of the pass-transistor logic. In the circuit, the logic part is constituted by using partial depletion-type SOI MOSFET 13. Here, it is favorable that partial depletion-type SOI MOSFET 13 is NMOSFET. Besides, the substrate potential of MOSFET 13 is also favorable to be in a floating state.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路に
係り、詳しくはパストランジスタを用いて構成される論
理回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly, to a logic circuit using pass transistors.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIの微細化、高性能化、そして大容
量化が進む中で、次世代のLSIを構成するトランジス
タの消費電力が大きな問題となっている。素子数の増加
は消費電力の増大をもたらすからである。LSIの消費
電力の低減のためには、電源電圧を低下させることが有
力な手段となる。LSIの論理部の電源電圧を低下させ
る方法として、パストランジスタロジックの採用が検討
されている。
2. Description of the Related Art As LSIs become finer, higher in performance, and larger in capacity, power consumption of transistors constituting next-generation LSIs has become a major problem. This is because an increase in the number of elements causes an increase in power consumption. In order to reduce the power consumption of the LSI, it is effective to lower the power supply voltage. As a method of lowering the power supply voltage of the logic part of the LSI, adoption of a pass transistor logic is being studied.

【0003】回路の小型化、低消費電力化、および高速
化などを目的として、パストランジスタを用いた論理回
路が特開平2−288917号公報に開示されている。
しかし、パスゲート構造の論理回路においては、図2に
示すように、パストランジスタロジックを構成する絶縁
ゲート型トランジスタ(MOSFET)3において、1
段目のドレイン−ソース間を信号が伝搬する際に、使用
するトランジスタのしきい値分より高い電圧はしきい値
分だけ低下する。従って、信号レベルは(電源電圧−し
きい値)以上にはならない。
A logic circuit using pass transistors has been disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-288917 for the purpose of miniaturizing the circuit, reducing power consumption, and increasing the speed.
However, in a logic circuit having a pass gate structure, as shown in FIG. 2, in an insulated gate transistor (MOSFET) 3 constituting a pass transistor logic, 1
When a signal propagates between the drain and the source in the stage, a voltage higher than the threshold value of the transistor to be used is reduced by the threshold value. Therefore, the signal level does not exceed (power supply voltage-threshold).

【0004】この電圧降下に加え、パストランジスタと
してバルクMOSFETを使用した場合には、基板バイ
アス効果によりしきい値電圧が増加する。後段になるほ
どその効果は大きい。また、SOI・MOSFETを使
用した場合にはボディー効果によりしきい値電圧が増加
する。かかる電圧降下に起因する信号遅延時間を補償す
るためには、論理回路の出力を補償回路、即ちバッファ
回路を介して出力することになる。このため、このバッ
ファ回路の駆動能力を大きくしなければならず、LSI
チップにおいてバッファ回路の占める面積の増加が新た
な問題となる。
In addition to the voltage drop, when a bulk MOSFET is used as a pass transistor, the threshold voltage increases due to the body effect. The effect is greater in later stages. When an SOI MOSFET is used, the threshold voltage increases due to the body effect. In order to compensate for the signal delay time caused by such a voltage drop, the output of the logic circuit is output via a compensation circuit, that is, a buffer circuit. Therefore, the driving capability of this buffer circuit must be increased, and
An increase in the area occupied by the buffer circuit in the chip poses a new problem.

【0005】かかる補償回路による回路面積の増加を最
小限に抑えるために、バルクMOSFETの基板バイア
ス効果や、SOI・MOSFETのボディー効果を低減
するため、各FETのしきい値制御を行う構造の回路が
考案されている。図3に、基板バイアス効果を抑制する
構造の回路例を示す。この例ではバルクMOSFET4
においてゲート5と基板6を接続する構造を有する。し
かし、かかる構造により論理回路を組み立てるために
は、各MOSFETを電気的に分離する必要がある。
[0005] In order to minimize the increase in the circuit area due to such a compensation circuit, to reduce the substrate bias effect of the bulk MOSFET and the body effect of the SOI MOSFET, the circuit has a structure in which the threshold value of each FET is controlled. Has been devised. FIG. 3 shows a circuit example of a structure for suppressing the substrate bias effect. In this example, the bulk MOSFET 4
Has a structure for connecting the gate 5 and the substrate 6. However, in order to assemble a logic circuit with such a structure, it is necessary to electrically isolate each MOSFET.

【0006】他の従来例として図4に信学技報1996
年6月号に掲載された文献「SOIを用いた0.5V動
作CMOSロジックの設計法」に記載されたGBC(Ga
te-Body Connection) 方式と呼ばれるボディー効果を低
減するためのSOI・MOSFET回路に使用されたF
ET回路例を示す。SOI・MOSFET7にバックゲ
ート9を設け、ゲート8とこのバックゲート9を結合す
る構成とすることにより、パスゲートネットワークから
の出力信号に係るしきい値電圧ドロップを小さくするも
のである。この場合、バックゲート9を設けるために、
特別の構造と製造プロセスを付加する必要が生ずる。
Another conventional example is shown in FIG.
GBC (Ga) described in the document “Design Method of 0.5 V Operation CMOS Logic Using SOI”
te-Body Connection) The F-type used in the SOI / MOSFET circuit to reduce the body effect called the system
An example of an ET circuit is shown. By providing a back gate 9 in the SOI MOSFET 7 and connecting the gate 8 and the back gate 9, a threshold voltage drop related to an output signal from the pass gate network is reduced. In this case, in order to provide the back gate 9,
Special structures and manufacturing processes need to be added.

【0007】図5および図6に従来技術における補償回
路の例を示す。図5はパストランジスタ10の出力低下
を補償するために、2個のインバータ回路11を用いた
ものであり、図6は交差ラッチ回路12に接続した例で
ある。素子数の多い補償回路を必要とする。
FIGS. 5 and 6 show examples of a compensation circuit according to the prior art. FIG. 5 shows an example in which two inverter circuits 11 are used to compensate for a decrease in the output of the pass transistor 10, and FIG. Requires a compensation circuit with a large number of elements.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、各MOSFETについてしきい値制御を行うため、
基板またはボディーを各トランジスタ毎に電気的に分離
し、また基板電位やボディー電位を制御する回路を付加
する必要がある。このため、FET間の電気的分離のた
めの構造の複雑化と、さらなる製造ステップの追加、そ
して、付加される回路に係る回路面積の増加や、消費電
力の増大という問題が生ずる。さらに、バルクMOSF
ETの基板、またはSOI・MOSFETのボディー自
体の遅延時間に加え、基板またはボディーの電位を制御
する回路に起因する遅延時間の発生という問題が生ず
る。また、複雑で素子数の多い補償回路を使用しなけら
ばならないという問題がある。
In the above prior art, the threshold value is controlled for each MOSFET.
It is necessary to electrically separate a substrate or a body for each transistor, and to add a circuit for controlling a substrate potential or a body potential. For this reason, there are problems that the structure for electrical isolation between the FETs becomes complicated, further manufacturing steps are added, the circuit area of the added circuit increases, and the power consumption increases. Furthermore, bulk MOSF
In addition to the delay time of the substrate of the ET or the body of the SOI MOSFET, there is a problem that a delay time is generated due to a circuit for controlling the potential of the substrate or the body. In addition, there is a problem that a compensating circuit having a complicated number of elements must be used.

【0009】従って、本発明の目的とするところは、上
記従来技術の有する問題点を解決し、ギガビット世代に
も適応可能な低消費電力を実現する高集積かつ高速のパ
ストランジスタによる論理回路を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a logic circuit using a highly integrated and high-speed pass transistor which realizes low power consumption applicable to the gigabit generation. Is to do.

【0010】[0010]

【発明を解決するための手段】本発明は部分空乏型SO
I・MOSFETを用いたパストランジスタロジックに
より構成される論理部と、この論理部の出力を補償する
ために設けられるバッファ部より構成されることを特徴
とする論理回路である。
The present invention provides a partially depleted SO.
A logic circuit comprising: a logic unit configured by a pass transistor logic using an I-MOSFET; and a buffer unit provided for compensating an output of the logic unit.

【0011】パストランジスタとして部分空乏型のSO
I・MOSFETを用いることにより、素子分離やボデ
ィー電位制御回路の付加等を行わずに、パストランジス
タを信号が伝搬する際のボディー効果によるしきい値電
圧の増加を抑えるものである。その結果、パストランジ
スタの伝搬遅延を減少させ、高速化低電圧化が可能とな
る。また、回路を高速動作させるのに必要なバッファ回
路の面積を最低限に抑えることができるため、この面で
も低消費電力化が図れ、集積度の低下も防止できる。ま
た、貫通電流等に起因する消費電力の増加を抑えること
ができる。
Partially depleted SO as a pass transistor
By using an I-MOSFET, an increase in threshold voltage due to a body effect when a signal propagates through a pass transistor is suppressed without performing element isolation, addition of a body potential control circuit, or the like. As a result, it is possible to reduce the propagation delay of the pass transistor and to increase the speed and the voltage. In addition, since the area of the buffer circuit required for operating the circuit at high speed can be minimized, power consumption can be reduced and the degree of integration can be prevented in this aspect as well. In addition, it is possible to suppress an increase in power consumption due to a through current or the like.

【0012】そして、部分空乏型SOI・MOSFET
をNMOSFETとすることにより、より高速動作が可
能となる。なお、部分空乏型SOI・MOSFETの基
板電位はフローティング状態とすることが可能である。
Then, a partially depleted SOI MOSFET
Is made to be an NMOSFET, higher speed operation becomes possible. The substrate potential of the partially depleted SOI.MOSFET can be set to a floating state.

【0013】また、バッファ部を論理部と同一の基板に
形成し、バッファ部はバルクMOSFETを用いて構成
することにより、論理回路の出力電力をより増加させる
ことが可能となる。さらに、バッファ部を論理部と同一
基板上に形成された完全空乏型SOI・MOSFETと
することにより製造工程が短縮できる。
The output power of the logic circuit can be further increased by forming the buffer portion on the same substrate as the logic portion and using the buffer portion with a bulk MOSFET. Further, the manufacturing process can be shortened by forming the buffer portion from a fully depleted SOI.MOSFET formed on the same substrate as the logic portion.

【0014】また本発明においては、記論理部を基板電
位がフローティング状態である部分空乏型SOI・MO
SFETにより構成し、バッファ部を論理部と同一基板
上に形成されそれぞれ独立したバックゲートを有する複
数の部分空乏型SOI・MOSFETにより構成し、こ
れらが完全空乏化するようにそれぞれのバックゲートに
電位を供給することにより、バッファ部にもしきい値の
小さい部分空乏型SOI・MOSFETを用いた場合で
あっても、オフ時の消費電力の増加を抑えることができ
る。
Further, in the present invention, the logic portion is formed by a partially depleted SOI.MO having a substrate potential in a floating state.
The buffer section is composed of a plurality of partially depleted SOI MOSFETs formed on the same substrate as the logic section and having independent back gates. , It is possible to suppress an increase in power consumption during off-state even when a partially depleted SOI.MOSFET having a small threshold value is used also in the buffer section.

【0015】[0015]

【作用】図7に本発明を構成する部分空乏型SOI・M
OSFETと、通常のバルクMOSFETの電圧−電流
特性を示す。横軸がゲート電圧、縦軸がソース・ドレイ
ン電流である。それぞれ、ボディ−電位またはバルク電
位を−2V〜2Vの間で6段階変化させて測定した結果
である。部分空乏型SOI・MOSFETの場合は各段
階の電圧−電流特性がすべて重なり、ボディー電位の変
化による電圧−電流特性のシフトは見られない。一方、
バルクMOSFETの場合は、バルク電位の変化により
電圧−電流特性がシフトする特徴が示されている。右側
の曲線ほどバルク電位の高い場合を示し、バルク電位が
高くなるに従いしきい値が高くなることを示している。
このように、部分空乏型SOI・MOSFETはボディ
ー電位によりしきい値電圧がほとんど変化せず、ボディ
ー効果の影響が極めて少ないという特性を有している。
本発明は主に部分空乏型SOI・MOSFETのかかる
特性を利用するものである。
FIG. 7 shows a partially depleted SOI · M constituting the present invention.
5 shows voltage-current characteristics of an OSFET and a normal bulk MOSFET. The horizontal axis is the gate voltage, and the vertical axis is the source / drain current. These are the results obtained by changing the body potential or the bulk potential in six steps between -2V and 2V, respectively. In the case of a partially depleted SOI.MOSFET, the voltage-current characteristics at each stage overlap, and no shift in the voltage-current characteristics due to a change in the body potential is observed. on the other hand,
In the case of a bulk MOSFET, a characteristic is shown in which the voltage-current characteristics shift due to a change in the bulk potential. The curve on the right side indicates a case where the bulk potential is higher, and indicates that the threshold value increases as the bulk potential increases.
As described above, the partially depleted SOI.MOSFET has such characteristics that the threshold voltage hardly changes due to the body potential and the effect of the body effect is extremely small.
The present invention mainly utilizes such characteristics of the partially depleted SOI MOSFET.

【0016】このように、ボディー効果によるしきい値
電圧の変化が極めて少ない部分空乏型SOI・MOSF
ETをパストランジスタロジックの構成素子として使用
することにより、パスゲートロジックにおいてMOSF
ETのボディー効果による電圧降下を防ぐことが可能と
なる。電圧ドロップが小さいため、低電圧による駆動が
可能となり、さらに、パストランジスタネットワーク中
を信号が伝搬する速度の低下を防ぐことが可能となる。
また、図7に示すように、電圧−電流特性の立上がりが
急峻であるため、補償回路として例えばCMOSによる
バッファ回路を用いた場合において、スイッチング時の
貫通電流による消費電力の増加を抑えることができる。
また、部分空乏型FETを使用することにより、しきい
値電圧自体を小さくすることが可能となり、しかも各ト
ランジスタ間のしきい値電圧のばらつきが小さいのでそ
の分電源電圧を低くできる。
As described above, the partial depletion type SOI / MOSF in which the change in the threshold voltage due to the body effect is extremely small.
By using ET as a component of pass transistor logic, MOSF
It is possible to prevent a voltage drop due to the ET body effect. Since the voltage drop is small, driving at a low voltage becomes possible, and furthermore, it is possible to prevent a reduction in the speed at which a signal propagates in the pass transistor network.
Further, as shown in FIG. 7, since the rise of the voltage-current characteristic is steep, when a buffer circuit such as a CMOS is used as the compensation circuit, an increase in power consumption due to a through current at the time of switching can be suppressed. .
In addition, by using a partially depleted FET, the threshold voltage itself can be reduced, and since the variation in threshold voltage between the transistors is small, the power supply voltage can be reduced accordingly.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明を以下特定の実施例を用い
て説明するが、本発明は以下に記載される実施例により
限定されるものではない。本発明の技術的範囲を逸脱せ
ずに多様の変形が可能である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to specific embodiments, but the present invention is not limited to the embodiments described below. Various modifications are possible without departing from the technical scope of the present invention.

【0018】図1に本発明に係る論理回路の基本構成を
示す。本発明の論理回路はパストランジスタによるロジ
ックからなる論理部1と、論理部1に接続され論理部の
出力電圧降下を補償するための補償回路を有するバッフ
ァ部2を有する。
FIG. 1 shows a basic configuration of a logic circuit according to the present invention. The logic circuit of the present invention includes a logic unit 1 composed of logic using pass transistors, and a buffer unit 2 connected to the logic unit 1 and having a compensation circuit for compensating an output voltage drop of the logic unit.

【0019】図8に本発明の実施例として、4個のパス
トランジスタ13によるAND回路部14と補償回路1
5を用いた3入力AND回路16を示す。図8におい
て、パストランジスタ13として部分空乏型SOI・M
OSFETを用いる。このFETのチャンネルはn型ま
たはp型いずれでもよいが、キャリア移動度の大きいn
型を使用するのがより望ましい。図中のA、B、〜B、
C、〜CはAND回路部14の信号入力端子であり、Y
OはAND回路部14の出力端子である。
FIG. 8 shows an embodiment of the present invention, in which an AND circuit section 14 and a compensating circuit 1 each including four pass transistors 13 are provided.
5 shows a three-input AND circuit 16 using 5. In FIG. 8, a partially depleted SOI · M
OSFET is used. The channel of this FET may be either n-type or p-type.
It is more desirable to use types. A, B, ~ B in the figure,
C and -C are signal input terminals of the AND circuit unit 14,
O is an output terminal of the AND circuit unit 14.

【0020】図8の各入力端子に信号が入力されると、
図8の各FET13は、それぞれゲートの入力A、B、
〜B、C、または〜Cが“H”レベルのときに、入力ま
たは前段の出力電位を伝搬し、結果として、A・B・C
という論理を実現する電位をAND回路部14の出力端
子YOに出力する。補償回路15はパストランジスタ1
3による電圧ドロップを補償しさらに後段に対する供給
電力を大きくする。補償回路15としては、通常のデジ
タルIC回路で一般に使用されるバッファ回路を使用す
ることができ、バッファ回路の具体的回路構成により本
発明が限定されるものではない。
When a signal is input to each input terminal of FIG.
Each FET 13 in FIG. 8 has a gate input A, B,
When .about.B, C, or .about.C is at "H" level, the input or output potential of the preceding stage is propagated, and as a result, A.B.C
Is output to the output terminal YO of the AND circuit unit 14. The compensation circuit 15 is a pass transistor 1
3 to compensate for the voltage drop, and further increase the power supplied to the subsequent stage. As the compensation circuit 15, a buffer circuit generally used in a normal digital IC circuit can be used, and the present invention is not limited by a specific circuit configuration of the buffer circuit.

【0021】図8のパストランジスタ13としては、他
の回路の付加や構造変更を行うことなくボディー効果を
抑制できる部分空乏型SOI・MOSFET13を使用
する。部分空乏型SOI・NMOSFETを使用するこ
とにより、集積度を下げずにそしてボディー効果による
しきい値電圧の増加を考慮することなく回路設計がで
き、しかも高速な回路動作が可能となる。
As the pass transistor 13 in FIG. 8, a partially depleted SOI MOSFET 13 that can suppress the body effect without adding another circuit or changing the structure is used. By using a partially depleted SOI / NMOSFET, a circuit can be designed without lowering the degree of integration and without considering an increase in threshold voltage due to the body effect, and a high-speed circuit operation is possible.

【0022】図9に本発明の一実施例に関する部分断面
構造を示す。同一基板17上に、論理部1を構成する部
分空乏型SOI・MOSFET13と、バッファ部2を
構成するバルクMOSFET25、26とを形成したも
のである。プロセス特性により、バルクMOSFETの
方が、素子の駆動能力が大きいような場合、バルクMO
SFETでバッファ部2を、部分空乏型SOI・MOS
FETで論理部1を構成することにより、論理部1では
ボディー効果の影響を抑制でき、バッファ部2ではバル
クMOSFETの高い駆動能力を生かすことができる。
FIG. 9 shows a partial sectional structure according to an embodiment of the present invention. On the same substrate 17, a partially depleted SOI MOSFET 13 forming the logic unit 1 and bulk MOSFETs 25 and 26 forming the buffer unit 2 are formed. If the bulk MOSFET has a higher device driving capability due to process characteristics, the bulk MO
Buffer part 2 is made of SFET and partially depleted SOI / MOS
By configuring the logic unit 1 with the FET, the effect of the body effect can be suppressed in the logic unit 1 and the high driving capability of the bulk MOSFET can be utilized in the buffer unit 2.

【0023】また図9に示す例では、P型シリコン基板
内17内にN型Well24を形成し、酸化膜18を介
して張合わせ、薄層化したシリコン層にSOI・MOS
FET13のソース19、ドレイン20、およびチャン
ネル層21を形成したものである。必要により基板のP
型とN型を逆にすることも可能である。また、シリコン
層に代えて例えばGaAsなどの化合物半導体を用いる
こともできる。22はゲート酸化膜、23はゲート電極
である。MOSFET13を部分空乏型にするために、
チャンネル部21の厚さおよび不純物濃度が適切に制御
される。部分空乏型MOSFETのしきい値電圧は、制
御容易なゲート酸化膜厚およびチャンネル部21の不純
物量を適切に制御することによりばらつき少なく製造す
ることができる。
In the example shown in FIG. 9, an N-type well 24 is formed in a P-type silicon substrate 17 and bonded to each other with an oxide film 18 therebetween.
The source 19, the drain 20, and the channel layer 21 of the FET 13 are formed. P of substrate if necessary
It is also possible to reverse the type and the N type. Further, a compound semiconductor such as GaAs can be used instead of the silicon layer. 22, a gate oxide film; and 23, a gate electrode. In order to make the MOSFET 13 partially depleted,
The thickness and impurity concentration of the channel portion 21 are appropriately controlled. The threshold voltage of the partially depleted MOSFET can be manufactured with less variation by appropriately controlling the gate oxide film thickness and the impurity amount of the channel portion 21 which are easily controllable.

【0024】25はP型バルクMOSFET、26はN
型バルクMOSFETであり、補償回路を例えばCMO
Sインバータ回路で形成することができる。図10は、
本発明の他の実施例を示すもので、pn接合により絶縁
分離した基板表面部のN型層上にFET13,28を形
成することにより、基板電位をフローティング状態とす
るものである。この実施例では、共に部分空乏型SOI
・MOSFET13、28を用いて、論理部1とバッフ
ァ部2が構成される。
25 is a P-type bulk MOSFET, 26 is N
Type bulk MOSFET.
It can be formed by an S inverter circuit. FIG.
In another embodiment of the present invention, the FETs 13 and 28 are formed on the N-type layer on the surface of the substrate which is insulated and separated by a pn junction to bring the substrate potential into a floating state. In this embodiment, both partially depleted SOI
The logic unit 1 and the buffer unit 2 are configured using the MOSFETs 13 and 28.

【0025】P型シリコン基板17の表面部にN型層2
7を形成し、その上に酸化膜層29を介して部分空乏型
SOI・MOSFET13、28が形成される。この構
造によれば、パストランジスタのボディー効果の影響を
抑制できると同時に、バッファ部のMOSFETが論理
部のMOSFETと同一のプロセスで製造できるので、
製造プロセスが混在せず歩留まりが向上しチップ面積を
最低限に抑えることができる。
The N-type layer 2 is formed on the surface of the P-type silicon substrate 17.
7 is formed, and partially depleted SOI MOSFETs 13 and 28 are formed thereon via an oxide film layer 29. According to this structure, the influence of the body effect of the pass transistor can be suppressed, and at the same time, the MOSFET of the buffer section can be manufactured by the same process as the MOSFET of the logic section.
The production process is not mixed, the yield is improved, and the chip area can be minimized.

【0026】図11は、本発明のさらに他の実施例を示
すもので、バッファ部2をSOI・MOSFET33、
34で構成し、論理部1の部分空乏型SOI・MOSF
ET13はフローティング状態として構成する。バッフ
ァ部2のSOI・MOSFET33、34の直下には埋
め込みバックゲート構造31が設けられている。かかる
構造によりMOSFET33、34のバックゲートに電
位を与えられるようにしたものである。この構造は、P
型シリコン基板17表面に、例えばN型高不純物濃度領
域により形成された埋め込みバックゲート構造31を有
するN型層30を形成し、その上に酸化膜層34を介し
て部分空乏型SOI・MOSFET13およびSOI・
MOSFET33、34を形成したものである。なおこ
の例においてSOI・MOSFET33、34は論理部
と同じ部分空乏型であるが、必要な場合には完全空乏型
とすることもできる。またバックゲート構造を絶縁分離
して、例えばMOSFET33をn型MOSFET、M
OSFET34をP型MOSFETとし、PMOSおよ
びNMOSの混在する回路構成とすることも可能であ
る。
FIG. 11 shows still another embodiment of the present invention.
34, and a partially depleted SOI / MOSF of the logic unit 1
The ET 13 is configured in a floating state. A buried back gate structure 31 is provided immediately below the SOI MOSFETs 33 and 34 in the buffer unit 2. With this structure, a potential can be applied to the back gates of the MOSFETs 33 and 34. This structure is
An N-type layer 30 having a buried back gate structure 31 formed by, for example, an N-type high impurity concentration region is formed on the surface of the type silicon substrate 17, and a partially depleted SOI MOSFET 13 and an oxide film layer 34 are formed thereon. SOI ・
The MOSFETs 33 and 34 are formed. In this example, the SOI MOSFETs 33 and 34 are of the same partially depleted type as the logic part, but may be of the fully depleted type if necessary. Further, the back gate structure is insulated and separated, and for example, the MOSFET 33 is an n-type MOSFET, M
The OSFET 34 may be a P-type MOSFET and have a circuit configuration in which PMOS and NMOS are mixed.

【0027】かかる構成により、論理部1ではボディー
効果による影響を抑制し、バッファ部2では動作停止時
にバックゲート電極32に電位を与えることにより、部
分空乏型FETのバックゲート側からチャンネル層に空
乏層を伸ばして完全空乏型SOI・MOSFETのよう
に動作させ、電流リークを抑えることにより高速動作と
低消費電力化を実現できる。
With this configuration, the logic unit 1 suppresses the influence of the body effect, and the buffer unit 2 applies a potential to the back gate electrode 32 when the operation is stopped, thereby depleting the channel layer from the back gate side of the partially depleted FET to the channel layer. By extending the layer and operating like a fully depleted SOI MOSFET, suppressing current leakage, high speed operation and low power consumption can be realized.

【0028】このように、パストランジスタロジックで
構成する論理部1の出力レベルを補償するバッファ部2
を有する論理回路において、論理部1を部分空乏型SO
I・MOSFETで構成することにより、ボディー効果
の影響を抑制でき、論理部1の高速化、低電圧化、低消
費電力化が図れる。また、バッファ部2はプロセス特
性、使用目的などにより、バルクMOSFET25、2
6、部分空乏型SOI・MOSFET28、バックゲー
トによるボディー電位制御構造31を備えたSOI・M
OSFET33などで構成することにより、高集積、低
消費電力、高速動作などの点で優れた論理回路を作成す
ることができる。
As described above, the buffer unit 2 for compensating the output level of the logic unit 1 constituted by the pass transistor logic
In the logic circuit having
By using an I.MOSFET, the effect of the body effect can be suppressed, and the logic unit 1 can be operated at higher speed, lower voltage, and lower power consumption. Further, the buffer unit 2 is provided with bulk MOSFETs 25, 2 depending on process characteristics, purpose of use, and the like.
6. SOI · M having partially depleted SOI · MOSFET 28 and body potential control structure 31 with back gate
By using the OSFET 33 or the like, a logic circuit excellent in high integration, low power consumption, high-speed operation, and the like can be formed.

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

【図1】本発明を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating the present invention.

【図2】パストランジスタロジック回路における信号伝
搬を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating signal propagation in a pass transistor logic circuit.

【図3】従来技術を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional technique.

【図4】従来技術であるGBC方式を説明するための図
である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a GBC system which is a conventional technique.

【図5】従来技術である補償回路を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a compensation circuit according to the related art.

【図6】従来技術である補償回路を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a compensation circuit according to the related art.

【図7】部分空乏型SOI・MOSFETとバルクMO
SFETの電圧−電流の特性を示す図である。
FIG. 7 is a partially depleted SOI MOSFET and bulk MO.
FIG. 3 is a diagram illustrating voltage-current characteristics of an SFET.

【図8】本発明の実施例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例における一部断面構造を示す図
である。
FIG. 9 is a diagram showing a partial cross-sectional structure in an example of the present invention.

【図10】本発明の他の実施例の断面構造を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional structure of another embodiment of the present invention.

【図11】本発明の他の実施例の断面構造を示す図であ
る。
FIG. 11 is a view showing a sectional structure of another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…論理部 2…バッファ部 3…パストランジスタロジックを構成するMOSFET 4…バルクMOSFET 5…ゲート 6…基板 7…SOI・MOSFET 8…ゲート 9…バックゲート 10…パストランジスタ 11…インバータ回路 12…交差ラッチ回路 13…パストランジスタ 14…AND回路部 15…補償回路 16…3入力AND回路 17…基板 18…酸化膜 19…ソース 20…ドレイン 21…チャンネル層 22…ゲート酸化膜 23…ゲート電極 24…N型Well 25、26…バルクMOSFET 27…P型シリコン基板 28…N型層 29…酸化膜層 30…N型層 31…埋め込みバックゲート構造 32…バックゲート電極 33、34…SOI・MOSFET DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Logic part 2 ... Buffer part 3 ... MOSFET which comprises pass transistor logic 4 ... Bulk MOSFET 5 ... Gate 6 ... Substrate 7 ... SOI.MOSFET 8 ... Gate 9 ... Back gate 10 ... Pass transistor 11 ... Inverter circuit 12 ... Intersection Latch circuit 13 ... Pass transistor 14 ... AND circuit section 15 ... Compensation circuit 16 ... 3-input AND circuit 17 ... Substrate 18 ... Oxide film 19 ... Source 20 ... Drain 21 ... Channel layer 22 ... Gate oxide film 23 ... Gate electrode 24 ... N Type Well 25, 26 ... Bulk MOSFET 27 ... P-type silicon substrate 28 ... N-type layer 29 ... Oxide film layer 30 ... N-type layer 31 ... Embedded back gate structure 32 ... Back gate electrode 33, 34 ... SOI MOSFET

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 裕章 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hiroaki Tanaka 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Pref.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】パストランジスタロジックで構成される論
理部と、パストランジスタロジックの出力レベルを補償
するためのバッファ部を備える論理回路において、前記
論理部はパストランジスタとして部分空乏型SOI・M
OSFETを用いて構成されることを特徴とする論理回
路。
1. A logic circuit comprising a logic section composed of pass transistor logic and a buffer section for compensating an output level of the pass transistor logic, wherein the logic section is a partially depleted SOI · M as a pass transistor.
A logic circuit comprising an OSFET.
【請求項2】前記部分空乏型SOI・MOSFETはN
MOSFETであることを特徴とする請求項1に記載の
論理回路。
2. The partially depleted SOI.MOSFET includes an N-type SOI MOSFET.
The logic circuit according to claim 1, wherein the logic circuit is a MOSFET.
【請求項3】前記部分空乏型SOI・MOSFETの基
板電位がフローティング状態であることを特徴とする請
求項1に記載の論理回路。
3. The logic circuit according to claim 1, wherein the substrate potential of said partially depleted SOI.MOSFET is in a floating state.
【請求項4】前記バッファ部は前記論理部と同一の基板
に形成され、そしてバルクMOSFETを用いて構成さ
れることを特徴とする請求項1に記載の論理回路。
4. The logic circuit according to claim 1, wherein the buffer unit is formed on the same substrate as the logic unit, and is configured using a bulk MOSFET.
【請求項5】前記バッファ部は前記論理部と同一基板上
に形成され、そして完全空乏型SOI・MOSFETを
用いて構成されることを特徴とする請求項1に記載の論
理回路。
5. The logic circuit according to claim 1, wherein the buffer section is formed on the same substrate as the logic section, and is configured using a fully depleted SOI MOSFET.
【請求項6】パストランジスタロジックで構成される論
理部と、該パストランジスタロジックの出力レベルを補
償するためのバッファ部を備える論理回路において、 前記論理部は基板電位がフローティング状態である部分
空乏型SOI・MOSFETを用いて構成され、 前記バッファ部は論理部と同一基板上に形成され、それ
ぞれに独立したバックゲートを設けた複数の部分空乏型
SOI・MOSFETにより構成されることを特徴とす
る論理回路。
6. A logic circuit comprising a logic section composed of pass transistor logic and a buffer section for compensating an output level of the pass transistor logic, wherein the logic section has a partially depleted type having a floating substrate potential. The logic unit is configured by using a plurality of partially depleted SOI MOSFETs formed on the same substrate as the logic unit and provided with independent back gates. circuit.
【請求項7】請求項6に記載の論理回路において、前記
バッファ部を構成するMOSFETはバックゲートを有
するNMOSFETおよびPMOSFETを含み、これ
らが完全空乏化するようにそれぞれのバックゲートに電
位を供給することを特徴とする論理回路の制御方式。
7. The logic circuit according to claim 6, wherein the MOSFETs constituting the buffer section include an NMOSFET and a PMOSFET having a back gate, and supply a potential to each back gate such that these are completely depleted. A control method for a logic circuit, characterized in that:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003101407A (en) * 2001-09-21 2003-04-04 Sharp Corp Semiconductor integrated circuit

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