JPS5950556A - 相補型論理集積回路装置 - Google Patents

相補型論理集積回路装置

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JPS5950556A
JPS5950556A JP57159476A JP15947682A JPS5950556A JP S5950556 A JPS5950556 A JP S5950556A JP 57159476 A JP57159476 A JP 57159476A JP 15947682 A JP15947682 A JP 15947682A JP S5950556 A JPS5950556 A JP S5950556A
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JP
Japan
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transistor
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JP57159476A
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English (en)
Inventor
Ryota Kasai
笠井 良太
Kennosuke Fukami
深見 健之助
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/0944Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET
    • H03K19/0948Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET using CMOS or complementary insulated gate field-effect transistors

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は相袖型論理集槓回路に2いて、低置fN.電力
消費の%徴を維持し′た11、蘭理回路の構成トランジ
スタ敷金削減し、占廟面槓及ひ遅延時間を小さくしうる
相袖型陥理果槓回路装置に関するものである。
従来の相袖型陶理集稙回路では、低Y角*電力でりると
いう特徴を有するか、基本論理ケートの構成トランジス
タ数が多くなゐとい9欠点葡有し1いる。シフタ,マル
ナフレク−+f 、 A L U等の論理回路ではnチ
ャネルエンノ・ンスメント型MOSトランシスクを通過
側@1用累士として使用することにより、論理回路の構
成トンンジスタ数全削減し、回路の占七曲槙及ひ遅タル
時間全削減することか可能であるが、通過制御1ト2ン
シスタの出カッ・イレベルはトランジスター酸分低下す
るため、これによって伏設に接続される相補型基本ゲー
トのpテヤイ・ルトランシフタがオン状態になり、直流
電力を消費するという欠点かめった。1だ、人力バッフ
ァに2いてもTTIJj力ハイレベル(2,4ボルト)
ヲ受ける場合、基本インバータ構成ではpチャネルトラ
ンジスタがオンになシ、直流電力を消費する。
この貫通電流全阻止するためには、通過制御素子葡相補
型回路構成にするか、出力を帰還する方法が考えられる
が、いずれも素子数が増加し、配線も増加するため、^
密度化で@ないという欠点がおった。
第1図に相@型通過制御素子とインバータとで構成した
回路例を示す。Qlは■テヤイ・ルエンハンスメント型
通過制御トランジスタ、Q8U p チャネルエンハン
スメント型通過制御トランジスタ、Q20.Q4.Q6
はpチャネルエンハンスメン)WMO8I−9ンジスタ
、Q3.Q5゜Q7はnチャネルエンハンスメント型M
OSトランジスタで、Ql−Q8で相袖型辿過制御素子
を、Q20−Q3 、Q4− Q5及びQ6−Q7でぞ
れぞれインバータを構成する。第2図A。
B、Cは第1図に示す回路のノード10 、20の電圧
時間俟二化及びQ20に流れるI!尚の時間叢化金示す
。相補型通過制御素子の使用により、ノード20はVs
s7)’らVDDまで震化し、スイッチング時の過渡的
な電流が流τLるたりて直流電力も消費しないが、素子
数、配線数〃・非鹿に太さいという欠点があった。
不発BAはこ扛らの六点を除去するために、出力ハイレ
ベルが低−卜する欠設の基不回埋ケートに2けるpチャ
ネルトランジスタの与、l&のマスク工程ケ伺加するこ
とによつt迅択的に面閾領にし、これによって論理回路
葡小型、高速に夾現し、かつ直流竜力伯賀抑制ケ維持す
ることを目的とするものt′ある。
前記V目的會逐成するため、本発明は同一半導体基板上
に抜蘇個のnナヤネルエンノ・ノスメント型MO8)ラ
ンシフタと複数個のpナヤイ・ルエンハンスメント型M
O8)ランジスタラ搭載してなる乗積回路において、前
記の半導体基板上に肖像2値の閾値奮有するpテヤネル
エンハンヌノント型トランジスタを同時搭載すること全
q!f徴とする相補型論理集積回路装置ゲ発明の侠旨と
するものである。
次に本発明の実施例を添附図m1について説明する。な
お実施例は一つの例示であって、本発明の鞘ppを逸脱
しない範囲内で、柚々の変更あるいは改良に行いうるこ
とは1゛うまでもない。
第3図は本発明の実施例を示す。図において、Qlは標
準閾値Vthn を有するnチャネル通過副側1トラン
ジスタ、Q21は高閾値Vthpoを有う゛るpチャネ
ルエンハンスメント型MO8)ランシフタ、Q4は標準
閾値Vthp 合有するpテヤイ・ルエンハンスメント
型M(JS)ランシフタ、Q3゜Q5は標準閾値Vth
n葡有するnテヤイ・ルエンハンスメント型MO8)ラ
ンシフタでアル、トランジスタQ21−Q3及びQ4−
Q5でそれぞれ基本インバータ回路を構成ラーる。究米
の閾値制御tよ、基板不純物濃度必るいO−J、 Nウ
エル不純物縦置で次回するpチャネルIVI(JS)ラ
ンシスタの閾値VthpO及びPウエル不純物礫度で決
矩するnテヤイ・ルMO8)う/シフタの閾値Vthn
Oに対し、マスクなしにp型不純物ケイオン注入によっ
て全面にドープする。この時の1IA11111i変化
量全△Vthとすると、nチャネルM OS トランジ
スタの閾イtw VthnはVthn−VthnO+△
Vthl)チャネル1vtOSトランジスタのIMI 
SCK VthpはVtbp =vthp o+△Vt
hに変化し、I九屋の閾値電圧Vc達する。こ扛に附し
又、一枚のマスクによって迅択的にpチャネルMUS)
ジンシスタへのp型不純物注入全阻止すれは、Vtbp
O及びVthp 2値の閾値勿肩するpチャネルトラン
・/スタが同時Qこ形成され、2値閾値相補型集槙回路
が41今成芒れる。現状のフロセスではVthnO−0
ホルト、 VthpO=−1,6ボルト、△Vth=0
.8ボルトであるため、閾値が0.8ボルトのnチャ坏
ルIVI(JS)ランシフタと閾値か−1,6ボルトと
−0,8ホルトのpチャネルMO8)ランシフタが得ら
れる。
10は入力端子、20は辿過制御累子の出力端子、30
は第1のインバータ出力端子、40は回路の出力端子、
100は電源VDD接続端子、Uは接地■S端子である
。第4図A、B、Cは夫々第3図に示したノードlO及
び20の電圧変化及びQ2に流れる電+1の時間変化を
示す。入力端子10にvssからVI)D K変化する
人力信号全印加した時、通過制御トランジスタの出力電
圧V20はその基板がVSSに接地されているため、基
板−ソース間電圧によって決定される閾値電圧vthn
’−Vthn+VthBG分低下し、vssからVEX
) −’Vthn’に変化する。従ってV2O= V[
l −Vthn’の状態でトランジスタQ 21に印加
されるゲート電圧VGQ21はVGQ21=Vthn’
となる。この時トランジスタQ21の闘価、電圧は基板
がソースと同電位であるため、トランジスタ閾値Vth
pOでh ’) 、Vthn’  Vthp。
で決lるぼ流電流■pがトランジスタQ21が流れる。
ここで、Vthpo < Vthpであり\Vthn’
−vthpo >  Vthn’  Vthpである。
この様な構造になっているから、その効果としては、第
1図に示す従来のものに比べ素子数が少なく、占有面積
及び遅延時間が小δ<、シかも11同値Vthpのもの
の場合に比べて直流篭力消賀全削減づることか出来る。
向、 Vtbn’  VthpO≧0に設定すれは血流
電力消費をOKすることも出来る。
第5図は1”II’ L出力を人力と1′るタイツの回
路において、入力音ノンインバータ′t″受ける場合の
実施例であって、トランジスタQ21は高閾値Vthp
Ok有するpチャ不ルエンノ1ンスメント型MOSトラ
ンジスタ、Q4は低閾値Vthp ’E有するpナヤイ
・ルエンハンスメン)W1’i’1US)ランシフタ、
Q3.Q5は標準閾値Vthn ’C刹するnチャネル
エンハンスメント型MOSトランジスタであシ、+ラン
ジスクQ21−Q3.Q4−Q5でそれぞれインパータ
ケ構成する。10はTTLに接ff7f、きれる入力端
子、40tよバッファ回路の出力端子である。第6図A
、IJ、Cは夫々第5図で示したノート10及び40の
゛眼圧波形及びトランジスタQ 21に沌れる% Dl
f、波ルを示う。入力端子IOにおける電圧かVS13
からT ’L’ L出ブノ、ノ・イレベルVinに変化
した時、トランジスタQ21JこはVin  VDD 
 VthpOで決まる直流電流Ip′力玉流A、6゜コ
L/) 時、Vin  VDD  VthpO> Vi
n  VDD−Vtbp fある。このような横積にな
つ−tいる力為ら、その効果としては、従来の1閾値V
tbpの相補型回路に比へ直N、電力消費を削減するこ
とカニ出来る。
第7図に2つの閾値電圧を持つpす^・ネルエンハンス
メント型MOSトランジスタカムらなる相補型回路の製
造方法の1例を示す。n型半導体基板200にpウェル
201とnウェル202ヲホロン及びリンの拡散により
作り、フィールド域に厚いSiO2203を形成する。
204はケー)・酸化膜ケ示す。尚い閾値電圧か必要な
pチャネルMOSトランジスタ全作るべILt域にレジ
スト又はイオン田止用金m205’に*41<的に形成
し、全面にボロンイオンを打込み浅いp型層206に形
成する。し層206によりnチャネルM(JSトランシ
スクとレジスト205によってマスクさ才しないpチャ
ネルMos+・フンシフタの閾値型1玉は△VTHたけ
+1則にシフトする。p型)會206の形成後、ケート
金属207ヲノくターニングし、nチャネルMOS)う
/ジメタ1μ11にはリン又はヒ素t、pfヤネルM(
JSトランジスタ1則には→;ロンk tl込み、nソ
ース・ドレイン208及びp+ソース・ドレイン209
久形成して、nチャネルfVLOsトジンジスク販、低
閾値pテヤイ・ルトランシフタQB..ivJM値pチ
ャ坏ルトランジスタ鍋足得る。この製造方法は従来のも
のよりもマスクか1枚ふえるのみで良い。
以上説明したように、本発明によれば、従来のバルク相
補型IVIOSFE’rと製造)′ロセス全犬幅には変
更することなく、一枚のマスクの導入によシ、2値の閾
値を有するpチャネル−トランジスタを同時に搭載する
ことか出来る力・ら、出力ハイレベルが低下する回路構
J戊がとれるため、素子数全削夙した商布度,高速の回
路構成で蘭理を実現しても、直+71C’屯力y(q 
s*τ安しないという相袖型集槓回路装置の特9i.?
L−維持出来るという利点がるる。捷た、入力バッファ
部にお・いで小型の基本インバータ構成で、直がL電力
消費を大幅に削減出来るといり効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の相補型通過制御トランジスタとインバー
タで構成した回路図、第2図は第1図に示した回路の動
作特性図、第3図は本発明装置の一実施例の回路図、第
4図は第3図に示した回路の動作特性図、第5図は本発
明装置のる0MO8の製造方法の1例ケ示す。 10・・・・・入力端子、20・・・・・・通過制御菓
子の出力端子、30・・・・・・高閾値pチャネルエン
ハンスメント型M O8,1−ランシフタで構成される
インバータの出力端子、40・・・・・・回路出力端子
、100・・・・・・電蝕端子、U・・・・・・接地端
子、Ql 、Q3 、Q5゜Q7・・・・・・n テー
トネルエンハンスメン)WIVIOSトランジスタ、Q
20.Q4 、Q6 、Q8・・・・・低lk1+IE
 pテ1′イ・ルエンハンスメント型MOSトランジス
タ、Q21・・・・・・高閾値pチャイ・ルエンノゝン
スメント型MOSトランジスク、200・・・・・・n
型半導体基板、201・・・・・・pウェル、202・
・・・・・nウェル、203・・・・・・SiO2,2
04・・・・・・ゲート版化膜、205・・・・・・レ
ジスト又はイオン阻止用金#、M、  206・・・・
・・p型層、207・・・・・・ケート全編、208・
・・・・・n+ソース・ドレイン、209・・・・・p
+ソース・ドレイン、A・・・・・入力端子電圧波形、
B・・・・・ノード20の電圧波形、C・・・・・・高
閾値pナヤイ・ルトランシフタQ21の電流波形、D・
・・・・出力端子電圧波形特許出願人 日本電化型詰公
社 第11     第3図 第2図     第4図 第5図 第6図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)同一半導体基板上に複数個のnテヤイ・ルエンハ
    ンスメント型MO8)ランシフタと複数個のpチャイ・
    ルエンハンスメントWMO8)ランジスタ葡搭載してな
    る集積回路において、前記の半導体基板上に高低2値の
    閾値を有するpナヤネルエンハンスメント型トランジス
    タを同時搭載することを特徴とする相補型論理集積回路
    装置。
  2. (2)nナヤネルエンハンスメント型MO8)ランシフ
    タを通過制御用トランジスタとし、次段に基本論理グー
    トヲ接続するタイプの回路に2いて、前記の基本削理ゲ
    ートを構成するpチャネルエンハンスメン)WIVIO
    8)ランシフタのみ選択的に閾値を大きく設定すること
    t%徴とする特、Vt請求の範囲第1項記載の相補型論
    理集積回路製油、。
  3. (3)TTL出力全入力とするタイプの回路にお・いて
    、基本インバータ會構成するpナヤネルエンハンスメン
    ト型MO8)ランジスクのみ選択的に閾値を大きく設定
    することを特徴とする請求置。
JP57159476A 1982-09-16 1982-09-16 相補型論理集積回路装置 Pending JPS5950556A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0655831A1 (en) * 1993-11-30 1995-05-31 STMicroelectronics S.r.l. High performance transconductance operational amplifier, of the CMOS integrated type
US5768115A (en) * 1993-12-28 1998-06-16 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Voltage booster with an acceleration circuit

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0655831A1 (en) * 1993-11-30 1995-05-31 STMicroelectronics S.r.l. High performance transconductance operational amplifier, of the CMOS integrated type
US5541555A (en) * 1993-11-30 1996-07-30 Sgs-Thomson Microelectronisc S.R.L. High performance transconductance operational amplifier of the CMOS integrated type
US5768115A (en) * 1993-12-28 1998-06-16 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Voltage booster with an acceleration circuit

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