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WO1997032399A1 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

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WO1997032399A1
WO1997032399A1 PCT/JP1997/000608 JP9700608W WO9732399A1 WO 1997032399 A1 WO1997032399 A1 WO 1997032399A1 JP 9700608 W JP9700608 W JP 9700608W WO 9732399 A1 WO9732399 A1 WO 9732399A1
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WO
WIPO (PCT)
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conductivity type
power supply
transistor
semiconductor integrated
electrode
Prior art date
Application number
PCT/JP1997/000608
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Kanai
Original Assignee
Seiko Epson Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corporation filed Critical Seiko Epson Corporation
Publication of WO1997032399A1 publication Critical patent/WO1997032399A1/en

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0008Arrangements for reducing power consumption
    • H03K19/0016Arrangements for reducing power consumption by using a control or a clock signal, e.g. in order to apply power supply
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0175Coupling arrangements; Interface arrangements
    • H03K19/0185Coupling arrangements; Interface arrangements using field effect transistors only
    • H03K19/018507Interface arrangements
    • H03K19/018521Interface arrangements of complementary type, e.g. CMOS

Definitions

  • the inverted signal CE (bar) of the chip enable signal CE is set to the single level and the operation mode is set. Is set.
  • the substrate voltage is applied to the back gate electrode to reduce the absolute value of the threshold voltage, and the absolute value of the off-state current becomes extremely small. Is made very small. In other words, it realized both “3 ⁇ 4; speeding up in the operation mode and low power consumption in the machine mode”.
  • the standby mode changes from the standby mode to the operation mode.
  • the diode In the current path formed by the PMOS Q48, the diodes D1 and D2, the NMO SQ47 and Q49, there is no MOS transistor or diode element that is turned off in the current path formed by the switching to the standby current.
  • the diode is a device that always has a voltage applied to its end, so it will not be completely turned off, but will be in equilibrium at a constant voltage. Therefore, in the substrate bias control circuit, a through current constantly flows between the voltage VNB and the ground voltage Vss.
  • the semiconductor integrated circuit device is formed on a substrate of a second conductivity type, and the first signal voltage level conversion circuit, the first logic circuit, or the first signal voltage level conversion circuit is provided.
  • the first logic ⁇ 3 ⁇ 4, the first inversion logic circuit, the first signal voltage level conversion circuit, the first logic circuit, or the first signal voltage level conversion circuit, the first Logic circuit, not the area where the first inverted logic circuit is formed, but only the back gate electrode of the second conductivity type transistor formed in the first conductivity type pail area which is another functional module formation area Is controlled in potential.
  • the third power supply and the fourth power supply which are supplied by the second metal wiring layer extended in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors, or The third power supply and the fourth power supply supplied by the second metal wiring layer, and a third metal wiring layer extending in a channel length direction of the first and second conductive type transistors
  • the third auxiliary power supply and the fourth auxiliary power supply are provided by a chip which is manually operated by an external device, an enable signal, or a sleeve mode formed inside the external device or the semiconductor integrated circuit device.
  • the control signal controls the potential of the functional module.
  • FIG. 15 is a timing chart showing signal waveforms at various parts in the substrate bias control circuit of the eight-channel MOS transistor according to the eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a timing chart showing a signal waveform of each part in the substrate bias control circuit of the P-channel MOS transistor according to the eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram schematically showing a chip layout of the ⁇ conductor integrated circuit device of the present invention.
  • FIG. 29 is a diagram showing a layout of power supply wiring and ground wiring in the semiconductor integrated circuit device according to the fifteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an example in which the first buffer logic circuit (block A 2) is formed by two inverters.
  • the present invention is not limited to this. It can be configured by In FIG. 1, the first buffer logic circuit (block A 2) is described as an interface between the first signal voltage level conversion circuit and the functional module. According to the specifications described above, the first buffer logic circuit (block A 2) need not be provided unless it is necessary to particularly consider the speed in the mode change as described above.
  • the first buffer logic circuit (block A2) can be constituted by another logic circuit such as an inverter circuit, a NAND circuit, a NOR circuit and the like.
  • the circuit operation of the substrate bias control circuit of the fourth embodiment is shown in the timing chart of the signal waveforms of each part in FIG. 8, but the circuit operation is the same as that of the substrate bias control circuit of the second embodiment.
  • the same reference numerals are given, and the description of the contents described in the second embodiment and the operation and effect corresponding thereto will not be repeated.
  • the substrate bias control circuit uses this substrate bias control circuit to self-correct the variation in the threshold voltage of the semiconductor integrated circuit device.
  • the threshold voltage of a MOS transistor has an error of about 10% in manufacturing.
  • the charge pump, the leakage current detection circuit, and the By controlling the power supply wiring connected to the back gate electrode during operation using the substrate bias control circuit of the embodiment the low voltage can be compensated.
  • the first metal wiring layers M 13, M 14 and the power supply wiring are connected to the plug electrodes B 1, B 2 of the NMO SQ 1 and the PMO SQ 2 via the connection holes C 1, C 2, HI, H 2.
  • the NM 0 SQ 1 is directly connected to the power supply wiring layer Vdd 2 and the ground wiring layer Vss 2 formed by the second metal wiring layer.
  • PMO SQ 2 can be connected to the well electrodes B 1 and B 2 via connection holes.
  • the NMO SQ 3 and Q 5 are connected in series, and the drain terminals of the PMOS Q 4 and Q 6 and the drain terminal of the NMO SQ 3 are commonly connected at the output terminal from which the output signal X is output. It has a configuration.
  • the well electrode B3 extends in the channel width direction of the MOS transistor, and is formed by the well electrode B1, the first metal wiring layer 15, and the second metal wiring layer above the first metal wiring layer.
  • the ground wiring layer Vss2 to be connected and the first metal wiring layer M15 are connected via the connection hole H1 and the connection hole C1, respectively.
  • the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2 formed by the second metal wiring layer are connected to the wiring grids GX 1 on the NMO SQ 3, Q 5 and the PMOS electrodes Q 4, Q 5 on the electrode B 3, B 4.
  • GX 5 and the wiring grids GX 2, GX 3, and GX 4 are formed by the second metal wiring layer.
  • the power wiring layer Vdd 2 and the ground wiring layer Vss 2 are arranged and prohibited. I do.
  • the source terminal of PMO SQ 8 is connected to the power supply wiring layer Vddl
  • the back gate terminals of PMO SQ8 and Q10 are connected to the power supply wiring layer Vdd 2 through N-wells
  • the NMO SQ 7 and Q 9 Are connected to the ground wiring layer Vss1, respectively, and the back gate terminals are connected to the ground wiring layer Vss2 via the P-well.
  • the basic cell constituting the inverter circuit is taken up and its wiring layout is described.
  • each basic cell is placed on the basic cell. It is possible to select whether to form the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2.
  • the second metal wiring layer formed as the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2 may be replaced with a currently used one. It can also be used as an auxiliary power supply for the power supply wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vss1.
  • Example 12
  • connection holes C 1, C 2, H 1, H 2, and H 3 for connecting the power supply wiring layer Vdd 2 and the ground wiring layer Vss 2 to the NMOS and PM ⁇ S peg electrodes B 7, B 8 in the RAM circuit.
  • the metal wiring layers M25 and M26 are formed on the wiring grids GN5, GN6 and GN7 between the power supply wiring layer Vdd1 and the ground wiring layer Vss1 supplied by the first metal wiring layer according to the wiring rules. It is placed on grid GP1, GP2, GP3 and on wiring grid GX1 or GX5. Further, according to the wiring rules, the connection holes CI and C2 directly connected to the NMOS and the PM electrodes S7 and B8 in the RAM circuit are formed by the first metal wiring layer.
  • the substrate SUB 1 of the semiconductor integrated circuit device is an N-substrate, it becomes P because the N-well NWE L 1 on which the PMOS is formed is separated from the substrate SUB 1.
  • a valid layer VA is formed so as to surround the N-well NWE L1.
  • the second P-valid layer VA is formed separately from the P-well of the function block different from the P-well PWE L1 so as not to have a common potential.
  • FIG. 28 (b) shows that the chip enable signal CE and the sleeve mode control signal SM or the power down signal PD generated in the semiconductor integrated circuit device are generated.
  • the signal input to the selector circuit SEL 1 is output from the selector circuit SEL 1 to the signal voltage level conversion circuits LV 5 to 7 and the buffer logic circuit (logic circuit and waveform shaping inverter circuit) LOG 5 to 7
  • the respective functional modules in the semiconductor integrated circuit device are switched to an operation mode and a standby mode, respectively, by being input to the respective devices.
  • Whether to control the back gate of both NMO S and PM ⁇ S or the back gate of the negative MOS transistor should be selected at the design stage according to the product specifications. Is also possible. For example, when controlling the back gate of only PM ⁇ S, the manufacturing cost can be reduced. Also, in the design stage, only functional modules that require back gate control are selected according to product specifications and the like, and only the functional modules described above are formed with a well, and both or one of the MOS transistors of NMOS and PMOS are used. The backgate can also be controlled.
  • the first-system auxiliary power supply wiring and the second-system power supply wiring prevent a voltage drop inside the semiconductor integrated circuit device, particularly at the center, against the first- and second-system potentials supplied from the outside.
  • the threshold voltage of the MOS transistor formed in the functional module formation area MO which emphasizes low power consumption, is also the first threshold voltage of the MOS transistor formed in the input / output circuit formation area I0.
  • Vthl for example, ⁇ 0.7 V
  • the potential of the back gate electrode of the MOS transistor formed in the functional module forming area M0 is controlled, and the first Is set to a second threshold voltage Vth2 (for example, ⁇ 1.4V) that is higher in absolute value than the threshold voltage Vthl (for example, ⁇ 0.7V) of the second threshold voltage.

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Abstract

A semiconductor integrated circuit device generates an output signal (Vpw) having a logical amplitude specified by a first power source (Vssl) and a third power source (Vss2) which is lower in potential than the first power source (Vssl) from a substrate bias control signal by means of a first signal voltage level converting circuit (A1) and a first logic circuit (A2) and impresses the output signal (Vpw) upon a P-well in an N-channel MOS transistor formed in a function module in the device. The device also generates another output signal (Vnw) having a logical amplitude specified by a second power source (Vdd1) and a fourth power source (Vdd2) which is higher in potential than the second power source (Vdd1) from the substrate bias control signal by means of a second signal voltage level converting circuit (B1) and a second logic circuit (B2) and impresses the signal (Vnw) upon an N-well in a P-channel MOS transistor formed in the functional module in the circuit device. When this semiconductor integrated circuit device is used, the power consumption of the device can be reduced in a standby mode by raising the threshold voltage by impressing a substrate bias, and the operating speed of the device can be increased in an operation mode by lowering the threshold voltage by releasing the device from the substrate bias. The increase of the operating speed at the operating time and the lowering of the power consumption at the standby time are simultaneously realized by securing a new power supply wiring area for controlling PMOS and NMOS back gate electrodes which are different in potential from power supply wiring and grounding wiring and providing a wiring rule which permits efficient wiring layout, and then, making the layout design of the power supply wiring and signal wiring easier.

Description

明 細 書 半導体集積回路装置  Description Semiconductor integrated circuit device
[技術分野] [Technical field]
本発明は、 基板バイァスを印加して MO Sトランジスタの閾値電圧を制御する 基板バイァス制御回路を具備する半導体集積回路装置に関する。  The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device including a substrate bias control circuit that controls a threshold voltage of a MOS transistor by applying a substrate bias.
[背景技術]  [Background technology]
一般に、 半導体集積回路装置としては、 半導体記憶装置, ゲートアレイ等様々 なものが挙げられるが、 半導体集積回路装置は 1つの半導体基板上に形成された 複数の MO Sトランジスタによって構成されるものである。 また、 通常このよう な半導体集積回路装置では、 半導体基板の電位が常に定められた範囲内に維持さ れる。  In general, there are various types of semiconductor integrated circuit devices such as a semiconductor memory device and a gate array. A semiconductor integrated circuit device is composed of a plurality of MOS transistors formed on one semiconductor substrate. . Normally, in such a semiconductor integrated circuit device, the potential of the semiconductor substrate is always maintained within a predetermined range.
図 31に、 このような半導体集積回路装置、 たとえば、 ゲートアレイのチップ レイアウトの概略図が示される。 この半導体集積回路装置は、 単一の半導体基板 上に形成された機能モジュール MOおよび周辺回路 I 0により構成され、 周辺回 路 10としては、 たとえば、 入出力制御回路等を含む。 機能モジュール M0は、 半導体集積回路装置の必要な機能を実現するため、 複数の MOSトランジスタに よって構成される所謂内部回路である。 そして、 入出力制御回路等を含む周辺回 路も、 MOSトランジスタによって構成されている。  FIG. 31 shows a schematic diagram of a chip layout of such a semiconductor integrated circuit device, for example, a gate array. This semiconductor integrated circuit device includes a functional module MO and a peripheral circuit I0 formed on a single semiconductor substrate, and the peripheral circuit 10 includes, for example, an input / output control circuit and the like. The function module M0 is a so-called internal circuit composed of a plurality of MOS transistors in order to realize necessary functions of the semiconductor integrated circuit device. Peripheral circuits including input / output control circuits and the like are also configured by MOS transistors.
たとえば、 マスタスライス型半導体集積回路装置における機能プロックの電源 配線のレイアウトパターンを、 図 33、 及び図 34 (a) , (b) に示される反 転論理回路 (以下インバー夕回路と示す) を用いて説明する。  For example, the layout pattern of the power supply wiring of the function block in the master slice type semiconductor integrated circuit device is shown in FIG. 33 and the inverting logic circuit shown in FIGS. 34 (a) and (b) (hereinafter referred to as the inverter circuit). Will be explained.
マス夕スライス型の半導体集積回路装置は、 イ ンバータ回路, 反転論理積回路 (以下 NAND回路と示す) , 反転論理和回路 (以下 NOR回路と示す) 等の論 理ゲートに相当する基本セルを格子状に整列したものである。 つまり、 このタイ プの半導体集積回路装置は、 基本セルを予め LS Iチップ上に形成しておき、 基 本セル間の配線設計だけを追加して所望の L S Iを得る方式によるものである。 ただし、 電源配線や接地配線は、 どの基本セルも電気的特性に関する仕様を満た すように予めレイアウ ト方式が定められている。 そして、 基本セルをいくつか用 いて論理機能ブロックが実現できるようになつており、 こわらを实現する配線パ 夕一ンは予めレイァゥ 卜設計され、 ライブラリとして準備されているものである。 図 34 (a) には、 インバータ回路 I NV 5のシンボルが示され、 入力信号 A に対して出力信号 Xが反転論理で出力されるものである。 このィンバ一夕回路を 卜ランジスクレベルの回路図で示すと、 図 34 ( b) に示されるような回路構成 となる。 A master-slice type semiconductor integrated circuit device has a basic cell corresponding to logical gates such as an inverter circuit, an inverting AND circuit (hereinafter referred to as a NAND circuit), and an inverting OR circuit (hereinafter referred to as a NOR circuit). They are arranged in a shape. In other words, in this type of semiconductor integrated circuit device, a basic cell is formed on an LSI chip in advance, and only a wiring design between the basic cells is added to obtain a desired LSI. However, the layout method for power supply wiring and ground wiring is determined in advance so that all basic cells satisfy the specifications regarding electrical characteristics. The logic function block can be realized by using some basic cells, and a wiring pattern for realizing this is designed in advance in a layout and prepared as a library. FIG. 34 (a) shows a symbol of the inverter circuit I NV5, in which an output signal X is output in an inverted logic with respect to an input signal A. If this circuit is shown in a circuit diagram of a transistor level, it has a circuit configuration as shown in FIG. 34 (b).
図 34 ( b ) に示されるインパータ回路 I NV 5は、 入力信号 Aが入力される 入力端子が、 Pチャネル M〇 S トランジスタ (以下 PMO Sと示す) Q 14のゲ —卜端子と Nチャネル MO S トラソジスタ (以下 NM OSと示す) Q 1 7のゲー ト端子に共通に接続されるものである。 さらに、 前^ PMO S Q 14のソース端 子とバックゲ一ト端子とが電源配線 Vddlに、 NMO S Q 17のソース端子とバ ックゲ一ト端子とが接地配線 Vss 1に各々接続され、 PM0 SQ 14のドレイ ン 端子と NM〇 S Q 1 7のドレイン端子とが出力信号 Xが出力される出力端子にて 接続された構成となっている。  In the inverter circuit I NV5 shown in FIG. 34 (b), the input terminal to which the input signal A is input is a gate terminal of a P-channel M〇S transistor (hereinafter referred to as PMOS) Q14 and an N-channel MO. S Transistor (hereinafter referred to as NMOS) Connected to the gate terminal of Q17. Further, the source terminal and the back gate terminal of the PMO SQ 14 are connected to the power supply line Vddl, the source terminal of the NMO SQ 17 and the back gate terminal are connected to the ground line Vss 1, and the PM0 SQ 14 In this configuration, the drain terminal and the drain terminal of NM〇SQ17 are connected by the output terminal from which the output signal X is output.
このィンバ一タ回路を、 マトリクス状に複数配置された基本セル群内の 1つの 基本セル上に配線レイァゥ 卜すると、 図 33に示されるような配線レイァゥトと なる。  When this inverter circuit is laid out on one basic cell in a basic cell group arranged in a matrix, a wiring layout as shown in FIG. 33 is obtained.
図 33に示される 本セルのトランジスタ構成は各社各様であるが、 ここでは ゲート電極 G 23 , G 25及びゲート電極 G 23 , G 25よりもチャネル幅が小 さいゲ一ト鼋極 G 27、 リース ' ドレイ ン電極 SD 33, S D 35 , S D 37. 及び SD 39からなる NMO SQ 1 7等と、 ゲート電極 G 18、 及び G 20、 ソ ース . ドレイン電極 SD 28, SD 30、 及び SD 32からなる PM0 SQ 14 等を基本単位 ( 2個の PM〇 S + 2個の NMO S + 1個のサブ ' NMO S) とす る基本セルを用いて配線レイァゥ 卜する。  Although the transistor configuration of this cell shown in FIG. 33 varies from company to company, here, the gate electrodes G 23, G 25 and the gate electrode G 27, which has a smaller channel width than the gate electrodes G 23, G 25, Lease 'NMO SQ 17 consisting of drain electrodes SD 33, SD 35, SD 37 and SD 39, gate electrodes G 18 and G 20, source Drain electrodes SD 28, SD 30, and SD 32 A wiring layout is performed using a basic cell having a basic unit (PM0 SQ14 or the like) composed of PM0 SQ14 and the like (2 PM〇S + 2 NMOS + 1 sub 'NMOS).
この基本セルとして図 34 (a) , 図 34 (b) に示されるインバータ回路 I N V δを構成すると、 図 33に示される配線レイァゥトとなる。 すなわち、 接地 配線層 Vss 1は MO S トランジスタのチャネル長方向に延長された第 1金属配線 層により形成される。 接続孔を介して、 ! 記接地配線層 Vsslと MMOSQ 17 のソース電極 SD 35、 及び使用されないソース ' ドレイ ン電極 S D 33とゥェ ル電極 B 1 1がそれそれ ¾気的に接続される。 When the inverter circuits INVδ shown in FIGS. 34 (a) and 34 (b) are configured as the basic cells, the wiring layout shown in FIG. 33 is obtained. That is, the ground wiring layer Vss 1 is the first metal wiring extending in the channel length direction of the MOS transistor. Formed by layers. Through the connection hole! The ground wiring layer Vssl, the source electrode SD 35 of the MMOSQ 17, and the unused source 'drain electrode SD 33 and the gel electrode B 11 are each electrically connected.
そして、 電源配線層 Vddlは MO S卜ランジス夕のチャネル幅方向に延長され た第 1金厲配線層より形成される。 接続孔を介して、 前記電源配線層 Vddlと P MO S Q 15のソース電極 SD 30、 及び使用されないソース ' ドレイン電極 S D 28とゥエル電極 B 12がそれぞれ電気的に接続される。  The power supply wiring layer Vddl is formed of a first metal wiring layer extending in the channel width direction of the MOS transistor. The power supply wiring layer Vddl and the source electrode SD30 of the PMOS Q15, and the unused source / drain electrode SD28 and the well electrode B12 are electrically connected to each other through the connection holes.
前記ゥエル電極 B 1 1は、 MO Sトランジス夕のチャネル幅方向に延長される。 前記ゥエル電極 B 1 1と接地配線層 Vsslと力 接続孔 C 1を介して電気的に接 続される。 一方、 ゥエル電極 B 12は、 MO Sトランジスタのチャネル幅方向に 延長される。 前記ゥエル電極 B 12と電源配線層 Vddlとが、 接続孔 C 2を介し て電気的に接続される。  The well electrode B11 extends in the channel width direction of the MOS transistor. The well electrode B11 is electrically connected to the ground wiring layer Vssl via a force connection hole C1. On the other hand, the well electrode B12 extends in the channel width direction of the MOS transistor. The well electrode B12 and the power supply wiring layer Vddl are electrically connected via the connection hole C2.
更に、 インバ一タ回路 I NV 5を制御する入力信号 Aが、 第 1金属配線層 Ml Aに印加され、 N M 0 S Q 14のゲート電極 G 25と P M 0 S Q 17のゲート電 極 G 20が接続孔を介して第 1金属配線層 M 1 Aに各々電気的に接続されること により、 前記入力信号 Aが前記ゲート電極 G 25と G 20に印加される。  Further, an input signal A for controlling the inverter circuit I NV 5 is applied to the first metal wiring layer Ml A, and the gate electrode G 25 of NM 0 SQ 14 and the gate electrode G 20 of PM 0 SQ 17 are connected. The input signal A is applied to the gate electrodes G25 and G20 by being electrically connected to the first metal wiring layers M1A through the holes.
—方、 出力信号 Xは第 1金属配線層 M 1 Xに出力されるものであるが、 インバ ータ I NV 5の出力部において、 NMO S Q 14のドレイン電極 S D 37と、 P MOSQ 17のドレイ ン ¾極 SD 32とが接続孔を介して、 第 1金属配線層 M 1 Xと各々接続される。 よって、 前記 NMOSQ 14と PMOSQ 17の各々のド レイン電極 SD 37, S D 32が電気的に共通接続されて出力信号が形成される この様にインバー夕回路を含めた一般的な CMO S回路は、 PM〇S, NMO S共にソース電極とゥエル電極を各々共通電位とするものであった。  The output signal X is output to the first metal wiring layer M 1 X. At the output of the inverter I NV 5, the drain electrode SD 37 of the NMO SQ 14 and the drain electrode of the PMOS Q 17 The negative electrode SD32 is connected to the first metal wiring layer M1X via the connection hole. Therefore, the drain electrodes SD37 and SD32 of the NMOSQ14 and the PMOSQ17 are electrically connected in common to form an output signal. In both PM〇S and NMOS, the source electrode and the well electrode were each set to a common potential.
ところで、 近年、 情報処理装置であるノー卜 ' パソコン向けマイクロプロセッ サ、 及びその周辺 LS Iや、 携帯情報端末向け L S I等の動作モード時の高速化 と、 待機モード時の低消費電力化が強く要求される様になつてきた。 たとえば、 電池駆動形態情報端末の発展により、 携帯電話等における電池数の低減による小 型化 '軽量化, 待機時を含めた長時間動作が要求されるようになってきた。 さら に、 ディジタル情報処理の発展により、 音声, データ, 画像のような情報の処理 量が膨大となり、 しかも高速クロックが発熱限界となってきているため、 高速性 が要求されるようになってきた。 また、 CMO S L S I枝術の 展により、 ディ —プサブミクロン CMO S L S Iの集積度向上により、 単体レベルでの消費電力 は小さくなってきたものの、 素子数が多くなつたため L S Iとしての消費電力が 大きくなつてきた。 これらの ¾由から、 高速かつ低消費電力な CM 0 S技術の開 発がすすめられるようになつてきた。 By the way, in recent years, there have been strong demands for higher speeds in the operation mode of microprocessors for information processing devices, such as microprocessors for personal computers and peripheral LSIs, and LSIs for portable information terminals, and low power consumption in the standby mode. It has come as required. For example, with the development of battery-powered information terminals, there has been a growing demand for compact and lightweight mobile phones and other devices that operate for long periods of time, including standby. Furthermore, with the development of digital information processing, processing of information such as voice, data, and images Since the volume is enormous and the high-speed clock is at the limit of heat generation, high-speed performance has been required. In addition, with the development of CMO SLSI branching techniques, the power consumption at the unit level has been reduced due to the improvement in the integration degree of deep submicron CMO SLSI, but the power consumption as an LSI has increased due to the increased number of elements. . For these reasons, the development of high-speed and low-power consumption CM0S technology has been promoted.
また、 L S Iを収納するパヅケージとしては、 プラスチックパッケージ, セラ ミックスパッケージ等が挙げられるが、 消費電力の高い L S Iには高価なセラミ ックスパッケージが使用される。 前述したように、 半導体集積回路装置の高集積 化により、 消費電力は大きくなつてきている力;、 コス トの面からも低消費電力化 が望ましいと考えられている。  In addition, packages containing the LSI include a plastic package and a ceramic package, but an expensive ceramic package is used for the LSI with high power consumption. As described above, the power consumption is increasing due to the higher integration of semiconductor integrated circuit devices; it is considered that low power consumption is desirable from the viewpoint of cost.
ここで、 前記消 力 POWERは、 負荷容鲎を C, クロック周波数を f , m 源鼋圧を Vddとすると以下のように式 1で表わされるものである。  Here, the power dissipation POWER is expressed by the following equation 1, where C is the load capacity, f is the clock frequency, and V is the m source voltage.
式 1 : POWER = C · f · VddJ Equation 1: POWER = C · f · Vdd J
式 1からも分かるように、 低消費電力化の実現のためには、 負荷容量 C, クロ ック周波数 f , 電源電圧 Vddをすベて下げることが理想的であるが、 これらすベ てのものを夬々下げて、 動作モード時の高速化と、 待機モード時の低消費電力化 の両者を実現することは極めて難しい。 すなわち、 負荷容量 Cは製造プロセスに 依存するため、 プロセス上のェ夬が必要であり、 負荷容量 Cを下げることは困難 である。 一お、 ^導体集積回路装 iaの動作を高速にするためには、 クロック周波 数 を上げることが必要となるため、 低消費電力化のためであってもクロック周 波数 f を下げることは望ましくない。 したがって、 消費電力を低減するためには、 式 1からも電源電圧 Vddを下げることが最も有効である。  As can be seen from Equation 1, it is ideal to reduce the load capacitance C, clock frequency f, and power supply voltage Vdd to achieve low power consumption. It is extremely difficult to achieve both high speed in the operation mode and low power consumption in the standby mode by lowering things. In other words, since the load capacity C depends on the manufacturing process, it is necessary to provide a process step, and it is difficult to reduce the load capacity C. First, it is necessary to increase the clock frequency in order to increase the speed of operation of the conductor integrated circuit device ia. Therefore, it is desirable to reduce the clock frequency f even for low power consumption. Absent. Therefore, in order to reduce power consumption, it is most effective to reduce the power supply voltage Vdd from Equation 1.
ところで、 遅延時間は以下に示される式 2に比例する。 ここで、 式 2において、 係数を 5, トランジス夕の閾値電圧を Vthとして式 2を示す。  By the way, the delay time is proportional to Equation 2 shown below. Here, in the equation 2, the coefficient is 5, the threshold voltage of the transistor is Vth, and the equation 2 is shown.
式 2 : C · Vdd/ 3 (Vdd- Vth) -' Equation 2: C · Vdd / 3 (Vdd- Vth)-'
しかし、 式 2からも分かるように、 電源電圧 Vddを下げることにより、 遅延時 間が増加し、 高速化の妨げになる。 よって、 遅延時間を増加させずに半導体集積 回路装置を高速化させるためには、 卜ランジス夕の閾値電圧 Vthを下げることが 有効であり、 遅延時間を遅くせずに高速化することができる。 However, as can be seen from Equation 2, lowering the power supply voltage Vdd increases the delay time and hinders speeding up. Therefore, in order to increase the speed of the semiconductor integrated circuit device without increasing the delay time, it is necessary to lower the threshold voltage Vth of the transistor. It is effective and can increase the speed without delay.
さらに、 待機時のリーク電流は、 以下に示される式 3に比例する。 ここで、 サ ブスレツショルド領域の電圧 V gに対する電流 I dの傾きを Sとして式 3を示す。 式 3 : e X p (- Vth/S )  Furthermore, the leakage current during standby is proportional to Equation 3 shown below. Here, Equation 3 is shown assuming that the slope of the current Id with respect to the voltage Vg in the subthreshold region is S. Equation 3: e X p (-Vth / S)
式 3からも分かるように、 閲値電圧 Vthを下げることにより、 待機時において 流れるトランジスタのドレイン · ゾース問電流が増加するため、 リーク電流は増 加する。 よって、 閾値電圧 を勁作時と待機時とで変化させると、 動作速度と 待機時リークとの両者を満足させることとなる。  As can be seen from Equation 3, lowering the reference voltage Vth increases the drain-source current of the transistor flowing during standby, thereby increasing the leakage current. Therefore, if the threshold voltage is changed between during operation and during standby, both operating speed and standby leakage are satisfied.
すなわち、 この動作モード時の高速化と待機モード時の低消費電力化の両面を 満足させるための - 段として、 基板バイアス効果 (もしくは基板効果) を積極 的に活用することが有効である。  In other words, it is effective to actively utilize the substrate bias effect (or the substrate effect) as a step to satisfy both the high speed in the operation mode and the low power consumption in the standby mode.
この基板バイアス効果は、 MOSトランジスタのバックゲート電極に基板バイ ァスを印加することによって、 MO Sトランジスタの閾値電圧が変化し、 サブス レヅショルド領域におけるゲート · ソース間電圧に対する ドレイ ン · ソース間電 流特性が変化するものである。  This substrate bias effect is caused by changing the threshold voltage of the MOS transistor by applying a substrate bias to the back gate electrode of the MOS transistor, and the drain-source current with respect to the gate-source voltage in the subthreshold region. The characteristics change.
例えば図 32 (a) に示される NMO Sトランジスタのサブスレッショルド領 域におけるゲート · ソース間電圧に対するドレイン · ソース間電流特性について 以下に述べる。  For example, the following describes the drain-source current characteristics with respect to the gate-source voltage in the subthreshold region of the NMOS transistor shown in FIG. 32 (a).
NMO Sのバックゲート電極にソース電極と同じ電位を印加した状態を N 3 (閾値電圧-約 +0. 7 V) とし、 ソース電極に対してバックゲート電極に正の 電位を印加すると、 前記状態 N 3 (閾値電圧-約 +0. 7 V) から、 状態 N2 (閾値電圧 =約+0. 5V) もしくは状態 N 1 (閾値電圧 =約 +0. 3V) へと 変化する。 そして、 前記 NMO Sの閾値電圧が低下すると共にオフ電流が増加す る。  The state where the same potential as the source electrode is applied to the back gate electrode of NMOS is referred to as N 3 (threshold voltage-about +0.7 V), and the above state is obtained when a positive potential is applied to the back gate electrode with respect to the source electrode. The state changes from N 3 (threshold voltage-about +0.7 V) to state N2 (threshold voltage = about +0.5 V) or state N 1 (threshold voltage = about +0.3 V). Then, the off-state current increases as the threshold voltage of the NMOS decreases.
又、 ソース電極に対して、 バックゲート電極に負の電位を印加すると、 前記状 態 N3 (閾値電圧-約 +0. 7 V) から、 状態 N4 (閾値電圧 =約+0. 9 V) もしくは N 5 (閩値電圧-約 + 1. 1 V) へと変化する。 そして、 NMO Sの閾 値電圧が上昇すると共にオフ電流が減少する。  When a negative potential is applied to the back gate electrode with respect to the source electrode, the state N3 (threshold voltage-about +0.7 V) changes to the state N4 (threshold voltage = about +0.9 V) or Changes to N 5 (閩 value voltage-about +1.1 V). Then, the off-state current decreases as the threshold voltage of NMOS increases.
これは PM〇 Sトランジスタ (以下 PMO Sと示す) でも同様の特性変化を示 すものであり、 例えば図 32 (b) に PMO Sのサブスレツショルド領域におけ るゲート一ゾース間電圧に対する ドレイ ン · ソース問電流特性が示される。 This shows the same characteristic change in the PM〇S transistor (hereinafter referred to as PMOS). For example, Fig. 32 (b) shows the drain-source current characteristics with respect to the gate-to-source voltage in the subthreshold region of the PMOS.
P M 0 Sのバックゲ一卜電極にソース? g極と同じ ¾位を印加した状態を p 3 Is the source for the back gate electrode of PMSO? p 3
(閾値電圧 =約一 0. 7V) とし、 NMO Sとは逆にソース電極に対してバック ゲ一ト電極に負の電位を印加すると、 前記状態 P 3 (閬値電圧 =約一 0. Ί V) から、 状態 P 2 (閾値電圧 =約— 0. 5V) もしくは状態 P 1 (閾値電圧 =約— 0. 3 V) へと変化する。 そして、 PMO Sの閾値電圧が絶対値で低下すると共 にオフ電流が絶対値で増加する。 (Threshold voltage = approximately 0.7 V), and when a negative potential is applied to the back gate electrode with respect to the source electrode, contrary to NMOS, the state P 3 (閬 value voltage = approximately 1.0 .. V) to state P2 (threshold voltage = about -0.5 V) or state P1 (threshold voltage = about -0.3 V). Then, as the threshold voltage of the PMOS decreases in absolute value, the off-current increases in absolute value.
又、 NMOSとは逆に、 ヅ一ス電極に対してバックゲート電極に正の電位を印 加すると、 PMOSは、 前記状態 P 3 (閾値電圧 =約一 0. 7V) から状態 P 4 Also, contrary to the NMOS, when a positive potential is applied to the back gate electrode with respect to the base electrode, the PMOS changes from the state P 3 (threshold voltage = about 10.7 V) to the state P 4
(閾値電圧-約— 0. 9V;) 、 もしくは状態 P 5 (閾値電圧 =約一 1. I V) へ と変化する。 そして、 悶値電压が絶対値で上 ?-すると共にオフ電流が絶対値で減 少する。 (Threshold voltage-about-0.9V;) or to state P5 (threshold voltage = about 1.1V). Then, the wattage voltage rises in absolute value, and the off current decreases in absolute value.
この特性を利用して、 子め NMOS、 PMO Sのサブスレツショルド領域特性 が状態 N2 (閾値電圧 =約 +0. 5 V) , 状態 P 2 (閾値電圧 =約— 0. 5V) あるいは更に絶対値で閾値電圧が低い状態 N 1 (閾値電圧 =約 +0. 3 V) , 状 態 P 1 (閟値電圧 =約—0. 3 V) のサブスレツショルド領域特性となる様に形 成する。 さらに、 動作モード時には、 ソース電極とバックケート電極を同電位と させることによって、 M〇 sトランジスタの閾値電圧を絶対値で低く し、 aっド レイン ' リース電流を絶対値で多く流れるようにする。 このことによって、 機能 モジユールを構成する MOSトランジスタのスィ ッチ制御を高速化させると共に ドライブ能力を向上させ、 半導体集積回路装置の高速化が可能となる。  Utilizing this characteristic, the sub-threshold region characteristics of the sub NMOS and PMOS can be changed to state N2 (threshold voltage = about +0.5 V), state P 2 (threshold voltage = about --0.5 V), or even more absolutely. The sub-threshold region characteristics are as follows: N1 (threshold voltage = approx. +0.3 V) and P1 (閟 value voltage = approx. -0.3 V). . Furthermore, in the operation mode, the threshold voltage of the M〇s transistor is made lower in absolute value by making the source electrode and the back gate electrode have the same potential, so that the drain current flows more in absolute value. . As a result, the speed of the switch control of the MOS transistors constituting the functional module is increased, the driving capability is improved, and the speed of the semiconductor integrated circuit device can be increased.
逆に待機モード時には、 バックゲート電極に基板バイアスを印加することによ つて、 MO Sトランジスタの閾値電圧を絶対値で高く し、 且つオフ電流を絶対値 で非常に小さい状態 N 3 (閾値電圧 =約 +0. 7 V) , 状態 P3 (閾値電圧二約 一 0. 7 V) とする。 あるいは、 ^に絶対値で閾値電圧が高い状態 N 4 (閾値電 圧 =約 +0. 9 V) , 状態 P4 (閾値電圧 =約一 0. 9V) もしくは状態 N 5 (閾値電圧 =約+ 1. IV) , 状態 P5 (閾値電圧 =約一 1. IV) へと特性を 変化させる。 このため、 機能モジュールのスタンバイ電流を非常に小さくするこ とができ、 半導体集積回路装置の低消費電力化が可能となる。 Conversely, in the standby mode, the threshold voltage of the MOS transistor is increased in absolute value by applying a substrate bias to the back gate electrode, and the off-state current is extremely small in absolute value N 3 (threshold voltage = Approximately +0.7 V) and state P3 (threshold voltage is approximately one-0.7 V). Alternatively, ^ indicates a state where the threshold voltage is high in absolute value N 4 (threshold voltage = about +0.9 V), state P4 (threshold voltage = about 0.9 V) or state N 5 (threshold voltage = about +1) IV), the characteristics are changed to state P5 (threshold voltage = about 1. 1. IV). Therefore, the standby current of the functional module must be extremely small. Thus, the power consumption of the semiconductor integrated circuit device can be reduced.
以上述べたような、 基板バイアス効果の半導体集積回路装置への適用が、 近年 研究開発されているが、 基板バイアス効果を半導体集積回 装置へ適用するため には基板電位又はゥエル電位を調整する、 基板バイアス制御回路を半導体集積回 路装置へ搭載することが必要となる。  As described above, the application of the substrate bias effect to semiconductor integrated circuit devices has been researched and developed in recent years.However, in order to apply the substrate bias effect to semiconductor integrated circuits, the substrate potential or the jerk potential is adjusted. It is necessary to mount the substrate bias control circuit on the semiconductor integrated circuit device.
すなわち、 基板バイアス効果を前述の CMO S回路に適用するには、 PMO S, NMO Sの各ソース電極及びバックゲ一ト電極を独立させ、 ソース電極に供給さ れる電源配線又は接地配線の電位とは異なる各バックゲート電極制御用の新たな 電源配線が必要となる。 更に、 マスタスライス型半導体装置にこの効果を適用す る場合、 電源配線, 接地配線及び信号配線を含めた配線レイアウ トは、 自動配置 配線等のソフ トウエアによりレイ ゥト設計されるため、 新たに設ける PMOS, N M 0 Sの各バックゲート電極制御用の電源配線を如何に効率良く配線するか、 その配線領域の確保が問題となると共に、 配縹ルールの定義が必要となる。  In other words, in order to apply the substrate bias effect to the above-mentioned CMOS circuit, the source electrode and the back gate electrode of the PMOS and NMOS are made independent, and the potential of the power supply wiring or the ground wiring supplied to the source electrode is A new power supply wiring for controlling different back gate electrodes is required. Furthermore, when this effect is applied to a master slice type semiconductor device, the wiring layout including power wiring, ground wiring, and signal wiring is newly designed because the layout is designed by software such as automatic placement and wiring. How to efficiently arrange the power supply lines for controlling the back gate electrodes of the provided PMOS and NM 0 S is required to secure a wiring area, and it is necessary to define a misalignment rule.
ところで、 この基板バイアス効果を用いた半導体集積回路装置に搭載された、 基板バイアス制御回路の従来技 として、 日絰 BP社発行 「日経マイクロデバイ ス、 1 995年3月¾、 P 58〜 60」 に掲載の東芝半導体デバイス技術研究所、 黒田忠広氏、 桜井貴康氏による基板バイアス制御回路がある。  By the way, as a conventional technology for a substrate bias control circuit mounted on a semiconductor integrated circuit device using the substrate bias effect, Nikkei BP, Nikkei Micro Devices, March 1995, pp. 58-60. There is a substrate bias control circuit by Toshiba Semiconductor Device Engineering Laboratory, Tadahiro Kuroda and Takayasu Sakurai.
この基板バイアス制御回路が図 35、 各部信号波形を示す夕ィ ミングチャート が図 36 , 図 37に示される c C of the substrate bias control circuit 35, the evening I timing chart showing the signal waveforms shown in FIG. 36, FIG. 37
図 35に示される基板バイアス制御回路は、 ^導体集積回路装置外部より電源 電圧 Vdd=+ 2V, 接地電圧 Vss=± 0 Vと、 新たに N M 0 Sの Pゥェル向けに 電圧 VPBB-— 2V, PMO Sの Nゥエル向けに電圧 VNBB=+4 Vが供給 されるものである。 そして、 半導体集積回路装置内の機能モジュール単位で基板 バイァスを変化させ、 全ての回路について電力と速度をダイナミックに最適制御 するものである。  The substrate bias control circuit shown in Fig. 35 has a power supply voltage Vdd = + 2V and a ground voltage Vss = ± 0V from the outside of the conductor integrated circuit device, and a new voltage VPBB--2V for the NM 0 S P-well. The voltage VNBB = + 4 V is supplied to the N-well of PMOS. Then, the substrate bias is changed for each functional module in the semiconductor integrated circuit device, and the power and speed of all circuits are dynamically and optimally controlled.
次に図 35に示される基板バイアス制御回路の動作について、 図 36 , 図 37 を用いて説明する。  Next, the operation of the substrate bias control circuit shown in FIG. 35 will be described with reference to FIGS.
チップ ' ィネーブル信号 C Eがハイレベルとされることにより、 前記チップ · ィネーブル信号 CEの反転信号 CE (バー) が口一レベルに設定されて動作モ一 ドが設定される。 When the chip enable signal CE is set to the high level, the inverted signal CE (bar) of the chip enable signal CE is set to the single level and the operation mode is set. Is set.
前記チップ · ィネーブル信号 CEがハイレベルとされることによって、 NMO S Q 47がオン状態とされ、 ライン VN 1の電位が ± 0 Vにされるため、 NMO S Q 49がオン状態とされる。  When the chip enable signal CE is set to the high level, the NMO SQ 47 is turned on, and the potential of the line VN1 is set to ± 0 V, so that the NMO SQ 49 is turned on.
そして、 前記 N MO S Q 49力'オン状態とされるとライ ン VX 2の電位が ± 0 Vとされ、 ライン VN 3の電位は順方向に直列接続されたグイ万ード D 1 , D 2 の接続個数にグイオードの閾値電 FEを掛けた電位とほぼ等しくなる。 例えば、 ダ ィオードが 3個直列に接続され、 ¾記ダイオードの閾値電圧が + 0. 6Vである 場合は、 ライ ン VN 3の電位は約 + 1. 8 Vとされる。 尚、 PMO S Q 48は常 にオン状態とされている。  When the NMO SQ 49 is turned on, the potential of the line VX2 is set to ± 0 V, and the potential of the line VN3 is set to the forwardly connected series D 1, D 2. Is approximately equal to the potential obtained by multiplying the number of connections by the threshold voltage FE of the diode. For example, when three diodes are connected in series and the threshold voltage of the diode is + 0.6V, the potential of the line VN3 is set to about + 1.8V. Note that PMO S Q 48 is always on.
前記ライン VN 3の ^位が約 + 1. 8 Vとされることにより、 PMO SQ 50 がオン状態, NMO S Q 57がオフ状態とされ、 ライン VN 4の電位が +4 Vと される。 そして、 ライン VN4の電位が +4 Vにされると、 PMO SQ 52がォ フ状態, NMO S Q 59がオン状態とされ、 機能モジュール内の Nゥエルに電圧 Vnw=+ 2 Vの電位が印加される。  By setting the ^ position of the line VN 3 to about +1.8 V, the PMO SQ 50 is turned on, the NMO SQ 57 is turned off, and the potential of the line VN 4 is set to +4 V. Then, when the potential of the line VN4 is set to +4 V, the PMO SQ 52 is turned off, the NMO SQ 59 is turned on, and the potential Vnw = + 2 V is applied to the N-well in the functional module. You.
—方、 チップ ' ィネーブル信号 CEの反転信号 CE (バー) がローレベルに設 定されることによって、 PMO S Q 44がオン状態とされ、 ライ ン VP 1の電位 が + 2Vとされるため、 PMO S Q 46がオン状態とされる。  On the other hand, when the inverted signal CE (bar) of the chip enable signal CE is set to a low level, the PMO SQ44 is turned on, and the potential of the line VP1 is set to + 2V. SQ 46 is turned on.
そして、 ¾記 PMO S Q 46がオン状態とされると、 ライン VP 2の電位が + 2 Vとされる。 ライン VP 3の電位は、 順方向に直列接続されたダイオード D 3, D 4の接続個数の値にダイオードの閾値^圧を掛けた電位とほほ'等し L、電位を、 前記ライン VP 2の電位 + 2 Vから引いた値まで低下する。 例えば、 ダイオード 3個が直列に接続され、 前記ダイオードの閾値電圧が +0. 6 Vである場合は、 ライ ン VP 3の電位は約 + 0. 2 Vとなる。 尚、 NMO S G 5 1は常にオン状態 となる。  When the PMOSQ 46 is turned on, the potential of the line VP2 is set to +2 V. The potential of the line VP3 is almost equal to the potential obtained by multiplying the number of connected diodes D3 and D4 connected in series in the forward direction by the threshold voltage of the diode, and the potential L is the potential of the line VP2. Decreases to +2 V. For example, when three diodes are connected in series and the threshold voltage of the diode is +0.6 V, the potential of the line VP3 is about +0.2 V. NMOSG51 is always on.
前記ライン VP 3の電位が約 + 0 · 2 Vとされることにより、 PMO SQ 54 がオフ状態、 NMO S Q 53がオン状態とされ、 ライン VP 4の電位が一 2 Vと される。 そして、 前記ライ ン VP 4の電位が一 2 Vとされると、 PMO SQ 56 がオン状態, NMO S Q 55がオフ状態とされ、 機能モジュール内の Pゥエルに 電圧 Vpw=± 0 Vの電位が印加される。 By setting the potential of the line VP3 to about + 0.2V, the PMO SQ54 is turned off, the NMO SQ53 is turned on, and the potential of the line VP4 is set to 12V. When the potential of the line VP4 is set to 12 V, the PMO SQ 56 is turned on, the NMO SQ 55 is turned off, and the P-well in the functional module is connected. A voltage of Vpw = ± 0 V is applied.
次に、 前記チップ · ィネーブル信号 C Eがローレベルに設定されることにより、 チップ ' イネ一ブル 号 C Eの反転信" C E (バー) がハイレベルに設定されて 待機モ一ドに設定される。  Next, when the chip enable signal CE is set to a low level, the inverted signal "CE (bar) of the chip enable signal CE" is set to a high level and set to a standby mode.
前記チッブ ' ィネーブル信号 C Eが口一レベルに設定されると、 NMO S Q 4 7がオフ状態とされ、 ライ ン VN 1の電位が Vdd— Vth ( Vth: N M 0 S Q 49 の閾値電圧) とされるため、 前記 NMO S Q 49がオフ状態とされる。  When the chip enable signal CE is set to a single level, the NMO SQ 47 is turned off, and the potential of the line VN 1 is set to Vdd—Vth (Vth: threshold voltage of NM 0 SQ 49). Therefore, the NMO SQ 49 is turned off.
前記 NMO SQ 49がオフ状態とされると、 ライン VN 2の電位が電圧 VNB Bに対して、 順方向に直列接続されたダイオード D 1, D 2の接続個数にダイォ ードの閾値電圧を掛けた電位とほぼ等しい電位だけ低下する。 例えば、 ダイォ一 ドが 3個直列に接続され、 ダイオードの閥値 ¾圧が + 0. 6 Vである場合は、 ラ イン V N 2の¾位は約 + 2. 2Vになる。 尚、 PMO SQ48は常にオン状態で あるため、 ライ ン VN 3の電位は +4 Vとされる。  When the NMO SQ 49 is turned off, the potential of the line VN 2 is multiplied by the threshold voltage of the diode V 1, with respect to the voltage VNB B, by the number of connected diodes D 1 and D 2 connected in series in the forward direction. The potential drops by a potential substantially equal to the applied potential. For example, if three diodes are connected in series and the threshold voltage of the diode is +0.6 V, the level of the line V N2 is about +2.2 V. Since the PMO SQ48 is always on, the potential of the line VN3 is set to + 4V.
前記ライン VN 3の電位が約 + 4 Vにされると、 PMOSQ 50がオフ状態, NMO S Q 57がオン状態とされ、 ライ ン VN 4の電位が + 2 Vとされる。 前記 ライン VN 4の電位が +2 Vにされると、 PM〇 S Q 52がオン状態, NMO S Q 59がオフ状態とされ、 機能モジュール内の Nゥエルに電圧 Vnw=+ 4 Vの電 位が印加される。 '  When the potential of the line VN3 is set to about + 4V, the PMOS Q50 is turned off, the NMOS Q57 is turned on, and the potential of the line VN4 is set to + 2V. When the potential of the line VN 4 is set to +2 V, the PM〇SQ 52 is turned on, the NMO SQ 59 is turned off, and a potential of voltage Vnw = + 4 V is applied to the N-well in the functional module. Is done. '
一方、 チップ ' ィネーブル信号 C Eの反転信号 C E (バー) がハイ レベルに設 定されることにより、 PM〇 S Q 44がオフ状態とされ、 ライン VP 1の電位が Vss+Vth (Vth: PMO S Q 46の閾値電圧) になるため、 PMO S Q 46が オフ状態とされる。  On the other hand, when the inverted signal CE (bar) of the chip enable signal CE is set to the high level, the PM〇SQ44 is turned off, and the potential of the line VP1 becomes Vss + Vth (Vth: PMO SQ46 PMO SQ 46 is turned off.
前記 PMO S Q 46がオフ状態にされると、 ライン VP 2の電位が、 電圧 VP B Bに対して順方向に I 列接続された、 ダイオード D 3, D 4の接続個数にダイ オードの閾値 ' ί上を掛けた電位とほぼ等しい電位だけ上昇する。 例えば、 ダイォ —ドが 2個直列に接続され、 ダイオードの閾値電圧が + 0. 6 Vである場合は、 ライン VP 2の電位は約一 0. 8Vになる。 尚、 NMO S Q 5 1は常にオン状態 であるため、 ライ ン VP 3の電位は一 2 Vとされる。  When the PMO SQ 46 is turned off, the potential of the line VP2 becomes equal to the number of diodes D3 and D4 connected in a row in the forward direction with respect to the voltage VPBB, and the threshold value of the diode ' It rises by a potential substantially equal to the potential multiplied by the top. For example, if two diodes are connected in series and the threshold voltage of the diode is +0.6 V, the potential of the line VP 2 will be about 10.8 V. Since NMOSQ 51 is always on, the potential of line VP 3 is set to 12 V.
前記ライン VP 3の電位が約— 2 Vにされると、 PMO S Q 54がオン状態, N M 0 S Q 5 3がオフ状態とされ、 ライン VP 4の電位が 0 Vとされる。 そして、 前記ライ ン VP 4の電位が OVにされると、 PMO S Q 5 eがオフ状態、 NMO S Q 55がォン状態とされ、 機能モジュール内の Pゥエルに電圧 Vpw=— 2 Vの 電位が印加される。 When the potential of the line VP 3 is set to about −2 V, the PMO SQ 54 is turned on, NM 0 SQ 53 is turned off, and the potential of line VP 4 is set to 0 V. When the potential of the line VP4 is set to OV, the PMO SQ 5 e is turned off, the NMO SQ 55 is turned on, and the potential of the voltage Vpw = −2 V is applied to the P-well in the functional module. Applied.
従って、 勅作モード時には、 ソース電極とバックゲ一卜電極が同電位とされる ことによって、 MO S トランジスタが絶対値で閾値電圧が低くされ、 且つドレイ ン · ッ一ス電流が絶対値で多く流れるため、 機能モジュールを構成する MO Sト ランジスタのスィツチ制御が速くなると共に ドライブ能力が向上する。  Therefore, in the edict mode, the source electrode and the back gate electrode are set to the same potential, so that the threshold voltage of the MOS transistor is reduced in absolute value, and a large drain-source current flows in absolute value. As a result, the switch control of the MOS transistor that constitutes the functional module becomes faster, and the driving capability is improved.
さらに、 待機モード時には、 バックゲート電極に基板バイアスが印加されるこ とによって、 閾値電圧が絶対値で ,ί くされ、 IIつオフ電流が絶対値で非常に小さ くされるため、 機能モジュールのスタンバイ電流が非常に小さくされる。 すなわ ち、 動作モ一ド時の「¾;速化と^機モード時の低消費亀力化の両面を実現するもの であった。  In addition, in the standby mode, the substrate voltage is applied to the back gate electrode to reduce the absolute value of the threshold voltage, and the absolute value of the off-state current becomes extremely small. Is made very small. In other words, it realized both “¾; speeding up in the operation mode and low power consumption in the machine mode”.
しかしながら、 図 35に示される従来技術の基板バイアス制御回路においては、 動作モ一ドから待機モ一ドに切り替わった後のスタンバイ電流は約 0. 1〃Αに すきないものの、 待機モードから動作モードに切り替わった後のスタンバイ電流 については、 PMOS Q48 , グイオード D l , D 2 , NMO SQ47 , Q 49 により形成される電流経路において、 オフ状態となる MO S トランジスタあるい はダイオード素子が無い。 すなわち、 ダイオードは、 端に常に電圧がかかる素 子であるために、 完全なオフ状態とはならず、 一定の電圧において平衡状態とな つてしまう。 したがって、 基板バイアス制御回路において、 定常的に電圧 VNB Β ·接地電圧 Vss間に貫通電流が流れていた。 これは PMO SQ44, Q 46 , ダイオード D 3 , D 4 , NMO S Q 5 1により形成される電流経路においても同 様に、 オフ状態となる MO S トランジスタあるいはダイォード素子が存在しない ため、 定常的に電源電圧 Vdd■電圧 VP B B間にも電流が流れていた。 しかし、 前述したような待機モード時の定常的な電流は、 特に、 待機モード時のリーク電 流に対する対策が携帯電話等の普及により必要不可欠なものとなっているため、 CMOS L S Iの低消費電力化及び CM〇 S L S Iを搭載した電位機器の低消費 電力化ということに反する要因となってしまう。 又、 ダイオード D l , D 2, D 3, D 4を形成するためには、 各ダイオードの ゥエル領域を分離する必要があるため、 NMO S Q47 , Q 49 , Q 57 , Q 5 9が形成される Pゥェル領域と、 NMO SQ 5 1 , Q δ 3 , Q 55が形成される Ρゥエル領域と、 PMOS Q44 , Q 46 , Q 54 , Q 56が形成される Νゥェ ル領域と、 PMO SQ 48 , Q 50 , Q 52が形成される Νゥエル領域を各々ゥ エル分離する他に、 使用するダイォードの数だけゥエル分離する必要があった。 However, in the conventional substrate bias control circuit shown in FIG. 35, although the standby current after switching from the operation mode to the standby mode is less than about 0.1〃Α, the standby mode changes from the standby mode to the operation mode. In the current path formed by the PMOS Q48, the diodes D1 and D2, the NMO SQ47 and Q49, there is no MOS transistor or diode element that is turned off in the current path formed by the switching to the standby current. In other words, the diode is a device that always has a voltage applied to its end, so it will not be completely turned off, but will be in equilibrium at a constant voltage. Therefore, in the substrate bias control circuit, a through current constantly flows between the voltage VNB and the ground voltage Vss. Similarly, in the current path formed by the PMO SQ44, Q46, the diodes D3, D4, and the NMO SQ51, there is no MOS transistor or diode element that is turned off. Current also flowed between voltage Vdd and voltage VP BB. However, the steady-state current in the standby mode as described above is especially important because measures to prevent leakage current in the standby mode have become indispensable due to the spread of mobile phones and the like. And the low power consumption of potential devices equipped with CM-SLSI. In order to form the diodes D l, D 2, D 3, and D 4, the NMO S Q47, Q 49, Q 57, and Q 59 are formed because the diode well region must be separated. A P-well region, a N-well region in which NMO SQ51, Qδ3, and Q55 are formed; a p-well region in which PMOS Q44, Q46, Q54, and Q56 are formed; In addition to the p-well separation of the p-well regions where 48, Q 50 and Q 52 are formed, it is necessary to perform the p-well separation by the number of diodes to be used.
しかし、 各ゥエルの分離は、 隣接する他のゥエル領域と非導通状態にするため、 少なくとも数〃 mのスペースを設ける必要が有ると共に、 ダイォ一ドのアノード 電極取り出し部、 及び力ソード電極取り出し部を設ける必要があるため、 レイァ ゥ卜面積が増加し半導体集積回路装置の高集積化を妨げていた。  However, the separation of each well requires a space of at least several m to provide a non-conductive state with the adjacent other well region, and also requires an anode electrode take-out part and a force source electrode take-out part of a diode. Therefore, the layout area has increased, which has hindered high integration of the semiconductor integrated circuit device.
さらに、 近年 L S Iは 2電源混在 LS Iの形式を採っており、 電源は L S Iチ ップ外部あるいは内部にて形成し、 外部から供給した電圧は内部でスィッチング している。 特に、 高電圧については外部から供給するケースが多いが、 印加する 電圧が大きいほどトランジスタのゲ一卜酸化膜は厚くなるように形成されている。  Furthermore, in recent years, the LSI has adopted the form of an LSI with two power supplies, and the power supply is formed outside or inside the LSI chip, and the voltage supplied from the outside is internally switched. In particular, high voltage is often supplied from the outside, but the gate oxide film of the transistor is formed to be thicker as the applied voltage is higher.
しかしながら、 前述したように、 L S Iの高集積化 ·微細化がすすめられてい るため、 ゲ一卜酸化膜の厚さは薄く形成されるようになってきているものの、 2 電源混在 L S Iにおいては 2電源のうち電圧の高い方に合わせてゲート酸化膜の 厚さが調整されている。 このため、 基板バイアス制御回路においては、 ゲート酸 化膜の厚さが厚く形成されており、 トランジスタのゲート酸化膜の長期信頼性と V、う意味では不 ¾ が生じる。  However, as described above, the gate oxide film is becoming thinner due to the progress of high integration and miniaturization of LSIs. The thickness of the gate oxide film is adjusted according to the higher voltage of the power supply. For this reason, in the substrate bias control circuit, the thickness of the gate oxide film is formed to be large, and the long-term reliability of the gate oxide film of the transistor and the V, or the like, occur.
[発明の開示]  [Disclosure of the Invention]
本発明の目的は、 基板バイアス制御回路を有する半導体集積回路装置において、 電源間に定常的に流れる電流経路を全て無くすことによって、 動作モードから待 機モードに切り替わった後のスタンバイ電流及び待機モードから動作モ一ドに切 り替わった後のスタンバイ電流を共に微少電流とし、 高速化且つ低消費電力化を 実現することにある。  An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device having a substrate bias control circuit, which eliminates all current paths that constantly flow between power supplies, so that a standby current after switching from an operation mode to a standby mode and from a standby mode. The purpose of the present invention is to realize a high-speed and low power consumption by setting the standby current after switching to the operation mode to a very small current.
さらに、 本発明の他の目的は、 基板バイアス制御回路をマスタスライス型半導 体集積回路装置に適用した場合の、 電源配線及び接地配線の電位とは異なる PM 0 S , NMO Sの各バックゲート電極制御用の新たな電源配線領域を確保し、 効 率良く配線レイァゥ 卜する配線ルールを提供することにより、 動作時の高速化と 待機時の低消費電力化を同時に実現することにある。 Still another object of the present invention is to provide a back bias of each of PM 0 S and NMOS having a potential different from a power supply wiring and a ground wiring when a substrate bias control circuit is applied to a master slice type semiconductor integrated circuit device. New power supply wiring area for electrode control An object of the present invention is to provide a wiring rule for efficiently laying out wiring, thereby simultaneously realizing high-speed operation and low power consumption during standby.
本発明の半導体集積回路装置は、  The semiconductor integrated circuit device of the present invention
第 1導電型のトランジスタと、 第 2導電型のトランジスタとを具備した機能モ ジュールを有する半導体集積回路装置において、  In a semiconductor integrated circuit device having a functional module including a transistor of a first conductivity type and a transistor of a second conductivity type,
ゲ一卜電極に制御信号が印加されてオン/オフが制御され、 かつソース電極が 第 1の電源よりも卨電位の第 2の電源に接続された第 1の第 1導電型のトランジ ス夕と、  A control signal is applied to the gate electrode to control on / off, and the source electrode of the first first conductivity type is connected to a second power supply having a lower potential than the first power supply. When,
ゲート電極が前記制御信号の反転信号により制御され、 前記第 1の第 1導電型 の卜ランジスタとは排他的にオン/オフが制御され、 かつソース電極が前記第 2 の電源に接続された第 2の第 1 ΐΐ¾のトランジスタと、  A gate electrode is controlled by an inverted signal of the control signal, ON / OFF is controlled exclusively with the transistor of the first first conductivity type, and a source electrode is connected to the second power supply. 2 first 1ΐΐ¾ transistors,
ソース電極が前記第 1の ' 源よりも低電位の第 3の電源に接続され、 前記第 2 の第 1導電型の卜ランジスタの動作および前記第 1の第 1導電型のトランジスタ の動作に基づいてオン/オフが制御される第 1の第 2導電型のトランジスタと、 ソース電極が前記第 3の電源に接続され、 前記第 1の第 1導電型トランジスタ の動作および前記第 2の第 1導電型のトランジスタの動作に基づいてオン/オフ 制御がされる第 2の第 2導電型のトランジスタと、  A source electrode is connected to a third power supply having a lower potential than the first power source, and based on the operation of the second transistor of the first conductivity type and the operation of the transistor of the first first conductivity type. A first second-conductivity-type transistor whose on / off is controlled by a transistor, a source electrode connected to the third power supply, and an operation of the first first-conductivity-type transistor and the second first-conductivity A second second conductivity type transistor whose on / off control is performed based on the operation of the type transistor,
前記第 1の第 1導電型のトランジスタと前記第 1の第 2導電型のトランジスタ との間に直列に接続されて介在し、 ゲー卜電極が前記第 1の電源に接続されると 共に、 ツース電極が前記第 1の第 1導電型のトランジスタのドレイン電極に接続 された第 3の第 1導電型の卜ラ ジスタと、  The first first conductivity type transistor and the first second conductivity type transistor are connected in series and interposed therebetween, and a gate electrode is connected to the first power supply. A third first conductivity type transistor having an electrode connected to the drain electrode of the first first conductivity type transistor,
前記第 1の第 1導電型のトランジス夕と前記第 1の第 2導電型のトランジスタ との間に直列に接続されて介在し、 ゲ一ト電極が前記第 1の電源に接続されると 共に、 ソース電極が前記第 1の第 2導電型のトランジスタのドレイン電極に接続 され、 ドレイ ン電極が前記第 3の第 1導電型のトランジスタのドレイン電極と接 続された第 3の第 2導電型のトランジスタと、  The transistor is connected in series between the first first conductivity type transistor and the first second conductivity type transistor, and the gate electrode is connected to the first power supply. A third second conductivity type in which a source electrode is connected to a drain electrode of the first second conductivity type transistor, and a drain electrode is connected to a drain electrode of the third first conductivity type transistor Transistors and
前記第 2の第 1導電型のトランジス夕と前記第 2の第 2導電型のトランジスタ との間に直列に接続されて介在し、 ゲート電極が前記第 1の電源に接続されると 共に、 ソース電極が前記第 2の第 1導電型のトランジスタのドレイン電極に接続 された第 4の第 1導電型の卜ランジス夕と、 The second first conductivity type transistor and the second second conductivity type transistor are connected in series and interposed therebetween, and a gate electrode is connected to the first power source, and a source Electrode is connected to the drain electrode of the second first conductivity type transistor The fourth first conductivity type transistor,
前記第 2の第 1導電型のトランジスタと前記第 2の第 2導電型のトランジスタ との間に直列に接続されて介在し、 ゲー卜電極が前記第 1の電源に接続されると 共に、 ソース電極が前記第 2の第 2導電型のトランジスタのドレイン電極に接続 され、 ドレイン ¾極が前記第 4の第 1導電型のトランジスタのドレイン電極と接 続された第 4の第 2導電 Sのトランジスタとを含む第 1の信号電圧レベル変換回 路と、  The second first-conductivity-type transistor and the second second-conductivity-type transistor are connected in series and interposed therebetween, and a gate electrode is connected to the first power supply, and a source A fourth second conductive S transistor having an electrode connected to the drain electrode of the second second conductive type transistor, and a drain negative electrode connected to the drain electrode of the fourth first conductive type transistor A first signal voltage level conversion circuit including:
前記第 1の信号電圧レベル変換回路の出力信号をバッフ ァリングして、 前記機 能モジュールを構成する第 1導電型の卜ランジスタのバックゲート電極を制御す る第 1の論理回路と、  A first logic circuit for buffering an output signal of the first signal voltage level conversion circuit to control a back gate electrode of a first conductivity type transistor constituting the functional module;
を備えた基板バイアス制御回路を含み、  Including a substrate bias control circuit having
前記第 1の信号電圧レベル変換回路において、 前記第 1の第 2導電型の卜ラン ジスタのドレイン電極かつ前記第 3の第 2導電型のトランジスタのソ一ス電極が、 前記第 2の第 2導電型のトランジスタのゲート電極に接続され、 前記第 2の第 2 導電型のトランジスタのドレイ ン電極かつ前記第 4の第 2導電型のトランジスタ のソース電極が、 前記第 1の第 2導電型のトランジス夕のゲ一ト電極に接続され、 前記第 1の第 2導電型のトランジスタと前記第 2の第 2導 ¾型のトランジスタに てなるフ ノ 一ドバックル一ブによりフリップフロップが形成されたものである。 さらに、 本発明の半導体集積回路装置は、  In the first signal voltage level conversion circuit, the drain electrode of the transistor of the first second conductivity type and the source electrode of the transistor of the third second conductivity type are connected to the second second conductivity type. The drain electrode of the second transistor of the second conductivity type and the source electrode of the transistor of the fourth second conductivity type are connected to the gate electrode of the transistor of the conductivity type. A transistor connected to a gate electrode of a transistor, wherein a flip-flop is formed by a flip-flop formed of the first second conductivity type transistor and the second second conductivity type transistor It is. Further, the semiconductor integrated circuit device of the present invention
第 1導電型のトランジスタと、 第 2導電型の卜ランジスタとを具備した機能モ ジュールを有する半導体集積回路装置において、  In a semiconductor integrated circuit device having a functional module including a transistor of a first conductivity type and a transistor of a second conductivity type,
ゲート電極に制御信号が印加されてオン/オフが制御され、 かつソース電極が 第 1の電源に接続された第 1の第 2導電型のトランジスタと、  A first second-conductivity-type transistor in which a control signal is applied to a gate electrode to control on / off and a source electrode is connected to a first power supply;
ゲート電極が前記制御信号の反転信号により制御されて前記第 1の第 2導電型 の卜ランジス夕とは排他的にオン/オフが制御され、 かつソース電極が前記第 1 の電源に接続された第 2の第 2導電型のトランジスタと、  A gate electrode is controlled by an inversion signal of the control signal, and ON / OFF is controlled exclusively from the first second conductivity type transistor, and a source electrode is connected to the first power supply. A second second conductivity type transistor;
ソース電極が第 4の電源に接続され、 前記第 2の第 2導電型のトランジスタの 動作および前記第 1の第 2導電型のトランジス夕の動作に基づいてオン/オフが 制御される第 1の第 1導電型の卜ランジス夕と、 ソース電極が前記第 4の電源に接続され、 前記第 1の第 2導電型トランジスタ の動作および前記第 2の第 2導電型のトランジスタの動作に基づいてオン/オフ が制御される第 2の第 1導電型のトランジスタと、 A source electrode connected to a fourth power supply, and a first electrode whose on / off is controlled based on the operation of the second second conductivity type transistor and the operation of the first second conductivity type transistor First conductivity type transistor, A source electrode is connected to the fourth power supply, and a second second transistor whose on / off is controlled based on the operation of the first second conductivity type transistor and the operation of the second second conductivity type transistor 1 conductivity type transistor,
前記第 1の第 2導電型のトランジス夕と前記第 1の第 1導電型のトランジスタ との間に直列接続されて介在し、 ゲート電極が前記第 1の電源よりも高電位であ り且つ前記第 4の電源よりも低電位の第 2の電源に接続されると共に、 ソース電 極が前記第 1の第 2導電型のトランジスタのドレイン'進極に接続された第 3の第 2導電型のトランジスタと、  The first second-conductivity-type transistor and the first first-conductivity-type transistor are connected in series and interposed, and a gate electrode has a higher potential than the first power supply; The third power supply of the third second conductivity type is connected to the second power supply having a lower potential than the fourth power supply, and the source electrode is connected to the drain 'of the first second conductivity type transistor. Transistors and
前記第 1の第 2導電型のトランジス夕と前記第 1の第 1導電型のトランジスタ との間に直列接続されて介在し、 ゲ一卜電極が前記第 2の電源に接続されると共 に、 ゾース^極が i¾¾第 1の第 1導電型のトランジスタのドレイン電極に接続さ れ、 ドレイン電極が前記 3の第 2導電型のトランジスタのドレインと接続され た第 3の第 1導電型のトランジスタと、  The transistor is connected in series between the transistor of the first second conductivity type and the transistor of the first first conductivity type, and the gate electrode is connected to the second power supply. A third first-conductivity-type transistor having a drain electrode connected to the drain electrode of the first first-conductivity-type transistor, and a drain electrode connected to the drain of the third second-conductivity-type transistor. When,
前記第 2の第 2導電型のトランジスタと前記第 2の第 1導電型のトランジスタ との間に直列接続されて介在し、 ゲート電極が前記第 2の電源に接続されると共 に、 ソース電極が前記第 2の第 2導電型のトランジスタのドレイン電極に接続さ れた第 4の第 2導電型のトランジスタと、  The second second conductivity type transistor and the second first conductivity type transistor are connected in series and interposed between the second second conductivity type transistor and the second first conductivity type transistor, and have a gate electrode connected to the second power supply and a source electrode. Is connected to the drain electrode of the second second conductivity type transistor, and a fourth second conductivity type transistor;
前記第 2の第 2導電型のトランジスタと前記第 2の第 1導電型のトランジスタ との間に直列接続されて介在し、 ゲート電極が前記第 2の電源に接続されると共 に、 ソース電極が前 第 2の第 1導電型のトランジスタのドレイン電極に接続さ れ、 ドレイン電極が前記第 4の第 2導電型のトランジスタのドレイン電極と接続 された第 4の第 1導電型のトランジス夕とを含む第 2の信号電圧レベル変換回路 と、  The second second conductivity type transistor and the second first conductivity type transistor are connected in series and interposed between the second second conductivity type transistor and the second first conductivity type transistor, and have a gate electrode connected to the second power supply and a source electrode. Is connected to the drain electrode of the second transistor of the first conductivity type, and the transistor of the fourth first conductivity type is connected to the drain electrode of the transistor of the fourth second conductivity type. A second signal voltage level conversion circuit including:
前記第 2の信号電圧レベル変換回路の出力信 -をバッファリングして、 前記機 能モジュールを構成する第 2導電^のトランジスタのバックゲート電極を制御す る第 2の論理回路と、  A second logic circuit for buffering an output signal of the second signal voltage level conversion circuit to control a back gate electrode of a second conductive transistor constituting the functional module;
を備えた基板バイアス制御回路を含み、  Including a substrate bias control circuit having
前記第 2の信号電圧レベル変換回路において、 前記第 1の第 1導電型のトラン ジスタのドレイン電極と前記第 3の第 1導電型のトランジス夕のソース電極が、 前記第 2の第 1導電型のトランジスタのゲート電極に接続され、 前記第 2の第 1 導電型のトランジスタの ドレイン電極と前記第 4の第 1導電型のトランジスタの ソース電極が前記第 1の第 1導電型のトランジスタのゲ一ト電極に接続され、 前 記第 1の第 1導電型の卜ランジス夕と前記第 2の第 1導電型のトランジスタにて なるフィ一ドバヅクル一プによりフリップフ口ップが形成されたものである。 したがって、 第 1導電型または第 2導電型のゥエルの少なくとも一方への信号 を形成する基板バイアス制御回路における、 動作モ一ド時の高速化と待機モード 時の低消費電力化の両面を実現することを可能とし、 かつ、 基板バイアス制御回 路を構成する第 1およひ'第 2の ί ^電圧レベル変換回路うちの少なくとも一方に おいて、 電源間に定常的に流れる電流経路を無くすことができ、 動作モードから 待機モード及び ί寺機モードから動作モードに切り替わった後のスタンバイ電流を 非常に小さくすることができ、 ダイォ一ドのゥエル分離が不要となるのでレイァ ゥ卜面積を小さくすることができる。 In the second signal voltage level conversion circuit, a drain electrode of the first first conductivity type transistor and a source electrode of the third first conductivity type transistor are: The drain electrode of the second first conductivity type transistor and the source electrode of the fourth first conductivity type transistor are connected to the gate electrode of the second first conductivity type transistor. The transistor is connected to the gate electrode of a transistor of one conductivity type, and is flip-flopped by a feedback package comprising the transistor of the first first conductivity type and the transistor of the second first conductivity type. Is formed. Therefore, in the substrate bias control circuit that forms a signal to at least one of the first conductivity type and second conductivity type wells, both high speed in the operation mode and low power consumption in the standby mode are realized. In addition, in at least one of the first and second 電 圧 voltage level conversion circuits constituting the substrate bias control circuit, there is eliminated a current path that constantly flows between the power supplies. The standby current after switching from the operation mode to the standby mode and from the operation mode to the operation mode can be extremely reduced, and the diode area separation becomes unnecessary, thereby reducing the layout area. be able to.
以下に好ましい半導体集楨回路装置を例示する。  Preferred semiconductor integrated circuit devices are described below.
( 1 ) 前記基板バイアス制御回路は、 前記第 1, 第 2 , 第 3 , 且つ第 4の第 1導 電型のトランジスタが同一領域の第 2導電型のゥエル領域に形成され、 前記第 2 導電型のゥエル領域におけるゥエル電極が前記第 2の電源もしくは前記第 2の電 源よりも高電位の前記第 4の電源に接続され、 前記第 1 , 第 2 , 第 3, 且つ第 4 の第 2導電型のトランジスタが同一領域の第 1導電型のゥエル領域に形成され、 前記第 1導電型のゥエル電極が前記第 3の電源に接続された前記第 1の信号電圧 レベル変換回路を有する。  (1) The substrate bias control circuit, wherein the first, second, third, and fourth transistors of the first conductivity type are formed in the same region of the second conductivity type well region, A well electrode in the well region of the mold is connected to the second power source or the fourth power source having a higher potential than the second power source, and the first, second, third, and fourth second power sources are connected to each other; A transistor of a conductivity type is formed in a first conductivity type peg region in the same region, and the first signal type gage electrode has the first signal voltage level conversion circuit connected to the third power supply.
( 2 ) 前記基板バイアス制御回路は、 前記第 1かつ第 2の第 2導電型のトランジ スタが同一の領域の第 1の第 1導電型のゥエル領域に形成され、 前記第 1の第 1 導電型のゥエル領域のゥエル電極が前記第 3の電源に接続され、 前記第 3の第 2 導電型のトランジスタが第 2の第 1導電型のゥエル領域に形成され、 前記第 2の 第 1導電型のゥエル電極が前記第 3の第 2導電型のトランジスタのソース電極に 接続され、 前記第 4の第 2導電型のトランジスタが第 3の第 1導電型のゥエル領 域に形成され、 前記第 3の第 1導電型のゥエル領域のゥエル電極が前記第 4の第 2導電型のトランジスタのソース電極に接続された前記第 1の信号電圧レベル変 換回路を有する。 (2) The substrate bias control circuit, wherein the first and second transistors of the second conductivity type are formed in the same first region of the first conductivity type in the same region, and the first first conductivity type And a third electrode of the second conductivity type is formed in the second first conductivity type transistor region, and a second first conductivity type transistor is formed in the second first conductivity type transistor. The fourth second conductivity type transistor is formed in the third first conductivity type transistor region, and the third second conductivity type transistor is formed in the third first conductivity type transistor region. The first signal voltage level change in which the first electrode of the first conductivity type is connected to the source electrode of the fourth second conductivity type transistor. It has a conversion circuit.
( 3 ) 前記基板バイアス制御回路は、 前記第 1 , 第 2, 第 3 , および第 4の第 1 導電型のトランジスタが同一領域の第 2導電型のゥエル領域に形成され、 前記第 2導電型のゥエル領域におけるゥエル電極が前記第 4の電源に接続され、 前記第 1, 第 2, 第 3, および第 4の第 2導電型のトランジスタが同一領域の第 1導電 型ゥエル領域に形成され、 前記第 1導電型のゥエル領域にあけるゥエル電極が前 記第 1の電源もしくは前記第 1の電源よりも低電位の第 3の電源に接続された前 記第 2の信号電圧レベル変換回路を有する。  (3) The substrate bias control circuit, wherein the first, second, third, and fourth transistors of the first conductivity type are formed in the same region of the second conductivity type well region, and A second electrode of the first conductive type is formed in the first conductive type plug region of the same region; The second electrode has a second signal voltage level conversion circuit connected to the first power supply or a third power supply having a lower potential than the first power supply. .
( 4 ) 前記基板バイアス制御回路は、 前記第 1 aつ第 2の第 1導電型のトランジ スタが同一領域の第 1の第 2導電型のゥエル領域に形成され、 前記第 1の第 2導 電型のゥエル領域のゥェル電極が前記第 4の電源に接続され、 前記第 3の第 1 電型のトランジスタが第 2の第 2導電型のゥエル領域に形成され、 前記第 2の第 2導電型のゥエル領域のゥエル電極が前記第 3の第 1導電型のトランジスタのソ —ス電極に接^され、 前記第 4の 1導電型のトランジスタが第 3の第 2導電型 のゥエル領域に形成され、 前記第 3の第 2導電型のゥエル領域のゥエル電極が前 記第 4の第 1導電型のトランジス夕のソース電極に接続された前記第 2の信号鼋 圧レベル変換回路を有する。  (4) The substrate bias control circuit, wherein the first and second transistors of the first conductivity type are formed in a first second conductivity type well region in the same region, and the first second conductivity type A second electrode of a second conductive type; a third electrode of a second conductive type; a third transistor of a first conductive type formed in the second conductive type; And a source electrode of the third first conductivity type transistor, and a fourth one conductivity type transistor is formed in the third second conductivity type transistor region. And the second signal voltage level conversion circuit connected to the source electrode of the fourth first conductivity type transistor in the third second conductivity type plug region.
したがって、 本発明においては、 前記各ゥエル領域内に形成された第 1導電型 および第 2導電型のトランジスタのバックゲート電極が制御されることにより、 前記トランジスタの [ 値電圧を変化させることが可能となり、 オフ電流を減少さ せて待機モード時での低消費電力化が図ることができるとともに、 ドレイン · ソ —ス鼋流が多く流れるようにして、 前記第 2の信号電圧レベル変換回路の高速動 作及びドライブ能力を向上することができる。  Therefore, in the present invention, by controlling the back gate electrodes of the transistors of the first conductivity type and the second conductivity type formed in each of the well regions, it is possible to change the value voltage of the transistor. By reducing the off-current, low power consumption in the standby mode can be achieved, and a large drain-source current flows so that the second signal voltage level conversion circuit can operate at high speed. Operation and drive capability can be improved.
さらに、 前記半導体集積回路装置の動作モードと待機モードにおける動作を使 い分けるためには、 以下に例示する半導体集積回路装置が好ましい。  Further, in order to properly use the operation of the semiconductor integrated circuit device in the operation mode and the operation in the standby mode, the following semiconductor integrated circuit device is preferable.
( 5 ) 前記第 1の信号電圧レベル変換回路は、 前記第 3及び第 4の第 2導電型の トランジスタのうち、 少なくとも一方のチャネル長が、 前記第 1及び第 2の第 2 導電型のトランジスタのチャネル長より短く形成されたものであること、 前記第 3及び第 4の第 2導電型のトランジスタの少なく とも一方のチャネル幅が、 前記 第 1及び第 2の第 2導電型のトランジスタのチャネル幅よりも大きく形成された ものであること、 および前記第 3及び第 4の第 2導電型のトランジスタの少なく とも一方の閾値電圧が、 前記第 1及び第 2の第 2導電型の卜ランジスタの閾値電 圧よりも絶対値で低く形成されたものであること、 のうちのいずれかの条件を満 たす。 (5) The first signal voltage level conversion circuit, wherein at least one of the third and fourth second conductivity type transistors has a channel length of the first and second second conductivity type transistors. And at least one channel width of the third and fourth transistors of the second conductivity type is The transistor is formed to be larger than the channel width of the first and second transistors of the second conductivity type, and at least one threshold voltage of the third and fourth transistors of the second conductivity type is: One of the first and second transistors of the second conductivity type, which is formed to have an absolute value lower than the threshold voltage.
( 6 ) 前記基板バイアス制御回路は、 前記第 1の電源と前記第 3の電源で、 論理 振幅が規定される前記第 1の論理 a路の出力信号が、 前記第 1の信号電圧レベル 変換回路と前記第 1の論理回路が形成される領域ではなく、 他の機能モジュール 形成領域の第 1 ^電型のゥエル領域に接続され、 前記機能モジュールを構成する 第 2導電型の卜ランジスタのバックゲ一ト電極が電位制御される。  (6) The substrate bias control circuit, wherein the first power supply and the third power supply, wherein the output signal of the first logic a path whose logic amplitude is defined is the first signal voltage level conversion circuit The back gate of the transistor of the second conductivity type, which is connected to the first conductive type p-type region of the other function module forming region, not to the region where the first logic circuit is formed, and constitutes the functional module The potential of the gate electrode is controlled.
( 7 ) 記基板バイアス制御回路は、 i ij記第 1の電源と前記第 3の電源で、 論理 振幅が規定される前記第 1の論理回路を構成する前記第 1導電型のトランジスタ のバックゲ—ト電極が、 前記第 2の電源もしくは前記第 2の電源よりも高電位の 第 4の電源と接統される。  (7) The substrate bias control circuit is a back gate of the first conductivity type transistor constituting the first logic circuit having a logic amplitude defined by the first power source and the third power source. The second electrode is connected to the second power supply or a fourth power supply having a higher potential than the second power supply.
( 8 ) ¾記基板バィァス制御回路は、 前記第 1の電源と前 |i第 3の電源で、 論理 振幅が規定される前記第 1の論理回路を構成する前記第 1導電型のトランジスタ のバックゲ一卜電極が、 前記第 1導電型のトランジスタのソース電極と同電位で ある前記第 1の電源と接続される。  (8) The board bias control circuit includes a back gate of the first conductivity type transistor that constitutes the first logic circuit whose logic amplitude is defined by the first power source and the third power source. A single electrode is connected to the first power supply having the same potential as the source electrode of the first conductivity type transistor.
( 9 ) 前記第 2の iS 電圧レベル変換回路は、 前記第 3及び第 4の第 1導電型の トランジスタのうち、 少なくとも--方のチャネル長が、 前記第 1及び第 2の第 1 導電型のトランジスタのチャネル長より短く形成されたものであること、 前記第 3及び第 4の第 1導電型のトランジスタの少なくとも一方のチャネル幅が、 前記 第 1及び第 2の第 1導電型のトランジス夕のチャネル幅よりも大きく形成された ものであること、 および前記第 3及び第 4の第 1導電型のトランジスタの少なく とも一方の閾値電圧が、 前記第 1及び第 2の第 1導電型の卜ランジスタの閾値電 圧よりも絶対値で低く形成されたものであることのうちのいずれかの条件を満た す。  (9) The second iS voltage level conversion circuit may be configured such that at least one of the third and fourth first conductivity type transistors has a channel length of the first and second first conductivity types. And the channel width of at least one of the third and fourth first conductivity type transistors is smaller than the channel length of the first and second first conductivity type transistors. And the threshold voltage of at least one of the third and fourth transistors of the first conductivity type is greater than the channel width of the first and second first conductivity types. It satisfies one of the following conditions: it is formed in absolute value lower than the threshold voltage of the transistor.
( 1 0 ) 前記基板バイアス制御回路は、 な記第 4の鼋源と ¾記第 2の電源で、 論 理振幅が規定される前記第 2の論理回路の出力信号が、 前記第 2の信号電圧レべ ル変換回路と前記第 2の論理回路が形成される領域ではなく他の機能モジュール 形成領域の第 2導電型のゥエル領域に接続され、 前記機能モジュールを構成する 第 1導電型のトランジスタのバックゲート電極が電位制御される。 (10) The substrate bias control circuit comprises: a fourth power supply; and a second power supply, wherein the output signal of the second logic circuit whose logical amplitude is defined is the second signal. Voltage level Back-gate of the first conductivity type transistor that is connected to the second conductivity type peg region of the other function module formation region instead of the region where the second conversion circuit and the second logic circuit are formed, The potential of the electrode is controlled.
( 1 1 ) 前記基板バイアス制御回路は、 前記第 4の電源と前記第 2の電源で、 論 理振幅が規定される前記第 2の論理回路を構成する前記第 2導電型の卜ランジス 夕のバックゲート電極は、 前記第 1の電源もしくは前記第 1の電源よりも絶対値 で低電位の第 3の電源と接続される。  (11) The substrate bias control circuit includes a transistor of the second conductivity type that constitutes the second logic circuit having a logical amplitude defined by the fourth power supply and the second power supply. The back gate electrode is connected to the first power supply or a third power supply having an absolute value lower than that of the first power supply.
( 1 2 ) 前記基板バイアス制御回路は、 前記第 4の電源と前記第 2の電源で、 論 理扳幅が規定される前^第 2の論理回路を構成する前記第 2導電型の卜ランジス タのバ 'ソクゲ一卜電極は、 前記第 2導電型の卜ランジス夕のソース電極と同電位 である前記第 2の ¾源に接続されることを特徴とする。  (12) The substrate bias control circuit is configured by the fourth power supply and the second power supply before a logic width is defined ^ the second conductivity type transistor constituting a second logic circuit. The battery terminal is connected to the second power source having the same potential as the source electrode of the second conductivity type transistor.
したがって、 前記基 バイアス制御回路の出力信号により、 動作モード/待機 モード時にトランジスタのバックゲー卜電極を制御することができ、 動作モード 時に、 前記機能モジュールにおける トランジス夕のスィツチ制御が高速にするこ とができると共に、 ドライブ能力が向上でき、 前記機能モジュールを高速動作さ せることができる。 また、 待機モード時には前記機能モジュールにおけるトラン ジスタのオフ電流を減少させることができるので、 半導体集積回路装置の低消費 電力化が実現できる。  Therefore, the back gate electrode of the transistor can be controlled in the operation mode / standby mode by the output signal of the basic bias control circuit, and in the operation mode, the switching control of the transistor in the functional module can be performed at high speed. In addition, the drive capability can be improved, and the function module can be operated at high speed. In the standby mode, the off-state current of the transistor in the functional module can be reduced, so that the power consumption of the semiconductor integrated circuit device can be reduced.
また、 本発明の半導体集積回路装置は、 さらに以下に例示する回路を有するこ とが望ましい。  Further, it is desirable that the semiconductor integrated circuit device of the present invention further has a circuit exemplified below.
( 1 3 ) 前記基板バイアス制御回路は、 波形整形用の第 1の反転論理回路を含み、 前記第 1の信号電圧レベル変換回路の第 1の出力端子もしくは第 2の出力端子に 前記波形整形用の第 1の反転論理回路の人力端子が接続され、 前記第 1の論理回 路の入力端子に出力端子が接続され、 前記第 1の電源と前記第 3の電源で論理振 幅が規定され、 且つ前記第 1の論理回路を構成する第 1導電型のトランジスタよ りも大きいチャネル長、 小さいチャネル幅および高い閾値電圧のうちのいずれか の条件にて形成された第 1導電型の卜ランジスタを含む波形整形用の第 1の反転 論理回路を有する。  (13) The substrate bias control circuit includes a first inversion logic circuit for waveform shaping, and the first signal output terminal or the second output terminal of the first signal voltage level conversion circuit has the waveform shaping control circuit. A human input terminal of the first inversion logic circuit is connected, an output terminal is connected to an input terminal of the first logic circuit, and a logic amplitude is defined by the first power supply and the third power supply; And a transistor of the first conductivity type formed under any one of a longer channel length, a smaller channel width, and a higher threshold voltage than the first conductivity type transistor constituting the first logic circuit. Including a first inversion logic circuit for waveform shaping.
( 1 4 ) 前記第 2の信号電圧レベル変換回路の第 1の出力端子もしくは第 2の出 力端子に入力端子が接続され、 前記第 2の論理回路の入力端子に出力端子が接続 され、 前記第 4の電源と前記第 2の電源で論理振幅が規定され、 かつ前記第 2の 論理回路を構成する第 2導電型のトランジスタよりも大きいチャネル長、 小さい チャネル幅、 および高い閾値電圧のうちのいずれかの条件にて形成された第 2導 電型のトランジスタによる波形整形用の第 2の反転論理回路を有する。 (14) The first output terminal or the second output terminal of the second signal voltage level conversion circuit. An input terminal is connected to an input terminal, an output terminal is connected to an input terminal of the second logic circuit, a logic amplitude is defined by the fourth power supply and the second power supply, and the second logic circuit The second conductive type transistor formed under any of the following conditions: a longer channel length, a smaller channel width, and a higher threshold voltage than the second conductive type transistor. It has an inversion logic circuit.
したがって、 前記第 1の信号電圧レベル変換回路の出力信号を一旦波形整形し てから、 前記第 1の論理回路によりバッファ リ ングすることができるので、 前記 第 1の論理回路への入力信号の信号振幅を前記第 1の電源と第 3の電源とするこ とができ、 かつ前記第 2の信号電圧レベル変換回路の出力信号を一旦波形整形し てから、 前記第 2の論理回路によりバッファリングすることができるので、 前記 第 2の論理回路への入力 ί言号の信号振幅を前記第 2の電源と第 4の電源とするこ とができるので、 機モード時のリーク電流を低減することができる。  Therefore, the output signal of the first signal voltage level conversion circuit can be once shaped and then buffered by the first logic circuit, so that the signal of the input signal to the first logic circuit can be The amplitude can be set to the first power supply and the third power supply, and the output signal of the second signal voltage level conversion circuit is once shaped and then buffered by the second logic circuit. Since the signal amplitude of the input signal to the second logic circuit can be used as the second power supply and the fourth power supply, it is possible to reduce the leak current in the device mode. it can.
また、 前記第 1の論理回路および前記第 2の論理回路は、 以下のように構成さ れることが望ましい。  Further, it is desirable that the first logic circuit and the second logic circuit are configured as follows.
( 1 5 ) 前記第 1の論理回路または前記第 2の論理回路は、 入力側に形成された 駆動能力の小さい論理回路と、 出力側に形成された駆動能力の大きい論理回路と が接続されて形成されてなるものである。  (15) The first logic circuit or the second logic circuit is formed by connecting a logic circuit having a small driving ability formed on the input side and a logic circuit having a large driving ability formed on the output side. It is formed.
( 1 6 ) 前記半導体集積回路装 £が第 2導電型の基板上に形成され、 前記第 1の 信号電圧レベル変換回路, 前記第 1の論理回路、 もしくは前記第 1の信号電圧レ ベル変換回路, 前記第 1の論理冋¾, 前記第 1の反転論理回路により、 前記第 1 の信号電圧レベル変換回路, 前記第 1の論理回路、 もしくは前記第 1の信号電圧 レベル変換回路, 前記第 1の論理回路, ½記第 1の反転論理回路が形成される領 域ではなく他の機能モジュール形成領域である第 1導電型のゥエル領域内に形成 された第 2導電型のトランジスタのバックゲート電極のみが電位制御される。 (16) The semiconductor integrated circuit device is formed on a substrate of a second conductivity type, and the first signal voltage level conversion circuit, the first logic circuit, or the first signal voltage level conversion circuit is provided. The first logic 冋 ¾, the first inversion logic circuit, the first signal voltage level conversion circuit, the first logic circuit, or the first signal voltage level conversion circuit, the first Logic circuit, not the area where the first inverted logic circuit is formed, but only the back gate electrode of the second conductivity type transistor formed in the first conductivity type pail area which is another functional module formation area Is controlled in potential.
( 1 7 ) 前記半導体集積回路装置が第 1導電型の基板上に形成され、 前記第 2の 信号電圧レベル変換回路, 前記第 2の論理回路もしくは前記第 2の信号電圧レべ ル変換回路, 前記第 2の論理回路, 前記第 2の反転論理回路により、 前記第 2の 信号電圧レベル変換回路, 前記第 2の論理回路もしくは前記第 2の信号電圧レべ ル変換回路, 前記第 2の論理回路, 前記第 2の反転論理回路が形成される領域で はなく他の機能モジュ一ル形成領域である第 2導電型のゥエル領域内に形成され た第 1導電型の卜ランジス夕のバックゲート電極のみが電位制御される。 (17) The semiconductor integrated circuit device is formed on a substrate of a first conductivity type, and the second signal voltage level conversion circuit, the second logic circuit, or the second signal voltage level conversion circuit, The second logic circuit, the second inverted logic circuit, the second signal voltage level conversion circuit, the second logic circuit or the second signal voltage level conversion circuit, the second logic Circuit, in the area where the second inverted logic circuit is formed However, only the back gate electrode of the first conductivity type transistor formed in the second conductivity type well region, which is another functional module formation region, is controlled in potential.
したがって、 前記入力側に形成された論理回路によって波形整形を行ない、 前 記出力側に形成された駆勅能力の大きい論理回路により、 前記機能モジュールを 構成する前記第 2導電型または前記第 1導電型のトランジスタのバックバイアス 制御用電圧を制御する信号を大きな駆動能力にて形成することができ、 動作モー ド /待機モードのモード切り替えの際の充放電電流を少なくすることができる。 さらに、 前記第 1の論理回路および前記第 2の論理回路の出力は、 夫々前記基板 バイアス制御回路の出力と同一であり、 基板バイアス制御回路の出力信号が、 前 記機能モジュールを構成する前記第 2導電型のトランジスタが形成され、 かつ前 記第 2導電 S1の基板と' 気的に分離された前記第 1導電型のゥエルに印加される ことにより、 動作モード/待機モード時に第 1 /第 2の電圧を、 前記第 2導電型 のトランジスタのバックゲート電極に印加することができる。  Therefore, waveform shaping is performed by the logic circuit formed on the input side, and the second conductivity type or the first conductivity type constituting the functional module is formed by the logic circuit formed on the output side and having a high driving power. A signal for controlling the back bias control voltage of the transistor can be formed with a large driving capability, and the charge / discharge current when switching between the operation mode and the standby mode can be reduced. Further, the outputs of the first logic circuit and the second logic circuit are the same as the output of the substrate bias control circuit, respectively, and the output signal of the substrate bias control circuit is the same as the output signal of the functional module. A two-conductivity-type transistor is formed and applied to the first-conductivity-type well that is electrically separated from the second-conductivity S1 substrate. The voltage of 2 can be applied to the back gate electrode of the transistor of the second conductivity type.
更に、 基板バイアス制御冋路の出力 iS ^が、 機能モジュールを構成する第 1導 電型のトランジスタが形成され、 かつ前記第 1導電型の基板と電気的に分離され た第 2導電型のゥエルに印加されることにより、 動作モ一ド /待機モ一ド時に第 2 /第 4の電源の電圧を、 前記第 2導¾型のトランジスタに印加することができ る。  Further, the output iS ^ of the substrate bias control circuit is connected to a second conductivity type transistor in which a first conductivity type transistor constituting a functional module is formed and which is electrically separated from the first conductivity type substrate. In the operation mode / standby mode, the voltage of the second / fourth power supply can be applied to the second conduction type transistor.
本発明の機能モジュールは、 以下のように構成されることが望ましい。  It is desirable that the functional module of the present invention be configured as follows.
( 1 8 ) 所定の機能モジュールを構成する機能モジュール形成領域と、 前記機能 モジュールの入出力信号を外部装^とィン夕一フェースする入出力回路形成領域 を含む周辺回路を有する半導体集積回路装置において、 前記周辺回路形成領域に 設けられた 卜ランジスタの閾値電压が第 1の閾値電压にて形成され、 前記機能モ ジュール形成領域に設けられた トランジスタの閾値電圧は、 前記周辺回路形成領 域に設けられたトランジスタの前記第 1の閾値電圧よりも絶対値で低い第 2の閾 値電圧にて形成され、 前記機能モジュールが待機状態に設定されることにより、 前記機能モジュール形成領域に具備されたトランジスタのバックゲート電極の電 位が制御されて、 前記第 2の閾値電圧よりも絶対値で高い第 3の閾値電圧に設定 される。 ( 1 9 ) 所定の機能モジュールを構成する機能モジュール形成領域と、 前記機 能モジュールの入出力 g号を外部装置とインターフェースする入出力回路形成領 域を含む周辺回路を有する^導体集積回路装置において、 前記機能モジュール領 域と前記入出力回路形成領域に設けられたトランジス夕の閾値電圧が第 1の閾値 電圧にて形成され、 ι½記機能モジュールが待機状態に設定されることにより、 前 記機能モジュール形成領域に設けられたトランジスタのバックゲ一ト電極の電位 が制御され、 前記第 1の閾値電圧より絶対値で高い第 2の閾値電圧に設定される。 したがって、 前記機能モジュールが待機状態に設定されると、 前記機能モジュ —ル形成領域内に形成されたトランジス夕のバックゲ一卜電極が電位制御され、 前記機能モジュールの高速化が達成できるとともに前記機能モジュ一ルの低消費 電力化が達成できる。 (18) A semiconductor integrated circuit device having a peripheral circuit including a function module forming area constituting a predetermined function module, and an input / output circuit forming area which interfaces input / output signals of the function module with an external device. A threshold voltage of a transistor provided in the peripheral circuit forming region is formed at a first threshold voltage, and a threshold voltage of a transistor provided in the functional module forming region is A second threshold voltage that is lower in absolute value than the first threshold voltage of the transistor provided in the region, and is provided in the functional module formation region by setting the functional module in a standby state. The potential of the back gate electrode of the selected transistor is controlled to be set to a third threshold voltage that is higher in absolute value than the second threshold voltage. (19) In a semiconductor integrated circuit device having a peripheral module including a functional module forming area constituting a predetermined functional module and an input / output circuit forming area for interfacing the input / output g of the functional module with an external device. The threshold voltage of a transistor provided in the functional module area and the input / output circuit forming area is formed at a first threshold voltage, and the functional module is set in a standby state, thereby achieving the function described above. The potential of the back gate electrode of the transistor provided in the module formation region is controlled and set to a second threshold voltage that is higher in absolute value than the first threshold voltage. Therefore, when the functional module is set in the standby state, the potential of the back gate electrode of the transistor formed in the functional module forming region is controlled, so that the speed of the functional module can be increased and the function can be achieved. Low power consumption of the module can be achieved.
本発明の機能モジュールは以下に例示される構成でレイアウ トされる  The functional module of the present invention is laid out in the configuration exemplified below.
本発明の半導体粜積回路装置は、 第 1導電型のトランジスタと、 第 2導電型の トランジスタにより構成される基本セルを具備し、 配線変更により所定の機能回 路を構成するためにマ卜リクス状に配置された複数の前記基本セル群により構成 された機能モジュールと、 前記基本セル群により構成された機能モジュールの周 辺に配置された外部装置と入出力信号をインタ一フェースする入出力セル群を含 む周辺回路とを有する半導体集積回路装置において、  A semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes a basic cell including a transistor of a first conductivity type and a transistor of a second conductivity type, and a matrix for configuring a predetermined functional circuit by changing wiring. Function module constituted by a plurality of the basic cell groups arranged in a matrix, and input / output cells for interfacing input / output signals with external devices arranged around the function module constituted by the basic cell group In a semiconductor integrated circuit device having a peripheral circuit including a group,
前記複数の基本セル群に供給される電源は、 第 1金属配線層および該第 1金属 配線層よりも上屑の第 2金厲配線層にて供給されるものであり、  The power supplied to the plurality of basic cell groups is supplied by a first metal wiring layer and a second metal wiring layer that is higher than the first metal wiring layer,
前記第 1及び前記第 2導鼋型のトランジスタのチャネル長方向に延長された前 記第 1金属配線層にて、 前記第 2の電源と、 前記第 2の電源よりも低電位の第 1 の電源とを前記基本セル群に供給し、  In the first metal wiring layer extended in a channel length direction of the first and second conductive transistors, the second power supply and a first power supply having a lower potential than the second power supply. Supplying power to the basic cell group,
前記第 1及び前記第 2導電型の卜ランジスタのチャネル幅方向に延長された前 記第 2金属配線層にて、 前記第 2の電源と同電位もしくは高電位の第 4の電源と、 前記第 1の電源と同電位もしくは低電位の第 3の電源とを 記基本セル群に供給 する。  In the second metal wiring layer extended in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors, a fourth power supply having the same or higher potential as the second power supply; A third power supply having the same potential or a low potential is supplied to the basic cell group.
したがって、 前記第 1金属配線層と、 前記第 2金属配線層とを利用することに より、 電源供給を効率よく行なうことができる。 さらに、 本発明の半導体集積回路のレイァゥ 卜は以下に例示するように行われ ることが望ましい。 Therefore, power can be efficiently supplied by using the first metal wiring layer and the second metal wiring layer. Further, the layout of the semiconductor integrated circuit of the present invention is desirably performed as exemplified below.
( 2 0 ) 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル幅方向に延長さ れた前記第 2金属配線層にて形成された、 前記第 3の電源と前記第 4の電源とを 供給する電源配線は、 前記第 1及び前記第 2導電型の卜ランジスタのチャネル幅 方向の配線グリッ ドかつゥエル電極上に配置配線される。  (20) Supplying the third power supply and the fourth power supply formed by the second metal wiring layer extending in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors The power supply wiring is arranged and wired on the wiring grid in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors and on the jewel electrode.
したがって、 前記第 3の電源と前記第 4の電源が供給された前記第 2金属配線 層が、 前記ゥエル電極上に配置配線されることにより、 前記ゥエル電極と、 前記 第 2金属配線層とを容易に接続することができる。  Therefore, the second metal wiring layer supplied with the third power supply and the fourth power supply is arranged and wired on the well electrode, so that the well electrode and the second metal wiring layer are connected to each other. Can be easily connected.
更に、 本発明の半導体集積回路装置の接続孔の配置は以下に例示されるように 行われることが ¾ましい。  Further, the arrangement of the connection holes of the semiconductor integrated circuit device of the present invention is preferably performed as exemplified below.
また、 本発明の' 導体粜穑回路装置は、 さらに以下に ί列示する回路を有するこ とが望ましい。  Further, it is desirable that the semiconductor circuit device of the present invention further has the circuits listed below.
( 2 1 ) 前記第 2金属配線層による第 1導電型のトランジスタの第 2導電型のゥ エル電極への前^第 4の電源の給電は、 接続孔、 もしくは前記接続孔及び第 1金 属配線層を介して行われ、 前記第 2金属配線層による第 2導電型のトランジスタ の第 1導電型のゥエル電極への前記第 3の電源の給電は、 接続孔、 もしくは接続 孔と前記第 1金属配線層を介して行われる。  (21) The power supply of the fourth power from the second metal wiring layer to the second-conductivity-type well electrode of the first-conductivity-type transistor is performed using a connection hole or the connection hole and the first metal. The power supply of the third power supply to the first conductive type galvanic electrode of the second conductive type transistor by the second metal wiring layer is performed through a wiring layer, and the second power supply is performed through a connection hole or a connection hole and the first hole. This is performed via a metal wiring layer.
( 2 2 ) 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタが形成されたゥエル電極に 接続される前記接続孔は、 前記基本セルに対して配線及び接続された前記第 1金 属配線層により形成された、 前記第 1の電源用配線と前記第 2の電源用配線の間 に配置されると共に、 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル幅 方向に隣接された配線グリツ ド上に、 前記第 1導電型のトランジスタのゥエル電 極とを前記第 1の電源用配線と接続するための接続孔が配置され、 前記第 1及び 前記第 2導電型のトランジスタのチャネル幅方向に隣接された配線グリッ ド上に、 前記第 2導電型のトランジスタのゥエル電極を前記第 2の電源用配線と接続する ための接続孔が配置される。  (22) The connection hole connected to the well electrode on which the first and second conductivity type transistors are formed is formed by the first metal wiring layer connected to and connected to the basic cell. And between the first power supply wiring and the second power supply wiring, and on a wiring grid adjacent to the first and second conductivity type transistors in the channel width direction. A connection hole for connecting a first electrode of the first conductivity type transistor to the first power supply line is disposed, and a connection hole is provided adjacent to the first and second conductivity type transistors in a channel width direction. A connection hole for connecting the jewel electrode of the transistor of the second conductivity type to the second power supply wiring is arranged on the wiring grid.
したがって、 前記接続孔を設けることにより、 前記第 2金属配線層に供給され た、 前記第 3の電源と第 4の電源を、 前記接続孔または前記接続孔および前記第 1金属配線層を介して、 前記第 1導電型のトランジスタのゥエル並びに前記第 2 導電型のゥエルに供給することができるとともに、 前記第 1電源配線に対する前 記第 1導電型のトランジスタ、 ¾記第 2電源配線に対する前記第 2導電型のトラ ンジスタの各ソース電位を安定化させることができる。 Therefore, by providing the connection hole, the third power supply and the fourth power supply supplied to the second metal wiring layer are connected to the connection hole or the connection hole and the third power supply. (1) The transistor of the first conductivity type and the second conductivity type can be supplied via the metal wiring layer to the well of the first conductivity type transistor and the first conductivity type transistor with respect to the first power supply wiring. The source potential of each of the second conductivity type transistors with respect to the second power supply wiring can be stabilized.
さらに、 本発明の半導体集積回路装置は、 以下に例示するようにゥエル電位を 制御することが望ましい。  Further, in the semiconductor integrated circuit device of the present invention, it is desirable to control the jewel potential as exemplified below.
( 2 3 ) 前記半導体集積回路装置が第 1導電型の基板上に形成された場合は、 前 記第 1の電源と第 2の電源が、 前 己第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチ ャネル長方向に延長された第 1金属配線層にて供給され、 且つ前記第 3の電源を 供給する電源配線のみが前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル 幅方向に延長された前記第 2金属配線層により形成され、 もしくは、 前記半導体 集積回路装置が第 2導電型の基板上に形成された場合は、 前記第 1の電源と第 2 の電源が、 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル長方向に延長 された第 1金属配線層にて供給され、 且つ前記第 4の電源を供給する電源配線の みが前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル幅方向に延長された 前記第 2金属配線層により形成され、 前記第 2導電型のトランジスタが形成され た第 1導電型のゥエルまたは前記第 1導電型のトランジスタが形成された第 2導 鼋型のゥエルが半導体集積回路 ¾置の基板と分離される。  (23) In the case where the semiconductor integrated circuit device is formed on a substrate of the first conductivity type, the first power supply and the second power supply are used for the transistors of the first and second conductivity types. Only the power supply wiring supplied by the first metal wiring layer extended in the channel length direction and supplying the third power supply is extended in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors. The first power supply and the second power supply are formed by the second metal wiring layer, or when the semiconductor integrated circuit device is formed on a substrate of a second conductivity type, Only the power supply wiring supplied by the first metal wiring layer extended in the channel length direction of the two-conductivity type transistor and supplying the fourth power supply is the channel of the first and second conductivity type transistors. Due to the second metal wiring layer extended in the width direction The first conductive type well on which the second conductive type transistor is formed or the second conductive type well on which the first conductive type transistor is formed is separated from the substrate of the semiconductor integrated circuit. You.
( 2 4 ) 第 1導亀型の卜ランジス夕と第 2導亀型のトランジスタにより構成され る基本セルを具備し、 ¾線変 ¾により所定の機能回路を構成するマト リクス状に 配置された複数の前記基本セル群と、 前記基本セル群の周辺に配置されて外部装 置と入出力信号をィンターフェ一スする入出力セル群を含む周辺回路とを有する 半導体集積回路装置において、 前記複数の基本セル群に供給される電源は、 第 2 の電源と前記第 2の電源よりも低電位の第 1の電源を、 前記第 1及び前記第 2導 電型のトランジスタのチャネル長方向に延長された第 1金属配線層にて供給し、 且つ前記第 2の電源と同鼋位もしくは前記第 2の電源よりも高電位の第 4電源と、 前記第 1電源と同電位もしくは前記第 1電源よりも低電位の第 3電源と、 前記第 1の電源を補助する第 1補助電源と、 前記第 2の電源を補助する第 2補助電源と が、 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル幅方向に延長される とともに前記第 1金属配線層よりも上層の第 2金属配線層にて供給され、 更に前 記第 3の電源を補助する第 3補助 S源と、 前記第 4電源を補助する第 4補助電源 とが前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル長方向に延長され、 かつ前記第 2金属配線層よりも上屑の第 3の金厲配線層にて供給される。 (24) Equipped with a basic cell composed of the first torsion-type transistor and the second torsion-type transistor, and arranged in a matrix to form a predetermined functional circuit by X-ray transformation. A semiconductor integrated circuit device comprising: a plurality of the basic cell groups; and a peripheral circuit including an input / output cell group arranged around the basic cell group and interfacing an external device and an input / output signal. The power supplied to the basic cell group is obtained by extending a second power and a first power having a lower potential than the second power in a channel length direction of the first and second conductive type transistors. And a fourth power supply having the same potential as the second power supply or a higher potential than the second power supply, and a fourth power supply having the same potential as the first power supply or having a higher potential than the second power supply. And a third power supply having a low potential, and a third power supply for assisting the first power supply. (1) an auxiliary power source and a second auxiliary power source for assisting the second power source are extended in a channel width direction of the first and second conductivity type transistors. A third auxiliary S source that is supplied in a second metal wiring layer above the first metal wiring layer and further assists the third power supply, and a fourth auxiliary power supply that assists the fourth power supply. Is extended in the channel length direction of the first and second conductivity type transistors, and is supplied in a third metal wiring layer that is more dusty than the second metal wiring layer.
( 2 5 ) 前記第 1及び前記第 2導電型の卜ランジス夕のチャネル幅方向に延長さ れて形成された前記第 2金属配線層にて供給される前記第 1補助電源及び前記第 2補助電源は、 接続孔を介して、 前記第 1の電源及び前記第 2の電源が供給され る前記第 1金厲配線層と接続されろと共に、 前記第 1及び前記第 2導電型のトラ ンジスタのチャネル i¾方向に延畏された前記第 3金属配線層にて供給される前記 第 3補助電源及び前記第 4補助電源は、 接続孔を介して、 前記第 3の電源及び第 4の電源が供給される前記第 2金属配線層と接続される。  (25) The first auxiliary power and the second auxiliary supplied by the second metal wiring layer formed to extend in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors. The power source is connected to the first metal wiring layer to which the first power source and the second power source are supplied through a connection hole, and is connected to the first and second conductivity type transistors. The third auxiliary power supply and the fourth auxiliary power supply supplied by the third metal wiring layer extending in the channel i が direction are supplied by the third power supply and the fourth power supply through connection holes. Connected to the second metal wiring layer to be formed.
したがって、 第 1金厲配^層にて前記第 1導電型及び第 2導電型の卜ラン ジスタのソース電極/ドレイン電極に印加する、 前記第 1及び第 2の電圧を供給 し、 前記基板が第 1導電型の場^は前記第 1導電型のゥエルと前記第 1導電型の 基板とを電気的に分離して、 前記第 1導電型のゥエルに前記第 2金属配線層を介 して、 前記第 3の電源を供給し、 前記基板が第 2導電型の場合は前記第 2導電型 のゥエルと前記第 2導電型の基板とを電気的に分離して、 前記第 2導電型のゥェ ルに前記第 2金厲配線層を介して、 前記第 4の電源を供給することで、 それそれ の場合にそれそれの ' PS型の卜ランジスタのバックバイアス電極としてのゥエル の電位を制御することができる。 更に、 前記第 1補助電源, 前記第 2補助電源, 前記第 3補助電源, 前記第 4補助電源を使用して、 前記第 1導電型の卜ランジス タと前記第 2導電型のトランジスタのそれそれの電極における、 前記第 1の電源, 前記第 2の電源, 前記第 3の電源および第 4の電源の供給を行なうことができ、 前記第 1補助電源, 前記第 2補助電源, 前記第 3補助電源, 前記第 4補助電源を、 前記基本セル群と、 接続孔を介して電気的に接続することかできる。  Therefore, the first and second voltages are applied to the source / drain electrodes of the transistors of the first conductivity type and the second conductivity type in the first metal distribution layer, and the substrate is The field of the first conductivity type electrically separates the well of the first conductivity type from the substrate of the first conductivity type, and connects the well of the first conductivity type to the well of the first conductivity type via the second metal wiring layer. Supplying the third power, and when the substrate is of the second conductivity type, electrically separates the second conductivity type substrate from the second conductivity type substrate; By supplying the fourth power supply to the cell via the second metal wiring layer, the potential of the cell as a back bias electrode of the PS transistor is changed in each case. Can be controlled. Further, using the first auxiliary power source, the second auxiliary power source, the third auxiliary power source, and the fourth auxiliary power source, each of the first conductivity type transistor and the second conductivity type transistor is used. The first power source, the second power source, the third power source, and the fourth power source in the electrodes of the first auxiliary power source, the second auxiliary power source, and the third auxiliary power source. The power supply and the fourth auxiliary power supply can be electrically connected to the basic cell group via a connection hole.
さらに、 本発明の半導体集稍回路装置は、 以下に例示されるようにレイアウト されることが望ましい。  Further, it is desirable that the semiconductor integrated circuit device of the present invention is laid out as exemplified below.
( 2 6 ) 前記第 3の電源, 前記第 4の電源, 前記第 1補助電源, 前記第 2補助電 源は、 前記第 1及び前記第 2導電型の卜ランジスタのチャネル幅方向に延長され た前記第 2金属配線層にて形成される電源配線および補助電源配線により前記基 本セル群に供給され、 前記電源配線は前記第 1及び前記第 2導電型の卜ランジス タのチャネル幅方向の配線グリ ッ ド且つゥエル電極上に配 ¾配線される。 (26) The third power supply, the fourth power supply, the first auxiliary power supply, and the second auxiliary power supply are extended in a channel width direction of the first and second conductivity type transistors. The power supply wiring and the auxiliary power supply wiring formed in the second metal wiring layer are supplied to the basic cell group, and the power supply wiring is provided in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors. Wired and wired on the wiring grid and the well electrode.
したがって、 前記第 1の電源, 前記第 2の電源, 前記第 3の電源および前記第 4の電源を、 配置配線のライブラ リを変更せずに、 前記基本セル群における前記 第 1及び第 2導電型のトランジスタにおけるゥエルに供給する配線をレイァゥト することができ、 半導体集積回路装置中心部での電圧降下を防止することができ る。  Therefore, the first power source, the second power source, the third power source, and the fourth power source can be connected to the first and second conductors in the basic cell group without changing a library of arrangement and wiring. It is possible to lay out wiring to be supplied to the well of the type transistor, and to prevent a voltage drop at the center of the semiconductor integrated circuit device.
さらに、 本発明の半導体集積回路装置は、 以下に例示するようなデバイス構造 をもつように構成されることが望ましい。  Furthermore, it is desirable that the semiconductor integrated circuit device of the present invention is configured to have a device structure as exemplified below.
( 2 7 ) 前記半導体集積回路装置が第 1導電 ¾の基板上に形成され、 前記第 1の 電源と第 2の電源が、 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル長 方向に延長された第 1金屈配線屑にて供給され、 且つ前記第 4の電源, 前記第 1 補助電源, 前記第 2補助電源のみが前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタ のチャネル幅方向に延畏された前記第 2金属配線層にて供給され、 更に前記第 4 補助電源のみが、 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル長方向 に延長された第 3金属配線層にて ί共給され、 もしくは、 前記半導体集積回路装置 が第 2導電型の基板上に形成され、 前記第 1の電源と第 2の電源が、 前記第 1及 び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル艮方向に延長された第 1金属配線層 にて供給され、 つ前記第 3の電源, 前記第 1補助電源, 前記第 2補助電源のみ が、 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル幅方向に延長された 前記第 2金属配線層にて供給され、 更に前記第 3補助電源のみが前記第 1及び前 記第 2導電型のトランジスタのチ ネル長方向に延長された前記第 3金属配線層 にて供給され、 前記第 2導電型のトランジス夕が形成された第 1導電型のゥエル または前記第 1導電型のトランジスタが形成された第 2導電型のゥエルが半導体 集積回路装置の ¾板と電気的に分離される。  (27) The semiconductor integrated circuit device is formed on a first conductive substrate, and the first power supply and the second power supply extend in a channel length direction of the first and second conductive type transistors. And only the fourth power source, the first auxiliary power source, and the second auxiliary power source extend in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors. It is supplied by the feared second metal wiring layer, and only the fourth auxiliary power is supplied by the third metal wiring layer extending in the channel length direction of the first and second conductivity type transistors. Or the semiconductor integrated circuit device is formed on a substrate of a second conductivity type, and wherein the first power supply and the second power supply are channels of the transistors of the first and second conductivity types. The first metal wiring layer extended in the direction Only a third power supply, the first auxiliary power supply, and the second auxiliary power supply are supplied by the second metal wiring layer extending in a channel width direction of the first and second conductivity type transistors; Only the third auxiliary power is supplied by the third metal wiring layer extending in the channel length direction of the first and second conductivity type transistors, and the second conductivity type transistor is formed. The first conductive type well or the second conductive type well on which the first conductive type transistor is formed is electrically separated from the substrate of the semiconductor integrated circuit device.
したがって、 前記第 1金属配線層にて前記第 1導電型及び第 2導電型のトラン ジスタのソース電極/ドレイン電極に印加する、 前記第 1及び第 2の電圧を供給 し、 前記基板が第 1導電型の場合は前記第 1導電型のゥエルと前記第 1導電型の 基板とを電気的に分離して、 前記第 1導電型のゥエルに前記第 2金属配線層を介 して、 前記第 3の電源を供給し、 前記基板が第 2導電型の場合は前記第 2導電型 のゥエルと前記第 2導電型の基板とを' ¾;¾的に分離して、 前記第 2導電型のゥェ ルに前記第 2金属配線層を介して、 前記第 4の電源を供給することで、 それぞれ の場合にそれそれの導電型のトランジスタのバックバイァス電極としてのゥエル の電位を制御することができ、 かつ電圧降下を防止することができる。 Therefore, the first metal wiring layer supplies the first and second voltages to be applied to the source electrode / drain electrode of the transistors of the first conductivity type and the second conductivity type. In the case of the conductivity type, the first conductivity type well and the first conductivity type Electrically separating the substrate from the substrate, supplying the third power to the first conductivity type via the second metal wiring layer, and the second power supply when the substrate is the second conductivity type. The two-conductivity-type well and the second-conductivity-type substrate are physically separated from each other, and the second-conductivity-type well is separated from the second-conductivity-type well via the second metal wiring layer. In this case, it is possible to control the potential of the well as the back-bias electrode of the transistor of each conductivity type, and to prevent a voltage drop.
さらに、 本発明の半導体集積回路装置は、 次の機能を有することが望ましい。 Further, the semiconductor integrated circuit device of the present invention preferably has the following functions.
( 2 8 ) 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル幅方向に延長さ れた前記第 2金属配線層にて供給される前記第 3の電源と前記第 4の電源、 もし くは前記第 2金厲配線層で供給される前記第 3の電源及び前記第 4の電源、 且つ 前記第 1及び前^第 2導電型のトランジス夕のチャネル長方向に延長された第 3 金属配線層にて供給される ½記第 3補助電源と、 前記第 4補助電源は、 外部装置 より人力されるチップ ' イネ一ブル信号、 又は外部装置あるいは半導体集積回路 装置内部にて形成されるスリーブ ·モード制御信号により機能モジュールの電位 が制御される。 (28) The third power supply and the fourth power supply, which are supplied by the second metal wiring layer extended in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors, or The third power supply and the fourth power supply supplied by the second metal wiring layer, and a third metal wiring layer extending in a channel length direction of the first and second conductive type transistors The third auxiliary power supply and the fourth auxiliary power supply are provided by a chip which is manually operated by an external device, an enable signal, or a sleeve mode formed inside the external device or the semiconductor integrated circuit device. The control signal controls the potential of the functional module.
( 2 9 ) 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル幅方向に延長さ れた前記第 2金属配線層にて供給される前記第 3の電源と前記第 4の電源、 もし くは前記第 1及び前記第 2導電型の卜ランジス夕のチャネル長方向に延長された 前記第 3金属配線層にて供給される前記第 3補助電源と、 前記第 4補助電源は、 前記半導体集稿回路装; 内の各機能モジュールごとに各電源配線もしくは各補助 電源配線が分離され、 βつ外部装置より入力されるチップ ' ィネーブル信号、 又 は外部装置あるいは半導体集積回路装置内部で形成されるスリーブ ·モ一ド制御 信号がセレクタ一回路に入力される。  (29) The third power supply and the fourth power supply, which are supplied through the second metal wiring layer extending in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors, or The third auxiliary power supply supplied in the third metal wiring layer extended in the channel length direction of the first and second conductivity type transistors, and the fourth auxiliary power supply are: Each power supply line or each auxiliary power supply line is separated for each functional module in the circuit device; the chip enable signal input from the external device, or the sleeve formed inside the external device or the semiconductor integrated circuit device · The mode control signal is input to one selector circuit.
したがって、 全機能モジユールの電位制御または前記各機能モジユールごとの 独自の電位制御を選択することができ、 前記チップ ' ィネーブル信号と前記スリ —プ .モード制御信号により、 動作状態/待機状態で、 前記基本セル群への前記 第 3の電源及び第 4の電源の供給が制御できる。  Therefore, the potential control of all function modules or the unique potential control of each function module can be selected, and the chip enable signal and the sleep mode control signal can be used to select the potential in the operating state / standby state. The supply of the third power supply and the fourth power supply to the basic cell group can be controlled.
[図面の簡単な説明]  [Brief description of drawings]
図 1は、 本発明の第 1実施例の Νチャネル M〇 S トランジスタの基板バイアス 制御回路を示す回路図である。 FIG. 1 shows the substrate bias of the Νchannel M〇S transistor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a control circuit.
図 2は、 本発明の第 1実施例の Nチャネル M O S トランジスタの基板バイアス 制御回路における各部の信号波形を示すタイ ミングチャー トである。  FIG. 2 is a timing chart showing signal waveforms of various parts in the substrate bias control circuit of the N-channel MOS transistor according to the first embodiment of the present invention.
図 3は、 本発明の第 2 ¾施例の Pチヤネル M O S トランジスタの基板バイァス 制御回路を示す回路図である。  FIG. 3 is a circuit diagram showing a substrate bias control circuit of a P-channel MOS transistor according to the second embodiment of the present invention.
図 4は、 本発明の第 2実施例の Pチャネル M O S トランジスタの基板バイァス 制御回路における各部の信号波形を示す夕ィ ミングチャートである。  FIG. 4 is a timing chart showing a signal waveform of each part in the substrate bias control circuit of the P-channel MOS transistor according to the second embodiment of the present invention.
図 5は、 本発明の第 3実施例の Nチャネル M〇 S トランジスタの基板バィァス 制御回路を示す回路図である。  FIG. 5 is a circuit diagram showing a substrate bias control circuit of an N-channel M〇S transistor according to a third embodiment of the present invention.
6は、 本発明の第 3実施例の Nチャネル M O S トランジスタの基板バイァス 制御回路における各部の信号波形を示すタイ ミングチヤ一トである。  6 is a timing chart showing signal waveforms of various parts in the substrate bias control circuit of the N-channel MOS transistor according to the third embodiment of the present invention.
図 7は、 本 明の第 4 ¾施例の Pチャネル M O S トランジスタの基板バィァス 制御回路を示す回路図である。  FIG. 7 is a circuit diagram showing a substrate bias control circuit of a P-channel MOS transistor according to the fourth embodiment of the present invention.
図 8は、 本発明の第 4実施例の Pチャネル M O S トランジスタの基板バイアス 制御回路における各部の fg号波形を示すタイ ミングチャートである。  FIG. 8 is a timing chart showing the fg signal waveform of each part in the substrate bias control circuit of the P-channel MOS transistor according to the fourth embodiment of the present invention.
図 9は、 本発明の第 5実施例の Nチャネル M〇 S トランジスタの基板バイアス 制御回路を示す回路図である。  FIG. 9 is a circuit diagram showing a substrate bias control circuit of an N-channel MS transistor according to a fifth embodiment of the present invention.
図 1 0は、 本発明の第 5実施例の Nチャネル M O S トランジスタの基板バイァ ス制御回路における各部の信号波形を示すタィミングチャートである。  FIG. 10 is a timing chart showing signal waveforms of various parts in the substrate bias control circuit of the N-channel MOS transistor according to the fifth embodiment of the present invention.
図 1 1は、 本発明の第 6実施例の Pチャネル M O S トランジス夕の基板バイァ ス制御回路における各部の信号波形を示すタイミングチャートである。  FIG. 11 is a timing chart showing signal waveforms at various parts in the substrate bias control circuit of the P-channel MOS transistor according to the sixth embodiment of the present invention.
図 1 2は、 本発明の第 6実施例の Pチャネル M O S トランジスタの基板バイァ ス制御回路における各部の信号波形を示すタイミングチャートである。  FIG. 12 is a timing chart showing signal waveforms at various parts in the substrate bias control circuit of the P-channel MOS transistor according to the sixth embodiment of the present invention.
図 1 3は、 本発明の第 7実施例の Nチャネル M O S トランジスタの基板バイァ ス制御回路を示す回路図である。  FIG. 13 is a circuit diagram showing a substrate bias control circuit for an N-channel MOS transistor according to a seventh embodiment of the present invention.
図 1 4は、 本発明の第 7実施例の Nチャネル M O S トランジスタの基板バイァ ス制御回路における各部の ί言号波形を示すタイミングチヤ一卜である。  FIG. 14 is a timing chart showing a signal waveform of each part in the substrate bias control circuit of the N-channel MOS transistor according to the seventh embodiment of the present invention.
図 1 5は、 本発明の第 8実施例の Ρチャネル M O S 卜ランジス夕の基板バイァ ス制御回路における各部の信号波形を示すタイ ミングチヤ一卜である。 図 1 6は、 本発明の第 8実施例の Pチャネル M 0 S トランジスタの基板バィァ ス制御回路における各部の信号波形を示すタイ ミ ングチャートである。 FIG. 15 is a timing chart showing signal waveforms at various parts in the substrate bias control circuit of the eight-channel MOS transistor according to the eighth embodiment of the present invention. FIG. 16 is a timing chart showing a signal waveform of each part in the substrate bias control circuit of the P-channel MOS transistor according to the eighth embodiment of the present invention.
図 1 7は、 本 ¾明の ^導体柒積回路装置のチップレイアウトの概略を示す図で ある。  FIG. 17 is a diagram schematically showing a chip layout of the ^ conductor integrated circuit device of the present invention.
図 1 8は、 本発明の第 9実施例のインバ一タ回路の配線レイアウ トを示す図で ある。  FIG. 18 is a diagram showing a wiring layout of an inverter circuit according to a ninth embodiment of the present invention.
図 1 9は、 本発明の第 1 ¾施例及び第 9実施例のィンバータ回路の回路を示す 図である。  FIG. 19 is a diagram showing an inverter circuit according to the first embodiment and the ninth embodiment of the present invention.
図 2 0は、 本発明の第 1 0実施例の N A N D回路の配線レイァゥ トを示す図で ある。  FIG. 20 is a diagram showing the wiring layout of the NAND circuit of the tenth embodiment of the present invention.
図 2 1は、 本 ¾明の第 1 0実施例の N A N D回路の回路を示す図である。 図 2 2は、 本発明の第 1 1 ¾施 1列の N O R回路の配線レィアウトを示す図であ る。  FIG. 21 is a diagram showing a circuit of the NAND circuit of the tenth embodiment of the present invention. FIG. 22 is a diagram showing a wiring layout of the NOR circuit in the first column of the eleventh embodiment of the present invention.
図 2 3は、 本発明の第 1 1実施例の N O R回路の回路を示す図である。  FIG. 23 is a diagram showing a circuit of the NOR circuit according to the eleventh embodiment of the present invention.
図 2 4は、 本発明の第 1 2実施例の R A M回路の配線レイァゥトを示す図であ る。  FIG. 24 is a diagram showing the wiring layout of the RAM circuit according to the 12th embodiment of the present invention.
図 2 5は、 本 ¾明の第 1 2実施例の R A M回路の概略を示す図である。  FIG. 25 is a diagram schematically showing a RAM circuit according to the 12th embodiment of the present invention.
図 2 6は、 本発明の第 1 3実施例の半導体集積回路装置における基板バイアス 制御回路による全機能モジュールの制御方法を説明するための図である。  FIG. 26 is a diagram for explaining a method of controlling all functional modules by the substrate bias control circuit in the semiconductor integrated circuit device according to the thirteenth embodiment of the present invention.
図 2 7は、 本 明の第 1 3突施例の半導体集積回路装置における基板バイアス 制御回路によって全機能モジュールを制御するときの、 機能モジュールを構成す る M O S トランジスタの断面図てある。  FIG. 27 is a cross-sectional view of a MOS transistor constituting a functional module when controlling all functional modules by the substrate bias control circuit in the semiconductor integrated circuit device of the thirteenth embodiment of the present invention.
図 2 8は、 本発明の第 1 4実施例の半導体集積回路装置における基板バイアス 制御回路による一部の機能モジュールの制御方法を説明するための図と、 機能モ ジュールを構成する M〇 S トランジスタの断面図である。  FIG. 28 is a diagram for explaining a method of controlling some functional modules by the substrate bias control circuit in the semiconductor integrated circuit device according to the fourteenth embodiment of the present invention, and an M〇S transistor constituting the functional module. FIG.
図 2 9は、 本発明の第 1 5実施例の半導体集積回路装置における電源配線及び 接地配線のレイアウ トを示す図である。  FIG. 29 is a diagram showing a layout of power supply wiring and ground wiring in the semiconductor integrated circuit device according to the fifteenth embodiment of the present invention.
図 3 0は、 本発明の第 1 6実施例、 及び第 1 5実施例の半導体集積回路装置の チヅブレイァゥ トの概略を示す図である。 図 3 1は、 従来の半導体集積回路装置のチップレイァゥ 卜の概略を示す図であ る。 FIG. 30 is a diagram schematically showing a chip layout of the semiconductor integrated circuit device according to the sixteenth and fifteenth embodiments of the present invention. FIG. 31 is a diagram schematically showing a chip layout of a conventional semiconductor integrated circuit device.
図 3 2は、 本発明を解説するための M O S トランジスタにおけるゲート電圧に 対する ドレイン · ソース間電流のサブスレツショルド領域特性を示すものであり、 ( a ) は Nチャネル M 0 S トランジスタの特性を示す特性図であり、 ( b ) は P チャネル M 0 S トランジスタの特性を示す特性図である。  FIG. 32 shows the subthreshold region characteristics of the drain-source current with respect to the gate voltage in the MOS transistor for explaining the present invention, and (a) shows the characteristics of the N-channel MOS transistor. It is a characteristic diagram, and (b) is a characteristic diagram which shows the characteristic of a P-channel M0S transistor.
図 3 3は、 従来の半導体集積回路装置におけるインバ一夕回路の配線レイァゥ トを示す図である。  FIG. 33 is a diagram showing a wiring layout of an inverter circuit in a conventional semiconductor integrated circuit device.
図 3 4は、 従来の半導体集稿回路装置におけるィンバ一タ回路の回路を示す図 である。  FIG. 34 is a diagram showing a circuit of an inverter circuit in a conventional semiconductor integrated circuit device.
図 3 5は、 従来の基板バイアス制御冋路を示す回路図である。  FIG. 35 is a circuit diagram showing a conventional substrate bias control circuit.
図 3 6は、 従来の ½板バィァス制御回路における Nチャネル M 0 S トランジス タの基板バイアス制御部の各部信号波形を示すタィ ミングチヤ一卜である。  FIG. 36 is a timing chart showing signal waveforms of various parts of the substrate bias control section of the N-channel MOS transistor in the conventional board bias control circuit.
図 3 7は、 従来の基板バイアス制御回路における Pチャネル M O S トランジス タの基板バイアス制御部の各部信号波形を示すタイ ミ ングチヤ一トである。  FIG. 37 is a timing chart showing signal waveforms of various parts of the substrate bias control unit of the P-channel MOS transistor in the conventional substrate bias control circuit.
[発明を実施するための最良の形態]  [Best Mode for Carrying Out the Invention]
本発明に係る基板バイアス制御回路および基板バイアス制御回路を具備する半 導体集積回路装置の各実施例を各添付図面に基づいて説明する。  Embodiments of a substrate bias control circuit and a semiconductor integrated circuit device having the substrate bias control circuit according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図 1 7には、 本^明に係る 導体集積回路装置の一'実施例を示すチップレイァ ゥトの概略図が示される。 図 1 7に示される半導体集積回路は、 たとえば、 マス タスライス型の半導体集積回路装置であるものとして説明する。 本発明の半導体 集積回路装置は、 単一のシリコン基板上に形成された機能モジュール M O, 周辺 回路 1 0等を含む。 図中の機能モジュール M 0には、 前述したような基本単位に より構成される基本セル列が形成されており、 特に図示しないが、 第 2金属配線 層にて基本セル間の配線接続が行なわれるものである。 そして、 周辺回路 1 0に は入出力制御回路等が含まれ、 機能プロックへのバックバイアス制御を行なう基 板バイアス制御回路 B B等もチップ上に搭載されている。 前記基板バイアス制御 回路 B Bは、 機能モジュール形成領域 M 0には配置せず、 周辺回路形成領域 1 0 の、 たとえば、 チップの角部に配 Sされる。 すなわち、 前記基板バイアス制御回 路 BBが、 チップの角部に配置されることにより、 ゲートアレイ等の半導体集積 回路装置において、 チップの空き領域を使用して、 チップレイアウトを効率的に 構成することができる。 FIG. 17 is a schematic diagram of a chip layout showing one embodiment of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. The semiconductor integrated circuit shown in FIG. 17 will be described as, for example, a master slice type semiconductor integrated circuit device. The semiconductor integrated circuit device of the present invention includes a functional module MO, a peripheral circuit 10, and the like formed on a single silicon substrate. In the functional module M0 in the figure, a basic cell row composed of the basic units described above is formed, and although not particularly shown, wiring connection between the basic cells is performed in the second metal wiring layer. It is what is done. The peripheral circuit 10 includes an input / output control circuit and the like, and a substrate bias control circuit BB and the like for performing a back bias control on the function block are also mounted on the chip. The substrate bias control circuit BB is not arranged in the functional module forming area M0, but is arranged in the peripheral circuit forming area 10 at, for example, a corner of a chip. That is, the substrate bias control circuit By arranging the paths BB at the corners of the chip, in a semiconductor integrated circuit device such as a gate array, the chip layout can be efficiently configured by using the empty area of the chip.
<第 1実施例 >  <First embodiment>
次に、 本実施例の基板バイアス制御回路について説明する。 図 1には、 本発明 の第 1実施例に係わる NMO S用の基板バイァス制御回路が示され、 図 2には各 部の信号波形を示すタィ ミングチヤ一卜図が示される。 以下、 図 1と図 2を用い て本発明の NMO S用の基板バイアス制御回路について説明する。  Next, the substrate bias control circuit of the present embodiment will be described. FIG. 1 shows a substrate bias control circuit for NMOS according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a timing chart showing signal waveforms of various parts. Hereinafter, the substrate bias control circuit for NMOS according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図 1に示される S板バイアス制御回路は、 第 1の信号電圧レベル変換回路 (ブ ロック A 1 ) と第 1のバッファ論理回路 (ブロック A 2 ) とによつて構成されて おり、 半導体集桢回路装置外部より電源電圧向けに、 冽えば、 電源電圧 Vddl二 + 2 V, 接地電圧 Vss 1 =± 0 Vと、 新たに NMO Sの Pゥエル向けに例えば接 地電圧 Vss2 =— 2 Vが供給されている。 そして、 動作モード及び待機モードの 切り替えは、 例えば電源電圧 Vd 1 =+ 2 Vと接地電圧 Vss 1 =± 0 Vで論理振 幅が規定されるチップ · ィネーブル信号 CE, スリーブ · モード制御信号 SM, パワー ' ダウン信号 PDのうちのいずれかによつて行われる。 パワー · ダウン信 号 PD, スリーブ 'モード制御信号 SMは、 機能モジュールをアクティブにする かしないかを命令する i 号であり、 本発明の基板バイアス制御回路を適用した製 品ごとに予め設けられた信 を使用して、 前記チップ ' イネ一ブル信号 CE, ノ ヮ一 ' ダウン信 ^PD, スリープ 'モード制御信号 S M, あるいは前記機能を有 する信号のいずれも使用することができる。  The S-plate bias control circuit shown in FIG. 1 includes a first signal voltage level conversion circuit (block A 1) and a first buffer logic circuit (block A 2). If the power supply voltage is low from the outside of the circuit device, the power supply voltage Vddl + 2 V, the ground voltage Vss1 = ± 0 V, and the ground voltage Vss2 =-2 V is newly supplied to the NMOS P-well. Have been. The switching between the operation mode and the standby mode is performed, for example, by a chip enable signal CE, a sleeve mode control signal SM, whose logic amplitude is defined by the power supply voltage Vd 1 = + 2 V and the ground voltage Vss 1 = ± 0 V. This is done by one of the power down signals PD. The power-down signal PD, the sleeve 'mode control signal SM is an i signal for instructing whether or not to activate the functional module, and is provided in advance for each product to which the substrate bias control circuit of the present invention is applied. Using the signal, any of the chip enable signal CE, the no-down signal ^ PD, the sleep mode control signal SM, and the signal having the above function can be used.
次に、 図 1に示される基板バイアス制御回路の動作について、 図 2のタイ ミン グチヤ一卜を用いて説明する。 チップ ' ィネーブル信号 CEがハイレベルに設定 されることにより、 半導体集積回路装置内の機能モジュールは動作モードに設定 され、 その反転信号である CE (バー) は口一レベルに設定される。 このため、 第 1の信号電圧レベル変換回路 (ブロック A 1 ) の PMO SQ 1 8がオン状態と され、 ライン V 2の電位が + 2 Vに変化することから PMC S Q 22もオン状態 とされ、 ライン V 4の電位も + 2 Vに変化する。 NMO SQ 2 5と、 前述したオン状態の PM〇 S Q 1 8 , Q 22を介して、 ラ ィン V 6の電位が上昇し、 前記ラィン V 6の電位が土 0 V— Vth ( Vth: MO S Q 25の閾値電圧) に達すると、 NMO S Q 2 5がオフ状態とされる。 Next, the operation of the substrate bias control circuit shown in FIG. 1 will be described using the timing chart of FIG. When the chip enable signal CE is set to the high level, the function module in the semiconductor integrated circuit device is set to the operation mode, and the inverted signal CE (bar) is set to the single level. Therefore, the PMO SQ 18 of the first signal voltage level conversion circuit (block A 1) is turned on, and the potential of the line V 2 changes to +2 V, so that the PMC SQ 22 is also turned on. The potential of the line V4 also changes to + 2V. The potential of the line V 6 rises through the NMO SQ 25 and the above-mentioned PM〇 SQ 18 and Q 22 in the on state, and the potential of the line V 6 becomes 0 V—Vth (Vth: MO NMO SQ25 is turned off when the threshold voltage (SQ25 threshold voltage) is reached.
そして、 前記ライン V 6の電位が土 0 V- Vth (Vth: NMO S Q 25の閾値 電圧) に達すると、 NMO S Q 1 9はオン状態とされ、 ライン V 5の電位が一 2 Vに変化する。 前記ライン V 5の電位が一 2 Vに変化すると、 NMOSQ 2 1が オフ状態とされ、 NMO SQ 23がオン状態とされることから、 ライン V3の電 位は一 2 Vに変化する。  When the potential of the line V 6 reaches 0 V−Vth (Vth: threshold voltage of the NMO SQ 25), the NMO SQ 19 is turned on, and the potential of the line V 5 changes to 12 V. . When the potential of the line V5 changes to 12 V, the NMOS Q21 is turned off and the NMO SQ 23 is turned on, so that the potential of the line V3 changes to 12V.
又、 前記チップ ' イネ一ブル信号 CEはハイレベルに設定されているため、 P MO S Q 1 6はオフ状態とされ、 ライン V 1の電位が ± 0 V + Vth (Vth: PM 0 S Q 20の閩 iifl ti圧) に変化するため、 PMO SQ 2◦はオフ状態とされる。 さらに、 第 1の^号' 圧レベル変換回路 (ブロック A 1 ) の出力端子からの電 位、 すなわち、 ライン V6の電位が、 第 1のバッファ論理回路 (ブロック A 2) を構成する PMO SQ 24と NMOSQ 27からなるィンハ一夕回路の各々のゲ ート電極に入力される。 ここで、 前記第 1のバッファ論理回路 (ブロック A 2) は、 前記第 1の信号電圧レベル変換回路 (ブロック A 1 ) と全機能モジュールに おける Pゥエルとのィンターフェ一ス回路であり、 チヅブ全体の Pゥエルに対し て行なわれる充放電の駆動回路となる。 従って、 駆動電流の負荷容量が大きくな るため、 初段のィンバータ回路のチャネル幅を小さく形成し波形整形を行なわせ るようにし、 次段のィンバータ回路のチャネル幅を大きく形成して充放電時間を 短くなるようにすることが望ましい。  Further, since the chip enable signal CE is set to the high level, the PMO SQ 16 is turned off, and the potential of the line V 1 is ± 0 V + Vth (Vth: PM 0 SQ 20 Ii iifl ti pressure), the PMO SQ 2◦ is turned off. Further, the potential from the output terminal of the first voltage level conversion circuit (block A 1), that is, the potential of the line V6, is used to control the PMO SQ 24 which constitutes the first buffer logic circuit (block A 2). And input to the respective gate electrodes of the inverter circuit composed of NMOSQ27. Here, the first buffer logic circuit (block A 2) is an interface circuit between the first signal voltage level conversion circuit (block A 1) and the P-well in all functional modules, and the entire chip It becomes a driving circuit for charging and discharging performed on the P-well. Therefore, since the load capacity of the driving current becomes large, the channel width of the first-stage inverter circuit is formed small to perform waveform shaping, and the channel width of the next-stage inverter circuit is formed large to shorten the charge / discharge time. It is desirable to make it shorter.
そして、 PMO S Q 24がオフ状態とされ、 NMO S Q 27がオン状態にされ ることから、 ライン V 7の電位が一 2 Vに変化する。 このインバ一夕回路の出力 信号、 すなわち、 ライン V 7の電位が、 PMO S Q 2 6と NM〇 S Q 29からな るィンバ一夕回路の各々のゲー卜電極に入力されることにより、 前記 PMO S Q 26がオン状態とされ、 前記 NI O S Q 29がオフ状態にされる。 このようにし て、 半導体集積回路装置内の機能モジュールに形成された NMO Sの Pゥエルに 電圧 Vpw=± 0 Vの電位が印加される。  Then, the PMO S Q 24 is turned off and the NMO S Q 27 is turned on, so that the potential of the line V 7 changes to 12 V. The output signal of this inverter circuit, that is, the potential of the line V7 is input to each gate electrode of the inverter circuit consisting of PMO SQ26 and NM〇SQ29, whereby the PMO SQ 26 is turned on, and the NI OSQ 29 is turned off. In this way, a potential of voltage Vpw = ± 0 V is applied to the P-well of the NMOS formed in the functional module in the semiconductor integrated circuit device.
半導体集積回路装置内の機能モジュールに形成された NMO Sの Pゥエルに V pw=± 0 Vの電位が印加されると、 例えば、 図 1 9 (a) 、 図 19 (b) に示さ れる機能モジュール内のィンバータ回路 I N V 1を構成する NM〇 S Q 1におい て、 ソース電極に接地電圧 Vss 1 (±0 V) , バックゲート電極に電圧 Vpw (土 0 V) が印加されることになる。 このため、 ノ、ックゲート電極とソース電極は同 電位とされ、 図 32 (a) に示される状態 N 1 (閾値電圧 =約+0. 3 V) , 状 態 N 2 (閾値電上=約 +0. 5 V) , 状態 N 3 (閾値電圧 =約 +0. 7V) のう ちのいずれかと同様の特性を示すため、 閾値電圧が低くされ、 且つドレイン - ソ —ス電流が多く流れるようにされる。 これは、 半導体集積回路装置内の機能モジ ユールを構成する他の論理回路、 ラッチ回路、 乗算器等の回路についても同様の 特性を示すものである。 V is applied to the PMO of the NMOS formed in the functional module in the semiconductor integrated circuit device. When a potential of pw = ± 0 V is applied, for example, in the NM SQ 1 constituting the inverter circuit INV 1 in the functional module shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b), the source electrode The ground voltage Vss 1 (± 0 V) and the voltage Vpw (0 V earth) to the back gate electrode. Therefore, the gate electrode and the source electrode are set to the same potential, and the state N 1 (threshold voltage = about +0.3 V) and the state N 2 (threshold voltage = about + 0.5 V) and state N 3 (threshold voltage = about +0.7 V), so that the threshold voltage is lowered and the drain-source current is increased. You. This shows similar characteristics for other logic circuits, latch circuits, multipliers, and other circuits constituting the functional module in the semiconductor integrated circuit device.
次に、 チップ ' イネ一ブル信号 C Eがローレベルに設定されることにより、 半 導体集楨回路装匿内の璣能モジュールは待機モードに設定される。  Next, by setting the chip enable signal CE to a low level, the function module in the semiconductor integrated circuit concealment is set to the standby mode.
そして、 図 1及び図 2に示すように、 第 1の信号電圧レベル変換回路 (プロッ ク A 1 ) の PMO SQ 1 6がオン状態とされ、 ライン V 1の電位が +2 Vに変化 することから、 PM〇 S Q 20もオン状態とされ、 ライン V 3の電位も + 2 Vに 変化する。  Then, as shown in FIGS. 1 and 2, the PMO SQ 16 of the first signal voltage level conversion circuit (block A 1) is turned on, and the potential of the line V 1 changes to +2 V. Therefore, PM〇SQ 20 is also turned on, and the potential of the line V 3 also changes to +2 V.
ライン V 5の電位については、 PMO SQ 23と、 前述のオン状態である PM 0 S Q 1 6 , Q 20を介して電位が!:昇し、 ライン V 5の電位が ± 0 V— V th (Vth: NMO S Q 23の閾値電圧) に達すると NMOSQ 23はオフ状態とさ れる。 そして、 前記ライン V 5の it位が土 0 V— Vth (Vth: N M 0 S Q 23の 閾値電圧) に達することにより、 NMO SQ 2 1はオン状態となり、 ライン V6 の電位が一 2 Vに変化する。 前記ライン V 6の電位が一 2 Vに変化すると、 NM 0 S Q 1 9がオフ状態とされ、 NMOSQ 2 5がオン状態とされることから、 ラ イン V 4の電位が― 2 Vに変化する。  Regarding the potential of the line V5, the potential is increased via the PMO SQ23 and the above-mentioned ON state PM0SQ16, Q20! : When the potential of line V5 reaches ± 0 V—Vth (Vth: threshold voltage of NMOS Q23), NMOSQ23 is turned off. When the it position of the line V5 reaches 0 V—Vth (Vth: threshold voltage of NM0SQ23), the NMO SQ21 is turned on, and the potential of the line V6 changes to 12V. I do. When the potential of the line V6 changes to 12 V, the NM0 SQ19 is turned off and the NMOS Q25 is turned on, so that the potential of the line V4 changes to -2V. .
又、 前記チップ ' ィネーブル信号 CEの反転信号 CE (バー) はハイレベルに 設定されているため、 PMO S Q 1 8はオフ状態とされ、 ライン V 2の電位は士 ◦ V + Vth ( Vth: PMO S Q 22の閾値電圧) に変化するため、 PMO S Q 2 2はオフ状態とされる。  Further, since the inverted signal CE (bar) of the chip enable signal CE is set to a high level, the PMO SQ 18 is turned off, and the potential of the line V 2 is changed to V + Vth (Vth: PMO (The threshold voltage of SQ22), the PMO SQ22 is turned off.
この第 1の信号電圧レベル変換回路 (ブロック A 1 ) の出力端子の電位すなわ ちライン V 6の電位が第 1のバッファ論理回路 (ブロック A2 ) を構成する PM OSQ 24と NMOSQ 27からなるィンバ一タ回路の各々のゲ一ト電極に入力 されることにより、 前記 P M〇 S Q 24がオン状態, NMOS Q 2 7がオフ状態 とされることから、 ラ イン V 7の電位が土 0 Vに変化する。 The potential of the output terminal of this first signal voltage level conversion circuit (block A 1) That is, when the potential of the line V6 is input to each gate electrode of the inverter circuit comprising the PMOSQ 24 and the NMOSQ 27 constituting the first buffer logic circuit (block A2), the PM〇SQ Since 24 is turned on and NMOS Q27 is turned off, the potential of line V7 changes to 0V.
前記ライン V 7の電位が PMOS Q 2 6と NMO S Q 29からなるインバータ 回路の各々のゲ一ト電極に入力されることにより、 PMO SQ 26がオフ状態, NMO S Q 29がオン状態とされることから、 半導体集積回路装置内の機能モジ ユールに形成された NMO Sの Pゥエルに電圧 Vpw 2 Vの電位が印加される。 半導体集積回路装置内の機能モジュールに形成された NMO Sの Pゥエルに電 圧 Vpw=— 2 Vの電位が印加されると、 例えば図 1 9 (a) , 図 1 9 (b) に示 される機能モジュール内の、 インバ一タ回路 I NV 1を構成する NMO S Q 1に おいて、 ソース菴極に接地電圧 Vss 1 (± 0V) , バックゲート電極に電圧 Vpw (- 2 V) が印加される。 このため、 バックゲート電極の電位は、 ソース電極の 電位より低電位となり、 図 32 ^ a) に示される N Aだけシフ トした状態 N 3 (閾値電圧 =約+ 0. 7 V) , NBだけシフ トした状態 N 4 (閾値電圧 =約 +0. 9 V) , NCだけシフ トした状態 N 5 (閾値電圧-約 + 1. I V) のうちのいず れかの状態に変化する。 よって、 MO S トランジスタの閾値電圧が高くされ、 且 つオフ電流が非常に小さくされる。 これは、 ^導体集積回路装置内の機能モジュ ールを構成する他の論理回路, ラ 'ソチ回路, 乗算器等の回路についても同様の特 性を示すものである。  When the potential of the line V7 is input to each gate electrode of the inverter circuit composed of the PMOS Q26 and the NMO SQ29, the PMO SQ26 is turned off and the NMO SQ29 is turned on. As a result, the potential Vpw 2 V is applied to the P-well of the NMOS formed in the functional module in the semiconductor integrated circuit device. When a potential of Vpw = −2 V is applied to the P-well of the NMOS formed in the functional module in the semiconductor integrated circuit device, for example, as shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b). In the NMO SQ 1 that constitutes the inverter circuit I NV 1 in the functional module, the ground voltage Vss 1 (± 0 V) is applied to the source electrode, and the voltage Vpw (-2 V) is applied to the back gate electrode. You. As a result, the potential of the back gate electrode becomes lower than the potential of the source electrode, and is shifted by NA as shown in Fig. 32 ^ a) N 3 (threshold voltage = about +0.7 V) and shifted by NB State N 4 (threshold voltage = approx. +0.9 V), and only NC shifts to N 5 (threshold voltage-approx. + 1. IV). Therefore, the threshold voltage of the MOS transistor is increased, and the off-state current is extremely reduced. This shows the same characteristics for other logic circuits, such as a lasing circuit and a multiplier, which constitute the functional modules in the conductor integrated circuit device.
従って、 動作モード時は半導体集積回路装置内の機能モジュールを構成する N MO Sのバックゲ一卜電極とソース電極が同電位に設定されるため、 NMO Sは 閾値電圧が低くされる。 そして、 前記 NMO Sのバックゲート電極の電位の制御 により動作モードでは、 さらに、 ドレイン · ソース電流が多く流れるようにされ、 機能モジュールを構成する MO S トランジスタのスィ ツチ制御を高速化できると 共に ドライブ能力を向上させることができる。  Therefore, in the operation mode, the back gate electrode and the source electrode of the NMOS constituting the functional module in the semiconductor integrated circuit device are set to the same potential, so that the threshold voltage of the NMOS is lowered. In the operation mode by controlling the potential of the back gate electrode of the NMOS, more drain-source current flows, and the speed of the switch control of the MOS transistor constituting the functional module can be increased, and the drive can be performed at the same time. Ability can be improved.
乂、 待機モード時には、 半導体集積回路装置内の機能モジュールを構成する N MO Sのバックゲート電極の電位は、 ソース電極の電位より低電位とされるとと もに、 閾値電圧が高くされる。 そして、 前記 NMO Sのバックゲート電極の電位 の制御により待機モードでは、 さらに、 オフ電流が非常に小さくされるため、 能モジュールのスタンバイ電流を非常に小さくすることができる。 In the standby mode, the potential of the back gate electrode of the NMOS constituting the functional module in the semiconductor integrated circuit device is set lower than the potential of the source electrode, and the threshold voltage is set higher. And the potential of the back gate electrode of the NMOS In the standby mode, the off-state current is further reduced in the standby mode, so that the standby current of the active module can be reduced significantly.
以上述べたように、 第 1実施例の基板バイアス制御回路は、 動作モード時の高 速化と待機モード時の低消費電力化の両面を実現することを可能とし、 かつ、 基 板バイアス制御回路を構成する第 1の信号電圧レベル変換回路 (プロック A 1 ) において、 電源間に定常的に流れる電流経路を無くすことができ、 動作モードか ら待機モード及び待機モ一ドから動作モードに切り替わった後のスタンバイ電流 を非常に小さくすることができる。  As described above, the substrate bias control circuit of the first embodiment makes it possible to realize both high speed in the operation mode and low power consumption in the standby mode. In the first signal-voltage level conversion circuit (block A 1), the current path that constantly flows between the power supplies can be eliminated, and the mode is switched from the operation mode to the standby mode and from the standby mode to the operation mode. The subsequent standby current can be made very small.
さらに、 第 1実施例の基板バイアス制御回路は、 基板バイアス制御回路から機 能モジュールへの高速な充放電を可能とし、 動作モードから待機モード、 あるい は待機モ一ドから動作モードへのモード変化を高速に行なうことができる。 又、 図 1には第 1のバッファ論埤回路 (ブロック A 2 ) をインバ一夕 2個にて形成し た例について記載したが、 これに限定されることなく、 所望の数のインバ一タに より構成することができる。 、 図 1には第 1のバッファ論理回路 (ブロック A 2 ) を前記第 1の信号電圧レベル変換回路と機能モジュールとのィ ンターフェ一 ス部として記載したが、 この基板バイアス制御回路を適用する製品の仕様により、 前述したようなモード変化におけるスピ一ドを特に考慮する必要がなければ、 前 記第 1のバッファ論理回路 (ブロック A 2 ) を設けなくても良い。 尚、 第 1のバ ッファ論理回路 (ブロック A 2 ) は、 イ ンバータ回路、 N A N D回路、 N O R回 路等の他の論理回路により構成することもできる。  Further, the substrate bias control circuit of the first embodiment enables high-speed charging and discharging of the function module from the substrate bias control circuit, and the mode from the operation mode to the standby mode or from the standby mode to the operation mode. Changes can be made at high speed. FIG. 1 shows an example in which the first buffer logic circuit (block A 2) is formed by two inverters. However, the present invention is not limited to this. It can be configured by In FIG. 1, the first buffer logic circuit (block A 2) is described as an interface between the first signal voltage level conversion circuit and the functional module. According to the specifications described above, the first buffer logic circuit (block A 2) need not be provided unless it is necessary to particularly consider the speed in the mode change as described above. Incidentally, the first buffer logic circuit (block A2) can be constituted by another logic circuit such as an inverter circuit, a NAND circuit, a NOR circuit and the like.
又、 第 1実施例の基板バイアス制御回路は、 回路を構成する各 M O S トランジ スタに高電圧のス トレスが印加されない様に設計されている。 すなわち、 動作電 圧が 3 Vであって、 ゲート一ソース間に 3 . 3 Vの電圧が印加されるように設計 されており、 さらに電圧のマージンが ± 1 0 %とされている。 よって、 ゲ一 トー ソース間, ゲ一トードレイン間, ゲートーゥエル間における電圧は夫々 3 . 6 V 以下になるように形成されているので、 基板バイアス制御回路を構成する各 M O S トランジスタのゲート酸化膜を特に厚くすることなく形成できる。 従って、 本 実施例の基板バイアス制御回路はすべての M O S トランジスタを同じ厚さのゲー ト酸化膜で形成できるので、 容易なプロセスにて形成することができるとともに、 MO S トランジスタのゲート酸化膜の長期信頼性を向上させることができ、 半導 体集積回路装置の信頼性も向上することができ、 且つ、 高集積化に対応したゲー ト酸化膜の薄膜化に対応することができる。 Further, the substrate bias control circuit of the first embodiment is designed so that a high-voltage stress is not applied to each MOS transistor constituting the circuit. That is, the operating voltage is 3 V, the voltage is designed to be 3.3 V between the gate and the source, and the voltage margin is ± 10%. Therefore, the voltage between the gate source, the gate drain, and the voltage between the gate and the well are formed to be 3.6 V or less, respectively, so that the gate oxide film of each MOS transistor constituting the substrate bias control circuit is particularly required. It can be formed without thickening. Therefore, in the substrate bias control circuit of the present embodiment, all the MOS transistors can be formed by the gate oxide film having the same thickness, and thus can be formed by an easy process. The long-term reliability of the gate oxide film of the MOS transistor can be improved, the reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved, and the thickness of the gate oxide film corresponding to high integration can be reduced. Can respond.
更に、 第 1実施例の ¾板バイアス制御回路は、 第 1の信号電圧レベル変換回路 (ブロヅク A 1 ) は、 PMO S Q 1 6 , Q 1 8 , Q 20 , Q 22を同一領域の N ゥエル内に形成し、 この Nゥエルを後で述べる第 2実施例の電源電圧 Vdd2 (例 えば +4V) に給電してもよい。 よって、 後に述べる第 2実施例の第 2の信号電 圧レベル変換回路 (ブロヅク B 1 ) を構成する PMO S Q 30 , Q 32 , Q 34 , Q 36及び 2の,倫理回路 (ブロック B 2 ) を構成する PMO SQ 38 , Q 40 あるいは第 4実施例の第 2のインバー夕回路 (ブロック B 3) を構成する PM〇 S Q 42と同一の Nゥエル領域に形成することができるため、 レイァゥト面積を 小さくすることが出来る。 乂、 特に第 1の信号電圧レベル変換回路 (ブロック A 1 ) の NMO SQ 23 , Q 25を各々独立した Pゥエル領域に形成することによ つて、 バックゲート電極の電位が剐御でき、 前記バックゲート電極とソース電極 が同電位とされるため、 閾値電圧が低くされ、 且つドレイン · ゾ一ス電流が多く 流れるようにされ、 第 1の信号電圧レベル変換回路 (ブロック A 1 ) が高速動作 できると共に、 ドライブ能力を向上することができる。  Further, in the first embodiment, the first plate voltage control circuit (block A 1) uses the PMO SQ 16, Q 18, Q 20, and Q 22 within the N-level of the same area. The N-well may be supplied to the power supply voltage Vdd2 (for example, +4 V) of the second embodiment described later. Therefore, the ethics circuit (block B 2) of PMO SQ 30, Q 32, Q 34, Q 36, and 2 constituting the second signal voltage level conversion circuit (block B 1) of the second embodiment described later is used. The layout area can be reduced because it can be formed in the same N-level region as the PMO SQ 38 and Q 40 constituting the second inverter circuit (block B3) of the fourth embodiment and the PM〇SQ 42 constituting the fourth embodiment. You can do it. By forming the NMO SQ23, Q25 of the first signal voltage level conversion circuit (block A1) in an independent P-well region, in particular, the potential of the back gate electrode can be controlled. Since the gate electrode and the source electrode have the same potential, the threshold voltage is reduced, and a large drain-source current flows, so that the first signal voltage level conversion circuit (block A 1) can operate at high speed. At the same time, the drive capacity can be improved.
第 1実施例に係る NM〇 S用の基板バイアス制御回路は、 半導体集積回路装置 外部より電源電圧 Vddl (例えば + 2V) 、 及び接地電圧 Vssl (例えば ± 0V) とは別に新たに NM〇 Sの Pゥェル向けに接地電圧 Vss2 (例えば一 2 V) が供 給されているが、 代わりに半導体集積回路装置内にリング発振器に基づくチヤ一 ジ 'ポンプ回路を構成し、 負電位を発生させることもできる。 ただし、 この場合 は電圧供給が不安定であり、 図 1に示される基板バイアス制御回路と比較すると、 消費電力の点で劣る。  The substrate bias control circuit for NM〇S according to the first embodiment includes a new NM〇S separately from the power supply voltage Vddl (for example, +2 V) and the ground voltage Vssl (for example, ± 0 V) from outside the semiconductor integrated circuit device. Although the ground voltage Vss2 (for example, 12 V) is supplied for the P-well, it is also possible to configure a charge pump circuit based on a ring oscillator in the semiconductor integrated circuit device to generate a negative potential instead. it can. However, in this case, the voltage supply is unstable, and the power consumption is inferior to the substrate bias control circuit shown in FIG.
又、 この基板バイアス制御回路を用いて、 半導体集積回路装置の閾値電圧のバ ラツキを自己補正することも出来る。 前述したように、 MOS トランジスタの閾 値電圧は、 製造上約 1 0%の誤差が生じるが、 近年の電源電圧の低電圧化という 課題に対し、 前記チャージ 'ポンプ, リーク電流検出回路, 及び本実施例の基板 バイァス制御回路を用いて、 動作時にバックゲート電極と接続された電源配線を 制御することにより、 閾値 ¾圧を補償することができる。 Further, by using the substrate bias control circuit, it is possible to self-correct the variation of the threshold voltage of the semiconductor integrated circuit device. As described above, the threshold voltage of a MOS transistor has an error of about 10% in manufacturing. However, in order to reduce the power supply voltage in recent years, the charge pump, the leakage current detection circuit, and the Using the substrate bias control circuit of the embodiment, the power supply wiring connected to the back gate electrode during operation is By controlling, the threshold pressure can be compensated.
<第 2実施例〉  <Second embodiment>
図 3には、 本発明の第 2実施例に係る PMO S用の基板バイァス制御回路が示 され、 図 4には各部の信号波形を示すタイ ミングチヤ一卜図が示される。  FIG. 3 shows a substrate bias control circuit for a PMOS according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows a timing chart showing signal waveforms of various parts.
図 3に示される基板バイアス制 回路は、 第 2の 号電圧レベル変換回路 (ブ ロック B 1 ) と第 2のバッファ論理回路 (ブロック B 2 ) によって構成されてい る。 そして、 ^導体集積回路装置外部より電源 '®圧 Vdd 1 = + 2 V、 及び接地電 圧 Vssl =± 0Vと、 新たに PMO Sの Nゥエル向けに例えば電源電圧 Vdd2 = + 4 Vが供給される。 、 動作モード、 及び待機モードの tjlり替えは、 例えば電 源電圧 V dd 1 =十 2 Vと接地電圧 V ss 1 = ± 0 Vで論珲 幅が規定されるチップ ' イ ネ一ブル 号 C Ε , ス リーブ ' モー ド制御信号 S Μ, パワー ' ダウン信号 Ρ Dのうちのいずれかによつて行われる。 パワー . ダウン信号 PD, スリーブ -モ ―ド制御信号 SMは、 機能モジュールをァクティブにするかしないかを命令する 信号であり、 ¾明の基板バイアス制御回路を適用した製品ごとに予め設けられ た信号を使用して、 ι 記チップ · ィネーブル信号 CE, パワー · ダウン信号 PD, スリ一プ ·モード制御信号 SM, あるいは前記機能を有する信号のいずれも使用 することができる。  The substrate bias control circuit shown in FIG. 3 includes a second signal voltage level conversion circuit (block B 1) and a second buffer logic circuit (block B 2). Then, the power supply voltage Vdd 1 = +2 V, the ground voltage Vssl = ± 0 V, and the power supply voltage Vdd2 = +4 V, for example, are newly supplied to the PMOS N-level from outside the conductor integrated circuit device. You. The switching of the tjl between the operation mode and the standby mode is performed, for example, by using a chip さ れ る enable signal C whose logic width is defined by the power supply voltage V dd 1 = 12 V and the ground voltage V ss 1 = ± 0 V. ,, sleep 'mode control signal SΜ, power down signal ΡD. Power down signal PD, sleeve-mode control signal SM is a signal that instructs whether to activate a functional module or not, and is a signal that is provided in advance for each product to which the described substrate bias control circuit is applied. , The chip enable signal CE, the power down signal PD, the sleep mode control signal SM, or any of the signals having the above functions can be used.
次に、 図 3に示される基板バイアス制御回路の動作を、 図 4に示されるタイ ミ ングチヤー卜を用いて説明する。  Next, the operation of the substrate bias control circuit shown in FIG. 3 will be described using a timing chart shown in FIG.
チップ . ィネーブル^号 C Eがハイレベルに設定されることにより、 半導体集 積回路装置の機能モジュールは動作モードに設定される。 そして、 第 2の信号鼋 圧レベル変換回路 (ブロック B 1 ) の NMO SQ 33がオン状態とされて、 ラィ ン V 1の電位が士 0 Vに変化することから NMO S Q 37もオン状態とされ、 ラ イン V 3の電位も士 0 Vに変化する。  When the chip enable signal CE is set to the high level, the functional module of the semiconductor integrated circuit device is set to the operation mode. Then, the NMO SQ 33 of the second signal voltage level conversion circuit (block B 1) is turned on, and since the potential of the line V1 changes to 0 V, the NMO SQ 37 is also turned on. The potential of line V3 also changes to 0V.
そして、 PMO SQ 34と、 前述したオン状態である NMO S Q 33 , Q 37 とを介して、 ライン V 5の電位が低下し、 前記ライン V 5の電位が + 2 V + Vth (Vth: PMO S Q 34の閾値電圧) に達することにより、 PMO S Q 34がォ フ状態とされる。 前記ライン V 5の電位が + 2 V + Vth ( Vth: PMO S Q 34の閾値電圧) に 達することにより、 PMO SQ 32はオン状態とされ、 ライン V 6の電位が +4 Vに変化する。 前^!ライ ン V 6の電位が + 4 Vに変化することにより、 PMOS Q 30がオフ状態とされ、 P M 0 S Q 36がオン状態とされることからライ ン V 4の電位は十 4 Vに変化する。 Then, the potential of the line V5 decreases through the PMO SQ34 and the NMO SQ33 and Q37 which are in the above-mentioned ON state, and the potential of the line V5 becomes +2 V + Vth (Vth: PMO SQ 34, the PMO SQ 34 is turned off. When the potential of the line V5 reaches + 2V + Vth (Vth: threshold voltage of the PMO SQ34), the PMO SQ32 is turned on, and the potential of the line V6 changes to + 4V. Since the potential of the line V6 changes to +4 V, the PMOS Q30 is turned off, and the PM0SQ36 is turned on. Changes to
又、 前記チップ ' イネ一ブル信号 CEの反転信号 C E (バー) はローレベルに 設定されているため、 NMO S Q 3 5はオフ状態とされ、 ライ ン V 2の電位は + 2 V- Vth (Vth: NMO S Q 39の閾値電圧) に変化するため、 NMO S Q 3 9はオフ状態とされる。  Further, since the inverted signal CE (bar) of the chip enable signal CE is set to low level, the NMO SQ 35 is turned off, and the potential of the line V 2 becomes +2 V−Vth ( Vth: threshold voltage of NMO SQ 39), so that NMO SQ 39 is turned off.
そして、 前記第 2の信号電圧レベル変換回路 (ブロック B 1 ) の出力端子の電 位、 すなわちライ ン V 5の電位が、 第 2のバッファ論理回路 (ブロック B 2 ) を 構成する PMO SQ 38と NMO S Q4 1からなるィンバータ回路の各々のゲー ト鼋極に入力される。 ここで、 t¾記第 2のバッファ論理回路 (ブロック B 2) は、 前記第 2の信号電圧レベル変換回路 (ブロック B 1 ) と全機能モジュールにおけ る Nゥエルとのインタ一フエース回路であり、 チヅブ全体の Nゥエルに対して行 なわれる充放電の駆動回路となる。 従って、 駆動電流の負荷容量が大きくなるた め、 初段のィンバ一タ回路のチャネル幅を小さく形成し波形整形を行なわせるよ うにし、 次段のィンバータ回路のチャネル幅を大きく形成して充放電時間を短く なるようにすることが望ましい。  Then, the potential of the output terminal of the second signal voltage level conversion circuit (block B 1), that is, the potential of the line V 5, is connected to the PMO SQ 38 constituting the second buffer logic circuit (block B 2). Input to each gate terminal of the inverter circuit composed of NMO S Q41. Here, the second buffer logic circuit (block B 2) is an interface circuit between the second signal voltage level conversion circuit (block B 1) and the N-level in all functional modules, It is a drive circuit for charging and discharging the N-well of the entire chip. Therefore, since the load capacity of the drive current becomes large, the channel width of the first-stage inverter circuit is made small to perform waveform shaping, and the channel width of the next-stage inverter circuit is made large to charge and discharge. It is desirable to shorten the time.
そして、 PMO S Q 38がオン状態, NM〇 S Q 4 1がオフ状態にされること から、 ライン V 7の電位が + 4 Vに変化する。 出力信号の電位、 すなわちライン V 7の電位が、 PMO SQ 40と NMO SQ43からなるィンバ一夕回路の各々 のゲ一ト電極に入力されることにより、 PMO S Q 40がオフ状態, NMO SQ 43がオン状態にされる。 よって、 半導体集積回路装置内の機能モジュールに形 成された PMO Sの Nゥエルに電圧 Vnw=+ 2 Vの電位が印加される。  Then, since the PMO S Q 38 is turned on and the NM〇S Q 41 is turned off, the potential of the line V 7 changes to +4 V. When the potential of the output signal, that is, the potential of the line V7 is input to each gate electrode of the inverter circuit composed of the PMO SQ40 and the NMO SQ43, the PMO SQ40 is turned off, and the NMO SQ43 is turned off. It is turned on. Therefore, the potential Vnw = + 2 V is applied to the N-well of the PMOS formed in the functional module in the semiconductor integrated circuit device.
半導体集積回路装置内の機能モジュールに形成された PMO Sの Nゥエルに電 圧 Vnw=+ 2 Vの電位が印加さわると、 例えば、 図 1 9 (a) , 図 1 9 (b) に 示される、 機能モジュール内のィンバータ回路 I N V 1を構成する PMO S Q 2 において、 ゾ一ス電極に電源電圧 Vdd 1 (+ 2 V) , バックゲート電極に電圧 V n ( + 2 V ) が印加される。 このため、 バックゲート電極とソース電極は同電位 とされ、 図 32 ( b) に示される状態 P 1 (閾値電圧 =約— 0. 3V) , 状態 P 2 (閾値電圧-約一 0. 5 V) , 状態 P 3 (閾値電圧二約— 0. 7V) のうちの いずれかの状態と同様の特性を示すため、 閾値亀圧が絶対値で低く、 つドレイ ン ' ソース電流が絶対値で多く流れる。 これは、 、 導体集積回路装置内の機能モ ジュールを構成する他の論理回路, ラッチ回路, 乗算器等の回路についても同様 の特性を示すものである。 When a potential of Vnw = + 2 V is applied to the N-well of a PMOS formed in a functional module in a semiconductor integrated circuit device, for example, as shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b) In the PMO SQ 2 that constitutes the inverter circuit INV 1 in the function module, the power supply voltage Vdd 1 (+ 2 V) is applied to the source electrode, and the voltage V is applied to the back gate electrode. n (+2 V) is applied. For this reason, the back gate electrode and the source electrode are set to the same potential, and the state P 1 (threshold voltage = about --0.3 V) and the state P 2 (threshold voltage-about 0.5 V) shown in FIG. ), State P 3 (threshold voltage is about 0.7 V), so the threshold voltage is low in absolute value and the drain current is large in absolute value. Flows. This shows similar characteristics for other logic circuits, latch circuits, multipliers, and other circuits that constitute functional modules in the semiconductor integrated circuit device.
次に、 図 3及び図 4に示すように、 前記チップ · イネ一ブル信号 CEがローレ ベルに設定されることにより、 半導体集積回路装置内の機能モジュールは待機モ ードに設定され、 Ηί記チップ ' ィネーブル信号 CEの反転信号 CE (バー) がハ ィレベルに設定される。 よって、 第 2の 号電圧レベル変換回路 (ブロック Β 1 ) の NM〇 S Q 35がオン状態とされ、 ライン V 2の電位が ± 0 Vに変化すること から NMOS Q 39もオン状態とされ、 ライン V 4の電位も ± 0 Vに変化する。 ライン V 6の電位は PMO SQ 36と、 前述したォン状態の Ν Μ 0 S Q 35 , Q 39とを介して電位が低下し、 ラィン V 6の電位が + 2 V + Vth (Vth: PM OSQ 36の閾値電圧) に達することにより、 PM〇 S Q 36はオフ状態とされ 前記ラィン V 6の電位が + 2 V + Vth (Vth: PMO S Q 36の閾値電圧) に 達することにより、 PMO S Q 30はオン状態とされ、 ライ ン V 5の電位が +4 Vに変化する。 前記ライ ン V 5の^位が + 4 Vに変化することにより、 PMOS Q 32がオフ状態, PMO S Q 34がオン状態とされることから、 ライン V 3の 電位は + 4 Vに変化する。  Next, as shown in FIGS. 3 and 4, when the chip enable signal CE is set to the low level, the functional module in the semiconductor integrated circuit device is set to the standby mode. The inverted signal CE (bar) of the chip enable signal CE is set to high level. Accordingly, the NM〇SQ 35 of the second signal voltage level conversion circuit (block # 1) is turned on, and the potential of the line V2 changes to ± 0 V, so that the NMOS Q39 is also turned on and the line The potential of V4 also changes to ± 0V. The potential of the line V 6 drops through the PMO SQ 36 and the above-mentioned ON state Ν 0 SQ 35 and Q 39, and the potential of the line V 6 becomes +2 V + Vth (Vth: PM OSQ When the potential of the line V 6 reaches +2 V + Vth (Vth: threshold voltage of the PMO SQ 36), the PMO SQ 30 is turned off. The transistor is turned on, and the potential of the line V5 changes to + 4V. When the potential at the line V5 changes to + 4V, the PMOS Q32 is turned off and the PMOS Q34 is turned on, so that the potential of the line V3 changes to + 4V.
又、 前記チヅプ ' イネ一ブル信号 CEは口一レベルに設定されているため、 N MO SQ 33はオフ状態とされ、 ライ ン V 1の電位は + 2 V— Vth (Vth: NM OS Q 37の閾値電圧) に変化するため、 NMO Q 37はオフ状態とされる。 この第 2の信号電圧レベル変換回路 (ブロック B 1 ) の出力端子の電位、 すな わちライン V 5の電位が、 第 2のバッファ論理回路 (ブロック B 2 ) を構成する PMO S Q 38と NMOS Q4 1からなるィンバータ回路の各々のゲ一卜電極に 入力されることにより、 PMO S Q 38がオフ状態, NMOS Q4 1がオン状態 とされることからライン V 7の電位が + 2 Vに変化する。 Further, since the chip enable signal CE is set to the mouth level, the NMO SQ 33 is turned off, and the potential of the line V 1 is +2 V—Vth (Vth: NM OS Q 37 NMO Q 37 is turned off. The potential of the output terminal of the second signal voltage level conversion circuit (block B 1), that is, the potential of the line V 5 is equal to the potential of the PMO SQ 38 and the NMOS constituting the second buffer logic circuit (block B 2). PMO SQ 38 is turned off and NMOS Q41 is turned on by input to each gate electrode of the inverter circuit consisting of Q41. Therefore, the potential of the line V7 changes to +2 V.
出力信号電位すなわちライン V 7の電位が、 PMO SQ 40と NMO SQ 43 からなるィンバ一タ回路の各々のゲート電極に入力されることにより、 PMOS Q40がオン状態, NMO S Q 43がオフ状態とされる。 したがって、 半導体集 積回路装匱内の機能モジュールに形成された P M 0 Sの Nゥエルに電圧 Vnw = + 4 Vの電位が印加される。  When the output signal potential, that is, the potential of the line V7, is input to each gate electrode of the inverter circuit composed of the PMO SQ 40 and the NMO SQ 43, the PMOS Q 40 is turned on and the NMO SQ 43 is turned off. You. Therefore, a potential of voltage Vnw = + 4 V is applied to the N-well of PM0S formed in the functional module in the semiconductor integrated circuit device.
半導体集積回路装置内の機能モジュールに形成された PMO Sの Nゥエルに電 圧 Vnw= + 4 Vの電位が印加されると、 例えば、 図 1 9 (a) , 図 1 9 (b) に 示される、 機能モジュール内のィンバータ回路 I N V 1を構成する PMO S Q 2 において、 ソース電極に電源電圧 Vdd 1 (+ 2 V) , バックゲート電極に電圧 V n ( + 4 V ) が印加される。 このため、 前記バックゲート電極の電位は、 ソース 電極の電位より高電位となり、 図 32 (b) に示される P Aだけシフ トした状態 P 3 (閲値; 圧-約— 0. 7V) , PBだけシフ ト した状態 P 4 (閾値 ¾圧=約 一 0. 9V) , P Cだけシフ ト した状態 P 5 (閾値電圧 =約一 1. I V) のいず れかの状態に変化するため、 閾値電圧が絶対値で高くされ、 且つオフ電流が絶対 値で非常に小さくされる。 これは、 半導体集積回路装置内の機能モジュールを構 成する他の論理回路, ラッチ回路, 乗算器等の回路についても同様の特性を示す ものである。  When a potential of Vnw = + 4 V is applied to the N-well of the PMOS formed in the functional module in the semiconductor integrated circuit device, for example, as shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b) In the PMO SQ 2 configuring the inverter circuit INV 1 in the functional module, the power supply voltage Vdd 1 (+2 V) is applied to the source electrode, and the voltage Vn (+4 V) is applied to the back gate electrode. For this reason, the potential of the back gate electrode becomes higher than the potential of the source electrode, and only the PA shown in FIG. 32 (b) is shifted by P3 (reference value: pressure-about -0.7 V), PB The threshold value changes to either P4 (threshold voltage = approx.0.9V) or PC5 (threshold voltage = approx. 1.IV). The voltage is made high in absolute value, and the off-current is made very small in absolute value. This shows similar characteristics for other logic circuits, latch circuits, multipliers, and other circuits that constitute functional modules in the semiconductor integrated circuit device.
従って、 動作モード時は半導体集積回路装置内の機能モジュールを構成する P MO Sのバックゲ一ト電極とソース電極が同電位に設定されるため、 PMO Sは 閾値電圧が絶対値で低くされ、 且つドレイン · ソース電流が絶対値で多く流れる ようにされる。 さらに、 前記 PMO Sのバックゲート電極の電位の制御により、 動作モード時の機能モジュールを構成する MO S トランジスタのスィツチング制 御を高速化できると共に、 ドライブ能力が向上できる。  Therefore, in the operation mode, since the back gate electrode and the source electrode of the PMOS constituting the functional module in the semiconductor integrated circuit device are set to the same potential, the threshold voltage of the PMOS is reduced in absolute value, and The drain and source currents are made to flow in absolute values. Further, by controlling the potential of the back gate electrode of the PMOS, the switching control of the MOS transistor constituting the functional module in the operation mode can be speeded up, and the driving capability can be improved.
又、 待機モード時には、 半導体集積回路装置内の機能モジュールを構成する P MO Sのバックゲート電極の電位は、 ソース電極の電位よりも高電位とされ、 閾 値電圧が絶対値で高くされ、 且つオフ電流が絶対値で非常に小さくされる。 前記 PMO Sのバックゲート電極の電位の制御により、 待機モ一ド時の機能モジユー ルのスタンバイ電流が非常に小さくできる。 以上述べたように、 第 2 ¾施例の基板バイアス制御回路は、 動作モード時の高 速化と待機モード時の低消費電力化の両面を実現することが出来ると共に、 基板 バイアス制御回路を構成する第 2の信号電圧レベル変換回路 (ブロック B 1 ) に おいて、 電源問に定常的に流れる電流絰路が存在しないため、 動作モードから待 機モ一ドに切り替わった後及び^機モードから動作モードに切り替わった後のス 夕ンバイ電流を非常に小さくできる。 In the standby mode, the potential of the back gate electrode of the PMOS constituting the functional module in the semiconductor integrated circuit device is higher than the potential of the source electrode, the threshold voltage is increased in absolute value, and The off current is made very small in absolute value. By controlling the potential of the back gate electrode of the PMOS, the standby current of the functional module in the standby mode can be extremely reduced. As described above, the substrate bias control circuit of the second embodiment can realize both high speed operation in the operation mode and low power consumption in the standby mode, and also constitutes the substrate bias control circuit. In the second signal voltage level conversion circuit (block B 1), there is no current path flowing constantly between the power supply, so after switching from the operation mode to the standby mode and from the The standby current after switching to the operation mode can be made very small.
さらに、 第 2実施例の基板バイアス制御回路は、 基板バイアス制御回路から機 能モジュールへの高速な充放電を可能とし、 動作モードから待機モード、 あるい は待機モードから動作モードへのモード変化を高速に行なうことができる。 乂、 図 3には第 2のバッファ論理回路 (ブロック B 2 ) をインバー夕 2個にて形成し た例について 己載した力 これに限定されることなく、 所望の数のインバータに より構成することができる。 乂、 図 3には第 2のバッファ論理回路 (ブロック B 2 ) を前記第 2の f 電圧レベル変換回路と機能モジュールとのィンターフェ一 ス部として記載したが、 この基板バイアス制御回路を適用する製品の仕様により、 前述したようなモード変化におけるスピ一ドを特に考慮する必要がなければ、 前 記第 2のバッファ論理回路 (ブロック B 2 ) を設けなくても良い。 尚、 第 2のバ ヅ フ ァ論理回路 (ブロック B 2 ) は、 インバー夕回路、 N A N D回路、 N O R回 路等の他の論理回路により構成することもできる。  Furthermore, the substrate bias control circuit of the second embodiment enables high-speed charging and discharging of the function module from the substrate bias control circuit, and changes the mode from the operation mode to the standby mode or from the standby mode to the operation mode. It can be performed at high speed. Ai, Fig. 3 shows an example in which the second buffer logic circuit (block B 2) is formed by two invertors. Self-loaded force. It is not limited to this, and is composed of a desired number of inverters. be able to. Ai, FIG. 3 describes the second buffer logic circuit (block B 2) as an interface between the second f-voltage level conversion circuit and the functional module. A product to which this substrate bias control circuit is applied According to the above specification, the second buffer logic circuit (block B 2) need not be provided unless it is necessary to particularly consider the speed in the mode change as described above. Incidentally, the second buffer logic circuit (block B2) can be constituted by another logic circuit such as an inverter circuit, a NAND circuit, a NOR circuit and the like.
又、 第 2実施例の基板バイアス制御回路は、 回路を構成する各 M O S トランジ スタに高電圧のス トレスが印加されない様に設計されている。 すなわち、 動作電 圧が 3 Vであって、 ゲ一トーソース間に 3 . 3 Vの電圧が印加されるように設計 されており、 さらに電圧のマージンが ± 1 0 %とされている。 よって、 ゲ一卜一 ソース間, ゲート一ドレイン間, ゲートーゥエル間における電圧は夫々 3 . 6 V 以下になるように形成されているので、 基板バイアス制御叵路を構成する各 M O S トランジスタのゲ一ト酸化膜を特に厚くすることなく形成できる。 従って、 本 実施例の基板バイアス制御回路に れば、 チップ上において機能モジュールを構 成する M O S トランジスタと周辺回路を構成する M O S トランジスタとを同じ厚 さのゲー卜酸化膜にて形成することができるので、 容易なプロセスにて形成する ことができるとともに、 M O S トランジスタのゲート酸化膜の長期信頼性を向上 させることができ、 半導体集積回路装置の信頼性も向上することができ、 且つ、 高集積化に対応したゲート酸化膜の薄膜化に対応できる。 Further, the substrate bias control circuit of the second embodiment is designed so that a high-voltage stress is not applied to each MOS transistor constituting the circuit. That is, the operating voltage is 3 V, the voltage is designed to be 3.3 V between the gate sources, and the voltage margin is ± 10%. Therefore, the voltage between the gate and the source, the voltage between the gate and the drain, and the voltage between the gate and the well are formed to be 3.6 V or less, respectively, so that the gate of each MOS transistor constituting the substrate bias control circuit is formed. The oxide film can be formed without particularly increasing the thickness. Therefore, according to the substrate bias control circuit of the present embodiment, the MOS transistors forming the functional module and the MOS transistors forming the peripheral circuit can be formed on the chip with the gate oxide films having the same thickness. Therefore, it can be formed by an easy process and improves the long-term reliability of the gate oxide film of the MOS transistor. Therefore, the reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved, and the thickness of the gate oxide film corresponding to high integration can be reduced.
更に、 第 2の信号電圧レベル変換回路は、 NMO S Q 33 , Q 35 , Q 37 , Q 39を同一領域の Pゥエル内に形成し、 この Nゥエルを前述の第 1実施例の接 地電圧 Vss2 (例えば— 2 V) に接続することによって、 第 1実施例の第 1の信 号電圧レベル変換回路 (プロック A 1 ) を構成する N MO S Q 19 , Q 2 1 , Q 23 , Q 25及び第 1のバッファ論理回路 (プロック A 2 ) を構成する NMO S Q 2 7 , Q 29あるいは後で述べる第 3実施例の第 1のィンバ一夕回路 (プロッ ク A 3 ) を構成する PMO S Q 3 1と同一の Pゥェル領域に形成することが出来 るため、 レイアウ ト面積を小さくすることが出来る。 又、 特に第 2の信号電圧レ ベル変換回路 (ブロック B 1 ) における PMO S Q 34 , Q 36を各々独立した Nゥエル領域に形成することによって、 バックゲート電極とソース電極を同電位 とすることができるため、 閾値電圧を絶対値で低くでき、 且つドレイン · ソース 電流が絶対値で多く流れるようになり、 第 2の信号電圧レベル変換回路 (プロッ ク B 1 ) が高速に動作できると共に、 ドライブ能力を向上することができる。 第 2実施例に係る PMO S用の基板バイアス制御回路は、 半導体集積回路装置 外部より電源氅圧 Vddl (例えば + 2V) 及び接地電圧 Vssl (例えば ± 0V) とは別に、 新たに PMO Sの Nゥエル向けに電源電圧 Vdd2 (例えば +4V) が 供給されていたが、 代わりに半導体集積回路装置内にリング発振器に基づくチヤ —ジ 'ポンプ回路を構成し、 正電位を発生させても良い。 ただし、 この場合は電 圧供給が不安定であり、 図 3に示される基板バイアス制御回路と比較すると、 消 費電力の点で劣る。  Further, the second signal voltage level conversion circuit forms NMO SQ33, Q35, Q37, and Q39 in the P-well of the same area, and connects this N-well to the ground voltage Vss2 of the first embodiment. (For example, −2 V), the N MO SQ 19, Q 21, Q 23, Q 25 and the first signal voltage level conversion circuit (block A 1) of the first embodiment constitute a first signal voltage level conversion circuit (block A 1). NMO SQ27, Q29 constituting the first buffer logic circuit (block A2) or PMO SQ31 constituting the first receiver circuit (block A3) of the third embodiment described later. Since they can be formed in the same P-well region, the layout area can be reduced. In particular, by forming the PMO SQ 34 and Q 36 in the second signal voltage level conversion circuit (block B 1) in independent N-well regions, the back gate electrode and the source electrode can have the same potential. As a result, the threshold voltage can be reduced in absolute value, and the drain-source current can flow in absolute value, so that the second signal voltage level conversion circuit (block B 1) can operate at high speed and have the driving capability. Can be improved. The substrate bias control circuit for the PMOS according to the second embodiment is newly provided with a NPM of the PMOS separately from the external power supply voltage Vddl (for example, +2 V) and the ground voltage Vssl (for example, ± 0 V) from the outside of the semiconductor integrated circuit device. Although the power supply voltage Vdd2 (for example, + 4V) is supplied to the well, a charge pump circuit based on a ring oscillator may be formed in the semiconductor integrated circuit device instead to generate a positive potential. However, in this case, the voltage supply is unstable, and the power consumption is inferior to that of the substrate bias control circuit shown in FIG.
又、 この基板バイアス制御回路を用いて、 半導体集積回路装置の閾値電圧のバ ラツキを自己補正することも出来る。 前述したように、 MO S トランジスタの閾 値電圧は、 製造上約 1 0%の誤差が生じるが、 近年の電源 圧の低電圧化という 課題に対し、 前記チャージ 'ポンプ, リーク電流検出回路, 及び本実施例の基板 バイァス制御回路を用いて、 動作時にバックゲー卜電極と接続された電源配線を 制御することにより、 閾値電圧を補償することができる。 <第 3実施例 > Further, by using the substrate bias control circuit, it is possible to self-correct the variation of the threshold voltage of the semiconductor integrated circuit device. As described above, the threshold voltage of the MOS transistor has an error of about 10% in manufacturing. However, in order to reduce the power supply voltage in recent years, the charge pump, the leak current detection circuit, and the The threshold voltage can be compensated by controlling the power supply wiring connected to the back gate electrode during operation by using the substrate bias control circuit of the present embodiment. <Third embodiment>
図 5には、 本発明の第 3実施例に係る NMO S用の基板バイアス制御回路が示 される。 本実施例の基板バイアス制御回路は、 図 1に示される第 1の信号電圧レ ベル変換回路 (ブロック A 1 ) と第 1のバッファ論理回路 (プロック A 2 ) の間 に、 第 1のバッファ論理回路 (ブロック A2 ) を構成する PMO Sよりも長いチ ャネル長、 小さいチャネル幅、 高い閾値電圧のうちのいずれかの方法により形成 された PMO Sを用いて構成された波形整形用の第 1のィンバ一夕回路 (プロッ ク A 3) が追加された構成となっている。 尚、 第 3実施例の基板バイアス制御回 路における回路動作が、 図 6の各部信号波形のタイ ミングチャート図に示される が、 回路動作が第 1実施例の基板バイアス制御回路と同一部分については同一参 照符号を付し、 第 1実施例にて説明した内容とそれに対応する作用効果について は説明の繰り返しは省略する。 尚、 第 1のイ ンバ一タ回路 (ブロック A3) を追 加することにより、 第 1の信号電圧レベル変換回路 (ブロ ク A 1 ) の出力端子 は、 ライン V 6の電位の反転信号であるライン V 5に接続変更される。  FIG. 5 shows a substrate bias control circuit for NMOS according to a third embodiment of the present invention. The substrate bias control circuit according to the present embodiment includes a first buffer logic circuit between the first signal voltage level conversion circuit (block A 1) and the first buffer logic circuit (block A 2) shown in FIG. The first circuit for waveform shaping configured using a PMOS formed by any one of a longer channel length, a smaller channel width, and a higher threshold voltage than the PMOS constituting the circuit (block A2) The configuration is the same as that of the above-mentioned circuit (block A3). The circuit operation in the substrate bias control circuit of the third embodiment is shown in the timing chart of the signal waveforms of each part in FIG. 6, but the circuit operation is the same as that of the substrate bias control circuit of the first embodiment. The same reference numerals are given, and the description of the contents described in the first embodiment and the corresponding effects will not be repeated. In addition, by adding the first inverter circuit (block A3), the output terminal of the first signal voltage level conversion circuit (block A1) is an inverted signal of the potential of the line V6. The connection is changed to line V5.
第 3実施例の基板バィァス制御 S路は、 第 1実施例に記載した N M 0 S用の基 板バイアス制御冋路のさらなる低消費電力化を図ったものである。 つまり、 図 1 に示される基板バイアス制御回路における、 第 1の信号電圧レベル変換回路 (ブ ロック A 1 ) の出力端子の電位であるライン V 5の高電位が ± 0 V— Vth ( Vth : MO S Q 23の閾値電圧) であるため、 ノ ッファ論理冋路 (ブロック A 2 ) を構成する PMO SQ 24が完全なオフ状態とはならない。 ここで、 前記第 1の バッファ論理回路 (ブロック A 2 ) は、 前記第 1の信号電圧レベル変換回路 (ブ ロック A 1 ) と全機能モジュールにおける Pゥエルとのィンターフェ一ス回路で あり、 チップ全体の Pゥエルに対して行なわれる充放電の駆動回路となる。 従つ て、 駆動電流の負荷容量が大きくなるため、 初段のインバータ回路のチャネル幅 を小さく形成し波形整形を行なわせるようにし、 次段のィンバ一夕回路のチヤネ ル幅を大きく形成して充放電時間を短くなるようにする。  The substrate bias control S path of the third embodiment is a circuit for further reducing the power consumption of the substrate bias control path for NMOS described in the first embodiment. That is, in the substrate bias control circuit shown in FIG. 1, the high potential of the line V5, which is the potential of the output terminal of the first signal voltage level conversion circuit (block A1), is ± 0 V—Vth (Vth: MO Therefore, the PMO SQ 24 that configures the buffer logic circuit (block A 2) is not completely turned off. Here, the first buffer logic circuit (block A 2) is an interface circuit between the first signal voltage level conversion circuit (block A 1) and a P-well in all functional modules, and the entire chip This is a driving circuit for charging and discharging performed on the P-well. Therefore, since the load capacity of the drive current becomes large, the channel width of the first-stage inverter circuit is made small to perform waveform shaping, and the channel width of the next-stage inverter circuit is made large to fill. Make the discharge time shorter.
しかし、 本実施例の基板バイアス制御回路においては、 接地配線層 Vsslから 接地配線層 Vss 2に流れるリーク電流を最小限に抑えるための波形整形用の第 1 のインバ一タ回路 (ブロック A3) が追加された構成となっている。 すなわち、 第 1の信号電圧レベル変換回路 (ブロック A 1 ) からの出力信号の電位、 すなわ ち、 ライン V 5の電位も NMO Sの閾値分下がってしまうので、 電圧を 2 Vの範 囲でフル振幅させるための波形整形用の第 1のィンバータ 路 (ブロック A 3) を、 第 1の電圧レベル変換回路 (ブロック A 1 ) と第 1のバッファ論理回路 (ブ ロック A 2) 間に構成したものである。 第 1のイ ンバ一タ回路 (ブロック A 3) を構成する P MO Sは、 第 1のバッファ論理回路 (ブロック A 2) を構成する P MO Sより長いチャネル ¾, 小さいチャネル幅, 高い |¾値電圧のうちのいずれか の方法により形成された PM〇 Sを用いているためリーク電流は非常に小さくな る。 However, in the substrate bias control circuit of the present embodiment, the first waveform shaping for minimizing the leak current flowing from the ground wiring layer Vssl to the ground wiring layer Vss2 is performed. The inverter circuit (block A3) has been added. That is, the potential of the output signal from the first signal voltage level conversion circuit (block A 1), that is, the potential of the line V5 also drops by the threshold value of NMOS. The first inverter circuit (block A3) for waveform shaping for full amplitude is configured between the first voltage level conversion circuit (block A1) and the first buffer logic circuit (block A2). Things. The PMOS constituting the first inverter circuit (block A3) has a longer channel よ り, a smaller channel width, and a higher | よ り than the PMOS constituting the first buffer logic circuit (block A2). Since the PM〇S formed by either of the voltage methods is used, the leakage current is extremely small.
又、 PMO Sのチャネル長、 及びチャネル幅の変更は、 マスク設計により容易 に変更出来ると共に、 高い閾値' 王の PMO Sは、 半導体プロセスにおけるチヤ ネル ' ドーズ S:等を変える必要はない。 すなわち、 第 1のバッファ論理回路 (ブ ロック A 2) を構成する P MO S Q 2 6のバックゲート電極を、 PMO SQ 26 のソース電位より高い、 電源電圧 Vddl (+ 2 V) もしくは図 3に示される電源 電圧 Vdd2 (+4 V) に接続することによって、 容易に閾値電圧を高くすること ができる。  Also, the change of the channel length and channel width of the PMOS can be easily changed by mask design, and the PMOS having a high threshold value does not need to change the channel and the dose S: in the semiconductor process. In other words, the back gate electrode of PMO SQ 26 constituting the first buffer logic circuit (block A 2) is connected to the power supply voltage Vddl (+2 V) higher than the source potential of PMO SQ 26 or shown in FIG. By connecting to the power supply voltage Vdd2 (+4 V), the threshold voltage can be easily increased.
さらに、 第 3実施例の基板バイマス制御回路は、 基板バイアス制御回路から機 能モジュールへの高速な充放電を可能とし、 動作モードから待機モード、 あるい は待機モ一ドから動作モードへのモ一ド変化を高速に行なうことができる。 又、 図 5には第 1のバッファ論理回路 (ブロック A2 ) をインバ一夕 2個にて形成し た例について記載したが、 これに限定されることなく、 所望の数のインバ一夕に より構成することができる。 又、 図 5には第 1のバッファ論理回路 (ブロック A 2) を前記第 1の信号電圧レベル変換回路と機能モジュールとのィン夕ーフエー ス部として記載したが、 この基板バイアス制御回路を適用する製品の仕様により、 前述したようなモ一ド変化におけるスピードを特に考慮する必要がなければ、 前 記第 1のバッファ論理回路 (ブロック A2) を設けなくても良い。 尚、 第 1のバ ッファ論理回路 (ブロック A2) は、 イ ンバータ回路、 N AND回路、 NOR回 路等の他の論理回路により構成することもできる。 又、 第 3実施例の基板バイアス制御回路は、 回路を構成する各 MO S トランジ スタに高電圧のス トレスが印加されない様に設計されている。 すなわち、 動作電 圧が 3Vであって、 ゲート ' ソース間に 3. 3 Vの電圧が印加されるように設計 されており、 さらに電圧のマージンが ± 1 0%とされている。 よって、 ゲート . ソース間, ゲート · ドレイン間, ゲート ' ゥエル間における電圧は夫々 3. 6 V 以下になるように形成されているので、 基板バイアス制御回路を構成する各 M〇 Sトランジスタのゲート酸化膜を特に厚くすることなく形成できる。 従って、 本 実施例の基板バイアス制御回路によれば、 チップ上において、 機能モジュールを 構成する MO S トランジスタと周辺回路を構成する MO S トランジスタを同じ厚 さのゲ一ト酸化膜にて形成することができるので、 容易なプロセスにて形成する ことができると共に、 MO S トランジスタのゲー卜酸化膜の長期信頼性を向上さ せることができ、 半導体集積回路装置の信頼性も向上することができ、 かつ高集 積化に対応したゲート酸化膜の溥膜化に対応することができる。 Further, the substrate by-mass control circuit of the third embodiment enables high-speed charging and discharging of the function module from the substrate bias control circuit, and the mode from the operation mode to the standby mode or from the standby mode to the operation mode. The transition can be performed at high speed. FIG. 5 shows an example in which the first buffer logic circuit (block A2) is formed by two invars. However, the present invention is not limited to this. Can be configured. In FIG. 5, the first buffer logic circuit (block A2) is described as an interface between the first signal voltage level conversion circuit and the functional module, but this substrate bias control circuit is applied. If it is not necessary to particularly consider the speed in the mode change described above depending on the specifications of the product to be used, the first buffer logic circuit (block A2) may not be provided. Note that the first buffer logic circuit (block A2) can be constituted by another logic circuit such as an inverter circuit, a NAND circuit, and a NOR circuit. Further, the substrate bias control circuit of the third embodiment is designed so that a high-voltage stress is not applied to each MOS transistor constituting the circuit. In other words, the operating voltage is 3V, the design is such that a 3.3V voltage is applied between the gate and the source, and the voltage margin is ± 10%. Therefore, since the voltage between the gate and the source, between the gate and the drain, and between the gate and the well are formed to be 3.6 V or less, respectively, the gate oxidation of each M〇S transistor constituting the substrate bias control circuit is performed. It can be formed without making the film particularly thick. Therefore, according to the substrate bias control circuit of the present embodiment, on the chip, the MOS transistor forming the functional module and the MOS transistor forming the peripheral circuit are formed of gate oxide films having the same thickness. Therefore, it can be formed by an easy process, the long-term reliability of the gate oxide film of the MOS transistor can be improved, and the reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved. In addition, it is possible to cope with the increase in the thickness of the gate oxide film corresponding to high integration.
第 3実施例に係る NMO S用の基板バイアス制御回路は、 半導体集積回路装置 外部より電源電圧 Vddl (例えば + 2V) 、 及び接地電圧 Vss l (例えば ± 0V) とは別に新たに NMO Sの Pゥェル向けに接地電圧 Vss2 (例えば一 2 V) が供 給されているが、 代わりに半導体集積回路装置内にリング発振器に基づくチヤ一 ジ ' ポンプ回路を構成し、 負電位を発生させることもできる。 ただし、 この場合 は電圧供給が不安定であり、 図 5に示される基板バイアス制御回路と比較すると、 消費電力の点で劣る。  The substrate bias control circuit for the NMOS according to the third embodiment includes a new PMOS of the NMOS separately from the power supply voltage Vddl (for example, +2 V) and the ground voltage Vssl (for example, ± 0 V) from outside the semiconductor integrated circuit device. The ground voltage Vss2 (for example, 12 V) is supplied for the gel, but a charge pump based on a ring oscillator can be configured in the semiconductor integrated circuit device instead, and a negative potential can be generated. . However, in this case, the voltage supply is unstable, and the power consumption is inferior to the substrate bias control circuit shown in FIG.
又、 この基板バイアス制御回路を用いて、 半導体集積回路装置の閾値電圧のバ ラツキを自己補正することも出来る。 前述したように、 MOS トランジスタの閾 値電圧は、 製造上約 1 0%の誤差が生じるが、 近年の電源電圧の低電圧化という 課題に対し、 前記チャージ ·ポンプ, リーク電流検出回路, 及び本実施例の基板 バイァス制御回路を用いて、 動作時にバ、ソクゲー卜電極と接続された電源配線を 制御することにより、 閾値亀圧を補償することができる。  Further, by using the substrate bias control circuit, it is possible to self-correct the variation of the threshold voltage of the semiconductor integrated circuit device. As described above, the threshold voltage of the MOS transistor has an error of about 10% in manufacturing. However, in recent years, the problem of lowering the power supply voltage has been solved. By controlling the power supply wiring connected to the bus and the sockgate electrode during operation using the substrate bias control circuit of the embodiment, the threshold pressure can be compensated.
く第 4実施例〉  Fourth embodiment>
図 7には、 本発明の第 4実施例に係わる P M 0 S用の基板バイアス制御回路が 示される。 本実施例の基板バイアス制御回路は、 図 3に示される第 2の信号電圧 レベル変換回路 (プロ ック B 1 ) と第 2のバッファ論理回路 (プロック B 2 ) の 間に、 第 2のバッファ論理回路 (ブロック B 2 ) を構成する NMO Sより長いチ ャネル長、 小さいチャネル幅、 高い閾値電圧のうちのいずれかの方法により形成 された NMO Sを用いて構成された波形整形用の第 2のィンバ一タ回路 (プロッ ク B 3) が追加された構成となっている。 FIG. 7 shows a substrate bias control circuit for PM 0 S according to the fourth embodiment of the present invention. Is shown. The substrate bias control circuit of the present embodiment includes a second buffer between the second signal voltage level conversion circuit (block B1) and the second buffer logic circuit (block B2) shown in FIG. The second for waveform shaping configured using the NMOS formed by any one of a longer channel length, a smaller channel width, and a higher threshold voltage than the NMOS constituting the logic circuit (block B2) In this configuration, an inverter circuit (block B3) is added.
尚、 第 4実施例の基板バイアス制御回路における回路動作が、 図 8の各部信号 波形のタイ ミングチャート図に示されるが、 回路動作が第 2実施例の基板バイァ ス制御回路と同一部分については同一参照符号を付し、 第 2実施例において説明 した内容およびそれと対応する作用効果については説明の繰り返しを省略する。 尚、 第 2のインバ一タ回路 (ブロ ノク B 3) を追加することにより、 第 2の信号 電圧レベル変換回路 (ブロック B 1 ) の出力端子は、 第 2実施例におけるライン V δの電位の反転信号であるライン V 6の電位に接続変更される。  The circuit operation of the substrate bias control circuit of the fourth embodiment is shown in the timing chart of the signal waveforms of each part in FIG. 8, but the circuit operation is the same as that of the substrate bias control circuit of the second embodiment. The same reference numerals are given, and the description of the contents described in the second embodiment and the operation and effect corresponding thereto will not be repeated. By adding the second inverter circuit (block B 3), the output terminal of the second signal voltage level conversion circuit (block B 1) is connected to the potential of the line Vδ in the second embodiment. The connection is changed to the potential of line V6, which is the inverted signal.
第 4実施例の基板バイアス制御回路は、 第 2実施例に記載された PMOS用の 基板バイアス制御回路のさらなる低消費電力化を図ったものである。 つまり、 図 3の基板バイアス制御回路における、 第 2の信号電圧レベル変換回路 (ブロック Β 1 ) の出力端子の電位であるラ ン V 5の低電位が + 2 V + Vth (Vth: PM OS Q 34の閾値電圧) であるため、 バッファ論理回路を構成する NMO S Q 4 1が完全なオフ状態とはならない。 ここで、 前記第 2のバッファ論理回路 (プロ ック B 2) は、 前記第 2の信号電圧レベル変換回路 (ブロック B 1 ) と全機能モ ジュールにおける Nゥエルのィン夕ーフエース回路であり、 チップ全体の Nゥェ ルに対して行なわれる充放電の駆動回路となる。 従って、 負荷容量が大きくなる ため、 初段のィンバ一タ回路のチャネル幅を小さく形成し波形整形を行なわせる ようにし、 次段のィンバ一タ回路のチャネル幅を大きく形成して充放鼋時間を短 くなるようにする。  The substrate bias control circuit of the fourth embodiment is obtained by further reducing the power consumption of the substrate bias control circuit for PMOS described in the second embodiment. In other words, in the substrate bias control circuit of FIG. 3, the low potential of run V5, which is the potential of the output terminal of the second signal voltage level conversion circuit (block # 1), is +2 V + Vth (Vth: PM OS Q Therefore, the NMO SQ41 that constitutes the buffer logic circuit is not completely turned off. Here, the second buffer logic circuit (block B 2) is the N-type interface circuit of the second signal voltage level conversion circuit (block B 1) and all functional modules, It is a drive circuit for charging and discharging performed on the N-well of the entire chip. Therefore, since the load capacity becomes large, the channel width of the first-stage inverter circuit is formed small so as to perform waveform shaping, and the channel width of the next-stage inverter circuit is formed large so that the charging and discharging time is increased. Try to be shorter.
しかし、 第 4実施例の基板バイアス制御回路では、 電源配線 Vdd2から電源配 線 Vddlに流れるリーク電流を最小限に抑える波形整形用の第 2のィンバ一タ回 路 (ブロック B 3 ) を追加した構成となっている。 すなわち、 第 2の信号電圧レ ベル変換回路 (ブロック B 1 ) からの出力信号の電位、 すなわち、 ライン V 6の 電位も PM〇 S Q 36の閾値分下がってしまうので、 電圧を 2 Vの範囲でフル振 幅させるための波形整形用の第 2のインバー夕回路 (ブロック B 3) を構成する NMO Sは、 第 2のバッファ論理回路 (ブロック B 2 ) を構成する NMOSより 長いチャネル長、 小さいチャネル幅、 高い閾値電圧のうちのいずれかの方法によ り形成された NMO Sを用いている。 そのため、 リーク電流は非常に小さい。 又、 NMO Sのチャネル長、 及びチャネル幅の変更は、 マスク設計により容易 に変更出来ると共に、 高い閾値電圧の NMO Sは、 半導体プロセスにおけるチヤ ネル ' ドーズ量等を変える必要はない。 すなわち、 第 2のインバー夕回路 (ブロ ック B 3) を構成する NMO S Q 45のバックゲート電極を、 MMOSQ45の ソース電位より低い、 接地電圧 Vssl (±0V) もしくは ¾ 1に示される接地電 圧 Vss2 ( - 2 V ) に接続することによって、 容易に閾値鼋圧を高くすることが 出来る。 However, in the substrate bias control circuit of the fourth embodiment, a second inverter circuit (block B3) for waveform shaping for minimizing a leak current flowing from the power supply wiring Vdd2 to the power supply wiring Vddl is added. It has a configuration. That is, the potential of the output signal from the second signal voltage level conversion circuit (block B 1), that is, the potential of the line V 6 Since the potential also drops by the threshold value of PMSQSQ36, the NMOS that constitutes the second inverter circuit (block B3) for shaping the waveform to fully swing the voltage in the range of 2 V is The NMOS is formed by any one of a longer channel length, a smaller channel width, and a higher threshold voltage than the NMOS constituting the second buffer logic circuit (block B 2). Therefore, the leakage current is very small. Also, the change of the channel length and channel width of the NMOS can be easily changed by mask design, and the NMOS with a high threshold voltage does not need to change the channel 'dose in the semiconductor process. That is, the back gate electrode of the NMO SQ45 that constitutes the second inverter circuit (block B3) is connected to the ground voltage Vssl (± 0V), which is lower than the source potential of the MMOSQ45, or the ground voltage indicated by ¾1. By connecting to Vss2 (-2V), the threshold voltage can be easily increased.
さらに、 第 4実施例の基板バイアス制御回路は、 ½板バイアス制御回路から機 能モジュールへの高速な充放電を可能とし、 動作モードから待機モード、 あるい は待機モ一ドから動作モードへのモ一ド変化を高速に行なうことができる。 又、 図 7には第 2のバッファ論理回路 (ブロック B 2) をインバ一夕 2個にて形成し た例について記載したが、 これに限定されることなく、 所望の数のインバ一タに より構成することができる。 ¾、 ^ 7には第 2のバッファ論理回路 (ブロック B 2 ) を前記第 2の信号電圧レベル変換回路と機能モジュールとのィンターフェ一 ス部として記載したが、 この基板バイアス制御回路を適用する製品の仕様により、 前述したようなモード変化におけるスピ一ドを特に考慮する必要がなければ、 前 記第 2のバッファ論理回路 (ブロック B 2) を設けなくても良い。 尚、 第 2のバ ヅファ論理回路 (ブロック B 2 ) は、 イ ンバータ回路、 NAND回路、 NOR回 路等の他の論理回路により構成することもできる。  Further, the substrate bias control circuit of the fourth embodiment enables the high-speed charging and discharging of the functional module from the substrate bias control circuit, and the switching from the operation mode to the standby mode or from the standby mode to the operation mode. Mode change can be performed at high speed. FIG. 7 shows an example in which the second buffer logic circuit (block B 2) is formed with two inverters each time. However, the present invention is not limited to this, and a desired number of inverters can be formed. Can be configured. In ¾ and ^ 7, the second buffer logic circuit (block B 2) is described as an interface between the second signal voltage level conversion circuit and the functional module. According to the above specification, the second buffer logic circuit (block B2) need not be provided unless it is necessary to particularly consider the speed in the mode change as described above. Note that the second buffer logic circuit (block B 2) can be constituted by another logic circuit such as an inverter circuit, a NAND circuit, and a NOR circuit.
又、 第 4実施例の基板バイアス制御回路は、 回路を構成する各 MOS トランジ スタに高電圧のス トレスが印加されない様に設計されている。 すなわち、 動作電 圧が 3Vであって、 ゲート ' ソース間に 3. 3 Vの電圧が印加されるように設計 されており、 さらに電圧のマ一ジンが ± 1 0 %とされている。 よって、 ゲート ' ソース間, ゲー卜 · ドレイ ン間, ゲート ' ゥエル間における電圧は夫々 3. 6 V 以下になるように形成されているので、 基板バイァス制御回路を構成する各 MO Sトランジスタのゲート酸化膜を特に厚くすることなく形成できる。 従って、 本 実施例の基板バイアス制御回路はすべての MO S トランジスタを同じ厚さのゲー ト酸化膜にて形成することができるため、 容易な製造プロセスにて形成すること ができると共に、 MO S トランジスタのゲー卜酸化膜の長期信頼性を向上させる ことができ、 半導体集積回路装置の信頼性も向上することができる。 かつ、 高集 積化に対応したゲート酸化膜の薄膜化に対応することができる。 Further, the substrate bias control circuit of the fourth embodiment is designed so that a high-voltage stress is not applied to each MOS transistor constituting the circuit. That is, the operating voltage is 3 V, the voltage is designed to be 3.3 V between the gate and the source, and the voltage margin is set to ± 10%. Therefore, the voltage between the gate and the source, between the gate and the drain, and between the gate and the drain are 3.6 V, respectively. Since it is formed as described below, it can be formed without particularly thickening the gate oxide film of each MOS transistor constituting the substrate bias control circuit. Therefore, in the substrate bias control circuit of the present embodiment, all the MOS transistors can be formed by a gate oxide film having the same thickness. The long-term reliability of the gate oxide film can be improved, and the reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved. In addition, it is possible to cope with thinning of a gate oxide film corresponding to high integration.
第 4実施例に係る PMO S用の基板バイアス制御回路は、 半導体集積回路装置 外部より電源電圧 Vddl (例えば + 2 V) 及び接地電圧 Vssl (例えば ± 0 V) とは別に、 新たに PMO Sの Nゥエル向けに電源電圧 Vdd2 (例えば +4V) が 供給されていたが、 代わりに半導体集積回路装置内にリング発振器に基づくチヤ —ジ · ポンプ回路を構成し、 £電 を発生させても良い。 ただし、 この場合は電 圧供給が不安定であり、 図 7に示される基板バイアス制御回路と比較すると、 消 費電力の点で劣る。  The substrate bias control circuit for the PMOS according to the fourth embodiment is newly provided with a PMOS separately from the power supply voltage Vddl (for example, +2 V) and the ground voltage Vssl (for example, ± 0 V) from the outside of the semiconductor integrated circuit device. Although the power supply voltage Vdd2 (for example, + 4V) has been supplied to the N-well, instead, a charge pump circuit based on a ring oscillator may be configured in the semiconductor integrated circuit device to generate power. However, in this case, the voltage supply is unstable and is inferior in power consumption as compared with the substrate bias control circuit shown in FIG.
X、 この基板バイアス制御回路を用いて、 半導体集積回路装置の閾値電圧のバ ラツキを自己補正することも出来る。 前述したように、 MOS トランジスタの閾 値電圧は、 製造上約 1 0%の誤差が生じるが、 近年の電源電圧の低電圧化という 課題に対し、 前記チャージ 'ポンプ, リーク電流検出回路, 及び本実施例の基板 バイァス制御回路を用いて、 動作時にバックゲート電極と接続された電源配線を 制御することにより、 閟値電圧を補償することができる。  X. Using this substrate bias control circuit, it is also possible to self-correct the variation in the threshold voltage of the semiconductor integrated circuit device. As described above, the threshold voltage of a MOS transistor has an error of about 10% in manufacturing. However, in order to reduce the power supply voltage in recent years, the charge pump, the leakage current detection circuit, and the By controlling the power supply wiring connected to the back gate electrode during operation using the substrate bias control circuit of the embodiment, the low voltage can be compensated.
く第 5実施例 >  K Fifth Embodiment>
図 9には本発明の第 5実施例に係る NMO S用の基板バイアス制御回路が示さ れる。 本実施例の基板バイアス制御回路は、 第 1のバッファ論理回路 (ブロック A 2 ) を構成する各 PMO S Q 24 , Q 26のバックゲート電極が、 各 PMOS のソース電位である接地電圧 Vssl (例えば ±0V) に接続された構成となって いる。 尚、 第 5実施例の基板バイアス制御回路における回路動作について、 図 1 0の各部信号波形のタイミングチャート図に示されるが、 回路動作が第 1実施例 の基板バイアス制御回路と同一部分については同一参照符号を付し、 第 1実施例 にて説明した内容とそれに対応する作用効果については説明の繰り返しは省略す る。 FIG. 9 shows a substrate bias control circuit for NMOS according to a fifth embodiment of the present invention. In the substrate bias control circuit of the present embodiment, the back gate electrode of each PMO SQ 24 and Q 26 constituting the first buffer logic circuit (block A 2) is connected to the ground voltage Vssl (eg ± 0V). The circuit operation of the substrate bias control circuit of the fifth embodiment is shown in the timing chart of the signal waveforms of each part in FIG. 10. The reference numeral is attached, and the first embodiment The description of the contents described in and the operation and effect corresponding thereto will not be repeated.
第 5実施例の基板バイアス制御回路は、 第 1実施例に記載された NMO S用の 基板バイァス制御回路における第 1のバッファ論理回路 (P c h : Q 24, Q 2 6 ) の駆動能力を向上させ高速化を図ったものである。 つまり、 図 9に示される 基板バイアス制御回路は、 第 1のバッファ論理回路 (ブロ ク A 2 ) を構成する 各 PMOSQ 24 , Q 26のバックゲート電極が、 各 P M〇 Sのソース電位であ る接地電圧 Vssl (例えば ±0V; に接続されるものである。 そして、 前記バッ クゲート電極とソース電極が同電位とされることによって、 基板バイアス効果を 無く し、 PMO Sの閾値電圧を絶対値で低くさせ、 且つドレイ ン · ソース電流が 絶対値で多く流れる様に構成されたものである。  The substrate bias control circuit of the fifth embodiment improves the driving capability of the first buffer logic circuit (P ch: Q 24, Q 26) in the substrate bias control circuit for NMOS described in the first embodiment. It is intended to increase the speed. In other words, in the substrate bias control circuit shown in FIG. 9, the back gate electrode of each PMOS Q 24 and Q 26 constituting the first buffer logic circuit (block A 2) is the source potential of each PM〇S The ground voltage Vssl (for example, ± 0 V; connected to the same potential as the back gate electrode and the source electrode) eliminates the substrate bias effect and sets the threshold voltage of the PMOS in absolute value. It is configured so that the drain-source current flows in absolute value.
半導体集積问路装置内に形成される大きな機能モジュールの Pゥエル容量は、 数百 p F以上の重負荷容量となるため、 高速に Pゥエル電位を制御するためには、 高駆動能力の M 0 Sトランジスタが必要となる。 この第 1のバッファ論理回路 The P-well capacitance of a large functional module formed in a semiconductor integrated circuit device has a heavy load capacity of several hundred pF or more. An S transistor is required. This first buffer logic
(ブロック A 2 ) を構成する各 PMO Sのバックゲート電位を各 PMO Sのソ一 ス電位と共通の接地電圧 Vssl (例えば ± 0V) に接続するには、 PM0SQ 2 4 , Q 26用の Nゥエル領域が必要になるが、 これは機能モジュールの Pゥエル 領域の容量に応じて、 基板バイ 7ス効果が有るときの第 1のバッファ論理回路To connect the back gate potential of each PMOS that constitutes (Block A 2) to the source potential of each PMOS and the common ground voltage Vssl (for example, ± 0 V), the N for PM0SQ24 and Q26 A buffer region is required, which depends on the capacitance of the P-well region of the functional module.
(ブロック A 2 ) を構成する各 PMO Sのレイアウト面積と、 専用の Nゥエル領 域を設けることによるレイアウ ト ¾積の増加との相互関係で回路構成が決定され る。 The circuit configuration is determined by the correlation between the layout area of each PMOS that constitutes (block A 2) and the increase in layout area due to the provision of a dedicated N-well region.
<第 6実施例 >  <Sixth embodiment>
図 1 1には、 本発明の第 6実施例に係る PMO S用の基板バイアス制御回路が 示される。 本実施例の基板バイアス制御回路は、 図 3に示される第 2のバッファ 論理回路 (ブロック B 2 ) を構成する各 NMO S Q 4 1 , Q 43のバックゲート 電極が、 各 NMO Sのソース電位である電源電圧 Vdd 1 (例えば + 2V) に接続 された構成となっているものである。 尚、 第 6実施例の基板バイアス制御回路に おける回路動作について、 図 1 2の各部信号波形のタイ ミングチャート図に示さ れるが、 回路動作が図 3の基板バイァス制御回路と同一部分については同一参照 符号を付し、 その説明は省略する。 FIG. 11 shows a substrate bias control circuit for PMOS according to a sixth embodiment of the present invention. The back bias electrode of each NMO SQ41, Q43 constituting the second buffer logic circuit (block B2) shown in FIG. It is configured to be connected to a certain power supply voltage Vdd 1 (for example, + 2V). The circuit operation in the substrate bias control circuit of the sixth embodiment is shown in the timing chart of the signal waveforms of each part in FIG. Although the circuit operation is the same as that of the substrate bias control circuit of FIG. 3, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.
第 6実施例の基板バイアス制御回路は、 第 2実施例に記載された PMO S用の 基板バイアス制御回路における第 2のバッファ論理回路 (Nc h : Q 4 1 , Q 4 3) の駆動能力を向上させ高速化を図ったものである。 つまり、 図 1 2に示され る基板バイアス制御回路における第 2のバッファ論理回路 (ブロック B 2) を構 成する各 NMO SQ ^ l , Q 43のバックゲート電極が、 各 NMO Sのソース電 位である電源電圧 Vddl (例えば + 2V) に接続されるものである。 そして、 バ ックゲ一ト電極とリース電極が同電位とされることによって、 基板バイアス効果 を無く し、 N M 0 Sの閾値電圧が低くされ、 且つドレイン · ソース電流が多く流 れる様に構成されたものである。  The substrate bias control circuit of the sixth embodiment is configured to control the driving capability of the second buffer logic circuit (Nch: Q41, Q43) in the PMOS substrate bias control circuit described in the second embodiment. It is intended to improve and speed up. In other words, the back gate electrode of each NMO SQ ^ l, Q43 that constitutes the second buffer logic circuit (block B2) in the substrate bias control circuit shown in FIG. Power supply voltage Vddl (for example, + 2V). By setting the back gate electrode and the lease electrode to the same potential, the substrate bias effect is eliminated, the threshold voltage of NM 0 S is reduced, and a large drain-source current is formed. Things.
半導体集積回路装置内に形成される大きな機能モジュールの Nゥエル容量は、 数百 p F以上の K負荷容量となるため、 高速に Nゥェル電位を制御するためには、 高駆動能力の M〇 S トランジスタが必要となる。 この第 2のバッファ論理回路 Since the N ゥ L capacitance of a large functional module formed in a semiconductor integrated circuit device has a K load capacitance of several hundred pF or more, a high driving capability of M〇S is necessary to control the N ゥ L potential at high speed. A transistor is required. This second buffer logic
(ブロック B 2 ) を構成する各 NMO Sのバックゲート電位を各 NMO Sのソー ス電位と共通の電源電圧 Vddl d列えば +2V) に接続するには、 NM0S Q4To connect the back gate potential of each NMOS that constitutes (block B 2) to the source potential of each NMOS and a common power supply voltage Vddl d + 2V, use NM0S Q4
1, Q 43用の Pゥエル領域が必要になる力;、 これは機能モジュールの Nゥエル 領域の容量に応じて、 基板バイアス効果が有るときの第 2のバッファ論理回路1, the force that requires a P-well region for Q43; this is the second buffer logic when there is a body bias effect, depending on the capacitance of the N-well region of the functional module.
(ブロック B 2) を構成する各 NMO Sのレイアウト面積と、 専用の Pゥェル領 域を設けることによるレイアウ ト面積の増加との相互関係で回路構成を决定する。 The circuit configuration is determined based on the correlation between the layout area of each NMOS that constitutes (block B2) and the increase in layout area due to the provision of a dedicated P-well area.
く第 7実施例〉  Seventh embodiment>
図 13には、 本発明の第 7実施例に係る NMO S用の基板バイアス制御回路が 示される。 本実施例の基板バイアス制御回路は、 第 5実施例と同様に第 3実施例 の第 1のバッファ論理回路 (ブロ ク A 2 ) を構成する各 PMO S Q 24 , Q 2 6のバックゲート電極が、 各 PMO Sのソース電位である接地電圧 Vss 1 (例え ば ± 0V) に接続された構成となっているものである。 尚、 第 7実施例の基板バ ィァス制御回路における回路動作について、 図 14の各部信号波形のタイ ミング チャート図に示されるが、 回路動作が第 1実施例の基板バイアス制御回路と同一 部分については同一参照符号を付しその説明は省略する。 FIG. 13 shows a substrate bias control circuit for NMOS according to a seventh embodiment of the present invention. The back bias electrode of each of the PMO SQ 24 and Q 26 constituting the first buffer logic circuit (block A 2) of the third embodiment is similar to the fifth embodiment. However, the configuration is such that it is connected to the ground voltage Vss1 (for example, ± 0 V), which is the source potential of each PMOS. The circuit operation of the substrate bias control circuit of the seventh embodiment is shown in the timing chart of the signal waveforms of each part in FIG. 14, and the circuit operation is the same as that of the substrate bias control circuit of the first embodiment. The parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
第 7実施例の基板バイアス制御回路は、 図 5に記載された NMO S用の基板バ ィァス制御回路における第 1のバッファ論理回路 (P c h : Q 24 , Q 26 ) の 駆動能力を向上させ高速化を図ったものである。 つまり、 図 1 3に示される基板 バイアス制御回路における第 1のバ 'ソファ論理回路 (ブロック A2 ) を構成する 各 PMO S Q 24 , Q 26のバックゲート電極が、 各 PMO Sのソース電位であ る接地電圧 Vssl (例えば ±0V) に接続されるものである。 そして、 バックゲ —卜電極とソース電極が同電位とされることによって、 基板バイアス効果を無く し、 PMO Sの閾値電圧が絶対値で低くされ、 且つドレイン · ソース電流が絶対 値で多く流れる様に構成されるものである。 これは、 半導体集積回路装置内に形 成される大きな機能モジュールの Pゥエル容 は、 数百 p F以上の重負荷容量と なるため、 高速に Pウェル^位を制御するためには、 高駆動能力の M〇 S トラン ジスタが必要となるためである。  The substrate bias control circuit of the seventh embodiment improves the driving capability of the first buffer logic circuit (P ch: Q 24, Q 26) in the substrate bias control circuit for NMOS shown in FIG. It is intended to be. In other words, the back gate electrode of each PMO SQ24, Q26 constituting the first buffer logic circuit (block A2) in the substrate bias control circuit shown in FIG. 13 is the source potential of each PMOS. It is connected to the ground voltage Vssl (for example, ± 0V). By setting the back gate electrode and the source electrode to the same potential, the substrate bias effect is eliminated, the threshold voltage of PMOS is reduced in absolute value, and the drain-source current flows in absolute value. It is composed. This is because the P-well capacity of a large functional module formed in a semiconductor integrated circuit device has a heavy load capacity of several hundred pF or more. This is because an M〇S transistor with the required capacity is required.
但し、 第 1の信 ¾電圧レベル変換回路 (ブロック A 1 ) と第 1のバッファ論理 回路 (ブロック A2) 間に設けられた波形整形用の第 1のインバ一タ回路 (プロ ック A3) の PMO S Q 28のバックゲート電極は、 電源電圧 Vddl (例えば + 2 V) もしくは図 3に示される電源電圧 Vdd2 (例えば +4V) に接続され、 接 地電圧 Vssl (例えば ±0V) から接地電圧 Vss2 (例えば一 2 V) に流れるリ —ク電流を最小限に抑えた方が良い。  However, the first inverter circuit (block A3) for waveform shaping provided between the first signal voltage level conversion circuit (block A1) and the first buffer logic circuit (block A2). The back gate electrode of the PMO SQ 28 is connected to the power supply voltage Vddl (for example, +2 V) or the power supply voltage Vdd2 (for example, +4 V) shown in FIG. 3, and the ground voltage Vssl (for example, ± 0 V) to the ground voltage Vss2 (for example, For example, it is better to minimize the leakage current flowing to 1 V).
又、 第 1のバッファ論理回路 (ブロック A 2 ) を構成する各 PMOSのバック ゲート電位を各 PMO Sのソース電位と共通の接地電圧 Vss 1 (例えば土 0 V) に接続するには、 PMOSQ 24 , Q 26用の Nゥエル領域が必要となる。 これ は機能モジュールの Pゥエル領域の負荷容量に応じて、 基板バイアス効果が有る ときの第 1のバッファ論理回路 (ブロック A 2) を構成する各 PMOSのレイァ ゥト面積と、 用の Nゥエル領域を設けることによるレイァゥ ト面積の増加との 相互関係で回路構成が決定される。  In order to connect the back gate potential of each PMOS constituting the first buffer logic circuit (block A 2) to the source potential of each PMOS and the common ground voltage Vss 1 (for example, earth 0 V), PMOSQ 24 , An N-level region for Q26 is required. This is based on the load capacity of the P-well region of the functional module, the layout area of each PMOS constituting the first buffer logic circuit (block A2) when there is a substrate bias effect, and the N-well region for The circuit configuration is determined in correlation with the increase in the layout area due to the provision of the circuit.
<第 8実施例 >  <Eighth embodiment>
図 1 5には、 本発明の第 8実施例に係る PMO S用の基板バイアス制御回路が 示される。 本実施例の基板バイアス制御回路は、 第 6実施例と同様に第 4実施例 の第 2のバッファ論理回路 (ブロック B 2 ) を構成する各 NM0 SQ 4 1 , Q 4 3のバックゲ一卜電極力;、 各 NMO Sのソース電位である Vdd 1 (例えば + 2V) に接続された構成となっているものである。 尚、 第 8実施例の基板バイアス制御 回路における回路動作について、 図 1 6の各部信号波形のタイ ミングチヤ一ト図 に示されるが、 その回路動作が第 2実施例の基板バイァス制御回路と同一部分に ついては同一参照符号を付しその説明は省略する。 FIG. 15 shows a substrate bias control circuit for PMOS according to the eighth embodiment of the present invention. Is shown. The substrate bias control circuit of the present embodiment is similar to the sixth embodiment, except that the back gate electrodes of the NM0 SQ41 and Q43 constituting the second buffer logic circuit (block B2) of the fourth embodiment. , And is connected to the source potential Vdd 1 (for example, +2 V) of each NMOS. The circuit operation of the substrate bias control circuit of the eighth embodiment is shown in the timing chart of the signal waveforms of each part in FIG. 16. The circuit operation is the same as that of the substrate bias control circuit of the second embodiment. Are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
第 8実施例の基板バィァス制御回路は、 第 4実施例に記載された P M 0 S用の 基板バイアス制御回路における第 2のバッファ論理回路 (N c h : Q4 1, Q 4 3) の駆動能力を向上させ高速化を図ったものである。 つまり、 本実施例の基板 バイアス制御回路は、 図 7に示される基板バイアス制御回路における第 2のバッ ファ論理回路 (ブロック B 2 ) を樨成する各 NMO S Q 4 1 , Q 43のバックゲ —ト電極が、 各 NMO Sのソース電位である Vddl (例えば + 2V) に接続され るものである。 そして、 ノ ックゲート電極とソース電極が同電位とされることに よって、 基板バイアス効果を無く し、 NMO Sの閾値電圧が低くされ、 且つドレ イン ' ソース電流が多く流れる様に構成されるものである。 これは、 半導体集積 回路装置内に形成される大きな機能モジュールの Nゥエル容量は、 数百 p F以上 の重負荷容量となるので、 高速に Nゥエル電位を制御するためには、 高駆動能力 の MOS トランジスタが必要となるためである。  The substrate bias control circuit of the eighth embodiment is a circuit for controlling the driving capability of the second buffer logic circuit (Nch: Q41, Q43) in the substrate bias control circuit for PM0S described in the fourth embodiment. It is intended to improve and speed up. In other words, the substrate bias control circuit of the present embodiment is a back gate of each of the NMO SQ41 and Q43 forming the second buffer logic circuit (block B2) in the substrate bias control circuit shown in FIG. The electrode is connected to Vddl (for example, + 2V), which is the source potential of each NMOS. By setting the potential of the knock gate electrode and the source electrode to the same potential, the substrate bias effect is eliminated, the threshold voltage of NMOS is reduced, and a large amount of drain-source current flows. is there. This is because the N-type capacitance of a large functional module formed in a semiconductor integrated circuit device has a heavy load capacity of several hundred pF or more. This is because a MOS transistor is required.
但し、 第 2の信号電圧レベル変換回路 (ブロック B 1 ) と第 2のバッファ論理 回路 (ブロック B 2) 間に設けられた波形整形用の第 2のインバ一夕回路 (プロ ック B 3 ) の NMO S Q 45のバックゲ一ト電極は、 接地電圧 Vssl (例えば ± 0V) 、 もしくは図 1に示される接地電圧 Vss2 (例えば— 2 V) と接続され、 電源電圧 Vdd2 (例えば + 4V) から電源電圧 Vdd 1 (例えば +2V) に流れる リーク電流を最小限に抑えた方が良い。 又、 第 2のバ'ソファ論理回路 (ブロック B 2 ) を構成する各 NM〇 Sのバックゲー卜電位を各 NMO Sのソース電位と共 通の電源電圧 Vdd 1 (例えば + 2 V) に接続するには、 NMO S Q 4 1 , Q 43 用の Pゥエル領域が必要となる。 しかし、 これは機能モジュールの Nゥエル領域 の負荷容量に応じて、 基板バイアス効果が有るときの第 2のバッファ論理回路 (ブロック B 2) を構成する各 NM〇 Sのレイアウト面積と、 専用の Pゥエル領 域を設けることによるレイアウ ト面積の増加との相互関係で回路構成が決定され る。 However, a second inverting circuit for waveform shaping (block B 3) provided between the second signal voltage level conversion circuit (block B 1) and the second buffer logic circuit (block B 2) The back gate electrode of the NMO SQ 45 is connected to the ground voltage Vssl (for example, ± 0 V) or the ground voltage Vss2 (for example, −2 V) shown in FIG. 1 and is connected to the power supply voltage Vdd2 (for example, +4 V). It is better to minimize the leakage current flowing to Vdd 1 (eg + 2V). In addition, the back gate potential of each NM〇S constituting the second sofa logic circuit (block B 2) is connected to the power supply voltage Vdd 1 (for example, +2 V) common to the source potential of each NMOS. Requires a P-well region for NMO SQ41 and Q43. However, this is due to the second buffer logic circuit when there is a body bias effect, depending on the load capacitance of the N-well region of the functional module. The circuit configuration is determined by the correlation between the layout area of each NMS that constitutes (block B2) and the increase in the layout area due to the provision of a dedicated P-well area.
以上、 基板バイアス制御回路のバリエーションについて述べてきたが、 待に、 これらの回路は、 基板バイアス制御回路として使用されることに限定されず、 た とえば、 フラッシュメモリ等にも適用でき、 この場合、 入出力回路等の電圧レべ ルの異なる部分同志のィンタ一フエースとしてのレベルシフタとして使用するこ とができる。  The variations of the substrate bias control circuit have been described above. However, these circuits are not limited to being used as the substrate bias control circuit, and can be applied to, for example, a flash memory. It can be used as a level shifter as an interface between parts having different voltage levels such as input / output circuits.
次に、 基板バイアス制御回路によりゥエル電位を制御される、 機能モジュール を構成する MO S トランジスタの配線レィァゥ 卜について例を挙げて説明する。  Next, a description will be given of an example of a wiring layout of a MOS transistor constituting a functional module, in which a gate potential is controlled by a substrate bias control circuit.
く第 9実施例〉  Ninth embodiment>
次に、 本発明の実施例に係る基板バイアス制御回路を具備する半導体集積回路 装置をマスタスライス方式にて形成したマス夕スライス型半導体集積回路装置の 機能プロックのレイァゥ トについて説明する。  Next, a function block layout of a master slice type semiconductor integrated circuit device in which a semiconductor integrated circuit device having a substrate bias control circuit according to an embodiment of the present invention is formed by a master slice method will be described.
図 1 8は本発明の第 9実施例に!!わる配線レイアウ ト図であり、 図 1 9 (a) , 図 1 9 ( b) に示されるイ ンバ一タ回路 I NV 1をマス夕スライス型半導体集積 回路装置内の基本セルヒに配線レイァゥ 卜したものである。  FIG. 18 shows a ninth embodiment of the present invention! ! Inverter circuit I NV1 shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b) is laid out on a basic cell in a master-slice type semiconductor integrated circuit device. Things.
図 19 (a) にはインバー夕回路 I NV 1のシンポルが示され、 入力信号 Aに 対して出力信号 Xが反転論理で出力されるものである。 このイ ンバータ回路 I N V 1をトランジスタレベルの回路図で示すと図 1 9 (b) に示されるような回路 構成となる。 図 1 9 (b) において、 入力信号 Aが入力される入力端子が、 PM 0 S Q 2のゲ一卜端子と NMO S Q 1のゲ一ト端子に共通に接続され、 PM〇 S Q 2のソース端子が電源配線層 Vddlに、 バックゲート端子が Nゥエルを介して 電源配線層 Vdd 2に各々接続される。 同様に、 NMO S Q 1のソース端子が接地 配線層 Vss lに、 バックゲート端子が Pゥエルを介して接地配線層 Vss2に、 各 々電気的に接続され、 PMOS Q 2のドレイン端子と NMOSQ 1のドレイン端 子とが、 出力信号 Xが出力される出力端子にて接続された構成となっている。 このィンバータ回路 I NV 1をマトリクス状に複数配置された基本セル群内の 1つの基本セル上に配線レイァゥ 卜すると、 図 18に示されるような配線レィァ ゥトとなる。 FIG. 19A shows a symbol of the inverter circuit I NV 1, in which an output signal X is output in an inverted logic with respect to an input signal A. If this inverter circuit INV1 is shown in a transistor level circuit diagram, it will have a circuit configuration as shown in FIG. 19 (b). In Fig. 19 (b), the input terminal to which input signal A is input is commonly connected to the gate terminal of PM0SQ2 and the gate terminal of NMO SQ1, and the source terminal of PM〇SQ2. Are connected to the power supply wiring layer Vddl, and the back gate terminal is connected to the power supply wiring layer Vdd2 via the N-well. Similarly, the source terminal of NMO SQ 1 is electrically connected to the ground wiring layer Vssl, the back gate terminal is electrically connected to the ground wiring layer Vss2 via the P-well, and the drain terminal of PMOS Q 2 and the NMOS Q 1 The output terminal is connected to the drain terminal at the output terminal from which the output signal X is output. Inverter circuits I NV 1 in a basic cell group in which a plurality of When a wiring layout is formed on one basic cell, a wiring layout as shown in FIG. 18 is obtained.
図 18に示される基本セルのトランジス夕構成は各社各様であるが、 ここでは ゲート電極 G 1 , 03及びゲート電極01 , G 3よりもチャネル幅が小さいゲ一 ト電極 G5、 ソース ' ドレイン電極 SD 1 , S D 3 , SD 5及び SD7からなる N M 0 S Q 1、 ゲート電極 G2及び G4、 ソース · ドレイン電極 S D 2, S D 4 及び SD 6とからなる PMOSQ2を基本単位 ( 2個の PMO S + 2個の NMO S+ 1個のサブ · NMO S) とする基本セルを用いて配線レイァゥトする。  Although the transistor configuration of the basic cell shown in FIG. 18 is different for each company, here, the gate electrodes G 1 and 03 and the gate electrode G 5 having a smaller channel width than the gate electrodes 01 and G 3, and the source and drain electrodes NM 0 SQ 1 consisting of SD 1, SD 3, SD 5 and SD 7, PMOSQ 2 consisting of gate electrodes G 2 and G 4, source / drain electrodes SD 2, SD 4 and SD 6 are the basic unit (two PMOS + 2 The wiring layout is performed using a basic cell of NMO S + 1 sub-NMO S).
この基本セル上に図 19 (a) , (b) に示されるインバー夕回路 I NV 1を 構成すると、 図 18に示される配線レイアウ トとなる。 すなわち、 接地配線層 V ss 1は MO S卜ランジスタのチャネル長方向に延長された第 1金属配線層により 形成される。 接続孔を介して、 前記接地配線層 Vssl, NMOSQ 1のソース電 極 SD3、 及び使用されないソース . ドレイ ン電極 S D 1がそれそれ電気的に接 される。  When the inverter circuit I NV1 shown in FIGS. 19 (a) and (b) is formed on this basic cell, the wiring layout shown in FIG. 18 is obtained. That is, the ground wiring layer V ss 1 is formed by the first metal wiring layer extending in the channel length direction of the MOS transistor. The ground wiring layer Vssl, the source electrode SD3 of the NMOS Q1, and the unused source / drain electrode SD1 are electrically connected to each other through the connection holes.
そして、 ゥエル電極 B 1は MO Sトランジス夕のチャネル幅方向に延長され、 前記ゥエル電極 B 1と第 1金属配線層 M 13、 および前記第 1金属配線層よりも 上層の第 2金属配線層にて形成される接地配線層 Vss2と第 1金属配線層 M 13 とが、 それそれ接続孔 H 1及び接続孔 C 1を介して電気的に接続される。 又、 電 源配線層 Vddlは MO Sトランジスタのチャネル長方向に延長された第 1金属配 線層により形成され、 前記 ¾源配線層 Vddlは接続孔を介して PMO S Q 2のソ —ス電極 SD 4及び使用されないソース · ドレイン電極 S D 2に各々接続される c また、 ゥエル電極 B2は MOSトランジスタのチャネル幅方向に延長される。 前 記ゥエル電極 B 2と第 1金属配線層 Ml 4、 および、 第 2金属配線層にて形成さ れる鼋源配線層 Vdd2と第 1金属配線層 M 14とが、 接続孔 H 2及び接続孔 C 2 を介して各々接続される。 The well electrode B1 extends in the channel width direction of the MOS transistor, and is connected to the well electrode B1, the first metal wiring layer M13, and the second metal wiring layer above the first metal wiring layer. The ground wiring layer Vss2 thus formed and the first metal wiring layer M13 are electrically connected to each other via the connection hole H1 and the connection hole C1. The power supply wiring layer Vddl is formed by a first metal wiring layer extended in the channel length direction of the MOS transistor, and the power supply wiring layer Vddl is connected to the source electrode SD of the PMO SQ 2 through a connection hole. 4 c also are each connected to the source-drain electrode SD 2 where and are not used, Ueru electrode B2 is extended in the channel width direction of the MOS transistor. The source electrode layer B2 and the first metal wiring layer Ml4, and the power source wiring layer Vdd2 and the first metal wiring layer M14 formed by the second metal wiring layer form connection holes H2 and connection holes. Each is connected via C 2.
更に、 前記イ ンバータ回路 I NV 1を制御する入力信号/ Mま、 第 1金属配線層 M 1 1に印加され、 NMO S Q 1のゲート電極 G 3と PMOSQ2のゲ一ト電極 G4が、 接続孔を介して第 1金属 ¾線層 M 1 1に各々電気的に接続されることに より、 前記入力信号 Aが前記ゲー卜電極 G 3と G 4に印加される。 —方、 出力信号 Xは第 1金属配線層 M 1 2に出力されるものであるが、 インバ —夕 I NV 1の出力部において、 NMO S Q 1のドレイン ¾極 S D 5と、 PMO SQ 2のドレイン電極 SD 6が接続孔を介して、 第 1金属配線層 M 1 2と各々接 続される。 よって、 前記 NMO S Q 1と PMO S Q 2の各々のドレイン電極 S D 5, SD 6が電気的に共通接続されて出力信号 Xが形成される。 Further, an input signal / M for controlling the inverter circuit I NV1 is applied to the first metal wiring layer M11, and the gate electrode G3 of the NMO SQ1 and the gate electrode G4 of the PMOSQ2 are connected to the connection hole. The input signal A is applied to the gate electrodes G3 and G4 by being electrically connected to the first metal wiring layer M11 through the gate electrodes G3 and G4, respectively. —On the other hand, the output signal X is output to the first metal wiring layer M 1 2, but the output signal X is output from the NMO SQ 1 drain electrode SD 5 and the PMO SQ 2 The drain electrodes SD6 are connected to the first metal wiring layers M12 via the connection holes. Therefore, the drain electrodes SD5 and SD6 of the NMO SQ1 and the PMO SQ2 are electrically connected in common to form an output signal X.
前記第 2金属配線層にて形成される電源配線層 Vdd2 , 接地配線層 Vss2は、 NMOSQ 1及び PMO S Q 2のゥエル電極 B 1 , B 2 hの配線グリ ッ ド G X 1 , GX 5上に配置され、 配線グリッ ド GX 2, GX 3 , GX 4上を第 2金属配線層 にて形成される電源配線層 V dd 2, 接地配線層 V ss 2の配置配線禁止領域とする。 又、 前記電源配線層 Vdd2 , 接地 K線層 Vss2を NMO S Q 1及び PMO S Q 2 のゥエル電極に接続する接続孔 C 1, C 2 , H l, H 2及び第 1金属配線層 M 1 3, M l 4は、 配線ルールにより、 第 1金属配線層により形成された電源配線層 Vddl , 接地配線層 Vss 1間の配線グリ ッ ド GN 5 , GN 6 , GN 7及び配線グ リツ ド G P 1 , G P 2, G P 3上であって、 且つ配線グリッ ド G X 1もしくは G X 5上に配置される。  The power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2 formed by the second metal wiring layer are arranged on the wiring grids GX1 and GX5 of the NMOS electrodes 1 and B2h of the NMOS Q1 and PMO SQ2. The wiring grids GX 2, GX 3, and GX 4 are set as the area where the power supply wiring layer V dd 2 and the ground wiring layer V ss 2 formed by the second metal wiring layer are not arranged. The connection holes C1, C2, H1, H2 and the first metal wiring layer M13, which connect the power supply wiring layer Vdd2 and the ground K-line layer Vss2 to the NMO SQ1 and PMO SQ2 well electrodes, respectively. According to the wiring rule, Ml4 is a wiring grid GN5, GN6, GN7 between the power wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vss1 formed by the first metal wiring layer, and a wiring grid GP1, It is placed on GP2, GP3 and on wiring grid GX1 or GX5.
さらに、 前記配線ルールによれ'ま、 NMO S Q 1及び PMO S Q 2のゥエル電 極 B l , B 2に直接接続される接続孔 C 2は、 第 1金属配線層により形成されて 一方の電位を供給する電源配線層 Vddlの隣接グリツ ド GP 3上であって、 且つ 配線グリッ ド GX 1上に配置される。 接続孔 C 1は、 さらに、 他方の電位を供給 する接地配線層 V ss 1の隣接グリ ツ ド G N 5上であって、 且つ配線グリッ ド G X 5上に配置される。  Further, according to the above wiring rules, the connection hole C2 directly connected to the gauge electrodes Bl, B2 of the NMO SQ1 and the PMO SQ2 is formed by the first metal wiring layer and has one potential. It is arranged on the grid GP3 adjacent to the power supply wiring layer Vddl to be supplied and on the wiring grid GX1. The connection hole C1 is further disposed on the grid GN5 adjacent to the ground wiring layer Vss1 supplying the other potential and on the wiring grid GX5.
これらの配線ルールは、 配線グリッ ド GX 2, GX 3 , GX4上に他の第 2金 属配線層による機能回路内部信号配線、 もしくは機能プロック間信号配線等の配 置配線領域を確保するものであり、 同様に配線グリッ ド GN 1 , GN 2 , GN 3 及び配線グリ ッ ド GP 5, GP 6 , GP 7も他の第 1金属配線層による機能回路 内部信号配線、 もしくは機能プロック間信号配線等の配置配線領域を確保するも のである。 この配置配線領域の確保によって、 電源配線及び接地配線の電位とは 異なる PM0 SQ 2 , Ν Μ 0 S Q 1の各バックゲート電極制御用の新たな電源配 線領域を確保し、 効率良く配線レイァゥトすることが出来る。 又、 NMO S Q 1及び PMO S Q 2のゥエル電極に直接接続される接続孔 C 1 及び C 2の配置は、 MO S トランジス夕のチャネル長方向に延長された第 1金属 配線層により形成される電源配線層 Vddl, 接地配線層 Vss 1を、 MO S トラン ジス夕のチャネル幅に対して中心部分、 もしくは中心部分に近い配線グリツ ドに 配置配線し、 MO S トランジスタのソース電極中心部分に電位を与えるようにす ることによって、 MO Sトランジス夕のソース電位を安定させる効果がある。 つ まり、 コンタク トホールは配線ビヅチの関係上、 1力所しかとることができない ので、 電源配線層 Vddl及び接地配線層 Vss 1における配線抵钪の偏りを避ける ために、 コンタク トホールを前記チャネル幅の中心部分もしくは中心部分に近い 配線グリッ ド上に配置し、 コンタク トホールと夫々の電源配線間の距離を均一に することができ、 均等な抵抗を形成することができる。 These wiring rules are to secure the layout wiring area such as the signal wiring inside the functional circuit by the other second metal wiring layer or the signal wiring between the functional blocks on the wiring grids GX2, GX3, GX4. Yes, the wiring grids GN1, GN2, GN3 and the wiring grids GP5, GP6, GP7 are also functional circuit internal signal wiring with other first metal wiring layers, or signal wiring between function blocks, etc. This secures the placement and routing area. By allocating this arrangement and wiring area, a new power supply wiring area for controlling each back gate electrode of PM0 SQ 2, which is different from the electric potential of the power supply wiring and the ground wiring, and Μ 0 SQ 1 is secured, and wiring layout is performed efficiently. I can do it. In addition, the arrangement of the connection holes C 1 and C 2 directly connected to the NMO SQ 1 and PMO SQ 2 plug electrodes depends on the power supply formed by the first metal wiring layer extending in the channel length direction of the MOS transistor. The wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vss1 are placed and routed in the wiring grid at or near the center of the channel width of the MOS transistor, and a potential is applied to the center of the source electrode of the MOS transistor. This has the effect of stabilizing the source potential at the MOS transistor. In other words, since the contact hole can take only one place due to the wiring pitch, in order to avoid bias of the wiring resistance in the power supply wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vss1, the contact hole is formed to have the above-mentioned channel width. By arranging them on the central part or on the wiring grid close to the central part, the distance between the contact hole and each power supply wiring can be made uniform, and uniform resistance can be formed.
すなわち、 M〇 S トランジスタのゥエル電極に直接接続される接続孔 C 1及び C 2の配置も、 MO S トランジスタのチャネル幅に対して中心部分もしくは中心 部分に近い配線グリッ ドである電源配線層 Vdd 1及び接地配線層 Vss 1の隣接グ リツ ドである、 配線グリツ ド GX 1もしくは GX 5上の GP 3あるいは GN 5上 に配置することにより、 MO S トランジスタのゥエル電位を安定化させることが できる。  That is, the arrangement of the connection holes C1 and C2 directly connected to the gate electrode of the M〇S transistor also depends on the power supply wiring layer Vdd, which is a wiring grid at or near the center with respect to the channel width of the MOS transistor. By arranging it on GP3 or GN5 on wiring grid GX1 or GX5, which is the grid adjacent to 1 and the ground wiring layer Vss1, it is possible to stabilize the gate potential of the MOS transistor. .
尚、 NMO S Q 1及び PMO S Q 2のゥエル電極 B 1 , B 2に、 接続孔 C 1 , C 2, H I , H 2を介して、 第 1金属配線層 M 1 3, M l 4及び電源配線層 Vdd 2 , 接地配線層 Vss2を各々電気的に接続する方法にかえて、 第 2金属配線層に より形成された前記鼋源配線層 Vdd 2, 接地配線層 V ss 2から直接 N M 0 S Q 1、 及び PMO S Q 2のゥエル電極 B 1, B 2に接続孔を介して接続することもでき る。  The first metal wiring layers M 13, M 14 and the power supply wiring are connected to the plug electrodes B 1, B 2 of the NMO SQ 1 and the PMO SQ 2 via the connection holes C 1, C 2, HI, H 2. Instead of the method of electrically connecting each of the layer Vdd 2 and the ground wiring layer Vss2, the NM 0 SQ 1 is directly connected to the power supply wiring layer Vdd 2 and the ground wiring layer Vss 2 formed by the second metal wiring layer. , And PMO SQ 2 can be connected to the well electrodes B 1 and B 2 via connection holes.
本実施例においては、 コンタク トホールが 1つの M OSに対し、 1つ設けられ ているので、 ラッチアップを防止することができる。  In the present embodiment, since one contact hole is provided for one MOS, latch-up can be prevented.
又、 本実施例において、 インバータ回路を構成する基本セルを取り上げて、 そ の配線レイァゥトについて説明したが、 チップ上に形成された複数の基本セルに おいて、 各基本セルごとに基本セル上に電源配線層 Vdd2, 接地配線層 Vss 2を 形成するかしないかを選択することができる。 又、 電源配線層 Vdd 2, 接地配線 層 Vss 2の機能が不要な基本セルにおいては、 前記電源配線層 Vdd2 , 接地配線 層 Vss 2として形成された第 2金属配線層を、 電源配線層 Vddl , 接地配線層 V ss 1の補助用電源として使用することもできる。 Further, in the present embodiment, the basic cell constituting the inverter circuit is taken up and its wiring layout is described. However, in a plurality of basic cells formed on a chip, each basic cell is provided on the basic cell. You can select whether to form the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2. Also, power supply wiring layer Vdd 2, ground wiring In the basic cell that does not require the function of the layer Vss2, the second metal wiring layer formed as the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2 is replaced with an auxiliary power supply of the power supply wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vss1. It can also be used as
く第 1 0実施例〉  10th embodiment>
図 20は本発明の第 1 0実施例に係る配線レイアウ ト図であり、 図 2 1 (a) , 図 2 1 (b) に示される N AND回路をマスタスライス型半導体集積回路装置内 の基本セル上に配線レイアウトしたものである。 図 20において、 構成上、 図 1 8と重複する部材については同一符号を用いて示す。  FIG. 20 is a wiring layout diagram according to the tenth embodiment of the present invention. The NAND circuit shown in FIGS. 21 (a) and 21 (b) is a basic layout in a master slice type semiconductor integrated circuit device. This is a wiring layout on a cell. 20, members that are the same as those in FIG. 18 are indicated by the same reference numerals.
図 2 1 (a) には N AND回路のシンボルが示され、 入力信号 A及び入力信号 Bの積に対して出力信号 Xが反転論理で出力されるものである。 この NAND回 路を トランジスタレベルの回路図で示すと図 2 1 (b) に示されるような回路構 成となる。 図 2 1 (b ) において、 入力 号 Aが入力される一方の入力端子が、 P M◦ S Q 4のゲート端子と N M 0 S Q 3のゲート端子に共通に接続され、 入力 信号 Bが入力される他方の入力端子は、 PMOSQ 6のゲート端子と NMO SQ 5のゲ一ト端子に共通に接続される。  FIG. 21 (a) shows a symbol of a NAND circuit, in which an output signal X is output in an inverted logic with respect to a product of an input signal A and an input signal B. If this NAND circuit is represented by a transistor-level circuit diagram, the circuit configuration is as shown in FIG. 21 (b). In FIG. 21 (b), one input terminal to which input signal A is input is commonly connected to the gate terminal of PM◦SQ4 and the gate terminal of NM0SQ3, and the other input terminal to which input signal B is input. Is commonly connected to the gate terminal of the PMOS Q6 and the gate terminal of the NMOS SQ5.
又、 PMO S Q 4 , Q 6のソース端子が電源配線 Vddlに、 バックゲート端子 が Nゥエルを介して電源配線層 Vdd2に各々接続される。 そして、 NMOS Q 5 のソース端子が接地配線層 Vss 1に接続され、 NMO SQ 3, Q 5のバックゲー ト端子が Pゥエルを介して接地配線層 V ss 2に各々接続される。  The source terminals of PMOS Q 4 and Q 6 are connected to the power supply wiring Vddl, and the back gate terminal is connected to the power supply wiring layer Vdd2 via an N-well. Then, the source terminal of the NMOS Q5 is connected to the ground wiring layer Vss1, and the backgate terminals of the NMO SQ3 and Q5 are connected to the ground wiring layer Vss2 via the P-well.
更に、 NMO S Q 3と Q 5が直列に接続されると共に、 PMOSQ 4 , Q 6の ドレイン端子と NMO SQ 3のドレイン端子が、 出力信号 Xが出力される出力端 子にて、 共通接続された構成となっている。  Further, the NMO SQ 3 and Q 5 are connected in series, and the drain terminals of the PMOS Q 4 and Q 6 and the drain terminal of the NMO SQ 3 are commonly connected at the output terminal from which the output signal X is output. It has a configuration.
この N AND回路をマ卜 リクス状に複数配置された基本セル群内の 1つの基本 セル上に配線レイァゥトすると、 320に示されるような配線レイァゥ 卜になる。 図 20に示される基本セルのトランジス夕構成は各社各様であるが、 図 1 8に 示される基本セルと同様に、 ゲート電極 G 7 , G 9及びゲート電極 G 7 , G 9よ りもチャネル幅が小さいゲート電極 G 1 1、 ソース ' ドレイ ン電極 S D 9, S D 1 1 , S D 1 3及び SD 1 5からなる NMO SQ 3 , Q 5と、 ゲ一ト鼋極 G 6及 び G 8、 ソース , ドレイン電極 S D 8 , S D 1 0及び SD 12からなる PMOS Q 4 , Q 6を基本単位 ( 2個の PM0 S + 2個の NM0S + 1個のサブ · NM〇 S) とする基本セルを用いて配線レイアウトする。 When a wiring layout is formed on one basic cell in a basic cell group in which a plurality of the NAND circuits are arranged in a matrix, a wiring layout as indicated by 320 is obtained. Although the transistor configuration of the basic cell shown in FIG. 20 varies from company to company, as in the basic cell shown in FIG. 18, the gate electrodes G 7, G 9 and the channel are higher than the gate electrodes G 7, G 9. NMO SQ3, Q5 consisting of gate electrode G11 with small width, source 'drain electrode SD9, SD11, SD13 and SD15, and gate electrode G6 and And G 8, and PMOS Q 4, Q 6 consisting of source and drain electrodes SD 8, SD 10 and SD 12 as a basic unit (2 PM0 S + 2 NM0S + 1 sub · NM〇S) The wiring layout is performed using the basic cells to be performed.
この基本セル上に図 2 1 (a) , 図 2 1 (b) に示される N AND回路を構成 すると、 図 20に示される配線レイアウ トとなる。 すなわち、 接地配線層 Vssl は MO S トランジスタのチャネル長方向に延長された第 1金属配線層により形成 される。 接続孔を介して、 前記接地配線層 Vss 1は、 NMO S 3のソース電極 S D 1 3と電気的に接続される。  When the NAND circuits shown in Figs. 21 (a) and 21 (b) are configured on this basic cell, the wiring layout shown in Fig. 20 is obtained. That is, the ground wiring layer Vssl is formed by the first metal wiring layer extending in the channel length direction of the MOS transistor. The ground wiring layer Vss 1 is electrically connected to the source electrode SD 13 of the NMOS 3 via the connection hole.
そして、 ゥエル電極 B 3は MO S トランジスタのチャネル幅方向に延長され、 前記ゥエル電極 B 1と第 1金属配線層 1 5、 第 1金属配線層よりも上層の第 2金 属配線層にて形成される接地配線層 Vss2と第 1金属配線層 M 1 5とが、 それそ れ接続孔 H 1及び接続孔 C 1を介して接続される。  The well electrode B3 extends in the channel width direction of the MOS transistor, and is formed by the well electrode B1, the first metal wiring layer 15, and the second metal wiring layer above the first metal wiring layer. The ground wiring layer Vss2 to be connected and the first metal wiring layer M15 are connected via the connection hole H1 and the connection hole C1, respectively.
又、 電源配線層 Vdd 1は M〇 S トランジスタのチャネル長方向に延長された第 1金属配線層により形成され、 ¾ 己電源配線層 Vdd 1は接続孔を介して P M 0 S Q 5のソース電極 S D 8及び S D 1 2に各々接続される。  In addition, the power supply wiring layer Vdd 1 is formed by a first metal wiring layer extending in the channel length direction of the M〇S transistor, and the self power supply wiring layer Vdd 1 is connected to the source electrode SD of the PM 0 SQ 5 through the connection hole. 8 and SD 12 respectively.
そして、 ゥエル電極 B 4は MO S トランジスタのチャネル幅方向に延長され、 前 記ゥエル電極 B 4と第 1金属配線層 M 1 7、 第 2金属配線層にて形成される電源 配線層 Vdd2と第 1金属配線層 M 1 7とが、 接続孔 H 2及び接続孔 C 2を介して 各々接続される。  Then, the well electrode B4 is extended in the channel width direction of the MOS transistor, and the power electrode wiring layer Vdd2 formed by the above-mentioned well electrode B4, the first metal wiring layer M17, the second metal wiring layer, and the second One metal wiring layer M 17 is connected to each other via a connection hole H 2 and a connection hole C 2.
更に、 N AND回路を制御する入力信号 Aは、 第 1金属配線層 M 1 5に印加さ れ、 NMO S Q 3のゲート電極 G 9と PMO S Q 4のゲート電極 G 8が、 接続孔 を介して第 1金属配線層 M 1 5に各々電気的に接続される。 さらに、 入力信号 B は、 第 1金属配線層 M 1 6に印加され、 NMO S Q 5のゲート電極 G 7と PMO S Q 6のゲート電極 G 6が、 接続孔を介して第 1金属配線層 M 1 6に各々電気的 に接続される。 このようにして、 前記入力信号 Aが前記ゲート電極 G 8 , G 9に 印加され、 前記入力信号 Bが前記ゲート電極 G 6 , G 7に印加される。  Further, an input signal A for controlling the NAND circuit is applied to the first metal wiring layer M 15, and the gate electrode G 9 of the NMO SQ 3 and the gate electrode G 8 of the PMO SQ 4 are connected through the connection hole. Each is electrically connected to first metal wiring layer M 15. Further, the input signal B is applied to the first metal wiring layer M 16, and the gate electrode G 7 of NMO SQ 5 and the gate electrode G 6 of PMO SQ 6 are connected to the first metal wiring layer M 1 through the connection hole. 6 are electrically connected to each other. Thus, the input signal A is applied to the gate electrodes G 8 and G 9, and the input signal B is applied to the gate electrodes G 6 and G 7.
一方、 出力信号 Xは第 1金属配線層 M 1 9に出力されるものであるが、 NAN D回路 N ANDの出力部において、 NMO S Q 5のドレイ ン電極 S D 9と、 PM 0 SQ 6のドレイン電極 SD 1 0が接続孔を介して、 第 1金属配線層 M 1 9と各 々接続される。 よって、 前記 NMO S Q 5と PMO S Q 6の各々のドレイン電極 SD 9 , SD 10が電気的に共通接続されて出力信号 Xが形成される。 On the other hand, although the output signal X is output to the first metal wiring layer M 19, at the output of the NAND circuit NAND, the drain electrode SD 9 of NMO SQ 5 and the drain electrode of PM 0 SQ 6 The electrode SD10 is connected to the first metal wiring layer M19 via the connection hole. Connected. Therefore, the drain electrodes SD 9 and SD 10 of the NMO SQ 5 and the PMO SQ 6 are electrically connected in common to form an output signal X.
前記第 2金属配線層で形成される電源配線層 Vdd2 , 接地配線層 Vss2は、 N MO S Q 3 , Q 5及び PMOS Q4 , Q 5のゥエル電極 B 3, B 4上の配線グリ ッ ド GX 1, GX 5上に配置配線され、 配線グリ ッ ド GX 2 , GX 3 , GX4上 を第 2金属配線層にて形成される電源配線層 Vdd 2, 接地配線層 Vss 2の配置配 線禁止領域とする。 又、 前記電源配線層 Vdd2, 接地配線層 Vss2を NMO S Q 3 , Q 5及び PMOS Q4 , Q 6のゥエル電極に接続する接続孔 C 1 , C 2 , H 1 , H 2及び第 1金属配線層 M 1 8, M 1 9は、 配線ルールにより、 第 1金属配 線層により形成された電源配線層 Vddl , 接地配線層 Vss 1間の配線グリツ ド G N 5 , GN 6 , GN 7上及び配線グリッ ド G P 1, G P 2 , GP 3上であって、 且つ配線グリ ッ ド GX 1もしくは GX 5上に配置される。 さらに、 前記配線ルー ルによれば、 NMO S Q 5及び PMO S Q 4のゥエル電極 B 3, B 4に直接接続 される接続孔 C l, C 2は、 第 1金属配線層により形成されて一方の電位を供給 する電源配線層 Vddlの隣接グリッ ド GP 3上であって、 且つ配線グリ ッ ド GX 1もしくは GX 5上に配置される。 さらに、 他方の電位を供給する接地配線層 V ss 1の隣接グリツ ド G N 5上であって、 且つ配線グリ ッ ド G X 1もしくは G X 5 上に配置される。  The power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2 formed by the second metal wiring layer are connected to the wiring grids GX 1 on the NMO SQ 3, Q 5 and the PMOS electrodes Q 4, Q 5 on the electrode B 3, B 4. , GX 5 and the wiring grids GX 2, GX 3, and GX 4 are formed by the second metal wiring layer. The power wiring layer Vdd 2 and the ground wiring layer Vss 2 are arranged and prohibited. I do. Also, connection holes C 1, C 2, H 1, H 2 and the first metal wiring layer for connecting the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2 to the NMO SQ 3, Q 5 and the PMOS Q 4, Q 6 gage electrodes. According to the wiring rules, M 18 and M 19 are formed on the wiring grids GN 5, GN 6, GN 7 and between the power wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vss 1 formed by the first metal wiring layer. On GP1, GP2 and GP3 and on wiring grid GX1 or GX5. Further, according to the wiring rule, the connection holes C1 and C2 directly connected to the well electrodes B3 and B4 of the NMO SQ5 and the PMO SQ4 are formed by the first metal wiring layer and are formed on one side. It is arranged on the grid GP3 adjacent to the power supply wiring layer Vddl supplying the potential and on the wiring grid GX1 or GX5. Furthermore, it is arranged on the adjacent grid G N5 of the ground wiring layer V ss1 that supplies the other potential, and on the wiring grid G X1 or G X5.
これらの配線ルールは、 配線グリ ッ ド GX 2, GX 3 , GX 4 上:に他の第 2金 属配線層による機能回路内部信号配線、 もしくは機能ブロック間信号配線等の配 置配線領域を確保するものであり、 同様に配線グリッ ド GN 1 , GN 2 , GN 3 及び配線グリ ッ ド GP 5, GP 6 , GP 7も他の第 1金属配線層による機能回路 内部信号配線、 もしくは機能プロック間信号配線等の配置配線領域を確保するも のである。 この配置配線領域の確保によって、 電源配線及び接地配線の電位とは 異なる PMO S Q 4, Q 6、 NMO S Q 3 , Q 5の各バックゲート電極制御用の 新たな電源配線領域を確保し、 効率良く配線レイアウ トすることができる。 又、 NMO S Q 3 , Q 5及び PMO S Q 4 , Q 6のゥエル電極 B 3, B4に直 接接続される接铳孔 C 1及び C 2の配置は、 MO Sトランジスタのチャネル長方 向に延長された第 1金属配線層により形成される電源配線層 Vddl及び接地配線 層 Vsslを、 MOSトランジスタのチャネル幅に対して中心部分、 もしくは中心 部分に近い配線グリツ ドに配置配線し、 MOSトランジスタのソース電極中心部 分に電位を与えることによって、 MOSトランジスタのソース電位を安定させる 効果がある。 These wiring rules ensure that the wiring grids GX2, GX3, and GX4 have a wiring area for signal wiring inside the functional circuit with other second metal wiring layers or signal wiring between functional blocks. Similarly, the wiring grids GN 1, GN 2, GN 3 and the wiring grids GP 5, GP 6, GP 7 are also connected to the functional circuit using other first metal wiring layers. This is to secure a layout wiring area for signal wiring and the like. By securing this arrangement and wiring area, a new power supply wiring area for controlling each back gate electrode of PMO SQ4, Q6, NMO SQ3, and Q5, which is different from the potential of the power supply wiring and ground wiring, is secured, and the Wiring layout is possible. The arrangement of contact holes C 1 and C 2 directly connected to the well electrodes B 3 and B 4 of NMO SQ 3 and Q 5 and PMO SQ 4 and Q 6 extends in the direction of the channel length of the MOS transistor. Power supply wiring layer Vddl and ground wiring formed by the formed first metal wiring layer The layer Vssl is arranged and wired in the wiring grid at or near the center with respect to the channel width of the MOS transistor, and by applying a potential to the center of the source electrode of the MOS transistor, the source potential of the MOS transistor is stabilized. There is an effect.
これと同様に、 MO S卜ランジスタのゥエル電極に直接接続される接続孔 C 1 及び C 2の配置も、 MO Sトランジス夕のチャネル幅に対して中心部分もしくは 中心部分に近い配線グリッ ドである電源配線層 Vddl及び接地配線層 Vss 1の隣 接グリッ ドである、 配線グリッ ド GX 1もしくは GX 5上の GP 3あるいは GN 5上に配置することにより、 MOSトランジスタのゥエル電位を安定化させる。 つまり、 コンタク トホールは配線ピッチの関係上、 1力所しかとることができな いので、 電源配線層 Vddl及び接地配線層 Vss 1における配線抵抗の偏りを避け るために、 コンタク トホールを前記チャネル幅の中心部分もしくは中心部分に近 い配線グリツ ド上に配置し、 コンタク トホールと夫々の電源配線間の距離を均一 にすることができ、 均等な抵抗を ¾成することができる。  Similarly, the arrangement of the connection holes C 1 and C 2 that are directly connected to the MOS transistor's well electrode is also a wiring grid at or near the center with respect to the channel width of the MOS transistor. By arranging it on GP3 or GN5 on the wiring grid GX1 or GX5, which is the adjacent grid of the power supply wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vss1, the jewel potential of the MOS transistor is stabilized. In other words, since the contact hole can take only one place due to the wiring pitch, in order to avoid bias of the wiring resistance in the power supply wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vss1, the contact hole is formed in the channel width. It is arranged on the wiring grid at or near the center, so that the distance between the contact hole and each power supply wiring can be made uniform, and uniform resistance can be formed.
尚、 NMOS、 Q 3 , Q 5及びPM〇SQ4, Q 5のゥエル電極 B 3, B4に、 接続孔 C 1 , C 2 , H I, H 2を介して、 第 1金属配線層 M 18, M 19及び電 源配線層 Vdd2, 接地配線層 Vss2を各々電気的に接続する方法は、 第 2金属配 線層により形成された前記電源配線層 V dd 2 , 接地配線層 V ss 2から直接 N M 0 S Q 3 , Q5及び PMOSQ4, Q 6のゥエル電極 B 3, B 4に接続孔を介して 接続することにより接続することもできる。  The first metal wiring layers M 18, M 5 are connected to the NMOS, Q 3, Q 5, and PM electrodes SQ 4, Q 5 via the connection holes C 1, C 2, HI, H 2. 19, the power wiring layer Vdd2, and the ground wiring layer Vss2 are electrically connected to each other by directly connecting the NM 0 from the power wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2 formed by the second metal wiring layer. The connection can also be made by connecting through the connection holes to the well electrodes B3, B4 of SQ3, Q5 and PMOS Q4, Q6.
本実施例においては、 コンタク トホールが 1つの素子に対し、 1つ設けられて いるので、 ラッチアップを防止することができる。  In the present embodiment, since one contact hole is provided for one element, latch-up can be prevented.
又、 本実施例において、 インバー夕回路を構成する基本セルを取り上げて、 そ の配線レイァゥ卜について説明したが、 チップ上に形成された複数の基本セルに おいて、 各基本セルごとに基本セル上に電源配線層 Vdd2 , 接地配線層 Vss 2を 形成するかしないかを選択することができる。 又、 電源配線層 Vdd2, 接地配線 層 Vss2の機能が不要な基本セルにおいては、 前記電源配線層 Vdd2, 接地配線 層 Vss 2として形成された第 2金属配線層を、 現在使用されているような電源配 線層 Vddl, 接地配線層 Vsslの補助用電源として使用することもできる。 く第 1 1実施例 > Further, in the present embodiment, the basic cell constituting the inverter circuit is taken up and its wiring layout is described. However, in a plurality of basic cells formed on a chip, a basic cell is provided for each basic cell. It is possible to select whether or not to form the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2 thereon. Further, in a basic cell which does not require the functions of the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2, the second metal wiring layer formed as the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2 may be replaced with a currently used one. It can also be used as an auxiliary power supply for the power supply wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vssl. Example 11>
図 22は本発明の第 1 1実施例に係る配線レイァゥ 卜図であり、 図 23 (a) , 図 23 (b) に示される N OR回路をマスタスライス型半導体集積回路装置内の 基本セル上に配線レイアウ トしたものである。 図 22において、 図 18 , 図 20 と構成上、 重複する部材については同一符号を用いて示す。  FIG. 22 is a wiring layout diagram according to the eleventh embodiment of the present invention, in which the NOR circuits shown in FIGS. 23 (a) and 23 (b) are mounted on a basic cell in a master slice type semiconductor integrated circuit device. This is the wiring layout. In FIG. 22, members that are the same as those in FIGS. 18 and 20 are denoted by the same reference numerals.
図 23 (a) の NORは NOR回路のシンボルを示したものであり、 入力信号 A及び入力信号 Bの和に対して出力信号 Xが反転論理で出力されるものである。 この NOR回路をトランジスタレベルの回路図で示すと図 23 (b) に示される ような回路構成となる。 図 23 (b) において、 入力信号 Aが入力される一方の 入力端子が、 PMO S Q 8のゲ一卜端子と NMO S Q 9のゲ一ト端子に共通に接 続され、 入力信号 Bが入力される他方の入力端了-が、 PMOSQ 1 0のゲート端 子と NMO S Q 7のゲ一ト端子に共通に接続される。  NOR in FIG. 23 (a) indicates a symbol of the NOR circuit, and the output signal X is output in an inverted logic with respect to the sum of the input signal A and the input signal B. When this NOR circuit is shown in a transistor level circuit diagram, it has a circuit configuration as shown in FIG. 23 (b). In Fig. 23 (b), one input terminal to which input signal A is input is commonly connected to the gate terminal of PMO SQ8 and the gate terminal of NMO SQ9, and input signal B is input. The other input terminal is commonly connected to the gate terminal of PMOS Q10 and the gate terminal of NMO SQ7.
又、 PMO S Q 8のソース端子が電源配線層 Vddlに接続され、 PMO SQ8 及び Q 10のバックゲート端子が Nゥエルを介して電源配線層 Vdd 2に各々接続 されると共に、 NMO SQ 7及び Q 9のソース端子が接地配線層 Vss 1に各々接 続され、 バックゲート端子が Pゥエルを介して接地配線層 Vss2に各々接続され る。  Also, the source terminal of PMO SQ 8 is connected to the power supply wiring layer Vddl, the back gate terminals of PMO SQ8 and Q10 are connected to the power supply wiring layer Vdd 2 through N-wells, and the NMO SQ 7 and Q 9 Are connected to the ground wiring layer Vss1, respectively, and the back gate terminals are connected to the ground wiring layer Vss2 via the P-well.
更に PMO SQ 8と Q 1 0が直列に接続されると共に、 PMOSQ 1 0のドレ イン端子と、 N M 0 S Q 7及び Q 9のドレイ ン端子とが出力信号 Xが出力される 出力端子に接続された構成となつ (:いる。  PMO SQ 8 and Q 10 are connected in series, and the drain terminal of PMOS Q 10 and the drain terminal of NM 0 SQ 7 and Q 9 are connected to the output terminal from which output signal X is output. (And:
この NOR回路をマ卜 リクス状に複数配置された基本セル群内の 1つの基本セ ル上に配線レイァゥトすると、 図 22に示されるような配線レイァゥ卜になる。 図 22に示される基本セルのトランジスタ構成は各社各様であるが、 図 1 8に 示された基本セルと同様に、 ゲート電極 G 1 3, G 1 5及び前記ゲート電極 G 1 3 , G 1 5よりもチャネル幅が小さいゲ一ト電極 G 1 7、 ソース ' ドレイン電極 SD 1 7 , S D 1 9 , SD 2 1及び SD 23とからなる NMOSQ 7 , Q 9、 ゲ ート電極 G 10及び G 1 2、 ソース ' ドレイン電極 SD 14, S D 1 6及び S D 18とからなる PMO SQ 8 , Q 1 0を基本単位 ( 2個の P M 0 S + 2個の N M 0 S + 1個のサブ · NM〇 S ) とする基本セルを用いて配線レイァゥ卜する。 この基本セル上に図 23 (a) 、 図 23 ( b) に示される NOR回路 NORを 構成すると、 図 22に示される配線レイアウ トとなる。 すなわち、 接地配線層 V ss 1は MO S トランジス夕のチャネル長方向に延長された第 1金属配線層により 形成され、 接続孔を介して、 前記接地配線層 Vssl、 NMOS Q 7 , Q 9のツー ス電極 SD 1 7及び SD 2 1がそれぞれ電気的に接続される。 When a wiring layout of this NOR circuit is formed on one basic cell in a basic cell group arranged in a matrix, a wiring layout as shown in FIG. 22 is obtained. Although the transistor configuration of the basic cell shown in FIG. 22 is different for each company, as in the basic cell shown in FIG. 18, the gate electrodes G 13, G 15 and the gate electrodes G 13, G 1 NMOS Q7, Q9 comprising gate electrode G17, source'drain electrodes SD17, SD19, SD21, and SD23 having a channel width smaller than 5, gate electrodes G10 and G PMO SQ 8, Q 10 consisting of the source and drain electrodes SD 14, SD 16, and SD 18 as basic units (two PM 0 S + two NM A wiring layout is performed by using a basic cell of 0 S + 1 sub-NM (N S). When the NOR circuits NOR shown in FIGS. 23 (a) and 23 (b) are formed on this basic cell, the wiring layout shown in FIG. 22 is obtained. That is, the ground wiring layer V ss1 is formed by the first metal wiring layer extending in the channel length direction of the MOS transistor, and the ground wiring layer Vssl and the NMOS Q 7 and Q 9 are connected via the connection hole. The electrodes SD 17 and SD 21 are electrically connected to each other.
そして、 ゥエル電極 B 5は MO S トランジス夕のチャネル幅方向に延長され、 前記ゥエル電極 B 5と第 1金属配線層 M 23、 前記第 1金属配線層 M 23よりも 上層の第 2金属配線層にて形成される接地配線層 Vss 2と第 1金属配線層 M 23 とが、 それぞれ接続孔 H 1及び接続孔 C 1を介して各々電気的に接続される。 又、 電源配線層 Vddlは MO S トランジスタのチャネル長方向に延長された第 1金属配線層により形成され、 記電源配線層 Vdd 1は接続孔を介して PMO S Q 8のソース電極 S D 18に接続される。  The well electrode B5 extends in the channel width direction of the MOS transistor, and the well electrode B5, the first metal wiring layer M23, and the second metal wiring layer above the first metal wiring layer M23. The ground wiring layer Vss2 and the first metal wiring layer M23 are electrically connected to each other via the connection hole H1 and the connection hole C1, respectively. The power supply wiring layer Vddl is formed by a first metal wiring layer extending in the channel length direction of the MOS transistor, and the power supply wiring layer Vdd1 is connected to the source electrode SD18 of the PMO SQ 8 through a connection hole. You.
そして、 ゥエル電極 B 6は MO S トランジスタのチャネル幅方向に延長され、 前記ゥエル電極 B 6と第 1金属配線層 M 24、 前記第 2金属配線層にて形成され る電源配線層 Vdd2と第 1金属配線層 M 24とが、 それそれ接続孔 H 2及び接続 孔 C 2を介して各々接続される。  The well electrode B6 extends in the channel width direction of the MOS transistor. The well electrode B6 and the first metal wiring layer M24, the power supply wiring layer Vdd2 formed by the second metal wiring layer, and the first The metal wiring layer M24 is respectively connected via the connection hole H2 and the connection hole C2.
更に、 NOR回路を制御する入力信号 Aは、 第 1金属配線層 M20に印加され、 NMO S 9のゲート電極 G 1 5と PMO S Q 8のゲ一ト電極 G 1 2が、 接続孔を 介して第 1金属配線層 M 20に各々電気的に接続されることにより、 前記入力信 号 Aが前記ゲ一ト電極 G 1 5と G 1 2に印加される。 そして、 入力信号 Bは、 第 1金属配線層 M 2 1に印加され、 NMO S 7のゲート電極 G 1 3と PMOSQ 1 0のゲート電極 G 10が接続孔を介して第 1金属配線層 M 2 1に各々電気的に接 続されることにより、 前記入力信号 Bが前記ゲート電極 G 1 3と G 10に印加さ れる。  Further, the input signal A for controlling the NOR circuit is applied to the first metal wiring layer M20, and the gate electrode G15 of NMOS 9 and the gate electrode G12 of PMO SQ8 are connected via the connection hole. By being electrically connected to the first metal wiring layer M20, the input signal A is applied to the gate electrodes G15 and G12. Then, the input signal B is applied to the first metal wiring layer M 21, and the gate electrode G 13 of NMOS 7 and the gate electrode G 10 of PMOSQ 10 are connected to the first metal wiring layer M 2 via the connection hole. The input signal B is applied to the gate electrodes G13 and G10 by being electrically connected to the gate electrodes G13 and G10, respectively.
一方、 出力信号 Xは第 1金属配線層 M22に出力されるものであるが、 NOR 回路 NORの出力部において、 NM〇 S Q 9のドレイ ン電極 S D 1 9と、 PMO S Q 1 0のドレイン電極 S D 14が接続孔を介して、 第 1金属配線層 M 22と各 々接続される。 よって NM0S Q 7 , Q 9と PM0SQ 8 , Q 10の各々のドレ ィン電極 SD 1 9, SD 14が電¾的に共通接続されて出力信号 Xが形成される。 前記第 2金属配線層にて形成される電源配線層 Vdd 2 , 接地配線層 V ss 2は、 N M 0 S Q 7 , <39及び?- 03<28, Q 1 0のゥエル電極 B 5, B 6上の配線 グリ ッ ド GX 1 , GX 5上に配置配線され、 配線グリッ ド GX 2 , GX 3 , GX 4上を第 2金属配線層にて形成される電源配線層 Vdd 2 , 接地配線層 Vss 2の配 置配線禁止領域とする。 On the other hand, the output signal X is output to the first metal wiring layer M22. At the output of the NOR circuit NOR, the drain electrode SD 19 of NM〇SQ 9 and the drain electrode SD of PMO SQ 10 14 are respectively connected to the first metal wiring layer M22 via the connection holes. Therefore, each drain of NM0S Q7, Q9 and PM0SQ8, Q10 The output electrodes X are formed by electrically connecting the pin electrodes SD 19 and SD 14 electrically. The power supply wiring layer Vdd 2 and the ground wiring layer V ss 2 formed by the second metal wiring layer are NM 0 SQ 7, <39 and? -03 <28, wiring on Q10's well electrodes B5, B6 Arranged and wired on grids GX1, GX5, and second metal wiring on wiring grids GX2, GX3, GX4 This is the area where the power wiring layer Vdd 2 and the ground wiring layer Vss 2 are formed.
又、 前記電源配線層 Vdd 2, 接地配線層Vss2をNMO SQ 7 , 09及び 1^ 0 S Q 8 , Q 10のゥエル電極 B 5, B 6に接続する接続孔 C 1 , C 2 , H 1 , H 2及び第 1金属配線層は M 23 , 24は、 配線ルールにより、 第 1金属配線層 により形成された電源配線層 Vddl , 接地配線層 Vss 1間の配線グリツ ド GN 5 , GN 6 , GN 7及び配線グリッ ト GP 1, G P 2 , GP 3上であって、 且つ配線 グリ ッ ド GX 1もしくは GX 5上に配置される。  In addition, connection holes C 1, C 2, H 1, which connect the power supply wiring layer Vdd 2 and the ground wiring layer Vss 2 to the NMO SQ 7, 09 and 1 電極 0 SQ 8, Q 10 H2 and the first metal wiring layer are M23 and 24, wiring grids between the power wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vss1 formed by the first metal wiring layer are defined by wiring rules GN5, GN6, GN 7 and on wiring grids GP1, GP2, GP3 and on wiring grid GX1 or GX5.
さらに、 前記配線ルールによれば、 NMO S Q 7 , Q 9及びPMO SQ 8 , Q 1 0のゥエル電極 B 5 , B 6に直接接続される接続孔 C 1, C 2は、 第 1金属配 線層により形成されて一方の電位を供給する電源配線層 Vddlの隣接グリッ G P 3であって、 且つ配線グリッ ド GX 1もしくは GX 5上に配置される。 さらに、 他方の電位を供給する接地配線層 Vss 1の隣接グリツ ド GN 5上であって、 且つ 配線グリ ッ ド GX 1もしくは GX 5 ヒに配置される。  Furthermore, according to the above wiring rules, the connection holes C 1 and C 2 directly connected to the GMO electrodes B 5 and B 6 of the NMO SQ 7 and Q 9 and the PMO SQ 8 and Q 10 are formed by the first metal wiring. The adjacent grid GP3 of the power supply wiring layer Vddl that is formed by the layer and supplies one potential, and is disposed on the wiring grid GX1 or GX5. Further, it is disposed on the adjacent grid GN5 of the ground wiring layer Vss1 for supplying the other potential and on the wiring grid GX1 or GX5.
これらの配線ルールは、 配線グリ ッ ド GX 2, GX 3 , GX 4 -に他の第 2金 属配線層による機能回路内部信号配線、 もしくは機能ブロック間信号配線等の配 置配線領域を確保するものであり、 同様に配線グリッ ド GN 1, GN 2 , GN 3 及び配線グリ ッ ド GP 5, GP 6 , GP 7も他の第 1金属配線層による機能回路 内部信号配線、 もしくは機能プロック間信号配線等の配置配線領域を確保するも のである。 この配置配線領域の確保によって、 電源配線及び接地配線の電位とは 異なる PMO SQ 8 , Q 1 0 , NMOS Q 7 , Q 9の各バックゲート電極制御用 の新たな電源配線領域を確保し、 効率良く配線レイアウトすることが出来る。 .又、 NMO SQ 7, Q 9及び PMO SQ 8 , Q 10の^エル電極 B 5, B 6に 直接接続される接続孔 C 1、 及び C 2の配置は、 MO S トランジスタのチャネル 長方向に延長された第 1金属配線層により形成される電源配線層 Vddl及び接地 配線層 Vsslを、 MO S トランジスタのチャネル幅に対して中心部分、 もしくは 中心部分に近い配線グリヅ ドに配置配線し、 MO Sトランジスタのソース電極中 心部分に電位を与えることによって、 MO S トランジスタのソース電位を安定さ せる効果がある。 つまり、 コンタク トホールは配線ピッチの関係上、 1力所しか とることができないので、 電源配線層 Vddl及び接地配線層 Vss 1配線層におけ る配線抵抗の偏りを避けるために、 コンタク トホールを前記チャネル幅の中心部 分もしくは中心部分に近い配線グリ、ソ ド上に配置し、 コンタク トホールと夫々の 電源配線間の距離を均一にすることができ、 均等な抵抗を形成することができる。 これと同様に MO S トランジスタのゥエル電極に直接接続される接続孔 C 1及 び C 2の配置も、 MO S 卜ランジスタのチャネル幅に対して中心部分もしくは中 心部分に近い配線グリッ ドである電源配線層 Vddl及び接地配線層 Vsslの隣接 グリ ッ ドである、 配線グリ ツ ド GX 1もしくは GX 5上の GP 3あるいは GN 5 に配置することにより、 MOS トランジスタのゥエル電位を安定化させる。 These wiring rules ensure that the wiring grids GX2, GX3, GX4-have a wiring area for signal wiring inside the functional circuit by another second metal wiring layer, or signal wiring between functional blocks. Similarly, the wiring grids GN1, GN2, GN3 and the wiring grids GP5, GP6, and GP7 are also functional circuit internal signal wiring by other first metal wiring layers, or signals between function blocks. This is to secure a layout area for wiring and the like. By securing this placement and wiring area, a new power supply wiring area for controlling the back gate electrodes of each of the PMO SQ8, Q10, NMOS Q7 and Q9, which is different from the potential of the power supply wiring and the ground wiring, is secured. Good wiring layout can be achieved. The arrangement of the connection holes C 1 and C 2 that are directly connected to the N-electrodes B 5 and B 6 of the NMO SQ 7 and Q 9 and the PMO SQ 8 and Q 10 Power wiring layer Vddl and ground formed by extended first metal wiring layer The wiring layer Vssl is arranged and wired in the wiring portion at or near the center with respect to the channel width of the MOS transistor, and by applying a potential to the center of the source electrode of the MOS transistor, the potential of the MOS transistor is reduced. This has the effect of stabilizing the source potential. In other words, since the contact hole can take only one place due to the wiring pitch, the contact hole is connected to the above-mentioned channel in order to avoid bias of the wiring resistance in the power wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vss1. By arranging them on the wiring grid or at the center of the width or near the center of the width, the distance between the contact hole and each power wiring can be made uniform, and uniform resistance can be formed. Similarly, the arrangement of the connection holes C 1 and C 2 directly connected to the MOS transistor's well electrode is also a wiring grid close to the center or the center with respect to the channel width of the MOS transistor. By arranging it on GP3 or GN5 on the wiring grid GX1 or GX5, which is the adjacent grid of the power supply wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vssl, stabilizes the gate potential of the MOS transistor.
尚、 NMO SQ 7, Q 9、 及び PMOSQ 8 , Q 1 0のゥエル電極 B 5, B 6 に、 接続孔 C 1, C 2 , H I , H 2を介して、 第 1金属配線層 M 23 , M24及 び電源配線層 Vdd2 , 接地配線層 Vss2を各々電気的に接続する方法は、 第 2金 属配線層により形成された前記電源配線層 Vdd2 , 接地配線層 Vss2から直接 N MO S Q 7 , Q 9及び PMOS Q 8 , Q 1 0のゥエル電極 E 5 , B 6に接続孔を 介して接続することにより接続することもできる。  The first metal wiring layer M 23, N 9 is connected to the NMO SQ 7, Q 9, and the p-type electrodes B 5, B 6 of the PMOS Q 8, Q 10 via the connection holes C 1, C 2, HI, H 2. The method of electrically connecting the M24 and the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2 is performed by directly connecting the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2 formed by the second metal wiring layer to N MO SQ 7 and Q 9 and PMOS Q 8, Q 10 can also be connected by connecting to the well electrodes E 5, B 6 via connection holes.
本実施例においては、 コンタク ホールが 1つの素子に対し、 1つ設けられて いるので、 ラッチアップを防止することができる。  In the present embodiment, since one contact hole is provided for one element, latch-up can be prevented.
又、 本実施例において、 インバータ回路を構成する基本セルを取り上げて、 そ の配線レイアウトについて説明したが、 チップ上に形成された複数の基本セルに おいて、 各基本セルごとに基本セル上に電源配線層 Vdd2 , 接地配線層 Vss 2を 形成するかしないかを選択することができる。 又、 電源配線層 Vdd2, 接地配線 層 Vss2の機能が不要な基本セルにおいては、 前記電源配線層 Vdd2, 接地配線 層 Vss 2として形成された第 2金属配線層を、 現在使用されているような電源配 線層 Vddl , 接地配線層 Vss 1の補助用電源として使用することもできる。 く第 1 2実施例〉 Further, in this embodiment, the basic cell constituting the inverter circuit is taken up and its wiring layout is described. However, in a plurality of basic cells formed on a chip, each basic cell is placed on the basic cell. It is possible to select whether to form the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2. Further, in a basic cell which does not require the functions of the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2, the second metal wiring layer formed as the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2 may be replaced with a currently used one. It can also be used as an auxiliary power supply for the power supply wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vss1. Example 12)
本発明の半導体集積回路装置における機能モジュールは、 様々な機能を有する ものであり、 たとえば、 ロジック回路, ROM, RAM, MPじ, スタンダード セル等の半導体集積回路装置にて構成することができる。 この場合も、 チップ上 に基板バイアス制御回路を設けて、 外部電源によりバックゲート電極を制御して、 基板バイアス効果を用い、 MO S トランジスタの動作を制御し、 前述したような 高性能を有する機能ブロックを実現するものである。 本実施例においては、 本発 明の半導体集積回路装置の機能プロックを、 RAM回路に適用した場合の半導体 集積回路装置について説明する。  The functional module in the semiconductor integrated circuit device of the present invention has various functions, and can be configured by a semiconductor integrated circuit device such as a logic circuit, a ROM, a RAM, an MP, and a standard cell. In this case as well, a substrate bias control circuit is provided on the chip, the back gate electrode is controlled by an external power supply, the operation of the MOS transistor is controlled using the substrate bias effect, and the high-performance function described above is achieved. It implements a block. In the present embodiment, a semiconductor integrated circuit device in which the function block of the semiconductor integrated circuit device of the present invention is applied to a RAM circuit will be described.
図 24は本発明の第 1 2実施例に係る配線レイァゥ ト図であり、 図 25に示す RAM回路 (ランダムアクセス · メモリ) をマスタスライス型半導体集積回路装 置内の機能プロックの基本セル上に配線レイァゥ トしたものである。 図 24にお いて、 図 18 , 図 20 , 図 22と構成上、 同一の部材には 一符号を用いて示す。 図 25は RAM回路を示したものであり、 ライ ト · バスにソース ■ ドレイン電 極の一方を接続し、 ライ ト信号 Wによりライ ト · バスとメモリセル間をスィ ツチ 制御する NMOS トランス ミ ッション - ゲート Q l 1と、 この NMOS トランス ミッション .ゲート Q 1 1にソース ' ドレイン電極の一方を接続し、 ライ ト信号 Wとライ ト信号 Wの反転信号 XWによりメモリセルを構成するィンバ一夕回路 I N V 2, I N V 3間をスィ ツチ制御する PMO SQ 1 2及び NMO SQ 13から なる トランスミ ッション · ゲートが含まれる。 さらに、 上記 RAM回路は、 メモ リセル内の信号を増幅し、 リ一ド ' バスを駆動するィンバータ回路 I NV4と、 リード .パスにソース ' ドレイン電極の一方を接続し、 リード信号 Rにより リ一 ド ·パスとメモリセル間をスィ ツチ制御する NMO S トランスミ ッション ' ゲー ト Q 1 5とを含むものである。  FIG. 24 is a wiring layout diagram according to the 12th embodiment of the present invention. The RAM circuit (random access memory) shown in FIG. 25 is mounted on a basic cell of a function block in a master slice type semiconductor integrated circuit device. This is the wiring layout. 24, the same members as those in FIGS. 18, 20, and 22 are denoted by the same reference numerals. Figure 25 shows a RAM circuit. An NMOS transmission in which one of the source and drain electrodes is connected to the write bus, and the write signal W switches between the write bus and the memory cell. -Gate Q11 and this NMOS transmission. One of the source and drain electrodes is connected to gate Q11, and an inverter circuit that forms a memory cell by write signal W and inverted signal XW of write signal W. It includes a transmission gate consisting of PMO SQ12 and NMO SQ13 for switching control between INV2 and INV3. Further, the RAM circuit amplifies the signal in the memory cell, connects an inverter circuit I NV4 for driving the read bus, and one of the source and drain electrodes to the read path, and resets the read signal by the read signal R. This includes an NMOS transmission 'gate Q15 for performing switch control between the gate and the memory cell.
この RAM回路をマトリクス状に複数配置された基本セル群内の 2つの基本セ ルを用いて配線レイァゥトすると、 図 24に示される配線レイアウ トになる。 図 24に示される基本セルのトランジス夕構成は各社各様であるが、 図 1 8に 示される基本セルと同様の基本単位 (2個の PMO S + 2個の NMO S+ 1個の サブ . NMO S) となっている。 この基本セル上に図 25に示される RAM回路 を構成すると、 図 24に示される配線レイアウトとなる。 When the wiring layout of this RAM circuit is made using two basic cells in a basic cell group arranged in a matrix, a wiring layout shown in FIG. 24 is obtained. Although the transistor configuration of the basic cell shown in Fig. 24 varies from company to company, the same basic unit as the basic cell shown in Fig. 18 (2 PMO S + 2 NMO S + 1 Sub. NMO S). When the RAM circuit shown in FIG. 25 is formed on this basic cell, the wiring layout shown in FIG. 24 is obtained.
すなわち、 R AM回路中の NMO Sのゥエル電極 B 7は MO Sトランジスタの チャネル幅方向に延長され、 前記ゥエル電極 B 7と第 1金属配線層 M25、 第 1 金属配線層より上層の第 2金属配線層にて形成される接地配線層 Vss 2と第 1金 厲配線層 M 2 5とがそれそれ接続孔 H 1及び接続孔 C 1を介して電気的に接続さ れる。 そして、 RAM回路中の PMO Sのゥエル電極 B 8は、 MO S トランジス 夕のチャネル幅方向に延長され、 前記ゥエル電極 B 8と第 1金属配線層 M 26、 前記第 1金属配線層より上層の第 2金属配線層にて形成される電源配線層 Vdd2 と第 1金属配線層 M 2 6とが、 それそれ接続孔 H 2及び接統孔 C 2を介して電気 的に接続される。 従って、 図 25に示される RAM回路を構成する トランスミツ シヨン 'ゲー ト Q 1 1 , 1 5及びインバ一タ回路 I NV 2〜: [ N V 4の NMO S バックゲート電極は接地配線層 Vss 2に接続され、 PMO Sバックゲ一ト電極は 電源配線層 Vdd 2に接続された構成となっている。  In other words, the NMOS Gaussian electrode B7 in the RAM circuit extends in the channel width direction of the MOS transistor, and the Gaussian electrode B7, the first metal wiring layer M25, and the second metal layer above the first metal wiring layer. The ground wiring layer Vss2 formed by the wiring layer and the first metal wiring layer M25 are electrically connected to each other via the connection hole H1 and the connection hole C1. Then, the PMOS gate electrode B8 in the RAM circuit is extended in the channel width direction of the MOS transistor, and the PEL electrode B8, the first metal wiring layer M26, and the upper layer above the first metal wiring layer. The power supply wiring layer Vdd2 formed by the second metal wiring layer and the first metal wiring layer M26 are electrically connected to each other through the connection hole H2 and the connection hole C2. Therefore, the transmission gates Q11, 15 and the inverter circuits I NV2 to INV2 to form the RAM circuit shown in FIG. 25: [NMOS of NV4 The back gate electrode is connected to the ground wiring layer Vss2. The PMOS back gate electrode is connected to the power supply wiring layer Vdd 2.
前記第 2金属配線層で供給される電源配線層 Vdd 2, 接地配線層 Vss 2は R A M回路中の NM〇 S及び PMO Sのゥエル電極 B 7 , B 8上の配線グリッ ド GX 1, GX 5上に配置配線され、 配線グリ ッ ド GX 2, GX 3 , 0乂4及び0乂 6 , GX 7 , GX 8上を第 2金属配線層にて形成される電源配線層 Vdd2 , 接地配線 層 Vss 2を配置配線禁止領域とする。  The power supply wiring layer Vdd 2 and the ground wiring layer Vss 2 supplied by the second metal wiring layer are wiring grids GX 1, GX 5 on the NM〇S and PMOS peg electrodes B 7, B 8 in the RAM circuit. The power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss are formed on the wiring grids GX2, GX3, 0A4, and 0A6, GX7, and GX8 and are formed by the second metal wiring layer. Let 2 be a placement and routing prohibited area.
又、 前記電源配線層 Vdd 2 , 接地配線層 Vss2を RAM回路中の NMO S及び PM〇 Sのゥエル電極 B 7 , B 8に接続する接続孔 C 1 , C 2 , H 1 , H 2及び 第 1金属配線層 M25 , M26は、 配線ルールにより、 第 1金属配線層により供 給された電源配線層 Vdd 1 , 接地配線層 Vss 1間の配線グリッ ド GN 5, GN 6 , GN 7上及び配線グリッ ド GP 1 , GP 2, G P 3上であって、 且つ配線グリツ ド GX 1もしくは GX 5上に配置される。 さらに、 前記配線ルールによれば、 R AM回路中の NMO S及び PM〇 Sのゥエル電極 B 7, B 8に直接接続される接 続孔 C I , C 2は、 第 1金属配線層により形成されて一方の電位を供給する電源 配線層 Vdd 1、 もしくは他方の ¾位を供給する接地配線層 Vss 1に極力隣接した 配線グリ 'ソ ド上に配置される。 これらの配線ルールは、 配線グリッ ド GX 2 , GX 3 , 0 4及び0 6 , G X 7 , GX 8上に他の第 2金属配線層による機能回路内部信号配線もしくは機能 プロ、ソク間信号配線、 例えば図 24に示されるリード · ライ ト制御信号 R, W, XW等の配置配線領域を確保するものである。 又、 同様に配線グリッ ド GN 1 , GN 2 , GN 3及び配線グリツ ド G P 5, G P 6 , G P 7も他の第 1余属配線層 による機能回路内部信号配線もしくは機能プロック間信号配線、 例えば図 24に 示されるライ ト · バス及びリード · バス等の配置配線領域を確保するものである。 したがって、 電源配線層及び接地配線層の電位とは異なる RAM回路中の PMO S, NMO Sの各バックゲート電極制御用の新たな電源配線領域を確保し、 効率 良く配線レイアウトすることが出来る。 Also, connection holes C 1, C 2, H 1, H 2, and H 3 for connecting the power supply wiring layer Vdd 2 and the ground wiring layer Vss 2 to the NMOS and PM〇S peg electrodes B 7, B 8 in the RAM circuit. (1) The metal wiring layers M25 and M26 are formed on the wiring grids GN5, GN6 and GN7 between the power supply wiring layer Vdd1 and the ground wiring layer Vss1 supplied by the first metal wiring layer according to the wiring rules. It is placed on grid GP1, GP2, GP3 and on wiring grid GX1 or GX5. Further, according to the wiring rules, the connection holes CI and C2 directly connected to the NMOS and the PM electrodes S7 and B8 in the RAM circuit are formed by the first metal wiring layer. The power supply wiring layer Vdd1 that supplies one potential or the ground wiring layer Vss1 that supplies the other potential is placed on the wiring grid as close as possible. These wiring rules are based on wiring grids GX 2, GX 3, 04 and 06, GX 7, GX 8, function signal internal signal wiring by other second metal wiring layer or signal wiring between function pro, For example, a layout area for the read / write control signals R, W, and XW shown in FIG. 24 is secured. Similarly, the wiring grids GN 1, GN 2, GN 3 and the wiring grids GP 5, GP 6, GP 7 are also connected to the signal wiring inside the functional circuit or the signal wiring between the function blocks by the other first additional wiring layers, for example. This is to secure the arrangement and wiring area of the light bus and lead bus shown in FIG. Therefore, a new power supply wiring area for controlling the back gate electrodes of the PMOS and NMOS in the RAM circuit which is different from the potentials of the power supply wiring layer and the ground wiring layer can be secured, and the wiring layout can be performed efficiently.
又、 NMO S及び PMO Sのゥエル電極に直接接続される接続孔 C 1及び C 2 の配置は、 MO Sトランジスタのチャネル長方向に延長された第 1金属配線層に より形成される電源配線層 Vddl及び接地配線層 Vss 1を、 MO S トランジスタ のチャネル幅に Wして中心部分もしくは中心部分に近い配線グリッ ドに配置配線 し、 MO S トランジスタのソース電極中心部分に電位を与えることによって、 M OS トランジスタのソース電位を安定させる効果がある。 つまり、 コンタク トホ ールは配線ピッチの関係上、 1力所しかとることができないので、 電源配線層 V ddl及び接地配線層 Vss 1における配線抵抗の偏りを避けるために、 コンタク ト ホールを前記チャネル幅の中心部分もしくは中心部分に近い配線グリッ ド上に配 置し、 コンタク トホールと夬々の電源配線間の距離を均一にすることができ、 均 等な抵抗を形成することができる。  The arrangement of the connection holes C1 and C2 that are directly connected to the NMOS and PMOS peg electrodes is based on the power supply wiring layer formed by the first metal wiring layer extending in the channel length direction of the MOS transistor. Vddl and the ground wiring layer Vss 1 are arranged and wired in the central portion or a wiring grid close to the central portion with the width W of the channel width of the MOS transistor, and by applying a potential to the central portion of the source electrode of the MOS transistor, This has the effect of stabilizing the source potential of the OS transistor. In other words, the contact hole can take only one place due to the wiring pitch. By arranging them on the wiring grid at or near the center of the width, the distance between the contact holes and the power supply wiring can be made uniform, and uniform resistance can be formed.
これと同様に MO S 卜ランジスタのゥエル電極に直接接続される接続孔 C 1及 び C 2の配置も、 極力 MO S トランジスタのチャネル幅に対して中心部分もしく は中心部分に近い配線グリッ ドに配置することにより、 MO S トランジスタのゥ エル電位を安定化させることができる。 尚、 R AM回路中の NMO S及び PM〇 Sのゥエル電極に、 接続孔 C I , C 2 , H I , H 2を介して、 第 1金属配線層 M 25 , M 26及び電源配線層 Vdd2, 接地配線層 Vss 2を各々電気的に接続する 方法は、 第 2金属配線層により形成された前記電源配線層 Vdd2, 接地配線層 V ss2から直接、 R AM回路中の NMO S及び P M 0 Sのゥエル電極に接続孔を介 して接続することにより接続することもできる。 Similarly, the arrangement of the connection holes C 1 and C 2 that are directly connected to the MOS transistor's jewel electrode should be made as close as possible to the center part or the wiring grid with respect to the channel width of the MOS transistor. By arranging the MOS transistors, the well potential of the MOS transistor can be stabilized. Incidentally, the first metal wiring layers M 25 and M 26 and the power supply wiring layer Vdd2 and the ground are connected to the NMOS and PM〇S in the RAM circuit through the connection holes CI, C 2, HI and H 2. The method of electrically connecting the wiring layers Vss2 is performed by directly connecting the NMOS and PMOS in the RAM circuit directly from the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2 formed by the second metal wiring layer. Via a connection hole in the electrode It is also possible to connect by connecting.
本実施例においては、 コンタク トホールが 1つの素子に対し、 1つ設けられて いるので、 ラッチアップを防止することができる。  In the present embodiment, since one contact hole is provided for one element, latch-up can be prevented.
又、 本実施例において、 インバータ问路を構成する基本セルを取り上げて、 そ の配線レイァゥトについて説明したが、 チップ上に形成された複数の基本セルに おいて、 各基本セルごとに基本セル上に電源配線層 Vdd2, 接地配線層 Vss2を 形成するかしないかを選択することができる。 又、 電源配線層 Vdd2 , 接地配線 層 Vss2の機能が不要な基本セルにおいては、 前記電源配線層 Vdd2, 接地配線 層 Vss2として形成された第 2金属配線層を、 現在使用されているような電源配 線層 Vddl, 接地配線層 Vsslの補助用電源として使用することもできる。  Further, in the present embodiment, the basic cell constituting the inverter circuit has been taken up and the wiring layout has been described. However, in a plurality of basic cells formed on a chip, each basic cell has its own basic cell. It is possible to select whether to form the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2. In a basic cell that does not require the functions of the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2, the second metal wiring layer formed as the power supply wiring layer Vdd2 and the ground wiring layer Vss2 may be replaced with a power supply such as that currently used. It can also be used as an auxiliary power supply for the wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vssl.
<第 1 3実施例 >  <The 13th embodiment>
次に、 本発明の半導体集積回路装置における基板バイアス制御回路と機能モジ ユールに関する応用例、 及び前記基板バイアス制御回路にて形成した電源の機能 モジュールへの電源供給について、 第 1 3〜 1 4実施例にて説明する。 これらの 基板バイアス制御回路の構成は、 NM〇 S用及び PMO S用の基板バイアス制御 回路の両方を用いて、 半導体集積回路内の全機能モジュールについて、 消費電力 と速度をダイナミックに最適制御するものである。  Next, an application example of the substrate bias control circuit and the function module in the semiconductor integrated circuit device of the present invention, and the power supply to the function module by the power supply formed by the substrate bias control circuit will be described. An example will be described. The configuration of these substrate bias control circuits dynamically optimizes power consumption and speed for all functional modules in a semiconductor integrated circuit using both the NM〇S and PMOS substrate bias control circuits. It is.
図 26には、 本発明の第 1 3実施例に関わる基板バイアス制御回路のブロック 構成図、 および図 27には機能モジュールを構成する MO Sトランジス夕の断面 構造が示される。 本実施例の半導体集積回路装置は、 前述の第 1〜 8実施例記載 の NMO S用及び PMO S用の基板バイァス制御回路の両方を用いて、 半導体集 積回路装置内の全機能モジュールについて、 消費電力と速度をダイナミックに最 適制御するものである。 すなわち、 動作モード時の場合は、 高駆動型の MO Sト ランジス夕特性を利用して動作させ、 待機モード時の場合は、 低消費電力型の M OS トランジスタ特性となるように構成したことを特徴とするものである。 前記基板バイアス制御回路においては、 第 1〜 1 2実施例に記載したように、 第 1金属配線層の一部 (電源配線層 Vddl及び接地配線層 Vss 1 ) に供給される 1系電源 Vddl及び Vsslと同電位もしくは異電位であって、 かつ第 2金属配線 層 (電源配線層 Vdd2及び接地配線層 Vss2 ) に供給される、 2系電源 Vdd2及 び Vss 2が形成されるものである。 すなわち、 基板バイアス制御回路にて、 全機 能モジュールにおける NM〇 Sの Pゥエルに 2系 ¾源 Vss2が供給され、 PMO Sの Nゥエルに 2系電源 Vdd2が供給されるものである。 そして、 NMO S用の 基板バイァス制御回路にて形成された 2系電源 Vss2は、 全機能モジュールに供 給されるのみでなく、 PMO S用の基板バイアス制御回路にも供給される。 同様 に、 PMO S用の基板バイアス制御回路にて形成された 2系電源 Vdd2は、 全機 能モジュールに供給されるのみでなく、 NMO S用の基板バイァス制御回路にも 供給される。 FIG. 26 shows a block diagram of a substrate bias control circuit according to the thirteenth embodiment of the present invention, and FIG. 27 shows a cross-sectional structure of a MOS transistor constituting a functional module. The semiconductor integrated circuit device of the present embodiment uses both the NMOS and the PMOS substrate via control circuits described in the first to eighth embodiments described above, for all functional modules in the semiconductor integrated circuit device. It dynamically and optimally controls power consumption and speed. In other words, in the operation mode, the operation is performed using the high-drive MOS transistor characteristics, and in the standby mode, the low-power MOS transistor characteristics are used. It is a feature. In the substrate bias control circuit, as described in the first to 12th embodiments, the 1-system power supply Vddl supplied to a part of the first metal wiring layer (the power supply wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vss 1) and The same or different potential as Vssl, and the second metal wiring The two-system power supplies Vdd2 and Vss2 supplied to the layers (power supply wiring layer Vdd2 and ground wiring layer Vss2) are formed. In other words, in the substrate bias control circuit, the secondary power supply Vss2 is supplied to the P-well of the NM〇S in all the functional modules, and the secondary power supply Vdd2 is supplied to the N-well of the PMOS. The second power supply Vss2 formed by the substrate bias control circuit for NMOS is supplied not only to all functional modules but also to the substrate bias control circuit for PMOS. Similarly, the secondary power supply Vdd2 formed by the substrate bias control circuit for PMOS is supplied not only to all functional modules but also to the substrate bias control circuit for NMOS.
以下、 図 26 (a) の基板バイアス制御回路からの機能モジュールへの電源供 給について説明する。  Hereinafter, power supply from the substrate bias control circuit to the functional module in FIG. 26A will be described.
本実施例の基板バイアス制御回路は、 外部装置から入力されるチップ . イネ一 ブル信号 CEが、 NM〇 S用の基板バイアス制御回路における信号電圧レベル変 換回路 L V 0 Nに入力され、 前記第 1の信号電圧レベル変換回路 LV 0 Nと接続 された第 1のバッファ論理回路、 あるいは第 1のバッファ論理回路及び第 1の波 形整形用ィンバータ回路 L 0 G 0 Nにより 2系電源 Vdd2及び Vss2の電位がコ ントロールされるものである。  In the substrate bias control circuit of the present embodiment, a chip enable signal CE input from an external device is input to a signal voltage level conversion circuit LV 0 N in the substrate bias control circuit for NM〇S, The first power supply voltage Vdd2 and Vss2 by the first buffer logic circuit connected to the first signal voltage level conversion circuit LV0N or the first buffer logic circuit and the first waveform shaping inverter circuit L0G0N. Is controlled.
ここで、 前記信号電圧レベル変換回路 LV0は、 第 1~8実施例のブロック A 1及びブロック B 1に対応し、 特に図には分けて記載しないが、 NMOS用及び PMO S用の基板バイアス制御回路に夫々具備された第 1及び第 2信号電圧レべ ル変換回路の両者を備えたものとして、 第 1 3〜 14実施例で説明する。 尚、 明 細書中では、 NMO S用の基板バイアス制御回路における第 1の信号電圧レベル 変換回路については、 Nを付して 「L V 0 N」 のように示し、 PMOS用である 場合には、 Pを付して 「: LVO Pj のように示す。  Here, the signal voltage level conversion circuit LV0 corresponds to the blocks A1 and B1 of the first to eighth embodiments, and although not separately illustrated in the drawings, the substrate bias control for NMOS and PMOS is not particularly described. A description will be given of the thirteenth to fourteenth embodiments assuming that both the first and second signal voltage level conversion circuits provided in the circuit are provided. Note that, in the specification, the first signal voltage level conversion circuit in the substrate bias control circuit for NMOS is denoted by "LV0N" with N appended thereto, and when it is used for PMOS, Append P to indicate “: LVO Pj”.
さらに、 前記第 1のバッファ論理回路、 あるいは第 1のバッファ論理回路及び 第 1の波形整形用インバ一タ回路 LOG Oは、 第 1〜8実施例のブロック A 2 , ブロック B 2およびブロック A 3 , ブロック B 3に対応し、 特に図には分けて記 載されていないが、 前記 NMO S用及び PMO S用の基板バイアス制御回路にそ れそれ具備された第 1及び第 2の信号レベル変換回路と接続されて夫々設けられ た前記第 1及び第 2のバッファ論理回路、 あるいは第 1 , 第 2のバッファ論理回 路及び第 1 , 第 2の波形整形用ィンバ一夕回路の両者を備えたものとして第 13 〜 1 4実施例で説明する。 Further, the first buffer logic circuit, or the first buffer logic circuit and the first waveform shaping inverter circuit LOGO are the blocks A 2, B 2 and A 3 of the first to eighth embodiments. The first and second signal level conversion circuits respectively provided in the substrate bias control circuits for the NMOS and the PMOS, although not separately illustrated in the figure, correspond to the block B3. Each connected to a circuit The first to second buffer logic circuits, or the first and second buffer logic circuits and the first and second waveform shaping circuit overnight circuits, are implemented as the thirteenth to fourteenth embodiments. An example will be described.
尚、 明細書中では、 NMO S用の基板バイアス制御回路における、 第 1のバッ ファ論理回路、 あるいは第 1のバッファ論理回路及び第 1の波形整形用ィンバー タ回路については、 Nを付して 「L〇G 0N」 のように示し、 PMO S用である 場合には、 Pを付して 「LOG0 Pj のように示す。  In the specification, the first buffer logic circuit, or the first buffer logic circuit and the first waveform shaping inverter circuit in the NMOS substrate bias control circuit are denoted by N. It is indicated as “L〇G 0N”, and if it is for PMOS, it is indicated with “P” and indicated as “LOG0 Pj”.
チップ . ィネーブル信号 CEがハイレベルとされることにより、 半導体集積回 路装置は動作時モードに設定され、 前記チップ ' ィネーブル信号 CEは NM〇S 用の信号電圧レベル変換回路 LV 0 Nに入力され、 その出力信号が、 第 1のバッ ファ論理回路 (あるいは第 1のバッファ論理回路及び第 1の波形整形用ィンバー タ) LOGO Nに人力される。 そして、 ¾記 LOG O Nにより、 半導体集積回路 装置内の全機能モジュールに形成されている N M 0 Sのバックゲート電極である Pゥエルの電位を制御する電圧 Vpwが形成され、 機能モジュールに入力される。 さらに、 前記 Pゥエルの電位を制御する電圧 Vpw (電源電圧 Vdd2 ) は、 Pゥェ ルを介して、 PMO S用の第 2の信号電圧レベル変換回路 LV 0 Pにも入力され る。  When the chip enable signal CE is set to the high level, the semiconductor integrated circuit device is set to the operation mode, and the chip enable signal CE is input to the signal voltage level conversion circuit LV0N for NM〇S. The output signal is input to a first buffer logic circuit (or a first buffer logic circuit and a first waveform shaping inverter) LOGON. Then, by the LOG ON, a voltage Vpw for controlling the potential of the P-well, which is the back gate electrode of the NM0S formed in all the functional modules in the semiconductor integrated circuit device, is formed and input to the functional modules. . Further, the voltage Vpw (power supply voltage Vdd2) for controlling the potential of the P-well is also input to the second signal voltage level conversion circuit LV 0 P for PMOS via the P-well.
又、 同時に前記チッブ · ィネーブル信号 C Eは PMO S用の第 2の信号電圧レ ベル変換回路 L V 0 Pに入力され、 その出力信号が、 第 2のバッファ論理回路 (あるいは第 2のバッファ論理回路及び第 2の波形整形用ィンバ一夕回路) L0 GO Pに入力される。 そして、 前記 LOG O Pにより、 半 体集積回路装置内の 全機能モジュールに形成されている PMO Sのバックゲー卜電極である Nゥエル の電位を制御する電圧 Vnwが形成され、 機能モジュールに入力される。 さらに、 前記 Nゥエルの電位を制御する電圧 Vnw (接地電圧 Vss2 ) は、 Nゥエルを介し て、 NMO S用の第 1の信号電圧レベル変換回路 LV 0 Nにも入力される。 すなわち、 PMO Sの Nゥエルには 1系電源 Vddl (例えば 3V) と同電位の Vdd2 ( 3 V) が印加されると共に、 NMO Sの Pゥエルには 1系電源 Vss 1 (例えば 0V) と同電位の Vss 2 ( 0 V) が印加される。  At the same time, the chip enable signal CE is input to a second signal voltage level conversion circuit LV 0 P for PMOS, and its output signal is output to a second buffer logic circuit (or a second buffer logic circuit and a second buffer logic circuit). Second waveform shaping circuit overnight circuit) Input to L0 GOP. Then, the voltage Vnw for controlling the potential of the N-well, which is the back gate electrode of the PMOS formed in all the function modules in the semiconductor integrated circuit device, is formed by the LOG OP and is input to the function module. Further, the voltage Vnw (ground voltage Vss2) for controlling the potential of the N-well is also input to the first signal voltage level conversion circuit LV 0 N for NMOS via the N-well. In other words, Vdd2 (3 V), which has the same potential as system 1 power supply Vddl (for example, 3 V), is applied to the N-well of PMOS, and the same as system 1 power supply Vss 1 (for example, 0 V) to the P-well of NMOS. The potential Vss 2 (0 V) is applied.
この様に、 M〇 S トランジスタのソース電極とバックゲ一卜電極に同電位の電 圧が印加された場合、 MO S トランジスタのサブスレツショルド特性は、 図 32 (a) , 図 32 ( b) に示される状態 P 1及び N 1となり、 この状態においては MO S トランジスタの閾値電圧が絶対値で低く、 ドレイン電流が大きい特性とな る。 Thus, the source electrode and the back gate electrode of the MOS transistor have the same potential. When a voltage is applied, the sub-threshold characteristics of the MOS transistor become states P 1 and N 1 shown in FIGS. 32 (a) and 32 (b), and in this state, the threshold voltage of the MOS transistor becomes lower. The characteristics are low in absolute value and large in drain current.
一方、 チップ ' イネ一ブル信号 C Eが口一レベルの場合、 半導体集積回路装置 は待機時モードに設定され、 第 1 , 第 2の信号電圧レベル変換回路と、 第 1 , 第 2の論理回路あるいは第 1, 第 2の論理回路と第 1 , 第 2の波形整形用インバ一 タ回路により、 前述したような i 号形成を行ない、 Nゥエルの電位を制御する電 圧 Vnw, Pゥエルの電位を制御する電圧 Vpwが形成される。 そして、 前記 Nゥェ ルの電位を制御する電圧 Vnw, Pゥエルの電位を制御する電圧 Vpwは、 夫々機能 モジュールに入力されるとともに、 NM〇 S用及び PM〇 S用の基板バイアス制 御回路に人力される。  On the other hand, when the chip enable signal CE is at the mouth level, the semiconductor integrated circuit device is set to the standby mode, and the first and second signal voltage level conversion circuits and the first and second logic circuits or The first and second logic circuits and the first and second waveform shaping inverter circuits form the i-th signal as described above, and reduce the potentials of the voltages Vnw and P-well for controlling the potential of the N-well. A control voltage Vpw is formed. The voltage Vnw for controlling the potential of the N-well and the voltage Vpw for controlling the potential of the P-well are respectively input to the functional module, and the substrate bias control circuits for the NM〇S and the PM〇S are provided. To be human-powered.
すなわち、 PMO Sの Nゥエルには 1系電源 Vdd 1 (例えば 3V) よりも高電 位の 2系電源 Vdd2 (例えば 5 V) が印加されると共に、 NMOSの Pゥエルに は 1系電源 Vss l (例えば 0V) よりも低電位の 2系電源 Vss 2 (例えば一 2 V) が印加される。  In other words, a second system power supply Vdd2 (for example, 5 V) having a higher potential than the first system power supply Vdd1 (for example, 3 V) is applied to the N-well of the PMOS, and a first system power supply Vssl is applied to the NMOS P-well. A second system power supply Vss 2 (for example, 12 V) having a lower potential than (for example, 0 V) is applied.
この様に、 PMO Sのソース電極に対して高電位の電圧がバックゲ一ト電極に 印加され、 NMO Sのソース電極に対して低電位の電圧がバックゲ一卜電極に印 加されると、 M〇 Sトランジスタのサブスレツショルド特性は、 図 32 (a) , 図 3 2 ( b) に示される状態 P 2, P 3及び N 2 , N 3となり、 この状態におい ては MO S トランジスタの閾値電圧が絶対値で高く、 オフ電流が非常に小さい特 性となる。  As described above, when a high potential voltage is applied to the back gate electrode with respect to the source electrode of PMOS and a low potential voltage is applied to the back gate electrode with respect to the source electrode of NMOS, Mサ ブ The sub-threshold characteristics of the S transistor are the states P 2, P 3 and N 2, N 3 shown in Fig. 32 (a) and Fig. 32 (b). In this state, the threshold voltage of the MOS transistor is Is high in absolute value and the off current is very small.
従って、 半導体集積回路装置か動作モード時の場合は、 高駆動型の MO S トラ ンジスタ特性となり、 逆に半導体集積回路装置が待機モード時の場合は、 低消費 電力型の MOS トランジスタ特性ヒなる。  Therefore, when the semiconductor integrated circuit device is in the operation mode, it has a high drive type MOS transistor characteristic, and when the semiconductor integrated circuit device is in the standby mode, it has low power consumption type MOS transistor characteristic.
又、 図 26 (b) は、 チップ · イネ一ブル信号 CEと半導体集積回路装置内で 発生されたスリーブ ·モード制御信号 SMまたはパワー · ダウン信号 PDがセレ ク夕一回路 S E L 0に入力され、 このセレクタ一回路 S E L 0からの出力信号が 各信号電圧レベル変換回路 LV 1〜 3及びバヅ フ ァ論理回路 (あるいはバヅ ファ 論理回路及び波形整形用ィンバ一タ回路) LOG 1~ 3に夫々入力されることに よって、 半導体集積回路装置内の各機能モジュールを動作モード及び待機モード に各々切り替えるものである。 そして、 PMO S及び NMOSのバックゲート電 極の制御を、 電圧 Vnwl〜3, '¾圧 Vpw 1〜 3を夫々の機能モジュールのゥエル に供給し、 前述したように、 各機能モジュールごとに行なうものである。 Also, FIG. 26 (b) shows that the chip enable signal CE and the sleeve mode control signal SM or the power down signal PD generated in the semiconductor integrated circuit device are input to the select circuit SEL0, The output signal from this selector circuit SEL 0 is applied to each signal voltage level conversion circuit LV 1 to 3 and the buffer logic circuit (or the buffer circuit). (Logic circuit and waveform shaping inverter circuit) Each of the function modules in the semiconductor integrated circuit device is switched to an operation mode and a standby mode by being input to LOG1 to LOG3, respectively. Then, the control of the back gate electrodes of the PMOS and NMOS is performed by supplying the voltages Vnwl to 3 and the overvoltages Vpw 1 to 3 to the respective functional module wells as described above. It is.
この場合、 PMO S及び NMO Sのバックゲ一ト電極を各機能モジュールごと に制御することができるため、 半導体集積回路装置の MO Sトランジスタ構造は、 図 27 (a) 又は図 27 (b) に示されるようになる。  In this case, since the back gate electrodes of the PMOS and NMOS can be controlled for each functional module, the MOS transistor structure of the semiconductor integrated circuit device is shown in FIG. 27 (a) or FIG. 27 (b). Will be able to
図 27 (a) に示される機能モジュール内の MOS トランジスタ構造は、 NM 〇 Sの Pゥエルと PMO Sの Nゥエルの両方を半導体集積回路装置の基板から分 離するために 3重ゥエル構造とされる。 例えば、 半導体集積回路装置の基板 SU B 1が P 基板である場合は、 NMO Sを形成する Pゥェル PWE L 1を基板 SU B 1から分離するため、 N にて形成されるバリッ ド層 V Aが Pゥエル PWE L 1 を囲む様に形成される。 又、 この Tバリッ ド層 VAは、 Nゥエル NWEL 1とは 異なる機能ブロックの Nゥエルと共通電位とならない様に分離して形成される。 逆に、 図示はしないが、 半導体集積回路装置の基板 SUB 1が N—基板である場 合は、 PMO Sが形成される Nゥエル NWE L 1を基板 SUB 1から分離するた め、 P となるバリッ ド層 VAが Nゥェル NWE L 1を囲む様に形成される。 又、 二の P バリッ ド層 V Aは、 Pゥエル PWE L 1とは異なる機能プロックの Pゥェ ルと共通電位とならない様に分離して形成される。  The MOS transistor structure in the functional module shown in Fig. 27 (a) has a triple-well structure in order to separate both the P-well of NM ゥ S and the N-well of PMOS from the substrate of the semiconductor integrated circuit device. You. For example, when the substrate SU B 1 of the semiconductor integrated circuit device is a P substrate, the barrier layer VA formed by N separates the P-well PWE L 1 forming the NMOS from the substrate SU B 1. It is formed so as to surround the P-well PWE L 1. The T barrier layer VA is formed separately from the N-well of the functional block different from the N-well NWEL 1 so as not to have a common potential. On the other hand, although not shown, if the substrate SUB 1 of the semiconductor integrated circuit device is an N-substrate, it becomes P because the N-well NWE L 1 on which the PMOS is formed is separated from the substrate SUB 1. A valid layer VA is formed so as to surround the N-well NWE L1. Further, the second P-valid layer VA is formed separately from the P-well of the function block different from the P-well PWE L1 so as not to have a common potential.
図 27 (b) に示される機能モジュール内の MO S トランジスタ構造は、 同様 に NMO Sの Pゥエルと PMO Sの Nゥエルの両方を半導体集積回路装置の基板 から分離するために 3重ゥエル構造とされる。 例えば、 半導体集積回路装置の基 板 S UB 2が P-基板である場合は、 NMO Sを形成する Pゥェル P WE L 2を基 板 S UB 2から分離するため、 Nゥエル NWE L 2が Pゥェル PWE L 2より深 く形成され、 Pゥエル PWE L 2を囲む様に分離される。 又、 この Nゥエル NW EL 2は、 他の異なる機能プロックの Nゥエルと共通電位とならない様に分離さ れて形成される。 逆に、 図示はしないが、 半導体集積回路装置の基板 SUB 2が N基板の場合は、 PM〇 Sが形成される Nゥエル NWE L 2を基板 SUB 2から 分離するため、 Pゥエル P WE L 2が Nゥエル NWE L 2より深く形成され、 前 記 Nゥエル NWE L 2を囲む様に分離される。 又、 この Pゥエル PWE L 2は、 他の異なる機能ブロックの Pゥエルと共通電位とならない様に分離されて形成さ れる。 Similarly, the MOS transistor structure in the functional module shown in FIG. 27 (b) has a triple-well structure to separate both the NMOS P-well and the PMOS N-well from the substrate of the semiconductor integrated circuit device. Is done. For example, if the substrate S UB 2 of the semiconductor integrated circuit device is a P-substrate, the N-well NWE L 2 is separated from the substrate S UB 2 to separate the P-well P WE L 2 forming the NMOS from the substrate S UB 2. It is formed deeper than the PWE L2, and is separated to surround the PWE L2. The N-well NWEL 2 is formed so as to be separated from the N-well of another different function block so as not to have a common potential. Conversely, although not shown, when the substrate SUB 2 of the semiconductor integrated circuit device is an N substrate, the N-well NWE L 2 on which PM〇S is formed is removed from the substrate SUB 2. For separation, the P-well PWE L 2 is formed deeper than the N-well NWE L 2 and separated so as to surround the N-well NWE L 2. Further, the P-well PWE L2 is formed so as to be separated from the P-well of another different functional block so as not to have a common potential.
以上述べた様に、 本実施例の半導体集積回路装置によれば、 電源配線及び接地 配線の電位とは異なる PMO S, NMO Sの各バックゲ一ト電極制御用の新たな 電源配線領域を確保し、 効率良く配線レイァゥ 卜する配線ルールを提供すること により電源配線と信号配線のレイァゥ卜設計を容易化すると共に、 動作時の高速 化と待機時の低消費電力化を同時に実現するという効果を有する。  As described above, according to the semiconductor integrated circuit device of the present embodiment, a new power supply wiring area for controlling each of the back gate electrodes of the PMOS and NMOS different from the potentials of the power supply wiring and the grounding wiring is secured. Providing wiring rules for efficient wiring layout facilitates the layout design of power supply wiring and signal wiring, and has the effect of simultaneously realizing high-speed operation and low power consumption during standby. .
く第 1 4実施例 >  14th Example>
図 28には、 本発明の第 14実施例に関わる基板バイアス制御回路のブロック 構成図、 および機能モジュールを構成する MO S トランジスタの断面構造が示さ れる。 本実施例の半導体集積回路装置は、 前述の第 1〜8実施例に記載の NMO S用及び PMO S用の基板バイアス制御回路のどちらか一方を用いて、 半導体集 積回路装置内の全機能モジュール:こ形成された N M 0 Sあるいは P M 0 Sのいず れかについて、 消費電力と速度をダイナミックに最適制御するものである。 すな わち、 動作モード時の場合は高駆動型の MO S トランジスタ特性を利用して動作 させ、 待機モード時の場合は PMO Sあるいは NMO Sのうちの一方のみが低消 費電力型の MO S トランジスタ t性となるように構成したことを特徴とするもの である。  FIG. 28 shows a block diagram of a substrate bias control circuit according to the fourteenth embodiment of the present invention, and a cross-sectional structure of a MOS transistor constituting a functional module. The semiconductor integrated circuit device of this embodiment uses all of the functions in the semiconductor integrated circuit device by using one of the substrate bias control circuits for NMOS and PMOS described in the first to eighth embodiments. Module: Dynamically optimally controls the power consumption and speed of either the formed NM0S or PM0S. In other words, in the operation mode, operation is performed using the characteristics of the high-drive type MOS transistor, and in the standby mode, only one of the PMOS and NMOS is a low power consumption type MOS transistor. It is characterized in that it is configured to have S-transistor t-type.
前記基板バイアス制御回路においては、 第 1〜 12実施例に記載したように、 第 1金属配線層の一部 (電源配線層 Vddl及び接地配線層 Vss 1 ) に供給される 1系電源 Vddl及び Vss 1と同電位、 もしくは異電位であって、 かつ第 2金属配 線層 (電源配線層 Vdd2もしくは接地配線層 Vss2) に供給される、 2系電源 V dd2もしくは Vss2のうちの一方が形成されるものである。 すなわち、 基板バイ ァス制御回路にて、 全機能モジュールにおける、 NMO Sの Pゥエルに 2系電源 Vss 2、 または、 PMO Sの Nゥエルに 2系電源 Vdd2が供給されるものである ( そして、 NMOS用の基板バイアス制御回路にて 2系電源 Vss2が形成された場 合は、 前記 2系電源 Vss2が全機能モジュールに供給されるのみでなく、 PMO S用の基板バイアス制御回路にも供給される。 同様に、 PMO S用の基板バイァ ス制御回路にて 2系電源 Vdd2が形成された場合は、 前記 2系電源 Vdd 2が全機 能モジュールに供給されるのみでなく、 NMO S用の基板バイァス制御回路にも 供給される。 In the substrate bias control circuit, as described in the first to twelfth embodiments, the first system power supplies Vddl and Vss supplied to a part of the first metal wiring layer (the power supply wiring layer Vddl and the ground wiring layer Vss 1). One of the 2 system power supply Vdd2 or Vss2, which has the same or different potential as 1 and is supplied to the second metal wiring layer (power supply wiring layer Vdd2 or ground wiring layer Vss2) Things. In other words, in the board bias control circuit, the system power supply Vss 2 or the system power supply Vdd2 is supplied to the NMOS P-well or the PMOS N-well of all functional modules ( and When the system power supply Vss2 is formed by the substrate bias control circuit for NMOS In this case, the secondary power supply Vss2 is supplied not only to all functional modules but also to the substrate bias control circuit for PMOS. Similarly, when the secondary power supply Vdd2 is formed by the board bias control circuit for PMOS, not only is the secondary power supply Vdd2 supplied to all functional modules, but also the board bias for NMOS is provided. It is also supplied to the control circuit.
以下、 図 28 (a) の基板バイアス制御回路からの機能モジュールへの電源供 給について説明する。  Hereinafter, power supply from the substrate bias control circuit to the functional module in FIG. 28A will be described.
本実施例においては、 PM〇 Sの Nゥエルへ供給する 2系電源 Vdd2のみを形 成する基板バイアス制御回路について例を挙げて説明する。  In the present embodiment, a description will be given of an example of a substrate bias control circuit that forms only the secondary power supply Vdd2 that is supplied to the N-well of the PM-S.
本実施例の基板バイアス制御回路は、 外部装置から入力されるチップ · イネ一 ブル信号 CEが、 PM〇 S用の基板バイアス制御回路における第 2の信号電圧レ ベル変換回路 LV 4 Pに入力され、 前記第 2の信号電圧レベル変換回路 LV 4 P と接続された第 2のバッファ論理回路あるいは第 2のバッファ論理回路及び第 2 の波形整形用ィンバ一タ回路 LOG 4 Pにより 2系電源 Vdd 2の電位がコントロ ールされるものである。  In the substrate bias control circuit of the present embodiment, the chip enable signal CE input from the external device is input to the second signal voltage level conversion circuit LV 4 P in the PM〇S substrate bias control circuit. A second buffer logic circuit connected to the second signal voltage level conversion circuit LV4P or a second buffer logic circuit and a second waveform shaping inverter circuit LOG4P to provide a secondary power supply Vdd2. Is controlled.
チップ ' ィネーブル信号 CEがハイレベルとされることにより、 半導体集積回 路装置は動作モードに設定され、 前記チップ · ィネーブル信号 C Eは PMO S用 の第 2の信号電圧レベル変換回路 LV4 Pに入力され、 その出力信号が、 第 2の バッファ論理回路 (あるいは第 2のバッファ論理回路及び第 2の波形整形用ィン バ一タ回路) L0G4 Pに入力される。 そして、 前記 L0G4 Pにより、 半導体 集積回路内の全璣能モジュールに形成されている PMO Sのバックゲ一卜電極で ある Nゥエルの電位を制御する電圧 Vnwが形成され、 機能モジュールに入力され る。 さらに、 Pゥエルの電位を制御する電圧 Vpw (電源電圧 Vdd2 ) は、 Pゥェ ルを介して、 NMOS用の第 1の信号電圧レベル変換回路 LV 4 Nにも入力され すなわち、 PMO S用の基板バイアス制御回路のみを用いているので、 PMO Sの Nゥエルには 1系電源 Vdd 1 (例えば 3V) と同電位の 2系電源 Vdd 2 (3 V) が印加される共に、 NMO Sの Pゥエルは NMO Sのソース電極と同じ 1系 電源 Vssl (例えば 0 V) が印加される。 この様に、 MO S トランジスタのソース電極とバックゲート電極に同電位の電 圧が印加された場合、 MO S トランジスタのサブスレツショルド特性は、 図 32 (a) , 図 32 ( b) に示される状態 P 1及び状態 N 1となり、 この状態におい て MO S トランジスタの閾値電圧が絶対値で低く、 ドレイン電流が大きい特性と なる。 When the chip enable signal CE is set to the high level, the semiconductor integrated circuit device is set to the operation mode, and the chip enable signal CE is input to the second signal voltage level conversion circuit LV4P for PMOS. The output signal is input to the second buffer logic circuit (or the second buffer logic circuit and the second waveform shaping inverter circuit) L0G4P. Then, the voltage Vnw for controlling the potential of the N-well, which is the back gate electrode of the PMOS formed in the all-purpose module in the semiconductor integrated circuit, is formed by the L0G4P, and is input to the functional module. Further, the voltage Vpw (power supply voltage Vdd2) for controlling the potential of the P-well is also input to the first signal voltage level conversion circuit LV4N for the NMOS via the P-well. Since only the substrate bias control circuit is used, the N-type power supply of PMOS is supplied with the power supply of system 1 Vdd 1 (for example, 3 V) and the power supply of system 2 Vdd 2 (3 V) at the same potential, The same 1-system power supply Vssl (for example, 0 V) as the source electrode of NMOS is applied to the well. Thus, when the same potential is applied to the source electrode and the back gate electrode of the MOS transistor, the subthreshold characteristics of the MOS transistor are shown in Figs. 32 (a) and 32 (b). The state changes to state P1 and state N1, in which the threshold voltage of the MOS transistor is low in absolute value and the drain current is high.
一方、 チップ ' イネ一ブル信号 C Eが口一レベルの場合、 半導体集積回路装置 は待機モードに設定され、 PMO S用の第 2の 号電圧レベル変換回路と、 第 2 のバッファ論理回路あるいは第 2のバッファ論理回路と第 2の波形整形用インバ —タ回路により、 前述したような信号形成を行ない、 Nゥエルの電位を制御する 電圧 Viiw (電源電圧 Vdd2 ) は、 Nゥエルを介して、 夫々機能モジュールに入力 されると共に、 PM〇 S用の基板バイアス制御回路に入力される。  On the other hand, when the chip enable signal CE is at the mouth level, the semiconductor integrated circuit device is set to the standby mode, and the second signal voltage level conversion circuit for the PMOS and the second buffer logic circuit or the second The voltage Viiw (power supply voltage Vdd2), which controls the N-level potential by performing the signal formation described above by the buffer logic circuit and the second waveform-shaping inverter circuit, functions via the N-level, respectively. The signal is input to the module and also to the substrate bias control circuit for PM〇S.
すなわち、 PMO Sの Nゥエルには 1系電源 Vddl (例えば 3V) よりも高電 位の Vdd2 (例えば 5V) が印加されると共に、 NMO Sの Pゥエルは前述の 1 系電源 Vssl ( 0 V) が印加される。  In other words, Vdd2 (for example, 5 V) having a higher potential than the 1-system power supply Vddl (for example, 3 V) is applied to the N-well of the PMOS, and the above-mentioned 1-system power supply Vssl (0 V) is applied to the NMO of the PMOS. Is applied.
この様に、 PMO Sのソース電極に対して高電位の電圧がバックゲ一ト電極に 印加されると、 PM〇 Sのサブスレツショルド特性は、 図 32 (a) に示される 状態 P 2もしくは P 3となり、 この状態においては、 NM O Sのサブスレツショ ルド特性は変わらないが、 PMOS トランジスタの閾値電圧だけ絶対値で高く、 ォフ電流が非常に小さい特性となる。  In this way, when a high potential voltage is applied to the back gate electrode with respect to the source electrode of PMOS, the subthreshold characteristic of PM 、 S becomes the state P2 or P2 shown in FIG. In this state, the NMOS subthreshold characteristic does not change, but the absolute value of the threshold voltage of the PMOS transistor is high and the off-current is very small.
従って、 半導体集積回路装置が動作モード時の場合は、 高駆動型の MOS トラ ンジスタ特性となり、 逆に半導体集積回路装置が待機モード時の場合は、 PM〇 Sのみ低消費電力型の MO S トランジスタ特性となる。  Therefore, when the semiconductor integrated circuit device is in the operation mode, it has a high drive type MOS transistor characteristic. Conversely, when the semiconductor integrated circuit device is in the standby mode, only the PM〇S is a low power consumption type MOS transistor. Characteristics.
又、 図 28 (b) は、 図 26 (b) と同様に、 チップ ' イネ一ブル信号 CEと 半導体集積回路装置内で発生されたスリーブ ·モ一ド制御信号 SMまたはパワー • ダウン信号 PDがセレクタ一回路 SE L 1に入力され、 このセレクタ一回路 S E L 1からの出力信号が各信号電圧レベル変換回路 LV 5〜7及びバッファ論理 回路 (論理回路及び波形整形用イ ンバー夕回路) LOG5〜7に夫々入力される ことによって、 半導体集積回路装置内の各機能モジュールを動作時モード及び待 機時モードに各々切り替えるものである。 そして、 図 28 (b) は図 28 (a) と同様に、 半導体集積回路装置は、 1系電源 Vddl及び Vsslと、 この 1系電源 Vddlとは同電位もしくは異電位である 2系電源 Vdd 2が形成される基板ハイア ス制御回路を具備している。 ここでも、 PM〇 Sのバックゲート電位の制御を、 電圧 Vnwl〜3, 電圧 Vpwl〜 3を夫々の機能モジュールのゥエルに供給し、 前 述したように、 各機能モジュールごとに行なうものである。 Similarly to FIG. 26 (b), FIG. 28 (b) shows that the chip enable signal CE and the sleeve mode control signal SM or the power down signal PD generated in the semiconductor integrated circuit device are generated. The signal input to the selector circuit SEL 1 is output from the selector circuit SEL 1 to the signal voltage level conversion circuits LV 5 to 7 and the buffer logic circuit (logic circuit and waveform shaping inverter circuit) LOG 5 to 7 The respective functional modules in the semiconductor integrated circuit device are switched to an operation mode and a standby mode, respectively, by being input to the respective devices. And Fig. 28 (b) is Similarly to the above, the semiconductor integrated circuit device includes a substrate bias control circuit in which a 1-system power supply Vddl and Vssl and a 2nd-system power supply Vdd 2 having the same potential or a different potential from the 1-system power supply Vddl are formed. I have. Also in this case, the control of the back gate potential of the PM〇S is performed by supplying the voltages Vnwl〜3 and the voltages Vpwl〜3 to the respective functional module wells, as described above, for each functional module.
以上述べたように、 本実施例では、 PMO S用基板バイアス制御回路を使用し た PMO Sのバックゲート電位の制御を行なうための Nゥエルの電位の制御につ いて例を挙げて説明したが、 代わりに NMO S用基板バイァス制御回路を使用し て NMOSのバックゲート電位の制御、 すなわち Pゥエルの電位の制御を行なう ことも可能である。 又、 この場合も前述した PMOS用基板バイアス制御回路に 本発明を適用した場合と同様の作用効果を得ることができる。  As described above, in the present embodiment, the control of the N-well potential for controlling the back gate potential of the PMOS using the substrate bias control circuit for the PMOS has been described with an example. Alternatively, it is also possible to control the back gate potential of the NMOS, that is, control the potential of the P-well, by using the NMOS via bias control circuit. Also in this case, the same operation and effect as the case where the present invention is applied to the above-described PMOS substrate bias control circuit can be obtained.
この場合、 PMO Sのバックゲート電極の制御を、 前述したように、 各機能モ ジュールごとに制御することができるため、 半導体集積回路装置の MO Sトラン ジスタ構造は、 図 28 ( c ) に示されるようになる。  In this case, as described above, the control of the back gate electrode of the PMOS can be controlled for each functional module, and the MOS transistor structure of the semiconductor integrated circuit device is shown in FIG. 28 (c). Will be able to
図 28 (c) に示される機能モジュール内の MOSトランジスタ構造は、 NM 0 Sの Pゥエルと PMO Sの Nゥエルの両方を半導体集積回路装置の基板から分 離するための 3重ゥエル構造を必要としない。 たとえば、 半導体集積回路装置の 基板 SUB 3が P—基板である場合、 バックゲー卜電極が制御されるゥエルは PM 0 Sが形成された Nゥエル I S 5のみなので、 図 28 ( c ) に示される半導体集 積回路装置において、 Pゥエル PWEL3と Nゥエル NWEL 3の両方を半導体 集積回路装置の基板から分離する必要が無くなる。  The MOS transistor structure in the functional module shown in Fig. 28 (c) requires a triple-well structure to separate both the NM0S P-well and the PMOS N-well from the substrate of the semiconductor integrated circuit device. And not. For example, when the substrate SUB 3 of the semiconductor integrated circuit device is a P—substrate, the back gate electrode is controlled only by the N-level IS 5 on which the PM 0 S is formed. Therefore, the semiconductor shown in FIG. In the integrated circuit device, it is not necessary to separate both the P-well PWEL3 and the N-well NWEL 3 from the substrate of the semiconductor integrated circuit device.
逆に、 図 28 (c) に示される半導体集積回路装置において、 基板 SUB 3が 基板である場合は、 1系電源 Vddl及び Vss 1と、 この 1系電源 Vss 1とは同 電位もしくは異電位である 2系電源 Vss2が形成される基板バイアス制御回路を 具備することによって、 バックゲ一卜電極が制御されるゥエルは NMO Sが形成 された Pゥエル PWE L 3のみとなる。 したがって、 図 28 ( c ) に示される様 に Pゥエル P WE L 3と Nゥエル NWE L 3の両方を半導体集積回路装置の基板 から分離する必要が無くなる。  Conversely, in the semiconductor integrated circuit device shown in FIG. 28 (c), when the substrate SUB 3 is a substrate, the 1-system power supplies Vddl and Vss 1 and the 1-system power supply Vss 1 have the same potential or different potentials. By providing the substrate bias control circuit in which a certain secondary power supply Vss2 is formed, the back gate electrode is controlled only in the PWell PWEL3 in which the NMOS is formed. Therefore, as shown in FIG. 28 (c), it is not necessary to separate both the P-well PWEL3 and the N-well NWEL3 from the substrate of the semiconductor integrated circuit device.
以上述べたように、 本実施例の半導体集積回路装置によれば、 電源配線及び接 地配線の電位とは異なる P MO S, NMO Sの各バックゲ一卜電極制御用の新た な電源配線をどちらか一方に限定することによって、 MO Sトランジスタ構造を 変更せずに、 動作時の高速化と待機時の低消費電力化を同時に実現するという効 果を有する。 As described above, according to the semiconductor integrated circuit device of the present embodiment, power supply wiring and connection By limiting the new power supply wiring for controlling each back gate electrode of PMOS and NMOS which is different from the potential of the ground wiring to one of them, high-speed operation can be performed without changing the MOS transistor structure. This has the effect of simultaneously realizing power consumption during standby and standby.
又、 NMO S · PM〇 Sの両方のバックゲートを制御するか、 -方の MO S ト ランジスタのバックゲ一卜を制御するかは、 設計段階で、 製品の仕様等によりい ずれを選択することも可能である。 たとえば、 PM〇 Sのみのバックゲートを制 御する場合は、 製造コス トを低くすることができる。 又、 前記設計段階では、 製 品の仕様等により、 バックゲート制御が必要な機能モジュールのみを選択し、 前 記機能モジュールのみにゥエルを形成し、 NMO S · PMOSの両方または一方 の MOS トランジスタのバックケ一トを制御することもできる。  Whether to control the back gate of both NMO S and PM〇 S or the back gate of the negative MOS transistor should be selected at the design stage according to the product specifications. Is also possible. For example, when controlling the back gate of only PM〇S, the manufacturing cost can be reduced. Also, in the design stage, only functional modules that require back gate control are selected according to product specifications and the like, and only the functional modules described above are formed with a well, and both or one of the MOS transistors of NMOS and PMOS are used. The backgate can also be controlled.
く第 1 5実施例〉  15th embodiment>
図 29には、 本発明の第 1 5実施例に係る半導体集積回路装置の電源配線レイ アウ トが示される。  FIG. 29 shows a power supply wiring layout of the semiconductor integrated circuit device according to the fifteenth embodiment of the present invention.
図 29 (a) には、 前述の第 9〜 1 2実施例において、 マトリクス状に配置さ れた複数の基本セル群に供給される MO Sトランジスタのチャネル長方向に延長 されて、 第 1金属配線層により形成された 1系電源配線 Vddl及び Vss 1と、 M 0 S トランジスタのチャネル幅方向に延長されて前記第 1金属配線層よりも上層 の第 2金属配線層により形成された 2系電源配線 Vdd 2及び Vss 2の電源配線レ ィァゥ 卜が示される。  FIG. 29 (a) shows that, in the ninth to 12th embodiments described above, the first metal is extended in the channel length direction of the MOS transistor supplied to a plurality of basic cell groups arranged in a matrix. A first-system power supply wiring Vddl and Vss 1 formed by a wiring layer; and a second-system power supply formed by a second metal wiring layer extending above the first metal wiring layer and extending in the channel width direction of the MOS transistor. The power supply wiring ratios of the wirings Vdd 2 and Vss 2 are shown.
一方、 図 29 ( b) には、 1系電源配線 Vdd 1 , Vss 1に対して 1系補助電源 Vddl, , Vss 1 ' 、 2系電源配線 Vdd2 , Vss 2に対して 2系補助電源 Vdd2 , , Vss2 ' が配線レイアウトされたものが示されている。  On the other hand, FIG. 29 (b) shows that the 1-system auxiliary power supplies Vdd1,, Vss1 'for the 1-system power supply wirings Vdd1, Vss1, and the 2nd-system auxiliary power supply Vdd2, , Vss2 ′ are shown in the wiring layout.
前記 1系補助電源配線 Vdd 1 ' , Vss 1 ' は、 MO S トランジスタのチャネル 幅方向に延長され、 第 2金属配線層により形成されるものであり、 2系電源配線 Vdd 2及び Vss 2と同様に、 MO S トランジスタのゥエル電極上の配線グリッ ド に配置配線されるものである。  The 1-system auxiliary power lines Vdd 1 ′ and Vss 1 ′ extend in the channel width direction of the MOS transistor and are formed by a second metal wiring layer, and are similar to the 2 system power lines Vdd 2 and Vss 2. In addition, they are arranged and wired in the wiring grid on the MOS electrode of the MOS transistor.
又、 2系補助電源配線 Vdd2, , Vss 2, は、 M 0 S トランジスタのチャネル 長方向に延長され、 第 2金属配線層よりも上層の第 3金属配線層により形成され るものであり、 第 3金属配線層による信号配線で使用されない配置グリッ ド上に 配線されるものである。 The 2nd system auxiliary power supply wiring Vdd2, Vss2, is the channel of the M0S transistor. It is extended in the longitudinal direction and is formed by a third metal wiring layer above the second metal wiring layer, and is wired on an arrangement grid not used for signal wiring by the third metal wiring layer. .
前記 1系補助電源配線及び 2系電源配線は、 外部から供給される 1系及び 2系 の電位に対して、 半導体集積回路装置内部、 特に中心部での電圧降下を防止する ものである。  The first-system auxiliary power supply wiring and the second-system power supply wiring prevent a voltage drop inside the semiconductor integrated circuit device, particularly at the center, against the first- and second-system potentials supplied from the outside.
<第 16実施例と第 17実施例 >  <Sixteenth Example and Seventeenth Example>
図 30には、 本発明の第 16実施例及び第 17実施例に係わる半導体集積回路 装置における MO Sトランジスタの形成方法が示される。 前述の第 13〜 14実 施例の NMO S用基板バイァス制御回路と PMO S用基板バイアス制御回路の両 方もしくは何れか一方を用いて、 半導体集積回路装置内に構成された機能モジュ ールの消費電力と速度をダイナミックに最適制御する場合、 特に機能モジュール の高速化を重要視した半導体集積回路装置と、 特に機能モジュールの低消費電力 化を重要視した半導体集積回路装置では、 MOSトランジスタの形成方法を明確 に分けることが望ましい。  FIG. 30 shows a method of forming a MOS transistor in a semiconductor integrated circuit device according to the sixteenth and seventeenth embodiments of the present invention. By using one or both of the NMOS substrate bias control circuit and the PMOS substrate bias control circuit of the thirteenth and fourteenth embodiments described above, When dynamically controlling power consumption and speed optimally, MOS transistors must be formed in semiconductor integrated circuit devices that place importance on increasing the speed of functional modules, and in semiconductor integrated circuit devices that place importance on reducing power consumption of functional modules. It is desirable to divide the method clearly.
図 30 (a) に示される半導体集積回路装置は、 本発明の第 13実施例の半導 体集積回路装置であり、 特に機能モジュールの高速化を重要視した半導体集積回 路装置である。  The semiconductor integrated circuit device shown in FIG. 30 (a) is a semiconductor integrated circuit device according to the thirteenth embodiment of the present invention, and particularly a semiconductor integrated circuit device which emphasizes high-speed function modules.
例えば、 所定の機能モジュールを構成する機能モジュール形成領域と、 前記機 能モジュールの入出力信号を、 外部装置とィンターフェースする入出力回路形成 領域 (周辺回路形成領域) I 0で構成された半導体集積回路装置は、 高感度な入 力回路や、 高駆動能力の出力回路等が形成される入出力回路形成領域に形成され る M0S卜ランジス夕の閾値電圧が、 ノイズ対策、 低消費電力の観点から、 機能 モジュール形成領域 MOよりも、 閾値電圧が絶対値で高い第 1の閾値電圧 Vthl (例えば ±0. 7V) にて形成される。  For example, a semiconductor constituted by a functional module forming region constituting a predetermined functional module, and an input / output circuit forming region (peripheral circuit forming region) I 0 which interfaces input / output signals of the functional module with an external device. In integrated circuit devices, the threshold voltage of the M0S transistor formed in the input / output circuit formation area where high-sensitivity input circuits and high-drive-capacity output circuits are formed depends on noise suppression and low power consumption. Therefore, the threshold voltage is formed at the first threshold voltage Vthl (for example, ± 0.7 V), which is higher in absolute value than the functional module formation area MO.
そして、 高速化を重要視した機能モジュール形成領域 MOに形成される MO S トランジス夕の閾値電圧は、 入出力回路形成領域 I 0に形成される MO Sトラン ジス夕の第 1の閾値電圧 Vthl (例えば ±0. 7V) よりも、 絶対値で低い第 2 の閾値電圧 Vth2 (例えば ±0. 3V) にて形成される。 そして、 機能モジュール MOが待機状態に設定されると、 機能モジュール形成 領域 MOに形成された MO Sトランジス夕のバックゲート電極が電位制御され、 第 2の閾値電圧 Vth2 (例えば ±0. 3V) よりも絶対値で高い第 3の閾値電圧 Vth3 (例えば第 1の閾値電圧と同じ ± 0. 7V) に設定される。 Then, the threshold voltage of the MOS transistor formed in the functional module forming area MO, which emphasizes high speed, is the first threshold voltage Vthl of the MOS transistor formed in the input / output circuit forming area I0. For example, it is formed at a second threshold voltage Vth2 (for example, ± 0.3 V) that is lower in absolute value than ± 0.7 V). When the functional module MO is set to the standby state, the potential of the back gate electrode of the MOS transistor formed in the functional module forming area MO is controlled, and the second threshold voltage Vth2 (for example, ± 0.3 V) is applied. Is also set to a third threshold voltage Vth3 which is high in absolute value (for example, ± 0.7 V which is the same as the first threshold voltage).
図 30 (b) に示される半導体集積回路装置は、 本発明の第 14実施例の半導 体集積回路装置であり、 特に機能モジュールの低消費電力化を重要視した半導体 集積回路装置である。 例えば、 所定の機能モジュールを構成する機能モジュール 形成領域 MOと、 前記機能モジュールの入出力信号を、 外部装置とインターフェ —スする入出力回路形成領域 I 0で構成された半導体集積回路装置は、 高感度な 入力回路や、 高駆動能力の出力回路等が形成される入出力回路形成領域 I 0に形 成される MOSトランジスタの閾値電圧を、 ノイズ対策、 低消費電力の観点から 閾値電圧が絶対値で高い第 1の閾値電圧 Vthl (例えば ±0. 7V) で形成して いる。  The semiconductor integrated circuit device shown in FIG. 30 (b) is a semiconductor integrated circuit device according to the fourteenth embodiment of the present invention, and particularly a semiconductor integrated circuit device which emphasizes low power consumption of functional modules. For example, a semiconductor integrated circuit device configured by a functional module forming area MO configuring a predetermined functional module, and an input / output circuit forming area I0 that interfaces input / output signals of the functional module with an external device, The threshold voltage of the MOS transistor formed in the input / output circuit formation area I0 where a high-sensitivity input circuit and an output circuit with high drive capability are formed is set to an absolute value from the viewpoint of noise suppression and low power consumption. It is formed with a first threshold voltage Vthl (for example, ± 0.7 V) that is high in value.
さらに、 同様にして、 低消費電力化を重要視した機能モジュール形成領域 MO に形成される MOSトランジスタの閾値電圧も、 入出力回路形成領域 I 0に形成 される MO Sトランジスタの第 1の閾値電圧 Vthl (例えば ±0. 7V) と同様 に形成し、 機能モジュールが待機状態に設定されると機能モジュール形成領域 M 0に形成された MO Sトランジス夕のバックゲ一ト電極が電位制御され、 第 1の 閾値電圧 Vthl (例えば ±0. 7V) よりも絶対値で更に高い第 2の閾値電圧 V th2 (例えば ± 1. I V) に設定される。  Similarly, the threshold voltage of the MOS transistor formed in the functional module formation area MO, which emphasizes low power consumption, is also the first threshold voltage of the MOS transistor formed in the input / output circuit formation area I0. Vthl (for example, ± 0.7 V), and when the functional module is set in the standby state, the potential of the back gate electrode of the MOS transistor formed in the functional module forming area M0 is controlled, and the first Is set to a second threshold voltage Vth2 (for example, ± 1.4V) that is higher in absolute value than the threshold voltage Vthl (for example, ± 0.7V) of the second threshold voltage.
以上のように、 本発明の半導体集積回路装置は、 閾値電圧を基板バイアス制御 回路により制御することで、 MO Sトランジスタのゥエル電位を制御し、 低消費 電力にて、 様々な仕様の製品を実現することを可能とするものであるが、 機能モ ジュールとしては、 たとえば、 SRAM, ゲートアレイ等のディジタル系の集積 回路に適用することができる。  As described above, the semiconductor integrated circuit device of the present invention controls the threshold voltage by the substrate bias control circuit, thereby controlling the gate potential of the MOS transistor, realizing products with various specifications with low power consumption. The functional module can be applied to, for example, digital integrated circuits such as SRAMs and gate arrays.

Claims

求 の 範 囲 Range of request
1 . 第 1導電型のトランジスタと、 第 2導電型のトランジスタとを具備した機能 モジュールを有する半導体集積回路装置において、 1. In a semiconductor integrated circuit device having a functional module including a transistor of a first conductivity type and a transistor of a second conductivity type,
ゲート電極に制御信号が印加されてオン/オフが制御され、 かつソース電極が 第 1の電源よりも高電位の第 2の電源に接続された第 1の第 1導電型のトランジ ス夕と、  A control signal is applied to the gate electrode, on / off is controlled, and the source electrode is connected to a second power supply having a higher potential than the first power supply.
ゲート電極が前記制御信号の反転信号により制御され、 前記第 1の第 1導電型 のトランジスタとは排他的にオン/オフが制御され、 かつソース電極が前記第 2 の電源に接続された第 2の第 1導電型のトランジスタと、  A second electrode in which a gate electrode is controlled by an inversion signal of the control signal, ON / OFF is controlled exclusively with the first first conductivity type transistor, and a source electrode is connected to the second power supply. A transistor of the first conductivity type;
ソース電極が前記第 1の電源よりも低電位の第 3の電源に接続され、 前記第 2 の第 1導電型のトランジスタの動作および前記第 1の第 1導電型のトランジスタ の動作に基づいてオン/オフが制御される第 1の第 2導電型の卜ランジスタと、 ソース電極が前記第 3の電源に接続され、 前記第 1の第 1導電型トランジスタ の動作および前記第 2の第 1導電 のトランジスタの動作に基づいてオン/オフ が制御される第 2の第 2導電型のトランジスタと、  A source electrode is connected to a third power supply having a lower potential than the first power supply, and is turned on based on the operation of the second first conductivity type transistor and the operation of the first first conductivity type transistor. A first second-conductivity-type transistor whose / off is controlled, and a source electrode connected to the third power supply, and the operation of the first first-conductivity-type transistor and the second first-conductivity transistor A second second conductivity type transistor whose on / off is controlled based on the operation of the transistor;
前記第 1の第 1導電型のトランジスタと前記第 1の第 2導電型のトランジスタ との間に直列に接続されて介在し、 ゲー卜電極が前記第 1の電源に接続されると 共に、 ソース電極が前記第 1の第 1導電型のトランジスタのドレイン電極に接続 された第 3の第 1導電型のトランジスタと、  The first first conductivity type transistor and the first second conductivity type transistor are connected in series and interposed therebetween, and a gate electrode is connected to the first power source. A third first conductivity type transistor having an electrode connected to the drain electrode of the first first conductivity type transistor;
前記第 1の第 1導電型のトランジスタと前記第 1の第 2導電型のトランジスタ との間に直列に接続されて介在し、 ゲート電極が前記第 1の電源に接続されると 共に、 ソース電極が前記第 1の第 2導電型のトランジスタのドレイン電極に接続 され、 ドレイン電極が前記第 3の第 1導電型のトランジスタのドレイン電極と接 続された第 3の第 2導電型のトランジスタと、  A first electrode of the first conductivity type and a transistor of the first second conductivity type are interposed in series and interposed between the first and second transistors, and a gate electrode is connected to the first power supply and a source electrode Is connected to a drain electrode of the first second conductivity type transistor, and a third second conductivity type transistor whose drain electrode is connected to the drain electrode of the third first conductivity type transistor;
前記第 2の第 1導電型のトランジスタと前記第 2の第 2導電型のトランジスタ との間に直列に接続されて介在し、 ゲート電極が前記第 1の電源に接続されると 共に、 ソース電極が前記第 2の第 1導電型のトランジスタのドレイン電極に接続 された第 4の第 1導電型のトランジスタと、 The second first conductivity type transistor and the second second conductivity type transistor are connected in series and interposed therebetween, and a gate electrode is connected to the first power source and a source electrode Is connected to the drain electrode of the second transistor of the first conductivity type. A fourth transistor of the first conductivity type,
前記第 2の第 1導電型のトランジスタと前記第 2の第 2導電型の卜ランジス夕 との間に直列に接続されて介在し、 ゲ一ト電極が前記第 1の電源に接続されると 共に、 ソ一ス電極が前記第 2の第 2導電型の卜ランジス夕のドレイン電極に接続 され、 ドレイン電極が前記第 4の第 1導電型のトランジスタのドレイン電極と接 続された第 4の第 2導電型のトランジスタとを含む第 1の信号電 if:レベル変換回 路と、  When the second first conductivity type transistor and the second second conductivity type transistor are connected in series and interposed therebetween, and a gate electrode is connected to the first power supply, In both cases, the source electrode is connected to the drain electrode of the second second conductivity type transistor, and the drain electrode is connected to the drain electrode of the fourth first conductivity type transistor. A first signal electrode including a transistor of the second conductivity type if: a level conversion circuit;
前記第 1の信号電圧レベル変換回路の出力信号をバッファリングして、 前記機 能モジュールを構成する第 1導電型の卜ランジスタのバックゲート電極を制御す る第 1の論理回路と、 を備えた基板バイアス制御回路を含み、  A first logic circuit that buffers an output signal of the first signal voltage level conversion circuit and controls a back gate electrode of a first conductivity type transistor that constitutes the functional module. Including a substrate bias control circuit,
前記第 1の信号電圧レベル変換回路において、 前記第 1の第 2導電型のトラン ジスタのドレイン電極かつ前記第 3の第 2導電型のトランジスタのソース電極が、 前記第 2の第 2導電型のトランジスタのゲー卜電極に接続され、 前記第 2の第 2 導電型のトランジスタのドレイン電極かつ前記第 4の第 2導電型のトランジスタ のソース電極が、 前記第 1の第 2導電型のトランジスタのゲ一卜電極に接続され、 前記第 1の第 2導電型のトランジスタと前記第 2の第 2導電型のトランジスタに てなるフィードバックル一ブによりフリップフロップが形成された半導体集積回  In the first signal voltage level conversion circuit, a drain electrode of the first second conductivity type transistor and a source electrode of the third second conductivity type transistor may be connected to the second second conductivity type. The drain electrode of the second second conductivity type transistor and the source electrode of the fourth second conductivity type transistor are connected to the gate electrode of the transistor, and the gate electrode of the first second conductivity type transistor is connected to the gate electrode of the first second conductivity type transistor. A semiconductor integrated circuit in which a flip-flop is formed by a feedback loop comprising a first second conductivity type transistor and a second second conductivity type transistor connected to a single electrode.
2 . 請求項 1において、 2. In Claim 1,
前記基板バイアス制御回路は、 前記第 1 , 第 2 , 第 3, 且つ第 4の第 1導電型 のトランジスタが同一領域の第 2導電型のゥエル領域に形成され、 前記第 2導電 型のゥエル領域におけるゥエル電極が前記第 2の電源もしくは前記第 2の電源よ りも高電位の第 4の電源に接続され、 前記第 1 , 第 2, 第 3 , 且つ第 4の第 2導 電型のトランジスタが同一領域の第 1導電型のゥエル領域に形成され、 前記第 1 導電型のゥエル電極が肖 5記第 3の電源に接続された前記第 1の信号電圧レベル変 換回路を有する半導体集積回路装置。  The substrate bias control circuit may be configured such that the first, second, third, and fourth transistors of the first conductivity type are formed in the same region of the second conductivity type pail region, and the second conductivity type pail region is formed in the same region. The first electrode of the first, second, third, and fourth transistors is connected to the second power supply or a fourth power supply having a higher potential than the second power supply. Are formed in the same region of the first conductivity type peg region, and the first conductivity type peg electrode is connected to the third power supply. apparatus.
3 . 請求項 1または 2において、 前記基板バィァス制御回路は、 前記第 1かつ第 2の第 2導電型のトランジスタ が同一の領域の第 1の第 1導電型のゥエル領域に形成され、 前記第 1の第 1導電 型ゥエル領域のゥエル電極が前記第 3の電源に接続され、 前記第 3の第 2導電型 のトランジスタが第 2の第 1導電型のゥエル領域に形成され、 前記第 2の第 1導 電型のゥエル電極が前記第 3の第 2導電型の卜ランジス夕のソース電極に接続さ れ、 前記第 4の第 2導電型のトランジスタが第 3の第 1導電型のゥエル領域に形 成され、 前記第 3の第 1導電型のゥエル領域のゥエル電極が前記第 4の第 2導電 型のトランジスタのソース電極に接続された前記第 1の信号電圧レベル変換回路 を有する半導体集積回路装置。 3. In Claim 1 or 2, The substrate bias control circuit may be configured such that the first and second transistors of the second conductivity type are formed in the same first region of the first conductivity type in the same region, and the transistor of the first first conductivity type is A third electrode of a second conductivity type is formed in a second first conductivity type of the transistor region; and a second first conductivity type of the transistor is connected to the third power supply. The third second conductivity type transistor is connected to a source electrode of the third second conductivity type transistor; the fourth second conductivity type transistor is formed in a third first conductivity type well region; A semiconductor integrated circuit device having the first signal voltage level conversion circuit, wherein a gate electrode of a first conductivity type plug region is connected to a source electrode of the fourth second conductivity type transistor.
4 . 請求項 1乃至 3のいずれかにおいて、 4. In any one of claims 1 to 3,
前記第 1の信号電圧レベル変換回路は、 前記第 3及び第 4の第 2導電型の卜ラ ンジスタのうち、 少なくとも一方のチャネル長が、 前記第 1及び第 2の第 2導電 型のトランジスタのチャネル長より短く形成されたものであること、 前記第 3及 び第 4の第 2導電型のトランジスタの少なくとも一方のチャネル幅が、 前記第 1 及び第 2の第 2導電型のトランジスタのチャネル幅よりも大きく形成されたもの であること、 および前記第 3及び第 4の第 2導電型のトランジスタの少なくとも —方の閾値電圧が、 前記第 1及び第 2の第 2導電型の卜ランジス夕の閾値電圧よ りも絶対値で低く形成されたものであることのうちのいずれかの条件を満たす半 導体集積回路装置。  The first signal voltage level conversion circuit may be configured such that at least one of the third and fourth second conductivity type transistors has a channel length of the first and second second conductivity type transistors. A channel width of at least one of the third and fourth transistors of the second conductivity type is smaller than a channel length of the first and second transistors of the second conductivity type. And the threshold voltage of at least one of the third and fourth second conductivity type transistors is smaller than that of the first and second second conductivity type transistors. A semiconductor integrated circuit device that satisfies one of the conditions of being formed with an absolute value lower than a threshold voltage.
5 . 請求項 1乃至 4のいずれかにおいて、 5. In any one of claims 1 to 4,
前記第 1の信号電圧レベル変換回路において、 前記第 1の第 2導電型のトラン ジス夕のドレイン電極と前記第 3の第 2導電型のトランジスタのソース電極と前 記第 2の第 2導電型のトランジスタのゲート電極とが接続された前記第 1の信号 電圧レベル変換回路の第 1の出力端子、 もしくは前記第 2の第 2導電型のトラン ジス夕のドレイン電極と前記第 4の第 2導電型のトランジスタのソース電極と前 記第 1の第 2導電型のトランジスタのゲート電極とが接続された前記第 1の信号 電圧レベル変換回路の第 2の出力端子は、 前記第 1の電源と前記第 3の電源で論 理振幅が規定される前記第 1の論理回路の入力端子に接続される半導体集積回路 In the first signal voltage level conversion circuit, a drain electrode of the first second conductivity type transistor, a source electrode of the third second conductivity type transistor, and the second second conductivity type A first output terminal of the first signal voltage level conversion circuit connected to the gate electrode of the second transistor, or a drain electrode of the second second conductivity type transistor and the fourth second conductivity type A second output terminal of the first signal voltage level conversion circuit, to which the source electrode of the transistor of the first type and the gate electrode of the transistor of the first second conductivity type are connected, comprises the first power supply and the second power supply. Discuss in the third power Semiconductor integrated circuit connected to an input terminal of the first logic circuit whose logical amplitude is defined
6 . 請求項 5において、 6. In Claim 5,
前記基板バイアス制御回路は、 前記第 1の電源と前記第 3の電源で、 論理振幅 が規定される前記第 1の論理回路の出力信号が、 前記第 1の信号電圧レベル変換 回路と前記第 1の論理回路が形成される領域ではなく、 他の機能モジュール形成 領域の第 1導電型のゥエル領域に接続され、 前記機能モジュールを構成する第 2 導電型のトランジスタのバックゲー卜電極が電位制御される半導体集積回路装置。  The substrate bias control circuit may include an output signal of the first logic circuit whose logic amplitude is defined by the first power supply and the third power supply, wherein the first signal voltage level conversion circuit and the first signal voltage level conversion circuit Is connected to the first conductivity type pail region of the other function module formation region instead of the region where the logic circuit is formed, and the potential of the back gate electrode of the second conductivity type transistor constituting the function module is controlled. Semiconductor integrated circuit device.
7 . 請求項 5において、 7. In Claim 5,
前記基板バィァス制御回路は、 f 記第 1の電源と前記第 3の電源で、 論理振幅 が規定される前記第 1の論理回路を構成する前記第 1導電型のトランジス夕のバ ックゲ一ト電極が、 前記第 2の亀源もしくは前記第 2の電源よりも高電位の第 4 の電源と接続される半導体集積回路装置。  The substrate bias control circuit includes a back gate electrode of the first conductivity type transistor constituting the first logic circuit having a logic amplitude defined by the first power supply and the third power supply. A semiconductor integrated circuit device connected to the second turtle source or a fourth power supply having a higher potential than the second power supply.
8 . 請求項 5において、 8. In Claim 5,
前記基板バイアス制御回路は、 前記第 1の電源と前記第 3の電源で、 論理振幅 が規定される前記第 1の論理回路を構成する前記第 1導電型の卜ランジス夕のバ ックゲ一ト電極が、 前記第 1導 型のトランジスタのソース電極と同電位である 前記第 1の電源と接続される半導体集積回路装置。  The substrate bias control circuit includes a back gate electrode of the first conductivity type transistor constituting the first logic circuit having a logic amplitude defined by the first power supply and the third power supply. Wherein the semiconductor integrated circuit device is connected to the first power supply having the same potential as a source electrode of the first conductivity type transistor.
9 . 請求項 5において、 9. In Claim 5,
前記基板バイアス制御回路は波形整形用の第 1の反転論理回路を有し、 前記第 1の信号電圧レベル変換回路の第 1の出力端子もしくは第 2の出力端子に前記波 形整形用の第 1の反転論理回路の人力端子が接続され、 前記第 1の論理回路の入 力端子に出力端子が接続され、 前記第 1の電源と前記第 3の電源で論理振幅が規 定され、 且つ前記第 1の論理回路を構成する第 1導電型のトランジスタよりも大 きいチャネル長、 小さいチャネル幅および高い閾値電圧のうちのいずれかの条件 にて形成された第 1導電型の卜ランジス夕を含む波形整形用の第 1の反転論理回 路を有する半導体集積回路装置。 The substrate bias control circuit has a first inversion logic circuit for waveform shaping, and the first output terminal or the second output terminal of the first signal voltage level conversion circuit has the first waveform shaping first circuit. A human input terminal of the inverted logic circuit is connected, an output terminal is connected to an input terminal of the first logic circuit, a logic amplitude is defined by the first power supply and the third power supply, and Any of the following conditions: a larger channel length, a smaller channel width, and a higher threshold voltage than the first conductivity type transistor that constitutes the logic circuit 1 A semiconductor integrated circuit device having a first inversion logic circuit for waveform shaping including a first conductivity type transistor formed by the method described above.
1 0 . 第 1導電型のトランジスタと、 第 2導電型のトランジスタとを具備した機 能モジュールを有する半導体集積 路装置において、 10. A semiconductor integrated circuit device having a functional module including a transistor of the first conductivity type and a transistor of the second conductivity type,
ゲ一ト電極に制御信号が印加されてオン/オフが制御され、 かつソース電極が 第 1の電源に接続された第 1の第 2導電型のトランジスタと、  A first second conductivity-type transistor in which a control signal is applied to a gate electrode to control on / off and a source electrode is connected to a first power supply;
ゲート電極が前記制御信号の反転信号により制御されて前記第 1の第 2導電型 のトランジスタとは排他的にオン/オフが制御され、 かつリース電極が前記第 1 の電源に接続された第 2の第 2導電型のトランジスタと、  A second electrode in which a gate electrode is controlled by an inverted signal of the control signal to control ON / OFF exclusively from the first second conductivity type transistor, and a lease electrode is connected to the first power supply. A transistor of the second conductivity type;
ソース電極が第 4の電源に接続され、 前記第 2の第 2導電型の卜ランジスタの 動作および前記第 1の第 2導電型のトランジスタの動作に基づいてオン/オフが 制御される第 1の第 1導電型のトランジスタと、  A source electrode is connected to a fourth power supply, and a first electrode whose on / off is controlled based on the operation of the transistor of the second second conductivity type and the operation of the transistor of the first second conductivity type A first conductivity type transistor;
ゾース電極が前記第 4の電源に接続され、 前記第 1の第 2導電型トランジスタ の動作および前記第 2の第 2導 型のトランジスタの動作に基づいてオン/オフ が制御される第 2の第 1導電型のトランジスタと、  A source electrode is connected to the fourth power supply, and a second second electrode whose on / off is controlled based on the operation of the first second conductivity type transistor and the operation of the second second conductivity type transistor 1 conductivity type transistor,
前記第 1の第 2導電型のトランジスタと前記第 1の第 1導電型のトランジスタ との間に直列接続されて介在し、 ゲ一ト電極が前記第 1の電源よりも高電位であ り、 つ前記第 4の電源よりも低電位の第 2の電源に接続されると共に、 ソース 電極が前記第 1の第 2導電型のトランジスタのドレイン電極に接続された第 3の 第 2導電型のトランジスタと、  The first second conductivity type transistor and the first first conductivity type transistor are interposed in series and interposed, and a gate electrode has a higher potential than the first power supply; A third second conductivity type transistor connected to a second power source having a lower potential than the fourth power source and having a source electrode connected to a drain electrode of the first second conductivity type transistor When,
前記第 1の第 2導電型のトランジス夕と前記第 1の第 1導電型のトランジスタ との間に直列接続されて介在し、 ゲート電極が前記第 2の電源に接続されると共 に、 ソース電極が前記第 1の第 1導電型のトランジスタのドレイン電極に接続さ れ、 ドレイン電極が前記第 3の第 2導電型のトランジスタのドレインと接続され た第 3の第 1導電型のトランジスタと、  The transistor is connected in series between the transistor of the first second conductivity type and the transistor of the first first conductivity type, and has a gate electrode connected to the second power source and a source. A third first conductivity type transistor having an electrode connected to the drain electrode of the first first conductivity type transistor, and a drain electrode connected to the drain of the third second conductivity type transistor;
前記第 2の第 2導電型のトランジス夕と前記第 2の第 1導電型のトランジスタ との間に直列接続されて介在し、 ゲート電極が前記第 2の電源に接続されると共 に、 ソース電極が前記第 2の第 2導電型のトランジスタのドレイン電極に接続さ れた第 4の第 2導電型のトランジスタと、 The transistor is connected in series between the second second conductivity type transistor and the second first conductivity type transistor, and has a gate electrode connected to the second power source and a source. An electrode is connected to the drain electrode of the second second conductivity type transistor. A fourth transistor of the second conductivity type,
前記第 2の第 2導電型のトランジスタと前記第 2の第 1導電型のトランジスタ との間に直列接続されて介在し、 ゲート電極が前記第 2の電源に接続されると共 に、 ソース電極が前記第 2の第 1導電型のトランジスタのドレイン電極に接続さ れ、 ドレイン電極が前記第 4の第 2導電型のトランジスタのドレイン亀極と接続 された第 4の第 1導電型のトランジス夕とを含む第 2の信号電圧レベル変換回路 と、  The second second conductivity type transistor and the second first conductivity type transistor are connected in series and interposed between the second second conductivity type transistor and the second first conductivity type transistor, and have a gate electrode connected to the second power supply and a source electrode. Is connected to the drain electrode of the second first conductivity type transistor, and the fourth first conductivity type transistor is connected to the drain electrode of the fourth second conductivity type transistor. A second signal voltage level conversion circuit including:
前記第 2の信号電圧レベル変換回路の出力信号をバッファリングして、 前記機 能モジュールを構成する第 2導電型のトランジスタのバックゲート電極を制御す る第 2の論理回路と、 を備えた基板バイアス制御回路を含み、  A second logic circuit that buffers an output signal of the second signal voltage level conversion circuit and controls a back gate electrode of a second conductivity type transistor that forms the functional module. Including a bias control circuit,
前記第 2の信号電圧レベル変換回路において、 前記第 1の第 1導電型のトラン ジスタのドレイン電極と前記第 3の第 1導電型のトランジスタのソース電極が、 前記第 2の第 1導電型のトランジスタのゲート電極に接続され、 前記第 2の第 1 導電型のトランジスタの ドレイ ン電極と前記第 4の第 1導電型の 卜ランジス夕の ソース電極が前記第 1の第 1導電型のトランジスタのゲ一ト電極に接続され、 前 記第 1の第 1導電型のトランジスタと前記第 2の第 1導電型のトランジスタにて なるフィ一ドバックループにより フリップフロップが形成された半導体集積回路 装置。  In the second signal voltage level conversion circuit, a drain electrode of the first first conductivity type transistor and a source electrode of the third first conductivity type transistor may be connected to the second first conductivity type transistor. A drain electrode of the second first conductivity type transistor and a source electrode of the fourth first conductivity type transistor connected to a gate electrode of the transistor; A semiconductor integrated circuit device connected to a gate electrode, wherein a flip-flop is formed by a feedback loop formed by the first first conductivity type transistor and the second first conductivity type transistor.
1 1 . 請求項 1 0において、 1 1. In claim 10,
前記基板バイアス制御回路は、 前記第 1 , 第 2 , 第 3 , および第 4の第 1導電 型のトランジスタが同一領域の第 2導電型のゥエル領域に形成され、 前記第 2導 電型のゥエル領域におけるゥエル電極が前記第 4の電源に接続され、 前記第 1 , 第 2, 第 3, および第 4の第 2導電型のトランジスタが同一領域の第 1導電型ゥ エル領域に形成され、 前記第 1導電型のゥエル領域におけるゥエル電極が前記第 1の電源もしくは前記第 1の電源よりも低電位の第 3の電源に接続された前記第 2の信号電圧レベル変換回路を有する半導体集積回路装置。  The substrate bias control circuit may be configured such that the first, second, third, and fourth transistors of the first conductivity type are formed in a second conductivity type pail region in the same region, and the second conductivity type pail is provided. A well electrode in the region is connected to the fourth power supply; the first, second, third, and fourth transistors of the second conductivity type are formed in the first conductivity type well region in the same region; A semiconductor integrated circuit device having the second signal voltage level conversion circuit in which a gate electrode in a first conductivity type plug region is connected to the first power supply or a third power supply having a lower potential than the first power supply; .
1 2 . 請求項 1 0または 1 1において、 前記基板バイアス制御回路は、 前記第 1且つ第 2の第 1導電型の卜ランジス夕 が同一領域の第 1の第 2導電型のゥエル領域に形成され、 前記第 1の第 2導電型 のゥエル領域のゥエル電極が前記第 4の電源に接続され、 前記第 3の第 1導電型 のトランジスタが第 2の第 2導電型のゥエル領域に形成され、 前記第 2の第 2導 電型のゥエル領域のゥエル電極が前記第 3の第 1導電型のトランジス夕のソース 電極に接続され、 前記第 4の第 1導電型トランジスタが第 3の第 2導電型のゥェ ル領域に形成され、 前記第 3の第 2導電型のゥエル領域の エル電極が前記第 4 の第 1導電型のトランジス夕のソース電極に接続された前記第 2の信号電圧レべ ル変換回路を有する半導体集積回路装置。 1 2. In claim 10 or 11, The substrate bias control circuit may be configured such that the first and second first-conductivity-type transistors are formed in a first second-conductivity-type well region in the same region, and the first and second-conductivity-type wells are formed. A third electrode of the third conductive type is formed in a second conductive region of the second conductive type, and a second conductive type of the second conductive type transistor is connected to the fourth power supply; A well electrode of the region is connected to a source electrode of the third first-conductivity-type transistor, and the fourth first-conductivity-type transistor is formed in a third second-conductivity-type well region; A semiconductor integrated circuit device having the second signal voltage level conversion circuit in which a third second conductivity type plug electrode is connected to a source electrode of the fourth first conductivity type transistor.
1 3 . 請求項 1 0乃至 1 2のいずれかにおいて、 13. In any one of claims 10 to 12,
前記第 2の信号電圧レベル変換回路は、 前記第 3及び第 4の第 1導電型のトラ ンジスタのうち、 少なくとも一方のチャネル長が、 前記第 1及び第 2の第 1導電 型のトランジスタのチャネル長より短く形成されたものであること、 前記第 3及 び第 4の第 1導電型のトランジスクの少なくとも一方のチャネル幅が、 前記第 1 及び第 2の第 1導電型のトランジスタのチャネル幅よりも大きく形成されたもの であること、 および前記第 3及び第 4の第 1導電型のトランジスタの少なくとも —方の閾値電圧が、 前記第 1及び第 2の第 1導電型のトランジスタの閾値電圧よ りも絶対値で低く形成されたものであることのうちのいずれかの条件を満たす半 導体集積回路装置。  The second signal voltage level conversion circuit may be configured such that at least one of the third and fourth first conductivity type transistors has a channel length of the first and second first conductivity type transistors. A channel width of at least one of the third and fourth first conductivity type transistors is smaller than a channel width of the first and second first conductivity type transistors. And the threshold voltage of at least one of the third and fourth transistors of the first conductivity type is smaller than the threshold voltage of the first and second transistors of the first conductivity type. A semiconductor integrated circuit device that satisfies one of the conditions of being formed with a lower absolute value.
1 4 . 請求項 1 0乃至 1 2のいずれかにおいて、 14. In any one of claims 10 to 12,
前記第 2の信号電圧レベル変換回路において、 前記第 1の第 1導電型のトラン ジス夕のドレィン電極と前記第 3の第 1導電型の卜ランジス夕のソース電極と前 記第 2の第 1導電型のトランジスタのゲート電極とが接続された前記第 2の信号 電圧レベル変換回路の第 1の出力端子、 もしくは前記第 2の第 1導電型の卜ラン ジスタのドレイン電極と前記第 4の第 1導電型のトランジスタのソース電極と前 記第 1の第 1導電型のトランジス夕のゲート電極とが接続された前記第 2の信号 電圧レベル変換回路の第 2の出力端子は、 前記第 4の電源と、 前記第 2の電源で 論理振幅が規定される前記第 2の論理回路の入力端子に接続される半導体集積回 路装置。 In the second signal voltage level conversion circuit, a drain electrode of the first first conductivity type transistor, a source electrode of the third first conductivity type transistor, and the second first A first output terminal of the second signal voltage level conversion circuit connected to a gate electrode of a conductive type transistor, or a drain electrode of the second first conductive type transistor and the fourth The second output terminal of the second signal voltage level conversion circuit to which the source electrode of the one conductivity type transistor is connected to the gate electrode of the first first conductivity type transistor is the fourth output terminal. A power supply and the second power supply A semiconductor integrated circuit device connected to an input terminal of the second logic circuit whose logic amplitude is defined.
1 δ . 請求項 1 4において、 1 δ. In claim 14,
前記基板バイアス制御回路は、 前記第 4の電源と前記第 2の電源で、 論理振幅 が規定される前記第 2の論理回路の出力信号が、 前記第 2の信号電圧レベル変換 回路と前記第 2の論理回路が形成される領域ではなく他の機能モジュール形成領 域の第 2導電型のゥエル領域に接統され、 前記機能モジュールを構成する第 1導 電型のトランジスタのバックゲ一卜電極が電位制御される半導体集積回路装置。  The substrate bias control circuit may include an output signal of the second logic circuit whose logic amplitude is defined by the fourth power supply and the second power supply, wherein the output signal of the second logic circuit is the second signal voltage level conversion circuit and the second power supply. The back gate electrode of the transistor of the first conductivity type, which is connected to the second conductivity type p-well region of the other function module formation area, instead of the area where the logic circuit is formed, has a potential A semiconductor integrated circuit device to be controlled.
1 6 . ,1 求項 1 4において、 1 6., 1 In claim 14,
前記基板バイアス制御回路は、 前記第 4の電源と前記第 2の電源で、 論理振幅 が規定される前記第 2の論理回路を構成する前記第 2導電型のトランジス夕のバ ックゲ一ト電極は、 前記第 1の電源もしくは前記第 1の電源よりも絶対値で低電 位の第 3の電源と接続される半導体集積回路装置。  The substrate bias control circuit includes a back gate electrode of a transistor of the second conductivity type that configures the second logic circuit having a logic amplitude defined by the fourth power supply and the second power supply. A semiconductor integrated circuit device connected to the first power supply or a third power supply having an absolute value lower than that of the first power supply;
1 7 . 請求項 1 4において、 17. In claim 14,
前記基板バイアス制御回路は、 前記第 4の電源と前記第 2の電源で、 論理振幅 が規定される前記第 2の論理回路を構成する前記第 2導電型のトランジスタのバ ックゲ一ト電極は、 前記第 2導電型のトランジスタのソース電極と同電位である 前記第 2の電源に接続される半導体集積回路装置。  The substrate bias control circuit includes a back gate electrode of the second conductivity type transistor that configures the second logic circuit having a logic amplitude defined by the fourth power supply and the second power supply. A semiconductor integrated circuit device connected to the second power supply having the same potential as a source electrode of the second conductivity type transistor.
1 8 . 請求項 1 4において、 18. In claim 14,
前記第 2の信号電圧レベル変換回路の第 1の出力端子もしくは第 2の出力端子 に入力端子が接続され、 前記第 2の論理回路の入力端子に出力端子が接続され、 前記第 4の電源と前記第 2の電源で論理振幅が規定され、 かつ前記第 2の論理回 路を構成する第 2導電型のトランジスタよりも大きいチャネル長、 小さいチヤネ ル幅および高い閾値電圧のうちのいずれかの条件にて形成された第 2導電型の卜 ランジスタによる波形整形用の第 2の反転論理回路を有する半導体集積回路装置 ( An input terminal is connected to a first output terminal or a second output terminal of the second signal voltage level conversion circuit, an output terminal is connected to an input terminal of the second logic circuit, and the fourth power supply A logic amplitude is defined by the second power supply, and any one of a channel length, a small channel width, and a high threshold voltage larger than the second conductivity type transistor constituting the second logic circuit is used. the semiconductor integrated circuit device having a second inverting logic circuit for waveform shaping by the second conductivity type Bok transistor formed by (
1 9 . 請求項 1または 1 0において、 1 9. In claim 1 or 10,
前記第 1の論理回路または前記第 2の論理回路は、 入力側に形成された駆動能 力の小さい論理回路と、 駆動能力の大きい論理回路とが接続されて形成されてな る半導体集積回路装置。  The first logic circuit or the second logic circuit is a semiconductor integrated circuit device formed by connecting a logic circuit having a small driving capability formed on an input side and a logic circuit having a large driving capability. .
2 0 . 請求項 1乃至 1 8のいずれかにおいて、 20. In any one of claims 1 to 18,
前記半導体集積回路装置が第 2導電型の基板上に形成され、 前記第 1の信号電 圧レベル変換回路, 前記第 1の論理回路、 もしくは前記第 1の信号電圧レベル変 換回路, 前記第 1の論理回路, 前記第 1の反転論理回路により、 前記第 1の信号 電圧レベル変換回路, 前記第 1の論理回路、 もしくは前記第 1の信号電圧レベル 変換回路, 前記第 1の論理回路, 前記第 1の反転論理回路が形成される領域では なく他の機能モジユール形成領域である第 1導電型のゥエル領域内に形成された 第 2導電型のトランジスタのバックゲート電極のみが電位制御される半導体集積 回路装置。  The semiconductor integrated circuit device is formed on a substrate of a second conductivity type, and the first signal voltage level conversion circuit, the first logic circuit, or the first signal voltage level conversion circuit, The first signal voltage level conversion circuit, the first logic circuit, or the first signal voltage level conversion circuit, the first logic circuit, the first logic circuit, A semiconductor integrated circuit in which only the back gate electrode of the second conductivity type transistor is formed in the first conductivity type pail region which is not the region where the inverted logic circuit is formed but the other function module formation region. Circuit device.
2 1 . 請求項 1乃至 1 8のいずれかにおいて、 2 1. In any one of claims 1 to 18,
前記半導体集積回路装 が第 1導電型の基板上に形成され、 前記第 2の信号電 圧レベル変換回路, 前記第 2の¾理回路もしくは前記第 2の信号電圧レベル変換 回路, 前記第 2の論理回路, 前記第 2の反転論理回路により、 前記第 2の信号電 圧レベル変換回路, 前記第 2の論理回路もしくは前記第 2の信号電圧レペル変換 回路, 前記第 2の論理回路, 前記第 2の反転論理回路が形成される領域ではなく 他の機能モジュール形成領域である第 2導電型のゥエル領域内に形成された第 1 導鼋型のトランジスタのバックゲート電極のみが電位制御される半導体集積回路 装置。  The semiconductor integrated circuit device is formed on a substrate of a first conductivity type, the second signal voltage level conversion circuit, the second processing circuit or the second signal voltage level conversion circuit, the second signal voltage level conversion circuit; A logic circuit, the second inversion logic circuit, the second signal voltage level conversion circuit, the second logic circuit or the second signal voltage level conversion circuit, the second logic circuit, the second A semiconductor integrated circuit in which only the back-gate electrode of the first conductivity type transistor formed in the second conductivity type well region, which is the other function module formation region, not the region where the inverted logic circuit is formed, is controlled. Circuit device.
2 2 . 所定の機能モジュールを構成する機能モジュール形成領域と、 前記機能モ ジュールの入出力信号を外部装置とインターフェースする入出力回路形成領域を 含む周辺回路を有する半導体集積回路装置において、 22. In a semiconductor integrated circuit device having a peripheral circuit including a function module forming region constituting a predetermined function module and an input / output circuit forming region for interfacing an input / output signal of the function module with an external device,
前記周辺回路形成領域に設けられたトランジス夕の閾値電圧が第 1の閾値電圧 にて形成され、 前記機能モジュール形成領域に設けられたトランジスタの閾値電 圧は、 前記周辺回路形成領域に設けられたトランジス夕の前記第 1の閾値電圧よ りも絶対値で低い第 2の閾値電圧にて形成され、 前記機能モジュールが待機状態 に設定されることにより、 前記機能モジュール形成領域に具備されたトランジス 夕のバックゲ一ト電極の電位が制御されて、 前記第 2の閾値電圧よりも絶対値で 高い第 3の閾値電圧に設定される半導体集積回路装置。 A threshold voltage of a transistor provided in the peripheral circuit formation region is a first threshold voltage. A threshold voltage of a transistor provided in the functional module formation region is a second threshold value which is lower in absolute value than the first threshold voltage of a transistor provided in the peripheral circuit formation region. When the functional module is set in a standby state, the potential of a back gate electrode of a transistor provided in the functional module forming region is controlled to be lower than the second threshold voltage. A semiconductor integrated circuit device set to a third threshold voltage that is high in absolute value.
2 3 . 所定の機能モジュールを構成する機能モジュール形成領域と、 前記機能モ ジュールの入出力信号を外部装置とィンターフェースする入出力回路形成領域を 含む周辺回路を有する半導体集積回路装置において、 前記機能モジュール領域と 前記入出力回路形成領域に設けられたトランジスタの閾値電圧が第 1の閾値電圧 にて形成され、 前記機能モジュールが待機状態に設定されることにより、 前記機 能モジュール形成領域に設けられたトランジスタのバックゲー卜電極の電位が制 御され、 前記第 1の閾値電圧より絶対値で高い第 2の閾値電圧に設定される半導 体集積回路装置。 23. In a semiconductor integrated circuit device having a peripheral circuit including a functional module forming region constituting a predetermined functional module and an input / output circuit forming region for interfacing an input / output signal of the functional module with an external device, A threshold voltage of a transistor provided in the function module area and the transistor provided in the input / output circuit formation area is formed at a first threshold voltage, and the function module is set in a standby state, thereby being provided in the function module formation area. A semiconductor integrated circuit device in which the potential of the back gate electrode of the selected transistor is controlled and set to a second threshold voltage having an absolute value higher than the first threshold voltage.
2 4 . 第 1導電型のトランジスタと、 第 2導電型のトランジスタにより構成され る基本セルを具備し、 配線変更により所定の機能回路を構成するためにマトリク ス状に配置された複数の前記基本セル群により構成された機能モジュールと、 前 記基本セル群により構成された機能モジュールの周辺に配置された外部装置と入 出力信号をィン夕一フェースする入出力セル群を含む周辺回路とを有する半導体 集積回路装置において、 24. A plurality of basic cells each including a basic cell composed of a transistor of the first conductivity type and a transistor of the second conductivity type, and arranged in a matrix to form a predetermined functional circuit by changing wiring. A functional module composed of a cell group and an external device arranged around the functional module composed of the basic cell group described above and a peripheral circuit including an input / output cell group for interfacing input / output signals. In a semiconductor integrated circuit device having
前記複数の基本セル群に供給される電源は、 第 1金属配線層および該第 1金属 配線層よりも上層の第 2金属配線層にて供給されるものであり、  The power supplied to the plurality of basic cell groups is supplied in a first metal wiring layer and a second metal wiring layer above the first metal wiring layer,
前記第 1及び前記第 2導電型のトランジス夕のチャネル長方向に延長された前 記第 1金属配線層にて、 前記第 2の電源と、 前記第 2の電源よりも低電位の第 1 の電源とを前記基本セル群に供給し、  In the first metal wiring layer extended in a channel length direction of the first and second conductivity type transistors, the second power supply and a first power supply having a lower potential than the second power supply. Supplying power to the basic cell group,
前記第 1及び前記第 2導電型のトランジス夕のチャネル幅方向に延長された前 記第 2金属配線層にて、 前記第 2の電源と同電位もしくは高電位の第 4の電源と、 前記第 1の電源と同電位もしくは低電位の第 3の電源とを前記基本セル群に供給 する半導体集積回路装置。 In the second metal wiring layer extended in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors, a fourth power supply having the same or higher potential as the second power supply; A semiconductor integrated circuit device for supplying a third power supply having the same potential or a low potential to the basic cell group as the first power supply.
2 5 . 請求項 2 4において、 25. In claim 24,
前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル幅方向に延長された前 記第 2金属配線層にて形成された、 前記第 3の電源と前記第 4の電源とを供給す る電源配線は、 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチヤネル幅方向の 配線グリッ ド且つゥエル電極上に配置配線される半導体集積回路装置。  A power supply wiring for supplying the third power supply and the fourth power supply, formed by the second metal wiring layer extending in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors; Is a semiconductor integrated circuit device arranged and wired on a wiring grid and a jewel electrode in a channel width direction of the first and second conductivity type transistors.
2 6 . 請求項 2 4または 2 5において、 26. In claim 24 or 25,
前記第 2金属配線層による第 1導電型のトランジスタの第 2導電型のゥエル電 極への前記第 4の電源の給電は、 接続孔、 もしくは前記接続孔及び第 1金属配線 層を介して行われ、 前記第 2金属配線層による第 2導電型のトランジスタの第 1 導電型のゥエル電極への前記第 3の電源の給電は、 接続孔、 もしくは接続孔と前 記第 1金属配線層を介して行われる半導体集積回路装置。  The power supply of the fourth power supply to the second conductive type electrode of the transistor of the first conductive type by the second metal wiring layer is performed via a connection hole or the connection hole and the first metal wiring layer. The power supply of the third power supply to the first conductivity type gage electrode of the transistor of the second conductivity type by the second metal wiring layer is performed through a connection hole or the connection hole and the first metal wiring layer. Semiconductor integrated circuit device.
2 7 . 請求項 2 4において、 2 7. In claim 24,
前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタが形成されたゥエル電極に接続さ れる前記接続孔は、 前記基本セルに対して配線及び接続された、 前記第 1の電源 用配線と前記第 2の電源用配線の間に配置されると共に、 前記第 1及び前記第 2 導電型のトランジスタのチャネル幅方向に隣接された配線グリッ ド上に、 前記第 1導電型の卜ランジスタのゥエル電極とを前記第 1の電源用配線と接続するため の接続孔が配置され、 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル幅 方向に隣接された配線グリッ ド上に、 前記第 2導電型のトランジスタのゥエル電 極を前記第 2の電源用配線と接続するための接続孔が配置される半導体集積回路 装置。  The connection hole, which is connected to the well electrode on which the first and second conductivity type transistors are formed, is connected to the basic cell, and is connected to the first power supply wiring and the second power supply wiring. The first conductive type transistor and the gate electrode are disposed between power supply wirings and on the wiring grid adjacent to the first and second conductive type transistors in the channel width direction. A connection hole for connecting to the first power supply wiring is disposed, and the second conductivity type transistor is disposed on a wiring grid adjacent to the first and second conductivity type transistors in the channel width direction. A semiconductor integrated circuit device in which a connection hole for connecting a power electrode to the second power supply wiring is arranged.
2 8 . 請求項 2 4乃至 2 7のいずれかにおいて、 28. In any one of claims 24 to 27,
前記半導体集積回路装置が第 1導電型の基板上に形成され、 前記第 1の電源と 第 2の電源が、 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル長方向に 延長された第 1金属配線層にて供給され、 且つ前記第 4の電源を供給する電源配 線のみが前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル幅方向に延長さ れた前記第 2金属配線層により形成され、 もしくは、 The semiconductor integrated circuit device is formed on a substrate of a first conductivity type; A second power supply is supplied by a first metal wiring layer extending in a channel length direction of the first and second conductivity type transistors, and only a power supply line for supplying the fourth power supply is provided. Formed by the second metal wiring layer extending in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors; or
前記半導体集積回路装置が第 2導電型の基板上に形成され、 前記第 1の電源と 第 2の電源が、 前記第 1及び前 第 2導電型の卜ランジス夕のチャネル長方向に 延長された第 1金属配線層にて供給され、 且つ前記第 3の電源を供給する電源配 線のみが前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル幅方向に延長さ れた前記第 2金属配線層により形成され、  The semiconductor integrated circuit device is formed on a substrate of a second conductivity type, and the first power source and the second power source are extended in a channel length direction of the first and second transistors of the second conductivity type. The second metal wiring layer, which is supplied in the first metal wiring layer and has only a power supply line for supplying the third power supply extending in a channel width direction of the first and second conductivity type transistors; Formed by
前記第 2導電型の卜ランジスタが形成された第 1導電型のゥエルまたは前記第 1導電型のトランジスタが形成された第 2導電型のゥエルが半導体集積回路装置 の基板と分離される^導体集積回路装置。  The first conductive type well on which the second conductive type transistor is formed or the second conductive type well on which the first conductive type transistor is formed is separated from the substrate of the semiconductor integrated circuit device. Circuit device.
2 9 . 第 1導電型のトランジスタと第 2導電型のトランジスタにより構成される 基本セルを具 figし、 配線変更により所定の機能回路を構成するマト リクス状に配 置された複数の前記基本セル群により構成された機能モジュールと、 前記基本セ ル群により構成された機能モジュールの周辺に配置されて外部装置と入出力信号 をィンタ一フェースする入出力セル群を含む周辺回路とを有する半導体集積回路 装置において、 29. A basic cell composed of a transistor of the first conductivity type and a transistor of the second conductivity type is provided, and a plurality of the basic cells arranged in a matrix form a predetermined functional circuit by changing wiring. A semiconductor integrated circuit comprising: a functional module constituted by a group; and a peripheral circuit including an input / output cell group arranged around the functional module constituted by the basic cell group and interfacing an external device with an input / output signal. In the circuit device,
前記複数の基本セル群に供給される電源は、 第 2の電源と前記第 2の電源より も低電位の第 1の電源を、 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチヤネ ル長方向に延長された第 1金属配線層にて供給し、 且つ前記第 2の電源と同電位 もしくは前記第 2の電源よりも高電位の第 4電源と、 前記第 1電源と同電位もし くは前記第 1電源よりも低電位の第 3電源と、 前記第 1の電源を補助する第 1補 助電源と、 前記第 2の電源を補助する第 2補助電源とが、 前記第 1及び前記第 2 導電型のトランジス夕のチャネル幅方向に延長されるとともに前記第 1金属配線 層よりも上層の第 2金属配線層にて供給され、 更に前記第 3の電源を補助する第 3補助電源と、 前記第 4電源を補助する第 4補助電源とが前記第 1及び前記第 2 導電型のトランジスタのチャネル長方向に延長され、 かつ前記第 2金属配線層よ りも上層の第 3の金属配線層にて供給される半導体集積回路装置。 The power supply supplied to the plurality of basic cell groups includes a second power supply and a first power supply having a lower potential than the second power supply, and a channel length direction of the first and second conductivity type transistors. A fourth power supply, which is supplied by a first metal wiring layer extended to a second power supply and has the same potential as the second power supply or a higher potential than the second power supply, and the same potential as the first power supply or A third power supply having a lower potential than the first power supply, a first auxiliary power supply for assisting the first power supply, and a second auxiliary power supply for assisting the second power supply; A third auxiliary power supply that extends in the channel width direction of the conductive transistor and is supplied by a second metal wiring layer above the first metal wiring layer, and further assists the third power supply; A fourth auxiliary power supply that assists the fourth power supply is a channel of the first and second conductivity type transistors. Extended Le length direction, and the second metal interconnect layer A semiconductor integrated circuit device supplied by a third metal wiring layer above the metal.
3 0 . 請求項 2 9において、 30. In claim 29,
前記第 4の電源, 前記第 3の電源, 前記第 1補助電源, 前記第 2補助電源は、 前記第 1及び前記第 2導電型の卜ランジス夕のチャネル幅方向に延長された前記 第 2金属配線層にて形成される電源配線および補助電源配線により前記基本セル 群に供給され、 前記電源配線は前記第 1及び前記第 2導電 ¾のトランジスタのチ ャネル幅方向の配線グリッ ド且つゥエル電極上に配置配線される半導体集積回路  The fourth power source, the third power source, the first auxiliary power source, and the second auxiliary power source are the second metal extended in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors. Power is supplied to the basic cell group by a power supply wiring and an auxiliary power supply wiring formed in a wiring layer, and the power supply wiring is provided on a wiring grid in a channel width direction of the first and second conductive transistors and on a gate electrode. Integrated circuit arranged and wired
3 1 . 請求項 2 9において、 3 1. In claim 29,
前記第 1及び前記第 2導電型の卜ランジス夕のチャネル幅方向に延長されて形 成された前記第 2金属配線層にて供給される前記第 1補助鼋源及び前記第 2補助 電源は、 接続孔を介して、 前記第 1の電源及び前記第 2の電源が供給される前記 第 1金属配線層と接続されると共に、 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジス 夕のチャネル長方向に延長された前記第 3金属配線層にて供給される前記第 3補 助電源及び前記第 4補助電源は、 接続孔を介して、 前記第 3の電源及び第 4の電 源が供給される前記第 2金属配線層と接続される半導体集積回路装置。  The first auxiliary power source and the second auxiliary power source supplied by the second metal wiring layer formed to extend in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors are: Connected to the first metal wiring layer to which the first power supply and the second power supply are supplied via a connection hole, and in a channel length direction of the first and second conductivity type transistors; The third auxiliary power supply and the fourth auxiliary power supply supplied by the extended third metal wiring layer are supplied with the third power supply and the fourth power supply through a connection hole. A semiconductor integrated circuit device connected to the second metal wiring layer.
3 2 . 請求項 2 9乃至 3 1のいずれかにおいて、 3 2. In any one of claims 29 to 31,
前記半導体集積回路装置が第 1 電型の基板上に形成され、 前記第 1の電源と 第 2の電源が、 前記第 i及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル長方向に 延長された第 1金属配線層にて供給され、 且つ前記第 4の電源, 前記第 1補助電 源, 前記第 2補助電源のみが前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチヤ ネル幅方向に延長された前記第 2金属配線層にて供給され、 更に前記第 4補助鼋 源のみが、 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル長方向に延長 された第 3金属配線層にて供給され、 もしくは、  A first integrated circuit device formed on a first electrical type substrate, wherein the first power source and the second electrical power source extend in a channel length direction of the i-th and second conductive type transistors; The fourth power source, the first auxiliary power source, and the second auxiliary power source only being supplied in a metal wiring layer and extending in a channel width direction of the first and second conductivity type transistors; Being supplied in a second metal wiring layer, and only the fourth auxiliary power source being supplied in a third metal wiring layer extending in a channel length direction of the first and second conductivity type transistors; or ,
前記半導体集積回路装置が第 2導電型の基板上に形成され、 前記第 1の電源と 第 2の電源が、 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジス夕のチャネル長方向に 延長された第 1金属配線層にて供給され、 且つ前記第 3の電源, 前記第 1補助電 源, 前記第 2補助電源のみが、 前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチ ャネル幅方向に延長された前記第 2金属配線層にて供給され、 The semiconductor integrated circuit device is formed on a substrate of a second conductivity type, and the first power supply and the second power supply are arranged in a channel length direction of the first and second conductivity type transistors. Only the third power supply, the first auxiliary power supply, and the second auxiliary power supply are supplied by the extended first metal wiring layer, and only the channel width of the first and second conductivity type transistors is provided. Supplied in the second metal wiring layer extended in the direction,
更に前記第 3補助電源のみが前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチ ャネル長方向に延長された前記第 3金属配線層にて供給される半導体集積回路装  Further, the semiconductor integrated circuit device in which only the third auxiliary power supply is supplied by the third metal wiring layer extended in the channel length direction of the first and second conductivity type transistors.
3 3 . 請求項 2 5乃至 3 2のいずれかにおいて、 33. In any one of claims 25 to 32,
前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル幅方向に延長された前 記第 2金属配線層にて供給される前記第 3の電源と前記第 4の電源、 もしくは前 記第 2金属配線層で供給される前記第 3の電源及び前記第 4の電源、 aつ前記第 1及び前記第 2導電型の卜ランジスタのチャネル長方向に延長された第 3金属配 線層にて供給される前記第 3補助電源と、 前記第 4補助電源は、 外部装置より入 力されるチップ · ィネーブル信号、 又は外部装置あるいは半導体集積回路装置内 部にて形成されるスリープ ·モ一ド制御信号により電位が制御される半導体集積 回路装置。  The third power supply and the fourth power supply, which are supplied in the second metal wiring layer extended in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors, or the second metal wiring The third power supply and the fourth power supply, which are supplied in layers, and a third metal wiring layer extending in the channel length direction of the transistors of the first and second conductivity types. The third auxiliary power supply and the fourth auxiliary power supply have potentials in response to a chip enable signal input from an external device or a sleep mode control signal formed in the external device or inside the semiconductor integrated circuit device. Is a semiconductor integrated circuit device that is controlled.
3 4 . ^求項 2 5乃至 3 3のいずれかにおいて、 3 4. ^ In any of claims 25 to 33,
前記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル幅方向に延長された前 記第 2金属配線層にて供給される前記第 3の電源と前記第 4の電源、 もしくは前 記第 1及び前記第 2導電型のトランジスタのチャネル長方向に延長された前記第 3金属配線層にて供給される前記第 3補助電源と、 前記第 4補助電源は、 前記半 導体集積回路装置内の各機能モジュールごとに各電源配線もしくは各補助電源配 線が分離され、 且つ外部装置より入力されるチップ♦ ィネーブル信号、 又は外部 装置あるいは半導体集積回路装置内部で形成されるスリープ · モード制御信号が セレクタ一回路に入力される半導体集積回路装置。  The third power supply and the fourth power supply, which are supplied by the second metal wiring layer extended in the channel width direction of the first and second conductivity type transistors, or the first and second power supplies The third auxiliary power supplied by the third metal wiring layer extended in the channel length direction of the transistor of the second conductivity type and the fourth auxiliary power are each functional module in the semiconductor integrated circuit device. Each power supply line or auxiliary power supply line is separated for each device, and a chip enable signal input from an external device or a sleep mode control signal formed inside the external device or the semiconductor integrated circuit device is supplied to one selector circuit. The semiconductor integrated circuit device to be input.
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