WO1999034445A1 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

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WO1999034445A1
WO1999034445A1 PCT/JP1998/005770 JP9805770W WO9934445A1 WO 1999034445 A1 WO1999034445 A1 WO 1999034445A1 JP 9805770 W JP9805770 W JP 9805770W WO 9934445 A1 WO9934445 A1 WO 9934445A1
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semiconductor integrated
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Hiroyuki Mizuno
Koichiro Ishibashi
Takanori Shimura
Toshihiro Hattori
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Hitachi, Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a semiconductor integrated circuit device having both high speed and low power.
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • the various power consumptions of CMOS circuits include dynamic power consumption due to charging and discharging during switching and static power consumption due to sub-drain leakage current. Some depend on electricity.
  • the dynamic power consumption consumes a large amount of power in proportion to the square of the power supply voltage VDD, so it is effective to lower the power supply voltage to reduce power consumption.
  • the power supply voltage of many microprocessors has been decreasing in recent years.
  • the dynamic power consumption of unnecessary execution units can be reduced as much as possible.
  • the static power consumption due to the subthreshold leakage current cannot be reduced and remains. Since the operating speed of the CMOS circuit decreases as the power supply voltage decreases, in order to prevent the operating speed from deteriorating, the MOS transistor operates in conjunction with the decrease in the power supply voltage. Voltage needs to be lowered. However, when the threshold voltage is lowered, the sub-threshold leakage current increases extremely, and as the power supply voltage decreases, the sub-slot which was not so large in the past was Static power consumption due to short-circuit current has been remarkably increased. For this reason, there is a problem in realizing a semiconductor integrated circuit device such as a microphone-port processor that has both high speed and low power.
  • the MOS transistor is variably set by setting the substrate bias variably. There is a method to control the threshold voltage of the device.
  • the board ground is connected to the power supply potential for PMOS (P-channel MOS transistor), and to the NMOS transistor. (N channel MOS transistor) is set to the ground potential.
  • PMOS P-channel MOS transistor
  • NMOS N channel MOS transistor
  • the threshold of the MOS transistor constituting the CMOS circuit can be increased, and the threshold can be increased. Static power consumption due to the leak current can be reduced.
  • the main means presented in the present invention for solving the above problems are as follows.
  • the output of the negative voltage generator in the board bias control circuit is output to the pad, facilitating circuit testing. In other words, it is necessary for the negative voltage generation circuit to check whether or not the level of the voltage as the output signal is the set voltage. It is convenient to set up a terminal that is connected.
  • the board drive MOS transistor that drives the board bias in the active state is the main circuit to control the board bias. Arrange multiple units in the road to lower the board impedance. In this case, during the active state, the circuit in the main circuit operates, so the impedance is reduced, the substrate potential is fixed, and the variation in the threshold voltage of the transistor is reduced. They are the ones who need to hold down.
  • the driving force in the active state becomes larger than that in the standby mode, and for example, a driving force of 5 times, ideally 10 times or more is desirable.
  • the gate control signal that controls the gate voltage of the substrate drive MOS transistor is controlled by the substrate drive MOS transistor. After being connected to the gate of the transistor, it is returned to the board bias control circuit, and the board bias control circuit stabilizes the board bias of the main circuit by the potential of the restored signal. Wiring the gate control signal so that this can be detected.
  • the semiconductor integrated circuit device has a power-on reset circuit, and the power-on reset circuit detects that the main circuit is turned on, and performs a power-on reset. For a certain period of time after the main circuit power is turned on, the board drive M0S transistor is in an active state in which the board bias is driven shallowly. .
  • the board bias control circuit completely changes the output impedance of the gate control signal during the transition from the standby state to the active state to the active state.
  • the control is greater than the impedance after the transition.
  • the semiconductor integrated circuit device has a negative voltage generating circuit, and the substrate bias control circuit determines the output impedance of the negative voltage generating circuit in the standby state and the active state in the active state. Negative It is controlled to be smaller than the output impedance of the voltage generation circuit.
  • the main circuit is composed of a plurality of cells, and the power supply nets of the plurality of cells are supplied with power by the first wiring layer, and are further connected to the first wiring layer. There is a power supply net using the second wiring layer that goes directly, and a switch cell is placed at the intersection of the power supply net formed by the first wiring layer and the power supply net formed by the second wiring layer. The connection between the power supply net by the first wiring layer and the power supply net by the second wiring layer is made in the switch cell. Place the sunset in the switch cell.
  • the substrate bias supply line of the MOS transistor constituting the above cell is provided by the first wiring layer in parallel with the power supply net provided by the first wiring layer, 2 This is also done by the second wiring layer in parallel with the power supply net by the wiring layer, and by the first wiring layer in the above-mentioned switch cell, similarly to the power supply net.
  • the substrate bias supply line is connected to the substrate bias supply line of the second wiring layer, and a gate control signal for controlling the gate voltage of the substrate drive MOS transistor is provided by: Supplied by the second wiring layer above the switch cell and parallel to the power supply net formed by the second wiring layer, the substrate driving MOS transistor is supplied in the switch cell within the switch cell. Connect to gate terminal.
  • the present invention provides a main circuit comprising at least one transistor, and a substrate bias for controlling a voltage applied to a transistor substrate.
  • the control circuit and the board bias control circuit control the active state in which the sub-sleeking leakage current flowing through the main circuit is large, and the sub-shooting state Low leakage current and low standby state
  • it has a standby control circuit that switches between two states, a built-in negative voltage generator in the board bias control circuit, and a negative voltage generated by the negative voltage generator. It has a terminal to output to the outside of the device.
  • the semiconductor integrated circuit device has a semiconductor chip having an output pad, and a package having a semiconductor chip built-in and having an external pin, and the output package is provided as a terminal.
  • One of the pins is used, and its terminal is not connected to an external pin.
  • a main circuit composed of at least one MOS transistor, and a substrate bias control circuit for controlling a voltage applied to a substrate of the MOS transistor.
  • the active state where a large sub-drain leakage current flows through the main circuit and the sub-threshold It has a standby control circuit that switches between at least two of the standby states where the standby current is small, and controls the board bias shallowly in the active state and the standby state.
  • the driving force for controlling the substrate bias deeply and driving the substrate bias shallowly in the active state is 10 times higher than the driving force for driving the substrate bias deeply in the standby state. It is characterized by being twice as large.
  • the board bias in the active state There are at least two substrate driving MOS transistors at a distance of 20 m or more to drive the substrate shallowly, and the gate potential of the substrate driving MOS transistor is controlled by the substrate bias. Controlled by circuit.
  • the gate control signal for controlling the gate voltage of the substrate driving MOS transistor is returned to the substrate bias control circuit after being connected to the gate of the substrate driving MOS transistor.
  • the substrate bias control circuit can detect that the substrate bias of the main circuit has stabilized based on the potential of the returned signal.
  • the threshold voltage of the substrate driving MOS transistor be higher than the threshold voltage of the MOS transistor constituting the main circuit.
  • at least one MOS transistor constituting the I / O circuit is oxidized.
  • the film thickness be larger than the oxide film thickness of the MOS transistor constituting the main circuit.
  • a power-on reset circuit is provided to detect when the main circuit power is turned on.
  • the transistor is controlled to an active state in which the substrate bias is driven shallowly.
  • the semiconductor integrated circuit device has first (VDDQ) and second (VDD) power supply voltages, and the first power supply voltage is more absolute than the second power supply voltage.
  • the value is large, the second power supply voltage is 2 V or less, the second power supply voltage (VDD) is supplied to the main circuit (LOG), and the first power supply voltage (VDDQ) is controlled by the substrate bias.
  • Circuit (VBC) and sunset The first power supply voltage is supplied before the second power supply voltage is supplied to the control circuit (VBCC), and the board bias control circuit operates for a certain period of time after the second power supply voltage is supplied.
  • the main circuit is controlled to be in an active state.
  • the output impedance of the gate control signal of the substrate drive MOS transistor is changed to the active state.
  • the transition speed from the standby state to the active state is adjusted, and the inrush current during the transition process is reduced. Can be controlled small.
  • the output impedance of the gate control signal of the substrate drive MOS transistor is changed to the active state.
  • the transition speed from the standby state to the active state is adjusted by controlling the impedance larger than the impedance after the transition to the complete state.
  • the inrush current can be controlled to a small value, and the complete transition to the active state can be detected by the returned signal described above.
  • the amplitude of the gate control signal can be made larger than the gate breakdown voltage of the substrate drive transistor.
  • the semiconductor integrated circuit device has a negative voltage generating circuit
  • the substrate bias control circuit determines the output impedance of the negative voltage generating circuit in the standby state and the negative impedance in the active state. It can be controlled to be smaller than the output impedance of the voltage generation circuit.
  • the negative voltage generating circuit has a first charge pump circuit and a second charge pump circuit
  • the substrate bias control circuit Generates a negative voltage using the first charge-pump circuit in the standby state, and generates a negative voltage using the second charge-pump circuit in the active state.
  • the capacitance of the pumping capacitor of the first charge pump circuit is smaller than the capacitance of the pumping capacitor of the second charge pump circuit.
  • the negative voltage generating circuit includes at least one charge pump circuit, a comparator, a first reference voltage circuit that generates a potential half of the second power supply voltage, and a second reference voltage circuit.
  • a second reference voltage circuit for generating an intermediate potential between the first power supply voltage and the third power supply voltage, wherein the comparator includes an output voltage of the first reference voltage circuit and a second reference voltage generation circuit.
  • Each of the first and second reference voltage generation circuits is a MOS transistor of the same conductivity type having a substrate terminal connected to a source terminal and a gate terminal connected to a drain terminal. Consisting of a series circuit connected in a column, multiple MS transistors can be selected to operate in the saturation region. Also, the device can be configured to have shunt characteristics.
  • the main circuit is made up of a plurality of cells, and the power supply nets of the plurality of cells are supplied by the first wiring layer, and the power supply nets are over the first wiring layer.
  • the power cell by the first wiring layer and the power supply net by the second wiring layer are connected in the switch cell.
  • a substrate driving MOS transistor is arranged in the switch cell.
  • the switch cell may be further arranged between the decapping capacitor power supply and the ground.
  • a power supply net formed by the fourth wiring layer parallel to the power supply net formed by the second wiring layer.
  • the connection of the power supply net by the second wiring layer and the power supply net by the fourth wiring layer may be performed outside the switch cell.
  • the fifth wiring layer there is a power supply net by the fifth wiring layer, and a power supply net by the fourth wiring layer and a power supply net by the fifth wiring layer.
  • the connection is made in the switch cell ⁇ , and the power supply mesh consisting of the power supply net by the fourth wiring layer and the power supply net by the fifth wiring layer is connected to the first wiring.
  • the thickness of the fourth wiring layer and the thickness of the fifth wiring layer are rougher than the power supply mesh of the power supply net formed by the layers and the power supply net formed by the second wiring layer.
  • the thickness of the first It may be larger than both the thickness of the wiring layer and the thickness of the second wiring layer.
  • the substrate bias supply line of the MOS transistor constituting the cell is formed by the first wiring layer in parallel with the power supply net formed by the first wiring layer, and is formed by the second wiring layer. This is also performed by the second wiring layer in parallel with the power supply net to be connected, and, similarly to the power supply net, the substrate bias supply line by the first wiring layer and the second wiring layer in the switch cell. 2 The substrate bias supply line by the wiring layer may be connected.
  • a gate control signal for controlling the gate voltage of the substrate drive MOS transistor is applied to the second wiring layer above the switch cell in parallel with the power supply net formed by the second wiring layer. May be connected to the gate terminal of the substrate drive MOS transistor in the switch cell.
  • the substrate bias supply line and the gate control signal which are routed by the second wiring layer above the switch cell, are connected to the power supply line which is wired by the second wiring layer above the switch cell. It may be placed between the kits.
  • the semiconductor integrated circuit device is provided with a data path circuit, and a data flow direction of the data bus circuit and a power supply net formed by a first wiring layer of a plurality of cells are parallel to each other. It is fine.
  • the substrate bias can be set so that the threshold value of at least one M ⁇ S transistor is increased when the semiconductor integrated circuit device is selected.
  • a first bonding capacitor, a second bonding capacitor, and two first and second P-type capacitors In the case of a channel transistor, first and second N-channel transistors, and a charge pump circuit composed of an oscillator circuit, the output power of the oscillator circuit In the case of 'H', the first pumping capacitor, the first P-channel transistor and the first N-channel transistor are used. Pomping the charge of the 1st pumping capacitor, and when the output of the oscillation circuit is 'L', the 2nd pumping capacitor and the 2nd P-channel It is characterized in that the charge of the second pumping capacitor is bombined by using a neutron transistor and a second N channel transistor transistor.
  • the invention includes a main circuit (LOG) including a transistor formed on a semiconductor substrate, and a substrate bias control circuit (VBC) for controlling a voltage applied to the substrate.
  • a main circuit including a transistor formed on a semiconductor substrate, and a substrate bias control circuit (VBC) for controlling a voltage applied to the substrate.
  • VBC substrate bias control circuit
  • MN1, MP1 for controlling the voltage applied to the board, and the control signal output from the board bias control circuit is used for the switch transistor. It is input to the evening gate, and the control signal is configured to return to the substrate bias control circuit.
  • the switch transistors are arranged in rectangular switch cells, the transistors are arranged in rectangular standard cells, and one switch cell and a plurality of standard cells are arranged in a line. Doing so is preferable in terms of layout.
  • the switch transistors (MN1, MP1) are composed of drive power supplies (VSS, VDD) for driving the transistors (MN2, MP2) of the main circuit and the board bias control circuit. It is desirable to be inserted between the board bias power supply (vbp, vbn) supplied from the top of the power layout.
  • the source or drain of the transistor is connected to the drive power supply (VSS, VDD), and the substrate potential of the transistor is connected to the substrate bias power supply. Can be done.
  • the board bias control circuit After outputting the control signals (Vbp, Vbn), the board bias control circuit detects that the control signals (vbpr, vbnr) returned through the main circuit have reached a predetermined voltage, and detects the detection. By forming the signal (V bbenbr), the operation of the main circuit can be stabilized.
  • FIG. 1 is a block diagram of a semiconductor integrated circuit device according to the present invention.
  • Figure 2 is a circuit diagram showing the details of the main circuit in more detail.
  • Figure 3 is a circuit diagram of the I / O circuit.
  • Figure 4 shows the circuit block diagram of the board bias control circuit.
  • Figure 5 shows the operating waveforms of the substrate bias control circuit.
  • FIG. 6 is a waveform diagram showing another embodiment of the operation waveform of the substrate bias control circuit different from FIG.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of VBC80.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of VBC30.
  • FIG. 9 is an operation waveform diagram of the VBC 30.
  • Figure 10 is the VBC85 circuit diagram.
  • FIG. 11 is an operation waveform diagram of VBC85.
  • Fig. 12 is a block diagram of each circuit of VSUBEGEN.
  • Figure 13 is a circuit diagram of the charge pump.
  • Figure 14 is a circuit diagram of the charge pump.
  • Figure 15 is a circuit diagram of VSUBSEN.
  • FIG. 16 is a layout diagram of the switch cell of the present invention.
  • Figure 17 is a layout diagram of a standard cell.
  • FIG. 18 is a sectional view of FIG.
  • Figure 19 is a layout diagram of a switch cell.
  • FIG. 20 is a sectional view of FIG.
  • Figure 21 shows the power supply wiring and wiring diagram for vbp, vbn, cbp, and cbn.
  • Fig. 2 2 is the wiring diagram of the power supply reinforcement wire.
  • Figure 23 is a block diagram of the module.
  • Figure 24 shows the layout of the switch cells in the memory circuit.
  • Fig. 25 is a cross-sectional view of the plate.
  • Fig. 26 is a layout diagram of Deep-N wafer.
  • Fig. 27 shows the layout of Dee p-N and guard.
  • Figure 28 is a cross-sectional view of Figure 27.
  • Figure 29 is a layout diagram of cbpr, cbnr, and VBCR.
  • FIG. 1 shows a conceptual diagram of a semiconductor integrated circuit device 100 using a substrate bias control circuit of the present invention.
  • VBC is a board bias control circuit.
  • LOG is the main circuit controlled by the substrate bias, and is composed of logic circuits and memory circuits.
  • VBCC is The figure shows a stamper control circuit for controlling the pulse control circuit.
  • I / O is an IZO circuit that performs an interface with the outside of the semiconductor integrated circuit device 100.
  • wiring between circuit blocks that is not particularly required for board control is omitted.
  • 109 a 109 b indicates a substrate drive circuit.
  • V DD Q V DD VWE L L
  • V SSS V SSQ indicates the ground potential with respect to V DD V D D Q, respectively.
  • VDDQSVSSQ is a power supply for the 1 / O circuit
  • VDDVSSS is a power supply for the main circuit
  • VWELL is a power supply for the substrate bias control circuit VBC.
  • VDDD VSS is also supplied to the substrate bias control circuit VBC.
  • the substrate bias control circuit VBC has a built-in negative voltage generation circuit therein, and generates a negative voltage VSUB having a polarity opposite to that of VDD or VDDQ.
  • Reference numeral 101 denotes a VSUB pad, which is used as a pad for outputting a negative voltage generated inside the substrate bias control circuit VBC.
  • v b b en b is a board bias control start signal
  • v b b en b r is a board bias control signal
  • reset is a reset signal which is connected to the reset signal of the semiconductor integrated circuit device 100.
  • vbp is the PMOS board bias line
  • vbn is the NMOS board bias line
  • cbp is the PMOS board control line
  • cbn is the NMOS board control line
  • cbpr is the PMOS board control return line
  • cbnr are NM ⁇ S board control return lines.
  • the board control return lines c bpr and c bn r are return signals of the c bp and c bn signals after passing through the main circuit, and the nets are on the same net. That is, the drive voltages of cbp and cbn will appear in cbpr and cbnr, respectively, after some delay. (See Figure 2 below).
  • Each of the substrate driving circuits 109a and 109b is connected to c b p, v b p, c b n, and v b n, respectively.
  • Fig. 2 shows how to connect the six board bias control lines from vbp to cbnr in the main circuit LOG.
  • VBCR is a reset cell, which internally connects the PMOS board control line cbp and the PMOS board control return line cbpr, and connects the NMOS board control line cbn and the NMOS board control return line cbnr. Connected.
  • nce 11 indicates a standard cell.
  • all ncells are shown here as a CMOS impeller composed of PMOSMP2 and NMOSMN2.
  • each may be independently a more complicated cell such as NAND gate latch.
  • the MOS transistor configuring ncel 1 The substrate potential of the transistor is connected to vbp for PMOS and to Vbn for NMOS.
  • swcel 1 is a switch sensor, and a substrate drive circuit (equivalent to 109 a and 109 b in FIG. 1) composed of PMO SMP 1 and NMOS MNl, and decoupling It consists of capacitors CP1 and CP2.
  • the gate of MP1 is connected to cbp, the drain is connected to VBP, and the source is connected to VDD. Therefore, when the voltage is lower than Vdd-Vthp (where Vthp is the absolute value of the threshold voltage of MP1), MP1 is turned on and Vbp is set to the VDD potential (1 8 V).
  • the gate of MN1 is connected to c bn, the drain is connected to VBN, and the source is connected to VSS (OV).
  • Vthn Vthn is the absolute value of the threshold voltage of MNl
  • MN1 is turned on and vbn is at the VSS potential (0 V ).
  • one or more large numbers of nce1I are arranged.
  • one or more s w c e 11 are also arranged for s w c e 11.
  • n c e l 1
  • a more complicated circuit can be integrated on the main circuit L OG.
  • swcel1s, vbp and vbn can be driven to VDD and VSS, respectively, with lower impedance when MP1 and MN1 are turned on.
  • a space cell is a cell that is inserted into the space created to secure the wiring area when, for example, standard cells nse 11 are arranged side by side. is there .
  • the capacity of the decoupling capacitor on the entire chip increases, further reducing power supply noise. be able to. Since a space cell is essentially a vacant space only for the wiring layer, there is no fear of increasing the area by inserting a capacitor here.
  • MP1 and MN1 in swcel1 need to be higher than the MOS transistor in ncel1. This is because the substrate potential of the MOS transistor in ncel 1 (each connected to vbp or vbn) is independent of its source potential, but MP 1 in swcel 1 This is because the substrate potential of MN1 is always the same as the drain potential, the substrate bias effect cannot be expected, and the substrate leakage current flows.
  • ncel is the threshold voltage of MP 1 and MN 1 in swcel 1
  • L gate length
  • IZ ⁇ circuit the high-voltage MOS transistor used in the circuit of the input / output part with the outside of the microcomputer
  • FIG. 3 shows an embodiment of the IZO circuit. Here, only one bit is shown.
  • the input / output circuit performs signals inside and outside the chip via the input / output terminal PAD.
  • PAD When SEL is 'L', PAD is an input terminal, and when SEL is 'H', it is an output terminal.
  • L C1 is a level conversion circuit, which converts a signal having a VDD amplitude to a signal having a large VDD Q amplitude. Therefore, the transistor between the level conversion cell LC1 and the input / output terminal PAD is composed of a thick oxide film transistor driven by VDDQ. In this case, when PULL needs to be pulled up, it is set to 'L' and pulled up by the pull-up transistor of PMOS. This PMOS also consists of a thick oxide transistor.
  • an externally input signal having a VDDQ amplitude is converted to a VDD amplitude by an inverter composed of 110P and 110N. Therefore, since these two transistors handle signals before level conversion, they are composed of thick oxide film transistors.
  • Resistor 111R, diode 111D1, 111D2, and transistor 111 are input protection circuits.
  • Diodes 1 1 1 D 1 and 1 1 1 D 2 may be composed of M0S transistors.
  • the transistor in this input protection circuit is a thick oxide transistor. It is composed of the evenings.
  • the threshold voltage is high. Can be set high. It can be higher than the transistor used by n c e l l. This makes it possible to reduce the sub-threshold leakage current when these thick oxide film transistors are off.
  • This thick oxide transistor is constructed as shown in FIG.
  • Fig. 4 shows the internal configuration of the board bias control circuit VBC. It consists of four circuit blockers, VBC80 is VDD and VSS as power supply, VBC30 is VWELL and VSS power, VBC85 is VDD and VSUB, and VSUBGEN is VWEWE. LL, VDD and VSS are supplied respectively.
  • the power supply voltage applied to the internal circuits of VBC30, VBC85, and VSUBGEN is 3.3 V at most.
  • VDDQ ⁇ VWELL the power supplied to the I / O circuit is also 3.3 V with VDDQ and VSSQ, so it is used for the I / O circuit.
  • the device used for the device and the board bias control circuit can be shared.
  • VBC 80 the power supply of VBC 80 is 1.8 V. Therefore, the signal lines to VBC 80, VBC 30 and VBC 85 use dual rail signals (balance signals used in pairs that use positive logic signals and negative logic signals). VBC 30 and VBC 85 internal Bell conversion (1.8 V amplitude signal is converted to 3.3 V amplitude signal).
  • VBC 80 is an input signal from the outside of the board bias control circuit VBC cbpr, cbnr, vbbenb, an interface circuit block between reset and VBC 30 and VBC 85
  • VBC 30 is a circuit block for controlling the board bias of PMOS
  • VBC85 is a circuit block for controlling the board bias of NMOS
  • VSUBGEN is a negative voltage generating circuit block.
  • Figure 5 shows an example of operating waveforms.
  • the power supply V DD for the IZO circuit and the power supply V W E L L for the substrate bias control circuit V B C are turned on, and then the power supply V D D for the main circuit is turned on.
  • the negative voltage generating circuit block VSUBGEN is activated, and the negative voltage VSUB is generated.
  • the d-resset signal is asserted for a certain period of time.
  • the board bias control circuit does not subtract the board bias of the main circuit (hereinafter, when the board or board bias is subtracted, the board is not used for PMOS).
  • the bias is set to the VDD potential, the substrate bias is set to the VSS potential for NMOS, and the substrate or the substrate bias is set to pull the substrate bias for NMOS.
  • the bias is set to a potential higher than the VDD potential, and the substrate bias of the NMOS is set to a potential lower than the VSS potential).
  • the board bias is controlled by the vbbenb signal.
  • V b b en b force 3.3
  • the state transits to the stamper state where the substrate is pulled, and when 0 V, the state transits to the active state where the substrate is not pulled.
  • v b p 1.8 V
  • c b p 0 V
  • v b n 0 V
  • c b n 1.8 V
  • vbbenbrr 0 V.
  • v b b en b r acts as a return signal for v b b en b.
  • the potential state of the substrate was detected by monitoring the vbbenbr obtained from the cbp and cbn potentials. It can be equivalent to this.
  • FIG. 6 shows another example of the operation waveform. Only the parts that differ from Fig. 5 are shown.
  • the control circuit becomes slightly complicated, but when active, MP1 and The voltage applied to the source terminal and gate terminal of MN2 can be increased, and vbp and vbn can be driven with lower impedance.
  • the amplitudes of cbp and cbn corresponding to the gate control signals are larger than the gate withstand voltages of the substrate driving transistors MP1 and MN1.
  • the gate terminal, drain terminal and gate terminal of the MP1 and MN1 can be controlled.
  • the voltage between the terminal pins is 3.3 V at most, and can be kept below the gate withstand voltage.
  • circuit block examples show circuit examples for realizing the waveforms of FIG.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of the VBC 80.
  • 122 is a two-input NAND
  • 121 is a two-input AND with shunt characteristics
  • 122 is an inverter
  • 123 is NOR
  • 124 is shunt characteristics.
  • And 1 25 represents a buffer having a differential output.
  • Reference numeral 126 denotes a power-on reset circuit, and its output 127 is gradually charged from 0 V to 1.8 V after the power supply VDD is turned on. Therefore, the output of 121 outputs 0 V for a certain period of time, and outputs 1.8 V after a certain period of time. With this output, the d_reset signal is asserted for a certain time when the power supply VDD is turned on, as shown in Fig.
  • Ha 0 Wa over on-Li Se Tsu preparative circuit 1 2 6 7 uses a simplest Ru good in resistance and key Yapashi others, may be another circuit system. The point is that it only needs to be able to detect until the power supply VDD is stabilized.
  • d—vbbenb, d—cbpr, and d—cbnr are signals obtained by dubbing vbbenb, cbpr, and cbnr, respectively. However, during the power-on reset period, the board control state is set to the active state.
  • d-vbbenbr is a du-zole-level signal for making the vbbenbr in Fig. 5, and is made from cbpr and cbnr cards.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of V B C 30. 130 is a level conversion circuit, and 3.3 V amplitude from 1.8 V dual rail signal from d-vbbenb and d-reset to VDD to VSS, from VWELL force to VSS Signal 1 3 3 1 3 3 The power becomes 'L' during the active state or during the reset period.
  • 13 1 is also a level conversion circuit, and a 1.8 V dual rail signal from d-cbpr and d-reset from VDD to VSS, and a 3.3 V amplitude signal from VWELL to VSS. 1 3 4 is made. 1 34
  • the force becomes 0 V when the c b pr force is 0 V or during the on-reset period.
  • V bp becomes a noise impedance state
  • c bp becomes 0 V
  • c bp en br becomes 0 V.
  • MP 1 in all sw c e 11 in the main circuit is turned on, and v b p is driven to 1.8 V.
  • 1332 is also a level conversion circuit, and outputs the d—vbbenbr signal from VBC80 described in FIG. 7 as a 3.3 V amplitude vbbenbr signal.
  • Figure 9 shows the cbp transition, but the output impedance of the cbp changes in two stages.
  • cbp is the power driven by the inverter 135 controlled by the 133 signal.
  • NM 0 S 1 36 when the 133 power, 0 V and the 134 power 0 V It is also turned on and driven by the NMOS.
  • the gate width of NMOS 136 should be sufficiently larger than the gate width of NMOS in evening 135.
  • the state transits to the active state, and when the power reaches 133 V, cbp is driven to 0 V by the inverter 135.
  • cbp is wired throughout the main circuit, and its load capacity is large. From this, cbp will be gradually driven to 0V.
  • the transition is detected by the transition of the cbp return signal cbpr, and the d-cbpr signal changes.
  • 134 becomes 0 V
  • NMOS 136 turns on.
  • This drives cbp to 0 V at low impedance.
  • the cbp is driven at a low impedance, and the influence of noise due to the operation of the main circuit can be reduced.
  • MP1 in all swcel 1 in the main circuit is turned on, and driving cbp to 0 V is performed as shown in Fig. 8 (B). By driving slowly, the simultaneous switching noise of MP1 in all swcel1 can be reduced.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of VBC85.
  • Reference numeral 140 denotes a level conversion circuit, which includes a d-vbbenb signal and a d-reset signal from a VDD rail to VSS and a 3.3 V amplitude from a dual rail signal having an amplitude of 8 V to VDD to VSUB.
  • Signal 1 4 2 It becomes 1.8 V when it is in an active state or during a reset period.
  • 14 1 is also a level conversion circuit, a 1.8 V dual rail signal from VDD to VSS of d-cbnr and d-reset, and a 3.3 V amplitude signal from VDD to VSUB. I'm making 1 4 3 1 4 3 Power 1.8 V is reached when the cbnr force is 1.8 V or during the power-on reset period. 1 4 2 Power 1. When the voltage becomes 8 V, vbn becomes a high impedance state, and cbn becomes 1.8 V. When the cbn force reaches 1.8 V, the MN 1 force in all swcells in the main circuit turns on, and vbn is driven to 0 V.
  • Fig. 11 shows the transition of c bn, but the output impedance of c b n changes in two stages, as in c b p.
  • cbn is controlled by the 144 signal, and is driven by 144 in the night, but when the power is 142 V, '1.8 V and when the voltage is 1.4 V and 1.8 V, PMOS145 is turned on and driven by PMOS145.
  • the gate width of PMOS 145 is set to be sufficiently larger than the gate width of PMOS in the interface 144.
  • the state transits to the active state.
  • the voltage of 142 becomes 1.8 V
  • c bn is driven to 0 V by the inverter 144.
  • c bn is wired throughout the main circuit, and its load capacitance is large. This means that c bn will be slowly driven to 0V. The transition is detected by the transition of the return signal c bn r of c b n, and the d—c b n r signal changes. As a result, the power becomes 144, which is' 1.8 V, and the PMOS 144 turns on. This drives c bn to 1.8 V at low impedance. In this way, in the active state, c bn is driven with a low impedance like c b p, and the effect of noise due to the operation of the main circuit can be reduced.
  • the substrate bias system of the present invention is used.
  • the driving impedance of the board is higher in the active state where the board is not pulled (the board is driven by all swcel 1) than in the standby state where the board is pulled (by the VBC). Board driving). Therefore, as described above, when the power is turned on, the board transitions to the active state in which the board is not pulled, so that the power supply at power-on caused by the unstable substrate potential is changed. The problem of increase in shoot-through current and latch-up problem can be avoided.
  • the main circuit operates and a lot of board noise is generated.However, reducing the board driving impedance can reduce the board noise. As a result, malfunction of the main circuit and latch-up can be prevented.
  • Fig. 12 shows the internal configuration of the negative voltage generator VSUBBGEN.
  • VSUBSEN is a board sense circuit
  • PMP1 is a charge pump circuit 1
  • PMP2 is a charge pump circuit 2.
  • PMP 1 and PMP 2 are controlled using the control signals pmplenb and pmp 2 enb.
  • PMP 1 operates if the pmp 1 enb signal is asserted
  • PMP 2 operates if the pmp 2 enb signal is asserted.
  • the difference between PMP1 and PMP2 is the difference in pumping ability, and PMP1 has a larger boning ability than PMP2.
  • the force to use either PMP 1 or PMP 2 is determined by the vbpenb signal, PMP 2 is used in the active state and PMP 1 is used in the standby state.
  • the active state the VSUB potential is used only in the substrate bias control circuit VBC, so that no current flows through VSUB. For this reason, PMP 2 with low bombing capability is used.
  • the standby state the VSUB potential is supplied to the entire main circuit, so that a current such as a junction current flows through VSUB. For this reason, PMP 1 with a large bombing capacity is used.o
  • FIG. 13 shows a circuit diagram of the charge pump circuit 1 PMP1 of the present invention.
  • OSC is a ring oscillator and oscillates only when pmplenb is asserted, charging VSUB to a negative voltage.
  • Fig. 14 shows the charge pump circuit described in Kiyoo Ito, "Super LSI Memory", Baifukan, p. 266, with the addition of PMOS 162 and 163.
  • This is a charge pump circuit that uses the PMOS of 160 and 161 to perform charge pump twice during one cycle of ring oscillation.
  • NMOSs 164 and 165 are added as shown in FIG.
  • the effects of the thresholds of PMOS 160 and 161 are eliminated, and a sufficiently deep V SUB can be obtained even at low voltage operation.
  • VWELL is 3.3 V
  • VSUB -2.3 V
  • VSUB -3.3 V can be obtained.
  • Charge pump circuit 2 Although the circuit diagram of PMP 2 is not shown here, PMO SCP 3 and CP 4 used as capacitors in Fig. 13 are made smaller to make the capacitor smaller. What is necessary is just to make the capacity of a small. Of course, according to CP 3 or CP 4 Other MOS sizes should be optimized.
  • FIG. 15 shows the circuit diagram of the substrate bias sensing circuit VSUBSEN.
  • a potential difference of only about 1 V is applied between the source and drain of each NMOS, and the gate length is further increased. As a result, the through current from VDD to VSS or VWELL to VSUB can be suppressed to a small value.
  • V REF or V 1 can be obtained insensitively to the variation.
  • the present invention uses NMOS instead of PMOS. NMOS has better saturation characteristics than PMOS, so even if there is only a potential difference of about 1 V between the source and drain, it is possible to deal with the variation between each NM0S. VREF or V1 can be obtained with less sensitivity.
  • AMP1, AMP2, and AMP3 are each differential amplifiers, and constitute one differential amplifier.
  • VREF and VI are input to the differential amplifier consisting of AMP1, AMP2, and AMP3.
  • pmp1 enb or pmp2 enb is asserted.
  • VSUB is charged in the negative voltage direction.
  • VREF> V1 pmp 1 enb or pmp 2 enb is negated. Since VSUB has some leakage current in the VSS or VWELL and VDD directions, if both pmp 1 enb and pmp 2 enb are strongly negated, VSUB is discharged in the positive potential direction .
  • V 1 VREF
  • AMP1 and AMP2 there is a physical path force between AMP1 and AMP2, and the differential amplifier including AMP1, AMP2, and AMP3 has hysteresis characteristics.
  • VSUB changes quickly, and AMP1 and AMP3 need to operate at high speed. Also, at the time of active I do not care about power consumption. For this reason, the operating current of AMP1 to AMP3 is increased and high-speed operation is performed.
  • Figure 16 shows an example of the layout of ncel1 and swcel1.
  • sw c e l 1 is arranged continuously in the vertical direction (Y direction).
  • the cell heights of swcel1 and ncel1 are unified to the same height, and the horizontal (X-direction) interval L between swcel1 and swcel1 is made variable within a certain value.
  • the interval L may be determined in consideration of the following items.
  • Figure 17 shows an example of the layout of nce1.
  • V bp, v bn, V DD, and V S S are powered by four parallel first-layer metal wirings (Ml).
  • v b p and v b n are also supplied by the high concentration layer on the surface.
  • H is the cell height, which indicates the basic repeating unit in the vertical direction. Based on this height, they are arranged vertically mirror-symmetrically. As a result, V bp and V bn can be shared with the upper and lower adjacent nce 11, and the area can be reduced.
  • Fig. 18 shows a cross-sectional view taken along line AB of Fig. 17.
  • N—we 11 is N-type ⁇ to form MP 2
  • P—we 11 is M It is a P-type element for forming N 2.
  • Deep-N is an N-type hole located deeper than N-we 1 l and P-wel 1 and has a so-called triple roll structure.
  • Figure 19 shows a layout example of swcel1.
  • the height of the cell is H as in nce l 1, and the feed lines for v b p, v b n, V DD, and V S S by M l are at the same position as n c e 11.
  • swcel1 is continuous in the vertical direction and is arranged at intervals within a certain interval in the horizontal direction. With such an arrangement, the power supply reinforcement line can be arranged at the location of swce11.
  • the second layer metal wiring hereinafter referred to as M2
  • M2 which is wired in parallel in the vertical direction, is the two power supply reinforcing wires.
  • V bp and V bn reinforcement lines and two c bp and c bn lines are arranged in parallel.
  • the power supply reinforcement lines V DD and V SS at both ends can help protect the four board bias control lines, which have relatively high impedance, from external noise.
  • MP1 is formed by being divided into six transistors, the gate of which is connected to cbp, the drain is connected to Vbp, and the source is connected to VDD.
  • MN 1 is formed by being separated into three transistors, the gate of which is connected to c bn, the drain is connected to v bn, and the source is connected to V SS.
  • the decoupling capacitors CP 1 and CP 2 are each separated into two transistors and formed at both ends of MP 1 and MN 1, using the MOS gate capacitance. Capacity is created o
  • the ratio between the size of the decoupling capacitors CP 1 and CP 2 and the size of MP 1 and MN 1 is not particularly limited. extreme In a typical example, one or both of the decoupling capacitors CP 1 and CP 2 may be omitted. Increasing the size of the decoupling capacitor can reduce power supply noise. On the other hand, increasing MP 1 and MN 1 allows the board bias to be connected to the power supply with lower impedance when the microcomputer is in the normal state, and reduces noise. And it is harder for a latch-up to occur.
  • VIA holes between the Ml VDD line and the M2 VDD line and VIA holes between the Ml VSS line and the M2 VSS line are omitted for simplicity.
  • a VIA hole may be provided at the intersection of the wiring.
  • FIG. 20 shows a cross-sectional view taken along line AB of FIG.
  • P—we 11 is a P-type well for forming MNl
  • Deep—N is an N-type deeper than P—we 11 It has a so-called triple-cell structure.
  • the VIA hole between the VSS line of Ml and the VSS line of M2 omitted in FIG. 19 is also shown.
  • a thick oxide transistor is used for MN 2 to increase the threshold value.
  • Figure 21 shows a more specific example of the wiring method for the power supply lines VDD and VSS and the board bias control lines vbp, vbn, cbp, and cbn.
  • This figure adds the above wiring to Fig. 16.
  • VDD, VSS, vbp, and vbn wired by Ml are wired in parallel.
  • V bp is shared by the upper and lower cells, and VDD is wired above and below it in parallel.
  • vbn is also shared by the upper and lower cells, and VSS is wired above and below it in parallel.
  • VDD and VSS should be thicker than vbp and vbn.
  • VDD, VSS, Vbp, vbn, cbp, cbn which are vertically wired with M2, are wired on the swcell, and the intersection of M1 and M2 VDD, VSS, vbp, and vbn are connected in mesh.
  • Figure 22 shows how the power supplies V DD and V SS are reinforced.
  • the power supply line formed by the fourth metal wiring layer (hereinafter referred to as M4) and the fifth metal wiring layer (hereinafter referred to as M5) as the basic repeating unit of Fig. 21 VDD and VSS are wired in a mesh pattern.
  • VDD and VSS wired by M4 are wired above the VDD and VSS of M2, which are wired in the vertical direction. To connect them, the third metal wiring layer ( M3) is required. If this connection is made on all swcels 1, M3 will be routed in the vertical direction, and there will be no horizontal path for M3. .
  • connection of the power supply lines of M 2 and M 4 is performed only on the three s w c e l 1 indicated by s w c e) 12 or s w c e l 13. By doing so, a horizontal wiring path of M3 can be secured.
  • the power line of M5 is provided only on the swce11 of each of the six units indicated by swecel13, and is connected at the intersection with the power line of M4 on the swecel13.
  • the power supply lines VDD, VSS impedance can be reduced You.
  • the power lines in the vertical direction of M4 are wired on all swcel 1s, but they are roughly wired in the horizontal direction, such as every two or every three. Is also good. Although the impedance of the power supply line increases, a vertical path of M4 can be secured.
  • FIG. 23 shows the relationship between the arrangement of sw c e 11 shown in FIG. 22 and the wafer.
  • the P-type layers P_well and the N-type layers are alternately arranged in a strip shape, and are arranged so that one nce1 shares one layer.
  • Figure 24 shows an example of memory circuit swce11 and the layout of power supply lines.
  • word lines and bit lines are not shown, but word lines are arranged horizontally and bit lines are arranged vertically.
  • the power lines of the memory mat run in the memory cell in the horizontal direction, but they are connected to the power lines 200, 201, and 202 at both ends of the memory mat. Reinforced.
  • Reference numeral 203 denotes a power supply line for supplying power to each word driver and code decoder, and reference numeral 204 denotes a power supply line for supplying power to each sense amplifier.
  • s w c e 11 is arranged as shown in Fig. 24 on the power lines up to the above-mentioned 200 powers and up to 204.
  • swce 11 is arranged at both ends of the power supply line 204 to reduce the board noise.
  • the spacing L of swce 11 and the size of the MOS transistor in swce 11 need to be determined. In short, the value of INH—NLI / NA will decrease. You can do it.
  • the data flow direction of the data path may be set to be the X direction in FIG. Since the cells operating at the same time are distributed to a plurality of wells, the above-mentioned INH—NLIZNA becomes small.
  • FIG. 25 is a sectional view of a semiconductor integrated circuit device 100 of the present invention.
  • N shown at 302, 304, 310, 308, 310 is the same as N—we] 1 and the PMOS transistor N-type wells for forming, P, denoted by 301, 303, 305, 307, 309, 311 are the same as P—we11, and NMOS With a P-type well to form a transistor is there.
  • Deep-N indicated by 312 and 313 is an N-type hologram located deeper than N and P, and has a so-called triple phenol structure.
  • Deep—N312 and N313 are electrically separated by a p-substrate at 310 and a P-hole at 307. Therefore, the substrate potential of the MOS transistor A formed on 302, 304, 306, 308, 310, and 301, 303, A potential independent of the substrate potential of the MOS transistor B formed on the layers 305, 307, 309, and 311 can be given. Also, it is possible to reduce the influence of noise or the like generated in the MOS transistor B on the MOS transistor B.
  • FIG. 26 shows the Dep-N structure of the semiconductor integrated circuit device of the present invention.
  • C PG is a clock control unit, which includes an analog circuit such as PLL (unit lock loop).
  • TLB is an address conversion unit
  • CACHE cache memory
  • CPU is a central processing unit
  • FPU is a floating-point unit
  • L0G1 is random logic 1
  • L ⁇ G 2 indicates random logic 2
  • PAD indicates the I / O section.
  • each circuit block is formed on a different Deep-N.
  • PAD generates a large amount of noise when driving external pins with an amplitude larger than the internal signal amplitude. This noise can be prevented from affecting analog circuits such as CPG.
  • Figure 27 shows a guard band placed between Deep-N and Deep-N. As shown in Fig. 27, a guard band g b a n d 1 is placed between Dee p — N and Deep — N.
  • the P-well 307 between 0 Deep and N whose cross section is shown in Fig. 28 is grounded to the VSS potential through the P + diffusion layer 314.
  • Noise propagation between Deep and N can be further reduced.
  • the substrate noise generated by the MOS on P—we1 13 05 is the same as the capacitance of the Deep-N3 12 1 is not so low.
  • the noise is transmitted to Deep-N312 by coupling.
  • This noise also tries to propagate to the P substrate 300 by capacitive coupling, but the p substrate is fixed to the ground potential at a low impedance with a guard pin.
  • the noise appearing on the p-substrate becomes smaller.
  • the noise of the MOS transistor formed on 302, 304, 306, 308, 310, and their noise, 3 Propagation to the MOS transistors formed on 01, 303, 305, 307, 309, 311 is reduced.
  • FIG. 29 shows a layout image of cbp and cbpr on a semiconductor integrated circuit and the position of the return cell VBCR in FIG. cbn and cbnr are omitted here because they can be done in the same way.
  • Vbp and Vbn are wired in mesh by arranging swce 11 and cbp and cbn are wired in mesh. Instead, they are wired in a stripe.
  • swce 1 1 is placed. The figure shows how the striped wiring is connected in a shunt fashion.
  • the return cell is a cell for returning the input cbp and cbn as cbpr and cbnr to the board bias control circuit VBC, and the return timing is set in each swcel 1. Arrange so that cbpr can return at a timing later than the cbp arrival timing of swce 11 which has the slowest propagation time of cbp. For example, it may be located farthest from the board bias control circuit VBC.
  • the potential applied to the substrate bias is 1.8 V and 0.0 V during active, 3.3 V during stunning, and -1.5 V.
  • An appropriate potential may be applied to the substrate bias at the time of activation so that the threshold value variation of the MOS transistor can be adjusted.
  • the main circuit is divided into a plurality of circuit blocks, and control circuits such as VBC30 and VBC85 are individually provided for each circuit block, and the active state and the state are independently controlled.
  • a standby state may be provided. If control is performed for each circuit block, a circuit block that is not operating can be placed in a standby state, and power consumption can be controlled more finely and power consumption can be reduced. Also, depending on the circuit block, it may not be necessary to pull the substrate bias even in the standby state. This is the case, for example, when the circuit block is composed of high-transistor M ⁇ S transistors and the sub-threshold leakage current is negligible.
  • the threshold value of the MS transistor is low when the operation mode of the circuit is active, and is high when the operation mode is in the standby state.
  • the values are based on the values of I.I.I.I., spectrum, pages 66-71, 1996 (199 6 IEEESPECTRUM, pp 6 6—7 1)
  • the board bias may be set so that it becomes a high threshold value during the IDDQ test as described in 1).
  • the substrate potential applied to the substrate during the IDD Q test is higher than the substrate potential applied during the standby. That is, a higher potential is applied to the PMOS FET than in the standby mode, and a lower potential is applied to the NMOS FET. In this way, the leakage leak current flowing during the IDD Q test can be further reduced, so that the accuracy of failure detection is improved.
  • the VWELL potential is raised from, for example, 3.3 V to 4.0 V during the IDDQ test, and the VSUB potential is lowered from 1.5 V to 1.2 V. Reduce to 2 V.
  • all signals to the substrate bias control circuit VBC are level-down at VBC80 and are converted to VWELL potential or VSUB potential before use. This can be achieved by providing a voltage buffer in this way.
  • the substrate structure is assumed to be a triple-well structure, but the structure is not particularly limited. It may be a double-layer structure having a so-called twin-tab structure, or may be an S SI (Si 1 i c o n in n s u l a t o r) structure.
  • the power supply to the substrate noise in the cell is performed by using M1.
  • the structure of is not particularly limited. For example, 1997 Symposium, ON, VLSI 'Sakit' Digest. Technical Papers, pp. 95-96, 1997. (1977 Symposiumon VLSI circuits Digest of 'echnical Papers, pp. 95-96)
  • power may be supplied by a diffusion layer or a silicided diffusion layer.
  • VBC is the board bias control circuit
  • LOG is the main circuit
  • VBCC is the stand control circuit
  • IZO is the IZO circuit
  • vbbenb is the board bias control start signal
  • Vbbenbr is the board bias control signal
  • Vbp is the board bias control signal.

Description

明 細 書
半導体集積回路装置
技術分野
本発明は半導体集積回路装置に係わ り 、 特に高速性と低 電力性を兼ね備えた半導体集積回路装置に関する。
本件出願は米国においては 1 9 9 7 年 1 1 月 2 1 日 出願 の P C T / J P 9 7 / 0 4 2 5 3 号の一部継続出願であ り 、 その内容は引用によ り 本件出願に合体される。
背景技術
現在、 マイ ク ロ プロ セ ッ サ等の半導体集積回路装置の実 現には C M O Sによ る集積回路が広 く 用い られている。 C M O S回路の諸費電力にはスィ ツ チ ン グ時の充放電に よ る ダ ィ ナ ミ ッ ク な消費電力 とサブス レ ツ シ ョ ル ド リ ー ク 電流に よ る スタ テ ィ ッ ク な消費電力によ る ものがある。 こ のう ち ダイ ナ ミ ッ ク 消費電力は電源電圧 V D Dの 2乗に比例 して 大き な電力を消費する ため、 低消費電力化のためには電源 電圧を下げる こ とが効果的であ り 、 近年多 く のマイ ク ロ プ ロセ ッ サの電源電圧は低下 してきている。
一方、 現在の低電力なマイ ク ロ プロセ ッ サには、 パワ ー マネー ジメ ン ト機構を備え、 プロセ ッ サに複数の動作モー ドを設け、 それに従っ て待機時に実行ュニ ッ 卜への ク ロ ッ ク の供給を停止 している ものがある。
こ のク ロ ッ ク 供給の停止によ り 、 不要な実行ュニ ッ 卜 に おけ る ダイ ナ ミ ッ ク な消費電力を可能な限 り 削減する こ と ができ る。 しか しなか ら、 サブス レ ツ シ ョ ル ド リ 一 ク 電流 によ る スタ テ ィ ッ ク な消費電力は削減する こ とができず、 残存 したま まであ る。 CMO S回路の動作速度は電源電圧の低下に と もない遅 く な る ため、 動作速度の劣化を防 ぐ ためには電源電圧の低 下に連動 して MO S ト ラ ン ジ ス 夕 の しき い値電圧を下げる 必要があ る。 しか し、 しき い値電圧を下げる と極端にサブ ス レ ツ シ ョ ル ド リ ー ク 電流が増加する ため、 電源電圧の低 下が進むにつれて、 従来はそれほ ど大き く なかっ たサブス レ ツ シ ョ ノレ ド リ 一 ク 電流に よ る スタ テ ィ ッ ク な消費電力の 増加が顕著にな ってき た。 こ のため、 高速性と低電力性の 2 点を両立 したマイ ク 口 プロ セ ッ サ等の半導体集積回路装 置を実現する こ とが問題とな っ ている 。
上記問題を解決する方法と して、 例えば特開平 6 - 5 4 3 9 6号に公報されている よ う に、基板バイ ア スを可変設定す る こ と に よ り 、 MO S ト ラ ン ジス夕 の しき い値電圧を制御す る方法があ る。
C M O S回路の高速動作が要求される ァ ク テ ィ ブ状態で は、 基板ノく ィ ァスを PMO S ( Pチ ャ ネル M〇 S ト ラ ン ジ ス 夕 ） については電源電位に、 NMO S (Nチ ャ ネル MO S ト ラ ン ジ ス 夕 ） については接地電位に設定する。 一方、 C MO S 回路が高速に動作する必要のな いスタ ンバイ状態では、 基 板バイ ア スを P MO Sについては電源電圧よ り も高い電位 を、 NMO Sについては低い電位を印加する （こ の動作を以 下、 「基板を引 く 」 と表現する ） 。
スタ ンバイ 時に基板を引 く こ と に よ っ て、 C MO S回路を 構成 している MO S ト ラ ン ジス 夕の し き い値を高 く する こ とができ、 サブス レ ツ シ ョ ル ド リ ー ク 電流によ る スタ テ ィ ッ ク な消費電力を削減する こ とができ る。
発明の開示 高速性 と低電力性の 2 点を両立 したマイ ク ロ プロセ ッ サ 等の半導体集積回路装置を実現する ためには、 C MO S回路 について上記のよ う な基板バイ アス制御を行い、 ァ ク テ ィ ブ時には MO S ト ラ ン ジスタ の しき い値電圧を低 く して高 速性を維持 し、 ス夕 ンバイ 時には MO S ト ラ ン ジスタ の しき い値を高 く してサブス レ ツ シ ョ ル ド リ ー ク電流を低減する 必要がある。
しか しなが ら、 発明者らの検討 した と こ ろによ る と、 実 際の回路装置において基板バイ アス制御をする ためには、 以下の よ う な課題が残されてる。
( 1 ) 基板バイ アス制御回路のテ ス ト容易性を確保する。
( 2 ) 基板バイ アス制御をする こ とでの C MO S回路の誤 作動を防止する。
( 3 ) 基板バイ ア ス制御をする こ と に よ る、 回路面積増加 を最小限に止める。
( 4 ) 基板バイ ア ス の切 り 換え時におけ る半導体集積回路 装置の誤作動を防止する。
上記課題を解決する ために本発明で提示 した手段の主な ものは以下のよ う にな る。
基板バイ ア ス制御回路内の負電圧発生回路の出力をパ ッ ドに出力する こ と と して、 回路のテス ト を容易 と した。 す なわち、 負電圧発生回路は、 その出力信号であ る電圧の レ ベルが設定 した電圧にな っ ているか どう かを確認する必要 があ り 、 こ のため、 その出力がそのま ま 出ている端子を設 け る こ とが便利である。
ま た、 ア ク テ ィ ブ状態時に基板バイ ア スを駆動する基板 駆動 MO S ト ラ ン ジ スタ を、基板バイ ア ス制御するべき 主回 路内に複数配置 し、 基板イ ン ピーダ ン スを下げる 。 こ の場 合、 ア ク テ ィ ブ状態時には、 主回路内の回路が動作する た め、 イ ン ピーダ ンスを低 く して、 基板電位を固定 し、 ト ラ ン ジス夕 閾値のば らつき を押さえ る必要があ るカヽ らである。
こ の と き 、 ス タ ンノ ィ 時に比べてア ク テ ィ ブ状態時の駆 動力は大き く な り 、 例えば 5 倍、 理想的には 1 0 倍以上の 駆動力が望ま しい。
さ らに、 基板バイ ア ス切 り 換え時の回路の安定性を確保 する ために、基板駆動 M O S ト ラ ン ジスタ のゲ一 ト電圧を制 御する ゲー ト 制御信号は、基板駆動 M O S ト ラ ン ジスタ のゲ 一 卜 に接続さ れた後に基板バイ ア ス制御回路に も どされ、 も どされた信号の電位によ っ て基板バイ ア ス制御回路が主 回路の基板バイ ア スが安定 したこ とを検出でき る よ う にゲ 一 ト 制御信号を配線する。
半導体集積回路装置はパワーオ ン リ セ ッ ト 回路を具備 し てお り 、 パワ ーオ ン リ セ ッ ト 回路は主回路の電源が投入さ れる こ とを検出 し、 パワ ーオ ン リ セ ッ ト 回路に よ っ て、 主 回路の電源が投入されて一定時間の間は、 基板駆動 M 0 S ト ラ ン ジ ス 夕 が基板バイ ア スを浅 く 駆動する ァ ク テ ィ ブ状態 にする。
さ らに、 基板バイ アス制御回路は、 ス タ ンバイ 状態か ら ア ク テ ィ ブ状態に遷移する過程でのゲ一 ト 制御信号の出力 イ ン ピーダンスを、 ア ク テ ィ ブ状態に完全に遷移 した後で のイ ン ピーダ ン ス よ り も大き く 制御する。
ま た、 半導体集積回路装置は負電圧発生回路を具備 して お り 、 基板バイ ア ス制御回路はスタ ンバイ 状態での負電圧 発生回路の出カイ ン ピーダ ンスを、 ァ ク テ ィ ブ状態での負 電圧発生回路の出カイ ン ピ一ダ ン スよ り も小さ く 制御する。 ま た、 主回路は複数のセルか ら成っ てお り 、 複数のセル の電源ネ ッ ト は第 1 配線層に よ っ て給電されてお り 、 さ ら に、 それ ら第 1 配線層 と直行する第 2 配線層を用 いた電源 ネ ッ 卜 があ り 、 第 1 配線層に よ る電源ネ ッ 卜 と第 2 配線層 によ る電源ネ ッ 卜 の交点にスィ ッ チセルを配置 して、 第 1 配線層 によ る電源ネ ッ 卜 と、 第 2 配線層によ る電源ネ ッ 卜 の接続はそのスィ ッ チセル内で行われてお り 、 さ らに、 上 記基板駆動 M O S ト ラ ン ジス 夕 をスィ ツ チセル内に配置す る。
ま た、上記セルを構成する M O S ト ラ ン ジス夕 の基板バイ ァ ス供給線が、 第 1 配線層に よ る電源ネ ッ 卜 と平行 して第 1 配線層によ っ て行われ、 第 2 配線層によ る電源ネ ッ 卜 に も平行 して第 2 配線層に よ っ て も行われ、 電源ネ ッ 卜 と同 様に、 上記スィ ッ チセル内で、 第 1 配線層によ る基板バイ ァ ス供給線と、 第 2 配線層によ る基板バイ ア ス供給線が接 続され、 上記基板駆動 M O S ト ラ ン ジス夕 のゲ一 卜電圧を制 御するゲー ト制御信号が、 第 2 配線層によ る電源ネ ッ 卜 と 平行 した、 上記ス ィ ツ チセル上空の第 2 配線層に よ っ て供 給され、 上記スィ ツ チセル内で、 基板駆動 M O S ト ラ ン ジス タのゲ一 卜端子に接続する。
よ り 具体的に説明する と、 本発明は少な く と も一つの ト ラ ン ジス夕か ら構成された主回路 と、 ト ラ ン ジスタ の基板 に印加される電圧を制御する基板バイ ア ス制御回路 と、 基 板バイ アス制御回路を制御する こ とで主回路に流れるサブ ス レ ツ シ ョ ル ド リ ー ク電流が多いア ク テ ィ ブ状態と 、 サブ ス レ ツ シ ョ ル ド リ ー ク電流が小さ いス夕 ンバイ 状態の少な く と も二つ状態に切 り 替え る ス タ ンバイ 制御回路を有 し、 基板バイ ァ ス制御回路に負電圧発生回路を内蔵する と と も に、 該負電圧発生回路で発生 した負電圧を装置外部へ出力 する端子を有する。
こ の と き 半導体集積回路装置は、 出力パ ッ ドを有する半 導体チ ッ プと、 半導体チ ッ プを内蔵 し外部 ピ ンを有するパ ッ ケー ジを有 し、 端子と して出力パ ッ ドの一つを用い、 か つ、 その端子は外部 ピ ン とは接続されていない。
他の例では、少な く と も一つの M O S ト ラ ン ジスタ力、 ら構 成された主回路と、 M O S ト ラ ン ジ ス タ の基板に印加される 電圧を制御する基板バイ ア ス制御回路 と、 基板バイ ア ス制 御回路を制御する こ とで、 主回路に流れるサブス レ ツ シ ョ ル ド リ ー ク 電流が多いァ ク テ ィ ブ状態と、 サブス レ ッ シ ョ ル ド リ ー ク 電流が小さ いス夕 ンバイ 状態の少な く と も二つ 状態に切 り 替える スタ ンバイ 制御回路を有 し、 ア ク テ ィ ブ 状態に は基板バイ アスを浅 く 制御 し、 ス タ ンバイ状態では 基板バイ アスを深 く 制御 し、 ア ク テ ィ ブ状態で基板バイ ァ スを浅 く 駆動する駆動力が、 スタ ンバイ 状態で基板バイ ァ スを深 く 駆動する駆動力よ り も 1 0 倍以上大き いこ とを特 徴とする。
こ の と き、 基板バイ アスを深 く 制御 している時には、 基 板を引 いている ト ラ ン ジスタか ら構成される主回路を動作 させな いこ とが望ま しい。 基板を引 いている時は、 基板の イ ン ピーダ ンスが高いので、 M 0 S ト ラ ン ジスタが動作す る こ とで基板電位が変化 しやすい。 こ のため、 M O S ト ラ ン ジス夕が誤動作する可能性があ る ためであ る。
デバイ ス構造と しては、 ア ク テ ィ ブ状態で基板バイ アス を浅 く 駆動するための基板駆動 MO S ト ラ ン ジスタ は距離 2 0 m以上離れて少な く と も二つ以上あ り 、 基板駆動 M O S ト ラ ン ジスタ のゲ一 ト電位は基板バイ アス制御回路に よ り 制御されている。
基板駆動 MO S ト ラ ン ジス タ のゲー ト電圧を制御する ゲ 一 ト制御信号は、基板駆動 MO S ト ラ ン ジス 夕 のゲ一 卜 に接 続された後に基板バイ アス制御回路に戻され、 戻された信 号の電位によ っ て基板バイ アス制御回路が前記主回路の基 板バイ アスが安定 したこ とを検出でき る。
基板駆動 MO S ト ラ ン ジスタ の しき い値電圧は、 主回路を 構成 している MO S ト ラ ン ジス夕 の しき い値よ り も大き い こ とが望ま しい。 ま た、 外部 とのイ ン タ ー フ ェ ー スをする I /O回路を具備する とき 、 その I /O回路を構成 している 少な く と も一つの MO S ト ラ ン ジス夕 の酸化膜厚は、 主回路 を構成している MO S ト ラ ン ジスタ の酸化膜厚よ り も厚い こ とが好ま しい。 こ のよ う に、 主に高い電圧が印加される 部分の耐圧を高 く する こ とが望ま しい。
さ らに主回路の電源が投入される こ とを検出するパワ ー オ ン リ セ ッ ト 回路を具備 し、 主回路の電源が投入されて一 定の間は基板駆動 M 0 S ト ラ ン ジスタが基板バイ アスを浅 く 駆動する ア ク テ ィ ブ状態に制御する。
本発明を適用 した システムの他の態様では、 半導体集積 回路装置は第 1 (V D D Q) と第 2 (V D D ) の電源電圧を有 し、 第 1 の電源電圧は第 2 の電源電圧よ り も絶対値が大き く 、 第 2 の電源電圧は 2 V以下であ り 、 第 2 の電源電圧 （V D D ) は前記主回路 （ L O G ) に供給され、 第 1 の電源電圧 (V D D Q) は基板バイ アス制御回路 （ V B C ) と ス 夕 ンバイ 制御回路 （ V B C C ) に供給され、 第 1 の電源電圧は第 2 の 電源電圧よ り も先に投入され、 基板バイ ア ス制御回路は、 第 2 の電源電圧が投入されて一定時間の間は主回路をァ ク テ ィ ブ状態に制御する こ とを特徴 とする。
ま た、 ス タ ンバイ 状態か らア ク テ ィ ブ状態に遷移する過 程での、 基板駆動 M O S ト ラ ン ジスタ のゲー ト 制御信号の 出力イ ン ピーダン スを、 ア ク テ ィ ブ状態に完全に遷移 した 後でのイ ン ピーダ ン スよ り も大き く 制御する こ とで、 スタ ンバイ状態か らァ ク テ ィ ブ状態に遷移する遷移速度を調整 し、遷移過程での突入電流を小さ く 制御する こ とができ る。
さ らに、 スタ ンバイ状態か らァ ク テ ィ ブ状態に遷移する 過程での、 基板駆動 M O S 卜 ラ ン ジス 夕 のゲ一 ト 制御信号 の出カイ ン ピーダ ンスを、 ア ク テ ィ ブ状態に完全に遷移 し た後でのィ ン ピーダ ンスよ り も大き く 制御する こ とで、 ス タ ンバイ状態か らア ク テ ィ ブ状態に遷移する遷移速度を調 整 し、 遷移過程での突入電流を小さ く 制御 し、 さ らに、 ァ ク テ ィ ブ状態に完全に遷移 したこ とは上述の戻された信号 によ っ て検出する こ と もでき る。
ゲー 卜 制御信号の振幅は、 前記基板駆動 ト ラ ン ジス夕 の ゲー ト耐圧よ り も大き く する こ とができ る。
さ らに、 半導体集積回路装置は負電圧発生回路を具備 し、 基板バイ アス制御回路は、 スタ ンバイ 状態での負電圧発生 回路の出力イ ン ピーダ ンスを、 ア ク テ ィ ブ状態での負電圧 発生回路の出カイ ン ピ一ダ ンス よ り も小さ く 制御する こ と ができ る。
さ らに、 負電圧発生回路は第 1 のチ ャ ー ジポ ンプ回路 と 第 2 のチ ャ ー ジポ ン プ回路を有 し、 基板バイ ア ス制御回路 は、 ス タ ンバイ状態では第 1 のチ ャ ー ジポ ンプ回路を用い て負電圧を発生させ、 ア ク テ ィ ブ状態では第 2 のチ ャ ー ジ ポ ンプ回路を用いて負電圧を発生させ、 第 1 のチ ャ ー ジポ ンプ回路のポ ン ビ ン グコ ンデ ンサの容量は、 第 2 のチ ヤ一 ジポ ンプ回路のボ ン ビ ングコ ンデンサの容量よ り も小さ い こ とを特徴とする請求項 1 3 に記載の半導体集積回路装置。
第 1 と第 2 の電源電圧を有 し、 前記負電圧発生回路は第 3 の電源電圧を発生 し、 第 1 の電源電圧は第 2 の電源電圧 よ り も大き く 、 第 2 の電源電圧は 2 V以下であ り 、 主回路 には第 2 の電源電圧が供給されてお り 、 基板バイ アス制御 回路 と前記ス タ ンノくィ 制御回路には少な く と も第 1 の電源 電圧が供給されてお り 、 スタ ンバイ 状態で基板バイ アス制 御回路は、 P M O S ト ラ ン ジスタ の該基板バイ アスを第 2 の 電源電圧電位に制御 し、 N M O S ト ラ ン ジス 夕 の該基板バイ ァスを第 3 の電源電圧電位に制御 し、 （第 3 の電源電圧） = (第 1 の電源電圧） 一 （第 2 の電源電圧） と して も よ い。
さ ら に、 負電圧発生回路は、 少な く と も一つのチ ャ ー ジ ポ ンプ回路 と 、 比較器と、 第 2 の電源電圧の半分の電位を 発生する第 1 の基準電圧回路 と、 第 1 の電源電圧と第 3 の 電源電圧の中間電位を発生する第 2 の基準電圧回路 とを具 備 し、 比較器は第 1 の基準電圧回路の出力電圧 と、 第 2 の 基準電圧発生回路の出力電圧とを比較 し、 チ ャ ー ジポ ンプ の少な く と も一つを制御 して第 3 の電源電圧を安定化する こ とができ る。
第 1 および第 2 の基準電圧発生回路は、 各々 基板端子が ソース端子に接続されかつゲー ト端子が ド レ イ ン端子に接 続された同一導電型の M O S ト ラ ン ジス夕 が直 列に接続された直列回路か ら成っ てお り 、複数の M〇 S ト ラ ン ジス 夕 が飽和領域で動作する よ う に選択されている こ と ができ る 。 ま た、 装置はシ ユ ミ ッ ト特性を持つよ う に構成 する事 もでき る。
主回路は複数のセルか ら成っ てお り 、 該複数のセルの電 源ネ ッ ト は第 1 配線層に よ っ て給電されてお り 、 さ らに、 それ ら第 1 配線層の上空にはそれ ら に直行する第 2 配線層 を用 いた電源ネ ッ 卜があ り 、 第 1 配線層によ る電源ネ ッ 卜 と第 2 配線層によ る電源ネ ッ 卜 の交点にスィ ッ チセルを配 置 して、 第 1 配線層によ る電源ネ ッ 卜 と、 第 2 配線層に よ る電源ネ ッ 卜 の接続はそのスィ ツ チセル内で行われてお り 、 さ ら に、基板駆動 M O S ト ラ ン ジス夕 が該スィ ツ チセル内に 配置さ れてる こ とを特徴とする 。
スィ ツ チセルには、 さ ら にデカ ツ プ リ ン グコ ンデ ンサ力 電源と接地間に配置される こ と と して も よい。
さ ら に、 第 2 の配線層によ る電源ネ ッ 卜 の上空には、 さ らに第 2 の配線層による電源ネ ッ ト と平行な第 4 の配線層 によ る 電源ネ ッ 卜があ り 、 第 2 の配線層に よ る電源ネ ッ ト と第 4 の配線層によ る電源ネ ッ 卜 の接続は、 スィ ッ チセル 外で行われる こ と と して も よ い。
ま た、 さ らに第 5 の配線層に よ る電源ネ ッ トがあ り 、 第 4 の配線層に よ る電源ネ ッ 卜 と 、 第 5 の配線層に よ る電源 ネ ッ 卜 との接続はスィ ッ チセル內で行われ、 第 4 の配線層 に よ る電源ネ ッ 卜 と第 5 の配線層に よ る電源ネ ッ トか らな る電源メ ッ シ ュ は、 第 1 の配線層に よ る電源ネ ッ 卜 と第 2 の配線層に よ る電源ネ ッ トカヽ らな る電源メ ッ シ ュ よ り も荒 く 、 第 4 の配線層の厚さ と第 5 の配線層の厚さ は、 第 1 の 配線層の厚さ と第 2 の配線層の厚さ のいずれよ り も厚いこ とを と して も よ い。
セルを構成する M O S ト ラ ン ジス夕 の基板バイ アス供給 線が、 第 1 配線層に よ る電源ネ ッ 卜 と平行 して第 1 配線層 に よ っ て行われ、 第 2 配線層によ る電源ネ ッ ト に も平行 し て第 2 配線層によ っ て も行われ、 電源ネ ッ 卜 と 同様に、 ス ィ ツ チセル内で、第 1 配線層による基板バイ アス供給線と、 第 2 配線層に よ る基板バイ アス供給線が接続されている こ と と して も よい。
基板駆動 M O S ト ラ ン ジスタ のゲ一 ト電圧を制御する ゲ — 卜 制御信号が、 第 2 配線層によ る該電源ネ ッ 卜 と平行 し た、 スィ ッ チセル上空の第 2 配線層に よ っ て供給され、 ス ィ ツ チセル内で、基板駆動 M O S ト ラ ン ジス夕 のゲ一 卜端子 に接続されている こ と と して も よい。
スィ ツ チセル上空の第 2 配線層によ っ て配線されている 基板バイ アス供給線 とゲ一 ト制御信号が、 スィ ツ チセル上 空の第 2 配線層に よ っ て配線されている電源ネ ッ 卜 の間に 配置されている こ と と して も よ い。
半導体集積回路装置にはデータパス回路が具備されてお り 、 データハ°ス回路のデー タ フ ロー方向 と複数のセルの第 1 配線層によ る電源ネ ッ トが、 平行 している こ と と して も よ い。
基板バイ アスが、 半導体集積回路装置の選別時には少な く と も一つの M〇 S ト ラ ン ジス夕 の しき い値が高 く な る よ う に設定する こ と もでき る。
さ らに、 他の態様では第 1 のボ ン ビ ン グコ ンデ ンサ と、 第 2 のボ ン ビ ン グコ ンデ ンサ と、 第 1 と第 2 の二つの Pチ ャ ネル ト ラ ン ジスタ と、 第 1 と第 2 の二つの Nチ ャ ネル ト ラ ン ジス夕 と 、 発振回路か らな る チ ャ ー ジポ ン プ回路にお いて、 発振回路の出力力く ' H ' の と き 、 第 1 のポ ン ピ ングコ ンデ ンザ と第 1 の Pチ ャ ネル ト ラ ン ジ ス タ と第 1 の Nチ ヤ ネル ト ラ ン ジス夕 を用 いて該第 1 のボ ン ピ ングコ ンデ ンサ の電荷をポ ン ビ ン グ し、 発振回路の出力が ' L' の と き、 第 2 のポ ン ビ ン グコ ンデ ンサ と第 2 の Pチ ヤ ネノレ 卜 ラ ン ジス 夕 と第 2 の Nチ ヤ ネゾレ ト ラ ン ジス夕 を用いて該第 2 のポ ン ビ ングコ ンデ ンサの電荷をボ ン ビ ン グする こ とを特徴とす る。
他の態様では、 半導体基板上に構成された ト ラ ン ジスタ を含む主回路 （ L O G ) と、 基板に印加 される電圧を制御す る基板バイ アス制御回路 （V B C ) とを有 し、 主回路は基板 に印加される電圧を制御する スィ ツ チ ト ラ ン ジ ス 夕 （MN 1 , M P 1 ) を有 し、 基板バイ アス制御回路か ら 出力された制御 信号がスィ ツ チ ト ラ ン ジス夕 のゲ一 卜 に入力 さ れてお り 、 かつ、 制御信号は基板バイ アス制御回路に戻る よ う に構成 されている。
ま た、 スィ ツ チ ト ラ ン ジスタ は矩形状のスィ ツ チセルに 配置され、 ト ラ ン ジスタ は矩形状の標準セルに配置され、 スィ ツ チセル 1 つ と標準セル複数が一列に並んで配置する こ とが レイ ァ ゥ 卜 上好適である。
さ らに、 主回路の ト ラ ン ジスタ （MN 2 , MP 2 ) を駆動 する駆動電源 （V S S， V D D ) の配線 と、 基板バイ ア ス制 御回路から供給さ れる基板バイ ア ス電源 （ v b p , v b n ) の配線が、 スィ ッ チセルと複数の標準セルを、 セルが並ぶ 方向に縦断させる こ とが好適である。 ト ラ ン ジス夕 の耐性の点カヽ らは、 スィ ツ チ ト ラ ン ジス タ の しき い値は、 卜 ラ ン ジス 夕 の しき い値よ り 大き いこ と力 望ま しい。
スィ ッ チ ト ラ ン ジスタ （MN 1， MP 1 ) は主回路の ト ラ ン ジ ス夕 （MN 2 , MP 2 ) を駆動する駆動電源 （V S S , V D D ) と、 前記基板バイ ア ス制御回路か ら供給される基板バ ィ ァス電源 （ v b p， v b n ) の間に挿入される こ と力 レイ ァゥ ト 上か らはのぞま しい。
さ ら に、 ト ラ ン ジスタ の ソ ースま たは ド レイ ンが前記駆 動電源 （V S S , V D D) に接続され、 ト ラ ン ジスタ の基板 電位が基板バイ アス電源に接続される こ とができ る。
基板バイ ア ス制御回路は、 制御信号 （ V b p , V b n ) を 出力 した後、 主回路を経て戻っ てき た該制御信号 （ v b p r , v b n r ) が所定電圧にな っ たこ とを検知 し、 検知信号 （ V b b e n b r ) を形成する こ とで、 主回路の動作の安定化を 図る こ とができ る。
図面の簡単な説明
図 1 は本発明の半導体集積回路装置のプロ ッ ク 図。
図 2 は主回路の内容をよ り 詳 し く 図示 した回路図。
図 3 は I ノ 0回路の回路図。
図 4 は基板バイ ア ス制御回路の各回路プロ ッ ク 図。
図 5 は基板バイ ァス制御回路の動作波形を表す図。
図 6 は基板バイ アス制御回路の動作波形の図 5 と は別の 実施例を表す波形図。
図 7 は V B C 8 0の回路図。
図 8 は V B C 3 0の回路図。
図 9 は V B C 3 0の動作波形図。 図 1 0 は V B C 8 5の回路図。
図 1 1 は V B C 8 5の動作波形図。
図 1 2 は V S U B G E Nの各回路ブロ ッ ク 図。
図 1 3 はチ ャ ー ジポ ンプの回路図。
図 1 4 はチ ャ ー ジポ ンプの回路図。
図 1 5 は V S U B S E Nの回路図。
図 1 6 は本発明のスィ ツ チセルの配置図。
図 1 7 は標準セルの レイ ァ ゥ 卜 図。
図 1 8 は図 1 7 の断面図。
図 1 9 はスィ ッ チセルの レイ ァ ゥ ト 図。
図 2 0 は図 1 9 の断面図。
図 2 1 は電源配線および v b p、 v b n、 c b p、 c b nの 配線図。
図 2 2 は電源補強線の配線図。
図 2 3 はゥ ヱルの構成図。
図 2 4 はメ モ リ 回路におけ る スィ ツ チセルの配置図。 図 2 5 はゥ ヱ ルの断面図。
図 2 6 は D e e p— Nウ エ ノレの レイ ァゥ ト 図。
図 2 7 は D e e p— Nウ エノレとガー ド ノく ン ドの レイ ァゥ ト 図 o
図 2 8 は図 2 7 の断面図。
図 2 9 は c b p r、 c b n r、 および V B C Rの配置図。
発明を実施するための最良の形態 図 1 に本発明の基板バイ アス制御回路を用 いた半導体集 積回路装置 1 0 0の概念図を示す。 V B Cは基板バイ アス制 御回路である。 L O Gは基板バイ アス制御される主回路で、 論理回路やメ モ リ 回路で構成されている。 V B C Cは基板バ ィ ァス制御回路の制御を行う スタ ンパ'ィ 制御回路を示 して いる。 I /Oは半導体集積回路装置 1 0 0の外部とのイ ン タ ー フ ヱ ー スを行う I ZO回路である。 こ こでは回路ブロ ッ ク 間の配線で基板制御に特に必要のな いものは省略 している。 ま た、 1 0 9 a 1 0 9 bは基板駆動回路を示 している。
電源は 3種類あ り 、 それぞれ V D D Q V D D VWE L L で示 している。 V S S V S S Qはそれぞれ、 V D D V D D Qに対する接地電位を示 している。 V D D Q V S S Qは 1 / O回路用の電源で、 VD D V S Sは主回路用の電源、 VW E L Lは基板バイ アス制御回路 V B C用の電源であ る。
図 1に示 したよ う に基板バイ アス制御回路 V B Cには V D D V S Sも供給されている。 ま た、 基板バイ アス制御回路 V B Cは内部に負電圧発生回路を内蔵 してお り 、 V D D や V D D Qとは逆極性の負電圧 V S U Bを発生 している。 こ こ では以下、 V D D Q = VWE L L = 3. 3 V V D D = 1. 8 V V S U B = - 1. 5 Vと し、 電源電圧 と して 2種類を仮 定する。
1 0 1 1 0 2 1 0 3 1 0 4は半導体集積回路装置 1 0 0の 0 ッ ドを示 してお り 、 1 0 2は 3. 3 Vの V W E L L電源、 1 0 3は 1. 8 Vの V D D電源、 1 0 4は 0 Vの V S S (接地） が給電される。 1 0 1は V S U Bパ ッ ドであ るが、 基板バイ ァス制御回路 V B Cの内部で発生 した負電圧を出力する た めのパ ッ ド と して使用 されている。 半導体集積回路装置 1 0 0の ウ ェ ハテス 卜 時に ッ ド 1 0 1 の電圧をモニタする こ とで基板バイ アス制御回路 V B C内の負電圧発生回路の 不良を検出でき る。 通常、 1 0 2か ら 1 0 4までのパ ッ ドは 半導体集積回路装置 1 0 0の外部 ピ ン にボ ンデ ィ ン グ接続 されるが、 1 0 1 は外部 ピ ンにはボンディ ン グ接続されない こ と とする。 こ の よ う にする と、 こ のテス ト 方法に よ り 外 部 ピ ン数が節約でき る 。
v b b e n bは基板バイ アス制御開始信号、 v b b e n b r は基板バイ ア ス制御中信号である。 一方、 r e s e tは リ セ ッ 卜信号で半導体集積回路装置 1 0 0の リ セ ッ ト 信号に接 続される。 v b pは P MO S基板バイ ア ス線、 v b nは NMO S基板バイ ア ス線、 c b pは PMO S基板制御線、 c b nは N MO S基板制御線、 c b p rは P MO S基板制御 リ タ ー ン線、 c b n rは N M〇 S基板制御 リ タ ー ン線であ る 。 基板制御 リ タ ー ン線 c b p rおよび c b n rは、 c b pお よび c b n信号 の主回路内を通過 した後の戻 り 信号であ り 、 ネ ッ ト は同一 ネ ッ 卜 にな る。 すなわち、 c b pおよび c b nの ドラ イ ブ電 圧はあ る遅延の後、 c b p rおよび c b n rにそれぞれ表れ る こ と にな る。 （後述の図 2参照） 。 基板駆動回路 1 0 9 a、 1 0 9 bのそれぞれには、 c b p、 v b p、 c b n、 v b n力、' 接続されている。
図 2に上記 v b pカヽ ら c b n rまでの 6 本の基板バイ アス 制御線の主回路 L O G内の接続方法を示す。 V B C Rは リ 夕 ― ンセルで、内部で P MO S基板制御線 c b p と P MO S基板 制御 リ ター ン線 c b p rを接続し、 NM O S基板制御線 c b n と NMO S基板制御 リ タ ー ン線 c b n rを接続 している。
n c e 1 1 は標準セルを示 している。 こ こ では全ての n c e l l は簡単のため P MO S MP 2、 NMO S MN 2で構成 された CMO Sイ ンパ'一 夕 で示 している。 も ちろん、 それぞ れ独立に N A N Dゲー 卜 ゃラ ツ チな どのよ り 複雑なセルで も よい。 図 2の よ う に n c e l 1 を構成 している MO S ト ラ ン ジ ス 夕 の基板電位は P MO Sについては v b pに、 NMO S については V b nに接続 している。
s w c e l 1 はスィ ッ チセノレで、 PMO S MP 1 と、 NM O S MN lで構成された基板駆動回路 （図 1の 1 0 9 a、 1 0 9 bに相当する ） と、 デカ ッ プ リ ン グコ ンデ ンサ C P 1、 C P 2で構成されている。 MP 1のゲー ト は c b pに、 ド レ イ ンは V B Pに、 ソースは V D Dに接続されている。 した力 つ て、 c b p力く VD D— V t h p (V t h pは MP 1の しき い 値電圧の絶対値） よ り も低い電圧の時、 MP 1はオ ン し、 V b pは V D D電位 （ 1. 8 V) に駆動される こ と にな る。
一方、 M N 1のゲー ト は c b nに、 ド レイ ンは V B Nに、 ソ ー スは V S S ( O V) に接続されている。 した力、'つ て、 c b n力、' V t h n ( V t h nは MN lの しき い値電圧の絶対 値） よ り も高い電圧の時、 MN 1はオ ン し、 v b nは V S S 電位 （ 0 V) に駆動される こ と にな る。
一般に、 一個以上の多 く の数の n c e 1 I が配置される。 ま た、 s w c e 1 1 について も一個以上の多 く の s w c e 1 1 が配置される。 n c e l 1 の数を増やすこ とでよ り 複雑な回 路を主回路 L O G上に集積でき る。 ま た、 s w c e l 1 の数 を増やすこ とで、 MP 1および MN 1をオ ン した時に よ り 低 イ ン ピーダ ンスに v b p , v b nをそれぞれ V D D, V S Sに 駆動でき る。
ま た、 スィ ッ チセノレ s w c e 1 1 内にデカ ッ プ リ ン グコ ン デ ンサを内蔵 したの とは独立に、 スペー スセルに もデカ ッ プ リ ン グコ ンデ ンサを内蔵させる こ とができ る。 スペー ス セル と は例えば標準セル n s e 1 1 を並べて配置 した際に、 配線領域確保のために生 じたスペー ス に挿入される セルで あ る 。 スペー スセルに もデカ ツ プ リ ン グコ ンデ ンサを内蔵 させる こ とで、 チ ッ プ全体のデカ ツ プ リ ン グコ ンデンサの 容量が増加 し、 電源ノ イ ズをさ ら に低減する こ とができ る。 本来、 スペースセルは配線層だけの空き スペースである た め、 こ こ に コ ンデンサを入れる こ とで面積の増加の畏れは ない。
s w c e l 1 内の MP 1 と MN 1は n c e l 1 内の MO S 卜 ラ ン ジ ス夕 よ り も高 しき い値にする必要がある。 これは、 n c e l 1 内の MO S ト ラ ン ジ スタ の基板電位（それぞれ v b pある いは v b nに接続されている ） はその ソー ス電位 と は 独立 しているが、 s w c e l 1 内の M P 1 と MN 1の基板電位 は常に ド レイ ン電位 と同 じであ り 、 基板バイ アス効果が見 込めず、 サブス レ ツ シ ョ ル ド リ 一 ク 電流が流れるか らであ る。
た とえば NMO S ト ラ ン ジス タ MN 1、 MN 2について、 v b p = 3. 3 V、 v b n = - 1. 5 V、 V D D = 1. 8 V、 V S S = 0 Vと仮定する と、 n c e l 】 内の MN 2の ソ ー ス電位 S、 ド レイ ン電位 D、 基板電位 Bは、 それぞれ S = 0. 0 V , D = 1. 8 V, B = - 1. 5 Vとな り 、 基板バイ アス効果に よ り M N 2の しき い値電圧が上昇 し、サブス レ ツ シ ョ ル ド リ ー ク電流が小さ く な る。 と こ ろが、 s w c e 1 1 内の M N 1の ソ ー ス電位 S、 ド レイ ン電位 D、 基板電位 Bは、 それぞれ S = 0. 0 V, D =— l . 5 V V, B = - 1. 5 Vとな り 、 基 板バイ アス効果に よ る しき い値電圧の変化が表れない。 し たがっ て、 M N 1には大き なサブス レ ッ シ ョ ノレ ド リ ー ク 電流 力く V S Sと V b nの間で流れる こ と にな る。
s w c e l 1 内の MP 1 と MN 1の しき い値電圧を n c e l 1 内の MO S ト ラ ン ジ ス夕 よ り も高 く する方法には、 ィ ンプ ラ量を変えた り 、 ゲ一 ト 長 （ L ) サイ ズを変えた り 、 ゲー ト 酸化膜厚を変えた り する こ とで実現でき る。 こ の方法は特 に限定 しないが、 こ こ では Lサイ ズとゲー ト 酸化膜厚を変 える こ とで実現する こ と にする。 こ の方法に よ り 、 マイ コ ンの外部 との入出力部分の回路 （以下、 I Z〇回路 と記す） に使用 される高耐圧 MO S ト ラ ン ジス夕が転用でき る。
図 3に I Z O回路の実施例を示す。 こ こ では 1 ビ ッ ト分の みを示 している。 入出力回路はチ ッ プ内部 と外部の信号を 入出力端子 P A Dを介 して行う 。 S E Lが' L' の と き P AD は入力端子とな り 、 S E Lが' H' の と き は出力端子とな る。 L C 1は レベル変換回路であ り 、 V D Dの振幅の信号を振幅 の大きな VD D Qの振幅の信号に変換する。 従っ て、 レベル 変換セル L C 1 と入出力端子 P AD間の ト ラ ン ジス 夕 は VD D Qで駆動される厚酸化膜 ト ラ ン ジスタで構成する。こ こで は、 P U L Lがプルア ッ プする必要があ る と き に ' L ' に し て PMO Sのプルア ッ プ ト ラ ン ジスタでプルア ッ プする。 こ の PMO Sも厚酸化膜 ト ラ ン ジス夕で構成する。
入力側については、 外部か ら入力される V D D Qの振幅を 有する信号を、 1 1 0 Pおよび 1 1 0 Nで構成される イ ンバ — 夕で V D Dの振幅に変換する。 したがっ て、 こ の二つ の ト ラ ン ジスタ は レベル変換前の信号を取 り 扱う ので厚酸 化膜 ト ラ ン ジスタ で構成する。 抵抗 1 1 1 R、 ダイ オー ド 1 1 1 D 1、 1 1 1 D 2、 ト ラ ン ジスタ 1 1 1は入力保護回路 である。 なお、 ダイ ォ一 ド 1 1 1 D 1および 1 1 1 D 2は M 0 S ト ラ ン ジ ス タ で構成 して も よ
い。 こ の入力保護回路中の ト ラ ン ジ ス タ は厚酸化膜 ト ラ ン ジ ス夕 で構成する 。
以上で示 した厚酸化膜 ト ラ ン ジス タ はそれほ ど高速なス ィ ツ チ ン グ速度を要求 しないこ と と、扱う 電圧が V D Dに比 較 して高いこ とか ら、 しき い値電圧を高 く 設定でき る。 n c e l l で使用 さ れる ト ラ ン ジスタ よ り も高 く でき る。 こ れ によ り これ らの厚酸化膜 ト ラ ン ジス夕 のオ フ時のサブス レ ッ シ ョ ル ド リ ー ク 電流を小さ く 抑え る こ とができ る。 こ の 厚酸化膜 ト ラ ン ジ ス タ を図 2 の ス ィ ッ チセノレ s w s e 1 1 を 構
成する M P 1 および MN 1 に使用する こ とができ る。 こ のよ う にすれば、 新たに M P 1、 M N 1用 にプロ セスを複雑化す る必要がな く なる。
図 4で基板バイ ア ス制御回路 V B Cの内部構成を示す。 4 つの回路ブロ ッ ク カヽ らな り 、 V B C 8 0は電源 と して V D D と V S Sが、 V B C 3 0については VWE L L と V S S力 、 V B C 8 5については V D Dと V S U Bが、 V S U B G E Nには V WE L L , V D D . V S Sがそれぞれ供給さ れている。
した力、つ て、 V B C 3 0、 V B C 8 5、 V S U B G E Nの内 部回路にかかる電源電圧は高々 3. 3 Vである 。 こ の よ う に V D D Q ^ VW E L Lとする こ とで、 I / O回路に供給されて いる電源も V D D Qと V S S Qで 3. 3 Vな こ と力ヽ ら、 I /O 回路に使用 しているデバイ ス と基板バイ ァス制御回路に使 用するデバイ スを共通化でき る。
一方、 V B C 8 0の電源は 1 . 8 Vである。 したがっ て、 V B C 8 0力、 ら V B C 3 0、 V B C 8 5への信号線はデュ アル レ ール信号 （正論理信号と負論理信号を使用するペアで使用 するバラ ン ス信号） を用い、 V B C 3 0、 V B C 8 5内部で レ ベル変換 （ 1. 8 V振幅信号を 3. 3 V振幅信号に変換） して いる。
V B C 8 0は基板バイ アス制御回路 V B Cの外部か らの入 力信号 c b p r、 c b n r、 v b b e n b、 r e s e t と V B C 3 0、 V B C 8 5 との間のイ ンタ ー フ ェ ー ス回路ブロ ッ ク 、 V B C 3 0は P MO Sの基板バイ アスを制御する 回路ブロ ッ ク 、 V B C 8 5は NMO Sの基板バイ アスを制御する回路ブ 口 ッ ク 、 V S U B G E Nは負電圧発生回路プロ ッ ク であ る。
図 5に動作波形例を示す。 電源 I ZO回路用の電源 V D D Q、 基板バイ アス制御回路 V B C用の電源 V W E L Lが投入 された後に主回路用の電源 V D Dが投入される 。 これに よ つ て、 負電圧発生回路ブロ ッ ク V S U B G E Nが起動 し、 負電 圧 V S U Bが生成される。 一方、 電源 V D Dが投入される と 一定時間の間 d— r e s e t信号がアサ一 卜 される。 こ の信 号がアサー ト される と、 基板バイ アス制御回路は主回路の 基板バイ アスを引かない （以下、 基板あ る いは基板バイ ァ スを引 く とは、 PMO Sについてはその基板バイ アスを VD D電位に、 NMO Sについてはその基板バイ アスを V S S電 位にする こ と とする。 ま た、 基板ある いは基板バイ アスを 引 く とは、 PMO Sについてはその基板ノく ィ ァスを V D D電 位よ り 高い電位に、 NMO Sについてはその基板バイ アスを V S S電位よ り 低い電位にする こ と とする ）状態すなわちァ ク テ ィ ブ状態に最優先で遷移する。
こ の状態では、 P MO S基板バイ ア ス線 v b p = l . 8 V、 NMO S基板バイ ア ス線 v b n = 0 V、 P MO S基板制御線 c b p = 0 V、 NMO S基板制御線 c b n = l . 8 Vにな る 。 基 板制御 リ タ ー ン線 c b p r、 c b n rは c b p、 c b n信号の 戻 り 4言号なので c b p r = c b p = O V、 c b n r = c b n = l . 8 Vと な る。
電源 V D Dが投入されて一定時間後、 d— r e s e t信号が ネゲー 卜 される と 、 v b b e n b信号によ っ て基板バイ ア ス が制御 さ れる。 V b b e n b力 3. 3 Vの時は基板が引かれる スタ ンパ'ィ 状態に遷移 し、 0 Vの時は基板が引かれないァ ク テ ィ ブ状態に遷移する。
すなわち、 v b b e n bが 0 Vか ら 3. 3 Vに遷移する と 、 v b p = c b p = 3. 3 V、 v b n = c b n = - l . 5 Vに遷移 する 。 その後、 c b p r = c b p = 3. 3 V、 c b n r = c b n =— 1. 5 Vに遷移する。 v b b e n b rは c b p r = 3. 3 V、 c b n r = 0 Vで 3. 3 Vにな る。 した力 つ て、 v b b e n b 力 0 Vカヽ ら 3. 3 Vに遷移する と ある時間が経過 した後に（ c b pあ る いは c b nの戻 り 信号 c b p r、 c b n rが戻っ てき て力、 ら ） 3. 3 Vにな る。
v b b e n b力く 3. 3 Vか ら 0 Vに遷移する と、 v b p = l . 8 V、 c b p = 0 V、 v b n = 0 V、 c b n = 1. 8 Vに遷移す る。 その後あ る時間が経過 した後に、 c b p r = c b p = 0 V , c b n r = c b n = l . 8 V、 v b b e n b r = 0 Vに遷移する。 こ のよ う に、 v b b e n b rは v b b e n bの戻 り 信号と して 働 く 。 さ らに、 図 2で説明 したよ う に基板電位は c b p、 c b n電位によ っ て決定される ため、 c b p、 c b n電位カヽ ら 得 られる v b b e n b rをモニタする こ とで基板の電位状態 を検出 したこ と と等価なこ とができ る。
図 6は動作波形の他の例であ る。図 5 と異な る部分のみ示 している。 図 6のよ う に c b p、 c b nを制御 した場合は 制御回路が若干複雑にな るが、ァ ク テ ィ ブ時に図 2の M P 1、 MN 2の ソ ー ス端子とゲー ト端子にかかる電圧を大き く 取 る こ とができ 、 よ り 低イ ン ピーダ ン スに v b p、 v b nを駆 動でき る。 こ の場合、 ゲー ト 制御信号に相当する c b p、 c b nの振幅は、 基板駆動 ト ラ ン ジスタ MP 1、 MN 1のゲー 卜耐圧よ り も大き く な る。 しか し、 図 6か ら分かる よ う に、 c b p、 c b nをゆ っ く り と変化させる こ と によ り 、 MP 1、 MN 1のゲー ト端子 · ド レイ ン端子およびゲー 卜端子 · ソ一 ス端子間の電圧は高々 3. 3 Vとな り 、 ゲー ト耐圧以下にお さ める こ とができ る。
以下にそれぞれの回路プロ ッ ク の詳細回路図例を示す。 以下の各回路プロ ッ ク の例は簡単のため図 4の波形を実現 する回路例を示すこ と とする。
図 7は V B C 8 0の回路図である。 1 2 0は 2入力 N A ND、 1 2 1はシ ユ ミ ッ ト特性を持つ 2入力 A N D、 1 2 2はイ ン —タ 、 1 2 3は N O R、 1 2 4はシ ュ ミ ッ ト特性を持つ フ ァ 、 1 2 5は差動出力を もつパ' ッ フ ァ を表 している。 1 2 6はパワ ーオ ン リ セ ッ ト 回路で、 その出力 1 2 7は電源 V D Dが投入されてか ら徐々 に 0 Vか ら 1. 8 Vに充電される。 よ っ て、 1 2 1の出力は一定時間 0 Vを出力 し、 一定時間後 1. 8 Vを出力する こ と にな る。 こ の出力に よ っ て図 5で示 したよ う に電源 V D D投入時に d_ r e s e t信号が一定時 間アサ一 卜 される。 図 7ではハ0ヮ ーオ ン リ セ ッ ト 回路 1 2 6 は抵抗とキ ャパシ タ によ る簡単な も のを使用 しているが、 他の回路方式で も よい。 要は電源 V D Dが安定化する まで を検出でき る も の であればよ い。
d— v b b e n b、 d— c b p r、 d— c b n rはそれぞれ v b b e n b、 c b p r、 c b n rをデュ アノレ レーノレ化 した信号 であるが、 パワ ーオ ン リ セ ッ ト期間は基板制御状態がァ ク テ ィ ブ状態にな る よ う に している。 d— v b b e n b rは図 5 の v b b e n b rを作る ためのデュ アゾレ レ一ル信号であ り 、 c b p r、 c b n rカヽ ら作っ ている。
図 8は V B C 3 0の回路図である。 1 3 0は レベル変換回 路で、 d— v b b e n b と d— r e s e tの V D Dカヽ ら V S Sま での 1. 8 V振幅のデュ アルレール信号か ら、 VWE L L力、 ら V S Sまでの 3. 3 V振幅の信号 1 3 3を作っ ている。 1 3 3力 ' L ' にな る のはア ク テ ィ ブ状態あ る いはハ°ヮ一オ ン リ セ ッ ト期間の時であ る。
1 3 1 も レベル変換回路で、 d— c b p r と d— r e s e t の V D Dカヽ ら V S Sま での 1.8 V振幅のデュ アル レール信号 力ヽ ら、 VWE L Lカヽ ら V S Sまでの 3. 3 V振幅の信号 1 3 4 を作っ ている。 1 3 4力 0 Vにな るのは c b p r力 0 Vある い はノぐ ヮ一オ ン リ セ ッ ト期間の時である。 1 3 3力 0 Vになる こ とで、 V b pはノヽィ イ ン ピーダンス状態にな り 、 c b pは 0 Vにな り 、 c b p e n b rは 0 Vにな る。 c b pが 0 Vにな る と主回路内の全 s w c e 1 1 内の MP 1がオ ン し、 v b pは 1. 8 Vに駆動される。
1 3 2も レベル変換回路で、 図 7で説明 した V B C 8 0か らの d— v b b e n b r信号を 3. 3 V振幅の v b b e n b r信 号と して出力 している。
図 9は c b pの遷移の様子を示 した ものであ るが、 c b p の出カイ ン ピ一ダ ン スは 2段階に変化する。 c b pは 1 3 3 信号によ っ て制御される イ ンバータ 1 3 5で駆動される力く 、 1 3 3力、 ' 0 Vでかつ 1 3 4力 0 Vの時は N M 0 S 1 3 6力く オ ン して NMO Sに よ っ て も駆動される。 こ こ ではィ ン ノく一 夕 1 3 5内の NMO Sのゲー ト 幅よ り も NMO S 1 3 6のゲ — ト 幅を十分に大き く してお く 。 ア ク テ ィ ブ状態に遷移 し、 1 3 3力 0 Vにな る とイ ンバ一 タ 1 3 5によ っ て c b pは 0 Vに駆動さ れる。 しか し、 c b pは主回路全体に配線されて お り 、 その負荷容量は大き な ものにな っ ている。 こ のこ と か ら c b pはゆ つ く り と 0 Vに駆動される こ と になる。 その 遷移を c b pの戻 り 信号 c b p rの遷移によ っ て検出 し、 d — c b p r信号が変化する。 こ れによ り 1 3 4が 0 Vにな り 、 NMO S 1 3 6がオ ンする。 これに よ つ て c b pは低イ ン ピ —ダ ン スに 0 Vに駆動される。こ のよ う に してァ ク テ ィ ブ状 態では c b pは低ィ ン ピ一ダ ンスに駆動され、主回路の動作 によ る ノ イ ズの影響を低減でき る。 ま た、 c b pが 0 Vに駆 動される と 、 主回路内の全 s w c e l 1 内の MP 1がオ ンす る力く、 c b pの 0 Vへの駆動を図 8 ( B ) のよ う にゆつ く り と駆動する こ とで全 s w c e l 1 内の MP 1の同時スィ ッ チ ン グノ ィ ズが低減でき る。
図 1 0は V B C 8 5の回路図である。 1 4 0は レベル変換回 路で、 d— v b b e n bと d— r e s e tの V D Dカヽ ら V S Sま での Γ . 8 V振幅のデュ アル レール信号か ら、 V D Dか ら V S U Bま での 3. 3 V振幅の信号 1 4 2を作っ ている。 1 4 2 力く 1. 8 Vにな るのはァク テ ィ ブ状態ある いはハ°ヮ一オ ン リ セ ッ ト期間の時である。
1 4 1 も レベル変換回路で、 d— c b n r と d— r e s e t の V D Dか ら V S Sま での 1.8 V振幅のデュ アル レール信号 力ヽ ら、 V D Dカヽ ら V S U Bま での 3. 3 V振幅の信号 1 4 3を 作っ ている。 1 4 3力く 1. 8 Vにな る のは c b n r力 1. 8 V あ る いはパワ ーオ ン リ セ ッ ト期問の時であ る。 1 4 2力く 1. 8 Vにな る こ とで、 v b nはハイ イ ン ピ一ダ ンス状態にな り 、 c b nは 1. 8 Vにな る。 c b n力 1. 8 Vにな る と主回路内 の全 s w c e l l 内の MN 1力 オ ン し、 v b nは 0 Vに駆動さ れる。
図 1 1は c b nの遷移の様子を示 した ものであ るが、 c b nの出カイ ン ピ一ダ ン スは c b p と 同様に 2段階に変化す る。 c b nは 1 4 3信号に よ っ て制御される イ ン 一夕 1 4 4で駆動されるが、 1 4 2力、' 1. 8 Vでかつ 1 4 3力く 1. 8 V の時は P MO S 1 4 5がオ ン して P MO S 1 4 5によ っ て も駆動される。 こ こ ではイ ン 一 夕 1 4 4内の P MO Sのゲ 一 ト 幅よ り も PMO S 1 4 5のゲ一 ト 幅を十分に大き く し てお く 。 ア ク テ ィ ブ状態に遷移 し、 1 4 2が 1. 8 Vにな る とイ ンバータ 1 4 4によ っ て c b nは 0 Vに駆動される。 し か し、 c b nは主回路全体に配線されてお り 、 その負荷容量 は大き な ものにな っ ている。 こ のこ とカヽ ら c b nはゆつ く り と 0 Vに駆動される こ と にな る 。 その遷移を c b nの戻り 信 号 c b n rの遷移に よ っ て検出 し、 d— c b n r信号が変化す る。 こ れによ り 1 4 3力、' 1. 8 Vにな り 、 PMO S 1 4 5 がオ ンする。 これによ つ て c b nは低ィ ン ピ一ダ ンスに 1. 8 Vに駆動される。 こ のよ う に してア ク テ ィ ブ状態では c b nは c b pと同様に低イ ン ピーダ ンスに駆動され、 主回路の 動作による ノ イ ズの影響を低減でき る。 ま た、 c b nが 1. 8 Vに駆動される と、主回路内の全 s w c e 1 1 内の MN 1が オ ンするが、 c b nの 1. 8 Vへの駆動を図 1 1の よ う にゆ つ く り と駆動する こ とで全 s w c e 1 1 内の MN 1の同時ス イ ツ チ ン グノ イ ズが低減でき る。
以上の説明で明 らかな よ う に、 本発明の基板バイ アス制 御方式では、 基板の駆動イ ン ピーダ ンスは、 基板を引かな いア ク テ ィ ブ状態 （全 s w c e l 1 によ る基板駆動） の方が、 基板を引 く スタ ンバイ 状態 （ V B Cによ る基板駆動） よ り も 小さ く な つ ている。 したが っ て、 前述のよ う に電源投入時 に基板は引かれないア ク テ ィ ブ状態に遷移する こ とで、 基 板電位が不安定なこ とか ら生 じる電源投入時の電源間貫通 電流増加問題やラ ッ チア ッ プ問題が回避でき る。 ま た、 ァ ク テ ィ ブ時には主回路が動作 して基板ノ ズが多 く 発生す るが、 基板の駆動イ ン ピーダ ンスを低 く する こ とで基板ノ ィ ズを低減する こ とができ 、 主回路の誤作動やラ ッ チア ツ プ等を防 ぐ こ とができ る。
図 1 2に負電圧発生回路 V S U B G E Nの内部構成を示す。 3つの回路プロ ッ ク カヽ らな り 、 V S U B S E Nは基板 ィ ァ スセ ン ス回路、 PMP 1はチ ャ ー ジポ ンプ回路 1、 PMP 2 はチ ャ ー ジポ ンプ回路 2である。基板バイ ア スセ ン ス回路 V S U B S E Nは V S U B電位をモニタ し、 なおかつ v b p e n b信号によ っ てァ ク テ ィ ブ状態と ス夕 ンバイ状態をモニタ して、 V S U B = VD D + V S S— VWE L Lを満たすよ う に 制御信号 p m p l e n b、 p m p 2 e n bを用 いて P MP 1お よび P M P 2を制御する。
PMP 1は p m p 1 e n b信号がアサ一 卜 されれば動作 し、 PMP 2は p m p 2 e n b力くアサ一 卜 されれば動作する。 PM P 1 と P M P 2の違いがポ ン ピ ン グ能力の違いで、 P M P 1 の方が P M P 2 と比較 してボ ン ビ ン グ能力を大き く してい る。 P M P 1 と P MP 2の どち らを使用する力、は v b p e n b 信号によ り 決定され、 ア ク テ ィ ブ状態では P M P 2が使用 さ れ、 ス タ ン 状態では P M P 1が使用 される。 ア ク テ ィ ブ状態では V S U B電位は基板バイ アス制御回 路 V B C内でのみ使用 されるので、 それほ ど V S U Bには電 流が流れない。 こ のため、 ボ ン ビ ン グ能力の小さ い P M P 2 が使用 される。 ス 夕 ンバイ 状態では V S U B電位は主回路全 体に供給される ので、 V S U Bには接合電流等の電流が流れ る。 こ のため、 ボ ン ビ ン グ能力の大き な P MP 1が使用 され る o
図 1 3に本発明のチ ャ ー ジポ ンプ回路 1 PM P 1の回路 図を示す。 O S Cは リ ングオ シ レー夕で、 p m p l e n bがァ サー 卜 された と き のみ発振 し、 V S U Bを負電圧に充電する。
図 1 4は伊藤清男著、 「超 L S I メ モ リ 」 、 培風館、 p 2 6 6に記述されているチ ャ ー ジポ ンプ回路に P MO S 1 6 2および 1 6 3を追加 した もので、 1 6 0、 1 6 1の P MO S を用 いて リ ン グオ シ レ一 夕 の 1サイ ク ル期間中に 2回チ ヤ ー ジポ ンプを行う チ ャ ー ジポ ンプ回路であ る。 本発明では さ らに、 図 1 3に示すよ う に NMO S 1 6 4、 1 6 5を追加 している。 これに よ つ て、 PMO S 1 6 0、 1 6 1の しき い 値の影響をな く し、 低電圧動作で も十分深い V S U Bが得 ら れる。 VWE L Lが 3. 3 Vの時、 図 1 4の構成では V S U B - - 3. 3 + v t h p ( v t h p = P O S 1 6 0、 1 6 1の しき い値の絶対値） まで しか得る こ とができず、 せいぜい V S U B = - 2. 3 V程度であるのに対 して、 本発明の方式で は、 V S U B = - 3. 3 V程度まで得る こ とができ る。
チ ャ ー ジポ ンプ回路 2 PMP 2の回路図は特にこ こ では 示さ ないが、 図 1 3でコ ンデンサ と して使用 している PMO S C P 3、 C P 4を小さ く してコ ンデ ンサの容量を小さ く すればよい。 も ちろんこ の C P 3ある いは C P 4に合わせて その他の MO Sの大き さ を最適化すればよ い。
図 1 5に基板バイ アスセ ン ス回路 V S U B S E Nの回路図 を示す。 V R E F G E Nは基準電圧発生回路で、 1 5 0、 1 5 1で示された NMO Sの直列接続によ り V R E F = (VD D— V S S ) / 2の出力を得ている。 V 1 G E Nは V S U B電位の セ ン ス回路で、 1 5 2か ら 1 5 5ま での NMO Sの直列接続 によ り 、 V l = (VWE L L— V S U B ) Z 2の出力を得てい る。 それぞれの N M 0 Sの ソ ー ス ' ド レイ ン間には約 1 V程 度の電位差のみがかかる よ う に し、 さ らにゲ一 卜長を長 く する。 これによ つ て、 VD Dか ら V S Sあ る いは VWE L Lか ら V S U Bへの貫通電流を小さ く 抑え る こ とができ る。ま た、 飽和領域で動作しているのでば らつき に対 して鈍感に V R E Fあ る いは V 1が得 られる 。 さ らに、 本発明では P M O S ではな く NMO Sを使用 している。 NMO Sは PMO Sよ り も 飽和特性が良いので、 ソー ス · ド レイ ン間に約 1 V程度の電 位差 しかかか らな く て も各 N M 0 S間のばらつき に対 して よ り 鈍感に V R E Fあ る いは V 1が得 られる。
AM P 1、 AMP 2、 AMP 3はそれぞれ差動ア ンプで、 一 つの差動ア ンプを構成している。 こ の AMP 1、 AMP 2、 AM P 3か らな る差動ア ンプには、 V R E Fと V Iが入力され、 V R E Fく V Iの時には p m p 1 e n bあ る いは p m p 2 e n bがアサー ト される。 これに よ り V S U Bは負電圧方向に充 電される。 V R E F > V 1の時には p m p 1 e n bあ る いは p m p 2 e n bはネゲ一 卜 される。 V S U Bには V S Sある いは V W E L L、 V D D方向に何 らかの リ ー ク 電流があるので、 p m p 1 e n b と p m p 2 e n bの両方力くネゲー 卜 されている と V S U Bは正電位方向に放電される。 こ の p m p 1 e n bあ る いは p m p 2 e n bのアサ一 ト · ネゲ一 卜 を繰 り 返すこ と で、 V 1 = V R E F、 すなわち、 V S U B = V D D— V S S— V W E L Lが保たれる こ とにな る。 なお、 前述のよ う に、 V b p e n b力く 3. 3 Vの時 （スタ ン 状態時） には p m p 1 e n bがアサー ト され、 v b p e n b力く O Vの時 （ア ク テ ィ ブ状 態時） には p m p 2 e n bがアサ一 卜 される。
ま た、 A M P 1 と A M P 2の間にはフ ィ ー ッ ク経路力 あ り 、 AMP 1、 AMP 2、 AMP 3カヽ らな る差動ア ンプは ヒ ステ リ シ ス特性を持っ ている。 こ こ でいう ヒステ リ シス特 性とは差動ア ンプの差動点がア ン プの出力によ っ て変化す る こ と をいい、 いわゆる シ ユ ミ ッ ト特性を持つこ とであ る。 これに よ り 、 V 1 = V R E F付近で過度に p m p 1 e n bあ る いは p m p 2 e n bがアサ一 卜 · ネゲー ト を繰 り 返すこ とを 防いでお り 、 消費電力の増加を防いでいる。
さ ら にま た、 V b p e n bがアサー ト された と き とネゲ一 卜 された と きで、 AMP 1カヽ ら AM P 3までの差動ア ンプの 動作電流を変えている。 v b pがアサ一 卜 される スタ ン 時に は V S U Bには主回路の v b nが接続される ため大き な基板容量が接続される こ と にな る。 したがっ て、 V S U B はゆっ く り と変化する。 A M P 1カヽ ら A M P 3は高速に動作 する必要がないので、 動作電流を制限でき る。 これによ り AMP 1か ら A M P 3の消費電力を削減する こ とができ る 。 一方、 v b pがネゲー ト される ア ク テ ィ ブ時には、 V S U B には基板バイ アス制御回路 V B Cだけが接続される ため、比 較的小さ な容量が V S U Bに接続される こ と にな る。 した力 つ て、 V S U Bはすばや く 変化 し、 AMP 1力、 ら AMP 3は高 速に動作する必要がある。. ま た、 ア ク テ ィ ブ時にはそれほ ど消費電力が気にな ら ない。 こ のため、 A M P 1か ら A M P 3の動作電流を大き く し、 高速動作させている。
以下、 基板バイ アス給電方法のよ り 詳 しい実施例につい て説明する。
図 1 6に n c e l 1 お よび s w c e l 1 の レイ ア ウ ト例を 示す。 s w c e l 1 は縦方向 （Y方向） に連続 して配置する。 ま た、 s w c e l 1 と n c e l 1 のセル高さ は同 じ高さ に統一 し、 s w c e l 1 と s w c e l 1 の横方向 （X方向） の間隔 L はある値以内で可変にする。 も ちろん一定間隔に して も よ いがある程度可変に した方がよ り レイ ア ウ ト の 自 由度が増 す。 どち らに して も 間隔 Lは以下の項目 を考慮 して決めれ ばよい。
( 1 ) 電源線のィ ン ピーダ ンス
( 2 ) 電源配線のマイ グ レー シ ョ ン
( 3 ) n c e 1 1が動作する こ とで v b pや v b nに生 じる基 板ノ イ ズ
図 1 7に n c e l 1 の レイ アウ ト例を示す。 図 2の場合と 同様にイ ンノ 一 夕 を例に している。 v b p、 v b n、 V D D、 V S Sは 4 本の平行 した第一層メ タ ル配線 （以下 M l と記 す） によ って給電されている。 v b p、 v b nはそれぞれ表 面高濃度層によ っ て も給電されている。 Hはセル高さで、 縦方向の基本繰 り 返 し単位を示 している。 こ の高さ を基 準に縦方向に鏡面対称に配置される。 こ れに よ つ て V b pお よび V b nが上下の隣合う n c e 1 1 と共有する こ とができ 、 面積を削減でき る。
図 1 8に図 1 7の A— Bラ イ ンでの断面図を示す。 N— w e 1 1 は MP 2を形成する ための N型ゥ エ ル、 P— w e 1 1 は M N 2を形成する ための P型ゥ エ ルであ る。 D e e p — Nは N— w e 1 l 、 P — w e l 1 よ り も深い と こ ろ にあ る N型ゥ ヱ ノレ で あ り 、 いわゆる 3 重ゥ ヱル構造にな っ ている。
図 1 9に s w c e l 1 の レイ アウ ト例を示す。 セルの高さ は n c e l 1 と同様に Hで、 M l によ る v b p , v b n , V D D， V S Sの給電線は n c e 1 1 と 同 じ位置にある。図 1 6に示 し たよ う に、 s w c e l 1 は縦方向に連続 し、 横方向にはある 間隔以内の間隔で並んでいる。 こ のよ う な配置にする こ と でこ の s w c e 1 1 の場所に電源強化線を配置する こ とがで き る。 図 1 9で、 縦方向に平行 して配線されている第二層メ タ ル配線 （以下、 M 2 と記す） がこ の電源強化線 2 本である。 こ の 2 本の電源強化線の間に、 V b p、 V b n強化線 2 本 と、 c b p、 c b n 2 本が平行 して配置されている。 両端の電源 強化線 V D D、 V S Sによ っ て、 比較的イ ン ピーダ ン スの高 い 4 本の基板バイ アス制御線を外来ノ ィ ズか ら守る こ と力く でき る。
M P 1 は 6 個の ト ラ ン ジス タ に分離されて形成され、 その ゲー ト は c b pに、 ド レイ ンは V b pに、 ソ ー スは V D Dに それぞれ接続されている。 ま た、 MN 1 は 3 個の 卜 ラ ン ジス夕 に分離されて形成され、 そのゲ一 卜 は c b nに、 ド レ ィ ンは v b nに、 ソ ー スは V S Sにそれぞれ接続されている。 デカ ツ プ リ ン グコ ンデンサ C P 1、 C P 2はそれぞれ 2 個の ト ラ ン ジスタ に分離されて、 M P 1 および M N 1 の両端に形 成されてお り 、 MO Sゲー 卜容量を用いて容量が作られてい る o
デカ ッ プ リ ン グコ ンデ ンサ C P 1および C P 2の大き さ と M P 1 および M N 1 の大き さ の比は、 特に限定 しない。 極端 な例ではデカ ッ プ リ ングコ ンデ ンサ C P 1および C P 2の ど ち らか一方あ る いは両方を無 く して も よい。 デカ ツ プ リ ン グコ ンデ ンサを大き く すれば、 電源ノ イ ズを低減でき る。 一方、 MP 1および MN 1を大き く すればマイ コ ンが通常状 態の時、 基板バイ アスをよ り 低イ ン ピーダ ンスで電源 と接 続する こ とができ、 ノ イ ズに対 して強 く な り 、 ラ ッ チア ツ プも起こ り 難 く な る。
M lの V D D線 と M 2の V D D線との間の V I Aホールお よび、 M lの V S S線と M 2の V S S線 との間の V I Aホール は簡単化のため省略 しているが、 それぞれの配線の交点に V I Aホールを設ければよ い。
図 2 0に図 1 9の A— Bラ イ ンでの断面図を示す。 図 1 8 と 同様に、 P— w e 1 1 は MN lを形成する ための P型ゥ エル であ り 、 D e e p— Nは P— w e 1 1 よ り も深いと こ ろにあ る N型ゥ ヱ ノレであ り 、 いわゆる 3 重ゥ エ ル構造にな っ ている。 こ こ では図 1 9で省略 した M lの V S S線と M 2の V S S線 との間の V I Aホールも図示 している 。 図 2の説明の と こ ろ で記述 したよ う に M N 2には厚酸化膜 ト ラ ン ジス タ を用 い て、 しき い値を高 く している。
図 2 1 に電源配線 V D D、 V S Sお よび基板バイ アス制御 線 v b p , v b n， c b p , c b nの配線方法のよ り 具体的な 例を示す。 同図は図 1 6に上記配線を追加 した ものである。 横方向には M lで配線された V D D, V S S , v b p , v b n が平行に配線されている。 図 1 7で説明 したよ う に V b pは 上下二つのセルに よ っ て共有され、 その上下に V D Dが平行 して配線されている。 ま た、 v b nも上下二つのセルに よ つ て共有され、 その上下に V S Sが平行 して配線されている。 も ちろん、 VD D、 V S Sは v b p、 v b nよ り も太 く する方 がよ い。
図 1 9で説明 したよ う に、 縱方向には M 2で配線された V D D , V S S , V b p , v b n , c b p , c b n力く s w c e l l 上 を配線されてお り 、 M 1 と M 2の交点で、 それぞれ V D D、 V S S、 v b p、 v b nがメ ッ シ ュ状に接続されている。
図 2 2は電源 V D D、 V S Sの補強の様子を示 した もので ある。図 2 1の基本繰 り 返し単位に さ ら に第四メ タ ル配線層 (以下 M 4 と記す） 、 第五メ タ ル配線層 （以下、 M 5 と記 す） で形成された電源線 V D D， V S Sがメ ッ シ ュ状に配線 されている。
縦方向に配線されている M 2の V D D、 V S Sの上空に M 4で配線された VD D、 V S Sを配線 しているが、 こ の両者 を接続する ためには第三メ タ ル配線層 （以下、 M 3 と記す） が必要である。 こ の接続をすベての s w c e l 1 上で行う と M 3が縦方向に配線される こ と にな り 、 M 3の横方向のパス が無 く な っ て しま う と いう 問題があ る。
図 2 2では M 2 と M 4の電源線の接続を、 s w c e 】 1 2あ る いは s w c e l 1 3で示 した 3 つご との s w c e l 1 上で のみ行っ ている。 こ のよ う にする こ と によ っ て、 M 3の横方 向の配線パスを確保する こ とができ る。
M 5の電源線は s w c e l 1 3で示 した 6 つご との s w c e 1 1 上でのみ行っ てお り 、 s w c e 1 1 3上の M4の電源線 との交点で接続している。
上記のよ う に M 1、 M 2の細かい ピ ッ チの電源メ ッ シ ュ を、 M 4、 M 5の荒い ピ ッ チの電源メ ッ シ ュ で補強する こ とで、 電源線 V D D , V S Sのィ ン ピーダ ン スを下げる こ とができ る。
なお、 図 2 2では M 4の縱方向の電源線は全 s w c e l 1 上で配線 しているが、 横方向に 2 つご と あ る いは 3 つご と のよ う に荒 く 配線 して も よい。 電源線のイ ン ピーダ ンスは 高 く な るが、 M 4の縦方向のパスを確保する こ とができ る。
図 2 3に、図 2 2に示 した s w c e 1 1 の配置 と ウ エ ノレの関 係を示す。 P型ゥ ヱノレ P _w e l l と N型ゥ ヱ ルが交互に帯 状に対置されてお り 、 n c e l 1 二つで一つのゥ ヱ ルを共有 する よ う に配置されている。
図 2 4に メ モ リ 回路の s w c e 1 1 と電源線の レイ ァゥ ト 例を示す。 こ こ ではワー ド線および ビ ッ ト線は図示 してい ないが、 横方向に ワ ー ド線が、 縱方向に ビ ッ ト線が配置さ れている。 メ モ リ マ ツ 卜 の電源線はメ モ リ セル内は横方向 に走っ ているが、 それ らをメ モ リ マ ツ ト の両端の電源線 2 0 0、 2 0 1、 2 0 2で補強 している。 2 0 3は各ワ ー ド ドラ ィバおよびヮ ー ドデコーダへ電源を供給する電源線を、 2 0 4は各セ ン スァ ンプへ電源を供給する電源線を示 してい る。 s w c e 1 1 は以上の 2 0 0力、 ら 2 0 4 ま での電源線に図 2 4の様に配置 している。
通常、複数のヮ 一 ド ドラ イバおよびヮ ー ドデコ ーダの内、 同時に動作する ものは一個ある いは二個程度であ る。 した がっ て、 基板 ノ イ ズの量もそれほ ど多 く はな らな いため図 のよ う に 2 0 3の両端に二個の s w c e 1 1 を配置 しただけ にな つて 1ゝる。
ま た逆にセ ン スア ンプは同時に多数のセ ン スア ン プが動 作する。 しか し、 セ ン スア ンプ内部の電位は ' L ' か ら ' H' に遷移する ノ ー ドの数と ' H' か ら ' L ' に遷移する ノ ー ド の数がほぼ同 じ数だけある。 そのため、 同時に多 く のセ ン スア ンプが動作 して も基板ノ イ ズはそれほ ど大き く な らな い。 こ こでは図のよ う に電源線 2 0 4の両端以外に も s w c e 1 1 を配置 し、 基板 ノ イ ズを低減 している 。
その他、 s w c e 1 1 の配置方法は各種考え られるが、 同 ーゥ エ ル上のデバィ スが同時に動作する割合が多いほ ど、 そのゥ ヱル上には多 く の s w c e 1 1 を配置すればよい。 ま た、 一つのゥ Xル内にあ る拡散層において、 その拡散層の 電位変化を I N H— N L I ZN A (N H =電源に接続され ている拡散層を除 く 拡散層の面積、 N H =電位が ' H' か ら ' L " に変化する拡散層の面積、 N L =電位力 L ' か ら ' H' に変化する拡散層の面積） によ っ て評価 し、 それを基準に s w c e 1 1 の数、 s w c e 1 1 の間隔 L、 および s w c e 1 1 内の MO S ト ラ ン ジスタ の大き さ を決めればよ い。 要はな るべ く I N H— N L I / N Aの値が小さ く な る よ う にすれば よい。
例えば、 デー タパスのよ う な規則的なデー タ フ ロ ーがあ る回路の場合、 デ一 夕パスのデータ フ ロ ー方向が図 2 2で X 方向にな る よ う にすればよい。 同時に動作する セルが複数 のゥ エルに分散される ため上記 I N H— N L I Z N Aが小さ く な る。
図 2 5は本発明の半導体集積回路装置 1 0 0の断面図を 示 している。 図 1 8で示 したよ う に、 3 0 2、 3 0 4、 3 0 6、 3 0 8、 3 1 0で示 した Nは N— w e 】 1 と 同 じで P MO S 卜 ラ ン ジスタを形成する ための N型ゥ エル、 3 0 1、 3 0 3、 3 0 5、 3 0 7、 3 0 9、 3 1 1で示 した Pは P— w e 1 1 と同 じで、 NMO S ト ラ ン ジス夕 を形成する ための P型ゥ エルで ある。 3 1 2および 3 1 3で示 した D e e p— Nは N、 Pよ り も深い と こ ろ にある N型ウ エ ノレであ り 、 いわゆる 3 重ゥ ェ ノレ構造にな っ ている。
D e e p— N 3 1 2 と 3 1 3は 3 1 0の p基板および 3 0 7の Pゥ ヱ ルによ っ て電気的に分離されている。したが っ て、 3 0 2、 3 0 4、 3 0 6、 3 0 8、 3 1 0上に形成された MO S ト ラ ン ジス タ Aの基板電位 と 、 3 0 1、 3 0 3、 3 0 5、 3 0 7、 3 0 9、 3 1 1上に形成さ れた MO S ト ラ ン ジスタ Bの 基板電位 と は独立 した電位を与え る こ とができ る。 ま た、 MO S ト ラ ン ジス夕 Aで発生 した ノ ィ ズ等が MO S ト ラ ン ジ ス夕 Bに影響する こ とを低減する こ とができ る。
図 2 6は本発明の半導体集積回路装置の D e e p - Nの構 造を示 した ものである。 C P Gは ク ロ ッ ク 制御部で、 P L L (フ 二 一ズロ ッ ク ドループ）等のアナ ロ グ回路を含んでいる。 T L Bは ア ド レ ス変換部、 C A C H Eはキ ャ ッ シ ュ メ モ リ 、 C P Uは中央演算処理装置、 F P Uは浮動小数点演算器、 L 0 G 1はラ ンダム ロ ジ ッ ク 1、 L〇 G 2はラ ンダム ロ ジ ッ ク 2、 P A Dは I /O部を示 している。 こ のよ う に各回路ブロ ッ ク を異な る D e e p— N上に形成 している。
図 2 5で説明 したよ う に各回路ブロ ッ ク で発生 した ノ ィ ズが他のプロ ッ ク に影響する のを低減でき る。例えば P A D は外部 ピ ンを内部の信号振幅よ り も大き な振幅で駆動する こ とカヽ ら大き な ノ イ ズを発生する 。 こ の ノ イ ズを C P G等の アナ ロ グ回路に影響するのを防 ぐ こ とができ る。
ま た、 基板電位をそれぞれ独立 して与え る こ とができ る ため、 た とえば L〇 G 2には V b p , V b n , c b p , c b nに よ る基板制御を行わない回路を配置でき る。 すなわち、 ^ 源 と基板電位を接続 した （V D D = v b p、 V S S = V b n ) 回路を配置でき る。
図 2 7は D e e p — Nと D e e p — Nとの間に配置 したガー ドバ ン ドを示 した も のである。 図 2 7のよ う に D e e p — N と D e e p— Nとの間にガー ドバ ン ド g b a n d 1 を配置す る。
図 2 8に断面図を示す 0D e e p — Nの間にある Pウ エ ノレ 3 0 7を P +拡散層 3 1 4を通 して V S S電位に接地する。 D e e p — N間の ノ ィ ズの伝搬を さ らに小さ く する こ とができ る。 た とえば、 P— w e 1 1 3 0 5上の MO Sで発生 した基 板ノ イ ズは、 D e e p - N 3 1 2のィ ン ピーダ ン スがそれほ ど低 く な いために、容量結合で D e e p - N 3 1 2に ノ ィ ズ とな っ て伝搬する。こ の ノ イ ズは同様に容量結合によ り P 基板 3 0 0に伝搬 し ょ う とするが、 p基板はガー ドパ' ン ド で低イ ン ピーダンスに接地電位に固定されている。 した力 つ て、 p基板に現れる ノ イ ズは小さ く な る 。 こ の よ う に し て、 3 0 2、 3 0 4、 3 0 6、 3 0 8、 3 1 0上に形成された MO S ト ラ ン ジ ス タ 力、 ら の ノ イ ズの、 3 0 1、 3 0 3、 3 0 5、 3 0 7、 3 0 9、 3 1 1 上に形成された MO S ト ラ ン ジスタへ の伝搬が減少される。
図 2 9は c b p、 c b p rの半導体集積回路上での レイ ァ ゥ 卜 イ メ ー ジ と、 図 2の リ タ ー ン セル V B C Rの位置を示 し た ものである。 c b n、 c b n rについては同様にでき る の でこ こ では省略 した。 図 2 1で示 したよ う に V b pおよび V b nは s w c e 1 1 を並べる こ と によ っ てメ ッ シ ュ状に配線 される力く、 c b p、 c b nはメ ッ シ ュ状には配線されず、 ス ト ラ イ ブ状に配線される。 図 2 9では s w c e 1 1 を配置さ れる こ とで配線される ス ト ラ イ プ状の配線を シ ャ ン 卜する よ う に接続 している様子を示 している。 ま た、 リ タ ー ンセ ルは入力される c b p、 c b nを c b p r、 c b n r と して基 板バイ ア ス制御回路 V B Cに戻すためのセルで、戻すタ イ ミ ン グを各 s w c e l 1 内で、 c b pの伝搬時間の一番遅い s w c e 1 1 の c b p到達タ イ ミ ン グよ り も遅いタ イ ミ ングで c b p rが戻せる よ う に配置する。 た とえば基板バイ アス制御 回路 V B Cか ら一番遠い場所に配置すればよ い。
以上の実施例では基板バイ アスに印可する電位は、 ァ ク テ ィ ブ時には 1. 8 V、 0. 0 V、 スタ ンノくィ 時には 3. 3 V、 — 1. 5 Vであ るが特に限定 しない。 ア ク テ ィ ブ時に適当な 電位を基板バイ アスに印可 して、 MO S ト ラ ン ジ ス 夕 の しき い値ば らつき を調節でき る よ う に して も よ い。
ま た、 主回路を複数の回路ブロ ッ ク に分けて、 それぞれ の回路ブロ ッ ク に V B C 3 0、 V B C 8 5等の制御回路を個別 に設け、 独立 してア ク テ ィ ブ状態と ス タ ンバイ 状態を設け て も よ い。 それぞれの回路プロ ッ ク 毎に制御すれば動作 し ていない回路ブロ ッ ク をス タ ンバイ 状態にでき 、 よ り きめ 細か く 消費電力が制御でき て低電力化でき る。 ま た、 回路 ブロ ッ ク によ っ ては、 スタ ンバイ状態で も基板バイ アスを 引かな く て も よ い場合 もあ る。 それは例えばその回路プロ ッ ク が高 しき い値な M〇 S ト ラ ン ジス 夕 で構成さ れ、 サブス レ ツ シ ョ ル ド リ ー ク 電流が無視でき る場合であ る。
ま た、以上の実施例では M〇 S ト ラ ン ジス 夕 の し き い値は 回路の動作モー ドがァ ク テ ィ ブ時に低 しき い値に、 ス タ ン ノく ィ 時には高 しき い値に したが、 アイ · ィ 一 · ィ ー · ィ ー、 スペク ト ラ ム、 第 6 6 頁か ら第 7 1 頁、 1 9 9 6 年 （ 1 9 9 6 I E E E S P E C T R UM, p p 6 6— 7 1 ) に記載さ れている よ う な I D D Qテス ト 時に高 しき い値にな る よ う に基板バイ ア スを設定 して使用 して も よ い。
こ の と き 、 I D D Qテス ト 時に基板に印加する基板電位が、 スタ ンバイ 時に印加する基板電位よ り も大き いよ う にする こ とが望ま しい。 すなわち、 P MO S F E Tについてはス夕 ンバイ 時よ り 高い電位、 NMO S F E Tに対 してはよ り 低い 電位を印加する。 こ のよ う にすれば、 I D D Qテ ス 卜 時に流 れるサブス レ ツ シ ョ ル ド リ ー ク 電流を よ り 低減する こ と力 でき る ので、 故障発見の精度が向上する。
こ のよ う な動作を可能とする ためには、 I D D Qテス ト 時 に V W E L L電位を例えば、 3. 3 Vカヽ ら 4. 0 Vに上げ、 V S U B電位を 一 1. 5 Vか ら 一 2. 2 Vに下げる。 回路的には、 VWE L L電位を V D D Q電位と異な る電位に して も貫通電 流が流れないよ う にする必要がある。 こ のためには、 例え ば、 基板バイ ア ス制御回路 V B Cへの信号は全て、 V B C 8 0で レベルダウ ン してカヽ ら VWE L L電位あ る いは V S U B 電位に変換 して使用する。 こ のよ う に電圧的なバ ッ フ ァ を 設け る こ とで実現でき る。
以上の実施例では、 基板構造は 3 重ゥ エ ル構造の ものを 仮定 したが、 その構造は特に限定 しない。 いわゆる ツ イ ン タ ブ構造の 2 重ゥ ヱ ル構造の もので も よい し、 S 〇 I ( S i 1 i c o n o n i n s u l a t o r ) 構造で も よ い。
ま た、 図 1 7、 図 1 9、 図 2 1に示 したよ う に、 本発明で はセル内の基板ノくィ ァス給電は M 1 に よ っ てお こ な つ たが、 こ の構造は特に限定 しない。 例えば 1 9 9 7 シ ン ポ ジュ 厶 . オ ン . ブイ エルエスアイ ' サ一キ ッ ッ ' ダイ ジ ヱ ス ト . ォブ ' テ ク ニカル · ペーパーズ、 第 9 5 頁か ら第 9 6 頁、 1 9 9 7 年 （ 1 9 9 7 S y m p o s i u m o n V L S I c i r c u i t s D i g e s t o f ' e c h n i c a l P a p e r s , p p . 9 5— 9 6 ) に示されている よ う に、 拡散層あ る いはシ リ サイ ド化 した拡散層に よ っ て給電 して も よ い。
本出願の図面中の符号の説明を以下にま とめて記す。
V B Cは基板バイ アス制御回路、 L O Gは主回路、 V B C C はス タ ン 制御回路、 I ZOは I ZO回路、 v b b e n bは 基板バイ アス制御開始信号、 V b b e n b rは基板バイ アス 制御中信号、 V b pは P M 0 S基板バイ アス線、 V b nは N M ◦ S基板バイ アス線、 c b pは PMO S基板制御線、 c b nは NMO S基板制御線、 c b p rは PMO S基板制御 リ タ ー ン線、 c b n rは NMO S基板制御 リ タ ー ン線、 AMP 1 A M P 2 は差動増幅器、 AMP 3はシ ュ ミ ッ ト 入力差動増幅器、 V B C Rは リ タ ー ン セル、 s w c e l 1 は ス ィ ッ チセノレ、 n c e l 1 は標準セノレ、 P— s u bは P基板、 P L Lはフ ェ ー ズ . 口 ッ ク ド . ノレープ、 C P Gはク ロ ッ ク 制御部、 T L Bはア ド レ ス 変換部、 C A C H Eはキ ャ ッ シ ュ メ モ リ 、 C P Uは中央処理 装置、 F P Uは浮動小数点演算器、 P A Dは I ノ 0部。
産業の利用可能性
以上説明 したよ う に、 本発明に よれば、 以下の課題を満 たす高速性 と低電力性の 2 点を両立 したマイ ク ロ プロ セ ッ サ等の半導体集積回路装置が実現でき る。
( 1 ) 基板バイ アス制御回路のテス ト が容易であ る。
( 2 ) 基板バイ アス制御する こ とでの C M 0 S回路の誤作 動を防止でき る。 ( 3 ) 基板バイ アス制御する こ とでの面積増加が最小限に 止めれ る
( 4 ) 基板バイ アスの切 り 替え時におけ る半導体集積回路 装置の誤作動が防止でき る。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 少な く と も一つの ト ラ ン ジスタか ら構成さ れた主回路 と、
上記 ト ラ ン ジス 夕 の基板に印加される電圧を制御する基 板バイ ア ス制御回路 と、
該基板バイ アス制御回路を制御する こ とで、 該主回路に 流れるサブス レ ツ シ ョ ル ド リ ー ク電流が多いア ク テ ィ ブ状 態と、 該サブス レ ツ シ ョ ル ド リ ー ク電流が小さ いスタ ンバ ィ状態の少な く と も二つ状態に切 り 替え る ス タ ンバイ 制御 回路を有 し、
上記基板バイ アス制御回路に負電圧発生回路を内蔵する と と も に、 該負電圧発生回路で発生 した負電圧を装置外部 へ出力する端子を有する半導体集積回路装置。
2 . 前記半導体集積回路装置は、 出力パ ッ ドを有する半導 体チ ッ プと、 該半導体チ ッ プを内蔵 し外部 ピ ンを有するパ ッ ケー ジを有 し、 上記端子と して上記出力パ ッ ドの一つを 用い、 かつ、 該端子は上記外部 ピ ン と は接続さ れていない 請求項 1 記載の半導体集積回路装置。
3 . 少な く と も一つの M O S ト ラ ン ジスタカヽ ら構成された主 回路と、
該 M O S ト ラ ン ジ ス夕 の基板に印加される電圧を制御す る基板バイ ア ス制御回路 と、
該基板バイ ア ス制御回路を制御する こ とで、 上記主回路 に流れるサブス レ ツ シ ョ ル ド リ ー ク電流が多いア ク テ ィ ブ 状態と、 該サブス レ ツ シ ョ ル ド リ ー ク S流力 小さ いスタ ン バイ状態の少な く と も二つ状態に切 り 替え る ス タ ンバイ 制 御回路を有 し、 ア ク テ ィ ブ状態には基板バイ アスを浅 く 制御 し、 スタ ン バイ 状態では基板バイ ア スを深 く 制御 し、
ァ ク テ ィ ブ状態で基板バイ ア スを浅 く 駆動する駆動力が、 ス夕 ンバイ 状態で基板バイ アスを深 く 駆動する駆動力 よ り も大き いこ とを特徴 とする半導体集積回路装置。
4 . 前記ア ク テ ィ ブ状態で基板バイ ア スを浅 く 駆動する た めの基板駆動 MO S ト ラ ン ジスタ は距離 2 0 / m以上離れ て少な く と も二つ以上あ り 、 該基板駆動 MO S ト ラ ン ジスタ のゲー ト電位は前記基板バイ アス制御回路によ り 制御され ている 請求項 3 記載の半導体集積回路装置。
5 . 前記基板駆動 MO S ト ラ ン ジスタ のゲ一 ト電圧を制御す る ゲ一 ト制御信号は、前記基板駆動 MO S ト ラ ン ジ ス夕 のゲ 一 卜 に接続さ れた後に前記基板バイ アス制御回路に戻され、 戻された信号の電位によ っ て前記基板バイ ア ス制御回路が 前記主回路の基板バイ アスが安定 したこ とを検出でき る よ う に、 前記ゲ一 卜 制御信号を配線 している こ とを特徴 とす る請求項 4 記載の半導体集積回路装置。
6 . 前記基板駆動 MO S ト ラ ン ジスタ の しき い値電圧は、 前 記主回路を構成 している MO S ト ラ ン ジス夕 の し き い値よ り も大き いこ とを特徴とする請求項 4 記載の半導体集積回 路装置。
7 . 外部 とのィ ンタ ー フ ヱ 一スをする I ZO回路を具備 し、 該 I ZO回路を構成 している少な く と も一つの MO S ト ラ ン ジス夕 の酸化膜厚は、前記主回路を構成 している MO S ト ラ ン ジス夕 の酸化膜厚よ り も厚いこ とを特徴とする請求項 4 記載の半導体集積回路装置。
8 . 前記主回路の電源が投入される こ と を検出するパワ ー オ ン リ セ ッ 卜 回路を具備 し、 前記主回路の電源が投入され て一定時間の間は前記基板駆動 M O S ト ラ ン ジス
夕 が基板バイ ア スを浅 く 駆動する ァ ク テ ィ ブ状態に制御す る こ とを特徴とする請求項 4 記載の半導体集積回路装置。 9 . 前記半導体集積回路装置は第 1 と第 2 の電源電圧を有 し、
該第 1 の電源電圧は第 2 の電源電圧よ り も絶対値が大き く 、 第 2 の電源電圧は 2 V以下であ り 、
上記第 2 の電源電圧は前記主回路に供給され、
上記第 1 の電源電圧は前記基板バイ ア ス制御回路 と ス タ ンパ'ィ 制御回路に供給され、
上記第 1 の電源電圧は第 2 の電源電圧よ り も先に投入さ れ、
上記基板バイ ア ス制御回路は、 第 2 の電源電圧が投入さ れて一定時間の間は主回路をァ ク テ ィ ブ状態に制御する こ とを特徴とする請求項 4 に記載の半導体集積回路装置。 1 0 . 前記スタ ンバイ状態か らア ク テ ィ ブ状態に遷移する 過程での前記ゲー ト 制御信号の出力イ ン ピーダ ン スを、 ァ ク テ ィ ブ状態に完全に遷移 した後でのィ ン ピ一ダンス よ り も大き く 制御する こ とで、 スタ ンノくィ 状態か らア ク テ ィ ブ 状態に遷移する遷移速度を調整 し、 遷移過程での突入電流 を小さ く 制御する こ とを特徴 とする請求項 4 に記載の半導 体集積回路装置。
1 1 . 前記ス タ ンバイ状態か らア ク テ ィ ブ状態に遷移する 過程での前記ゲー ト 制御信号の出力イ ン ピーダ ンスを、 ァ ク テ ィ ブ状態に完全に遷移 した後でのイ ン ピーダン ス よ り も大き く 制御する こ とで、 スタ ンバイ 状態か らァ ク テ ィ ブ 状態に遷移する遷移速度を調整 し、 遷移過程での突入電流 を小さ く 制御 し、 ア ク テ ィ ブ状態に完全に遷移 したこ とは 前記戻された信号に よ っ て検出する こ とを特徴 とする請求 項 5 に記載の半導体集積回路装置。
1 2 . 前記ゲー ト 制御信号の振幅は、 前記基板駆動 ト ラ ン ジス 夕 のゲ一 ト耐圧よ り も大き いこ とを特徴とする請求項
1 0 ま たは請求項 1 1 に記載の半導体集積回路装置。
1 3 . 前記半導体集積回路装置は負電圧発生回路を具備 し てお り 、
前記基板バイ アス制御回路は、 スタ ンバイ状態での上記 負電圧発生回路の出力イ ン ピーダ ン スを、 ア ク テ ィ ブ状態 での上記負電圧発生回路の出カイ ン ピ一ダ ンス よ り も小さ く 制御する こ とを特徴 とする請求項 4 に記載の半導体集積 回路装置。
1 4 . 前記負電圧発生回路は第 1 のチ ャ ー ジポ ンプ回路 と 第 2 のチ ャー ジポ ンプ回路を有 し、
前記基板バイ アス制御回路は、 スタ ンバイ 状態では上記 第 1 のチ ャ ー ジポ ンプ回路を用いて負電圧を発生させ、 ァ ク テ ィ ブ状態では上記第 2 のチ ャ ー ジポ ンプ回路を用いて 負電圧を発生させ、
上記第 1 のチ ャ ー ジポ ンプ回路のポ ン ビ ン グコ ンデ ンサ の容量は、 上記第 2 のチ ャ ー ジポ ンプ回路のボ ン ピ ングコ ンデ ンザの容量よ り も小さ いこ とを特徴とする 請求項 1 3 に記載の半導体集積回路装置。
1 5 . 第 1 と第 2 の電源電圧を有 し、 前記負電圧発生回路 は第 3 の電源電圧を発生 し、
上記第 1 の電源電圧は第 2 の電源電圧よ り も大き く 、 上 記第 2 の電源電圧は 2 V以下であ り 、
前記主回路には上記第 2 の電源電圧が供給されてお り 、 前記基板バイ アス制御回路 と前記スタ ンバイ 制御回路に は少な く と も第 1 の電源電圧が供給されてお り 、
スタ ンバイ 状態で該基板バイ アス制御回路は、 P M 0 S ト ラ ン ジスタ の該基板パ'ィ ァスを第 2 の電源電圧電位に制御 し、 N M O S ト ラ ン ジスタ の該基板バイ アスを第 3 の電源電 圧電位に制御 し、
(第 3 の電源電圧） = (第 1 の電源電圧） 一 （第 2 の電 源電圧） である こ とを特徴 とする請求項 1 3 ま たは請求項 1 4 に記載の半導体集積回路装置。
1 6 . 前記負電圧発生回路は、 少な く と も一つのチ ャ ー ジ ポ ンプ回路 と、 比較器と、 第 2 の電源電圧の半分の電位を 発生する第 1 の基準電圧回路 と、 第 1 の電源電圧 と第 3 の 電源電圧の中間電位を発生する第 2 の基準電圧回路 とを具 備 し、
上記比較器は第 1 の基準電圧回路の出力電圧 と 、 第 2 の 基準電圧発生回路の出力電圧 とを比較 し、 上記チ ャ ー ジポ ンプの少な く と も一つを制御 して第 3 の電源電圧を安定化 している こ とを特徴とする請求項 1 5 に記載の半導体集積 回路装置。
1 7 . 前記第 1 お よび第 2 の基準電圧発生回路は、 各々 基 板端子がソ ー ス端子に接続されかつゲー 卜端子が ド レイ ン 端子に接続された同一導電型の M 0 S ト ラ ン ジ ス 夕が直列 に接続された直列回路か ら成っ てお り 、上記複数の M 0 S ト ラ ン ジス 夕が飽和領域で動作する よ う に選択さ れている こ とを特徴とする 請求項 1 6 に記載の半導体集積回路装置。
1 8 . シ ュ ミ ツ 卜特性を持つこ とを特徴とする請求項 1 6 に記載の半導体集積回路装置。
1 9 . 前記主回路は複数のセルか ら成っ てお り 、 該複数の セルの電源ネ ッ ト は第 1 配線層によ っ て給電されてお り 、 さ ら に、 それ ら第 1 配線層の上空にはそれ ら に直交する第 2 配線層を用いた電源ネ ッ 卜 があ り 、 上記第 1 配線層によ る電源ネ ッ 卜 と上記第 2 配線層によ る電源ネ ッ 卜 の交点に スィ ッ チセルを配置 して、 上記第 1 配線層によ る電源ネ ッ 卜 と、 上記第 2 配線層に よ る電源ネ ッ 卜 の接続はそのスィ ツ チセル内で行われてお り 、 さ らに、 上記基板駆動 M 0 S ト ラ ン ジス 夕が該スィ ツ チセル内に配置されて る こ とを特徴 とする請求項 4 に記載の半導体集積回路装置。
2 0 . 前記スィ ッ チセルには、 さ らにデカ ッ プ リ ングコ ン デ ンサが電源と接地間に配置されている こ とを特徴とする 請求項 1 9 に記載の半導体集積回路装置。
2 1 . 前記第 2 の配線層によ る電源ネ ッ 卜 の上空には、 さ らに第 2 の配線層に よ る電源ネ ッ 卜 と平行な第 4 の配線層 によ る電源ネ ッ 卜があ り 、 上記第 2 の配線層に よ る電源ネ ッ 卜 と第 4 の配線層によ る電源ネ ッ 卜 の接続は、 前記スィ ツ チセル外で行われる こ とを特徴とする請求項 1 9 に記載 の半導体集積回路装置。
2 2 . さ らに第 5 の配線層によ る電源ネ ッ 卜 があ り 、 前記 第 4 の配線層によ る電源ネ ッ 卜 と、 第 5 の配線層によ る電 源ネ ッ 卜 との接続はスィ ッ チセル内で行われ、 上記第 4 の 配線層によ る電源ネ ッ 卜 と第 5 の配線層に よ る電源ネ ッ 卜 か らな る電源メ ッ シ ュ は、 前記第 1 の配線層に よ る電源ネ ッ 卜 と第 2 の配線層によ る電源ネ ッ ト カヽ らな る電源メ ッ シ ュ よ り も荒 く 、 上記第 4 の配線層の厚さ と第 5 の配線層の 厚さ は、 第 1 の配線層の厚さ と第 2 の配線層の厚さ のいず れよ り も厚いこ とを特徴とする 請求項 2 1 に記載の半導体 集積回路装置。
2 3 . 前記セルを構成する M O S ト ラ ン ジスタの基板バイ ァ ス供給線が、 前記第 1 配線層に よ る電源ネ ッ 卜 と平行 して 第 1 配線層に よ っ て行われ、 前記第 2 配線層によ る電源ネ ッ 卜 に も平行 して第 2 配線層によ っ て も行われ、 電源ネ ッ 卜 と 同様に、 前記スィ ッ チセル内で、 第 1 配線層によ る基 板バイ アス供給線と、 第 2 配線層によ る基板バイ アス供給 線が接続されている請求項 1 9 に記載の半導体集積回路装 置。
2 4 . 前記基板駆動 M O S ト ラ ン ジス夕 のゲー ト電圧を制御 する ゲー ト制御信号が、 第 2 配線層に よ る該電源ネ ッ 卜 と 平行 した、 前記スィ ッ チセル上空の第 2 配線層によ っ て供 給さ れ、 該スィ ツ チセル内で、 該基板駆動 M O S ト ラ ン ジス 夕 のゲー ト端子に接続されている請求項 2 3 に記載の半導 体集積回路装置。
2 5 . 前記スィ ッ チセル上空の第 2 配線層によ っ て配線さ れている前記基板バイ アス供給線 とゲー ト制御信号が、 前 記スィ ッ チセル上空の第 2 配線層によ っ て配線されている 電源ネ ッ 卜 の間に配置されている こ とを特徴とする請求項 2 4 記載の半導体集積回路装置。
2 6 . 前記半導体集積回路装置にはデー タパス回路が具備 されてお り 、 該データパス回路のデ一 タ フ 口 一方向 と前記 複数のセルの第 1 配線層によ る電源ネ ッ 卜が、 平行 してい る こ とを特徴 とする請求項 1 9 記載の半導体集積回路装置。
2 7 . 前記基板バイ アスが、 前記半導体集積回路装置の選 別時には少な く と も一つの該 M O S ト ラ ン ジス タ の しき い 値が高 く な る よ う に設定する こ とを特徴とする請求項 4 に 記載の半導体集積回路装置。
2 8 . 第 1 のボ ン ビ ン グコ ンデ ンサ と 、 第 2 のポ ン ビ ング コ ンデ ンサ と、
第 1 と第 2 の二つの Pチ ヤ ネノレ ト ラ ン ジス タ と、
第 1 と第 2 の二つの Nチ ヤ ネノレ ト ラ ン ジスタ と、
発振回路か らな る チ ャー ジポ ンプ回路において、
該発振回路の出力力 Η ' の と き 、 第 1 のポ ン ピ ングコ ン デ ンサ と第 1 の Ρチ ャ ネル ト ラ ン ジスタ と第 1 の Νチ ヤ ネ ノレ ト ラ ン ジス夕 を用いて該第 1 のボ ン ピ ン グコ ンデンサの 電荷をポ ン ビ ン グ し、
該発振回路の出力力 ' L ' の と き 、 第 2 のボ ン ピ ングコ ン デ ンサ と第 2 の Ρチ ャ ネル ト ラ ン ジスタ と第 2 の Νチ ヤ ネ ル ト ラ ン ジス夕 を用 いて該第 2 のポ ン ピ ン グコ ンデンサの 電荷をボ ン ビ ン グする こ とを特徴と したチ ャ ー ジポ ンプ回 路。
2 9 . 半導体基板上に構成された ト ラ ン ジス タ を含む主回 路 と、 上記基板に印加される電圧を制御する基板バイ ア ス 制御回路 とを有 し、
上記主回路は、 上記基板に印加される電圧を制御する ス イ ッ チ ト ラ ン ジスタ を有 し、
上記基板バイ ア ス制御回路か ら出力 された制御信号が上 記スィ ッ チ ト ラ ン ジスタ のゲー 卜 に入力 されてお り 、かつ、 該制御信号は上記基板バイ ア ス制御回路に戻る よ う に構成 されている半導体集積回路装置。
3 0 . 前記スィ ツ チ ト ラ ン ジスタ は矩形状のスィ ツ チセル に配置され、 前記 ト ラ ン ジスタ は矩形状の標準セルに配置 され、 上記スィ ツ チセル 1 つ と上記標準セル複数が一列に 並んで配置されている請求項 2 9 記載の半導体集積回路装 m. o
3 1 . 前記主回路の ト ラ ン ジスタ を駆動する駆動電源の配 線と、 前記基板バイ ア ス制御回路か ら供給される基板バイ ァス電源の配線が、 前記スィ ッ チセルと複数の標準セルを、 該セルが並ぶ方向に縱断 している請求項 3 0 記載の半導体 集積回路装置。
3 2 . 前記スィ ッ チ ト ラ ン ジスタ の しき い値は、 前記 ト ラ ン ジス夕 の しき い値よ り 大き い請求項 3 8 ま たは 3 9 - 3 1 のう ちのいずれかに記載の半導体集積回路装置。
3 3 . 前記スィ ツ チ ト ラ ン ジスタ は前記主回路の 卜 ラ ン ジ スタ を駆動する駆動電源 と、 前記基板バイ アス制御回路か ら供給される基板バイ ア ス電源 （ v b p， V b n ) の間に 挿入されている請求項 2 9 〜 3 2 のう ちのいずれかに記載 の半導体集積回路装置。
3 4 . 前記 ト ラ ン ジスタ の ソースま たは ド レイ ンが前記駆 動電源に接続され、 該 ト ラ ン ジ ス タ の基板電位が前記基板 バイ ア ス電源に接続される請求項 3 3 記載の半導体集積回 路装置。
3 5 . 前記基板バイ ア ス制御回路は、 前記制御信号を出力 した後、 前記主回路を経て戻っ てき た該制御信号が所定電 圧にな っ たこ とを検知 し、 検知信号を形成する請求項 2 9 〜 3 4 のう ちのいずれかに記載の半導体集積回路装置。
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