(57)【要約】【課題】微細加工されたゲート絶縁膜膜厚の薄いＭＩＳトランジスタを用いた半導体装置の消費電流を低減しかつ電源電圧を安定化する。【解決手段】ゲート絶縁膜膜厚の薄いＭＩＳトランジスタ（ＰＴ，ＮＴ）で構成される論理ゲート（ＩＶ１−ＩＶ４）の動作電源線（ＶＣＣＶ，ＧＮＤＶ）に対し、これらのゲート絶縁膜膜厚の薄い電源スイッチングトランジスタ（ＰＱ，ＮＱ）を設け、これらの電源スイッチングトランジスタのゲート電圧を、論理ゲート回路のトランジスタの入出力信号振幅よりも大きな振幅で変化させる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、内部電源ノードの電圧を動作電源電圧として受けて動作し、第１の振幅の信号を処理する論理ゲート、および
前記内部電源ノードと第１の電源ノードとの間に接続され、前記第１のゲート絶縁膜膜厚よりも大きい第２のゲート絶縁膜膜厚を有し、前記第１の振幅よりも大きな第２の振幅のスイッチ制御信号に応答して選択的に導通し、導通時、前記第１の電源ノードと前記内部電源ノードとを電気的に結合する第１のスイッチングトランジスタを備える、半導体装置。
【請求項２】
前記内部電源ノードと前記第１の電源ノードとの間に接続され、前記第２のゲート絶縁膜膜厚を有し、前記スイッチ制御信号に応答して前記第１のスイッチングトランジスタと同相で選択的に導通する、前記第１のスイッチングトランジスタと導電型の異なる第２のスイッチトランジスタをさらに備える、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の電源ノードには、論理ハイレベルの電圧が供給され、前記第１のスイッチングトランジスタは、Ｎチャネルトランジスタである、請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１のゲート絶縁膜膜厚は、２．５ｎｍ以下であり、前記第２のゲート絶縁膜膜厚は、３ｎｍ以上である、請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の電源ノードは、外部からの第１の電源電圧を受け、
前記スイッチ制御信号は、外部からの第２の電源電圧を動作電源電圧として受ける回路により、前記論理ゲートの動作モードに応じて生成される、請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
外部からの電源電圧を降圧して前記第１の電源ノードへ降圧電圧を与える内部電源回路をさらに備え、前記外部からの電源電圧に基づいて、前記スイッチ制御信号が前記論理ゲートの動作モードに応じて生成される、請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
外部からの電圧を昇圧して生成される電圧を動作電源電圧として受け、前記論理ゲートの動作モードに応じて前記スイッチ制御信号を生成する電源制御回路をさらに備える、請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
前記スイッチ制御信号は、ローレベルが接地電圧よりも低い負電圧レベルである、請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、内部電源ノードの電圧を動作電源電圧として受けて動作し、与えられた信号を処理する論理ゲート、および
前記内部電源ノードと第１の電源ノードとの間に接続され、前記第１のゲート絶縁膜膜厚よりも大きい第２のゲート絶縁膜膜厚を有し、スイッチ制御信号に応答して選択的に導通し、導通時、前記第１の電源ノードと前記内部電源ノードとを電気的に結合する第１のスイッチングトランジスタ、および
前記スイッチ制御信号の振幅を振幅制御信号に応じて切換える切換回路を備える、半導体装置。
【請求項１０】
前記切換回路は、前記スイッチ制御信号の振幅を、前記論理ゲートの入力信号の振幅よりも大きな振幅と同一振幅の間で切換える、請求項９記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体装置は、前記与えられた信号に対する処理を実行する行うアクティブモードと前記与えられた信号に対する処理を停止する複数種類の動作停止モードとを有し、
前記切換回路は前記複数種類の動作停止モードの間で、前記スイッチ制御信号の振幅を切換える、請求項９記載の半導体装置。
【請求項１２】
各々が、第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、かつ与えられた信号を処理する複数の論理回路、
前記複数の論理回路それぞれに対応して配置され、それぞれ、前記第１のゲート絶縁膜膜厚よりも大きな第２のゲート絶縁膜膜厚を有し、それぞれ、対応のスイッチ制御信号に応答して選択的に導通し、導通時、第１の電源ノードと対応の論理回路の電源ノードとを電気的に結合する複数のスイッチングトランジスタ、および
前記複数の論理回路のうち動作状態となる論理回路に対して配置されたスイッチングトランジスタに対して前記スイッチ制御信号を活性状態として対応のスイッチングトランジスタを導通状態とするスイッチ制御回路を備える、半導体装置。
【請求項１３】
第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、内部電源線の電圧を動作電源電圧として受け、与えられた信号を処理する論理回路、および
それぞれ、前記第１のゲート絶縁膜膜厚よりも大きな膜厚を有し、かつスイッチ制御信号に応答して選択的に導通し、導通時、第１の電源ノードと前記内部電源線とを電気的に接続する複数のスイッチングトランジスタを備える、半導体装置。
【請求項１４】
前記複数のスイッチングトランジスタは、前記内部電源線の両端に配置されるスイッチングトランジスタと、前記内部電源線の中央部に配置されるスイッチングトランジスタとを含む、請求項１３記載の半導体装置。
【請求項１５】
第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、内部電源ノードの電圧を動作電源電圧として受けて動作し、与えられた信号を処理する論理ゲートを備え、前記内部電源ノードはハイレベルの電源電圧を供給し、
前記内部電源ノードと第１の電源ノードとの間に接続され、前記第１のゲート絶縁膜膜厚よりも大きい第２のゲート絶縁膜膜厚を有し、導通時、前記第１の電源ノードと前記内部電源ノードとを電気的に結合するＮチャネルトランジスタを含む電源スイッチ回路を備える、半導体装置。
【請求項１６】
前記電源スイッチ回路は、さらに、前記内部電源ノードと前記第１の電源ノードとの間に接続され、前記スイッチ制御信号に応答して、前記Ｎチャネルトランジスタと同相で選択的に導通するＰチャネルの絶縁ゲート型電界効果トランジスタをさらに備え、前記Ｐチャネル絶縁ゲート型電界効果トランジスタは、前記論理ゲートに含まれるＰチャネルトランジスタのゲート絶縁膜膜厚よりも厚いゲート絶縁膜膜厚を有する、請求項１５記載の半導体装置。
【請求項１７】
第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、内部電源ノードの電圧を動作電源電圧として受けて動作し、与えられた信号を処理する論理ゲート、
前記第１のゲート絶縁膜膜厚よりも大きな第２のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、前記内部電源ノードと第１の電源ノードとの間に接続され、制御信号に応答して前記第１の電源ノードと前記内部電源ノードの間で電流を流す電流ドライブトランジスタ、および
前記論理ゲートの動作モードを指示する動作モード指示信号に応答して選択的に活性化され、活性化時、前記内部電源ノードの電圧と基準電圧とを比較し、該比較結果に従って前記制御信号を生成する比較回路を備える、半導体装置。
【請求項１８】
前記電流ドライブトランジスタと前記論理ゲートの前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタとは同一導電型を有し、かつ前記電流ドライブトランジスタのチャネルドープ量は、前記論理ゲートの絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネルドープ量よりも多い、請求項１７記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記電流ドライブトランジスタと前記論理ゲートの絶縁ゲート型電界効果トランジスタとは同一導電型を有し、かつ前記電流ドライブトランジスタのチャネル長は、前記論理ゲートの絶縁ゲート型電界効果トランジスタのチャネル長よりも長い、請求項１７記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記第１のゲート絶縁膜膜厚は、２．５ｎｍ以下であり、前記第２のゲート絶縁膜膜厚は、３ｎｍ以上である、請求項１７記載の半導体装置。
【請求項２１】
前記比較回路は、非活性化時、前記電流ドライブトランジスタをオフ状態に設定するように前記制御信号を生成する、請求項１７記載の半導体装置。
【請求項２２】
第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、内部電源ノードの電圧を動作電源電圧として受けて動作し、与えられた第１の振幅の信号を処理する少なくとも１個の論理回路、
前記内部電源ノードと第１の電源ノードとの間に接続され、前記第１のゲート絶縁膜膜厚よりも大きい膜厚を有し、少なくとも前記論理回路の絶縁ゲート型電界効果トランジスタのしきい値電圧の絶対値以上のしきい値電圧を有し、少なくとも前記第１の振幅以上の振幅のスイッチ制御信号に応答して前記第１の電源ノードと前記内部電源ノードの間で電流を流すスイッチングトランジスタ、および前記論理回路に対応して配置され、対応の論理回路の動作モードを指示する動作モード指示信号に応答して選択的に活性化され、活性化時、前記内部電源ノードの電圧と基準電圧とを比較し、該比較結果に従って前記スイッチ制御信号を生成する比較回路を備える、半導体装置。
【請求項２３】
第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタを構成要素として含み、第１の内部電源ノードの電圧を動作電源電圧として受けて与えられた信号を処理する論理ゲート、
前記第１のゲート絶縁膜膜厚よりも厚いゲート絶縁膜を有し、スイッチ制御信号に応答して第１の電源ノードと前記第１の内部電源ノードとを電気的に結合する第１のスイッチングトランジスタ、
前記論理ゲートの動作モードを指示する動作モード指示信号に応答して選択的に活性化され、活性化時、前記内部電源ノードを所定の電圧レベルにプリチャージするプリチャージ回路を備える、半導体装置。
【請求項２４】
前記スイッチ制御信号は、前記論理ゲートの動作モードに応じて生成されかつ前記論理ゲートに与えられる信号の振幅よりも大きな振幅を有する、請求項２３記載の半導体装置。
【請求項２５】
前記論理ゲートは前記第１の内部電源ノードの電圧と第２の内部電源ノードの電圧を動作電源電圧として受け、
前記半導体装置は、さらに、
前記第２の内部電源ノードと第２の電源ノードとの間に接続され、前記第１のゲート絶縁膜よりも厚いゲート絶縁膜を有する前記第１のスイッチングトランジスタと導電型が異なり、前記スイッチ制御信号に応答して前記第１のスイッチトランジスタと同相で導通する第２のスイッチングトランジスタをさらに備え、
前記プリチャージ回路は、活性化時、前記第１および第２の内部電源ノードを、前記第１および第２の電源ノードの電圧の中間電圧レベルにプリチャージする、請求項２３記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（以下、ＭＩＳトランジスタと称す）を構成要素として含む半導体装置に関し、特に、微細化されたＣＭＯＳトランジスタ（ＰおよびＮチャネルＭＩＳトランジスタ）を有する半導体装置における消費電力を低減するための構成に関する。より特定的には、この発明は、微細化ＭＩＳトランジスタのゲートトンネル電流を抑制するための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＭＯＳトランジスタを構成要素として含むＣＭＯＳ半導体装置において、ＭＩＳトランジスタのサイズを微細化する場合、トランジスタの信頼性確保と消費電力低減とのために、動作電源電圧を低下させる。動作電源電圧の低下に応じて、ＭＩＳトランジスタのサイズを縮小する場合、一定のスケーリング則に沿って、トランジスタの各パラメータ値の低減が行なわれる。
【０００３】
このスケーリング則に従えば、ＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚Ｔｏｘを小さくし、またしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈを小さくする必要がある。しかしながら、しきい値電圧は、スケーリング則に沿って、その絶対値を小さくすることはできない。しきい値電圧は、所定のドレイン電圧印加条件下で、所定のドレイン電流を生じさせるゲート−ソース間電圧と定義される。
【０００４】
しきい値電圧の絶対値Ｖｔｈが小さくなった場合、ゲート−ソース間電圧Ｖｇｓが、０Ｖとなっても、弱い反転層がチャネル領域に形成され、この反転層を介してサブスレッショルド電流（以下、オフリーク電流と称す）が流れる。このオフリーク電流は、しきい値電圧の絶対値が小さくなるほど増加する。したがって、ＭＩＳトランジスタがオフ状態のスタンドバイサイクル時において、オフリーク電流が増加し、スタンドバイ電流が増大するという問題が生じる。特に、携帯機器などの電池駆動の機器において、このような半導体装置が用いられる場合、電池寿命の観点から、オフリーク電流を低減することが大きな課題となる。
【０００５】
このオフリーク電流を低減するために、しきい値電圧の絶対値Ｖｔｈを大きくした場合、動作電源電圧を低減した効果が得られず、高速動作が保証されない。そこで、スタンドバイサイクル時におけるオフリーク電流を低減しかつ高速動作性を保証するために、ＭＴ−ＣＭＯＳ（マルチ・スレッショルドＣＭＯＳ）構成が、たとえば特許文献１（特開平６−２９８３４号公報）において提案されている。
【０００６】
この特許文献１において提案されるＭＴ−ＣＭＯＳ構成においては、主電源線と副電源線の間に、比較的大きな（中程度の）しきい値電圧の絶対値Ｍ−Ｖｔｈを有するトランジスタを、電源スイッチングトランジスタとして接続する。論理回路を、しきい値電圧の絶対値の小さなＬ−Ｖｔｈトランジスタで構成する。この論理回路において、スタンドバイサイクル時にオフ状態となるトランジスタを、副電源線に接続し、スタンドバイ状態時にオン状態となるトランジスタを、主電源線に接続する。
【０００７】
スタンドバイサイクル時には、電源スイッチングトランジスタをオフ状態に設定する。スタンドバイサイクル時においては、副電源線の電圧レベルは、電源スイッチングトランジスタのオフリーク電流と論理回路のトランジスタのオフリーク電流が釣り合った電圧レベルに設定される。したがって、この電源スイッチングトランジスタにおける電圧降下により、論理回路の副電源線に接続されるトランジスタのゲート−ソース間電圧が逆バイアス状態となり、より強いオフ状態となり、そのオフリーク電流が、電源スイッチトランジスタの小さなオフリーク電流と相まって低減される。
【０００８】
実際に動作を行なうアクティブサイクルにおいては、これらの電源スイッチングトランジスタはオン状態に設定され、副電源線が主電源線に接続され、論理回路は、しきい値電圧の絶対値の小さなトランジスタにより高速で動作する。
【０００９】
このＭＴ−ＣＭＯＳ構成において、電源スイッチングトランジスタをより強いオフ状態に設定するために、ハイレベル電源電圧ＶＤＤに対して設けられる電源スイッチングトランジスタへ、この電源電圧ＶＤＤよりも高い高電圧ＶＰＰを与え、ローレベル側電源電圧ＶＳＳに対して設けられる電源スイッチングトランジスタに、負電圧ＶＢＢを与える構成が、特許文献２（特開平９−１１６４１７号公報）に示されている。
【００１０】
ＭＩＳトランジスタの寸法などの各種パラメータは、あるスケーリング則に沿って縮小される。このスケーリング則においては、ＭＩＳトランジスタのゲート長とゲート絶縁膜の膜厚とは、同じ縮小比で縮小されることが前提となっている。たとえば、ゲート長が、０．２５μｍ（マイクロメータ）のＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚は、一般に、５ｎｍ（ナノメータ）であり、したがって、ゲート長が０．１μｍ程度のＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚は、２．０ないし２．５ｎｍ程度となる。
【００１１】
ゲート絶縁膜を、動作電源電圧の低下に伴って薄くした場合、たとえば電源電圧が１．５Ｖ以下の条件に応じて、ゲート絶縁膜を３ｎｍ程度にまで薄くした場合、オン状態のＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜にトンネル電流が流れ、このオン状態のトランジスタにおける電源電流が増加するという問題が生じる。
【００１２】
このようなゲートトンネルリーク電流を低減するために、ゲート絶縁膜膜厚の厚いＭＩＳトランジスタで構成される制御回路で、電源スイッチングトランジスタのオン／オフを制御する構成が、特許文献３（特開平１１−１５０１９３号公報）に示されている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平６−２９８３４号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開平９−１１６４１７号公報
【００１５】
【特許文献３】
特開平１１−１５０１９３号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
図３０（Ａ）から図３０（Ｃ）は、ＭＩＳ構造のエネルギバンドを概略的に示す図である。図３０（Ａ）から図３０（Ｃ）においては、エネルギバンドとして、ゲートとしてメタル（金属）が用いられる構成のバンドを一例として示す。通常は、ＭＩＳ構造において、ゲートは不純物ドープトポリシリコンで構成され、半導体の性質を有する。しかしながら、説明を簡略化するために、ゲートにメタルを用いる。また、半導体基板領域は、Ｐ型基板である。
【００１７】
図３０（Ａ）に示すように、ゲートに負の電圧Ｖを印加した状態を考える。この場合、Ｐ型基板中に含まれる正孔が、絶縁膜との界面側に向かって引き寄せられ、Ｐ型基板のエネルギバンドが、この絶縁膜とＰ型基板の界面で上方に曲がり、価電子帯Ｅｖがフェルミ準位ＥＦに近づく。また、伝導帯Ｅｃも、この界面近傍において上方に向って曲がる。
【００１８】
この負電圧印加時においては、ゲートのフェルミ準位ＥＦ（ポリシリコンゲートの場合の伝導帯Ｅｃに相当）も上昇する。この状態においては、Ｐ型基板においては、内部に比較して、界面で多数キャリア（正孔）の密度が高くなっており、この状態は、蓄積状態と呼ばれる。この状態では、伝導帯Ｅｃが上方に向って曲がっており、また電子に対するバリアが高くなっており、ゲート絶縁膜を介して電流はトンネリングしない。
【００１９】
図３０（Ｂ）に示すように、ゲートに低い正の電圧Ｖを印加した場合、ゲートのフェルミレベルＥＦ（価電帯Ｅｃ）が低下し、応じてＰ型基板領域においても、伝導帯Ｅｃおよび価電子帯Ｅｖが、この絶縁膜との界面において下方向に向って曲がる。この状態においては、絶縁膜界面から正孔が退けられ、多数キャリア（正孔）の欠乏状態が生じる。界面でのフェルミ準位ＥＦが禁止帯のほぼ中央に位置し、多数キャリアが存在しないため、この状態は空乏状態と呼ばれる。この空乏状態においては、界面にキャリアは存在せず、同様、トンネル電流は生じない。
【００２０】
図３０（Ｃ）に示すように、さらに大きな正の電圧Ｖをゲートに印加した場合、ゲートのフェルミ準位ＥＦがさらに低下し、Ｐ型基板において、界面近傍でのバンドベンディングがさらに大きくなる。この結果、Ｐ型基板界面近傍において、フェルミ準位ＥＦが、エネルギギャップＥｇの中間値Ｅｇ／２よりも高くなり、少数キャリアである電子が蓄積される。この状態は、界面の伝導型が内部とは逆転しているため、反転状態と呼ばれる。
【００２１】
この反転状態は、ＭＩＳトランジスタにおいてはチャネルが形成された状態に対応する。このとき、少数キャリアである電子が、ゲート絶縁膜の膜厚δがたとえば３ｎｍの場合、トンネリング現象を起こしてゲートへ流れる。すなわち、チャネルが形成されるＭＩＳトランジスタ、すなわち、オン状態のＭＩＳトランジスタにおいて直接ゲートへトンネル電流がチャネル領域から流れる。これは、（直接）ゲートトンネル電流と呼ばれる。
【００２２】
このゲートトンネル電流の問題は、基板領域がＮ型の場合でも同様であり、ゲートに印加する電圧の極性およびエネルギ帯の曲がる方向が反対となるだけである。
【００２３】
すなわち、ＭＩＳトランジスタにおいて、ゲート絶縁膜の膜厚が、たとえば３ｎｍと薄くなった場合には、チャネル領域からゲートへ直接ゲートトンネル電流が流れる。このゲートトンネル電流は、ゲート絶縁膜の膜厚が、３ｎｍ程度になると、オフリーク電流と同程度となり、それより薄くなると、オフリーク電流よりも多くなる。したがって、動作電源電圧を低くしてゲート絶縁膜をスケーリング則に沿って薄くする場合、このゲートトンネル電流は無視することできない値となり、スタンドバイサイクル時における消費電流を増加させる。
【００２４】
ゲートトンネル電流Ｊは、ほぼ次式であらわされる関係を満たす。
Ｊ〜Ｅ・ｅｘｐ［−Ｔｏｘ・Ａ・√ψ］
ここで、ψは、ゲート絶縁膜界面の障壁の高さを示し、近似的に、フェルミ準位と界面との表面ポテンシャルψｓの差で表わされる。また、Ａは、チャネル領域の半導体基板の不純物濃度（電子の実効質量）により決定される定数であり、Ｅは、ゲート絶縁膜に印加される電界を示す。
【００２５】
障壁の高さψは、ゲート絶縁膜の誘電率εｉおよびゲート絶縁膜の膜厚Ｔｏｘの関数である。したがって、たとえば、シリコン酸化膜でゲート絶縁膜を構成した場合、膜厚３ｎｍでトンネル電流が生じた場合、このシリコン酸化膜の膜厚３ｎｍと同じ障壁高さを与えるゲート絶縁膜においても、ゲートトンネル電流が同様に生じる。このゲート絶縁膜としては、シリコン酸化膜の他に、シリコン窒化酸化膜などがある。
【００２６】
したがって、このように微細化されたＭＩＳトランジスタを構成要素として含む場合、スタンドバイ状態時においては、ＭＩＳトランジスタのゲートトンネル電流が、オフリーク電流と同程度またはそれ以上の大きさとなり、スタンドバイサイクル時の消費電流を低減することができなくなる。
【００２７】
図３１は、前述の特許文献３に示されるＭＴ−ＣＭＯＳ回路の構成を示す図である。図３１において、論理回路が、１例として、２段の縦続接続されるＣＭＯＳインバータＩＶａおよびＩＶｂにより構成される。これらのＣＭＯＳインバータＩＶａおよびＩＶｂのＰチャネルＭＩＳトランジスタＱＰＴは、ソースが副電源線ＳＰＬに接続され、またＮチャネルＭＩＳトランジスタＱＮＴのソースが、共通に、副接地線ＳＧＬに接続される。これらのインバータＩＶａおよびＩＶｂのＭＩＳトランジスタＱＰＴおよびＱＮＴは、ゲート絶縁膜の膜厚が、２．５ｎｍ未満に設定される。
【００２８】
副電源線ＳＰＬは、電源スイッチングトランジスタＰＳを介して主電源線ＭＰＬに接続され、副接地線ＳＧＬが、電源スイッチングトランジスタＮＳを介して主接地線ＭＧＬに接続される。電源スイッチトランジスタＮＳはゲートに切換制御信号ＳＷＣＴを受け、電源スイッチトランジスタＰＳは、ゲートに、切換制御信号ＳＷＣＴをＣＭＯＳインバータＣＩＶを介して受ける。このＣＭＯＳインバータＣＩＶは、その内部に含まれるＰチャネルＭＩＳトランジスタおよびＮチャネルＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜が、膜厚４ｎｍ以上に設定される。ＣＭＯＳインバータＣＩＶは、主電源線ＭＰＬ上の電源電圧ＶＣＣおよび主接地線ＭＧＬ上の接地電圧を動作電源電圧として受ける。すなわち、ＣＭＯＳインバータＣＩＶにおいては、ＰチャネルＭＩＳトランジスタが、ソースが主電源線ＭＰＬに接続され、ＮチャネルＭＩＳトランジスタが、そのソースが主接地線ＭＧＬに接続される。
【００２９】
電源スイッチトランジスタＰＳおよびＮＳは、そのゲート絶縁膜の膜厚は、２．５ｎｍ以上に設定される。
【００３０】
この図３１に示す構成において、スタンドバイ時においては、切換制御信号ＳＷがＬレベルとなり、ＣＭＯＳインバータＣＩＶの出力信号がＨレベルとなる。したがって、電源スイッチトランジスタＮＳおよびＰＳはともにオフ状態となる。この場合、副電源線ＦＰＬおよび副接地線ＳＣＬがフローティング状態となり、インバータＩＶａおよびＩＶｂの出力状態が不安定となる。
【００３１】
副電源線ＳＰＬおよび副接地線ＳＧＬのスタンドバイ時の電圧レベルは、論理回路のリーク電流により決定される。チップ毎にトランジスタのパラメータは、ある許容範囲内においてばらついており、これらの副電源線および副接地線のスタンドバイ時の電圧レベルを一定の電圧レベルに維持することができず、チップ毎に副接地線および副電源線の電圧が異なり、アクティブサイクル移行時のインバータＩＶａおよびＩＶｂの出力電圧レベルが異なり、最悪ケースを想定して回路動作タイミングを決定する必要があり、高速で安定に動作させることができないという問題が生じる。
【００３２】
また、この特許文献３においては、インバータＩＶａおよびＩＶｂにおいてゲートリーク電流を抑制するために、ＭＩＳトランジスタＱＰＴおよびＱＮＴのウェル領域を個々に分離して配置している。したがって、これらのインバータＩＶａおよびＩＶｂの段数が大きくなった場合、レイアウト面積が増大するという問題が生じる。
【００３３】
また、電源スイッチングトランジスタＰＳおよびＮＳの導通時のゲート−ソース電圧Ｖｇｓは、電源電圧ＶＣＣレベルである。電源電圧ＶＣＣが、低い値に設定された場合、これらの電源スイッチングトランジスタＰＳおよびＮＳが、十分に深いオン状態とならず、アクティブサイクル時において、副電源線ＳＰＬおよび副接地線ＳＧＬを安定に所定の電源電圧レベルおよび接地電圧レベルに保持することができなくなるという問題が生じる。特に、電源ノイズが発生した場合、高速でこの電源ノイズを吸収することができず、回路を安定に動作させることができず、電源ノイズにより回路動作マージンが低下する。
【００３４】
また、電源スイッチングトランジスタの駆動力を十分に大きくすることができない場合、オフ状態からオン状態への移行時に高速で副電源線および副接地線を所定の電圧レベルに駆動することができず、動作開始までに時間を要し、高速動作に対する障害となる。
【００３５】
それゆえ、この発明の目的は、簡易な回路構成で、確実に、スタンドバイ状態時の消費電流を低減することのできる半導体装置を提供することである。
【００３６】
この発明の他の目的は、より確実に、スタンドバイ状態時の電流を低減しかつアクティブサイクル移行時高速で動作を行なうことのできる半導体装置を提供することである。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の観点に係る半導体装置は、第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、内部電源ノードの電圧を動作電源電圧として受けて動作し、第１の振幅の信号を処理する論理ゲートと、この内部電源ノードと第１の電源ノードとの間に接続され、第１のゲート絶縁膜膜厚よりも大きい第２のゲート絶縁膜膜厚を有し、第１の振幅よりも大きな第２の振幅のスイッチ制御信号に応答して選択的に導通し、導通時、第１の電源ノードと内部電源ノードとを電気的に結合する第１のスイッチングトランジスタを含む。
【００３８】
この発明の第２の観点に係る半導体装置は、第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、内部電源ノードの電圧を動作電源電圧として受けて動作し、与えられた信号を処理する論理ゲートと、内部電源ノードと第１の電源ノードとの間に接続され、第１のゲート絶縁膜膜厚よりも大きな第２のゲート絶縁膜膜厚を有し、スイッチ制御信号に応答して選択的に導通し、導通時、第１の電源ノードと内部電源ノードとを電気的に結合する第１のスイッチングトランジスタと、このスイッチ制御信号の振幅を、振幅制御信号に応じて切換える回路を含む。
【００３９】
この発明の第３の観点に係る半導体装置は、各々が、第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、与えられた信号を処理する複数の論理回路と、これらの複数の論理回路それぞれに対応して配置され、それぞれ、第１のゲート絶縁膜膜厚よりも大きい第２のゲート絶縁膜膜厚を有し、かつ対応のスイッチ制御信号に応答して選択的に導通し、導通時、第１の電源ノードと対応の論理回路の電源ノードとを電気的に結合する複数のスイッチングトランジスタと、これら複数の論理回路のうち動作状態となる論理回路に対して配置されたスイッチングトランジスタに対してスイッチ制御信号を活性状態として該対応のスイッチングトランジスタを導通状態とするスイッチ制御回路を含む。
【００４０】
この発明の第４の観点に係る半導体装置は、第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、内部電源線の電圧を動作電源電圧として受け、与えられた信号を処理する論理回路と、それぞれ、第１のゲート絶縁膜膜厚よりも大きなゲート絶縁膜膜厚を有し、かつスイッチ制御信号に応答して選択的に導通し、導通時、第１の電源ノードと内部電源線とを電気的に接続する複数のスイッチングトランジスタを含む。
【００４１】
この発明の第５の観点に係る半導体装置は、第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、ハイレベルの電源電圧を受ける内部電源ノードの電圧を動作電源電圧として受けと動作し、与えられた信号を処理する論理ゲートと、内部電源ノードと第１の電源ノードとの間に接続され、第１のゲート絶縁膜膜厚よりも大きい膜厚を有し、導通時、第１の電源ノードと内部電源ノードとを電気的に結合するＮチャネルトランジスタを含む電源スイッチ回路を含む。
【００４２】
この発明の第６の観点に係る半導体装置は、第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、内部電源ノードの電圧を動作電源電圧として受けて動作し、与えられた信号を処理する論理ゲートと、内部電源ノードと第１の電源ノードとの間に接続され、第１のゲート絶縁膜膜厚よりも大きな膜厚を有し、制御信号に応答して第１の電源ノードと内部電源ノードの間で電流を流す電流ドライブトランジスタと、論理ゲートの動作モードを指示する動作モード指示信号に応答して選択的に活性化され、活性化時、内部電源ノードの電圧と基準電圧とを比較し、該比較結果に従って制御信号を生成する比較回路を含む。
【００４３】
この発明の第７の観点に係る半導体装置は、第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、内部電源ノードの電圧を動作電源電圧として受けて動作し、与えられた第１の振幅の信号を処理する少なくとも１個の論理回路と、内部電源ノードと第１の電源ノードとの間に接続され、第１のゲート絶縁膜膜厚よりも大きい膜厚を有し、少なくとも論理回路の絶縁ゲート型電界効果トランジスタのしきい値電圧の絶対値以上のしきい値電圧を有し、少なくとも第１の振幅以上の振幅のスイッチ制御信号に応答して第１の電源ノードと内部電源ノードの間で電流を流すスイッチングトランジスタと、論理回路に対応して配置され、対応の論理回路の動作モードを指示する動作モード指示信号に応答して選択的に活性化され、活性化時、内部電源ノードの電圧と基準電圧とを比較し、該比較結果に従ってスイッチ制御信号を生成する比較回路を含む。
【００４４】
この発明の第８の観点に係る半導体装置は、第１のゲート絶縁膜膜厚を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタで構成され、内部電源ノードの電圧を動作電源電圧として受けて動作し、与えられた信号を処理する論理ゲートと、この内部電源ノードと第１の電源ノードとの間に接続され、第１のゲート絶縁膜膜厚よりも大きなゲート絶縁膜膜厚を有し、スイッチ制御信号に応答して選択的に導通し、導通時、第１の電源ノードと内部電源ノードとを電気的に結合するスイッチングトランジスタと、論理ゲートの動作モードを指示する動作モード指示信号に応答して選択的に活性化され、活性化時、内部電源ノードを所定の電圧レベルにプリチャージするプリチャージ回路を含む。
【００４５】
上述の構成により、アクティブサイクル時において電源線を強化することができ、高速で、論理回路を動作させることができ、またスタンドバイ時において、確実に電源スイッチングトランジスタをオフ状態に設定して、リーク電流を低減することができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う半導体装置の構成を示す図である。図１においては、この半導体装置は、内部機能回路として、４段の縦続接続されるＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４を１例として含む。これらのＣＭＯＳインバータＩＶ１−ＩＶ４は、それぞれ、ＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＴと、ＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＴとを含む。これらのＭＩＳトランジスタＰＴおよびＮＴのゲート絶縁膜の膜厚は、Ｔｏｘ１であり、たとえば２ｎｍである。
【００４７】
ＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４のＰチャネルＭＩＳトランジスタのソースおよび基板領域（バックゲート）は共通に、ハイ側擬似電源線（以下、単に電源線と称す）ＶＣＣＶに接続される。ＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４のＮチャネルＭＩＳトランジスタのソースおよび基板領域は、共通に、ロー側擬似電源線（以下、単に擬似接地線と称す）ＧＮＤＶに接続される。
【００４８】
擬似電源線ＶＣＣＶは、スイッチングトランジスタＳＷ１を介して電源ノードに結合され、擬似接地線ＧＮＤＶは、スイッチングトランジスタＳＷ２を介して接地ノードに接続される。
【００４９】
スイッチングトランジスタＳＷ１は、そのゲート絶縁膜膜厚がＴｏｘ２のＰチャネルＭＩＳトランジスタで構成される。このＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＱは、ソースおよびバックゲートが、たとえば１．０Ｖの電源電圧Ｖｃｃ１を与える電源ノードに接続される。
【００５０】
スイッチングトランジスタＳＷ２は、ゲート絶縁膜膜厚がＴｏｘ２のＮチャネルＭＩＳトランジスタで構成される。このＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＱは、そのソースおよびバックゲートが接地ノードに接続される。ゲート絶縁膜膜厚Ｔｏｘ２は、たとえば５．５ｎｍである。
【００５１】
スイッチングトランジスタＳＷ１へは、ＣＭＯＳインバータＣＴＬからのスイッチ制御信号／φが与えられ、スイッチングトランジスタＳＷ２のゲートへは、スイッチ制御信号φが与えられる。
【００５２】
ＣＭＯＳインバータＣＴＬは、電源電圧Ｖｃｃ２および接地電圧を動作電源電圧として受ける。電源電圧Ｖｃｃ２は、たとえば２．５Ｖであり、電源電圧Ｖｃｃ１よりも高い電圧レベルである。このＣＭＯＳインバータＣＴＬは、図１に示すＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４と同様の構成を有し、構成要素のＰチャネルＭＩＳトランジスタおよびＮチャネルＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚は、Ｔｏｘ２である。
【００５３】
ＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４の入力初段のインバータＩＶ１に、入力信号Ｓが与えられる。入力信号Ｓの振幅は、電源電圧Ｖｃｃ１である。スイッチ制御信号φおよび／φは、振幅が、Ｖｃｃ２と電圧Ｖｃｃ１よりも大きい制御信号であり、このＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４の動作モードに応じて、ＬレベルまたはＨレベルに設定される。
【００５４】
図２は、図１に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。以下、図２を参照して、図１に示す半導体装置の動作について説明する。
【００５５】
この半導体装置のスタンドバイ状態時においては、入力信号Ｓは不定状態である。このスタンドバイ状態時においては、スイッチ制御信号φが、接地電圧ＧＮＤレベル、ＣＭＯＳインバータＣＴＬからの補のスイッチ制御信号／φは、電圧Ｖｃｃ２のレベルである。
【００５６】
電源スイッチ回路ＳＷ１において、ＭＩＳトランジスタＰＱは、そのゲートに電圧Ｖｃｃ２を受け、ソースに電圧Ｖｃｃ１を受け、ゲート−ソース間電圧が深い逆バイアス状態となる。したがって、このＭＩＳトランジスタＰＱにおけるオフリーク電流をより低減することができ、擬似電源線ＶＣＣＶに対し、電源ノードからスイッチ回路ＳＷ１を介して流れるリーク電流を十分に抑制することができる。また、電源スイッチ回路ＳＷ２においても、ＭＩＳトランジスタＮＱはオフ状態である。
【００５７】
ＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４において、ゲートトンネル電流が流れ、擬似接地線ＧＮＤＶの電圧レベルが上昇する場合、擬似接地線ＧＮＤＶの電圧上昇は、擬似電源線ＶＣＣＶからの電流供給により生じる。したがって、擬似電源線ＶＣＣＶの電圧レベルが応じて低下し、ゲートトンネル電流を生じさせるＭＩＳトランジスタのゲート電位が応じて変化し、このオン状態のＭＩＳトランジスタが、ほぼオフ状態へ駆動され、ゲートトンネル電流の経路が遮断される。
【００５８】
したがって、この状態においては、ＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４は、ほぼ、出力ハイインピーダンス状態となる。擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶの電圧レベルは、電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２を流れるリーク電流とインバータＩＶ１からＩＶ４を介して流れるリーク電流が釣合った電圧レベルに設定される。
【００５９】
アクティブサイクルが始まり、入力信号Ｓに対する信号処理が行なわれる場合、スイッチ制御信号φが、電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルに上昇し、一方、ＣＭＯＳインバータＣＴＬからの補のスイッチ制御信号／φが接地電圧レベルに低下する。応じて、電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２において、ＭＩＳトランジスタＰＱおよびＮＱが導通し、擬似電源線ＶＣＣＶが電源ノードに結合され、また擬似接地線ＧＮＤＶが接地ノードに接続される。
【００６０】
このスイッチ制御信号φは、電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルであり、電圧Ｖｃｃ１よりも高い電圧レベルである。したがって、電源スイッチ回路ＳＷ２において、ＭＩＳトランジスタＮＱがより深いオン状態となり、技術接地線ＧＮＤＶの電圧を確実に、接地電圧レベルに固定する。これにより、高速で、擬似接地線ＧＮＤＶの電圧レベルが安定化され、また、動作時の擬似接地線のノイズを確実に吸収する。ＭＩＳトランジスタＮＱのゲート絶縁膜膜厚がＴｏｘ２と厚い場合においても、安定に、接地電圧ＧＮＤを擬似接地線ＧＮＤＶに供給して、ＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４を安定に動作させることができる。
【００６１】
したがって、ＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４に、たとえば２．０ｎｍのゲート絶縁膜膜厚Ｔｏｘを有するＭＩＳトランジスタを用いても、アクティブサイクル時、安定にかつ高速で動作させることができる。
【００６２】
図３は、電源電圧Ｖｃｃ１およびＶｃｃ２を発生する部分の構成の一例を示す図である。この図３において、半導体装置は、内部回路１と、内部回路１と外部との間で信号／データの授受を行なうＩ／Ｏインターフェイス回路２を含む。内部回路１は、図１に示すＣＭＯＳインバータＩＶ１−ＩＶ４および電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２を含む内部機能回路６と、この内部機能回路６の電源を制御するスイッチ制御信号φおよび／φを生成する制御回路５を含む。
【００６３】
内部機能回路６とＩ／Ｏインターフェイス回路２の間で、信号／データの授受が行なわれる。制御回路５へ、動作モード指示信号がＩ／Ｏインターフェイス回路２を介して与えられ、制御回路５が、この動作モード指示信号（内部機能回路６の動作モードを示す）に従ってスイッチ制御信号φおよび／φを生成してもよい。
【００６４】
電源電圧Ｖｃｃ１は、電源ノード３を介して外部から与えられる外部電源電圧ＥＸＶｃｃ１に従って生成され、また電源電圧Ｖｃｃ２は、電源ノード４を介して外部から与えられる電源電圧ＥＸＶｃｃ２から生成される。したがって、これらの電源電圧Ｖｃｃ１およびＶｃｃ２の電圧レベルは、外部電源電圧ＥＸＶｃｃ１およびＥＸＶｃｃ２により決定される。電源電圧Ｖｃｃ２が、Ｉ／Ｏインターフェイス回路２および制御回路５へ与えられ、電源電圧Ｖｃｃ１が、内部機能回路６へ与えられる。
【００６５】
外部接地ノード７を介して接地電圧ＥＸＧＮＤが与えられ、内部の接地電圧ＧＮＤが生成される。この接地電圧ＧＮＤは、Ｉ／Ｏインターフェイス回路２と内部機能回路６とに対して別々に与えられてもよい。Ｉ／Ｏインターフェイス回路２における信号／データ入出力動作が、内部の制御回路５および内部機能回路６の動作に悪影響を及ぼさないように、Ｉ／Ｏインターフェイス回路２と内部機能回路６および制御回路５とに対して接地電圧ＧＮＤが、別々の端子（ノード）を介して与えられる。
【００６６】
この図３に示すように、２種類の電源電圧ＥＸＶｃｃ１およびＥＸＶｃｃ２を外部から与えることにより、特別の内部電圧発生回路を設けることなく、容易に、内部電源電圧Ｖｃｃ１およびＶｃｃ２を生成することができる。
【００６７】
図４は、電源電圧Ｖｃｃ１およびＶｃｃ２を発生する部分の他の構成を示す図である。図４においては、外部から電源ノード３を介して与えられる外部電源電圧ＥＸＶｃｃから内部電源電圧Ｖｃｃ１が生成される。電源電圧Ｖｃｃ２は、この電源電圧Ｖｃｃ１を昇圧する昇圧回路１０により生成される。電源電圧Ｖｃｃ１が、論理回路６へ与えられ、昇圧回路１０からの電源電圧Ｖｃｃ２が制御回路５へ与えられる。この制御回路５からのスイッチ制御信号φおよび／φは内部機能回路６に含まれる電源スイッチ回路へ与えられる。内部機能回路６は、先の図１に示すＣＭＯＳインバータおよび電源スイッチ回路を含む。
【００６８】
接地ノード７を介して、接地電圧ＥＸＧＮＤが与えられ、内部の接地電圧ＧＮＤが生成される。
【００６９】
この図４に示す電源構成においては、外部電源電圧ＥＸＶｃｃ１は、電源電圧Ｖｃｃ１およびＶｃｃ２が生成される。特に、電源電圧Ｖｃｃ２を、昇圧回路１０を用いて生成することにより、所望の電圧レベルの電源電圧Ｖｃｃ２を生成することができる。この半導体装置内部に設けられた昇圧回路１０で電源電圧Ｖｃｃ２を生成することにより、外部から常時この電源電圧Ｖｃｃ２に対応する電圧を供給する必要がなく、半導体装置が適用されるシステムの電源の要求が緩和される。昇圧回路１０は、たとえば、キャパシタのチャージポンプ動作を利用するチャージポンプ回路で構成される。
【００７０】
この昇圧回路１０を利用して電源電圧Ｖｃｃ２を生成することにより、電源電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルを最適電圧レベルに設定することができる。これにより、スタンドバイ時においてハイ側の電源スイッチ回路のＭＩＳトランジスタを、確実により深いオフ状態に設定してオフリーク電流を低減することができ、また、アクティブ動作時において、ロー側電源スイッチ回路のＭＩＳトランジスタをより深いオン状態に設定して接地線のインピーダンスを低減して接地電圧を確実に安定化することができる。
【００７１】
図５は、電源電圧Ｖｃｃ１およびＶｃｃ２を発生する回路のさらに他の構成を概略的に示す図である。この図５に示す構成においては、電源ノード４から与えられる外部電源電圧ＥＸＶｃｃ２により内部電源電圧Ｖｃｃ２が生成され、制御回路５へ、動作電源電圧として与えられる。この内部電源電圧Ｖｃｃ２は、降圧回路１２により降圧されて、電源電圧Ｖｃｃ１が生成される。内部機能回路６へは、この降圧回路１２からの電源電圧Ｖｃｃ１が供給される。制御回路５は、先の図３および４に示す構成と同様、振幅がＶｃｃ２のスイッチ制御信号φおよび／φを生成する。
【００７２】
接地ノード７に与えられる外部からの接地電圧ＥＸＧＮＤに従って接地電圧ＧＮＤが生成され、制御回路５および内部機能回路６へ与えられる。
【００７３】
降圧回路１２を用いて、内部機能回路６に対する電源電圧Ｖｃｃ１を生成することにより、システムの電源として、外部電源電圧ＥＸＶｃｃ２が利用できる場合に、内部で、所望の電圧レベルの電源電圧Ｖｃｃ１を生成して、内部機能回路６へ与えることができる。この場合、内部機能回路６の動作条件に応じた最適なレベルに電源電圧Ｖｃｃ１を設定することができる。
【００７４】
［変更例１］
図６は、この発明の実施の形態１の変更例１に従う半導体装置の構成を示す図である。この図６に示す構成においては、スイッチ制御信号φおよび／φを生成する制御回路５において、モード指示信号φＦＢを受けるレベル変換機能付反転回路ＣＴＬ１と、このレベル変換機能付反転回路ＣＴＬ１の出力信号を受けてスイッチ制御信号／φを生成するＣＭＯＳインバータＣＴＬ２が設けられる。
【００７５】
レベル変換機能付反転回路ＣＴＬ１およびＣＭＯＳインバータＣＴＬ２へは、電源電圧Ｖｃｃ２と負電圧ＶＢＢが動作電源電圧として与えられる。したがって、スイッチ制御信号φおよび／φは、電圧Ｖｃｃ２と負電圧ＶＢＢの間で変化する。
【００７６】
負電圧ＶＢＢは、電源電圧Ｖｃｃ２を受けて、たとえばチャージポンプ動作により負電圧ＶＢＢを発生するＶＢＢ発生回路１５から生成される。電源電圧Ｖｃｃ２は、電源ノード２へ与えられる外部電源電圧ＥＸＶｃｃ２により生成される。
【００７７】
この図６に示す内部機能回路６の構成は、図１に示す構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００７８】
図７は、図６に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。以下、図７を参照して、この図６に示す半導体装置の動作について説明する。
【００７９】
ＶＢＢ発生回路１５は、電源電圧Ｖｃｃ２から、負電圧ＶＢＢを生成する。スタンドバイサイクル時においては、モード指示信号φＦＢは、Ｈレベルであり、レベル変換機能付反転回路ＣＴＬ１の出力するスイッチ制御信号φは、負電圧ＶＢＢレベルであり、一方、ＣＭＯＳインバータＣＴＬ２からのスイッチ制御信号／φは、電源電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルである。電源スイッチ回路ＳＷ２において、ＭＩＳトランジスタＮＱはゲートに負電圧ＶＢＢを受け、ゲート−ソース間が、深い逆バイアス状態となり、オフリーク電流を十分に抑制する。電源スイッチ回路ＳＷ１においては、ＭＩＳトランジスタＰＱが、ゲートに、ソース電圧Ｖｃｃ１よりも高い電源電圧Ｖｃｃ２を受けて深いオフ状態にある。したがって、スタンドバイサイクル時において、確実に、電源スイッチ回路ＳＷ１およびＷ２のオフリーク電流を低減でき、応じて、ＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４におけるゲートトンネル電流およびオフリーク電流を低減することができ、スタンドバイサイクル時の消費電流を低減することができる。
【００８０】
アクティブサイクル時においては、モード指示信号φＦＢがＬレベルとなり、レベル変換機能付反転回路ＣＴＬ１の出力するスイッチ制御信号φが電源電圧Ｖｃｃ２レベル、ＣＭＯＳインバータＣＴＬ２からのスイッチ制御信号／φが負電圧ＶＢＢレベルとなる。したがって、電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２において、ＭＩＳトランジスタＰＱおよびＮＱが深いオン状態となり、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶを、確実に、それぞれ電源電圧Ｖｃｃ１および接地電圧ＧＮＤレベルに固定し、これらのＣＭＯＳインバータＩＶ１−ＩＶ４を安定に動作させる。
【００８１】
また、スタンドバイサイクルからアクティブサイクル移行時において、高速で、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶの電圧レベルを安定化させて、安定に論理回路を動作させることができる。
【００８２】
なお、電源電圧Ｖｃｃ１は、電源電圧Ｖｃｃ２を降圧して生成されてもよく、また外部から与えられてもよい。
【００８３】
以上のように、この発明の実施の形態１に従えば、擬似電源供給線と電源供給ノードの間の電源スイッチトランジスタの制御信号の振幅を、擬似電源供給線の電圧を動作電源電圧として受ける論理回路の入力信号振幅よりも大きくしている。従って、スタンドバイ時電源スイッチ回路をより深いオフ状態に設定することができ、スタンドバイ時のリーク電流を低減でき、またアクティブサイクル時においては電源スイッチ回路を深いオン状態に設定することができ、確実に擬似電源供給線を所定電圧レベルに固定して、電源ノイズを低減でき、安定に、論理回路を動作させることができる。
【００８４】
ここで、擬似電源供給線は、擬似電源線および擬似接地線を包括的に示し、第１の電源ノードに対応する。電源供給ノードは、内部電源ノードに対応する。
【００８５】
［実施の形態２］
図８は、この発明の実施の形態２に従う半導体装置の構成を示す図である。この図８に示す半導体装置においては、図１に示す半導体装置の構成に加えて、さらに、擬似電源線ＶＣＣＶと電源電圧Ｖｃｃ１を受ける電源ノードの間に、電源スイッチ回路ＳＷ３が設けられ、擬似接地線ＧＮＤＶと接地ノードの間に、電源スイッチ回路ＳＷ４が設けられる。
【００８６】
電源スイッチ回路ＳＷ３は、電源電圧Ｖｃｃ１を受ける電源ノードと擬似電源線ＶＣＣＶの間に接続されかつそのゲートに、スイッチ制御信号φを受け、かつそのバックゲートが接地ノードに接続されるＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＱ１で構成される。このＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＱ１は、ゲート絶縁膜膜厚がＴｏｘ２である。
【００８７】
電源スイッチ回路ＳＷ４は、擬似接地線ＧＮＤＶと接地ノードの間に接続されかつそのゲートにＣＭＯＳインバータＣＴＬからの補のスイッチ制御信号／φを受け、かつそのバックゲートが、電源電圧Ｖｃｃ２を供給する電源ノードに接続されるＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＱ１で構成される。このＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＱ１は、ゲート絶縁膜膜厚が、Ｔｏｘ２である。
【００８８】
この図８に示す半導体装置において、ゲート絶縁膜膜厚Ｔｏｘ１を有するＭＩＳトランジスタは、そのしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ１が、たとえば０．２Ｖであり、またゲート絶縁膜膜厚がＴｏｘ２であるＭＩＳトランジスタは、そのしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ２が、０．５Ｖに設定される。電源電圧Ｖｃｃ１は、１．０Ｖであり、電源電圧Ｖｃｃ２は、２．５Ｖである。
【００８９】
この図８に示す半導体装置の他の構成は、図１に示す半導体装置の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００９０】
スタンドバイサイクル時においては、図１に示す半導体装置の場合と同様、スイッチ制御信号φは、接地電圧ＧＮＤレベルである。この状態において、ＣＭＯＳインバータＣＴＬからのスイッチ制御信号／φは電源電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルである。したがって、電源スイッチ回路ＳＷ１においては、ＭＩＳトランジスタＰＱは、深いオフ状態である。電源スイッチ回路ＳＷ３においても、ＭＩＳトランジスタＮＱ１は、スイッチ制御信号φに従ってオフ状態である。ＭＩＳトランジスタＮＱ１は、ゲート絶縁膜膜厚が、Ｔｏｘ２であり、またしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ２が０．５Ｖであり、十分にオフリーク電流を抑制する。
【００９１】
また、電源スイッチ回路ＳＷ２およびＳＷ４においても、ＭＩＳトランジスタＮＱおよびＰＱ１はともにオフ状態である。これらは、しきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ２が０．５Ｖであり、ゲート−ソース間電圧が０Ｖであっても、十分にオフリーク電流を抑制することができる。
【００９２】
アクティブサイクルが始まると、スイッチ制御信号φが電源電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルに立上がり、ＣＭＯＳインバータＣＴＬからのスイッチ制御信号／φが接地電圧レベルに低下する。この状態において、電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ３において、ＭＩＳトランジスタＰＱおよびＮＱ１がともにオン状態となる。ＭＩＳトランジスタＰＱは、そのゲート−ソース間電圧が、＋１．０Ｖである。一方、電源スイッチ回路ＳＷ３において、ＭＩＳトランジスタＮＱ１のゲート−ソース間電圧は、１．５Ｖである。したがって、このＭＩＳトランジスタＮＱ１のオン抵抗は、ＭＩＳトランジスタＰＱのオン抵抗よりも低くすることができ、アクティブサイクル時、確実に、擬似電源線ＶＣＣＶを強化して、擬似電源線ＶＣＣＶを電源電圧Ｖｃｃ１に固定することができ、電源ノイズを抑制することができる。
【００９３】
擬似接地線ＧＮＤＶにおいても、電源スイッチ回路ＳＷ２において、ＭＩＳトランジスタＮＱは、ゲート−ソース間電圧が、２．５Ｖとなり、擬似接地線ＧＮＤＶを確実に、接地電圧レベルに固定する。この場合、電源スイッチ回路ＳＷ４において、ＭＩＳトランジスタＰＱ１は、ゲートに接地電圧ＧＮＤを受けており、この擬似接地線ＧＮＤＶの電圧レベルを、そのしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ２（＝０．５Ｖ）の電圧レベルにクランプする。擬似接地線ＧＮＤＶの電圧レベルが、そのしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ２を超えると、ＭＩＳトランジスタＰＱ１が導通し、擬似接地線ＧＮＤＶを接地電圧ＧＮＤレベルへ放電する。これにより、擬似接地線ＧＮＤＶにおいて大きなノイズが発生するのを防止することができる。
【００９４】
なお、スイッチ制御信号φが、電源電圧Ｖｃｃ２と負電圧ＶＢＢの間で変化する信号であってもよい。この場合、ＣＭＯＳインバータＣＴＬに対して負電圧ＶＢＢがロー側電源電圧として供給される。より一層、スタンドバイ時の電源供給線のオフリーク電流を低減することができ、またアクティブサイクル時の擬似電源供給線を強化することができる。
【００９５】
［変更例］
図９は、この発明の実施の形態２の変更例の構成を示す図である。この図９においては、擬似電源線ＶＣＣＶに対し電源スイッチ回路ＳＷ３が設けられ、擬似接地線ＧＮＤＶに、電源スイッチ回路ＳＷ２が設けられる。この図９において、図８に示す電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ４は設けられない。したがって、スイッチ制御信号φを反転するＣＭＯＳインバータＣＴＬが設けられない。この図９に示す半導体装置の他の構成は、図８に示す半導体装置の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【００９６】
この図９に示す半導体装置において、スタンドバイサイクル時においては、スイッチ制御信号φは、接地電圧レベルであり、電源スイッチ回路ＳＷ２において、ＭＩＳトランジスタＮＱは、オフ状態である。一方、電源スイッチ回路ＳＷ３において、ＭＩＳトランジスタＮＱ１は、そのゲート−ソース間電圧が、−１．０Ｖであり（Ｖｃｃ１が１．０Ｖ）、深いオフ状態となり、擬似電源線ＶＣＣＶを電源ノードから強く分離し、スタンドバイサイクル時のリーク電流を抑制する。
【００９７】
アクティブサイクル時においては、スイッチ制御信号φは、電源電圧ＶＣＣ２（２．５Ｖ）の電圧レベルに上昇する。ＰチャネルＭＩＳトランジスタを単独で電源スイッチ回路において用いた場合、アクティブサイクル時において、そのゲート−ソース間電圧が、−１．０Ｖとなり、しきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ２が０．５Ｖの時には、この電源スイッチ回路のＰチャネルＭＩＳトランジスタの駆動電流が、不充分となる場合が生じることが考えられる。しかしながら、電源スイッチ回路ＳＷ３において、ＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＱ１を用いることにより、電源スイッチ回路ＳＷ３において、ＭＩＳトランジスタＮＱ１は、ゲート−ソース間電圧が、１．５Ｖとなる。しきい値電圧が、Ｖｔｈ２＝０．５Ｖであっても、ＭＩＳトランジスタＮＱ１は、十分に、１．０Ｖの電源電圧Ｖｃｃ１を、擬似電源線ＶＣＣＶへ、より大きな電流駆動力で伝達することができる。
【００９８】
また、ＰチャネルＭＩＳトランジスタを電源回路のスイッチングトランジスタとして利用する場合に比べて、電荷の移動度の高いＮチャネルＭＩＳトランジスタを用いることにより、小占有面積で、安定に擬似電源線ＶＣＣＶに電源電圧Ｖｃｃ１を供給することができる。
【００９９】
また、電源制御のために相補のスイッチ制御信号を生成する必要がなく、電源制御の回路のレイアウト面積が低減される。
【０１００】
また、電源スイッチ回路ＳＷ２においても、ＭＩＳトランジスタＮＱは、そのゲート−ソース間電圧が、２．５Ｖ（＝Ｖｃｃ２）であり、確実に、擬似接地線ＧＮＤＶを、接地電圧ＧＮＤレベルに保持することができる。これにより、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶを所定の電圧レベルに確実に固定することができ、安定にインバータＩＶ１−ＩＶ４を動作させることができる。
【０１０１】
なお、スイッチ制御信号φが負電圧ＶＢＢと電源電圧Ｖｃｃ２の間で変化する場合、ＰチャネルＭＩＳトランジスタをハイ側およびロー側の電源スイッチ回路として用いてもよい。スタンドバイ時のオフリーク電流の低減とアクティブサイクル時の電源の安定化を実現することができる。
【０１０２】
なお、電源電圧Ｖｃｃ１およびＶｃｃ２は、実施の形態１と同様、外部から与えられてもよく、または内部で生成されてもよい。
【０１０３】
以上のように、この発明の実施の形態２に従えば、電源スイッチ回路において、そのゲートに、論理回路の電源電圧よりも大きな振幅の制御信号を受けるＮチャネルＭＩＳトランジスタを配置しており、電源電圧は安定に擬似電源線にアクティブサイクル時供給することができ、安定に論理回路を動作させることができる。
【０１０４】
［実施の形態３］
図１０は、この発明の実施の形態３に従う半導体装置の構成を示す図である。この図１０に示す半導体装置の構成は、図１に示す半導体装置と以下の点においてその構成が異なっている。すなわち、電源スイッチ回路ＳＷ１を構成するＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＱ３１のチャネルドープ量が、ＣＭＯＳインバータＩＶ１−ＩＶ４に含まれるＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＴのチャネルドープ量と等しくされる。ＭＩＳトランジスタＰＱ３１およびＰＴのゲート絶縁膜の膜厚は、実施の形態１と同様、それぞれ、Ｔｏｘ２およびＴｏｘ１である。
【０１０５】
また、電源スイッチ回路ＳＷ２を構成するＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＱ３１のチャネルドープ量は、ＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４に含まれるＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＴのチャネルドープ量と同じである。これらのＭＩＳトランジスタＮＴおよびＮＱ３１のゲート絶縁膜膜厚は、実施の形態１と同様、それぞれ、Ｔｏｘ１およびＴｏｘ２である。この図１０に示す半導体装置の他の構成は、図１に示す半導体装置の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１０６】
ＭＩＳトランジスタにおいては、しきい値電圧を調整するために、チャネル領域に不純物注入が行なわれる。この不純物領域に注入される不純物量、すなわちチャネルドープ量が同じ場合、ゲート絶縁膜の膜厚が厚ければ、そのしきい値電圧の絶対値は大きくなる。したがって、ＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＱ３１のしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ２は、ＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＴのしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ１よりも大きくなり、またＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＱ３１のしきい値電圧は、ＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＴのしきい値電圧よりも高くなる。これらのＭＩＳトランジスタＰＱ３１およびＮＱ３１のしきい値電圧の絶対値は、たとえば０．５Ｖであり、ＭＩＳトランジスタＰＴおよびＮＴのしきい値電圧の絶対値は、たとえば０．２Ｖである。
【０１０７】
したがって、この電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２において、ＭＩＳトランジスタＰＱ３１およびＮＱ３１のしきい値電圧の絶対値は高くなるため、オフ状態時のサブスレッショルド電流を低減することができ、スタンドバイ状態時におけるリーク電流をより低減することができる。単に２種類のゲート絶縁膜膜厚Ｔｏｘ１およびＴｏｘ２を有するＭＩＳトランジスタを生成するために、いわゆる「デュアルゲート絶縁膜プロセス」を行なうだけで、これらの電源切替え用のＭＩＳトランジスタと論理回路を構成するＭＩＳトランジスタのしきい値電圧を変更することができる。ここで、「デュアルゲート絶縁膜プロセス」は、同一膜厚ののゲート絶縁膜を形成した後、マスクを用いて選択的に厚いゲート絶縁膜を形成することにより、２種類のゲート絶縁膜膜厚を生成するプロセスである。
【０１０８】
以上のように、電源スイッチ回路のＭＩＳトランジスタのチャネルドープ量を、論理ゲート回路の同一導電型のＭＩＳトランジスタ（ＰＴ，ＮＴ）のチャネルドープ量と同じにし、また電源スイッチ回路のＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜膜厚を、論理ゲート回路のＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜膜厚よりも厚くしている。従って、容易に、電源スイッチ回路のＭＩＳトランジスタのしきい値電圧の絶対値を論理ゲート回路のＭＩＳトランジスタのそれよりも大きくすることができ、スタンドバイ状態時におけるリーク電流（サブスレッショルド電流およびゲートトンネル電流）を製造プロセスを複雑化させることなく容易に低減することができる。
【０１０９】
［変更例１］
図１１は、この発明の実施の形態３に従う半導体装置の変更例１の構成を示す図である。この図１１に示す半導体装置は、以下の点が、図１に示す半導体装置と異なっている。すなわち、電源スイッチ回路ＳＷ１において、ＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＱ２２のチャネル長Ｌｐ２が、ＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４に含まれるＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＴのチャネル長Ｌｐ１の最大値Ｌｐ１（ｍａｘ）よりも大きくされる。
【０１１０】
また、電源スイッチ回路ＳＷ２において、ＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＱ３２のチャネル長Ｌｎ２は、ＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４のＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＴのチャネル長Ｌｎ１の最大値Ｌｎ１（ｍａｘ）よりも長くされる。
【０１１１】
この図１１に示す半導体装置の他の構成は、図１に示す半導体装置の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１１２】
ＭＩＳトランジスタにおいて、しきい値電圧は、所定のドレイン電圧印加条件下で、所定の大きさのドレイン電流を供給するゲート−ソース間電圧であると定義される。チャネル長が、長くなった場合、ＭＩＳトランジスタにおいては、電流供給力が小さくされ、したがって、そのしきい値電圧の絶対値が大きくなる。すなわち、ＭＩＳトランジスタＰＱ３２およびＮＱ３２を、それぞれＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４のＭＩＳトランジスタＰＴおよびＮＴの最大チャネル長ＬＰ１（ｍａｘ）およびＬＮ１（ｍａｘ）よりも長い値に設定すると、これらの電源スイッチ用ＭＩＳトランジスタＰＱ３２およびＮＱ３２のしきい値電圧の絶対値が、論理回路のＭＩＳトランジスタＰＴおよびＮＴのしきい値電圧の絶対値よりも大きくなる。
【０１１３】
しきい値電圧の絶対値が大きくなった場合、オフ状態時のリーク電流、すなわちサブスレッショルド電流を低減することができる。したがって、単にチャネル長を変更するだけで、製造工程を何ら複雑化することなく、電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２のオフリーク電流を低減することができ、応じて、論理回路のリーク電流（ゲートトンネル電流およびサブスレショルド電流）を低減することができ、スタンドバイ状態時の消費電流を低減することができる。
【０１１４】
［変更例２］
図１２は、この発明の実施の形態３の変更例２の構成を示す図である。この図１２に示す半導体装置は、以下の点が、図１に示す半導体装置とその構成が異なっている。すなわち、電源スイッチ回路ＳＷ１において、ＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＱ３３のチャネルドープ量が、ＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４に含まれるＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＴのチャネルドープ量と異なる。この場合、ＭＩＳトランジスタＰＱ３３のしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ２が、ＭＩＳトランジスタＰＴの、しきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ１よりも大きくされる。
【０１１５】
電源スイッチ回路ＳＷ２において、ＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＱ３３のチャネルドープ量が、ＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４のＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＴのチャネルドープ量と異ならせる。この場合においても、ＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＱ３３のしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ２が、ＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＴのしきい値電圧Ｖｔｈ１よりも大きくされる。
【０１１６】
しきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ１は例えば、０．２Ｖであり、しきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ２は、例えば、０．５Ｖである。
【０１１７】
このチャネルドープ量を異ならせる場合、ＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＱ３３およびＰＴにおいて、Ｎ型基板領域に対し、リン（Ｐ）などのＮ型不純物注入を行なう場合、ＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＱ３３のチャネルドープ量が、ＭＩＳトランジスタＰＴのチャネルドープ量よりも多くされる。ＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＱ３３およびＰＴのＮ型基板領域にボロン（Ｂｒ）などのＰ型不純物を注入する場合、このＭＩＳトランジスタＰＱ３３のチャネルドープ量が、ＭＩＳトランジスタＰＴのチャネルドープ量よりも少なくされる。これにより、ＭＩＳトランジスタＰＱ３３のしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ２を、ＭＩＳトランジスタＰＴのしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ１よりも高くすることができる。
【０１１８】
ＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＱ３３およびＮＴについても、同様、Ｐ型基板領域に対し、Ｎ型不純物をチャネルドープする場合、ＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＱ３３のチャネルドープ量が、ＭＩＳトランジスタＮＴのチャネルドープ量よりも少なくされる。Ｐ型基板領域に対し、Ｐ型不純物をドープしてしきい値電圧を調整する場合、ＭＩＳトランジスタＮＱ３３のチャネルドープ量が、ＭＩＳトランジスタＮＴのチャネルドープ量よりも多くされる。これにより、ＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＱ３３のしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ２が、ＭＩＳトランジスタＮＴのしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ１よりも大きくされる。
【０１１９】
この場合、チャネルドープ量は、ＭＩＳトランジスタＰＱ３３およびＮＱ３３のしきい値電圧の絶対値を大きくすることにより、スタンドバイ状態時におけるＭＩＳトランジスタＰＱ３３およびＮＱ３３のオフリーク電流を低減することができ、応じてスタンドバイ状態時の消費電流を低減することができる。
【０１２０】
チャネルドープ量を、電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２のＭＩＳトランジスタＰＱ３３およびＮＱ３３と、論理ゲート回路を構成するＣＭＯＳインバータＩＶ１からＩＶ４のＭＩＳトランジスタＰＴおよびＮＴとで異ならせるだけであり、製造工程を複雑化することなく、容易にスタンドバイ状態時のオフリーク電流を低減でき、応じて消費電流を低減することができる。
【０１２１】
なお、図１０から図１２に示す構成において、アクティブサイクル時において、電源スイッチ回路ＳＷ１は、スイッチ制御信号／φが接地電圧レベルである。したがって、電源電圧Ｖｃｃ１が電源スイッチ回路ＳＷ１に含まれるＭＩＳトランジスタＰＱ３１、ＰＱ３２およびＰＱ３３のしきい値電圧の絶対値Ｖｔｈ２よりも高い電圧レベルであれば、擬似電源線ＶＣＣＶに、確実に、電圧Ｖｃｃ１を伝達することができる。
【０１２２】
同様、電源スイッチ回路ＳＷ２においても、スイッチ制御信号φは、電圧Ｖｃｃ２レベルであり、電源電圧Ｖｃｃ１よりも高い電圧レベルである。したがって、Ｖｃｃ２＞Ｖｔｈ２の条件は、確実に満たされ、擬似接地線ＧＮＤＶは、安定に接地電圧ＧＮＤレベルに維持される。
【０１２３】
なお、この実施の形態３においても、スイッチ制御信号φおよび／φが、負電圧と電源電圧Ｖｃｃ２の間で変化する信号であってもよい。
【０１２４】
また、電源電圧Ｖｃｃ１およびＶｃｃ２の発生態様としては、実施の形態１と同様に、外部および内部のいずれで生成する構成が用いられてもよい。
【０１２５】
以上のように、この発明の実施の形態３に従えば、電源スイッチ回路を構成する膜厚の厚いＭＩＳトランジスタのしきい値電圧を、そのチャネルドープ量、またはチャネル長を調整して論理ゲート回路を構成するＭＩＳトランジスタのしきい値電圧の絶対値よりも大きくしており、スタンドバイ状態時の電源スイッチ回路のオフリーク電流を低減することができ、スタンドバイ時の低消費電流を、製造プロセスを複雑化することなく低減することができる。
【０１２６】
［実施の形態４］
図１３は、この発明の実施の形態４に従う半導体装置の構成を示す図である。この半導体装置の構成においては、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶ上の電圧を動作電源電圧として受ける論理ゲート回路２０が設けられる。この論理ゲート回路２０は、これまでの実施の形態１から３と同様、１例として、４段の縦続接続されるＣＭＯＳインバータで構成される。その構成要素のＰチャネルＭＩＳトランジスタおよびＮチャネルＭＩＳトランジスタは、ゲート絶縁膜の膜厚が、Ｔｏｘ１である。
【０１２７】
擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶに対し、それぞれ電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２が設けられる。これらの電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２は、それぞれ、ゲート絶縁膜の膜厚がＴｏｘ２のＰチャネルＭＩＳトランジスタおよびＮチャネルＭＩＳトランジスタで構成される。
【０１２８】
これらの電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２のオン／オフ状態を設定するために、モード指示信号ＭＯＤに従ってスイッチ制御信号φを生成する電源制御回路２５と、この電源制御回路２５の出力するスイッチ制御信号φを反転して補のスイッチ制御信号／φを生成するＣＭＯＳインバータＣＴＬが設けられる。電源制御回路２５およびＣＭＯＳインバータＣＴＬは、電源電圧Ｖｃｃ２を動作電源電圧として受ける。電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２は、それぞれ、導通時、電源電圧Ｖｃｃ１および接地電圧を、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶに伝達する。
【０１２９】
ロンリーと回路２０に対する入力信号Ｓは、振幅がＶｃｃ１である。
この半導体装置においては、入力信号Ｓに従って論理ゲート回路２０が処理を実行するアクティブサイクルと、この論理ゲート回路２０が、次の処理を待つスタンドバイサイクルと、長期にわたって処理が停止されるスリープモードとが準備される。アクティブサイクルとスタンドバイサイクルは、この半導体装置を含むシステムにおいて処理が実行されており、半導体装置が論理処理動作可能な期間であり、これらのアクティブサイクルとスタンドバイサイクルとを合せて、ノーマルモードと以下称する。電源制御回路２５は、このモード指示信号ＭＯＤに従って、スイッチ制御信号φの状態を設定する。
【０１３０】
図１４は、図１３に示す電源制御回路２５の動作を示すタイミング図である。図１４においては、論理ゲート回路２０へ与えられる入力信号Ｓの状態も併せて示す。この入力信号Ｓは、アクティブサイクル時において、その状態が確定し、スタンドバイサイクル時およびスリープモード時その状態は不定である。
【０１３１】
アクティブサイクル時においては、電源制御回路２５は、モード指示信号に従ってスイッチ制御信号φを、電源電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルに設定する。ＣＭＯＳインバータＣＴＬからの補のスイッチ制御信号／φは、接地電圧レベルである。したがって、アクティブサイクル時においては、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶには、それぞれ、電源電圧Ｖｃｃ１および接地電圧が伝達される。
【０１３２】
スタンドバイサイクル時およびスリープモード時においては、電源制御回路２５は、スイッチ制御信号φを接地電圧レベルに設定する。応じて、ＣＭＯＳインバータＣＴＬからのスイッチ制御信号／φが、電圧Ｖｃｃ２のレベルに設定される。したがって、電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２は、オフ状態にあり、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶが、それぞれ電源ノードおよび接地ノードから分離される。
【０１３３】
この図１４に示す動作タイミング図においては、論理ゲート回路２０が実際に入力信号Ｓに対し、処理を実行するアクティブサイクル時のみ、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶがそれぞれ電源ノードおよび接地ノードに結合される。この図１４に示すスイッチ制御信号の制御の場合、アクティブサイクルのみ、電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２が動作状態となって、論理ゲート回路２０に対して動作電流を供給する。したがって、この電源制御回路２５における制御が容易となり、また必要期間のみ動作電流が論理ゲート回路２０に供給されるため、消費電流を低減することができる。
【０１３４】
図１５は、図１３に示すモード指示信号ＭＯＤおよびスイッチ制御信号φを発生する部分の構成を概略的に示す図である。図１５において、モード指示信号発生部は、外部からの制御信号ＥＸＳＩＧを受けて各種動作モードを指示する制御信号を生成する制御回路３０を含む。
【０１３５】
この制御回路３０において、外部制御信号ＥＸＳＩＧに従って、指定された動作モードを指示するモード指示信号を生成するモード検出回路３２が設けられる。図１５においては、アクティブサイクルが指定されたときのアクティブサイクル指示信号ＡＣＴとスリープモードが指定されたときのスリープモード指示信号ＳＬＰを、代表的に、このモード検出回路３２が生成する動作モード指示信号として示す。
【０１３６】
電源制御回路２５は、このモード検出回路３２からのアクティブサイクル指示信号ＡＣＴを、モード指示信号ＭＯＤとして受けてバッファ処理してスイッチ制御信号φを生成するバッファ回路２６を含む。
【０１３７】
アクティブサイクル指示信号ＡＣＴは、この半導体装置がアクティブサイクルのある間Ｈレベルとなり、応じてスイッチ制御信号φがＨレベルとなる。スタンドバイサイクル時においては、このアクティブサイクル指示信号ＡＣＴがＬレベルとなり、応じて、スイッチ制御信号φがＬレベルとなる。
【０１３８】
スリープモード時においては、この半導体装置において、内部動作は停止状態にあり、アクティブサイクル指示信号ＡＣＴはＬレベルであり、応じてスイッチ制御信号φもＬレベルとなる。スリープモード指示信号ＳＬＰは、図示しない回路部分の動作を制御するために利用される。このスリープモード指示信号ＳＬＰが、たとえば、スリープモード時、内部ノードを所定電位に固定するために用いられてもよく、また特定の図示しない内部回路をリセット状態に維持するために用いられてもよい。
【０１３９】
なお、このモード検出回路３２は、外部からの制御信号ＥＸＳＩＧに従って、モード指示信号ＡＣＴおよびＳＬＰを生成している。しかしながら、この半導体装置内部に設けられたカウンタがカウント動作を行い、所定期間信号処理が行なわれない場合に、タイマ出力に従ってスリープモードが指定される場合、このモード検出回路３２へは、外部制御信号ではなくこのタイマからのスリープモード指示信号が与えられる。
【０１４０】
なお、アクティブサイクル指示信号ＡＣＴの反転信号ＺＡＣＴとスリープモード指示信号ＳＬＰの論理和をとった信号が、スイッチ制御信号φとして用いられてもよい。補のアクティブサイクル指示信号ＺＡＣＴはスタンドバイサイクル時にＨレベルとなる。この構成の場合、スリープモード時において、アクティブサイクル指示信号ＡＣＴが誤って活性化されても、電源スイッチ回路をオフ状態に維持することができる。
【０１４１】
なお、この半導体装置がＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）であり、スリープモード時においてセルフリフレッシュモードが設定され、所定の周期でメモリセルの記憶データのリフレッシュが行われる場合、リフレッシュ動作に関連する回路においては、リフレッシュ動作時にスイッチ制御信号φを活性化する。列系回路などのリフレッシュに関係しない回路においては、スリープモード時において、スイッチ制御信号φに従って電源スイッチ回路がオフ状態に維持される。アクティブサイクル指示信号ＡＣＴとして、アレイ活性化信号を用いて、行系回路に対して配置された電源スイッチ回路に対するスイッチ制御信号を生成する。これにより、セルフリフレッシュモード時においてリフレッシュ実行時、リフレッシュ系回路（行系回路）に対して安定に電源電圧を供給することができる。
【０１４２】
なお、この制御回路３０が動作電源電圧として、電源電圧Ｖｃｃ１を受けている場合には、電源制御回路２５は、このモード検出回路３２からの振幅Ｖｃｃ１の信号を、振幅Ｖｃｃ２の信号に変換するためのレベル変換機能を備える。
【０１４３】
スリープモードからノーマルモード移行時のモード切替え時においては、スリープモード完了後所定の時間が経過するまで、アクティブサイクルに移行することは、禁止される。この所定時間は仕様で定められる。従って、通常は、スリープモードからアクティブサイクルへの移行時には、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶは、十分に所定の電圧レベルに駆動することができる。
【０１４４】
この半導体装置が高周波で動作する場合、アクティブサイクルとスタンドバイサイクルが高速で切換えられる場合がある。ゲート絶縁膜の厚いＭＩＳトランジスタを電源スイッチ回路に利用した場合、十分に、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶを、ノーマルモード時においてスタンドバイサイクルからアクティブサイクル移行時に、所定の電圧レベルに駆動することができない場合が生じる可能性がある。したがって、この図１４に示すスイッチ制御方法は、この半導体装置が低周波で動作する場合に有効である。
【０１４５】
［変更例１］
図１６は、この発明の実施の形態４に従う半導体装置の変更例１の構成を示す図である。この図１６に示す半導体装置は、図１３に示す半導体装置と、以下の点でその構成が異なっている。スイッチ制御信号φを生成する電源制御回路３５は、電源電圧Ｖｃｃ１を動作電源電圧として受ける。この電源制御回路３５は、アクティブサイクル指示信号ＡＣＴに従って電圧Ｖｃｃ１と接地電圧との間で変化するスイッチ制御信号φを生成する。また、補のスイッチ制御信号／φ１を生成するＣＭＯＳインバータＣＴＬへは、電源選択回路３７を介して、電源電圧Ｖｃｃ１およびＶｃｃ２の一方が動作電源電圧として与えられる。この電源選択回路３７は、スリープモード指示信号ＳＬＰに従って、電源電圧の選択動作を行なう。スリープモード指示信号ＳＬＰは、図１５に示すモード検出回路３２から生成され、振幅Ｖｃｃ２を有し、スリープモード時に活性状態となる。電源選択回路３７は、スリープモード指示信号ＳＬＰが、スリープモードを指示する時には電源電圧Ｖｃｃ２を選択し、そうでないときには電源電圧Ｖｃｃ１を選択する。
【０１４６】
図１６に示す半導体装置の他の構成は、図１３に示す半導体装置と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１４７】
図１７は、図１６に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。以下、図１７に示すタイミング図を参照して、図１６に示す半導体装置の動作について説明する。
【０１４８】
この半導体装置は、動作モードとしてノーマルモードとスリープモードとを有する。ノーマルモードは、この論理ゲート回路２０が、入力信号Ｓに従って処理を実行するアクティブサイクルと、次の処理を待合わせるスタンドバイサイクルとを有する。
【０１４９】
電源制御回路３５は、アクティブサイクル指示信号ＡＣＴがＬレベル（非活性状態）のときには、スイッチ制御信号φを接地電圧レベルに設定する。このノーマルモード時においては、スリープモード指示信号ＳＬＰはＬレベルの非活性状態であり、電源選択回路３７は、電源電圧Ｖｃｃ１を選択してＣＭＯＳインバータＣＴＬへ電源電圧として供給する。したがって、このノーマルモードのスタンドバイ時、スイッチ制御信号／φは、電圧Ｖｃｃ１の電圧レベルであり、電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２は、非導通状態となる。
【０１５０】
アクティブサイクル時においては、電源制御回路３５は、アクティブサイクル指示信号ＡＣＴに従ってスイッチ制御信号φを電圧Ｖｃｃ１レベルに駆動する。応じて、電源スイッチ回路ＳＷ２が導通し、擬似接地線ＧＮＤＶが接地電圧レベルに維持される。一方、ＣＭＯＳインバータＣＴＬの出力する補のスイッチ制御信号／φは、接地電圧レベルとなり、電源スイッチ回路ＳＷ１がオン状態となり、擬似電源線ＶＣＣＶに電源電圧Ｖｃｃ１が伝達される。
【０１５１】
スリープモード時においては、アクティブサイクル指示信号ＡＣＴはＬレベルであり、電源制御回路３５は、スイッチ制御信号φを接地電圧レベルに設定する。このスリープモード指示信号ＳＬＰは、スリープモード時Ｈレベルであり、電源選択回路３７は、電源電圧Ｖｃｃ２を選択する。ＣＭＯＳインバータＣＴＬは、電源電圧Ｖｃｃ２を動作電源電圧として受ける。スイッチ制御信号φは接地電圧レベルであり、したがって補のスイッチ制御信号／φは、電源電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルとなる。これにより、電源スイッチ回路ＳＷ１が、スリープモード時、より深いオフ状態となり、電源スイッチ回路ＳＷ１のオフリーク電流が低減され、応じて、論理ゲート回路２０のオフリーク電流およびゲートトンネル電流が低減される。
【０１５２】
スイッチ制御信号φおよび／φの振幅がスリープモード時に異なる。しかしながら、スリープモード時において、スイッチ制御信号φはＬレベルであり、ＣＭＯＳインバータＣＴＬにおいては、ＰチャネルＭＩＳトランジスタがオン状態ＮチャネルＭＩＳトランジスタがオフ状態となるため、このＣＭＯＳインバータＣＴＬに対してはレベル変換機能は特に要求されない。スリープモード指示信号ＳＬＰが振幅Ｖｃｃ２の信号であり、電源選択回路３７において電源電圧Ｖｃｃ１およびＶｃｃ２の切替えが行われることが要求されるだけである。
【０１５３】
この電源選択回路３７においては、構成要素として、膜厚Ｔｏｘ２のゲート絶縁膜を有するＭＩＳトランジスタを用いる。ＣＭＯＳトランスミッションゲートを利用することによりＭＩＳトランジスタのしきい値電圧の損失を生じさせることなく、電源電圧Ｖｃｃ１およびＶｃｃ２を伝達することができる。
【０１５４】
ノーマルモード時においては、スイッチ制御信号φおよび／φは、振幅Ｖｃｃ１であり、高速で、その電圧レベルを変化させて、アクティブサイクルとスタンドバイサイクルとで電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２のオン状態／オフ状態を切換える。これにより、半導体装置が高速動作し、アクティブサイクルとスタンドバイサイクルが高速で切換えられる場合においても、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶそれぞれを、アクティブサイクル時、安定に、所定の電圧レベルに設定することができ、高速動作を保証することができる。
【０１５５】
スタンドバイサイクル時においては、電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２においてＭＩＳトランジスタのソース電圧トゲート電圧とが等しい電圧レベルに設定されるだけであり、ゲートリーク電流が若干大きくなる。しかしながら、スリープモード時において、電源スイッチ回路ＳＷ１を深いオフ状態に維持し、そのオフリーク電流を低減することにより、十分、要求される低消費電流を実現することができる。高速動作時において、ノーマルモードにおけるスタンドバイサイクルのデューティは小さく、このスタンドバイサイクルにおける消費電流は、実使用上、アクティブサイクル時の消費電流に較べて十分に小さくすることができる。特に、低消費電力性は、携帯機器などにおいては、データ保持モードなどにおいて要求されるため、このスリープモード時の消費電流を低減することにより、実使用時に要求される低消費電力性を十分に満たすことができる。
【０１５６】
［変更例２］
図１８は、この発明の実施の形態４の変更例２の構成を示す図である。この図１８に示す半導体装置は、図１３に示す半導体装置と以下の点が、その構成が異なっている。すなわち、電源制御回路４０は、スリープモード指示信号ＳＬＰに従ってスイッチ制御信号φを生成する。この電源制御回路４０は、電源電圧Ｖｃｃ２を動作電源電圧として受けており、したがって、スイッチ制御信号φは、先の図１３に示す構成と同様、振幅Ｖｃｃ２である。この図１８に示す半導体装置の他の構成は、図１３に示す半導体装置の構成と同じであり、対応する部分には同一の参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０１５７】
図１９は、図１８に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。以下、図１９を参照して、図１８に示す半導体装置の動作について説明する。
【０１５８】
電源制御回路４０は、ノーマルモード時においては、スリープモード指示信号ＳＬＰが非活性状態であり、スイッチ制御信号φを電圧Ｖｃｃ２のレベルに設定する。したがって、ＣＭＯＳインバータＣＴＬからの補のスイッチ制御信号／φは、接地電圧レベルである。応じて、電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２がオン状態となり、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶにそれぞれ電源電圧Ｖｃｃ１および接地電圧を供給する。
【０１５９】
したがって、ノーマルモード時においては、アクティブサイクルおよびスタンドバイサイクル両サイクルにおいて、電源制御回路４０は、スイッチ制御信号φを電源電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルに設定し、電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２を導通状態に設定する。したがって、この半導体装置を高周波動作させる場合においてアクティブサイクルとスタンドバイサイクルが高速で切換えられる場合においても、これらの擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶと電源ノードおよび接地ノードの接続の状態は変化しないため、高速で、論理ゲート回路２０を動作させることができる。
【０１６０】
スリープモード時においては、電源制御回路４０は、スリープモード指示信号ＳＬＰに従って、スイッチ制御信号φを接地電圧レベルに設定する。応じてＣＭＯＳインバータＣＴＬからの補のスイッチ制御信号／φが、電源電圧Ｖｃｃ２のレベルとなる。したがって、電源スイッチ回路ＳＷ１が、深いオフ状態となり、確実にそのオフリーク電流を低減できる。応じて、論理ゲート回路２０におけるゲートトンネルリーク電流およびオフリーク電流を低減することができる。
【０１６１】
これにより、高速動作性を損なうことなく、スリープモード時の消費電力を確実に低減することができる。
【０１６２】
図２０は、図１８に示す電源制御回路４０の構成の一例を示す図である。図２０において、電源制御回路４０は、スリープモード指示信号ＳＬＰを受けるレベル変換機能付き反転回路４１を含む。このレベル変換機能付き反転回路４１は、振幅Ｖｃｃ１のスリープモード指示信号ＳＬＰを、振幅Ｖｃｃ２のスイッチ制御信号φに変換する。このスリープモード指示信号ＳＬＰは、図１５に示すモード検出回路３２から与えられる。特に、このスリープモード指示信号ＳＬＰが、外部から直接与えられ、その活性化時電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルに設定される場合には、このレベル変換機能付き反転回路４１は、特に、レベル変換機能は要求されない。
【０１６３】
なお、アクティブサイクル、スタンドバイサイクルおよびスリープモードは、この半導体装置が、ＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）の場合には、それぞれ、アクティブサイクル、スタンドバイサイクル、およびセルフリフレッシュモードに対応する。したがって、スリープモード時において、たとえばＤＲＡＭにおいてデータ保持に関係しない部分に対する電源供給を停止するパワーダウンモードが設定されてもよい。この場合、実施の形態４における半導体装置は、データ保持に関連する回路部分に対応する。
【０１６４】
この論理ゲート回路２０がＤＲＡＭにおいて、行選択系の回路でありデータ保持に関連する回路の場合、メモリセルのデータのリフレッシュを実行する場合、スイッチ制御信号φをＨレベルに設定する必要がある。セルフリフレッシュモードにおいては高速動作は要求されないため、電源電圧Ｖｃｃ２のレベルのスイッチ制御信号φを接地電圧レベルに変化させる場合において、十分に時間的余裕をとることができ、また、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶを所定の電圧レベルに設定することができる。行系回路の電源制御回路に対して、スリープモード指示信号ＳＬＰとリフレッシュ実行を指示するリフレッシュ活性化信号とを合成した制御信号を与える。
【０１６５】
以上のように、この発明の実施の形態４に従えば、複数種類の振幅の電源スイッチ制御信号を準備し、動作状態に応じてこのスイッチ制御信号の振幅を切換えており、高速動作性を損なうことなく、低消費電流性能が要求される動作時の消費電流を確実に低減することができる。
【０１６６】
［実施の形態５］
図２１は、この発明の実施の形態５に従う半導体装置の全体の構成を概略的に示す図である。図２１において、半導体装置は、複数の回路ブロックＬＣＫ１−ＬＣＫｎを含む。これらの回路ブロックＬＣＫ１−ＬＣＫｎは、それぞれ実施する機能が異なる機能ブロックであってもよい。また、半導体記憶装置のように、１つのメモリアレイが複数のアレイブロックに分割される場合、各アレイブロックに対応して設けられる周辺回路ブロックであってもよい。この周辺回路ブロックとしては、ロウデコーダおよびローカル制御回路を含む。
【０１６７】
回路ブロックＬＣＫ１−ＬＣＫｎそれぞれに対応して、ハイレベル側電源スイッチ回路ＳＷ１１−ＳＷｎ１が設けられ、また、ローレベル側電源スイッチ回路ＳＷ１２−ＳＷｎ２が設けられる。これらの電源スイッチ回路ＳＷ１１…ＳＷｎ１およびＳＷ１２…ＳＷｎ２は、それぞれ、ゲート絶縁膜の膜厚がＴｏｘ２のＰおよびＮチャネルＭＩＳトランジスタで構成される。回路ブロックＬＣＫ１−ＬＣＫｎは、それぞれ、ゲート絶縁膜の膜厚がＴｏｘ１のＭＩＳトランジスタで構成される。
【０１６８】
電源スイッチ回路ＳＷ１１からＳＷｎ１それぞれに対応して、スイッチ制御信号／φ１から／φｎを生成するＣＭＯＳインバータＬＣＴＬ１からＬＣＴＬｎが設けられる。これらのＣＭＯＳインバータＬＣＴＬ１からＬＣＴＬｎへは、電源制御回路５０からのスイッチ制御信号φ１からφｎがそれぞれ与えられる。
【０１６９】
ＣＭＯＳインバータＬＣＴＬ１からＬＣＴＬｎそれぞれに対応して、スリープモード指示信号ＳＬＰに従って電源電圧Ｖｃｃ２およびＶｃｃ１の一方を選択する電源選択回路ＰＶＳ１からＰＶＳｎが設けられる。これらの電源選択回路ＰＶＳ１からＰＶＳｎは、スリープモード指示信号ＳＬＰの活性化時、電源電圧Ｖｃｃ２を選択する。スリープモード指示信号ＳＬＰが、非活性状態にありノーマルモードを示すときには、これらの電源選択回路ＰＶＳ１からＰＶＳｎは、電源電圧Ｖｃｃ１を選択する。電源スイッチ回路ＳＷ１１からＳＷｎ１へは、電源電圧Ｖｃｃ１が供給される。電源電圧Ｖｃｃ１およびＶｃｃ２の関係は、先の実施の形態１から４の半導体装置における電源電圧Ｖｃｃ１およびＶｃｃ２の関係と同じである。
【０１７０】
電源制御回路５０は、モード指示信号ＭＯＤと回路ブロック指定信号ＢＳとに従って、指定された回路ブロックに対するスイッチ制御信号φを活性状態（Ｈレベル）に設定する。電源制御回路５０は、電源電圧Ｖｃｃ１を動作電源電圧として受けており、これらのスイッチ制御信号φ１からφｎは、各々の振幅は、電源電圧Ｖｃｃ１に等しい。
【０１７１】
図２２は、図２１に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。以下、図２２を参照して、図２１に示す半導体装置の動作について説明する。ここで、図２２においては、回路ブロックＬＣＫｊ（ｊ＝１−ｎ）に対するスイッチ制御信号φｊおよび／φｊを代表的に示す。
【０１７２】
ノーマルモード時においては、スリープモード指示信号ＳＬＰは非活性状態であり、電源選択回路ＰＶＳ１からＰＶＳｎは、電源電圧Ｖｃｃ１を選択して、それぞれ対応のＣＭＯＳインバータＣＴＬ１からＣＴＬｎへ動作電源電圧として供給する。アクティブサイクル時においては、電源制御回路５０は、モード指示信号ＭＯＤと、回路ブロック指定信号ＢＳに従って、選択回路ブロックに対するスイッチ制御信号φｊを、活性状態に駆動し、非選択回路ブロックに対しては、スイッチ制御信号φｊを、Ｌレベルに指定する。図２２においては、選択回路ブロックに対するスイッチ制御信号の状態を実線で示し、非選択回路ブロックに対するスイッチ制御信号の状態を、破線で示す。
【０１７３】
スイッチ制御信号φｊが選択状態へ駆動された場合、その電圧レベルは、電源電圧Ｖｃｃ１レベルである。スタンドバイ状態時においては、スイッチ制御信号φｊが、接地電圧ＧＮＤレベル、またＣＭＯＳインバータＬＣＴＬｊからのスイッチ制御信号／φｊは、電源電圧Ｖｃｃ１レベルである。したがって、これらのスイッチ制御信号φｊおよび／φｊは、ノーマルモード時においては振幅Ｖｃｃ１の小振幅で変化し、高速で、対応の回路ブロックＬＣＫｊに対し、電源電圧Ｖｃｃ１および接地電圧ＧＮＤを供給する。
【０１７４】
これらの回路ブロックＬＣＫ１からＬＣＫｎが、高速動作し、スタンドバイサイクルとアクティブサイクルが高速で切換えられる場合においても、安定に、擬似電源線（ＶＣＣＶ）および擬似接地線（ＧＮＤＶ）を安定な電圧レベルに維持することができる。
【０１７５】
特に、これらの擬似電源線および擬似接地線が、対応の回路グロックに対して配置されるだけであり、その負荷は小さく、電源スイッチ回路は、スタンドバイサイクルからアクティブサイクル移行時に、高速で対応の擬似電源線および擬似接地線を所定の電圧レベルに駆動することができる。
【０１７６】
また、実際に動作する回路に対して電源電圧が供給されて、対応の回路ブロックが動作するだけであり、非選択回路ブロックに対しては電流は供給されないため、消費電流を低減することができる。
【０１７７】
スリープモードに移行すると、スリープモード指示信号ＳＬＰに従って、電源選択回路ＰＶＳ１からＰＶＳｎが、電源電圧Ｖｃｃ２を選択して、それぞれ対応のＣＭＯＳインバータＬＣＴＬ１からＬＣＴＬｎへ動作電源電圧として供給する。この場合、電源制御回路５０は、スリープモード指示信号（モード指示信号ＭＯＤに含まれる）に従って、すべてのスイッチ制御信号φ１からφｎを接地電圧ＧＮＤレベルに維持する。したがって、ＣＭＯＳインバータＬＣＴＬ１からＬＣＴＬｎにおいては、レベル変換を行なうことなく、電源電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルのスイッチ制御信号／φ１から／φｎ（／φｊ）を生成して、電源スイッチ回路ＳＷ１１からＳＷｎ１へ与える。
【０１７８】
このスリープモード時において、電源スイッチ回路ＳＷ１１からＳＷｎ１は、深いオフ状態となり、それぞれのオフリーク電流が低減され、応じて回路ブロックＬＣＫ１からＬＣＫｎにおける膜厚Ｔｏｘ１のＭＩＳトランジスタにおけるゲートトンネル電流およびオフリーク電流を抑制することができる。
【０１７９】
以上のように、回路ブロックＬＣＫ１からＬＣＫｎに内部の論理ゲート回路を分割した場合、各擬似電源線および擬似接地線の負荷が軽減され、アクティブサイクル移行時、高速で、選択回路ブロックに対する擬似電源線および擬似接地線の電圧レベルを、対応の電源スイッチ回路ＳＷ１１からＳＷｎ１およびＳＷ１２からＳＷｎ２により所定電圧レベルに設定することができる。また、スイッチ制御信号φｊのノーマルモード時の振幅はＶｃｃ１であり、高速でその状態をモード指示信号に従って切替えることができ、この半導体装置全体の動作速度を損なうことがない。
【０１８０】
また、スリープモード時においては、電源スイッチ回路ＳＷ１１からＳＷｎ１は、電圧Ｖｃｃ２のスイッチ制御信号／φ１から／φｎをそれぞれ受けて、より深いオフ状態に設定され、それぞれのオフリーク電流が低減される。
【０１８１】
なお、電源制御回路５０の構成としては、図１５に示すバッファ回路２６を各回路ブロックＬＣＫ１からＬＣＫｎに対応して設け、アクティブサイクル指示信号ＡＣＴの活性化時において、対応のブロック指定信号ＢＳが選択状態の時、対応のスイッチ制御信号φ１からφｎを、電圧Ｖｃｃ１レベルに駆動する構成が用いられればよい。単に、アクティブサイクル指示信号ＡＣＴとブロック指定信号ＢＳ（ＢＳｊ）との論理積を取るゲート回路が、各回路ブロックに対して配置されればよい。
【０１８２】
回路ブロックＬＣＫ１からＬＣＫｎの分割により、擬似電源線および擬似接地線の負荷が軽減されて、振幅Ｖｃｃ２のスイッチ制御信号に従って、電源スイッチ回路の状態のアクティブサイクルおよびスタンドバイサイクル間での切換が行なわれても、十分に、対応の擬似電源線および擬似接地線を所定の電圧レベルに駆動することができる場合には、この図２１に示すＣＭＯＳインバータＬＣＴＬ１からＬＣＴＬｎに対し、電源電圧Ｖｃｃ２が与えられ、またスイッチ制御信号φ１からφｎも、振幅Ｖｃｃ２の信号として生成されてもよい。
【０１８３】
以上のように、この発明の実施の形態５に従えば、内部回路を複数の回路ブロックに分割し、各回路ブロックごとに電源スイッチ回路を設け、選択回路ブロックに対してのみ、対応の電源スイッチ回路をオン状態に設定しており、高速動作性を損なうことなく、低消費電流が要求される動作モード時の消費電流を低減することができる。
【０１８４】
［実施の形態６］
図２３は、この発明の実施の形態６に従う半導体装置の構成を示す図である。図２３において、この半導体装置は、論理ゲート回路として、縦続接続されるＣＭＯＳインバータＩＶａからＩＶｋを含む。これらのＣＭＯＳインバータＩＶａからＩＶｋの各々は、ゲート絶縁膜の膜厚がＴｏｘ１のＰチャネルＭＩＳトランジスタおよびゲート絶縁膜の膜厚がＴｏｘ１のＮチャネルＭＩＳトランジスタを含む。
【０１８５】
これらのＣＭＯＳインバータＩＶａからＩＶｋに共通に、擬似電源線ＶＤＤＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶが配設される。
【０１８６】
擬似電源線ＶＤＤＶに対し、電源スイッチ回路ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂおよびＳＷ１ｃが設けられ、擬似接地線ＧＮＤＶに対し、電源スイッチ回路ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂおよびＳＷ２ｃが設けられる。これらの電源スイッチ回路ＳＷ１ａからＳＷ１ｃは、それぞれ補のスイッチ制御信号／φに応答して選択的に導通するＰチャネルＭＩＳトランジスタで構成される。電源スイッチ回路ＳＷ１ａからＳＷ１ｃに含まれるＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚は、Ｔｏｘ２である。
【０１８７】
電源スイッチ回路ＳＷ１ａおよびＳＷ１ｃは、擬似電源線ＶＤＤＶの両端に配置され、電源スイッチ回路ＳＷ１ｂは、この擬似電源線ＶＤＤＶの中央部に配置される。擬似電源線ＶＣＣＶにおける電圧分布を低減することができる。
【０１８８】
電源スイッチ回路ＳＷ２ａからＳＷ２ｃの各々は、スイッチ制御信号φに応答して選択的に導通する、ゲート絶縁膜の膜厚がＴｏｘ２のＮチャネルＭＩＳトランジスタで構成される。
【０１８９】
補のスイッチ制御信号／φは、スイッチ制御信号φを受けるＣＭＯＳインバータＣＴＬにより生成される。このＣＭＯＳインバータＣＴＬは、電源電圧Ｖｃｃ２を動作電源電圧として受ける。スイッチ制御信号φの振幅は、電圧Ｖｃｃ２である。
【０１９０】
擬似接地線に対しても、この両端に、電源スイッチ回路ＳＷ２ａおよびＳＷ２ｃがそれぞれ配置され、擬似接地線ＧＮＤＶの中央部に、電源スイッチ回路ＳＷ２ｂが配置される。擬似接地線ＧＮＤＶの電圧分布が生じるのを防止する。
【０１９１】
図２４は、図２３に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。以下、図２４を参照して、この図２３に示す半導体装置の動作について説明する。
【０１９２】
アクティブサイクル時においては、スイッチ制御信号φは、電源電圧Ｖｃｃ２のレベル、スイッチ制御信号／φは接地電圧ＧＮＤのレベルである。この状態においては、擬似電源線ＶＤＤＶに対しては、電源スイッチ回路ＳＷ１ａからＳＷ１ｃを介して電源電圧Ｖｃｃ１が供給される。同様、擬似接地線ＧＮＤＶにおいても、電源スイッチ回路ＳＷ２ａからＳＷ２ｃがオン状態となり、擬似接地線ＧＮＤＶを接地ノードに結合する。
【０１９３】
擬似電源線ＶＤＤＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶにおける配線抵抗などの影響を排除して、擬似電源線ＶＤＤＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶにおいて電圧分布が生じるのを防止することができ、ＣＭＯＳインバータＩＶｂからＩＶｋを安定に動作させることができる。また、複数の電源スイッチ回路ＳＷ１ａからＳＷ１ｃが設けられており、電流供給力が大きくなっており、擬似電源線ＶＤＤＶに、大きな電流駆動力で、電源電圧Ｖｃｃ１を供給することができる。また、擬似接地線ＧＮＤＶに対しても電源スイッチ回路ＳＷ２ａからＳＷ２ｃが設けられており、大きな電流駆動力で擬似接地線ＧＮＤＶを接地電圧レベルに放電することができる。応じて、これらのＣＭＯＳインバータＩＶａからＩＶｋを、入力信号Ｓに従って高速でかつ安定に動作させることができる。
【０１９４】
スタンドバイサイクル時においては、スイッチ制御信号φは、接地電圧ＧＮＤレベル、スイッチ制御信号／φが、電源電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルに設定される。したがって、電源スイッチ回路ＳＷ１ａからＳＷ１ｃの含まれるＰチャネルＭＩＳトランジスタを深いオフ状態に設定することができ、これらの電源スイッチ回路ＳＷ１ａからＳＷ１ｃにおけるオフリーク電流を確実に抑制することができ、応じて、ＣＭＯＳインバータＩＶａからＩＶｋにおけるリーク電流（オフリーク電流およびゲートトンネル電流）を低減することができる。
【０１９５】
また、アクティブサイクルとスタンドバイサイクルが高速で切換えられる場合においても、擬似電源線ＶＤＤＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶは、それぞれ、複数の電源スイッチ回路ＳＷ１ａからＳＷ１ｃおよびＳＷ２ａからＳＷ２ｃにより駆動されている。従って、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶの電圧レベルを、アクティブサイクル移行時高速で安定化させることができ、ＣＭＯＳインバータＩＶａからＩＶｋを高速かつ安定に動作させることができる。
【０１９６】
スリープモード時においては、スタンドバイサイクル時と同様、スイッチ制御信号φは接地電圧ＧＮＤレベル、スイッチ制御信号／φは電源電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルである。したがって、スタンドバイサイクル時と同様、これらの擬似電源線ＶＤＤＶに対する電源スイッチ回路ＳＷ１ａからＳＷ１ｃを深いオフ状態に設定することができ、スリープモード時の電源スイッチ回路のオフリーク電流を確実に抑制することができる。応じて、ＣＭＯＳインバータＩＶａからＩＶｋにおけるゲートトンネル電流およびオフリーク電流を抑制でき、消費電流を低減することができる。
【０１９７】
なお、スイッチ制御信号φおよび／φの生成態様としては、先の実施の形態１から５のいずれの制御態様が用いられてもよい。
【０１９８】
以上のように、この発明の実施の形態６に従えば、１つの論理ゲート回路に対し設けられる擬似電源線および擬似接地線各々に対し、複数の電源スイッチ回路をそれぞれ設けている。したがって、これらの擬似電源線および擬似接地線において、配線抵抗による電源電圧および接地電圧の分布が生じるのを防止することができる。また、アクティブサイクル時、これらの擬似電源線および擬似接地線の電圧レベルを安定に維持することができ、回路動作時に安定に動作電源電圧を供給でき、電源ノイズの発生を抑制できる。応じて、論理ゲート回路の動作マージンが損なわれるのを防止することができ、安定かつ高速で動作させることができる。
【０１９９】
また、スタンドバイサイクル時およびスリープモード時などの低消費電流が要求される動作状態時においては、深いオフ状態に電源スイッチ回路を設定しており、これらの低消費電流が要求される動作モード／サイクル時の電源スイッチ回路のオフリーク電流を防止でき、応じて論理ゲート回路におけるゲートトンネル電流およびオフリーク電流を抑制することができる。
【０２００】
なお、スイッチ制御信号φを生成する電源制御回路の構成としては、図１５に示す構成を利用することができる。
【０２０１】
［実施の形態７］
図２５は、この発明の実施の形態７に従う半導体装置の構成を示す図である。この図２５に示す半導体装置は、図１に示す半導体装置と、以下の点において、その構成が異なっている。すなわち、スタンドバイ状態時、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶを、中間電圧（Ｖｃｃ１）／２のレベルにプリチャージするプリチャージ回路６０が設けられる。このプリチャージ回路６０は、スタンドバイ状態指示信号φＳＴＢに応答して導通し、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶにそれぞれ、中間電圧（Ｖｃｃ１）／２を伝達するＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＸＶおよびＮＸＧを含む。この図２５に示す半導体装置の他の構成は、図１に示す半導体装置と同様であり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
【０２０２】
スイッチ制御信号φおよび／φは、振幅Ｖｃｃ２であり、スタンドバイ状態指示信号φＳＴＢは、振幅がＶｃｃ１である。
【０２０３】
図２６は、図２５に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。以下、図２６を参照して、この図２５に示す半導体装置の動作について説明する。
【０２０４】
スタンドバイサイクル時においては、スイッチ制御信号φが接地電圧ＧＮＤレベル、補のスイッチ制御信号／φが、電源電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルである。また、スタンドバイ状態指示信号φＳＴＢが、電源電圧Ｖｃｃ１の電圧レベルにある。この状態においては、電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２は、オフ状態にある。
【０２０５】
プリチャージ回路６０においては、スタンドバイ状態指示信号φＳＴＢに従って、その内部のＭＩＳトランジスタＮＸＶおよびＮＸＧが導通し、中間電圧（Ｖｃｃ１）／２が擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶに伝達される。したがって、スタンドバイサイクル時においては、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶは、中間電圧（Ｖｃｃ１）／２のレベルに維持される。
【０２０６】
アクティブサイクルが始まると、スタンドバイ状態指示信号φＳＴＢが、接地電圧ＧＮＤレベルとなる。プリチャージ回路６０においては、ＭＩＳトランジスタＮＸＶおよびＮＸＧがオフ状態となり、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶに対する中間電圧レベルへのプリチャージ動作が完了する。
【０２０７】
また、スイッチ制御信号φが、電源電圧Ｖｃｃ２の電圧レベル、補のスイッチ制御信号／φが接地電圧ＧＮＤレベルに駆動される。擬似電源線ＶＣＣＶは、電源スイッチ回路ＳＷ１により、電源電位Ｖｃｃ１の電圧レベルへ駆動され、擬似接地線ＧＮＤＶは、電源スイッチ回路ＳＷ２を介して接地電圧ＧＮＤレベルに駆動される。
【０２０８】
したがって、論理ゲート回路２０に対する入力信号Ｓが、アクティブサイクル時において変化する場合、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶが、それぞれ中間電圧（Ｖｃｃ１）／２から、それぞれ電源電圧Ｖｃｃ１および接地電圧ＧＮＤレベルに駆動されるだけであり、これらの擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶの電圧レベルの確定タイミングをほぼ一定にすることができる。すなわち、プリチャージ回路６０が設けられていない場合、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶの電圧レベルは、論理ゲート回路２０におけるリーク電流の値により決定される。このリーク電流は、論理ゲート回路２０を構成するＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜膜厚およびしきい値電圧に依存する。これらのゲート絶縁膜膜厚およびしきい値電圧は、ある範囲をもって半導体装置ごとに異なる。したがって、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶのアクティブサイクル開始時の電圧レベルが、各半導体装置ごとに異なり、最悪ケースを想定して、回路動作マージンを決定する必要があり、高速動作を保証することができない。
【０２０９】
しかしながら、この図２５に示すように、プリチャージ回路６０を用いて、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶをスタンドバイ状態時、所定の電圧レベルに固定することにより、アクティブサイクル開始時の擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶの電圧レベルは、この論理ゲート回路２０におけるリーク電流にかかわらず、中間電圧（Ｖｃｃ１）／２のプリチャージ電圧レベルに固定される。したがって、各半導体装置において、アクティブサイクル開始時の擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶの出発電圧レベルを一定とすることができ、これらの擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶの電圧確定タイミングを一定とすることができ、動作マージンを改善することができ、高速動作を保証することができる。特に、スリープモード時などにおいて長期に渡ってスタンドバイ状態が維持され、擬似電源線ＶＣＣＶの電圧レベルが、電源電圧Ｖｃｃ１から大きくずれ、元の電源電圧レベル復帰に長時間を要し、高速動作をすることができなくなるという状態が生じるのを防止することができる。
【０２１０】
また、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶが中間電圧レベルに設定されるため、論理ゲート回路２０においてオン状態のＭＩＳトランジスタのゲート−ソース間電圧の絶対値を低減することができ、オン状態のＭＩＳトランジスタにおけるゲートトンネル電流低減することができる。また、オフ状態のＭＩＳトランジスタにおいては、ゲート−ソース間電圧を深い逆バイアス状態に設定することができ、論理ゲート回路のＭＩＳトランジスタのオフリーク電流を低減することができる。
【０２１１】
なお、このプリチャージ回路６０に含まれるＭＩＳトランジスタＮＸＶおよびＮＸＧは、ゲート絶縁膜の膜厚は、それらの基板領域が他の素子と分離されており、バックゲートがフローティング状態とされている場合には、ゲート絶縁膜膜厚Ｔｏｘ１およびＴｏｘ２のいずれであってもよい。
【０２１２】
また、ＭＩＳトランジスタＮＸＶおよびＮＸＧのしきい値電圧は、０．５Ｖに設定されても、電源電圧Ｖｃｃ１が１．０Ｖであり、スタンドバイ状態指示信号φＳＴＢのＨレベルが、電源電圧Ｖｃｃ２であれば、十分に中間電圧（Ｖｃｃ１）／２を伝達することができる。この場合、スタンドバイ状態指示信号φＳＴＢのＨレベルが、電圧Ｖｃｃ１であっても、ＭＩＳトランジスタＮＸＧおよびＮＸＶにおいては、ゲート−ソース間電圧が閾値電圧と同じ電圧レベルであり、中間電圧（Ｖｃｃ１）／２を伝達することができる。ただし、これらのプリチャージ用のトランジスタのゲート絶縁膜は、ゲートトンネル電流を抑制するため、Ｔｏｘ２に設定される。
【０２１３】
図２７は、図２５に示すスイッチ制御信号φおよびスタンドバイ状態指示信号φＳＴＢを発生する電源制御信号発生部の構成の一例を示す図である。図２７において、電源制御信号発生部は、振幅Ｖｃｃ１のアクティブサイクル指示信号ＡＣＴの振幅を変換して、振幅Ｖｃｃ２のスイッチ制御信号φを生成するレベル変換機能付きバッファ回路６５と、アクティブサイクル指示信号ＡＣＴを反転して、スタンドバイ状態指示信号φＳＴＢを生成する反転回路６６を含む。この反転回路６６は、電源電圧Ｖｃｃ１を動作電源電圧として受ける。
【０２１４】
アクティブサイクル指示信号ＡＣＴは、たとえば図１５に示すモード検出回路から生成され、この半導体装置が動作状態に設定されたときに活性化される。このアクティブサイクル指示信号ＡＣＴは、ＤＲＡＭにおいては、メモリセルアレイを選択状態へ駆動するアレイ活性化信号（行選択指示信号）であり、またＳＲＡＭ（スタティック・ランダム・アクセス・メモリ）においては、チップイネーブル信号に相当する。
【０２１５】
この図２７に示す電源制御信号発生部を利用することにより、互いに振幅の異なるスイッチ制御信号φおよびスタンドバイ状態指示信号φＳＴＢを、それぞれ、同じアクティブサイクル指示信号ＡＣＴに基づいて生成することができる。
【０２１６】
なお、この図２７に示す電源制御信号発生部の構成の場合、スリープモード時においては、アクティブサイクル指示信号ＡＣＴがＬレベルの非活性状態となるため、スタンドバイ状態指示信号φＳＴＢがＨレベルの活性状態となり、スリープモード期間中、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶが、中間電圧（Ｖｃｃ１）／２の電圧レベルにプリチャージされる。
【０２１７】
しかしながら、この半導体装置において擬似電源線ＶＤＤＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶにおけるスタンドバイサイクルデューティが小さく、その電圧変動が十分小さい場合、また、高速動作時において、スタンドバイサイクルからアティ部サイクル移行時において、擬似電源線ＶＣＣＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶの電圧レベルの変化が間に合わない場合には、スリープモード時においてのみ、この図２５に示すプリチャージ回路６０が活性化されて、擬似電源線ＶＤＤＶおよび擬似接地線ＧＮＤＶを、中間電圧レベルへプリチャージするように構成されてもよい。この場合には、単にスリープモード指示信号に従って、スタンドバイ状態指示信号φＳＴＢが生成される。
【０２１８】
以上のように、この発明の実施の形態７に従えば、半導体装置が、動作停止状態のときに、擬似電源線および擬似接地線を所定の電圧レベルにプリチャージするように構成しており、この動作停止状態解除時の、擬似電源線および擬似接地線の電圧レベルのばらつきを抑制でき、早いタイミングで電源電圧および接地電圧を確定状態に設定でき、回路動作マージンを十分に確保でき、回路動作を安定化させることができる。
【０２１９】
また、このプリチャージ電圧を電源電圧と接地電圧の間の中間電圧レベルに設定した場合、オン状態のＭＩＳトランジスタのゲート−ソース間電圧を低減でき、ゲートトンネル電流を効果的に低減することができ、スタンドバイサイクルなどの動作停止状態時における消費電流を低減することができる。
【０２２０】
なお、このプリチャージ回路６０を利用する構成は、先の実施の形態１から６の構成と組合せて用いられてもよい。
【０２２１】
［実施の形態８］
図２８は、この発明の実施の形態８に従う半導体装置の構成を示す図である。図２８において、半導体装置は、縦続接続される複数のインバータを含む論理ゲート回路２０を含む。この論理ゲート回路２０に含まれるＭＩＳトランジスタは、ゲート絶縁膜の膜厚がＴｏｘ１であり、入力信号Ｓに従って予め定められた処理（本実施例においては遅延および・または反転）を実行する。
【０２２２】
この論理ゲート回路２０に対し、内部電源線ＩＮＰＬと擬似接地線ＧＮＤＶが配置される。内部電源線ＩＮＰＬは、この論理ゲート回路２０に含まれるＣＭＯＳインバータのＰチャネルＭＩＳトランジスタのソースに共通に接続され、擬似接地線ＧＮＤＶは、論理ゲート回路２０のＮチャネルＭＩＳトランジスタのソースに共通に接続される。
【０２２３】
擬似接地線ＧＮＤＶには、スイッチ制御信号φに応答して選択的に導通する電源スイッチ回路ＳＷ２が設けられる。この電源スイッチ回路ＳＷ２は、ゲート絶縁膜膜厚がＴｏｘ２のＮチャネルＭＩＳトランジスタで構成される。これらのお論理ゲート回路２０および電源スイッチ回路ＳＷ２の構成は、先の実施の形態１から７の構成と同じである。
【０２２４】
内部電源線ＩＮＰＬに対し、活性化時ノード７３上の電圧と内部電源線ＩＮＰＬ上の電圧を比較し、その比較結果に従って制御信号／φＡを生成する比較回路７５と、スイッチ制御信号φに応答して選択的に導通して、この比較回路７５を活性化するＮチャネルＭＩＳトランジスタ７７と、制御信号／φＡに従って、内部電源線ＩＮＰＬへ、電源電圧Ｖｃｃ２を供給する電源ノードから電流を供給する電源ドライブ回路ＳＷＡが設けられる。比較回路７５および活性化トランジスタ７７は、ゲート絶縁膜の膜厚がＴｏｘ２のＭＩＳトランジスタで構成される。比較回路７５は、電源電圧Ｖｃｃ２を動作電源電圧として受ける。
【０２２５】
電源ドライブ回路ＳＷＡは、ゲート絶縁膜膜厚がＴｏｘ２のＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＭで構成される。ＭＩＳトランジスタＰＭは、電源電圧Ｖｃｃ２を供給する電源ノードと内部電源線ＩＮＰＬの間に接続されかつそのゲートに比較回路７５からの電源ドライブ制御信号／φＡを受ける。
【０２２６】
比較回路７５は、ノード７３上の電圧を負入力に受け、内部電源線ＩＮＰＬ上の電圧を、正入力に受け、活性化時、このノード７３上の電圧と内部電源線ＩＮＰＬ上の電圧を差動的に増幅する。この比較回路７５の出力信号／φＡは、デジタル的に電源電圧Ｖｃｃ２と接地電圧ＧＮＤの間で変化してもよく、またアナログ的に、内部電源線ＩＮＰＬ上の電圧とノード７３上の電圧の差に応じて変化してもよい。
【０２２７】
ノード７３上の電圧レベルを、動作モードに応じて設定するために、スイッチ制御信号φを受けるインバータ７１と、スイッチ制御信号φとインバータ７１の出力信号に応答して選択的に導通し、導通時、基準電圧Ｖｒｅｆをノード７３へ伝達するＣＭＯＳトランスミッションゲート７０と、インバータ７１の出力信号に応答して選択的に導通し、導通時ノード７３を接地電圧レベルに維持するＮチャネルＭＩＳトランジスタ７２を含む。ＣＭＯＳトランスミッションゲート７０およびインバータ７１は、ゲート絶縁膜膜厚がＴｏｘ２のＰおよびＮＭＩＳトランジスタで構成される。ＭＩＳトランジスタ７２は、ゲート絶縁膜膜厚が、Ｔｏｘ２である。
【０２２８】
インバータ７１は、電源電圧Ｖｃｃ２を動作電源電圧として受ける。スイッチ制御信号ファイの振幅はＶｃｃ２である。しかしながら、スイッチ制御信号φは、電源電圧Ｖｃｃ２と負電圧との間で変化してもよい。
【０２２９】
この図２８に示す半導体装置において、ゲート絶縁膜膜厚がＴｏｘ１のＭＩＳトランジスタは、しきい値電圧の絶対値が、０．２Ｖであり、またゲート絶縁膜の膜厚がＴｏｘ２のＭＩＳトランジスタは、そのしきい値電圧の絶対値が０．５Ｖである。
【０２３０】
基準電圧Ｖｒｅｆは、１．０Ｖであり、電源電圧Ｖｃｃ２は、２．５Ｖである。ゲート絶縁膜膜厚Ｔｏｘ１およびＴｏｘ２は、たとえば、それぞれ、２ｎｍ、および５．５ｎｍである。
【０２３１】
図２９は、図２８に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。以下、図２９を参照して、この図２８に示す半導体装置の動作について説明する。
【０２３２】
スタンドバイサイクル時においては、スイッチ制御信号φは接地電圧ＧＮＤレベルである。したがって、ＣＭＯＳトランスミッションゲート７０が非導通状態となり、一方、ＭＩＳトランジスタ７２が導通状態となり、ノード７３が接地電圧ＧＮＤレベルに維持される。比較回路７５に対しては、活性化トランジスタ７７がオフ状態であり、その出力信号／φＡが、電源電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルに維持される。電源ドライブ回路ＳＷＡにおいて、ＭＩＳトランジスタＰＭがオフ状態となる。
【０２３３】
比較回路７５において、活性化トランジスタ７７がオフ状態の時に、その出力信号が電源電圧Ｖｃｃ２のレベルに設定される構成は以下のようにして実現することができる。比較回路７７を、カレントミラー型の差動増幅回路で構成し、このカレントミラー段を電源ノードに結合する。または、差動増幅回路の出力部に対して、スイッチ制御信号φに応答して導通して出力部を電源電圧レベルにプルアップするＰチャネルトランジスタを設ける。
【０２３４】
電源スイッチ回路ＳＷ２においても、スイッチ制御信号φに応答して、ＮチャネルＭＩＳトランジスタがオフ状態となり、擬似接地線ＧＮＤＶが、接地ノードから分離される。これらの内部電源線ＩＮＰＬおよび擬似接地線ＧＮＤＶは、この論理ゲート回路２０におけるリーク電流に応じた電圧レベルに維持される。スタンドバイサイクルにおける入力信号Ｓの論理レベルは、任意である。
【０２３５】
アクティブサイクルが始まると、スイッチ制御信号φが電源電圧Ｖｃｃ２の電圧レベルに駆動される。応じて、電源スイッチ回路ＳＷ２においてＭＩＳトランジスタが導通し、擬似接地線ＧＮＤＶが接地ノードに結合され、その電圧レベルが接地電圧ＧＮＤに維持される。
【０２３６】
一方、ＣＭＯＳトランスミッションゲート７０が導通し、またＭＩＳトランジスタ７２が非導通状態となり、ノード７３へは、ＣＭＯＳトランスミッションゲート７０を介して基準電圧Ｖｒｅｆが与えられる。活性化トランジスタ７７が導通し、比較回路７５は、その比較動作が活性化され、内部電源線ＩＮＰＬ上の電圧Ｖｃｃ１とノード７３上の基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、その比較結果に応じて電流ドライブ制御信号／φＡを生成する。内部電源線ＩＮＰＬ上の電圧Ｖｃｃ１が、基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い場合には、比較回路７５の出力信号がハイレベルとなり、電流ドライブ制御回路ＳＷＡのＭＩＳトランジスタＰＭのコンダクタンスが低下し、この内部電源線ＩＮＰＬへの供給電流量が低減される。一方、電圧Ｖｃｃ１が、基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合には、比較回路７５の出力信号がローレベルとなり、ＭＩＳトランジスタＰＭのコンダクタンスが増大し、内部電源線ＩＮＰＬへ電流が供給され、電圧Ｖｃｃ１の電圧レベルが上昇する。
【０２３７】
この比較回路７５の出力信号／φＡの電圧レベルは、電圧Ｖｃｃ１と基準電圧Ｖｒｅｆの差に応じて決定され、内部電源線ＩＮＰＬ上の電圧は、安定化時、基準電圧Ｖｒｅｆと同じ１．０Ｖとなる。この電源ドライブ回路ＳＷＡにより、内部電源線ＩＮＰＬに電流が供給され、論理ゲート回路２０が、安定に動作する。
【０２３８】
ＭＩＳトランジスタＰＭと比較回路７５のフィードバックループで構成される電源回路は、電源電圧Ｖｃｃ２を降圧して内部電源電圧Ｖｃｃ１を生成する内部降圧回路として用いられる。この内部降圧回路を、擬似電源線を駆動する回路に利用することにより、電源電圧Ｖｃｃ２から、所望の最適な電圧レベルの内部電源電圧Ｖｃｃ１を生成することができる。
【０２３９】
この内部降圧回路を利用する場合においても、電流ドライブ用のＭＩＳトランジスタＰＭのゲート絶縁膜膜厚がＴｏｘ２と厚くされており、ゲートトンネル電流を生じさせず、また論理ゲート回路２０に対するリーク電流カット用トランジスタとして駆動させることができる。
【０２４０】
なお、実施の形態８において実施の形態３と同様に電流スイッチ回路のＭＩＳトランジスタと論理ゲ−ト回路２０のＭＩＳトランジスタのしきい値電圧の調整のためにチャネルドープ量、およびゲ−ト長が適当に調整されてもよい。
【０２４１】
電流スイッチ回路ＳＷＡおよびＳＷ２の電流ドライブトランジスタおよび論理ゲ−ト回路のＭＩＳトランジスタのチャネル領域に、しきい値電圧調整のために不純物注入が行なわれる。この不純物領域に注入される不純物量、すなわちチャネルドープ量が同じ場合、ゲート絶縁膜の膜厚が厚ければ、そのしきい値電圧の絶対値は大きくなる。したがって、ＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＭのしきい値電圧の絶対値は、論理ゲ−ト回路２０のＰチャネルＭＩＳトランジスタのしきい値電圧の絶対値よりも大きくなり、また電流スイッチ回路ＳＷ２のＮチャネルＭＩＳトランジスタのしきい値電圧は、論理ゲ−ト回路２０のＮチャネルＭＩＳトランジスタのしきい値電圧よりも高くなる。これらの電流スイッチ回路のＭＩＳトランジスタのしきい値電圧の絶対値は、たとえば０．５Ｖであり、論理エーと回路２０のＰおよびＮＭＩＳトランジスタのそれぞれのしきい値電圧の絶対値は、たとえば０．２Ｖである。
【０２４２】
電源スイッチ回路のＭＩＳトランジスタのチャネルドープ量を、論理ゲート回路の同一導電型のＭＩＳトランジスタ（ＰＴ，ＮＴ）のチャネルドープ量と同じにし、また電源スイッチ回路のＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜膜厚を、論理ゲート回路のＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜膜厚よりも厚くしている。従って、容易に、電源スイッチ回路のＭＩＳトランジスタのしきい値電圧の絶対値を論理ゲート回路のＭＩＳトランジスタのそれよりも大きくすることができ、スタンドバイ状態時におけるリーク電流（サブスレッショルド電流およびゲートトンネル電流）を製造プロセスを複雑化させることなく容易に低減することができる。
【０２４３】
チャネル長を調整する場合、電源スイッチ回路ＳＷＡにおいて、ＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＭのチャネル長を、論理ゲ−ト回路２０に含まれるＰチャネルＭＩＳトランジスタのチャネル長の最大値よりも大きくする。また、電源スイッチ回路ＳＷ２において、ＮチャネルＭＩＳトランジスタのチャネル長は、論理ゲ−ト回路２０のＮチャネルＭＩＳトランジスタのチャネル長の最大値よりも長くする。しきい値電圧の絶対値が大きくなった場合、オフ状態時のリーク電流、すなわちサブスレッショルド電流を低減することができる。したがって、単にチャネル長を変更するだけで、製造工程を何ら複雑化することなく、電源スイッチ回路ＳＷ１およびＳＷ２のオフリーク電流を低減することができ、応じて、論理回路のリーク電流（ゲートトンネル電流およびサブスレショルド電流）を低減することができ、スタンドバイ状態時の消費電流を低減することができる。
【０２４４】
チャネルドープ量を調整する他の構成として、電源スイッチ回路ＳＷＡにおいて、ＰチャネルＭＩＳトランジスタＰＭのチャネルドープ量が、論理ゲ−ト回路２０に含まれるＰチャネルＭＩＳトランジスタのチャネルドープ量と異なされる。この場合、電流ドライブトランジスタＰＭのしきい値電圧の絶対値が、論理ゲ−ト回路２０のＭＩＳトランジスタ、しきい値電圧の絶対値よりも大きくされる。電源スイッチ回路ＳＷ２において、ＮチャネルＭＩＳトランジスタのチャネルドープ量が、論理ゲ−ト回路２０のＮチャネルＭＩＳトランジスタのチャネルドープ量と異ならせる。この場合においても、電源スイッチ回路ＳＷ２のＮチャネルＭＩＳトランジスタのしきい値電圧の絶対値が、論理ゲ−ト回路２０のＮチャネルＭＩＳトランジスタＮＴのしきい値電圧よりも大きくされる。チャネルドープ量を、電源スイッチ回路ＳＷＡおよびＳＷ２のＭＩＳトランジスタと、論理ゲート回路２０のＰおよびＮＭＩＳトランジスタとで異ならせるだけであり、製造工程を複雑化することなく、容易にスタンドバイ状態時のオフリーク電流を低減でき、応じて消費電流を低減することができる。
【０２４５】
なお、電源電圧Ｖｃｃ２は、外部から与えられる電源電圧であってもよく、外部電源電圧を降圧して生成される降圧電源電圧であってもよい。
【０２４６】
なお、内部電源線ＩＮＰＬに対し、比較回路７５と相補的な比較動作を行なう比較回路の出力信号に従ってそのコンダクタンスが制御されるＮチャネルＭＩＳトランジスタが、電流ドライブトランジスタとして設けられてもよい。すなわち内部電源線ＩＮＰＬに対して、電流ドライブトランジスタとしてＰチャネルＭＩＳトランジスタおよびＮチャネルＭＩＳトランジスタを設けて、電源の強化を図る。この場合、電流ドライブトランジスタとして、ゲート絶縁膜の膜厚がＴｏｘ２のＮチャネルＭＩＳトランジスタが単独で用いられてもよい。
【０２４７】
また、このスイッチ制御信号φの論理レベルの切換は、アクティブサイクルとスタンドバイサイクルで切換えずに、先の実施の形態６におけるように、ノーマルモードとスリープモードまたはパワーダウンモード（ディープパワーダウンモードを含む）との間で切換えられてもよい。また、この半導体装置がＤＲＡＭの場合、ノーマルモードとセルフリフレッシュモードとでスイッチ制御信号φの状態が切換えられてもよい。この半導体装置が、データ保持に関連する回路の場合、スイッチ制御信号φは、実際のデータ保持動作（リフレッシュ動作）時には、活性状態に設定され、擬似電源線および擬似接地線へ電流を供給する。
【０２４８】
なお、内部電源線ＩＮＰＬに対し、電源電圧Ｖｃｃ２を降圧して内部電源電圧Ｖｃｃ１を生成している。しかしながら、擬似接地線ＧＮＤＶに対しても、スイッチ回路ＳＷ２に対して、基準電圧と擬似接地線ＧＮＤＶの電圧を比較する比較回路が設けられてもよい。この場合、擬似接地線ＧＮＤＶの電圧レベルが、接地電圧ＧＮＤよりも高い電圧レベルに設定され、いわゆる「昇圧接地線」が実現されてもよく、また、負電圧ＶＢＢを利用して、擬似接地線ＧＮＤＶを、接地電圧レベルに設定する内部電源回路が実現されてもよい。
【０２４９】
また、この内部機能回路２０に対し複数の電流ドライブ回路が配置され、また複数の電流スイッチ回路ＳＷ２が配置されてもよい。また、この内部機能回路２０は、複数の回路ブロックに分割されており、各回路ブロックごとに、この内部電源線ＩＮＰＬが分割して配置されていてもよい。
【０２５０】
以上のように、この発明の実施の形態８に従えば、動作電源線を、動作停止状態時、電源ノードから分離し、動作時、別の電源電圧と基準電圧の比較に基づいてこの電源線の電圧レベルを設定しており、電源線の電圧をより安定化することができ、内部機能回路は安定に動作させることができる。
【０２５１】
なお、実施の形態１から８について個々に、半導体装置の構成について説明してきた。しかしながら、これらの実施の形態１から８は、個々に半導体装置において適用されてもよく、上述のように、適当に組合せて用いられてもよい。
【０２５２】
半導体装置としては、与えられた信号／データに所定の処理を行なうアクティブサイクルと、処理を停止するスタンドバイ状態（スタンドバイサイクルまたはスリープモードまたはパワーダウンモード）を有する半導体装置であれば、本発明は適用可能である。
【０２５３】
また、擬似電源線および擬似接地線両者に、電源スイッチ回路または電流ドライブ回路を配置することは特に要求されない。擬似電源線および擬似接地線の一方に対して電流制御を行なう構成が設けられていても、スタンドバイ状態時のリーク電流を低減し、かつアクティブサイクル時の動作電圧を安定化することができる。
【０２５４】
【発明の効果】
以上のように、この発明に従えば、擬似電源線および擬似接地線を含む擬似動作電源線に対して、ゲート絶縁膜の膜厚の厚いトランジスタを用いて動作モードに応じてそのオン／オフ状態を調整し、擬似動作電源線と対応の電源ノードの接続を制御している。したがって、内部機能回路の動作時の動作電源電圧を安定化させることができ、また、動作停止時におけるリーク電流を確実に低減することができる。これにより、消費電流を低減して安定に高速動作をする半導体装置を実現することができる。特に、この内部の論理ゲート回路のＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚が、２ｎｍ以下の薄い膜厚に設定される場合においても、安定にリーク電流を低減して動作させることができる。これにより、低電源電圧下で安定に低消費電流で動作する、微細化されたトランジスタで構成される半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に従う半導体装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。
【図３】この発明の実施の形態１における半導体装置の電源の構成を概略的に示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に従う半導体装置の電源の変更例の構成を概略的に示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に従う半導体装置の電源構成のさらに他の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１の変更例を示す図である。
【図７】図６に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。
【図８】この発明の実施の形態２に従う半導体装置の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２の変更例を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に従う半導体装置の構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態３の変更例を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態３のさらに他の変更例を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に従う半導体装置の構成を示す図である。
【図１４】図１３に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。
【図１５】図１３に示すスイッチ制御信号を発生する部分の構成を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態４の変更例の構成を示す図である。
【図１７】図１６に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。
【図１８】この発明の実施の形態４の変更例２の構成を示す図である。
【図１９】図１８に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。
【図２０】図１８に示すスイッチ制御信号を発生する部分の構成を示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態５に従う半導体装置の構成を示す図である。
【図２２】図２１に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。
【図２３】この発明の実施の形態６に従う半導体装置の構成を示す図である。
【図２４】図２３に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。
【図２５】この発明の実施の形態７に従う半導体装置の構成を示す図である。
【図２６】図２５に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。
【図２７】図２５に示す制御信号を発生する構成の一例を示す図である。
【図２８】この発明の実施の形態８に従う半導体装置の構成を示す図である。
【図２９】図２８に示す半導体装置の動作を示すタイミング図である。
【図３０】（Ａ）から（Ｃ）は、ＭＩＳキャパシタのエネルギバンドを示す図である。
【図３１】従来の半導体装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
ＶＣＣＶ　擬似電源線、ＧＮＤＶ　擬似接地線、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ１１−ＳＷ１ｎ，ＳＷ２１−ＳＷ２ｎ　電源スイッチ回路、ＩＶ１−ＩＶ４　ＣＭＯＳインバータ、ＣＴＬ　ＣＭＯＳインバータ、ＰＴ，ＰＱ　ＰチャネルＭＩＳトランジスタ、ＮＴ，ＮＱ　ＮチャネルＭＩＳトランジスタ、３，４　外部電源ノード、７　外部接地ノード、１０　昇圧回路、１２　降圧回路、１５　ＶＢＢ発生回路、ＣＴＬ２　ＣＭＯＳインバータ、ＳＷ３，ＳＷ４　電源スイッチ回路、ＮＱ１　ＮチャネルＭＩＳトランジスタ、ＰＱ１　ＰチャネルＭＩＳトランジスタ、ＰＱ３１−ＰＱ３３　ＰチャネルＭＩＳトランジスタ、ＮＱ３１−ＮＱ３３　ＮチャネルＭＩＳトランジスタ、２５　電源制御回路、３０　制御回路、３２　モード検出回路、２６　バッファ回路、３５　電源制御回路、３７　電源選択回路、４０　電源制御回路、ＬＣＫ１−ＬＣＫｎ　回路ブロック、ＬＣＴＬ１−ＬＣＴＬｎ　ＣＭＯＳインバータ、ＰＶＳ１−ＰＶＳｎ　電源選択回路、５０　電源制御回路、ＳＷ１ａ−ＳＷ１ｃ，ＳＷ２ａ−ＳＷ２ｃ　電源スイッチ回路、６０　プリチャージ回路、７０　ＣＭＯＳトランスミッションゲート、７２　ＮチャネルＭＩＳトランジスタ、７５　比較回路、７７　ＮチャネルＭＩＳトランジスタ、ＳＷＡ　電源ドライブ回路、ＰＭ　ＰチャネルＭＩＳトランジスタ、２０論理ゲート回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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