JPH0936729A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0936729A
JPH0936729A JP7201670A JP20167095A JPH0936729A JP H0936729 A JPH0936729 A JP H0936729A JP 7201670 A JP7201670 A JP 7201670A JP 20167095 A JP20167095 A JP 20167095A JP H0936729 A JPH0936729 A JP H0936729A
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JP
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circuit
inverter circuit
logic
transistor
level
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JP7201670A
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Inventor
Katsuhiko Morosawa
克彦 両澤
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Casio Computer Co Ltd
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Casio Computer Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程数が少なく、配線構造が簡略化され
て高集積化が図れるとともに、適正な出力レベルが得ら
れる半導体装置とする。 【解決手段】 論理回路11は、nMOSパス・トラン
ジスタ・ロジック・ネットワーク12とその出力レベル
を補正するnMOSインバータ回路13とで構成されて
いて、その両者には同一導電型のnMOSトランジスタ
が使用されている。レベル補正回路のnMOSインバー
タ回路13には、少なくとも2つのnMOSトランジス
タからなるインバータ回路と、そのインバータ回路のゲ
ートにブートストラップ法によるMOSトランジスタと
コンデンサとを使ったゲート電位補償回路が設けられて
いる。このため、上記論理回路11を製造する場合は、
イオンドーピング回数とマスク枚数とが少なくなって、
製造コストが低減化され、配線構造が簡略化されて高集
積化し、適正な出力レベルを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、詳細には、論理回路とその論理回路の出力レベルを
補正するレベル補正回路からなる半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置で構成された論理回路
には、CMOSスタティック論理回路などがある。この
CMOSスタティック論理回路は、動作余裕が大きく、
設計が簡単で、そのままスケーリングができ、直流電流
が流れないことから広く集積回路に使われている。しか
し、このCMOSスタティック論理回路は、トランジス
タ数が多く、集積度に難点があるため、少ないトランジ
スタ数で論理回路を構成することが要請されている。
【0003】そこで、現在は、低消費電力性と、高い処
理性能、および高集積化を同時に達成する論理回路とし
て、パス・トランジスタ・ロジック(Pass-transistor
Logic)回路が注目されている。このパス・トランジス
タ・ロジック回路は、「H」レベルの信号でも、「L」
レベルの信号でも駆動できることに特徴がある。
【0004】例えば、図6は、従来のコンプリメンタリ
ー・パス・トランジスタ・ロジック(CPL:Compleme
ntary Pass-transistor Logic)1回路の構成を示す図
である。図6に示すように、CPL1は、例えば、nM
OSパス・トランジスタ・ロジック・ネットワーク2
と、CMOSインバータ回路3とで構成されている。
【0005】そして、上記nMOSパス・トランジスタ
・ロジック・ネットワーク2は、「H」レベルの信号を
通すと、ここから出力される「H」レベルが電源電圧V
ddよりもnMOSのしきい値電圧分だけ低下する。この
ため、パス・トランジスタ・ロジック・ネットワーク2
の出力段には、CMOSインバータ回路3を付加して、
低下した論理レベルを元に戻すとともに、負荷の駆動力
を増強している。
【0006】ところが、上記CMOSインバータ回路3
は、図7に示すように、pMOSトランジスタ4とnM
OSトランジスタ5とで構成されており、CMOSイン
バータ回路3の動作時にnMOSトランジスタ5が完全
にオフできなくなって、スタティック電流が流れたり、
また、電源電圧が低下すると、CMOSインバータの動
作余裕がなくなる。
【0007】そこで、従来のCPL1は、図6に示すよ
うに、pMOS交差ラッチ回路6をさらに付加して、出
力される「H」レベルを電源電圧Vddに補正することが
行われている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の半導体装置にあっては、図6に示すように、
論理回路のパス・トランジスタ・ロジック・ネットワー
ク2が同一導電型のnMOS(あるいは、pMOSで構
成することもできる)トランジスタのみで構成されてい
るにも関わらず、その出力段には出力レベル低下を防止
するためのCMOSインバータ回路3が設けられるとと
もに、そのCMOSインバータ回路3の出力レベルを補
正するためのpMOS交差ラッチ回路6をさらに設ける
必要があった。これは、パス・トランジスタ・ロジック
を作成する基板上にnMOSとpMOSの両方の導電型
からなるトランジスタを作り込むことになるため、配線
や素子構造が複雑となり、回路面積が大きくなるととも
に、イオンドーピング回数やマスク枚数が増加して、製
造コストが高くなるという問題があった。
【0009】そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなさ
れたものであって、論理回路や論理回路の出力レベルを
補正するレベル補正回路を、pMOSあるいはnMOS
のような同一導電型のMOSトランジスタで構成するこ
とで、製造工程数が少なく、配線構造を簡略化して高集
積化するとともに、適正な出力レベルが得られる半導体
装置を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体装
置は、MOSトランジスタで構成される論理回路と、該
論理回路の出力レベルを補正するレベル補正回路と、を
備え、前記論理回路と前記レベル補正回路とを構成する
MOSトランジスタが同一導電型であることを特徴とす
る。従って、論理回路とレベル補正回路で使用するMO
Sトランジスタを同一導電型に統一したため、イオンド
ーピング回数とマスク枚数とが少なくできて、製造コス
トが低減化し、配線構造が簡略化されて高集積化すると
ともに、適正な出力レベルを得ることができる。
【0011】また、請求項2記載の半導体装置は、前記
論理回路が、ローレベルあるいはハイレベルの何れの入
力レベルでも駆動できるパス・トランジスタ・ロジック
回路で構成されていてもよい。従って、論理回路にパス
・トランジスタ・ロジックを用いた場合は、一層の低消
費電力性と、動作速度の高速化と、高集積化を図ること
が可能となり、同一導電型のMOSトランジスタを使っ
た相乗効果が得られる。
【0012】また、請求項3記載の半導体装置は、前記
レベル補正回路が、同一導電型のMOSトランジスタか
らなるインバータ回路と、該インバータ回路を構成する
MOSトランジスタのゲート部に同一導電型のMOSト
ランジスタとコンデンサとからなり、前記インバータ回
路のMOSトランジスタのゲート電位の変動を補償する
ゲート電位補償回路とを備えるようにしてもよい。従っ
て、レベル補正回路は、インバータ回路によりパス・ト
ランジスタ・ロジックからの入力レベルを補正し、さら
に、そのインバータ回路のMOSトランジスタのゲート
電位の変動を、ブートストラップ法のMOSトランジス
タとコンデンサとを使ったゲート電位補償回路により補
償することにより、出力レベルを適正なレベルに補正す
ることができる。
【0013】また、請求項4記載の半導体装置は、前記
インバータ回路が、同一導電型のMOSトランジスタの
ソースもしくはドレインが電源からグラウンドに向かっ
て少なくとも2個直列に接続された第1および第2のM
OSトランジスタと、前記第1および第2のMOSトラ
ンジスタの接続部に接続された第1の出力端部と、同一
導電型のMOSトランジスタのソースもしくはドレイン
が電源からグラウンドに向かって少なくとも2個直列に
接続された第3および第4のMOSトランジスタと、前
記第3および第4のMOSトランジスタの接続部に接続
された第2の出力端部と、を備え、前記ゲート電位保持
回路が、出力端が前記第1または第2のMOSトランジ
スタのゲートに接続された第5のMOSトランジスタ
と、一端が前記第1および第2のMOSトランジスタの
接続部に接続され、他端が前記第5のMOSトランジス
タの出力端に接続された第1のコンデンサと、出力端が
前記第3または第4のMOSトランジスタのゲートに接
続された第6のMOSトランジスタと、一端が前記第3
および第4のMOSトランジスタの接続部に接続され、
他端が前記第6のMOSトランジスタの出力端に接続さ
れた第2のコンデンサと、を備えていてもよい。
【0014】また、請求項5記載の半導体装置は、前記
MOSトランジスタがn型のMOSトランジスタでのみ
構成されていてもよい。
【0015】また、請求項6記載の半導体装置は、前記
MOSトランジスタの半導体層が単結晶シリコンで構成
されていてもよい。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置の実施
の形態を図面に基づいて説明する。図1〜図5は、本発
明の半導体装置である論理回路の実施の形態を示す図で
ある。ここでは、半導体装置を構成する論理回路にパス
・トランジスタ・ロジックが用いられ、この論理回路を
構成する全てのトランジスタに同一導電型のnMOSト
ランジスタ、あるいは、論理回路を構成する全てのトラ
ンジスタにpMOSトランジスタを使って実施したもの
である。
【0017】(第1の実施の形態)図1は、本発明の第
1の実施の形態に係る論理回路11の構成を示す図であ
る。図1に示すように、第1の実施の形態の論理回路1
1は、nMOSパス・トランジスタ・ロジック・ネット
ワーク(Pass-transistor Logic Network)12と、n
MOSインバータ回路13とで構成されている。
【0018】nMOSパス・トランジスタ・ロジック・
ネットワーク12は、従来のCMOSスタティック論理
回路のようにゲート・レベルで論理を合成するのではな
く、トランジスタ・レベルで論理を合成する論理回路で
ある。このパス・トランジスタ・ロジックは、現在、C
AD( Computer Aided Design)などにより論理回路を
自動合成することが可能であって、構成されるトランジ
スタ数を最小数に近づけることができる。このため、消
費電力が低減され、回路面積が小さく、高速動作し、低
コスト化することが可能な論理回路とすることができ
る。また、パス・トランジスタ・ロジックは、「H」レ
ベルでも「L」レベルでも駆動することができる点に特
徴がある。
【0019】図1に示すパス・トランジスタ・ロジック
・ネットワーク12は、複数のnMOSトランジスタが
それぞれ接続されていて、各ゲートとドレインから入力
される論理の組み合わせを変えることにより、所望の論
理回路を自由に構成することができる。例えば、アンド
・ナンド回路、オア・ノア回路、エクスクルシブ・オア
・ノア回路等を、ここでは4個のnMOSトランジスタ
を使って容易に構成することができる。
【0020】nMOSインバータ回路13は、上記nM
OSパス・トランジスタ・ロジック・ネットワーク12
の出力段に設けられ、パス・トランジスタ・ロジック・
ネットワーク12からの出力レベルを適正なレベルに補
正するレベル補正回路である。パス・トランジスタ・ロ
ジック・ネットワーク12に「H」レベルの信号を通す
と、ここから出力される「H」レベルが電源電圧Vddよ
りもnMOSのしきい値電圧分だけ低下する。このた
め、パス・トランジスタ・ロジック・ネットワーク12
の出力段には、nMOSインバータ回路13を付加し
て、低下した論理レベルを元に戻している。本発明の特
徴的な構成は、このnMOSインバータ回路13にあ
り、これを図2〜図4を使って説明する。
【0021】図2は、nMOSインバータ回路13の具
体的な回路構成例を示す図であり、図3は、図2のnM
OSインバータ回路13のシンボルを示す図であり、図
4は、図2のnMOSインバータ回路13の入力信号と
出力信号の波形図である。
【0022】まず、構成を説明する。図2に示すよう
に、第1の実施の形態における特徴は、上記したパス・
トランジスタ・ロジックと同一導電型のトランジスタに
よってnMOSインバータ回路13が構成されており、
nMOSインバータ回路13は、さらに2つのインバー
タ回路14、15に分けられる。
【0023】そこで、インバータ回路14は、3個のn
MOSトランジスタQ1、Q2、Q3と、1個のコンデ
ンサC1とで構成されている。通常のインバータ回路
は、nMOSトランジスタQ2およびQ3のソースおよ
びドレインが電源(Vdd)とグラウンド(GND)との
間に直列に接続されているだけで、nMOSトランジス
タQ2のゲートには、入力端部(IN)から正論理又は
負論理が印加され、nMOSトランジスタQ3のゲート
には、反転入力端部( ̄IN)から入力端部(IN)側
とは逆の論理が印加される。
【0024】以上のような従来のインバータ回路の構成
では、例えば、入力端部(IN)に「0」が入力され、
反転入力端部( ̄IN)に「1」が入力されると、反転
出力端部( ̄OUT)からは「0」が出力されるが、逆
に、入力端部(IN)に「1」が入力され、反転入力端
部( ̄IN)から「0」が入力されると、反転出力端部
( ̄OUT)からは充分上がりきらないハイレベルの
「1」が出力されることになる。これは、パス・トラン
ジスタ・ロジック・ネットワーク12からnMOSトラ
ンジスタQ2をオンする際に入力される「H」レベルの
ゲート電位が、電源電圧VddよりもnMOSのしきい値
電圧分だけ低下することになるからである。
【0025】そこで、第1の実施の形態では、図2に示
すように、インバータ回路14のnMOSトランジスタ
Q2のゲートと入力端部(IN)との間に、ゲートに電
源電圧(Vdd)が印加されたnMOSトランジスタQ1
を設けるとともに、nMOSトランジスタQ2とQ3の
接続部と、前記nMOSトランジスタQ1とnMOSト
ランジスタQ2のゲートとの間に、コンデンサC1を介
して接続するように構成されている。この回路構成は、
いわゆるブートストラップ法といわれ、nMOSトラン
ジスタQ2のゲート容量を増大させて、ゲートに十分な
オン電圧(ここでは、「H」の電圧)を保持して、出力
レベルの低下を防止するものである。
【0026】従って、インバータ回路14では、入力端
部(IN)から「1」が入力されて、反転入力端部( ̄
IN)から「0」が入力される場合は、nMOSトラン
ジスタQ3がオフ動作し、nMOSトランジスタQ2を
確実にオンして、電源電圧(Vdd)からレベル低下の無
いハイレベル「1」を反転出力端部( ̄OUT)から出
力することができる。
【0027】また、第1の実施の形態に係るnMOSイ
ンバータ回路13は、さらにインバータ回路15を備え
ており、入力端部(IN)から入力される論理を反転し
た論理が出力端部(OUT)から出力される。インバー
タ回路15の構成は、インバータ回路14と同様の構成
からなり、それぞれQ1→Q4、Q2→Q5、Q3→Q
6、C1→C2に相当し、相互の接続関係も同様であ
る。
【0028】異なる点は、図2に示すように、入力端部
(IN)に対して、インバータ回路14は、電源(Vd
d)側に接続されたnMOSトランジスタQ2のゲート
につながるnMOSトランジスタQ1に接続されている
が、インバータ回路15では、逆のグラウンド(GN
D)側に接続されたnMOSトランジスタQ6のゲート
に接続されている。また、反転入力端部( ̄IN)に対
しては、インバータ回路14は、グラウンド(GND)
側に接続されたnMOSトランジスタQ3のゲートに接
続されるとともに、インバータ回路15では、逆の電源
(Vdd)側に接続されたnMOSトランジスタQ5のゲ
ートにつながるnMOSトランジスタQ4に接続されて
いる。
【0029】このように、入力端部(IN)と反転入力
端部( ̄IN)に対してインバータ回路14と15とが
逆に接続されているため、インバータ回路14の出力が
反転出力端部( ̄OUT)となり、インバータ回路15
の出力が出力端部(OUT)となって、それぞれ反対の
論理を出力することができる。
【0030】上記図2に示したnMOSインバータ回路
13をシンボルで表わしたのが図3であり、入力端部
(IN)と反転入力端部( ̄IN)、および、出力端部
(OUT)と反転出力端部( ̄OUT)との関係を示し
ている。そして、この図3と同じシンボルが図1のnM
OSパス・トランジスタ・ロジック・ネットワーク12
の出力段に設けられている。
【0031】第1の実施の形態では、上記したように、
nMOSパス・トランジスタ・ロジック・ネットワーク
12の出力段に、nMOSインバータ回路13を設けた
ため、論理回路を構成するMOSトランジスタ全てを同
一導電型とすることが可能である。従って、従来のよう
に、nMOSパス・トランジスタ・ロジック・ネットワ
ーク12に対して、CMOSインバータ回路やpMOS
交差ラッチ回路を設ける場合と比べて、素子構造が簡略
化され、イオンドーピング工程数やマスク枚数を減少す
ることができるので、製造コストを低減できる。
【0032】また、nMOSパス・トランジスタ・ロジ
ック・ネットワーク12の出力段には、出力レベルの低
下を防止するため、従来はCMOSインバータ回路を設
けていたが、第1の実施の形態では同一導電型のnMO
Sインバータ回路を採用している。そして、このnMO
Sインバータ回路を採用すると出力レベルの低下が確実
に防止できないため、nMOSインバータ回路内のゲー
ト部にさらにnMOSトランジスタとコンデンサとを組
込んだブートストラップ法を採用し、ゲート電位の変動
を補償することにより出力レベルの低下が補正され、適
正な出力レベルが得られるレベル補正回路を構成してい
る。
【0033】具体的には、図1に示すnMOSパス・ト
ランジスタ・ロジック・ネットワーク12からnMOS
インバータ回路13に入力される入力端部(IN)の入
力信号波形は、図4(a)に示すように、本来の入力信
号の電位が、ローレベル「L」が0Vで、ハイレベル
「H」が5Vであるべきものが、ハイレベル「H」の出
力電位が低下していることがわかる。しかし、第1の実
施の形態のnMOSインバータ回路13を介して出力端
部(OUT)から出力される反転出力波形は、図4
(b)に示すように、ハイレベル「H」が5Vに確実に
シフトアップされおり、nMOSインバータ回路13の
レベル補正作用によって適正な論理出力が得られること
がわかる。
【0034】(第2の実施の形態)上記第1の実施の形
態では、論理回路11に用いるトランジスタを全てnM
OSトランジスタとして構成したが、これとは逆に、第
2の実施の形態では、トランジスタを全てpMOSトラ
ンジスタで構成した例を説明する。図5は、第2の実施
の形態に係るpMOSインバータ回路23の回路構成例
を示す図である。
【0035】なお、論理回路11に用いるトランジスタ
を全てpMOSトランジスタで構成する場合は、図示し
ていないが、図1のパス・トランジスタ・ロジック・ネ
ットワーク12に相当する部分が全てpMOSトランジ
スタで構成されている。そして、図5に示すように、p
MOSインバータ回路23は、さらに2つのインバータ
回路24、25に分けられる。
【0036】インバータ回路24は、3個のnMOSト
ランジスタQ11、Q12、Q13と、1個のコンデン
サC11とで構成されている。通常のインバータ回路
は、pMOSトランジスタQ12およびQ13のソース
およびドレインが電源(Vdd)とグラウンド(GND)
との間に直列に接続されているだけで、pMOSトラン
ジスタQ12のゲートには、入力端部(IN)から正論
理又は負論理が印加され、pMOSトランジスタQ13
のゲートには、反転入力端部( ̄IN)から入力端部
(IN)とは逆の論理が印加される。
【0037】このような従来のpMOSインバータ回路
では、例えば、入力端部(IN)に「0」が入力され、
反転入力端部( ̄IN)に「1」が入力されると、出力
端部(OUT)から「1」が出力されるが、逆に、入力
端部(IN)に「1」が入力され、反転入力端部( ̄I
N)から「0」が入力されると、出力端部(OUT)か
らは充分下がりきらないローレベルの「0」が出力され
ることになる。これは、pMOSトランジスタQ13が
オンするときに、そのしきい値電圧分だけグラウンド
(GND)レベルが上昇するからである。
【0038】そこで、第2の実施の形態では、図5に示
すように、インバータ回路24のpMOSトランジスタ
Q13のゲートと反転入力端部( ̄IN)との間に、ゲ
ートにグラウンド電位(GND)を印加されたpMOS
トランジスタQ11を設けるとともに、pMOSトラン
ジスタQ12とQ13の接続部と、前記pMOSトラン
ジスタQ11とpMOSトランジスタQ13のゲートと
の間に、コンデンサC11を介して接続するように構成
されている。このブートストラップ法による回路構成
は、pMOSトランジスタQ13のゲート容量を増大さ
せて、ゲートに十分なオン電圧(ここでは、「L」の電
圧)が保持されるようにして、出力されるローレベルの
上昇を防止するものである。
【0039】従って、インバータ回路24では、入力端
部(IN)から「1」が入力されて、反転入力端部( ̄
IN)から「0」が入力される場合は、pMOSトラン
ジスタQ12がオフ動作して、pMOSトランジスタQ
13を確実にオン動作させるため、出力端部(OUT)
からはグラウンド電位(GND)の上昇の無いローレベ
ル「0」を出力することができる。
【0040】また、第2の実施の形態に係るpMOSイ
ンバータ回路23は、インバータ回路25を備えてお
り、入力端部(IN)から入力される論理が反転された
論理を反転出力端部( ̄OUT)から出力する。インバ
ータ回路25の構成は、インバータ回路24と同様であ
って、それぞれQ11→Q14、Q12→Q15、Q1
3→Q16、C11→C12に相当し、相互の接続関係
も同様である。
【0041】異なる点は、図5に示すように、入力端部
(IN)に対して、インバータ回路24は、電源(Vd
d)側に接続されたpMOSトランジスタQ12のゲー
トに接続されるとともに、インバータ回路25では、逆
のグラウンド(GND)側に接続されたpMOSトラン
ジスタQ16のゲートにつながるpMOSトランジスタ
Q14に接続される。また、反転入力端部( ̄IN)に
対しては、インバータ回路24は、グラウンド(GN
D)側に接続されたpMOSトランジスタQ13のゲー
トにつながるpMOSトランジスタQ11に接続され、
インバータ回路25では、逆の電源(Vdd)側に接続さ
れたpMOSトランジスタQ15のゲートに接続されて
いる。
【0042】このように、入力端部(IN)と反転入力
端部( ̄IN)に対してインバータ回路24と25とが
逆に接続されているため、インバータ回路24の出力が
出力端部(OUT)となり、インバータ回路25の出力
が反転出力端部( ̄OUT)となって、それぞれ反対の
論理が出力されるものである。そして、図5に示すpM
OSインバータ回路23は、図示しないpMOSパス・
トランジスタ・ロジック・ネットワークの出力段に設け
られて構成されている。
【0043】第2の実施の形態では、上記したように、
pMOSパス・トランジスタ・ロジック・ネットワーク
の出力段に、pMOSインバータ回路23を設けたた
め、ロジック回路を構成するMOSトランジスタ全てを
同一導電型とすることが可能である。従って、従来例と
比較すると、素子構造が簡略化され、イオンドーピング
工程数やマスク枚数を減少することができるので、製造
コストを低減できる。
【0044】また、pMOSパス・トランジスタ・ロジ
ック・ネットワークの出力段には、出力レベル(ローレ
ベル)が上昇するのを防止するため、同一導電型のpM
OSインバータ回路を採用し、さらに、このpMOSイ
ンバータ回路による出力レベルの上昇を確実に防止する
ため、pMOSインバータ回路23内にさらにMOSト
ランジスタとコンデンサとを組込んだブートストラップ
法を採用している。このため、出力レベルの上昇を補正
して、適正な出力レベルが得られるレベル補正回路とす
ることができる。
【0045】具体的には、図示しないpMOSパス・ト
ランジスタ・ロジック・ネットワークからpMOSイン
バータ回路23の入力端部(IN)に入力される信号
は、本来の入力信号の電位が、ローレベル「L」が0V
で、ハイレベル「H」が5Vであるべきものが、ローレ
ベル「L」の出力電位が0Vよりも高くなっている。し
かし、第2の実施の形態のpMOSインバータ回路23
を介して出力端部(OUT)から出力される反転出力波
形は、ローレベル「L」が確実に0Vとなる。このよう
に、第2の実施の形態の論理回路は、pMOSインバー
タ回路23によるレベル補正作用によって適正な論理出
力を得ることができる。
【0046】上記したように、第2の実施の形態に係る
論理回路は、パス・トランジスタ・ロジックを用いたこ
とにより、最小数に近いトランジスタ数で回路を構成す
ることが可能であって、低消費電力化と、高速化と、高
集積化を図ることができる。
【0047】そして、このパス・トランジスタ・ロジッ
クからなる論理回路の出力段には、パス・トランジスタ
・ロジックで用いたトランジスタと同じ導電型からなる
pMOSトランジスタを用いて構成したpMOSインバ
ータ回路23を設けたことにより、出力レベルの補正が
可能となり、さらに、パス・トランジスタ・ロジックと
MOSインバータ回路とを同一工程で作成できるため、
イオンドーピング工程数とマスク枚数が少なくなり、素
子構造が簡略化され、素子面積が小さくなって、高集積
化と製造コストの低減化とを図ることができる。
【0048】また、pMOSパス・トランジスタ・ロジ
ックの出力レベルを補正するpMOSインバータ回路に
は、同一導電型のpMOSトランジスタとコンデンサと
を付加したブートストラップ法を採用したことにより、
インバータ回路の出力レベルが補正されて適正なレベル
を出力することが可能となる。従って、第2の実施の形
態に係る論理回路を使用しても誤動作しなくなり、信頼
性の高い論理回路とすることができる。
【0049】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明
は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいう
までもない。なお、上記した実施の形態では、論理回路
にパス・トランジスタ・ロジックを用いたが、必ずしも
これに限定されるものではなく、出力レベルの補正を要
する論理回路であれば種々の論理回路に対して適用する
ことができる。
【0050】また、上記実施の形態では、パス・トラン
ジスタ・ロジックの出力レベルを補正するMOSインバ
ータ回路にブートストラップ法により同一導電型のMO
Sトランジスタとコンデンサの両方を付加した構成で説
明したが、何れか一方を付加する場合でもよく、さらに
複数のコンデンサやMOSトランジスタを付加して構成
するようにしてもよい。
【0051】さらに、本実施の形態に係る論理回路を、
例えば、液晶表示装置の駆動回路などに好適に適用する
ことができる。また、本実施の形態では、半導体装置を
単結晶シリコンで構成することにより、移動度の高い、
高速動作可能な半導体装置とすることができる。
【0052】
【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、論理回路
がMOSトランジスタで構成され、その該論理回路の出
力レベルをレベル補正回路で補正し、前記論理回路と前
記レベル補正回路とが同一導電型のMOSトランジスタ
で構成されている。従って、論理回路とレベル補正回路
のMOSトランジスタを同一導電型としたので、イオン
ドーピング回数、フォトリソグラフィ工程数、マスク枚
数が減少して、製造コストが低減化し、配線構造等が簡
略化されて高集積化できるとともに、適正な出力レベル
を得ることができる。
【0053】特に、前記論理回路を、パス・トランジス
タ・ロジック回路で構成したことにより、一層の低消費
電力性と、動作速度の高速化と、高集積化を図ることが
可能となり、同一導電型のMOSトランジスタを使った
ことによる相乗効果が得られる。
【0054】また、前記レベル補正回路を、同一導電型
のMOSトランジスタからなるインバータ回路と、その
インバータ回路を構成するMOSトランジスタのゲート
部に同一導電型のMOSトランジスタとコンデンサから
なるゲート電位補償回路を備えている。従って、レベル
補正回路は、インバータ回路によりパス・トランジスタ
・ロジックからの入力レベルを補正し、さらに、そのイ
ンバータ回路のMOSトランジスタのゲート電位の変動
を、ブートストラップ法のMOSトランジスタとコンデ
ンサとを使ったゲート電位補償回路による補償により、
出力レベルを適正なレベルに補正することができる。
【0055】また、MOSトランジスタの半導体層を単
結晶シリコンで構成したので、移動度の高い、高速動作
可能な半導体装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る論理回路の構
成を示す図。
【図2】nMOSインバータ回路の具体的な回路構成例
を示す図、
【図3】図2のnMOSインバータ回路のシンボルを示
す図。
【図4】図2のnMOSインバータ回路の入力信号と出
力信号の波形図。
【図5】本発明の第2の実施の形態に係るpMOSイン
バータ回路の回路構成例を示す図。
【図6】従来のCPL回路の構成を示す図。
【図7】従来のCMOSインバータ回路を示す図。
【符号の説明】
11 論理回路 12 nMOSパス・トランジスタ・ロジッ
ク・ネットワーク 13 nMOSインバータ回路 14,15 インバータ回路 23 pMOSインバータ回路 24,25 インバータ回路
【手続補正書】
【提出日】平成8年4月5日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 半導体装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、詳細には、論理回路とその論理回路の出力レベルを
補正するレベル補正回路からなる半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置で構成された論理回路
には、CMOSスタティック論理回路などがある。この
CMOSスタティック論理回路は、動作余裕が大きく、
設計が簡単で、そのままスケーリングができ、直流電流
が流れないことから広く集積回路に使われている。しか
し、このCMOSスタティック論理回路は、トランジス
タ数が多く、集積度に難点があるため、少ないトランジ
スタ数で論理回路を構成することが要請されている。
【0003】そこで、現在は、低消費電力性と、高い処
理性能、および高集積化を同時に達成する論理回路とし
て、パス・トランジスタ・ロジック(Pass-transistor
Logic)回路が注目されている。このパス・トランジス
タ・ロジック回路は、「H」レベルの信号でも、「L」
レベルの信号でも駆動できることに特徴がある。
【0004】例えば、図6は、従来のコンプリメンタリ
ー・パス・トランジスタ・ロジック(CPL:Compleme
ntary Pass-transistor Logic)1回路の構成を示す図
である。図6に示すように、CPL1は、例えば、nM
OSパス・トランジスタ・ロジック・ネットワーク2
と、CMOSインバータ回路3とで構成されている。
【0005】そして、上記nMOSパス・トランジスタ
・ロジック・ネットワーク2は、「H」レベルの信号を
通すと、ここから出力される「H」レベルが電源電圧V
ddよりもnMOSのしきい値電圧分だけ低下する。この
ため、パス・トランジスタ・ロジック・ネットワーク2
の出力段には、CMOSインバータ回路3を付加して、
低下した論理レベルを元に戻すとともに、負荷の駆動力
を増強している。
【0006】ところが、上記CMOSインバータ回路3
は、図7に示すように、pMOSトランジスタ4とnM
OSトランジスタ5とで構成されており、CMOSイン
バータ回路3の動作時にnMOSトランジスタ5が完全
にオフできなくなって、スタティック電流が流れたり、
また、電源電圧が低下すると、CMOSインバータの動
作余裕がなくなる。
【0007】そこで、従来のCPL1は、図6に示すよ
うに、pMOS交差ラッチ回路6をさらに付加して、出
力される「H」レベルを電源電圧Vddに補正することが
行われている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の半導体装置にあっては、図6に示すように、
論理回路のパス・トランジスタ・ロジック・ネットワー
ク2が同一導電型のnMOS(あるいは、pMOSで構
成することもできる)トランジスタのみで構成されてい
るにも関わらず、その出力段には出力レベル低下を防止
するためのCMOSインバータ回路3が設けられるとと
もに、そのCMOSインバータ回路3の出力レベルを補
正するためのpMOS交差ラッチ回路6をさらに設ける
必要があった。これは、パス・トランジスタ・ロジック
を作成する基板上にnMOSとpMOSの両方の導電型
からなるトランジスタを作り込むことになるため、配線
や素子構造が複雑となり、回路面積が大きくなるととも
に、イオンドーピング回数やマスク枚数が増加して、製
造コストが高くなるという問題があった。
【0009】そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなさ
れたものであって、論理回路や論理回路の出力レベルを
補正するレベル補正回路を、pMOSあるいはnMOS
のような同一導電型の絶縁ゲート型トランジスタで構成
することで、製造工程数が少なく、配線構造を簡略化し
て高集積化するとともに、適正な出力レベルが得られる
半導体装置を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体装
置は、絶縁ゲート型トランジスタで構成される論理回路
と、該論理回路の出力レベルを補正するレベル補正回路
と、を備え、前記論理回路と前記レベル補正回路とを構
成する絶縁ゲート型トランジスタが同一導電型であるこ
とを特徴とする。従って、論理回路とレベル補正回路で
使用する絶縁ゲート型トランジスタを同一導電型に統一
したため、イオンドーピング回数とマスク枚数とが少な
くできて、製造コストが低減化し、配線構造が簡略化さ
れて高集積化するとともに、適正な出力レベルを得るこ
とができる。
【0011】また、請求項2記載の半導体装置は、前記
論理回路が、ローレベルあるいはハイレベルの何れの入
力レベルでも駆動できるパス・トランジスタ・ロジック
回路で構成されていてもよい。従って、論理回路にパス
・トランジスタ・ロジックを用いた場合は、一層の低消
費電力性と、動作速度の高速化と、高集積化を図ること
が可能となり、同一導電型の絶縁ゲート型トランジスタ
を使った相乗効果が得られる。
【0012】また、請求項3記載の半導体装置は、前記
レベル補正回路が、同一導電型の絶縁ゲート型トランジ
スタからなるインバータ回路と、該インバータ回路を構
成する絶縁ゲート型トランジスタのゲート部に同一導電
型の絶縁ゲート型トランジスタとコンデンサとからな
り、前記インバータ回路の絶縁ゲート型トランジスタの
ゲート電位の変動を補償するゲート電位補償回路とを備
えるようにしてもよい。従って、レベル補正回路は、イ
ンバータ回路によりパス・トランジスタ・ロジックから
の入力レベルを補正し、さらに、そのインバータ回路の
絶縁ゲート型トランジスタのゲート電位の変動を、ブー
トストラップ法の絶縁ゲート型トランジスタとコンデン
サとを使ったゲート電位補償回路により補償することに
より、出力レベルを適正なレベルに補正することができ
る。
【0013】また、請求項4記載の半導体装置は、前記
インバータ回路が、同一導電型の絶縁ゲート型トランジ
スタのソースもしくはドレインが電源からグラウンドに
向かって少なくとも2個直列に接続された第1および第
2の絶縁ゲート型トランジスタと、前記第1および第2
絶縁ゲート型トランジスタの接続部に接続された第1
の出力端部と、同一導電型の絶縁ゲート型トランジスタ
のソースもしくはドレインが電源からグラウンドに向か
って少なくとも2個直列に接続された第3および第4の
絶縁ゲート型トランジスタと、前記第3および第4の
縁ゲート型トランジスタの接続部に接続された第2の出
力端部と、を備え、前記ゲート電位保持回路が、出力端
が前記第1または第2の絶縁ゲート型トランジスタのゲ
ートに接続された第5の絶縁ゲート型トランジスタと、
一端が前記第1および第2の絶縁ゲート型トランジスタ
の接続部に接続され、他端が前記第5の絶縁ゲート型
ランジスタの出力端に接続された第1のコンデンサと、
出力端が前記第3または第4の絶縁ゲート型トランジス
タのゲートに接続された第6の絶縁ゲート型トランジス
タと、一端が前記第3および第4の絶縁ゲート型トラン
ジスタの接続部に接続され、他端が前記第6の絶縁ゲー
ト型トランジスタの出力端に接続された第2のコンデン
サと、を備えていてもよい。
【0014】また、請求項5記載の半導体装置は、前記
絶縁ゲート型トランジスタがn型の絶縁ゲート型トラン
ジスタでのみ構成されていてもよい。
【0015】また、請求項6記載の半導体装置は、前記
絶縁ゲート型トランジスタの半導体層が単結晶シリコン
で構成されていてもよい。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置の実施
の形態を図面に基づいて説明する。図1〜図5は、本発
明の半導体装置である論理回路の実施の形態を示す図で
ある。ここでは、半導体装置を構成する論理回路にパス
・トランジスタ・ロジックが用いられ、この論理回路を
構成する全てのトランジスタに同一導電型のnMOSト
ランジスタ、あるいは、論理回路を構成する全ての絶縁
ゲート型トランジスタにpMOSトランジスタを使って
実施したものである。
【0017】(第1の実施の形態)図1は、本発明の第
1の実施の形態に係る論理回路11の構成を示す図であ
る。図1に示すように、第1の実施の形態の論理回路1
1は、nMOSパス・トランジスタ・ロジック・ネット
ワーク(Pass-transistor Logic Network)12と、n
MOSインバータ回路13とで構成されている。
【0018】nMOSパス・トランジスタ・ロジック・
ネットワーク12は、従来のCMOSスタティック論理
回路のようにゲート・レベルで論理を合成するのではな
く、トランジスタ・レベルで論理を合成する論理回路で
ある。このパス・トランジスタ・ロジックは、現在、C
AD( Computer Aided Design)などにより論理回路を
自動合成することが可能であって、構成されるトランジ
スタ数を最小数に近づけることができる。このため、消
費電力が低減され、回路面積が小さく、高速動作し、低
コスト化することが可能な論理回路とすることができ
る。また、パス・トランジスタ・ロジックは、「H」レ
ベルでも「L」レベルでも駆動することができる点に特
徴がある。
【0019】図1に示すパス・トランジスタ・ロジック
・ネットワーク12は、複数のnMOSトランジスタが
それぞれ接続されていて、各ゲートとドレインから入力
される論理の組み合わせを変えることにより、所望の論
理回路を自由に構成することができる。例えば、アンド
・ナンド回路、オア・ノア回路、エクスクルシブ・オア
・ノア回路等を、ここでは4個のnMOSトランジスタ
を使って容易に構成することができる。
【0020】nMOSインバータ回路13は、上記nM
OSパス・トランジスタ・ロジック・ネットワーク12
の出力段に設けられ、パス・トランジスタ・ロジック・
ネットワーク12からの出力レベルを適正なレベルに補
正するレベル補正回路である。パス・トランジスタ・ロ
ジック・ネットワーク12に「H」レベルの信号を通す
と、ここから出力される「H」レベルが電源電圧Vddよ
りもnMOSのしきい値電圧分だけ低下する。このた
め、パス・トランジスタ・ロジック・ネットワーク12
の出力段には、nMOSインバータ回路13を付加し
て、低下した論理レベルを元に戻している。本発明の特
徴的な構成は、このnMOSインバータ回路13にあ
り、これを図2〜図4を使って説明する。
【0021】図2は、nMOSインバータ回路13の具
体的な回路構成例を示す図であり、図3は、図2のnM
OSインバータ回路13のシンボルを示す図であり、図
4は、図2のnMOSインバータ回路13の入力信号と
出力信号の波形図である。
【0022】まず、構成を説明する。図2に示すよう
に、第1の実施の形態における特徴は、上記したパス・
トランジスタ・ロジックと同一導電型のトランジスタに
よってnMOSインバータ回路13が構成されており、
nMOSインバータ回路13は、さらに2つのインバー
タ回路14、15に分けられる。
【0023】そこで、インバータ回路14は、3個のn
MOSトランジスタQ1、Q2、Q3と、1個のコンデ
ンサC1とで構成されている。通常のインバータ回路
は、nMOSトランジスタQ2およびQ3のソースおよ
びドレインが電源(Vdd)とグラウンド(GND)との
間に直列に接続されているだけで、nMOSトランジス
タQ2のゲートには、入力端部(IN)から正論理又は
負論理が印加され、nMOSトランジスタQ3のゲート
には、反転入力端部( ̄IN)から入力端部(IN)側
とは逆の論理が印加される。
【0024】以上のような従来のインバータ回路の構成
では、例えば、入力端部(IN)に「0」が入力され、
反転入力端部( ̄IN)に「1」が入力されると、反転
出力端部( ̄OUT)からは「0」が出力されるが、逆
に、入力端部(IN)に「1」が入力され、反転入力端
部( ̄IN)から「0」が入力されると、反転出力端部
( ̄OUT)からは充分上がりきらないハイレベルの
「1」が出力されることになる。これは、パス・トラン
ジスタ・ロジック・ネットワーク12からnMOSトラ
ンジスタQ2をオンする際に入力される「H」レベルの
ゲート電位が、電源電圧VddよりもnMOSのしきい値
電圧分だけ低下することになるからである。
【0025】そこで、第1の実施の形態では、図2に示
すように、インバータ回路14のnMOSトランジスタ
Q2のゲートと入力端部(IN)との間に、ゲートに電
源電圧(Vdd)が印加されたnMOSトランジスタQ1
を設けるとともに、nMOSトランジスタQ2とQ3の
接続部と、前記nMOSトランジスタQ1とnMOSト
ランジスタQ2のゲートとの間に、コンデンサC1を介
して接続するように構成されている。この回路構成は、
いわゆるブートストラップ法といわれ、nMOSトラン
ジスタQ2のゲート容量を増大させて、ゲートに十分な
オン電圧(ここでは、「H」の電圧)を保持して、出力
レベルの低下を防止するものである。
【0026】従って、インバータ回路14では、入力端
部(IN)から「1」が入力されて、反転入力端部( ̄
IN)から「0」が入力される場合は、nMOSトラン
ジスタQ3がオフ動作し、nMOSトランジスタQ2を
確実にオンして、電源電圧(Vdd)からレベル低下の無
いハイレベル「1」を反転出力端部( ̄OUT)から出
力することができる。
【0027】また、第1の実施の形態に係るnMOSイ
ンバータ回路13は、さらにインバータ回路15を備え
ており、入力端部(IN)から入力される論理を反転し
た論理が出力端部(OUT)から出力される。インバー
タ回路15の構成は、インバータ回路14と同様の構成
からなり、それぞれQ1→Q4、Q2→Q5、Q3→Q
6、C1→C2に相当し、相互の接続関係も同様であ
る。
【0028】異なる点は、図2に示すように、入力端部
(IN)に対して、インバータ回路14は、電源(Vd
d)側に接続されたnMOSトランジスタQ2のゲート
につながるnMOSトランジスタQ1に接続されている
が、インバータ回路15では、逆のグラウンド(GN
D)側に接続されたnMOSトランジスタQ6のゲート
に接続されている。また、反転入力端部( ̄IN)に対
しては、インバータ回路14は、グラウンド(GND)
側に接続されたnMOSトランジスタQ3のゲートに接
続されるとともに、インバータ回路15では、逆の電源
(Vdd)側に接続されたnMOSトランジスタQ5のゲ
ートにつながるnMOSトランジスタQ4に接続されて
いる。
【0029】このように、入力端部(IN)と反転入力
端部( ̄IN)に対してインバータ回路14と15とが
逆に接続されているため、インバータ回路14の出力が
反転出力端部( ̄OUT)となり、インバータ回路15
の出力が出力端部(OUT)となって、それぞれ反対の
論理を出力することができる。
【0030】上記図2に示したnMOSインバータ回路
13をシンボルで表わしたのが図3であり、入力端部
(IN)と反転入力端部( ̄IN)、および、出力端部
(OUT)と反転出力端部( ̄OUT)との関係を示し
ている。そして、この図3と同じシンボルが図1のnM
OSパス・トランジスタ・ロジック・ネットワーク12
の出力段に設けられている。
【0031】第1の実施の形態では、上記したように、
nMOSパス・トランジスタ・ロジック・ネットワーク
12の出力段に、nMOSインバータ回路13を設けた
ため、論理回路を構成するMOSトランジスタ全てを同
一導電型とすることが可能である。従って、従来のよう
に、nMOSパス・トランジスタ・ロジック・ネットワ
ーク12に対して、CMOSインバータ回路やpMOS
交差ラッチ回路を設ける場合と比べて、素子構造が簡略
化され、イオンドーピング工程数やマスク枚数を減少す
ることができるので、製造コストを低減できる。
【0032】また、nMOSパス・トランジスタ・ロジ
ック・ネットワーク12の出力段には、出力レベルの低
下を防止するため、従来はCMOSインバータ回路を設
けていたが、第1の実施の形態では同一導電型のnMO
Sインバータ回路を採用している。そして、このnMO
Sインバータ回路を採用すると出力レベルの低下が確実
に防止できないため、nMOSインバータ回路内のゲー
ト部にさらにnMOSトランジスタとコンデンサとを組
込んだブートストラップ法を採用し、ゲート電位の変動
を補償することにより出力レベルの低下が補正され、適
正な出力レベルが得られるレベル補正回路を構成してい
る。
【0033】具体的には、図1に示すnMOSパス・ト
ランジスタ・ロジック・ネットワーク12からnMOS
インバータ回路13に入力される入力端部(IN)の入
力信号波形は、図4(a)に示すように、本来の入力信
号の電位が、ローレベル「L」が0Vで、ハイレベル
「H」が5Vであるべきものが、ハイレベル「H」の出
力電位が低下していることがわかる。しかし、第1の実
施の形態のnMOSインバータ回路13を介して出力端
部(OUT)から出力される反転出力波形は、図4
(b)に示すように、ハイレベル「H」が5Vに確実に
シフトアップされおり、nMOSインバータ回路13の
レベル補正作用によって適正な論理出力が得られること
がわかる。
【0034】(第2の実施の形態)上記第1の実施の形
態では、論理回路11に用いるトランジスタを全てnM
OSトランジスタとして構成したが、これとは逆に、第
2の実施の形態では、トランジスタを全てpMOSトラ
ンジスタで構成した例を説明する。図5は、第2の実施
の形態に係るpMOSインバータ回路23の回路構成例
を示す図である。
【0035】なお、論理回路11に用いるトランジスタ
を全てpMOSトランジスタで構成する場合は、図示し
ていないが、図1のパス・トランジスタ・ロジック・ネ
ットワーク12に相当する部分が全てpMOSトランジ
スタで構成されている。そして、図5に示すように、p
MOSインバータ回路23は、さらに2つのインバータ
回路24、25に分けられる。
【0036】インバータ回路24は、3個のnMOSト
ランジスタQ11、Q12、Q13と、1個のコンデン
サC11とで構成されている。通常のインバータ回路
は、pMOSトランジスタQ12およびQ13のソース
およびドレインが電源(Vdd)とグラウンド(GND)
との間に直列に接続されているだけで、pMOSトラン
ジスタQ12のゲートには、入力端部(IN)から正論
理又は負論理が印加され、pMOSトランジスタQ13
のゲートには、反転入力端部( ̄IN)から入力端部
(IN)とは逆の論理が印加される。
【0037】このような従来のpMOSインバータ回路
では、例えば、入力端部(IN)に「0」が入力され、
反転入力端部( ̄IN)に「1」が入力されると、出力
端部(OUT)から「1」が出力されるが、逆に、入力
端部(IN)に「1」が入力され、反転入力端部( ̄I
N)から「0」が入力されると、出力端部(OUT)か
らは充分下がりきらないローレベルの「0」が出力され
ることになる。これは、pMOSトランジスタQ13が
オンするときに、そのしきい値電圧分だけグラウンド
(GND)レベルが上昇するからである。
【0038】そこで、第2の実施の形態では、図5に示
すように、インバータ回路24のpMOSトランジスタ
Q13のゲートと反転入力端部( ̄IN)との間に、ゲ
ートにグラウンド電位(GND)を印加されたpMOS
トランジスタQ11を設けるとともに、pMOSトラン
ジスタQ12とQ13の接続部と、前記pMOSトラン
ジスタQ11とpMOSトランジスタQ13のゲートと
の間に、コンデンサC11を介して接続するように構成
されている。このブートストラップ法による回路構成
は、pMOSトランジスタQ13のゲート容量を増大さ
せて、ゲートに十分なオン電圧(ここでは、「L」の電
圧)が保持されるようにして、出力されるローレベルの
上昇を防止するものである。
【0039】従って、インバータ回路24では、入力端
部(IN)から「1」が入力されて、反転入力端部( ̄
IN)から「0」が入力される場合は、pMOSトラン
ジスタQ12がオフ動作して、pMOSトランジスタQ
13を確実にオン動作させるため、出力端部(OUT)
からはグラウンド電位(GND)の上昇の無いローレベ
ル「0」を出力することができる。
【0040】また、第2の実施の形態に係るpMOSイ
ンバータ回路23は、インバータ回路25を備えてお
り、入力端部(IN)から入力される論理が反転された
論理を反転出力端部( ̄OUT)から出力する。インバ
ータ回路25の構成は、インバータ回路24と同様であ
って、それぞれQ11→Q14、Q12→Q15、Q1
3→Q16、C11→C12に相当し、相互の接続関係
も同様である。
【0041】異なる点は、図5に示すように、入力端部
(IN)に対して、インバータ回路24は、電源(Vd
d)側に接続されたpMOSトランジスタQ12のゲー
トに接続されるとともに、インバータ回路25では、逆
のグラウンド(GND)側に接続されたpMOSトラン
ジスタQ16のゲートにつながるpMOSトランジスタ
Q14に接続される。また、反転入力端部( ̄IN)に
対しては、インバータ回路24は、グラウンド(GN
D)側に接続されたpMOSトランジスタQ13のゲー
トにつながるpMOSトランジスタQ11に接続され、
インバータ回路25では、逆の電源(Vdd)側に接続さ
れたpMOSトランジスタQ15のゲートに接続されて
いる。
【0042】このように、入力端部(IN)と反転入力
端部( ̄IN)に対してインバータ回路24と25とが
逆に接続されているため、インバータ回路24の出力が
出力端部(OUT)となり、インバータ回路25の出力
が反転出力端部( ̄OUT)となって、それぞれ反対の
論理が出力されるものである。そして、図5に示すpM
OSインバータ回路23は、図示しないpMOSパス・
トランジスタ・ロジック・ネットワークの出力段に設け
られて構成されている。
【0043】第2の実施の形態では、上記したように、
pMOSパス・トランジスタ・ロジック・ネットワーク
の出力段に、pMOSインバータ回路23を設けたた
め、ロジック回路を構成するMOSトランジスタ全てを
同一導電型とすることが可能である。従って、従来例と
比較すると、素子構造が簡略化され、イオンドーピング
工程数やマスク枚数を減少することができるので、製造
コストを低減できる。
【0044】また、pMOSパス・トランジスタ・ロジ
ック・ネットワークの出力段には、出力レベル(ローレ
ベル)が上昇するのを防止するため、同一導電型のpM
OSインバータ回路を採用し、さらに、このpMOSイ
ンバータ回路による出力レベルの上昇を確実に防止する
ため、pMOSインバータ回路23内にさらにMOSト
ランジスタとコンデンサとを組込んだブートストラップ
法を採用している。このため、出力レベルの上昇を補正
して、適正な出力レベルが得られるレベル補正回路とす
ることができる。
【0045】具体的には、図示しないpMOSパス・ト
ランジスタ・ロジック・ネットワークからpMOSイン
バータ回路23の入力端部(IN)に入力される信号
は、本来の入力信号の電位が、ローレベル「L」が0V
で、ハイレベル「H」が5Vであるべきものが、ローレ
ベル「L」の出力電位が0Vよりも高くなっている。し
かし、第2の実施の形態のpMOSインバータ回路23
を介して出力端部(OUT)から出力される反転出力波
形は、ローレベル「L」が確実に0Vとなる。このよう
に、第2の実施の形態の論理回路は、pMOSインバー
タ回路23によるレベル補正作用によって適正な論理出
力を得ることができる。
【0046】上記したように、第2の実施の形態に係る
論理回路は、パス・トランジスタ・ロジックを用いたこ
とにより、最小数に近いトランジスタ数で回路を構成す
ることが可能であって、低消費電力化と、高速化と、高
集積化を図ることができる。
【0047】そして、このパス・トランジスタ・ロジッ
クからなる論理回路の出力段には、パス・トランジスタ
・ロジックで用いたトランジスタと同じ導電型からなる
pMOSトランジスタを用いて構成したpMOSインバ
ータ回路23を設けたことにより、出力レベルの補正が
可能となり、さらに、パス・トランジスタ・ロジックと
MOSインバータ回路とを同一工程で作成できるため、
イオンドーピング工程数とマスク枚数が少なくなり、素
子構造が簡略化され、素子面積が小さくなって、高集積
化と製造コストの低減化とを図ることができる。
【0048】また、pMOSパス・トランジスタ・ロジ
ックの出力レベルを補正するpMOSインバータ回路に
は、同一導電型のpMOSトランジスタとコンデンサと
を付加したブートストラップ法を採用したことにより、
インバータ回路の出力レベルが補正されて適正なレベル
を出力することが可能となる。従って、第2の実施の形
態に係る論理回路を使用しても誤動作しなくなり、信頼
性の高い論理回路とすることができる。
【0049】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明
は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいう
までもない。なお、上記した実施の形態では、論理回路
にパス・トランジスタ・ロジックを用いたが、必ずしも
これに限定されるものではなく、出力レベルの補正を要
する論理回路であれば種々の論理回路に対して適用する
ことができる。
【0050】また、上記実施の形態では、パス・トラン
ジスタ・ロジックの出力レベルを補正するMOSインバ
ータ回路にブートストラップ法により同一導電型のMO
Sトランジスタとコンデンサの両方を付加した構成で説
明したが、何れか一方を付加する場合でもよく、さらに
複数のコンデンサやMOSトランジスタを付加して構成
するようにしてもよい。
【0051】さらに、本実施の形態に係る論理回路を、
例えば、液晶表示装置の駆動回路などに好適に適用する
ことができる。また、本実施の形態では、半導体装置を
単結晶シリコンで構成することにより、移動度の高い、
高速動作可能な半導体装置とすることができる。
【0052】
【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、論理回路
絶縁ゲート型トランジスタで構成され、その該論理回
路の出力レベルをレベル補正回路で補正し、前記論理回
路と前記レベル補正回路とが同一導電型の絶縁ゲート型
トランジスタで構成されている。従って、論理回路とレ
ベル補正回路の絶縁ゲート型トランジスタを同一導電型
としたので、イオンドーピング回数、フォトリソグラフ
ィ工程数、マスク枚数が減少して、製造コストが低減化
し、配線構造等が簡略化されて高集積化できるととも
に、適正な出力レベルを得ることができる。
【0053】特に、前記論理回路を、パス・トランジス
タ・ロジック回路で構成したことにより、一層の低消費
電力性と、動作速度の高速化と、高集積化を図ることが
可能となり、同一導電型の絶縁ゲート型トランジスタを
使ったことによる相乗効果が得られる。
【0054】また、前記レベル補正回路を、同一導電型
絶縁ゲート型トランジスタからなるインバータ回路
と、そのインバータ回路を構成する絶縁ゲート型トラン
ジスタのゲート部に同一導電型の絶縁ゲート型トランジ
スタとコンデンサからなるゲート電位補償回路を備えて
いる。従って、レベル補正回路は、インバータ回路によ
りパス・トランジスタ・ロジックからの入力レベルを補
正し、さらに、そのインバータ回路の絶縁ゲート型トラ
ンジスタのゲート電位の変動を、ブートストラップ法の
絶縁ゲート型トランジスタとコンデンサとを使ったゲー
ト電位補償回路による補償により、出力レベルを適正な
レベルに補正することができる。
【0055】また、絶縁ゲート型トランジスタの半導体
層を単結晶シリコンで構成したので、移動度の高い、高
速動作可能な半導体装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る論理回路の構
成を示す図。
【図2】nMOSインバータ回路の具体的な回路構成例
を示す図、
【図3】図2のnMOSインバータ回路のシンボルを示
す図。
【図4】図2のnMOSインバータ回路の入力信号と出
力信号の波形図。
【図5】本発明の第2の実施の形態に係るpMOSイン
バータ回路の回路構成例を示す図。
【図6】従来のCPL回路の構成を示す図。
【図7】従来のCMOSインバータ回路を示す図。
【符号の説明】 11 論理回路 12 nMOSパス・トランジスタ・ロジッ
ク・ネットワーク 13 nMOSインバータ回路 14,15 インバータ回路 23 pMOSインバータ回路 24,25 インバータ回路

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】MOSトランジスタで構成される論理回路
    と、 該論理回路の出力レベルを補正するレベル補正回路と、 を備え、 前記論理回路と前記レベル補正回路とを構成するMOS
    トランジスタが同一導電型であることを特徴とする半導
    体装置。
  2. 【請求項2】前記論理回路が、 ローレベルあるいはハイレベルの何れの入力レベルでも
    駆動できるパス・トランジスタ・ロジック回路で構成さ
    れていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】前記レベル補正回路が、 同一導電型のMOSトランジスタからなるインバータ回
    路と、 該インバータ回路を構成するMOSトランジスタのゲー
    ト部に同一導電型のMOSトランジスタとコンデンサと
    からなり、前記インバータ回路のMOSトランジスタの
    ゲート電位の変動を補償するゲート電位補償回路と、 を備えていることを特徴とする請求項1または請求項2
    記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】前記インバータ回路が、 同一導電型のMOSトランジスタのソースもしくはドレ
    インが電源からグラウンドに向かって少なくとも2個直
    列に接続された第1および第2のMOSトランジスタ
    と、 前記第1および第2のMOSトランジスタの接続部に接
    続された第1の出力端部と、 同一導電型のMOSトランジスタのソースもしくはドレ
    インが電源からグラウンドに向かって少なくとも2個直
    列に接続された第3および第4のMOSトランジスタ
    と、 前記第3および第4のMOSトランジスタの接続部に接
    続された第2の出力端部と、 を備え、 前記ゲート電位保持回路が、 出力端が前記第1または第2のMOSトランジスタのゲ
    ートに接続された第5のMOSトランジスタと、 一端が前記第1および第2のMOSトランジスタの接続
    部に接続され、他端が前記第5のMOSトランジスタの
    出力端に接続された第1のコンデンサと、 出力端が前記第3または第4のMOSトランジスタのゲ
    ートに接続された第6のMOSトランジスタと、 一端が前記第3および第4のMOSトランジスタの接続
    部に接続され、他端が前記第6のMOSトランジスタの
    出力端に接続された第2のコンデンサと、 を備えていることを特徴とする請求項3記載の半導体装
    置。
  5. 【請求項5】前記MOSトランジスタがn型のMOSト
    ランジスタでのみ構成されていることを特徴とする請求
    項1から請求項4までの何れかに記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】前記MOSトランジスタの半導体層が単結
    晶シリコンで構成されていることを特徴とする請求項1
    から請求項5までの何れかに記載の半導体装置。
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