JP2003347921A - 半導体装置及びシステム - Google Patents
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Abstract
圧不良を防止の向上を図った半導体装置、開発設計が容
易でしかも半導体装置の耐圧不良を防止したシステムを
提供する。 【解決手段】 第1の外部端子から入力される第1の入
力信号を第1と第2の抵抗手段により分圧して伝え、上
記第1の抵抗手段に並列形態にキャパシタを設けて入力
信号の交流成分を伝え、上記分圧された電圧を第1の入
力回路に入力し、第2の外部端子から入力され、上記第
1の入力信号よりも小さな信号振幅とされた第2の入力
信号を第2の入力回路に伝え、上記第1と第2の入力回
路が同じ製造工程で形成されたMOSFETで第1の半
導体装置する。これに上記第1の入力回路に対応した第
2の半導体装置及び上記第2の入力回路に対応した第3
の半導体装置によりシステムを構成する
Description
システムに関し、特に異なる信号電圧の入出力インター
フェースを有する複数のLSI/ICで構成されるシス
テムで使用されるLSI/ICでの入力回路に利用して
有効な技術に関するものである。
て、本願発明に関連するものとして(1)特開平05−
266666号公報、(2)特開2001−25117
6号公報の存在が報告された。(1)の公報では、入力
端子と入力回路の間に入力振幅制限回路を設けることに
より、上記入力回路のトランジスタの破壊を防止するこ
とを可能とした半導体メモリが開示されている。(2)
の公報では、入力電圧がMOSトランジスタのゲート酸
化膜の耐圧以上であっても、その耐圧以上の電圧差が印
加されないようにトランスファゲート20を制御する制
御回路30を設けたレベルシフト回路が開示されてい
る。
テムでは、システム性能を左右するコア部分に最先端の
プロセス技術を採用したLSI/IC(以下単にLS
I)を使用し、性能にあまり関与しないテスト/評価用
制御部分に前世代または前々世代のプロセス技術を採用
したLSIを使用している。従って最先端のLSIは、
コア部に関わる入出力インターフェースとテスト/評価
用制御部に関わる入出力インターフェースの両方をサポ
ートする必要がある。一般に後者の入出力インターフェ
ースの信号電圧は前者の信号電圧より大きいので、最先
端のLSIでは大きな信号電圧を小さな信号電圧に変換
する入力回路が必要となる。
前記(1)では素子数が多く、それに伴い消費電流が増
加してしまうので実用的ではない。前記(2)の回路で
は、トランスファゲートMOSFETを用いてレベルク
ランプするものであり、例えば電源電圧=1.5Vの場
合は、入力端子に1.5V以上の電圧が入力されてもノ
ードAの電位は1.5Vにクランプされ、それ以上の電
圧にはならない。従って、入力回路を構成するMOSト
ランジスタの耐圧が1.8Vの場合に、入力端子INに
1.8V以上の電圧が入力されたとしても、上記トラン
スファゲートMOSFETを挿入することにより、入力
回路でのMOSトランジスタが耐圧不良を起こすのを防
止することができる。
ンスファゲートMOSFET自体がが耐圧不良を起こし
てしまう。すなわち、例えば電源電圧=1.5V、トラ
ンスファゲートMOSFETの耐圧を1.8Vとする
と、入力電圧の上限は3.3V(=1.5V+1.8
V)となる。すなわち、前記(2)の従来例では、入力
電圧に上限が存在し、この上限以上の電圧を入力すると
入力回路を構成するMOSトランジスタが耐圧不良を起
こしてしまう。この耐圧不良をプロセス的に対策するに
は、例えばトランスファゲートMOSFETのゲート酸
化膜の厚さを増加し、トランジスタの耐圧を大きくする
ことが考えられる。
れた素子構造断面図が示されている。同図において、M
OSFETM9を上記トランスファゲートMOSFET
として用い、MB1を入力回路を構成するMOSFET
を示している。本図において、SUBは半導体基板、W
はウエル、SはMOSトランジスタのソース、Dはドレ
イン、Gはゲートを示している。例えば上記SUB、
S、DはN型とされ、WがP型とされて、MOSFET
M9とMB1は共にNチャネル型のMOSトランジスタ
の例が示されている。本図に示したように、本例ではM
OSFETM9のゲート酸化膜の厚さをMOSFETM
B1に増加させて、MOSFETM9の耐圧を大きくし
ている。しかし、このように同じ半導体装置においてM
OSFETM9とMB1のゲート酸化膜厚を異ならせる
と、プロセスが複雑になり、その分コストが増加してし
まう。
に、MOSFETの耐圧不良を防止の向上を図った半導
体装置を提供することにある。この発明の他の目的は、
開発設計が容易でしかも半導体装置の耐圧不良を防止し
たシステムを提供することにある。この発明の前記なら
びにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述お
よび添付図面から明らかになるであろう。
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記の通りである。外部端子から入力される入力信号を第
1と第2の抵抗手段により分圧して伝え、上記第1の抵
抗手段に並列形態にキャパシタを設けて入力信号の交流
成分を伝え、上記分圧された電圧を入力回路に入力し、
この入力回路で形成され、上記入力信号よりも小さな信
号振幅とされた内部信号を内部回路に伝え、上記入力回
路と内部回路とを同じ製造工程で形成されたMOSFE
Tで構成する。
表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。第1の外部端子から入力される第1の入力信号を第
1と第2の抵抗手段により分圧して伝え、上記第1の抵
抗手段に並列形態にキャパシタを設けて入力信号の交流
成分を伝え、上記分圧された電圧を第1の入力回路に入
力し、第2の外部端子から入力され、上記第1の入力信
号よりも小さな信号振幅とされた第2の入力信号を第2
の入力回路に伝え、上記第1と第2の入力回路が同じ製
造工程で形成されたMOSFETからなる第1の半導体
装置、上記第1の入力回路に対応した入力信号を形成
し、上記第1の半導体装置と接続される第2の半導体装
置及び上記第2の入力回路に対応した入力信号を形成し
て、上記第1の半導体装置と接続される第3の半導体装
置によりシステムを構成する。
置に用いられる入力回路の一実施例の回路図が示されて
いる。入力端子INと回路の接地電位との間には、分圧
回路を構成する抵抗R11とR12が直列形態に接続さ
れる。上記抵抗R11とR12の抵抗値は、入力端子I
Nから流れる電流が所定の規格を満足するよう大きな抵
抗値にされる。このような大きな抵抗値で分圧回路を構
成した場合、消費電流を小さくできる反面、分圧出力ノ
ードに付加する寄生抵抗等により入力信号の伝達が遅く
なってしまう。
高速化の両立を図るために、上記抵抗R11には、キャ
パシタC11が並列形態に接続される。つまり、かかる
キャパシタC11により入力信号の交流成分を伝えて、
入力信号の変化に対応した分圧出力を高速に得るように
することができる。上記キャパシタC12は分圧出力で
のノードN3に寄生する寄生容量である。
ノードN3の信号は、特に制限されないが、クランプ用
MOSFETM9を介して入力バッファBUF1,BU
F2からなる入力回路に伝えられる。このような入力回
路BUF1,BUF2の出力信号OUTが図示しない内
部回路に伝えられる。上記入力バッファBUF1及びB
UF2はそれぞれカレントミラーCMOSアンプであ
り、バッファBUF1及びBUF2で2段型の入力回路
を構成している。
する入力段回路BUF1は、入力端子N4の信号と、基
準電圧(参照電圧)Vrefとを受けるシングルエンド
構成の差動増幅回路を2組設け、それぞれの差動増幅回
路から入力信号に同相と逆相の差動増幅信号を形成す
る。上記カレントミラーCMOSアンプの出力段回路B
UF1は、上記正相出力と逆相出力からなる差動信号を
PチャネルMOSFETで受け、それをNチャネルMO
SFETからなるカレントミラー回路に供給し、差分の
電流を出力して出力回路を構成するCMOSインバータ
回路を駆動するものである。
けられたMOSFETM9は、いわゆる電圧クランプ動
作のために設けられる。例えば、電源電圧Vddq=
1.5Vの場合は、内部ノードN3に1.5V以上の電
圧が入力されても上記入力段のバッファBUF1の入力
端子のノードN4の電位は1.5V−Vt(ここでVt
はMOSFETM9のしきい電圧)にクランプされ、そ
れ以上の電圧にはならないようにするものである。
R12を設けることにより、その分圧出力であるノード
N3の電圧を入力端子INから入力される入力電圧VI
Nに対して、VIN・r12/(r11+r12)に小
さくできる。ここで、上記r11、r12は、それぞれ
抵抗R11,R12の抵抗値である。抵抗値r11とr
12の比を適当に設計することで、電圧クランプ動作を
行うMOSFETM9が耐圧不良を起こさないようにす
ることができる。
ンプ用MOSFETM9の耐圧が1.8V、入力電圧V
INの最大値が3.6Vの場合、例えばr11/r12
=1に設定すればよい。この時、ノードN3の電圧V3
は、 V3=VIN×r12/(r11+r12) =3.6×1/2=1.8Vとなり、入力回路に用いら
れるMOSFETM9が耐圧不良を起こすことはない。
ここで、V3はノードN3の電圧、VINは入力端子I
Nの入力電圧である。
所望の規格を満足するよう小さくする必要がある。この
ため、分圧回路を構成する抵抗R11とR12の抵抗値
r11,r12をある程度大きくする必要がある。r1
1,r12の値を大きくすると、ノードN3の時定数c
12×(r11×r12)/(r11+r12)が大き
くなる。ここでc12は寄生容量C12の容量値であ
る。この時定数が大きくなると、入力端子INから供給
される入力信号の電圧変化に対してノードN3の電圧が
十分高速に追従しなくなってしまうという問題を有す
る。
R11に並列形態に設けられる。このキャパシタは、は
いわゆるスピードアップ容量であり、その容量値をc1
1とすると、c11≧c12×r11/r12となるよ
うに設定される。このような容量値の設定により、ノー
ドN3の電圧は入力端子INから供給される入力信号の
電圧変化に対して十分高速に応答する。本発明に係る入
力回路においては、高耐圧化のためにMOSFETM9
のゲート絶縁膜を入力回路BUF1,BUF2を構成す
るMOSFETに比べて厚く形成することなく、言い換
えるならば、MOSFETM9と入力回路BUF1,B
UF2を構成するMOSFETとを製造プロセスで形成
し、消費電流を削減しつつ、MOSFETが耐圧不良を
起こさないようにすることができる。
実施例の回路図が示されている。この実施例では、前記
図1の抵抗R11、R12及びキャパシタC11がMO
SFETを用いて構成される。つまり、抵抗R11は、
ソースが入力端子INに接続され、ゲート及びドレイン
が分圧出力に対応したノードN2に接続されたMOSF
ETM1により構成される。抵抗R12は、ソースが上
記ノードN2に接続され、ゲート及びドレインが回路の
接地電位点VSSに接続されたMOSFETM3により
構成される。キャパシタC11は、ゲートが上記MOS
FETM1のソース(ノードN1)に接続され、共通接
続されたソース,ドレイン及びウェルが上記MOSFE
TM1のドレイン(ノードN2)に接続されるMOSF
ETM5と、ゲートが上記MOSFETM1のドレイン
(ノードN2)に接続され、共通接続されたソース,ド
レイン及びウェルが上記MOSFETM1のソース(ノ
ードN1)にされたMOSFETM6との並列回路で構
成される。
5及びM6のゲート容量を利用するものであり、MOS
FETのゲート容量の持つ正電圧印加時と負電圧印加時
とで容量値が変化してしまうという特性の補償のため
に、上記のように並列接続された2つのMOSFETM
5、M6が用いられる。他の構成は、前記図1の実施例
回路と同様である。この実施例のように、抵抗手段及び
容量手段としてMOSFETを用いることにより、半導
体基板上での素子占有面積を小さくすることができる。
前記のように抵抗R11とR12は、大きな抵抗値を持
つように形成する必要があり、例えばポリシコン層で形
成した場合、大きな抵抗値を得るために大きな占有面積
が必要となる。これに対して、MOSFETM1及びM
2は、そのゲート幅は前記MOSFETM9等と同じで
ゲート長を長く形成することにより小さな面積で大きな
抵抗値を実現することがきるものである。
SFETM1,M3のウェルをそれぞれ電気的に分離し
て、それぞれのソースに接続し、上記入力端子INから
入力される信号の振幅を低減(分圧)した信号を上記入
力回路(BUF1+BUF2)の入力端子(ノードN
4)に伝えるようにするものである。上記キャパシタC
11は、一端をゲート端子とし、他端をソースとドレイ
ン及びウェルを共通に接続した端子としたMOSFET
M5、M6で構成し、該MOSFETM5、M6ウェル
を他の内部回路等のMOSFETのウェルと電気的に分
離して、それぞれのソースに接続している。
N2の電圧を入力端子INから入力される電圧のr1/
(r1+r3)に小さくできる。ここで、r1,r3は
それぞれMOSFETM1,M3の等価抵抗値であり、
抵抗値r1とr3の比を適当に設計することで、MOS
FETM9が耐圧不良を起こさないようにすることがで
きる。例えば電源電圧Vddq=1.5V、MOSFE
TM9の耐圧が1.8V、入力電圧の最大値が3.6V
の場合、r1/r3=1に設定すればよい。この時、ノ
ードN2の電圧V2は、 V2=VIN×r3/(r1+r3) =3.6×1/2=1.8Vとなり、入力回路を構成す
る電圧クランプ用MOSFETM9が耐圧不良を起こす
ことはない。上記V2はノードN2の電圧、VINは入
力端子INの入力電圧である。
M3のウェルをそれぞれ電気的に分離して、それぞれの
ソースに接続しているので、MOSFETM1,M3も
耐圧不良を起こすことはない。もしも、一般によく行わ
れるように、MOSFETM1,M3のウェルを電気的
に分離せずに、ソース電位が最も高電位(Pチャネル型
のMOSトランジスタの場合)または低電位(Nチャネ
ル型のMOSトランジスタの場合)になった時の電位に
固定すると、ゲートとウェルの間で耐圧不良を起こして
しまう。例えば、この実施例の回路において、Pチャネ
ル型のMOSFETM1,M3のウェルを、一般によく
行われるように、3.6Vに固定すると、VIN=0V
になった時、ゲートとウェル間の電圧が3.6Vにな
り、耐圧不良を起こしてしまう。これに対し、この実施
例のようにウェルをそれぞれのソースに接続すると、ゲ
ートとウェル間の電圧は1.8V以上にはならず、耐圧
不良を起こすことはない。
容量として動作し、ノードN2の電圧が入力端子INの
電圧変化に対して十分高速に追従するようにしている。
また、MOSFETM5,M6のウェルを上記MOSF
ETM9等のウェルと電気的に分離して、それぞれのソ
ースに接続しているので、MOSFETM5,M6も耐
圧不良を起こすことはない。また、MOSFETM5の
ゲートを電位の高い側に接続し、MOSFETM6のゲ
ートを電位の低い側に接続しているので、電位の高い側
の端子と電位の低い側の端子の特性を一致させることが
できる。以上述べてきたように、本発明に係る入力回路
においては、MOSFETが耐圧不良を起こさないよう
にすることができる。また、入力回路の入力電流を小さ
くするために抵抗値を大きしても、レイアウト面積が増
加しないという効果がある。
実施例の回路図が示されている。この実施例では、入力
回路でのMOSFETの静電破壊を防止するために、入
力端子INに静電破壊防止用回路ESDが設けられる。
他の構成は、前記図2の実施例と同様である。静電破壊
防止回路ESDは、入力端子INがあるレベルより高電
位になった時に導通するサイリスタ(B1,B2)と、
入力端子INがあるレベルより低電位になった時に導通
するダイオード(D1)と抵抗R1とで構成される。
するMOSFETM5、M6を付加することによりノー
ドN1に寄生する寄生容量(図示してない)といっしょ
にローパスフィルタを構成しており、サージ電圧の高周
波成分がLSI内部に入らないようにするよう動作す
る。この実施例では、スピードアップ容量C11を構成
するMOSFETM5、M6は、上記ローパスフィルタ
用容量と共通化でき、その分チップサイズを低減できる
という効果がある。
実施例の回路図が示されている。この実施例は、前記図
3の実施例の変形例であり、前記図3の実施例と異なる
のは、分圧回路を構成するMOSFETM4が追加され
る。前記図3のMOSFETM3のドレインと回路の接
地電位点Vssの間に、ソース及びウェルが接続され、
かつゲート及びドレインが接続されたMOSFETM4
が挿入される。このようにMOSFETM4を挿入する
と、入力端子INの電位がさらに高い場合に対応でき
る。
OSFETM9の耐圧が1.8V、入力電圧VINの最
大値が4.8Vの場合、r1:r3:r4=1:1:1
に設定すればよい。ここで、r1,r3,r4はそれぞ
れMOSFETM1,M3,M4の等価抵抗値である。
V2はノードN2の電圧であり、VINは入力端子IN
の電圧である。この時、ノードN2の電圧V2は、抵抗
R1の抵抗値がr1,r3,r4より十分小さいことを
考慮すると、 V2=VIN×(r3+r4)/(r1+r3+r4) =4.8×2/3=3.2V となる。
を構成するMOSFETM9が耐圧不良を起こすことは
ない。また、MOSFETM1,M3,M4は、ウェル
をそれぞれ電気的に分離してそれぞれのソースに接続し
ているので、MOSFETM1,M3,M4には最大
1.6Vの電圧しか印加されず、耐圧不良を起こすこと
はない。
実施例の回路図が示されている。この実施例は、前記図
4の実施例の変形例であり、前記図4と異なるのは、M
OSFETM1のドレインと第1のノードN2の間に、
ソース及びウェルが接続され、かつゲート及びドレイン
が接続されたMOSFETM2を挿入した点と、キャパ
シタを形成するMOSFETM5,M6と直列にMOS
FETM7,M8を挿入した点である。言い換えるなら
ば、MOSFETM2の両端に上記MOSFETM7,
M8からなるキャパシタを並列に接続するものである。
この実施例では、上記入力端子INに入力される信号の
電位レベルが上記回路の接地電位Vssより高い場合
(正の電圧)を想定し、上記MOSFETM1,M2を
Pチャネル型のMOSFETとし、さらに、キャパシタ
を構成するM5、M6、M7、M8をPチャネル型のM
OSFETとしている。
入すると、入力端子INの入力電圧VINの電位がさら
に高い場合に対応できる。例えばVddq=1.5V、
MOSFETM9の耐圧が1.8V、入力電圧VINの
最大値が6.4Vの場合、r1:r2:r3:r4=
1:1:1:1に設定すればよい。ここで、r1,r
2,r3,r4はそれぞれMOSFETM1,M2,M
3,M4の等価抵抗値である。V3はノードN3の電
圧、VINは入力端子INの電圧である。この時、ノー
ドN3の電圧V3は、抵抗R1の抵抗値がr1,r2,
r3,r4より十分小さいことを考慮すると、 V3=VIN×(r3+r4)/(r1+r2+r3+r4) =6.4×2/4=3.2Vとなる。
9が耐圧不良を起こすことはない。また、MOSFET
M1,M2,M3,M4は、ウェルをそれぞれ電気的に
分離してそれぞれのソースに接続しているので、MOS
FETM1,M2,M3,M4には最大1.6Vの電圧
しか印加されず、耐圧不良を起こすことはない。また、
MOSFETM5,M6,M7,M8のウェルを他のM
OSFET等のウエルと電気的に分離して、それぞれの
ソースに接続しているので、MOSFETM5,M6,
M7,M8には最大1.6Vの電圧しか印加されず、耐
圧不良を起こすことはない。
レベルが上記回路の接地電位Vssの電位レベルより高
い場合(正の電圧)を想定し、上記MOSFETM1を
Pチャネル型のMOSFETとしているので、ウェルと
基板または深いウェルとで形成されるPN接合が順バイ
アスになるのを防止することができる。例えばこの実施
例において、MOSFETM1をNチャネル型のMOS
FETで構成すると、かかるMOSFETM1が形成さ
れるPウェルは、通常最も高い電位の電源Vdds(例
えば2.5V)に接続されたN型の基板または深いウェ
ルと接することになる。
ェルはソースに接続されるので、入力端子の入力電圧V
INが3.6Vになった時、MOSFETM1のウェル
は2.7V(=3.6V×3/4)になる。従ってウェ
ルと基板または深いウェルとで形成されるPN接合が
0.2Vに順バイアスされ、電気的なアイソレーション
が破壊されるだけでなく、極めて大きな基板電流が流
れ、ラッチアップを引き起こす可能性もある。これに対
し、MOSFETM1をPチャネル型のMOSFETで
構成すると、このMOSFETを構成するNウェルは、
最も低い電位の電源Vss=0Vに接続されたP型の基
板または深いウェルと接することになる。これに対し
て、MOSFETM1のウェルはソースに接続されるの
で、MOSFETM1のウェルは0〜3.6Vの間で変
化し、従ってウェルと基板または深いウェルとで形成さ
れるPN接合は順バイアスされることはない。
号の電位レベルが上記回路の接地電位Vssの電位レベ
ルより高い場合を想定し、MOSFETM5,M6をP
チャネル型のMOSFETとしているので、ウェルと基
板または深いウェルとで形成されるPN接合が順バイア
スになるのを防止することができる。
実施例の回路図が示されている。この実施例は、前記図
3の実施例の変形例であり、前記図3と異なるのは、ク
ランプ用MOSFETM9を省略した点である。例えば
電源電圧Vddq=1.5V、入力段回路BUF1を構
成するMOSFETの耐圧が1.8V、入力電圧VIN
の最大値が3.6Vの場合、r1/r3=1に設定すれ
ばよい。ここで、r1,r3はそれぞれMOSFETM
1,M3の等価抵抗値であり、V2はノードN2の電
圧、VINは入力INの電圧である。この時、ノードN
2の電圧V2は、 V2=VIN×r3/(r1+r3) =3.6×1/2=1.8V となるので、入力段回路
BUF1を構成するMOSFETが耐圧不良を起こすこ
とはない。そして、上記電圧クランプ用MOSFETM
9を削除した分、信号電圧速度を速くすることができ
る。
の一実施例の回路図が示されている。この実施例は、前
記図4の実施例の変形例であり、前記図4と異なるの
は、クランプ用MOSFETM9及び2段型の入力バッ
ファ(BUF1及びBUF2)をインバータに置き換え
た点である。既に述べたように、図4の実施例では、例
えば電源電圧Vddq=1.5Vの場合は、ノードN2
に1.5V以上の電圧が入力されると、ノードN4の電
位は1.5V−Vtにクランプされ、それ以上の電圧に
はならない。
とノードN4の高電位はVddq−Vt、低電位は0V
に一意的に決まってしまう。従って、バッファBUF1
の論理しきい値は、例えば(Vddq−Vt)/2=
(1.5−0.5)/2=0.5V(ここでVt=0.
5Vの場合)といったように、電源電圧Vddqの電位
に対応させて設定する必要がある。このため、バッファ
BUF1にはこの論理しきい値を決めるための参照電位
Vrefが必要となる。
ドN2の電位をr1,r3,r4の比で設定できる。
(ここで、r1,r3,r4はそれぞれMOSFETM
1,M3,M4の等価抵抗値であり、インバータ回路で
構成されたBUF1の論理しきい値を自由に設定でき
る。例えば電源電圧Vddq=1.5V、入力電圧VI
Nの最大値が3.3Vの場合、r1:r3:r4=1.
8:0.75:0.75に設定すると、ノードN2の電
圧V2は、抵抗R1の抵抗値がr1,r3,r4より十
分小さいことを考慮すると、 V2=VIN×(r3+r4)/(r1+r3+r4) =3.3×1.5/3.3=1.5Vとなるので、論理
しきい値がVddq/2=0.75Vのようなインバー
タ回路をバッファBUF1として使用することができる
ようになる。
するMOSFETの一実施例のレイアウト図が示されて
いる。同図においては、前記図4に示したMOSFET
M1、M3〜M6のレイアウト例が示されている。Wは
ウェル、Lは活性領域、Gはゲートを示している。この
実施例では、各MOSFETM1、M3〜M6のウェル
Wをそれぞれ電気的に分離して、それぞれのソースに接
続している。このため、これらのMOSFETM1、M
3〜M6は耐圧不良を起こすことはない。
するMOSFETの他の一実施例のレイアウト図が示さ
れている。同図においては、前記図5に示したMOSF
ETM1〜M8のレイアウト例が示されている。Wはウ
ェル、Lは活性領域、Gはゲートを示している。この実
施例においても、MOSFETM1〜M8のウェルWを
それぞれ電気的に分離して、それぞれのソースに接続し
ている。このため、これらのMOSFETM1〜M8が
入力電圧VINを分担するものであるので、MOSFE
TM1〜M8において耐圧不良を起こすことはない。
成するMOSFETの一実施例の素子構造断面図が示さ
れている。この実施例は、前記図2等の入力回路に用い
られるMOSFETM1とM3の構造例が示されてい
る。SUBは半導体基板、Wはウェル、SはMOSFE
Tのソース、Dはドレイン、Gはゲートをそれぞれ示し
ている。この実施例では、上記SUB、S、DがP型、
WがN型で、MOSFETM1とM3は共にPチャネル
型のMOSFETとなっている。
それぞれ電気的に分離して、それぞれのソースに接続し
ている。このため、これらのMOSFETM1、M3に
おいて耐圧不良を起こすことはない。そして、前記説明
したように、上記入力端子INに入力される信号の電位
レベルが上記回路の接地電位Vssの電位レベルより高
い場合(正の電圧)を想定し、上記MOSFETM1を
Pチャネル型のMOSFETとしているので、ウェルW
と基板SUBとで形成されるPN接合が順バイアスにな
るのを防止することができる。
成するMOSFETの他の一実施例の素子構造断面図が
示されている。この実施例は、前記図2等の入力回路に
用いられるMOSFETM1とM3をNチャネルMOS
FETに置き換えた場合の構造例が示されている。SU
Bは半導体基板、DWは深いウェル、Wはウェル、Sは
MOSFETのソース、Dはドレイン、Gはゲートを示
しており、3重ウェル構造になっている。本例では、D
W、S、DがN型、SUB、WがP型で、MOSFET
M1とM3は共にNチャネル型のMOSFETとなって
いる。本例でも、MOSFETのウェルWをそれぞれ電
気的に分離して、それぞれのソースSに接続している。
このため、これらのMOSFETは耐圧不良を起こすこ
とはない。
成するMOSFETの他の一実施例の素子構造断面図が
示されている。この実施例は、例えば図5のMOSFE
TM1とM5をNチャネル型のMOSFETに置き換え
た場合の構造例が示されている。SUBは半導体基板、
DWは深いウェル、Wはウェル、SはMOSFETのソ
ース、Dはドレイン、Gはゲートを示しており、3重ウ
エル構造になっている。
UB、WがP型で、MOSFETM1とM5は共にNチ
ャネル型のMOSFETとなっている。本例でも、MO
SFETのウェルWをそれぞれ電気的に分離してそれぞ
れのソースSに接続し、さらに、深いウェルDWをそれ
ぞれ電気的に分離して、それぞれのドレインに接続して
いる。このため、これらのMOSFETM1、M5は耐
圧不良を起こすことはなく、さらに、WとDWで構成さ
れるPN接合が順バイアスになるのを防止することがで
きる。
成するMOSFETの他の一実施例の素子構造断面図が
示されている。同図においては、MOSFETM1、M
5、M6及びM3と、MOSFETM4、M9及びMB
1を上下に分割して示しているが、両者はA〜Cで結合
されるものである。この実施例では、図4のMOSFE
TM1、M3、M4、M5、M6、M9、MB1の構造
例が示されている。SUBは半導体基板、Wはウェル、
SはMOSFETのソース、Dはドレイン、Gはゲート
を示している。本例では、SUBはP型、DWはN型で
あり、MOSFETM1、M3、M4、M5、M6のW
はN型、S、DはP型、MOSFETM9、MB1のW
はP型、S、DはN型である。
M5、M6はPチャネル型のMOSFET、MOSFE
TM9、MB1はNチャネル型のMOSFETである。
本例でも、MOSFETのウェルWをそれぞれ電気的に
分離して、それぞれのソースSに接続している。このた
め、全てのゲート酸化膜厚を同じにしても、MOSFE
Tは耐圧不良を起こすことはない。
ィック型RAMの一実施例のブロック図が示されてい
る。同図は、半導体基板上に形成される各回路ブロック
の幾何学的な配置に合わせて各回路ブロックの配置例を
示している。本図でMUL0〜MUL7、MUR0〜M
UR7、MLL0〜MLL7、MLR0〜MLR7は、
メモリセルがアレイ状に配置されたセルアレイであり、
MWDはメインワードドライバ、I/Oは入出力回路、
ADRはアドレスバッファ、CNTRは制御回路、RE
G/PDECはプリデコーダ等、DQはデータ出力回路
である。本例ではセンタパッド方式の例を示しており、
このためI/O回路もチップの中央に位置している。
レイ欠陥救済等に用いられる。VREFは入力信号を取
り込むための参照電圧を形成する。VGは内部電圧発生
回路であり、DLLはクロックの同期化回路であり、J
TAG TAPはテスト回路である。前期説明した入力
回路は、I/O回路に配置され、上記テスト回路JTA
G TAPに向けた3つの入力信号TCK,TMS及び
TDIの取り込みを行うものである。また、上記テスト
回路JTAG TAPからの出力信号TDOに対応した
出力回路も設けられる。他の入出力回路I/Oやアドレ
スバッファADR等は、前期説明した入力回路とは異な
り、後述するような小振幅で高速なデータの入力が可能
であり、上記データ出力回路DQもそれに対応した小振
幅のデータ出力を行う。
用いたシステムの一実施例のブロック図が示されてい
る。異なる電圧の入出力インターフェースを有する複数
のLSI/IC(CPU、ControlIC、SRA
M)で構成されるシステムにおいて、1個のLSI/I
C(SRAM)が低電圧入力インターフェースを有する
ピン(CK,ADR,DQ)と高電圧入力インターフェ
ースを有するピン(TCK,TMS,TDI,TDO)
の両方を備えている。
を左右するコア部分に最先端のプロセス技術を採用した
LSI/ICを使用し、性能にあまり関与しないテスト
/評価用制御部分に前世代または前々世代のプロセス技
術を採用したLSIを使用している。つまり、CPUと
SRAMは最先端のLSIを使用し、テストのためのC
ontrolICは、前世代または前々世代のプロセス
技術を用いて形成される。SRAMにおいては、コア部
に関わる入出力インターフェースとテスト/評価用制御
部に関わる入出力インターフェースの両方をサポートす
る必要があり、コア部に関わる入出力インターフェース
として1.5V振幅のHSTLが用いられ、テスト/評
価用制御部関わる入出力インターフェースとして3.3
V振幅のLVCMOSが用いられる。
号の読み出しや書き込みを可能とするために、前期1.
5V振幅の信号に適合すべく、薄いゲート絶縁膜のMO
SFETを用いて構成される。この実施例では、上記コ
ア部に用いられるMOSFETと同じプロセスで形成さ
れるMOSFETを用いて前期実施例で説明したような
上記テスト/評価用制御部関わる入出力インターフェー
ス用の入力回路が構成される。これにより、プロセスを
複雑にせずに、MOSFETの耐圧不良を防止の向上を
図ったSRAMを得ることができる。
rolICは、前世代または前々世代のプロセス技術を
用いて形成されるものであり、テスト/評価の内容が同
じなら既存のControlICを流用することもでき
るので、システムの開発設計が容易でしかも半導体装置
の耐圧不良を防止したシステムを構築することができ
る。
入力回路に高い電圧が入力されても、入力回路を構成す
るMOSFETが耐圧不良を起こさないようにすること
ができる。また、本発明で使用する抵抗をMOSFET
を用いて実現した場合、このMOSFETの耐圧不良を
防止し、かつウェルと基板または深いウェルとで形成さ
れるPN接合が順バイアスになるのを防止することがで
きる。
いて実現した場合、入力回路の入力電流を小さくするた
めに抵抗値を大きしても、レイアウト面積が増加しない
という効果がある。また、本発明で使用するキャパシタ
をMOSFETを用いて実現した場合、このMOSFE
Tの耐圧不良を防止し、かつウェルと基板または深いウ
ェルとで形成されるPN接合が順バイアスになるのを防
止することができる。
Tを用いて実現した場合、このMOSFETをサージ電
圧の高周波成分がLSI内部に入らないようにするロー
パスフィルタ用容量と共通化でき、その分チップサイズ
を低減できるという効果がある。また、本発明に係る抵
抗又はMOSFETによる分圧回路を用いると、入力バ
ッファの論理しきい値を自由に設定できるという効果が
ある。
基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限
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。例えば、バッ
ファBUF1,BUF2を設ける場合、小振幅の信号を
増幅して内部電源電圧に対応した信号振幅の出力信号を
形成するものであれば何であってもよい。図15のシス
テムにおいて、CPUやSRAMは、それぞれデジタル
信号処理を行うLSI又はICに置き換えることができ
る。この発明は、内部回路の信号振幅に対して大きな信
号振幅の入力信号が供給される半導体装置及びそれを用
いたシステムに広く利用できる。
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。外部端子から入力される入力信号を第
1と第2の抵抗手段により分圧して伝え、上記第1の抵
抗手段に並列形態にキャパシタを設けて入力信号の交流
成分を伝え、上記分圧された電圧を入力回路に入力し、
この入力回路で形成され、上記入力信号よりも小さな信
号振幅とされた内部信号を内部回路に伝え、上記入力回
路と内部回路とを同じ製造工程で形成されたMOSFE
Tで構成することにより、プロセスを複雑にせずに、M
OSFETの耐圧不良を防止の向上を図ることができ
る。
信号を第1と第2の抵抗手段により分圧して伝え、上記
第1の抵抗手段に並列形態にキャパシタを設けて入力信
号の交流成分を伝え、上記分圧された電圧を第1の入力
回路に入力し、第2の外部端子から入力され、上記第1
の入力信号よりも小さな信号振幅とされた第2の入力信
号を第2の入力回路に伝え、上記第1と第2の入力回路
が同じ製造工程で形成されたMOSFETからなる第1
の半導体装置、上記第1の入力回路に対応した入力信号
を形成し、上記第1の半導体装置と接続される第2の半
導体装置及び上記第2の入力回路に対応した入力信号を
形成して、上記第1の半導体装置と接続される第3の半
導体装置によりシステムを構成することにより、開発設
計が容易でしかも半導体装置の耐圧不良を防止できる。
図である。
回路図である。
回路図である。
回路図である。
回路図である。
回路図である。
示す回路図である。
Tの一実施例を示すレイアウト図である。
Tの他の一実施例を示すレイアウト図である。
ETの一実施例を示す素子構造断面図である。
ETの他の一実施例を示す素子構造断面図である。
ETの他の一実施例を示す素子構造断面図である。
ETの他の一実施例を示す素子構造断面図である。
の一実施例を示すブロック図である。
の一実施例を示すブロック図である。
た素子構造断面図が示されている
F2…カレントミラーCMOSアンプ、ESD…静電破
壊防止用回路、M1〜M9…MOSFET、R11,R
12…抵抗、C11…キャパシタ、C12…寄生容量、
SUB…基板、W…ウェル、DW…深いウェル、L…活
性領域(ソース,ドレイン)、G…ゲート電極。MUL
0〜MUL7、MUR0〜MUR7、MLL0〜MLL
7、MLR0〜MLR7…セルアレイ、MWD…メイン
ワードドライバ、I/O…入出力回路、ADR…アドレ
スバッファ、CNTR…制御回路、REG/PDEC…
プリデコーダ等、DQ…データ出力回路、FUSE…ヒ
ューズ回路、VREF…参照電圧発生回路、VG…内部
電圧発生回路、DLL…クロックの同期化回路、JTA
GTAP…テスト回路。
Claims (5)
- 【請求項1】 外部端子から入力される第1の入力信号
を分圧して伝える第1と第2の抵抗手段と、 上記第1の抵抗手段に並列形態に設けられ、上記入力信
号の交流成分を伝えるキャパシタと、 上記第1と第2の抵抗手段により分圧された電圧を受け
て上記入力信号よりも小さな信号振幅にされた出力信号
を形成する入力回路と、 上記入力回路の出力信号を受ける内部回路とを備え、 上記入力回路と上記内部回路は、同じ製造工程で形成さ
れたMOSFETで構成されてなることを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項2】 請求項1において、 上記第1と第2の抵抗手段により分圧された入力信号
は、ゲートに所定電圧が印加されたMOSFETのソー
ス−ドレイン経路を通して上記入力回路に伝えられるも
のであることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】 請求項2において、 上記第1、第2の抵抗手段及び第1のキャパシタは、M
OSFETにより構成されるものであり、それぞれのM
OSFETはウェル分離されてソースとウェルとが接続
されるものであることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項4】 第1の外部端子から入力される第1の入
力信号を分圧して伝える第1と第2の抵抗手段と、 上記第1の抵抗手段に並列形態に設けられ、上記入力信
号の交流成分を伝えるキャパシタと、 上記第1と第2の抵抗手段により分圧された電圧を受け
る第1の入力回路と、第2の外部端子から入力され、上
記第1の入力信号よりも小さな信号振幅とされた第2の
入力回路とを備えた第1の半導体装置と、 上記第1の入力回路に対応した入力信号を形成し、上記
第1の半導体装置と接続される第2の半導体装置と、 上記第2の入力回路に対応した入力信号を形成して、上
記第1の半導体装置と接続される第3の半導体装置とを
備えてなることを特徴とするシステム。 - 【請求項5】 請求項4において、 上記第1と第3の半導体装置は、所定の信号処理を行う
ものであり、 上記第2の半導体装置は、上記第1の半導体装置の試験
を行うものであることを特徴とするシステム。
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