JP2006303753A - 半導体集積回路装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】I/O回路において、I/O電圧vcc(例えば3.3V)をvcc_18(例えば1.8V)へ低電圧化した場合に、速度劣化を引き起こす部分が、レベル変換部と、メインの大型バッファを駆動するためのプリバッファ部分であることに着目し、レベルアップコンバータLUCとプリバッファPBFの回路に高電圧(電圧vcc)を印加することにより、低コストで低電圧高速動作が可能なI/O回路を実現する。
【選択図】図1
Description
図14に示したMN1〜6,MP1〜6で示したMISFETが耐圧緩和機構を構成する。MN1のゲート電圧がロウレベルの場合、MP1がオンしてMN1のソース側はvddとなる。このときの電圧関係を見る。
一方、MN1のゲート電圧がハイレベル(vdd)の場合、MP1がオフしてMN1のソース側はvssとなる。このときの電圧関係を見る。
MN1に関しては、ゲート電圧がvdd、ソース電圧がvss、ドレイン電圧がvssであるため、ゲート絶縁膜厚の厚いMISFETの最大印加電圧以内にある。
次に、LUC_Aを構成する耐圧緩和機構について説明する。
CL 外部負荷容量
CT コンタクト
DNW 深いNウエル
ESD1,ESD2,ESD3 保護素子
IFC1,IFC2,SDRAMIF 入出力回路
IBF 入力バッファ
INV1,INV2,INV21,INV22 インバータ
LSI 半導体集積回路装置
IIOC,IO18C,IO18C2,IO25C,IO25C2,IO33C,IO33C2,OIOC I/O回路
LDC レベルダウンコンバータ
LGC,CLGC 論理回路(ロジック部)
LUC,LSC レベルアップコンバータ
MBF メインバッファ
MN1〜MN40,MP1〜MP40 トランジスタ(MISFET)
M0 メタル第0層
M1 メタル第1層
NL N型拡散層
NW Nウエル
PBF プリバッファ
PAD_I 入力パッド
PAD_O 出力パッド
PL P型拡散層
PSWC1,PSWC2 制御回路
PW Pウエル
P−sub P型半導体基板
SA 差動アンプ
STBYC スタンバイ回路
VB 基板電極
VG ゲート電極
VS ソース電極
VD ドレイン電極
poly12,poly33 ポリシリコン
vcc vcc電源
vcc_18 vcc_18電源
vdd vdd電源
vss vss電源
vssc vssc電源
Claims (16)
- 第1の電源電圧で動作する回路と、
前記第1の電源電圧より高い第2の電源電圧で動作する出力回路と、を有する半導体集積回路装置であって、
前記第1の電源電圧で動作する回路から前記第2の電源電圧で動作する出力回路への信号伝達に際し、前記第2の電源電圧より高い第3の電源電圧へ信号電圧振幅を一度増幅し、その後、前記第2の電源電圧の振幅を持った信号に変換する変換回路を有することを特徴とした半導体集積回路装置。 - 請求項1記載の半導体集積回路装置において、
前記変換回路は、
前記回路からの信号の電圧振幅を、前記第3の電源電圧の電圧振幅へ増幅するレベル変換部と、
前記レベル変換部で増幅された信号を、前記第2の電源電圧で動作する回路を駆動するために十分な駆動力まで駆動力を増幅する前記第3の電源電圧で動作するプリバッファ部と、
前記プリバッファ部の出力を受けて前記第2の電源電圧の電圧振幅を持った信号に変換して出力するメインバッファ部と、を備えることを特徴とした半導体集積回路装置。 - 請求項2記載の半導体集積回路装置において、
前記第1の電源電圧で動作する第1のトランジスタと、
前記第2の電源電圧で動作する第2のトランジスタと、
前記第3の電源電圧で動作する第3のトランジスタと、を有し、
前記第1のトランジスタは、第1の膜厚のゲート絶縁膜を有し、
前記第2及び第3のトランジスタは、前記第1の膜厚よりも厚い第2の膜厚のゲート絶縁膜を有することを特徴とした半導体集積回路装置。 - 請求項3記載の半導体集積回路装置において、
前記第2のトランジスタの基板電位と前記第3のトランジスタの基板電位とが等しく、
前記第2のトランジスタのうち高電位を動作電源とする第1導電型のトランジスタのしきい値電圧が、前記第3のトランジスタのうち前記第1導電型のトランジスタのしきい値電圧より小さい値であることを特徴とした半導体集積回路装置。 - 請求項3記載の半導体集積回路装置において、
前記第2のトランジスタの基板電位と前記第3のトランジスタの基板電位とが異なり、
前記第2のトランジスタのうち高電位を動作電源とする第1導電型のトランジスタのしきい値電圧が、前記第3のトランジスタのうち前記第1導電型のトランジスタのしきい値電圧と同じ値であることを特徴とした半導体集積回路装置。 - 請求項3記載の半導体集積回路装置において、
前記第2のトランジスタの基板電位と、前記第3のトランジスタの基板電位とが異なり、
前記第2のトランジスタのうち高電位を動作電源とする第1導電型のトランジスタのしきい値電圧が、前記第3のトランジスタのうち前記第1導電型のトランジスタのしきい値より小さい値であることを特徴とした半導体集積回路装置。 - 請求項1記載の半導体集積回路装置において、
前記半導体集積回路装置の外部からの静電破壊を防止するためのESD回路を有し、
前記ESD回路を構成するトランジスタは、前記第3の電源電圧で動作する入出力回路を構成するトランジスタと同じ種類のものであることを特徴とした半導体集積回路装置。 - 第1の電源電圧で動作する回路と、前記第1の電源電圧よりも高い第2の電源電圧で動作する出力回路と、前記第2の電源電圧よりも高い第3の電源電圧で動作する出力回路と、前記第2の電源電圧と前記第3の電源電圧の中間の電圧である第4の電源電圧で動作する出力回路と、を有する半導体集積回路装置であって、
前記第1の電源電圧で動作する回路から前記第3の電源電圧で動作する出力回路への信号伝達に際しては、前記第1の電源電圧から前記第3の電源電圧へ信号振幅を変換して出力し、
前記第1の電源電圧で動作する回路から前記第2の電源電圧で動作する出力回路への信号伝達に際しては、前記第1の電源電圧の信号振幅から前記第3の電源電圧の信号振幅に変換した後、前記第2の電源電圧の信号振幅に変換して出力し、
前記第1の電源電圧で動作する回路から前記第4の電源電圧で動作する出力回路への信号伝達に際しては、前記第1の電源電圧の信号振幅から前記第3の電源電圧の信号振幅に変換した後、前記第3の電源電圧振幅の信号へ変換する変換回路を有することを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項8記載の半導体集積回路装置において、
前記第1の電源電圧で動作する回路に用いられる第1の電界効果型トランジスタと、
前記第1の電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜厚よりもゲート絶縁膜厚が厚く、前記第3の電源電圧の印加に耐えられる第2の電界効果型トランジスタと、を有することを特徴とする半導体集積回路装置。 - 第1の電源電圧で動作する回路と、前記第1の電源電圧よりも高い電圧で動作する複数の出力回路と、を有し、
前記出力回路の電源電圧のうち最も低い電圧が第2の電源電圧であり、前記出力回路の電源電圧のうち最も高い電圧が第3の電源電圧であり、
前記第1の電源電圧で動作する回路から前記第3の電源電圧で動作する出力回路への信号伝達に対して前記第1の電源電圧から直接前記第3の電源電圧へ信号振幅を増幅し、
前記第3の電源電圧よりも低い電源電圧で動作する出力回路に対しては、前記第1の電源電圧から前記第3の電源電圧へ信号振幅を変換した後、前記第3の電源電圧より低い電圧振幅に変換する変換回路を有することを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項10記載の半導体集積回路装置において、
前記第1の電源電圧で動作する回路に用いられる第1の電界効果型トランジスタと、
前記第1の電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜厚よりもゲート絶縁膜厚が厚く、前記第3の電源電圧の印加に耐えられる第2の電界効果型トランジスタと、を有することを特徴とする半導体集積回路装置。 - 第1の動作電位を供給される回路と、
前記第1の動作電位よりも高い第2の動作電位を供給される第1の入出力回路と、
前記第2の動作電位よりも高い第3の動作電位を供給される第2の入出力回路と、
前記第2の動作電位よりも高く前記第3の動作電位よりも低い第4の動作電位を供給される第3の入出力回路とを有し、
前記第1乃至第3の入出力回路は、第1の膜厚のゲート酸化膜を有する第1トランジスタと、前記第1の膜厚よりも厚いゲート酸化膜を有する第2トランジスタとを有し、
前記第1トランジスタの耐圧は前記第1の動作電位であり、
前記第2トランジスタの耐圧は前記第4の動作電位であり、
前記回路から前記第1の入出力回路への信号伝達に際しては、前記第1の動作電位の信号振幅を前記第4の動作電位の信号振幅に変換した後、前記第2の動作電位の信号振幅に変換して出力し、
前記回路から前記第3の入出力回路への信号伝達に際しては、前記第1の動作電位の信号振幅から前記第4の動作電位の信号振幅に変換して出力し、
前記第2の入出力回路は、前記第1、第3及び第4の動作電位を受け、前記第1の動作電位の信号振幅から前記第3の動作電位の信号振幅に変換して出力する回路であり、この回路を構成する前記第2トランジスタのゲート電極とソース電極およびドレイン電極の間に前記第3の動作電位が印加されることを避ける耐圧緩和回路を有することを特徴とする半導体集積回路装置。 - 入力信号を受けるインバータ回路と、
前記入力信号をゲートに受ける第1のN型トランジスタと、
前記入力信号をゲートに受け、ドレインが前記第1のN型トランジスタのドレインと接続される第1のP型トランジスタと、
前記入力信号をゲートに受け、ソースが前記第1のP型トランジスタのドレインと接続される第2のN型トランジスタと、
前記入力信号をゲートに受け、ドレインが前記第2のN型トランジスタのドレインと接続される第2のP型トランジスタと、
前記インバータの出力信号をゲートに受ける第3のN型トランジスタと、
前記出力信号をゲートに受け、ドレインが前記第3のN型トランジスタと接続される第3のP型トランジスタと、
前記出力信号をゲートに受け、ソースが前記第3のP型トランジスタのドレインと接続される第4のN型トランジスタと、
前記出力信号をゲートに受け、ドレインが前記第4N型トランジスタのソースと接続される第4のP型トランジスタと、
ゲートが前記第2のN型トランジスタのドレインに接続され、ドレインが前記第4のP型トランジスタのソースに接続される第5のP型トランジスタと、
ゲートが前記第4のN型トランジスタのドレインに接続され、ドレインが前記第2のP型トランジスタのソースに接続される第6のP型トランジスタと、
ゲートが前記第5のP型トランジスタのゲートと接続され、ソースが前記第4のN型トランジスタのソースと接続される第5のN型トランジスタと、
ゲートが前記第6のP型トランジスタのゲートと接続され、ソースが前記第2のN型トランジスタのソースと接続される第6のN型トランジスタとを有し、
前記インバータ回路を構成するトランジスタと、前記第1、第3のN型トランジスタと、前記第1、第3のP型トランジスタのゲート絶縁膜は、第1の膜厚であり、
前記第2、第4、第5、第6のN型トランジスタと、前記第2、第4、第5、第6のP型トランジスタのゲート絶縁膜は、前記第1の膜厚よりも厚い第2の膜厚であり、
前記第2及び第4のP型トランジスタのしきい値電圧は、前記第5及び第6のP型トランジスタのしきい値電圧よりも低く、
前記第2及び第4のN型トランジスタのしきい値電圧は、前記第5及び第6のP型トランジスタのしきい値電圧よりも低いことを特徴とする半導体集積回路装置。 - 第1の動作電圧で動作する回路と、
前記第1の動作電圧よりも高い第2の動作電圧で動作する入力回路とを有し、
前記入力回路は、前記第1の動作電圧よりも高く前記第2の動作電圧よりも低い振幅の信号の入力を受け、前記入力された信号を前記第2の動作電圧の振幅に変換した後、前記第1の動作電圧の振幅に変換して前記回路に入力することを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項14記載の半導体集積回路装置において、
前記入力回路は、センスアンプ回路を有し、
前記センスアンプ回路は、前記信号の入力を受け、前記入力された信号を前記第2の動作電圧の振幅に変換することを特徴とする半導体集積回路装置。 - 請求項14記載の半導体集積回路装置において、
前記入力回路は、オペアンプを有し、
前記オペアンプは、前記信号の入力を受け、前記入力された信号を前記第2の動作電圧の振幅に変換することを特徴とする半導体集積回路装置。
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