JP2002203910A - 電圧切り替え回路 - Google Patents
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Abstract
作マージンが大きい、低い電源電圧で動作する電圧切り
替え回路を提供する。 【解決手段】本発明の電圧切り替え回路は、従来1個の
D型トランジスタで行われた高電圧の遮断と電源電圧の
転送機能を、ゲート絶縁膜の膜厚又はしきい値電圧の異
なる直列接続された2個のD型トランジスタで分担して
行うことにより、しきい値電圧マージンの低下を回避し
つつ最小のトランジスタ数で構成されることを主な特徴
とする。このようにして、パターン面積の増加を伴うE
型トランジスタを用いることなく、従来1個のD型トラ
ンジスタでは不可能であった低い電源電圧で安定に動作
し、チップ面積が小さく、かつ、低コストで歩留まりと
信頼性の高い電圧切り替え回路を提供することができ
る。
Description
係り、特にNANDセル、NORセル、DINORセ
ル、ANDセル等の電源電圧より高い電圧を使用する不
揮発性半導体記憶装置の電圧切り替え回路に関するもの
である。
源電圧より高い昇圧電圧を使用するデバイスでは、1つ
の配線に対して0V、電源電圧Vcc、高電圧(Vccより
高い電圧)のように、高電圧及び電源電圧Vcc以下の電
圧を選択的に充電する回路が必要である。このような機
能を有する従来の電圧切り替え回路の一例を図10に示
す。
N1で互いに接続されたエンハンスメント型(以下E型
と呼ぶ)のPチャネルトランジスタQP1及びNチャネル
トランジスタQN1からなる第1の回路と、出力側のノー
ドN2に接続された高電圧出力回路20からなる第2の
回路と、ノードN1、N2の間に接続された厚いゲート
絶縁膜を有するデプレッション型(以下D型と呼ぶ)N
チャネルトランジスタQD3からなる第3の回路により構
成される。ここで、QD3の厚いゲート絶縁膜は、高電圧
出力回路20からドレイン側のノードN2に出力される
高電圧に耐えるために用いられる。
ンジスタQP1のドレインと基板との接続点に電源電圧V
ccが付与され、ゲートに信号Sig1が入力され、ソー
スはノードN1に接続される。また、E型Nチャネルト
ランジスタQN1のソースは接地(0V)され、ゲートに
信号Sig2が入力され、ドレインはノードN1に接続
される。
には信号Sig3が入力され、ノードN2に高電圧VPP
が出力される。ここで高電圧VPPは例えば不揮発性半導
体記憶装置のプログラム電圧として用いられる。
ルトランジスタQD3のソースはノードN1に接続され、
ゲートに信号Sig6が入力され、ドレインはノードN
2に接続される。QD3からなる第3の回路は、後に示す
ように本発明の電圧切り替え回路の主要部と密接に関連
するため、特に破線の囲み10で示されている。
作について説明する。図10の電圧切り替え回路におい
て、信号Sig1、Sig2、Sig3、及びSig6
は、Vccを高レベル、0Vを低レベルとする信号であ
る。またSig6は、0V以上の任意の電圧♯を高レベ
ルとする場合がある。
g2を共に高レベルにすれば、QP1オフ、QN1オンとな
るのでノードN1は0Vとなる。信号Sig1、Sig
2を共に低レベルとすれば、QP1オン、QN1オフとなる
のでノードN1はVccとなる。また、信号Sig1を高
レベル、信号Sig2を低レベルとすれば、QP1オフ、
QN1オフとなるのでノードN1はフローティング(高イ
ンピーダンス)状態となる。このように、信号Sig
1、Sig2を用いてノードN1に0V、電源電圧Vc
c、及び高インピーダンス状態を出力することができ
る。
に入力する信号Sig3を高レベルにすればノードN2
に高電圧VPPが出力され、信号Sig3を低レベルにす
ればノードN2は高インピーダンス状態になる。
高レベルにすれば、QD3はオン状態となりノードN1、
N2の間は導通し、信号Sig6を低レベルにすればオ
フ状態となってノードN1、N2の間は遮断される。
別個に説明した電圧切り替え回路の動作を取りまとめれ
ば、信号Sig1、Sig2、Sig3及びSig6の
高レベル、低レベルに対応して、従来の電圧切り替え回
路の出力電圧を次のように表すことができる。
6]の各レベルに対応する電圧を順に記入して左側に示
し、電圧切り替え回路の出力を右側に示せば、 (a)[Vcc、0V、0V、♯]⇒「出力電圧なし(高
インピーダンス状態)」 (b)[Vcc、Vcc、0V、♯]⇒「出力電圧=0V」 (c)[0V、0V、0V、Vcc]⇒「出力電圧=Vc
c」 (d)[0V、0V、Vcc、0V]⇒「出力電圧=
VPP」 ここで(a)、(b)の場合には、Sig6の信号レベ
ル♯は0V以上であればよい。
高電圧VPPが印加されるノードN2(出力ノード)と、
Vcc以下の電圧しか印加されないノードN1との間に、
D型トランジスタQD3が設けられていることである。こ
のように、高電圧VPPが印加されるノードN2と高電圧
が印加されないノードN1との間の遮断をトランジスタ
1個で実現すれば、回路のパターン面積を小さくするこ
とができる。
す。先に述べたように、電圧切り替え回路が所望の電圧
を出力するためには、QD3は図11(a)、図11
(b)に破線で矢示したような特性を満たさねばならな
い。
電圧をVs、ドレイン電圧をVdとすれば、VgはSig
6の電圧、VsはノードN1の電圧、VdはノードN2の
電圧にそれぞれ等しいので、図11(a)に示すよう
に、QD3は[Vg、Vs、Vd]=[0V、Vcc、VPP]
の時に遮断状態になり、図11(b)に示すように[V
g、Vs]=[Vcc、Vcc]の時にソースの電源電圧Vcc
がドレインに転送されねばならない。
ない場合には、QD3を介して高電圧VPPのリーク電流が
流れるのでVPPのレベル低下を生じる。また、図11
(b)に示すQD3の特性が満たされない場合には、QD3
の転送能力の低下により電圧切り替え回路の出力電圧V
ccのレベル低下を生じる。
1(a)における(Vg−Vs)の値(=−Vcc)が小さ
くなるので図11(a)の遮断特性のマージンが大きく
なり、D型トランジスタQD3のしきい値電圧(負の値)
の絶対値を大きくすることができる。このため、十分な
マージンをもって、図11(b)に示すVcc転送状態
(オン状態)を実現することができる。しかし、電源電
圧Vccが低くなるにつれて図11(a)の遮断状態を実
現するためには、QD3のしきい値電圧の絶対値を小さく
する必要があるので、Vcc転送状態に対して必要なQD3
のしきい値電圧マージンが次第に小さくなる。
圧Vccが低くなるにつれてD型トランジスタQD3をオフ
するVg−Vsの値(0V−Vcc=−Vcc)が0Vに近
づくので、第3の回路10を遮断状態にするためのQD3
のしきい値電圧を0Vに近づけねばならず、従ってVcc
転送状態に対するマージンが小さくなる。
い、電源電圧の低電圧化が進行し、図11(a)、図1
1(b)に示すD型NチャネルトランジスタQD3の特性
を満たすことが困難になるという問題が生じていた。こ
のため、図10に示す電圧切り替え回路の代わりに、図
12、図13に示すように、D型トランジスタを用いな
い素子数の多い回路が使用されるようになった。
ンジスタQD3の代わりにE型NチャネルトランジスタQ
N2、及び信号Sig6を受けて高電圧をQN2のゲートに
入力する高電圧発生回路25から構成される第3の回路
10aを用いた電圧切り替え回路である。E型トランジ
スタを用いればしきい値電圧が正となり、電源電圧低下
に伴うしきい値電圧マージン低下の問題を回避すること
ができる。
ルトランジスタQD3の代わりに、ゲートに信号Sig7
を受けるE型NチャネルトランジスタQN3と、ゲートに
信号Sig8を受け基板にNウエル電圧制御回路30の
出力を受けるE型PチャネルトランジスタQP2からなる
トランスファゲートを第3の回路10bとして用いた電
圧切り替え回路である。図13に示す回路においても、
E型トランジスタが用いられるのでしきい値電圧が正と
なり、電源電圧低下に伴うしきい値電圧マージン低下の
問題を回避することができる。
高電圧発生回路25のパターン面積が大となり、また図
13に示す電圧切り替え回路はNウエル電圧制御回路3
0のパターン面積が大となるため、いずれも図10に示
す電圧切り替え回路に比べてパターン面積が大幅に増加
するという欠点があった。
発性半導体記憶装置等に用いる従来の電圧切り替え回路
は、電源電圧が低くなればしきい値電圧マージンの低下
により1個のD型トランジスタを用いた回路の使用が不
可能になり、しきい値電圧マージンの低下を回避するた
めE型トランジスタを用いる回路を使用すればパターン
面積が増加し、チップ面積が増加するという問題があっ
た。
たもので、チップ面積の増加を生じることなく動作マー
ジンの大きい不揮発性半導体記憶装置等の電圧切り替え
回路を提供することを目的とする。
路は、従来1個のD型トランジスタで行われた高電圧の
遮断と電源電圧の転送機能を、ゲート絶縁膜の膜厚又は
しきい値電圧の異なる直列接続された2個のD型トラン
ジスタで分担して行うことにより、しきい値電圧マージ
ンの低下を回避しつつ最小のトランジスタ数で構成され
た電圧切り替え回路を提供することを主な特徴とする。
は、第1の電圧を出力する能力を有する第1の回路と、
第2の電圧を出力する能力を有する第2の回路と、第1
の回路と第2の回路との間に接続され複数のトランジス
タにより構成される第3の回路とを具備し、前記複数の
トランジスタは直列接続され互いに電流駆動能力の異な
る第1及び第2のトランジスタを有することを特徴とす
る。
施形態を詳細に説明する。
の実施形態に係る電圧切り替え回路の構成を示す図であ
る。図1に示す電圧切り替え回路は、ノードN1で互い
に接続されたE型PチャネルトランジスタQP1及びE型
NチャネルトランジスタQN1からなる第1の回路と、信
号Sig3を受けてノードN2に高電圧VPPを出力する
高電圧出力回路2からなる第2の回路と、ゲートに信号
Sig4が入力されソースがノードN1に接続されたD
型NチャネルトランジスタQD1及びゲートに信号Sig
5が入力されソースがQD1のドレインに接続されドレイ
ンがノードN2に接続されたD型Nチャネルトランジス
タQD2からなる第3の回路1から構成される。ここで、
高電圧がゲート、ソース及びドレインに印加されてもゲ
ート絶縁膜が破壊しないように、QD2には厚いゲート絶
縁膜が用いられる。
説明する。図1に示す第1及び第2の回路の動作は、先
に図10を用いて説明した第1、第2の回路と同様であ
るから説明を省略する。図1における本発明の第3の回
路1は、図10における第3の回路10と異なり、ゲー
トに信号Sig4を入力するD型トランジスタQD1と、
ゲートに信号Sig5を入力する厚いゲート絶縁膜を有
するD型トランジスタQD2との直列接続回路で構成され
る。
g5は、図10における信号Sig6と同様に電源電圧
Vccを高レベル、0Vを低レベルとする信号である。ま
た、Sig4、Sig5は0V以上の任意の電圧♯を高
レベルとする場合がある。
g5を高レベルにすれば、D型Nチャネルトランジスタ
QD1、QD2はオン状態となってノードN1、N2の間は
導通し、信号Sig4、Sig5を低レベルにすればQ
D1、QD2はオフ状態となってノードN1、N2の間は遮
断される。
とめて、信号Sig1乃至Sig5の高レベル、低レベ
ルに対応する出力電圧を次のように表すことができる。
4、Sig5]の各レベルに対応する電圧を順に記入し
て左側に示し、電圧切り替え回路の出力を右側に示せ
ば、 (a)[Vcc、0V、0V、♯、♯]⇒「高インピーダ
ンス状態」 (b)[Vcc、Vcc、0V、♯、♯]⇒「出力電圧=0
V」 (c)[0V、0V、0V、Vcc、Vcc]⇒「出力電圧
=Vcc」 (d)[0V、0V、Vcc、0V、0V]⇒「出力電圧
=VPP」 ここで、(a)、(b)の場合には、Sig4、Sig
5の信号レベル♯は、0V以上であれば良い。
電圧VPPが印加されるノードN2(出力ノード)と、V
cc以下の電圧しか印加されないノードN1との間に、D
型NチャネルトランジスタQD1、QD2が設けられている
ことである。QD1、QD2を用いることにより、高電圧出
力時に高電圧VPPが印加されるノードN2と、高電圧が
印加されないノードN1との間の電圧遮断をトランジス
タ2個で容易に実現することができ、図12、図13に
示す従来の電圧切り替え回路に比べてパターン面積を小
さくすることができる。
先に述べたように、電圧切り替え回路が所望の電圧を出
力するためには、QD1、QD2は図2(a)、図2(b)
に破線で矢示したような特性を満たさねばならない。
N1、ノードN2]=[0V、0V、Vcc、VPP]の時
にQD1、QD2のいずれかが遮断状態になり、[Sig
4、Sig5、ノードN1]=[Vcc、Vcc、Vcc]の
時に、電源電圧VccがQD1、QD2を介してノードN2に
転送されねばならない。
遮断状態にするQD1、QD2のゲートバイアス条件はSi
g4、Sig5を0Vとし、また、ノードN1、N2間
をVcc転送状態にするQD1、QD2のゲートバイアス条件
はSig4、Sig5をVccとしたが、必ずしもこれに
限定されるものではない。
い値電圧より低く(絶対値の大きい負の値)、ノードN
1、N2間の遮断条件とVcc転送条件がQD2の動作で定
まる場合には、QD1のゲートに入力する信号Sig4を
遮断条件とVcc転送条件に対して共に0V又はVccとす
ることが可能であり、また、QD2のしきい値電圧がQD1
のしきい値電圧より低く、ノードN1、N2間の遮断条
件とVcc転送条件がQD1の動作で定まる場合には、QD2
のゲートに入力する信号Sig5を遮断条件とVcc転送
条件に対して共に0V又はVccとすることも可能であ
る。
されない場合には、QD1、QD2を介して高電圧VPPのリ
ーク電流が流れるので、VPPのレベル低下を生じる。ま
た、図2(b)に示すQD1、QD2の特性が満たされない
場合には、QD1、QD2のVcc転送能力の低下により電圧
切り替え回路の出力電圧Vccのレベル低下を生じる。
分にD型ランジスタQD3しか存在しない場合に比べて、
本発明のように第3の回路1の部分に2個のD型トラン
ジスタQD1、QD2を設ければ、図2(a)、図2(b)
に示す遮断条件と転送条件を共に満たすことが容易にな
る理由について説明する。
D型NチャネルトランジスタQD1、QD2からなる第3の
回路の断面構造を示す図である。図3(a)に示す断面
構造は、Pウエル(又はP型基板)3と、N型拡散層5
と、ゲート電極7と、ゲート絶縁膜8(tox1、tox2と
して厚さのみ表示)から構成され、QD1のソース拡散層
5はノードN1を成し、ドレイン拡散層5はQD2のソー
ス拡散層と共通のノードN3を成し、QD2のドレイン拡
散層5はノードN2を成している。
QD2のゲート絶縁膜の厚さtox1、tox2が互いに異なっ
ている。QD2はドレイン拡散層5が高電圧VPPが出力す
るノードN2に接続されるため厚いゲート絶縁膜が必要
である。
N2に直接接続されておらず、また、ノードN2に高電
圧VPPが印加される場合でもQD2のゲートは0Vであっ
て、QD1のドレイン拡散層5(ノードN3)にはQD2のし
きい値電圧の絶対値(QD2のしきい値電圧が−Vtd2で
あればノードN3の電圧はVtd2(≪VPP))程度の電圧
しか印加されないので、QD1のゲート絶縁膜の厚さはQ
D2のゲート絶縁膜の厚さよりも薄くすることができる
(tox1<tox2)。
圧の変化に対するソース、ドレイン間電流の変化ΔId
/ΔVgが大きくなるため、図2(a)に示す遮断条件
と図2(b)に示すVcc転送条件とを両立させることが
容易になる。また図3(a)において遮断条件をQD1で
満たすようにすれば、QD2はVccの転送条件のみ満たせ
ばよいので、QD2のしきい値電圧を低くする(絶対値の
大きい負の値にする)等の方法でVccの転送条件を容易
に満たすことができる。
る2個のD型NチャネルトランジスタQD1、QD2からな
る第3の回路1を用いれば、図10、図11に示す従来
の1個のD型NチャネルトランジスタQD3のみからなる
第3の回路10を用いる場合に比べて、容易に遮断条件
とVcc転送条件を満たすことができる。
図12、図13のようにパターン面積の大きな第3の回
路10a、10bを用いることなく、動作マージンが大
きく、かつ、チップ面積の小さい電圧切り替え回路を高
い歩留まりで安価に提供することが可能になる。
いて第2の実施形態に係る電圧切り替え回路について説
明する。図3(b)は第2の実施形態における第3の回
路の断面構造を示す図である。電圧切り替え回路を構成
する第1、第2の回路については第1の実施形態と同様
であるため説明を省略する。
3aと、P型基板上に形成されたPウエル4と、P型基
板3a及びP型基板上のPウエル4に形成されたN型拡
散層5を備えている。
ランジスタQD1のソース拡散層は、配線6を用いてノー
ドN1に接続され、QD1のドレイン拡散層5は、ノード
N3を成す配線6を用いてP型基板3aに形成されたD
型NチャネルトランジスタQD2のソース拡散層に接続さ
れ、QD2のドレイン拡散層5は配線6を用いてノードN
2に接続される。
同様であるため説明を省略する。
散層5との接続部以外の半導体基板表面は絶縁膜8aで
被覆されている。
成するD型トランジスタQD1、QD2は、必ずしも同一の
ウエル又は同一基板上に形成する必要はなく、例えばQ
D1はP型基板上のPウエルに形成し、QD2はP型基板上
に形成する等、異なるウエルや基板上に形成することも
可能であり、この場合にもQD1、QD2のゲート絶縁膜8
の厚さをtox1<tox2とすることで、図3(a)と同様
に遮断条件とVcc転送条件とを容易に両立させることが
できる。
いて第3の実施形態に係る電圧切り替え回路について説
明する。図3(c)は、第3の実施形態における第3の
回路の断面構造を示す図である。図3(c)に示す第3
の回路の断面構造は、D型トランジスタQD1、Q D2のゲ
ート絶縁膜8の厚さtox1、tox2が互いに等しいこと以
外は、図3(a)と同様であるから説明を省略する。
D1、QD2のゲート絶縁膜8の厚さtox1、tox2は互いに
等しいが、チャネルイオン注入の条件を変えることによ
り、QD1、QD2のしきい値電圧の絶対値が互いに異なっ
ている。このようにQD1、QD2のしきい値電圧の設定に
自由度を設ければ、ノードN3の電圧についても自由度
が高くなるため、従来に比べて遮断条件とVcc転送条件
とを容易に両立させることができる。
いて第4の実施形態に係る電圧切り替え回路について説
明する。図4(d)は第4の実施形態における第3の回
路の断面構造を示す図である。図4(d)に示す第3の
回路の断面構造はD型トランジスタQD1、QD2がP型基
板(又はN型基板)3b上のPウエル1(4)、Pウエ
ル2(4a)に形成されることが図3(b)と異なる。
その他の構造は図3(b)と同様であるから説明を省略
する。
は基板の不純物濃度が低いほどゲート電圧の変化に対す
るソース、ドレイン間電流の変化ΔId/ΔVgが大きく
なるため、遮断条件とVcc転送条件とを両立させること
が容易になる。これを利用して、QD2が形成されるPウ
エル2(4a)の不純物濃度をQD1が形成されるPウエ
ル1(4)の不純物濃度よりも低くしたり、あるいは高
くしたりすることにより、トランジスタのしきい値電圧
の組み合わせの自由度を高めることができ、遮断条件と
Vcc転送条件とを容易に両立させることが容易になる。
2の場合には、QD1のΔId/ΔVgをPウエル1=Pウ
エル2の場合よりも大きくでき、従って、遮断条件とV
cc転送条件の両立がQD1に対して容易となる。
いて第5の実施形態に係る電圧切り替え回路について説
明する。図4(e)は第5の実施形態における第3の回
路の断面構造を示す図である。図4(e)に示す第3の
回路の断面構造は、D型トランジスタQD1がP型基板3
a上に形成され、D型トランジスタQD2がP型基板3a
上のPウエル2(4a)に形成されることが図3(b)
と異なる。その他の構造は図3(b)と同様であるから
説明を省略する。
基板上に形成しQD2をPウエル上に形成する場合でも、
通常P型基板の不純物濃度はPウエルの不純物濃度に比
べて低いので、図4(d)の場合と同様にQD1が遮断条
件とVcc転送条件を満たすことが容易になる。なお、第
4、第5の実施形態において、ゲート絶縁膜の厚さをt
ox1=tox2としても図10に示す従来の回路に比べて大
幅な改善が可能であるが、さらにtox1<tox2とすれ
ば、不純物濃度とゲート絶縁膜の厚さとの相乗効果によ
り、さらに大きい改善が得られる。
至第5の実施形態では、基本的に第1のD型トランジス
タQD1はノードN1、N2間の遮断条件とVcc転送条件
とを両立させる役割を果たし、第2のD型トランジスタ
QD2は、ノードN3に転送される電圧レベルの最大値を
VPPよりも低下させるという役割を含めてノードN1、
N2間のVcc転送条件のみを達成するという役割分担が
なされている。
としてD型トランジスタQD1、QD2の製造方法について
説明する。通常トランジスタを製造する際、しきい値電
圧を目標値に合わせるためトランジスタのチャネル部に
不純物をイオン注入する(以下チャネル注入と呼ぶ)。
チャネル注入は、しきい値電圧Vtの異なるトランジス
タに対しては別個に行われる場合が多いため、トランジ
スタの種類と同数のチャネル注入工程用マスクが必要と
なるが、このマスク数が少ないほどチップの製造コスト
を削減することができる。
D型トランジスタQD1はノードN1、N2間の遮断条件
とVcc転送条件とを両立させ、第2のD型トランジスタ
QD2はノードN1、N2間のVcc転送条件のみを達成す
るという方針なので、QD2のしきい値電圧は、比較的低
い(特にQD1のしきい値電圧より低い、つまりVt(Q
D1)>Vt(QD2))ことが望ましい。
厚さの間にtox1<tox2の関係があり、かつQD1、QD2
が同一のウエル(又は同一基板)上に形成される場合、
QD1、QD2に対して同一のチャネル注入を行えば、通
常、QD1のしきい値電圧の絶対値(Vtd1)はQD2のし
きい値電圧の絶対値(Vtd2)より小さくなる(Vtd1<
Vtd2)ため、Vt(QD1)=−Vtd1>Vt(QD2)=−
Vtd2となる。従って、QD1、QD2に対してチャネル注
入を共通にすることが可能になる。
ox1<tox2の関係がある場合にQD1、QD2に対してチャ
ネル注入工程を共通化(同一化)することにより、マス
ク数と工程数の削減が可能となりチップ製造コストの低
減を達成することができる。チャネル注入工程の同一化
については、図3(a)以外にも、図3(b)、図3
(d)、図3(e)場合にも適用可能であり、同様の効
果を達成することができる。
7の実施形態に係る電圧切り替え回路について説明す
る。第7の実施形態では、第1の実施形態の電圧切り替
え回路の変形例について説明する。
回路は、図1に示す第1の実施形態における第1の回路
のノードN1とE型PチャネルトランジスタQP1との間
に、D型NチャネルトランジスタQD4、QD5からなる第
3の回路1aを接続することにより構成される。
る第2の高電圧出力回路のVPPが出力され、ノードN5
には高々電源電圧Vcc(≪VPP)が出力されるに過ぎな
いので、ノードN5に接続されるQD4のゲート絶縁膜は
ノードN1に接続されるQD5のゲート絶縁膜に比べて薄
くされている。
ぞれSig8、Sig9とし、第1の実施形態の議論を
適用すれば、各入力信号の高レベル、低レベルに対応す
る出力電圧は次のように表される。
8、Sig9]の各レベルに対応する電圧を順に記入し
て左側に示し、電圧切り替え回路の出力を右側に示せ
ば、 (a)[Vcc、0V、0V、♯、♯]⇒「高インピーダ
ンス状態」 (b)[Vcc、Vcc、0V、♯、♯]⇒「出力電圧=0
V」 (c)[0V、0V、0V、Vcc、Vcc]⇒「出力電圧
=Vcc」 (d)[0V、0V、Vcc、0V、0V]⇒「出力電圧
=VPP」 上記(a)乃至(d)の出力は第1の実施形態と同様で
ある。
路は、第1の実施形態の電圧切り替え回路と同様の機能
を具備している。しかし、ノードN1に高電圧VPPが出
力されるため、E型NチャネルトランジスタQN4のゲー
ト絶縁膜もQD5と同程度にする必要がある。
8の実施形態に係る電圧切り替え回路について説明す
る。第8の実施形態では、第7の実施形態の電圧切り替
え回路の変形例について説明する。
回路は、図5に示す第7の実施形態におけるノードN1
とE型NチャネルトランジスタQN4との間に、D型Nチ
ャネルトランジスタQD6が接続された構成に相当してい
る。図5のトランジスタ回路1aに対応する部分が図6
のトランジスタ回路1bとして示されている。
1とノードN5との間にVPP遮断条件とVcc転送条件と
を改善する2個のD型NチャネルトランジスタQD4、Q
D5を備えるばかりでなく、ノードN1とノードN8との
間にもVPP遮断条件を改善する1個のD型Nチャネルト
ランジスタQD6を備えている。
る第2の高電圧出力回路のVPPが出力され、ノードN5
には高々電源電圧Vcc(≪VPP)が出力されるに過ぎな
いので、ノードN5に接続されるQD4のゲート絶縁膜
は、ノードN1に接続されるQ D5、QD6のゲート絶縁膜
に比べて薄くされている。
ぞれSig10、Sig11とし、QD6のゲートに入力
する信号をSig12とすれば、各入力信号の高レベ
ル、低レベルに対応する出力電圧は次のように表され
る。
10、Sig11、Sig12]の各レベルに対応する
電圧を順に記入して左側に示し、電圧切り替え回路の出
力を右側に示せば、 (a)[Vcc、0V、0V、♯、♯、♯]⇒「高インピ
ーダンス状態」 (b)[Vcc、Vcc、0V、♯、♯、♯]⇒「出力電圧
=0V」 (c)[0V、0V、0V、Vcc、Vcc、♯]⇒「出力
電圧=Vcc」 (d)[0V、0V、Vcc、0V、0V、0V]⇒「出
力電圧=VPP」 上記(a)乃至(d)の出力は第7の実施形態と同様で
ある。
路は、第7の実施形態の電圧切り替え回路と同様の機能
を具備している。しかし、ノードN1に高電圧VPPが出
力されるため、D型NチャネルトランジスタQD6のゲー
ト絶縁膜をQD5と同程度にする必要があり、その代わり
にSig2入力のトランジスタQN2のゲート絶縁膜を図
1のQN1と同程度にできる。
9の実施形態に係る電圧切り替え回路について説明す
る。第9の実施形態では、第8の実施形態の電圧切り替
え回路の変形例について説明する。
回路は、図6に示す第8の実施形態におけるD型Nチャ
ネルトランジスタQD6のソースとE型Nチャネルトラン
ジスタQN2との間に、D型NチャネルトランジスタQD7
を接続することにより構成される。図6のトランジスタ
回路1bに対応する部分が図7のトランジスタ回路1c
として示されている。
1とノードN5との間にVPP遮断条件とVcc転送条件と
を改善する2個のD型NチャネルトランジスタQD4、Q
D5を備え、かつノードN1とノードN7との間にもVPP
遮断条件とVcc転送条件とを改善する2個のD型Nチャ
ネルトランジスタQD6、QD7を備えている。
る第2の高電圧出力回路のVPPが出力され、ノードN5
には高々電源電圧Vcc(≪VPP)が出力されるに過ぎな
いので、ノードN5に接続されるQD4のゲート絶縁膜
は、ノードN1に接続されるQ D5、QD6のゲート絶縁膜
より薄くされている。同様にノードN7に接続されるQ
D7のゲート絶縁膜はQD5、QD6のゲート絶縁膜より薄く
されている。
ぞれSig10、Sig11とし、QD6、QD7のゲート
に入力する信号をSig12、Sig13とすれば、各
入力信号の高レベル、低レベルに対応する出力電圧は次
のように表される。
10、Sig11、Sig12、Sig13]の各レベ
ルに対応する電圧を順に記入して左側に示し、電圧切り
替え回路の出力を右側に示せば、 (a)[Vcc、0V、0V、♯、♯、♯、♯]⇒「高イ
ンピーダンス状態」 (b)[Vcc、Vcc、0V、♯、♯、♯、♯]⇒「出力
電圧=0V」 (c)[0V、0V、0V、Vcc、Vcc、♯、♯]⇒
「出力電圧=Vcc」 (d)[0V、0V、Vcc、0V、0V、0V、0V]
⇒「出力電圧=VPP」 上記(a)乃至(d)の出力は第8の実施形態と同様で
ある。
路は、第8の実施形態の電圧切り替え回路と同様の機能
を具備している。また、第8の実施形態と同様、ノード
N1に高電圧VPPが出力されるため、D型Nチャネルト
ランジスタQD6のゲート絶縁膜をQD5と同程度にしてい
る。
実施形態の電圧切り替え回路に比べてトランジスタ数は
増加しているが、第9の実施形態では、Vcc側のノード
N1、N5間ばかりでなく、接地側のノードN1、N7
間も2個のD型トランジスタQD6、QD7を用いてVPPの
遮断条件と0Vの転送条件とを最適化することができる
ので、低い電源電圧Vccで安定に動作する電圧切り替え
回路を提供することができる。
用いて第10の実施形態に係る電圧切り替え回路につい
て説明する。図8に示す電圧切り替え回路は、図7に示
すトランジスタ回路のノードN1とVcc間のみが図8の
ノードN1に接続されることにより構成され、図9に示
す電圧切り替え回路は、図7に示すトランジスタ回路の
ノードN1と接地間のみが図8のノードN1に接続され
ることにより構成される。
電圧Vccと高電圧VPPと高インピーダンス状態であり、
図9に示す電圧切り替え回路の出力は0Vと高電圧VPP
と高インピーダンス状態であることは、図7の説明から
明らかである。本発明の適用対象となる半導体装置の回
路構成によっては、電圧レベルとしてVccや0Vを要し
ない場合もあるので、このとき、第10の実施形態の電
圧切り替え回路が有効となる。
ことはない。例えば以上の各実施形態において、電圧切
り替え回路を構成する第3の回路の一方のノードに高電
圧V PPが印加され、他方のノードに電源電圧Vcc以下の
電圧が印加される場合について説明したが、必ずしもこ
れに限定されるものではない。一方のノードに高電圧V
PPが印加され、他方のノードに中間電圧Vm(Vcc<Vm
<VPP)が印加される場合にも本発明は有効である。
ゲート絶縁膜の厚さが異なるD型トランジスタを直列接
続した構成、及び複数のD型トランジスタでチャネル注
入条件を同一化すること、及びD型トランジスタを互い
に異なるウエル上に、又はウエル上と基板上とにそれぞ
れ別個に形成すること等について説明したが、これらの
製造工程は、必ずしもD型トランジスタに限定されるも
のではない。E型トランジスタに対しても同様にこれら
の製造工程を適用することができる。
する構成要素の導電型(極性)を反転しても同様の回路
機能を実現することができる。また、以上の実施形態に
おいて、主として2個のD型トランジスタを直列に接続
したことを基本とする第3の回路の機能を説明したが、
直列接続された3個以上のD型トランジスタを用いても
同様な機能が実現されることはいうまでもない。その他
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施する
ことができる。
路によれば、電源電圧が低い場合においても、チップ面
積の増加を生じることなく、動作マージンの大きい不揮
発性半導体記憶装置等の電圧切り替え回路を提供するこ
とが可能になる。
を示す図。
(a)は遮断条件を示す図。(b)はVcc転送条件を示
す図。
(a)は第1の実施形態における第3の回路の構造を示
す断面図。(b)は第2の実施形態における第3の回路
の構造を示す断面図。(c)は第3の実施形態における
第3の回路の構造を示す断面図。
(d)は第4の実施形態における第3の回路の構造を示
す断面図。(e)は第5の実施形態における第3の回路
の構造を示す断面図。
を示す図。
を示す図。
を示す図。
成を示す図。
の構成を示す図。
て、(a)は遮断条件を示す図。(b)はVcc転送条件
を示す図。
の構成を示す図。
の他の構成を示す図。
Claims (15)
- 【請求項1】 第1の電圧を出力する能力を有する第1
の回路と、 第2の電圧を出力する能力を有する第2の回路と、 前記第1の回路と前記第2の回路との間に接続され、そ
れぞれゲート絶縁膜を有する複数のトランジスタにより
構成される第3の回路とを具備し、 前記複数のトランジスタは、電流駆動能力が互いに異な
る直列接続された第1、第2のトランジスタを有するこ
とを特徴とする電圧切り替え回路。 - 【請求項2】 前記第1、第2のトランジスタは、異な
るウエル上に形成されることを特徴とする請求項1記載
の電圧切り替え回路。 - 【請求項3】 前記第1、第2のトランジスタのうち一
方は半導体基板上に形成され、他方は半導体基板と同極
性のウエル上に形成されることを特徴とする請求項1記
載の電圧切り替え回路。 - 【請求項4】 前記第1、第2のトランジスタは、同極
性であることを特徴とする請求項1記載の電圧切り替え
回路。 - 【請求項5】 前記第1、第2のトランジスタは、デプ
レッション型トランジスタであることを特徴とする請求
項1記載の電圧切り替え回路。 - 【請求項6】 前記第2の電圧は、前記第1の電圧より
も高い電圧であり、かつ前記第2の電圧は、電源電圧よ
り高い電圧であることを特徴とする請求項1記載の電圧
切り替え回路。 - 【請求項7】 前記第1の電圧は、電源電圧以下の電圧
であることを特徴とする請求項6記載の電圧切り替え回
路。 - 【請求項8】 前記第1、第2のトランジスタは、ゲー
ト絶縁膜厚が異なることを特徴とする請求項1乃至5及
び請求項7記載の電圧切り替え回路。 - 【請求項9】 前記第1、第2のトランジスタは、しき
い値電圧が互いに異なることを特徴とする請求項1、
4、5、7のいずれか1つに記載の電圧切り替え回路。 - 【請求項10】 前記第1、第2のトランジスタは、チ
ャネル部への不純物注入工程が互いに異なることを特徴
とする請求項1、5、7のいずれか1つに記載の電圧切
り替え回路。 - 【請求項11】 前記第1、第2のトランジスタは、チ
ャネル領域への不純物注入工程が同じであることを特徴
とする請求項1、5、7のいずれか1つに記載の電圧切
り替え回路。 - 【請求項12】 前記第1、第2のトランジスタは、ゲ
ート絶縁膜厚が異なることを特徴とする請求項11記載
の電圧切り替え回路。 - 【請求項13】 前記第2の回路側に前記第2のトラン
ジスタが接続され、前記第2のトランジスタのゲート絶
縁膜厚は、前記第1のトランジスタのゲート絶縁膜厚よ
りも大きいことを特徴とする請求項7記載の電圧切り替
え回路。 - 【請求項14】 前記第2の回路側に前記第2のトラン
ジスタが接続され、前記第2のトランジスタのしきい値
電圧は、前記第1の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請求項7記載の電圧切り替え回
路。 - 【請求項15】 前記第1、第2のトランジスタは、デ
プレッション型トランジスタであることを特徴とする請
求項7記載の電圧切り替え回路。
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