JP2003188278A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2003188278A
JP2003188278A JP2002320078A JP2002320078A JP2003188278A JP 2003188278 A JP2003188278 A JP 2003188278A JP 2002320078 A JP2002320078 A JP 2002320078A JP 2002320078 A JP2002320078 A JP 2002320078A JP 2003188278 A JP2003188278 A JP 2003188278A
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nmos transistor
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Yuichi Sato
雄一 佐藤
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which has excellent electrostatic breakdown voltage or the like and high reliability when a circuit operable at a low voltage is contained. <P>SOLUTION: The semiconductor device comprises a logic circuit 83 and an SRAM 84 operating at 0.5 V. The device further comprises an interface unit 82 having both a circuit for converting an input signal having a 3 V amplitude input from an external unit into a signal of a 0.5 V amplitude to supply to an interior and a circuit for converting the internal signal of the 0.5 V amplitude into a signal of the 3 V amplitude to output to the exterior. A channel region of a MOS transistor operating at the 0.5 V is electrically isolated by a trench and a deep well formed in a shallow well. Meanwhile, a channel region of a MOS transistor operating at the 3 V is formed on a deep well and electrically isolated. Thus, reliability of the MOS transistor to the electrostatic breakdown voltage for transmitting/receiving the signal directly to or from the exterior by operating at the 3 V is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置に関
する。 【0002】 【従来の技術】近年、微細加工技術等の進展によって、
LSI(大規模集積回路)の高速化および高集積化が進ん
でいる。ところで、高速で動作するLSIを実用化する
ためには、LSIの低消費電力化は重要な技術の一つで
ある。すなわち、LSIを高速で動作させると消費電力
は大きなものになり、LSIを安定して動作させるため
には、セラミック・パッケージの採用や放熱フィン等が
必要になり、コストが高くなってしまうのである。ま
た、近年の携帯機器においては小型軽量化が進んでお
り、電池での使用を長くすることからも低消費電力化は
重要である。 【0003】従来、N型MOS(金属酸化膜半導体)トラ
ンジスタ4個とP型MOSトランジスタ2個とで構成し
たSRAMセルが一般によく使われている。図9に、上
記従来のN型MOS(以下、NMOSと略称する)トラン
ジスタ4個とP型MOS(以下、PMOSと略称する)ト
ランジスタ2個とで構成したSRAMセルの回路図を示
す。また、図10は、上記構成のSRAMセルを用いた
SRAM全体のレイアウトを示す。 【0004】図10において、上記SRAM1は、入出
力インターフェイス部2、上記SRAMセルを敷き詰め
たメモリ部3、アドレスデコーダ部4、データ書き込み
読み出し制御部5で概略構成される。そして、上記メモ
リ部3を構成するSRAMセルは、図9に示すような構
成を有している。すなわち、ビット線Bは第1NMOS
トランジスタ11のソース(ドレイン)に接続され、ワー
ド線WLは第1NMOSトランジスタ11および第2N
MOSトランジスタ12のゲートに接続され、反転ビッ
ト線BXは第2NMOSトランジスタ12のソース(ド
レイン)に接続されている。 【0005】上記第1NMOSトランジスタ11におけ
るビット線Bが接続されていない方のドレイン(ソース)
Yには、第3NMOSトランジスタ13および第1PM
OSトランジスタ15のゲートが接続され、さらに、第
4NMOSトランジスタ14および第2PMOSトラン
ジスタ16のドレインにも接続されている。 【0006】上記第2NMOSトランジスタ12におけ
る反転ビット線BXが接続されていない方のドレイン
(ソース)YXには、第4NMOSトランジスタ14およ
び第2PMOSトランジスタ16のゲートが接続され、
さらに、第3NMOSトランジスタ13および第1PM
OSトランジスタ15のドレインにも接続されている。 【0007】上記第3NMOSトランジスタ13および
第4NMOSトランジスタ14のソースはGNDに接続
されており、第1PMOSトランジスタ15および第2
PMOSトランジスタ16のソースはVDDに接続され
ている。 【0008】上記構成において、上記第1NMOSトラ
ンジスタ11〜第4NMOSトランジスタ14の各MO
Sトランジスタがオンした場合にチャネルが形成される
半導体領域は、GNDに接続されている。一方、第1P
MOSトランジスタ15および第2PMOSトランジス
タ16の各MOSトランジスタがオンした場合にチャネ
ルが形成される半導体領域は、VDDに接続されてい
る。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のSRAMには以下のような問題がある。すなわち、
SRAMを低消費電力にするためには、動作電圧(VD
D)を下げることによって大きな効果が得られる。とこ
ろが、VDDを下げるとMOSトランジスタの駆動電流
が小さくなり、回路の遅延時間が大きくなって動作速度
が低下してしまうのである。そこで、低電圧でもMOS
トランジスタの駆動電流があまり小さくならないように
MOSトランジスタのスレッショルド電圧(Vth)を低く
することが考えられる。ところが、Vthを低くするとM
OSトランジスタのリーク電流が増大して、スタンバイ
モードにしてもリーク電流があるために消費電力が大き
くなるという問題がある。 【0010】ところで、上述の問題に対処できる0.5
V程度の低電圧で動作可能な低消費電力で面積の小さい
SRAMを内蔵した半導体装置では、外部から入力され
た例えば3V振幅の入力信号を0.5V振幅の信号に変
換して内部に供給する一方、0.5V振幅の内部信号を
3V振幅の信号に変換して外部に出力することが必要と
なる。その場合、上記外部と信号を送受する回路におけ
る静電気耐圧等の信頼性を向上させる必要がある。 【0011】そこで、この発明の目的は、低電圧で動作
可能な回路を内蔵する場合等において静電耐圧等に優れ
た信頼性の高い半導体装置を提供することにある。 【0012】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の半導体装置は、オン時にチャネルが形成
される半導体領域が第1ウェルで形成されると共に,内
部処理を行う第1MOSトランジスタと、オン時にチャ
ネルが形成される半導体領域が上記第1ウェルよりも深
い第2ウェルで形成されると共に,外部と直接信号の送
受を行う第2MOSトランジスタを備えたことを特徴と
している。 【0013】上記構成によれば、外部と直接信号の送受
を行う第2MOSトランジスタにおけるチャネルの形成
領域が、内部処理を行う第1MOSトランジスタにおけ
るチャネルが形成される第1ウェルよりも深い第2ウェ
ルに形成されている。そのために、静電耐圧に優れた信
頼性の高い半導体装置が得られる。 【0014】 【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。図1は、本実施の形態のSR
AMを構成するSRAMセルの一例を表す回路図であ
る。本実施の形態におけるSRAMセル27も2個のP
MOSトランジスタと4個のNMOSトランジスタとで
構成されている。 【0015】ビット線Bは第1NMOSトランジスタ2
1のソース(ドレイン)に接続され、ワード線WLは第1
NMOSトランジスタ21および第2NMOSトランジ
スタ22のゲートに接続され、反転ビット線BXは第2
NMOSトランジスタ22のソース(ドレイン)に接続さ
れている。 【0016】上記第1NMOSトランジスタ21におけ
るビット線Bが接続されていない方のドレイン(ソース)
Yには、第3NMOSトランジスタ23および第1PM
OSトランジスタ25のゲートが接続され、さらに、第
4NMOSトランジスタ24および第2PMOSトラン
ジスタ26のドレインにも接続されている。 【0017】上記第2NMOSトランジスタ22におけ
る反転ビット線BXが接続されていない方のドレイン
(ソース)YXには、第4NMOSトランジスタ24およ
び第2PMOSトランジスタ26のゲートが接続され、
さらに、第3NMOSトランジスタ23および第1PM
OSトランジスタ25のドレインにも接続されている。 【0018】上記第4NMOSトランジスタ24および
第3NMOSトランジスタ23のソースにはGNDが接
続されており、第1PMOSトランジスタ25および第
2PMOSトランジスタ26のソースにはVDDが接続
されている。 【0019】そして、本実施の形態においては、上記第
1NMOSトランジスタ21〜第4NMOSトランジス
タ24を上記DTMOSで構成している。一方、第1P
MOSトランジスタ25および第2PMOSトランジス
タ26の各MOSトランジスタがオンした場合にチャネ
ルが形成される半導体領域を、図9に示す従来のSRA
Mセルと同様にVDDに接続している。 【0020】図2は、上記構成を有するSRAMセル2
7を記憶素子とするSRAMにおけるSRAMセルアレ
イ28と書き込み回路および読み出し回路との接続関係
を示す回路図である。ここで、書き込み回路29,31
および読み出し回路37を構成しているMOSトランジ
スは、総てDTMOSである。以下、図1および図2に
示す回路を、VDD=0.5Vで動作させる場合につい
て説明する。 【0021】先ず、上記SRAMセル27において、上
記第1,第2NMOSトランジスタ21,22はオフして
おり、第2PMOSトランジスタ26がオンする一方第
4NMOSトランジスタ24がオフしてノードYがVD
Dレベルになり、第1PMOSトランジスタ25がオフ
する一方第3NMOSトランジスタ23がオンしてノー
ドYXがGNDレベルになった状態、つまりデータ
“1”を記憶している状態に対して、データ“0”を書
き込む場合について述べる。 【0022】上記書き込み回路29,31によって、ビ
ット線BはGND(0)レベルに、反転ビット線BXはV
DDレベルに設定される。また、選択されたSRAMセ
ル27のワード線WLはVDDレベルになって、当該S
RAMセル27の第1,第2NMOSトランジスタ21,
22は共にオンする。したがって、ノードYの電位は、
VDDとGNDとの電位差(0.5V)を、第2PMOS
トランジスタ26のオン抵抗(RP2)と、第1NMOS
トランジスタ21のオン抵抗(RN1)と、ビット線Bを
GNDレベルにしている書き込み回路29のNMOSト
ランジスタ30のオン抵抗(RNW1)とで分割した電位
になる。したがって、ノードYの電位(VY)は、式(1) VY=0.5×(RN1+RNW1)/(RP2+RN1+RNW1) …(1) で表される。そして、式(1)で表されるノードYの電位
VYが第3NMOSトランジスタ23と第1PMOSト
ランジスタ25とで構成されるインバータを反転可能な
低い電位になるように、第2PMOSトランジスタ26
のオン抵抗(PR2)を大きく設定する一方、第1NMO
Sトランジスタ21のオン抵抗(RN1)とNMOSトラ
ンジスタ30のオン抵抗(RNW1)とを小さく設定して
ある。その結果、データ“0”書き込み時には、第3N
MOSトランジスタ23と第1PMOSトランジスタ2
5とで構成されるインバータが反転して、ノードYXの
電位はVDDレベルになる。 【0023】そうすると、上記第2PMOSトランジス
タ26と第4NMOSトランジスタ24とで構成される
インバータも反転し、第2PMOSトランジスタ26が
オフする一方、第4NMOSトランジスタ24がオンす
るために、ノードYの電位はGNDレベルになる。つま
り、選択SRAMセル27にはデータ“0”が書き込ま
れたことになる。その後、ワード線WLをGNDレベル
にし、第1,第2NMOSトランジスタ21,22をオフ
することによって、データ“0”が記憶される。 【0024】次に、データ“0”を記憶しているSRA
Mセル27に、データ“1”を書き込む場合について述
べる。書き込み回路29,31によって、ビット線Bは
VDDレベルに、反転ビット線BXはGNDレベルに設
定される。また、選択されたSRAMセル27のワード
線WLはVDDレベルになって、当該SRAMセル27
の第1,第2NMOSトランジスタ21,22は共にオン
する。したがって、ノードYXの電位は、VDDとGN
Dとの電位差(0.5V)を、第1PMOSトランジスタ
25のオン抵抗(RP1)と、第2NMOSトランジスタ
22のオン抵抗(RN2)と、反転ビット線BXをGND
レベルにしている書き込み回路31のNMOSトランジ
スタ32のオン抵抗(RNW2)とで分割した電位にな
る。したがって、ノードYXの電位(VYX)は、式(2) VYX=0.5×(RN2+RNW2)/(RP1+RN2+RNW2) …(2) で表される。そして、上記式(2)で表されるノードYX
の電位VYXが第4NMOSトランジスタ24と第2P
MOSトランジスタ26とで構成されるインバータを反
転可能な低い電位になるように、第1PMOSトランジ
スタ25のオン抵抗(PR1)を大きく設定する。一方、
第2NMOSトランジスタ22のオン抵抗(RN2)とN
MOSトランジスタ32のオン抵抗(RNW2)は小さく
設定してある。その結果、データ“1”書き込み時に
は、第4NMOSトランジスタ24と第2PMOSトラ
ンジスタ26とで構成されるインバータが反転して、ノ
ードYの電位はVDDレベルになる。 【0025】そうすると、上記第1PMOSトランジス
タ25と第3NMOSトランジスタ23とで構成される
インバータも反転し、第1PMOSトランジスタ25が
オフする一方、第3NMOSトランジスタ23がオンす
るために、ノードYXの電位はGNDレベルになる。つ
まり、選択SRAMセル27にはデータ“1”が書き込
まれたことになる。その後、ワード線WLをGNDレベ
ルにし、第1,第2NMOSトランジスタ21,22をオ
フすることによって、データ“1”が記憶される。 【0026】本実施の形態におけるSRAMセル27を
構成する第1NMOSトランジスタ21〜第4NMOS
トランジスタ24は、上述のごとくDTMOSである。
さらに、書き込み回路29,31を構成するNMOSト
ランジスタ30,32及びPMOSトランジスタ33,3
4もDTMOSである。ここで、上記DTMOSは、上
述したように、オン時にチャネルが形成される半導体領
域がゲートに接続されている。したがって、オン時にお
ける|Vth|が、図9に示す従来のSRAMセルにおけ
る第1NMOSトランジスタ11〜第4NMOSトラン
ジスタ14のごとくチャネルがGNDである場合や通常
のPMOSトランジスタのごとくチャネルがVDDであ
る場合よりも低くなり、オン抵抗が低くなる。一方、オ
フ時における|Vth|は、図9に示す従来のSRAMセ
ルにおける第1NMOSトランジスタ11〜第4NMO
Sトランジスタ14や通常のPMOSトランジスタと同
程度に高くなる。 【0027】したがって、上記DTMOSで構成された
各MOSトランジスタ21〜24,30,32〜34は、
オン抵抗が小さく、オフ時のリーク電流が少ない。その
結果、小面積で、低消費電力なSRAMセル27を実現
できる。また、書き込み速度が速く、小面積で、低消費
電力な書き込み回路29,31を実現できるのである。 【0028】一方、上記SRAMセル27に記憶された
データを読み出す場合には、書き込み回路29のNMO
Sトランジスタ30およびPMOSトランジスタ33
と、書き込み回路31のNMOSトランジスタ32およ
びPMOSトランジスタ34とをオフし、アドレス信号
が切り換わった直後にある期間だけ、ビット線Bと電源
電圧VDDとの間に介設されて読み出し回路37を構成
するNMOSトランジスタ35と、反転ビット線BXと
電源電圧VDDとの間に介設されて読み出し回路37を
構成するNMOSトランジスタ36とをオンして、ビッ
ト線Bと反転ビット線BXとを(VDD−Vthnon)レベ
ルまで引き上げる。そして、ビット線Bおよび反転ビッ
ト線BXが(VDD−Vthnon)レベルになるのに十分な
期間が経過した後に、NMOSトランジスタ35,36
はオフされる。ここで、上記Vthnonは、NMOSトラ
ンジスタ35およびNMOSトランジスタ36のオン時
におけるVthである。 【0029】こうして、上記NMOSトランジスタ3
5,36がオフすると、選択されたワード線WLがVD
Dになって、選択SRAMセル27の第1NMOSトラ
ンジスタ21および第2NMOSトランジスタ22がオ
ンし、ノードYの電位がビット線Bに導出される一方、
ノードYXの電位が反転ビット線BXに導出される。 【0030】ここで、上記SRAMセル27にデータ
“0”が記憶されている場合は、第1,第2NMOSト
ランジスタ21,22がオンする前におけるノードYの
レベルはGNDである。ところが、第1,第2NMOS
トランジスタ21,22がオンすると、ビット線Bは上
述のごとく電位(VDD−Vthnon)にプリチャージされ
ているために、ノードYの電位VYは、第4NMOSト
ランジスタ24のオン抵抗をRN4とすると、一時的に
式(3) VY=(VDD−Vthnon)×RN4/(RN1+RN4) …(3) で表される電位になる。ここで、式(3)で表されるノー
ドYの電位VYが第1PMOSトランジスタ25と第3
NMOSトランジスタ23とで構成されたインバータの
反転電圧を越えないように、第4NMOSトランジスタ
24と第1NMOSトランジスタ21とのオン抵抗RN
4およびRN1が設定されている。したがって、ビット
線Bのチャージ電荷はオン状態の第1NMOSトランジ
スタ21と第4NMOSトランジスタ24とを通ってデ
ィスチャージされ、ビット線BはGNDレベルになる。 【0031】一方、上記反転ビット線BXの電位は、ノ
ードYXの電位がVDDであるため(VDD−Vthnon)
のまま変わらない。したがって、読み出し回路39のイ
ンバータ38を介して出力Qのレベルは“L”になり、
データ“0”が読み出されるのである。その後、ワード
線WLがGNDレベルになって第1,第2NMOSトラ
ンジスタ21,22はオフし、SRAMセル27に記憶
されているデータは破壊されることなく保持される。 【0032】また、上記SRAMセル27にデータ
“1”が記憶されている場合も同様に、第2NMOSト
ランジスタ22がオンした場合に、ノードYXの電位V
YXは、第3NMOSトランジスタ23のオン抵抗をR
N3とすると、一時的に式(4) VYX=(VDD−Vthnon)×RN3/(RN2+RN3) …(4) で表される電位になる。ここで、式(4)で表されるノー
ドYXの電位VYXが第2PMOSトランジスタ26と
第4NMOSトランジスタ24で構成されたインバータ
の反転電圧を越えないように、第3NMOSトランジス
タ23と第2NMOSトランジスタ22とのオン抵抗R
N3およびRN2が設定されている。したがって、SR
AMセル27に記憶されているデータは破壊されない。
そして、反転ビット線BXの電位はGNDレベルである
ため、インバータ38で反転され、出力Qによってデー
タ“1”が読み出されるのである。 【0033】ここで、上記読み出し回路37を構成する
NMOSトランジスタ35およびNMOSトランジスタ
36はDTMOSで構成されている。したがって、オン
抵抗は小さく、オフ時にはリーク電流が少ない特性を有
している。したがって、ビット線Bおよび反ビット線B
Xをプリチャージする際のプリチャージ時間を短くで
き、小面積で、リーク電流も少なくできるのである。
尚、読み出し回路37をDTMOSで成るPMOSトラ
ンジスタで構成しても同じ効果が得られる。また、読み
出し回路39を構成するインバータ38を上記DTMO
Sで形成すれば、読み出し回路の更なる低消費電力化お
よび読み出しの高速化を図ることができる。 【0034】通常、上記SRAMセルでは、データ記憶
時の消費電力を小さくするために各トランジスタのオフ
時のリーク電流を小さく抑える必要があり、各MOSト
ランジスタの|Vth|はあまり小さくできない。したが
って、図9に示す従来のSRAMセルにおいては、第
1,第2NMOSトランジスタ11,12のオン抵抗(R
N11,RN12)と書き込み回路の2個のNMOSトラ
ンジスタ(図2におけるNMOSトランジスタ30,32
に相当)のオン抵抗を小さくするためには、上記SRA
Mセルおよび書き込み回路における4個のNMOSトラ
ンジスタのゲート幅を広くする必要があり、各NMOS
トランジスタの面積(つまりは、SRAMセルの面積)が
大きくなってしまう。 【0035】また、上記4個のNMOSトランジスタの
ゲート幅を広くしない場合は、SRAMセルにおける第
1,第2PMOSトランジスタ15,16のオン抵抗を大
きくする必要があり、そのためには両PMOSトランジ
スタ15,16のゲート長を長くする必要がある。した
がって、この場合にもSRAMセルの面積が大きくなっ
てしまう。また、第1,第2PMOSトランジスタ15,
16のゲート長を長くした場合には、当該SRAMセル
にデータを書き込み/読み出す際における第1,第2NM
OSトランジスタ11,12のオン抵抗が大きいため
に、書き込み/読み出し時間が長くなると言う問題もあ
る。 【0036】これに対して、本実施の形態においては、
上記SRAMセル27における第1NMOSトランジス
タ21〜第4NMOSトランジスタ24は、上述したよ
うにDTMOSで構成されている。したがって、上記4
個のNMOSトランジスタ21〜24におけるオフ時の
チャネル領域電圧はGNDレベルであり、図9に示す従
来のSRAMセルにおける第1NMOSトランジスタ1
1〜第4NMOSトランジスタ14と同じ特性を示す。
これに対して、オン時のチャネル領域電圧はVDDであ
る。したがって、各NMOSトランジスタ21〜24に
おけるオン時の|Vth|は、オフ時の|Vth|(すなわ
ち、従来のSRAMセルにおける各NMOSトランジス
タ11〜14の|Vth|)より小さくなる。すなわち、
従来のSRAMセルにおいては困難であった0.5Vと
いう低い電圧での動作が可能となり、動作時の消費電力
を小さくできるのである。さらに、上記オン抵抗はゲー
ト電圧から|Vth|を差し引いた(VGS−|Vth|)に
逆比例することから、本実施の形態のSRAMセル27
における各NMOSトランジスタ21〜24のオン抵抗
は、従来のSRAMセルにおける各NMOSトランジス
タ11〜14のオン抵抗よりも小さくなる。したがっ
て、従来のSRAMセルの場合よりも書き込み/読み出
し速度を速くできるのである。また、従来のSRAMセ
ルと同じ書き込み/読み出し速度でよいのであれば、従
来のSRAMセルよりも面積を小さくできる。しかも、
上記各NMOSトランジスタ21〜24におけるオフ時
のリーク電流は、従来のSRAMセルの各NMOSトラ
ンジスタ11〜14におけるオフ時のリーク電流と同じ
であるため、スタンバイ時の消費電力増大の問題はない
のである。 【0037】また、上記SRAMセル27における第
1,第2PMOSトランジスタ25,26のゲート酸化膜
厚を、第1〜第4NMOSトランジスタ21〜24のゲ
ート酸化膜厚よりも厚くすることによって、第1,第2
PMOSトランジスタ25,26のオン抵抗を大きくし
て電流値を低くでき、第1NMOSトランジスタ21〜
第4NMOSトランジスタ24をより小さいトランジス
タで構成できる。したがって、その場合においては、さ
らに、小面積で、リーク電流も少なく、低消費電力のS
RAMセルを提供できるのである。 【0038】図3は、図1に示すSRAMセル27の部
分断面図であり、ディープウェルとシャローウェルの二
重ウェル構造になっている。第1,第3NMOSトラン
ジスタ21,23が形成されているシャローPウェル4
1,42は、各MOSトランジスタ21,23毎にトレン
チ43とディープNウェル44とで電気的に分離されて
いる。そして、第1NMOSトランジスタ21のゲート
とシャローPウェル41とは接続され、第3NMOSト
ランジスタ23のゲートとシャローPウェル42とは接
続されて、夫々DTMOSを形成している。さらに、デ
ィープNウェル44はVDDに接続されている。 【0039】また、上記第1PMOSトランジスタ25
が形成されているシャローNウェル45はVDDに接続
される一方、ディープPウェル46はGNDに接続され
ている。尚、第1PMOSトランジスタ25(第2PM
OSトランジスタ26)を上記DTMOSで構成しても
よいが、小面積でオン抵抗を大きくするためにはシャロ
ーNウェル45をVDDに接続した方がよい。 【0040】図4は、図3におけるSRAMセル27の
構造を改良したものである。第1,第3NMOSトラン
ジスタ21,23が形成されているシャローPウェル5
1,52は、各MOSトランジスタ21,23毎にトレン
チ53とディープNウェル54とで電気的に分離されて
いる。そして、第1NMOSトランジスタ21のゲート
とシャローPウェル51とは接続され、第3NMOSト
ランジスタ23のゲートとシャローPウェル52とは接
続されて、夫々DTMOSを形成している。さらに、デ
ィープNウェル54はVDDに接続されている。 【0041】ここで、図3において、図3では表れてい
ないが、上記第1,第2PMOSトランジスタ25,26
が形成されているシャローNウェルは、各PMOSトラ
ンジスタ毎にトレンチ47とディープPウェル46とで
電気的に分離されている。しかしながら、SRAMセル
27における第1,第2PMOSトランジスタ25,26
のチャネルが形成される半導体領域はVDDで共通であ
るため各PMOSトランジスタ25,26毎にシャロー
Nウェル45を分離する必要はない。 【0042】そこで、図4においては、上記シャローP
ウェル51,52を分離するためのディープNウェル領
域54(VDDの電圧が与えられている)に第1PMOS
トランジスタ25と第2PMOSトランジスタ26とを
形成するのである。こうすることによって、SRAMセ
ル27の領域においては、シャローNウェルおよびディ
ープPウェルを形成する必要がなく、図3に示す構造よ
りもSRAMセル27の面積を小さくできるのである。 【0043】尚、図3および図4は、上記SRAMセル
27をシリコン単結晶基板上に形成した場合の例である
が、図1に示すSRAMセル27および図2に示すSR
AMは、シリコン単結晶基板上に限らずSOI(シリコ
ン・オン絶縁体)基板上にも形成可能である。また、図3
および図4においては、第1NMOSトランジスタ21
と第3NMOSトランジスタ23および第1PMOSト
ランジスタ25との関係について述べているが、他のN
MOSトランジスタ22,24および第2PMOSトラ
ンジスタ26との関係についても同様である。 【0044】図5は、図1に示すSRAMセル27にお
ける第1,第2PMOSトランジスタ25,26の夫々
を、第1抵抗65および第2抵抗66に置き換えたSR
AMセル67である。尚、第1NMOSトランジスタ6
1〜第4NMOSトランジスタ64は、夫々図1に示す
SRAMセル27における第1NMOSトランジスタ2
1〜第4NMOSトランジスタ24に相当する。ここ
で、上記第1,第2抵抗65,66は、高抵抗ポリシリコ
ンや薄膜トランジスタ(TFT)等で形成する。 【0045】上記構成のSRAMセル67において、デ
ータ“1”が書き込まれている状態(ノードY→VD
D,ノードYX→GND)にデータ“0”を書き込む場
合には、第2抵抗66の抵抗値をRP2として、式(1)
で表されるノードYの電圧VYが第1抵抗65と第3N
MOSトランジスタ63とで構成されるインバータを反
転できる電圧になるようにする。また、データ“0”が
書き込まれている状態(ノードY→GND,ノードYX
→VDD)にデータ“1”を書き込む場合には、第1抵
抗65の抵抗値をRP1として、式(2)で表されるノー
ドYXの電圧VYXが第2抵抗66と第4NMOSトラ
ンジスタ64とで構成されるインバータを反転できる電
圧になるようにする。こうすることによって、図5に示
すSRAMセル67は、図1に示すSRAMセル27と
同様に動作してデータの書き込みを行うのである。 【0046】図6は、上記構成を有するSRAMセル6
7を記憶素子とするSRAMにおけるSRAMセルアレ
イ68と書き込み回路69,70との接続関係を示す回
路図である。書き込み回路69は、図2に示す書き込み
回路29のPMOSトランジスタ33を、DTMOS構
造のNMOSトランジスタ73に置き換えた構成を有す
る。一方、書き込み回路70は、図2に示す書き込み回
路31のPMOSトランジスタ34を、DTMOS構造
のNMOSトランジスタ74に置き換えた構成を有す
る。尚、書き込み回路69のNMOSトランジスタ71
は、図2に示す書き込み回路29のNMOSトランジス
タ30に相当する。また、書き込み回路70のNMOS
トランジスタ72は、図2に示す書き込み回路31のN
MOSトランジスタ32に相当する。そして、NMOS
トランジスタ73,74のゲートには、NMOSトラン
ジスタ71,72のゲートへの入力信号WB,WBXの反
転信号WBX,WBが入力される。 【0047】上記構成によれば、図2に示す書き込み回
路29,31よりも回路が簡単になる。然も、ビット線
Bおよび反転ビット線BXの書き込み時における電位は
(VDD-Vthnon)レベルになるので、図2に示す書き込
み回路29,31の場合(VDD)に比べて低消費電力と
なる。 【0048】図7は、本実施の形態におけるSRAMセ
ルを内蔵した半導体装置のレイアウトを示す。半導体装
置81は、外部とのインターフェイス部82、論理回路
部83、SRAM部84で概略構成される。ここで、論
理回路部83およびSRAM部84は0.5Vで動作す
る領域である。また、インターフェイス部82は、0.
5Vより高い電圧(例えば、3V)で動作する領域と、
0.5Vで動作する領域との両方を備えている。つま
り、外部から入力された3V振幅の入力信号を0.5V
振幅の信号に変換して内部に供給する回路と、0.5V
振幅の内部信号を3V振幅の信号に変換して外部に出力
する回路とで構成されている。 【0049】図8は、上記インターフェイス部82の一
部分の断面図であり、ディープウェルとシャローウェル
との二重構造になっている。0.5Vで動作するNMO
Sトランジスタ91およびPMOSトランジスタ92
は、シャローPウェル93およびシャローNウェル94
に形成され、トレンチ95とディープNウェル96およ
びディープPウェル97とで電気的に分離されている。
これに対して、3Vで動作するNMOSトランジスタ1
01およびPMOSトランジスタ102は、ディープP
ウェル103およびディープNウェル104に形成され
て電気的に分離されている。これは、3Vで動作するM
OSトランジスタ101,102は、外部と直接信号を
送受するので、静電気耐圧等に対する信頼性を向上させ
るためである。勿論、ディープウェル96,97,10
3,104の周囲には、従来の半導体装置と同様に保護
回路が構成されていることは言うまでもない。 【0050】上述のように、本実施の形態においては、
SRAMセル27,67を構成するNMOSトランジス
タを、チャネル領域がゲートに接続されたDTMOSで
構成している。また、SRAMセル27,67を用いた
SRAMの書き込み回路29,31,69,70を構成す
る全MOSトランジスタ30,32,33,34,71〜7
4、及び、読み出し回路37を構成するNMOSトラン
ジスタ35,36を上記DTMOSで構成している。し
たがって、オン時の|Vth|をオフ時の|Vth|よりも
低くでき、従来不可能であった0.5Vでの低電圧動作
が可能となり、動作時の消費電力を小さくできる。これ
に対して、オフ時の|Vth|は、通常のMOSトランジ
スタと同じである。したがって、オフ時のリーク電流を
従来のSRAMセルと同等にして、スタンバイ時の消費
電力の増大を防止できる。 【0051】また、上記DTMOSでなる各MOSトラ
ンジスタは、オン時の|Vth|が低いのでオン抵抗も小
さい、したがって、上記DTMOSを用いていない従来
のSRAMよりも書き込み/読み出し速度を速くでき
る。また、書き込み/読み出し速度が従来のSRAMの
程度でよいのであれば、オン抵抗が小さい分だけ上記D
TMOSのゲート幅を狭くでき、上記DTMOSの面積
つまりはSRAMセルやSRAMの面積を狭くできるの
である。 【0052】また、図6に示すSRAMの書き込み回路
69,70では、ビット線Bおよび反転ビット線BXの
電位を高レベルにするトランジスタを上記DTMOS構
造のNMOSトランジスタで構成している。したがっ
て、ビット線Bおよび反転ビット線BXの書き込み時に
おける電位を(VDD-Vthnon)レベルにでき、図2に示
すSRAMの書き込み回路69,70の場合(VDD)よ
りも低消費電力にできるのである。 【0053】また、上記SRAMセル27,67を内蔵
した半導体装置におけるインターフェイス部82を構成
して0.5Vで動作するMOSトランジスタ91,92の
チャネル領域は、シャローウェル93,94で構成され
ている。これに対して、3Vで動作するMOSトランジ
スタ101,102のチャネル領域は、ディープウェル
103,104で構成されている。したがって、外部と
直接信号を送受する上記3Vで動作するMOSトランジ
スタ101,102の静電気耐圧等に対する信頼性を向
上できる。 【0054】 【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の半
導体装置は、外部と直接信号の送受を行う第2MOSト
ランジスタにおけるチャネルの形成領域を、内部処理を
行う第1MOSトランジスタにおけるチャネルが形成さ
れる第1ウェルよりも深い第2ウェルで構成したので、
静電耐圧に優れた信頼性の高い半導体装置を得ることが
できる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor device.
I do. 2. Description of the Related Art In recent years, with the development of fine processing technology and the like,
High speed and high integration of LSI (Large Scale Integrated Circuit)
In. By the way, a high-speed operating LSI is put to practical use.
Therefore, low power consumption of LSI is one of the important technologies.
is there. That is, when the LSI is operated at high speed, the power consumption is
Becomes large and the LSI operates stably.
Has a ceramic package and heat dissipation fins.
It becomes necessary, and the cost increases. Ma
In recent years, portable devices have become smaller and lighter.
Power consumption from longer battery life.
is important. Conventionally, N-type MOS (metal oxide semiconductor) transistors
Consisting of four transistors and two P-type MOS transistors
SRAM cells are commonly used. In FIG.
A conventional N-type MOS (hereinafter abbreviated as NMOS) transistor
4 transistors and P-type MOS (hereinafter abbreviated as PMOS)
FIG. 2 shows a circuit diagram of an SRAM cell composed of two transistors.
You. FIG. 10 shows the case where the SRAM cell having the above-described configuration is used.
1 shows a layout of an entire SRAM. [0004] In FIG.
Force interface unit 2, spread the above SRAM cells
Memory unit 3, address decoder unit 4, data writing
The read control unit 5 is schematically configured. And the note above
The SRAM cell forming the memory section 3 has a structure as shown in FIG.
Have That is, the bit line B is connected to the first NMOS
Connected to the source (drain) of transistor 11
The gate line WL is connected to the first NMOS transistor 11 and the second N
Connected to the gate of the MOS transistor 12,
The line BX is connected to the source (gate) of the second NMOS transistor 12.
Rain). In the first NMOS transistor 11,
Drain (source) to which bit line B is not connected
Y has a third NMOS transistor 13 and a first PM
The gate of the OS transistor 15 is connected.
4 NMOS transistor 14 and second PMOS transistor
The drain of the transistor 16 is also connected. In the second NMOS transistor 12,
Drain to which the inverted bit line BX is not connected
(Source) YX has a fourth NMOS transistor 14 and
And the gate of the second PMOS transistor 16 is connected,
Furthermore, the third NMOS transistor 13 and the first PM
It is also connected to the drain of the OS transistor 15. The third NMOS transistor 13 and
The source of the fourth NMOS transistor 14 is connected to GND
And the first PMOS transistor 15 and the second
The source of the PMOS transistor 16 is connected to VDD.
ing. In the above configuration, the first NMOS transistor
MOs of the transistors 11 to the fourth NMOS transistor 14
A channel is formed when the S transistor is turned on
The semiconductor region is connected to GND. On the other hand, the first P
MOS transistor 15 and second PMOS transistor
When each MOS transistor of the
The semiconductor region where the semiconductor device is formed is connected to VDD.
You. [0009] However, the above-mentioned
The conventional SRAM has the following problems. That is,
In order to reduce the power consumption of the SRAM, the operating voltage (VD
A large effect can be obtained by lowering D). Toko
However, when VDD is lowered, the driving current of the MOS transistor is reduced.
And the delay time of the circuit increases and the operating speed
Is reduced. Therefore, even at low voltage, MOS
Make sure that the drive current of the transistor does not become too small
Lower threshold voltage (Vth) of MOS transistor
It is possible to do. However, when Vth is lowered, M
OS transistor leakage current increases, causing standby
High power consumption due to leakage current even in mode
Problem. [0010] By the way, 0.5 which can deal with the above-mentioned problem.
Low power consumption and small area operable at low voltage of about V
In a semiconductor device with a built-in SRAM,
For example, an input signal having a 3V amplitude is converted into a signal having a 0.5V amplitude.
While supplying the signal internally, the internal signal of 0.5V amplitude is
It is necessary to convert to 3V amplitude signal and output to outside
Become. In that case, the circuit that sends and receives signals to and from the outside
It is necessary to improve the reliability such as electrostatic withstand voltage. An object of the present invention is to operate at a low voltage.
Excellent in electrostatic withstand voltage, etc. when a possible circuit is built in
And to provide a highly reliable semiconductor device. [0012] To achieve the above object,
Therefore, in the semiconductor device of the present invention, a channel is formed when the semiconductor device is turned on.
The semiconductor region to be formed is formed in the first well,
The first MOS transistor for performing the internal processing and the
The semiconductor region where the tunnel is formed is deeper than the first well.
The second well is used to transmit signals directly to the outside.
And a second MOS transistor for receiving data.
are doing. [0013] According to the above configuration, transmission and reception of signals directly with the outside.
Of channel in second MOS transistor for performing
The region is in the first MOS transistor performing internal processing.
Second well deeper than the first well in which a channel is formed.
Is formed on Therefore, a signal with excellent electrostatic withstand voltage
A highly reliable semiconductor device can be obtained. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention;
This will be described in detail according to the state. FIG. 1 shows the SR of the present embodiment.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of an SRAM cell forming an AM.
You. The SRAM cell 27 in the present embodiment also has two P cells.
MOS transistor and 4 NMOS transistors
It is configured. The bit line B is a first NMOS transistor 2
1 and the word line WL is connected to the first
NMOS transistor 21 and second NMOS transistor
The inverted bit line BX is connected to the gate of the
Connected to the source (drain) of NMOS transistor 22
Have been. In the first NMOS transistor 21,
Drain (source) to which bit line B is not connected
Y has a third NMOS transistor 23 and a first PM
The gate of the OS transistor 25 is connected.
4 NMOS transistor 24 and second PMOS transistor
It is also connected to the drain of the transistor 26. In the second NMOS transistor 22,
Drain to which the inverted bit line BX is not connected
(Source) YX has a fourth NMOS transistor 24 and
And the gate of the second PMOS transistor 26 is connected,
Further, the third NMOS transistor 23 and the first PM
It is also connected to the drain of the OS transistor 25. The fourth NMOS transistor 24 and
GND is connected to the source of the third NMOS transistor 23.
The first PMOS transistor 25 and the
VDD is connected to the source of 2PMOS transistor 26
Have been. In the present embodiment, the first
1 NMOS transistor 21 to 4 NMOS transistors
The data 24 is composed of the DTMOS. On the other hand, the first P
MOS transistor 25 and second PMOS transistor
When each MOS transistor of the
A semiconductor region in which a semiconductor device is formed is formed by a conventional SRA shown in FIG.
It is connected to VDD like the M cell. FIG. 2 shows an SRAM cell 2 having the above configuration.
Cell array in SRAM with storage element 7
B. Connection between write circuit and read circuit
FIG. Here, the write circuits 29, 31
And a MOS transistor constituting the readout circuit 37
Are all DTMOS. Hereinafter, FIG. 1 and FIG.
When the circuit shown is operated at VDD = 0.5V,
Will be explained. First, in the SRAM cell 27,
The first and second NMOS transistors 21 and 22 are turned off.
And while the second PMOS transistor 26 is turned on,
4 The NMOS transistor 24 is turned off and the node Y becomes VD
D level, the first PMOS transistor 25 is turned off
While the third NMOS transistor 23 is turned on,
State when YX is at GND level,
Write data “0” to the state where “1” is stored.
The following describes the case of the insertion. The writing circuits 29 and 31 operate
The bit line B is at the GND (0) level and the inverted bit line BX is at V
The DD level is set. In addition, the selected SRAM cell
The word line WL of the channel 27 goes to the VDD level,
The first and second NMOS transistors 21 of the RAM cell 27,
22 are both turned on. Therefore, the potential of the node Y is
The potential difference (0.5 V) between VDD and GND is determined by the second PMOS.
ON resistance (RP2) of transistor 26 and first NMOS
The on-resistance (RN1) of the transistor 21 and the bit line B
The NMOS transistor of the write circuit 29 at the GND level
The potential divided by the ON resistance (RNW1) of the transistor 30
become. Therefore, the potential (VY) of the node Y is expressed by the following equation (1): VY = 0.5 × (RN1 + RNW1) / (RP2 + RN1 + RNW1) (1) Then, the potential of the node Y represented by the equation (1)
VY is the third NMOS transistor 23 and the first PMOS transistor.
The inverter composed of the transistor 25 can be inverted.
The second PMOS transistor 26 is set to a low potential.
While the on-resistance (PR2) of the first NMO
The on-resistance (RN1) of the S transistor 21 and the NMOS transistor
By setting the ON resistance (RNW1) of the transistor 30 small
is there. As a result, at the time of writing data “0”,
MOS transistor 23 and first PMOS transistor 2
5 is inverted and the inverter of node YX is inverted.
The potential goes to the VDD level. Then, the second PMOS transistor
And a fourth NMOS transistor 24.
The inverter is also inverted, and the second PMOS transistor 26
While turning off, the fourth NMOS transistor 24 turns on.
Therefore, the potential of the node Y goes to the GND level. Toes
Data "0" is written to the selected SRAM cell 27.
It will be. After that, the word line WL is set to the GND level.
And turn off the first and second NMOS transistors 21 and 22
By doing so, data "0" is stored. Next, the SRA storing data "0"
The case where data “1” is written to M cell 27 will be described.
Bell. By the write circuits 29 and 31, the bit line B is
VDD level and inverted bit line BX are set to GND level.
Is determined. Also, the word of the selected SRAM cell 27
The line WL goes to the VDD level, and the SRAM cell 27
, The first and second NMOS transistors 21 and 22 are both on.
I do. Therefore, the potential of the node YX is between VDD and GN
The potential difference (0.5V) from D to the first PMOS transistor
25 on-resistance (RP1) and 2nd NMOS transistor
22 and the inverted bit line BX is connected to GND.
Level of the NMOS transistor of the write circuit 31
The potential is divided by the on-resistance (RNW2) of the
You. Therefore, the potential (VYX) of the node YX is represented by the following equation (2): VYX = 0.5 × (RN2 + RNW2) / (RP1 + RN2 + RNW2) (2) Then, the node YX represented by the above equation (2)
Potential VYX between the fourth NMOS transistor 24 and the second P
The inverter composed of the MOS transistor 26 and the
1st PMOS transistor so that the potential becomes
The on-resistance (PR1) of the star 25 is set large. on the other hand,
The ON resistance (RN2) of the second NMOS transistor 22 and N
The ON resistance (RNW2) of the MOS transistor 32 is small.
It has been set. As a result, when data "1" is written
Is a fourth NMOS transistor 24 and a second PMOS transistor.
The inverter constituted by the transistor 26 is inverted, and
The potential of the node Y goes to the VDD level. Then, the first PMOS transistor
And a third NMOS transistor 23.
The inverter is also inverted, and the first PMOS transistor 25
While turning off, the third NMOS transistor 23 turns on.
Therefore, the potential of the node YX becomes the GND level. One
That is, data “1” is written to the selected SRAM cell 27.
It will be rare. Then, the word line WL is connected to the GND level.
And turn off the first and second NMOS transistors 21 and 22.
As a result, data "1" is stored. The SRAM cell 27 in the present embodiment is
First to fourth NMOS transistors to be configured
The transistor 24 is a DTMOS as described above.
Further, the NMOS transistors constituting the write circuits 29, 31
Transistors 30, 32 and PMOS transistors 33, 3
4 is also a DTMOS. Here, the DTMOS is
As described above, the semiconductor region where a channel is formed when turned on
The area is connected to the gate. Therefore, when turning on
| Vth | in the conventional SRAM cell shown in FIG.
First to fourth NMOS transistors 11 to
When the channel is GND as in the case of the
The channel is VDD like the PMOS transistor of
And the on-resistance is lower. On the other hand,
| Vth | in the conventional SRAM cell shown in FIG.
First to fourth NMOS transistors 11 to
Same as S transistor 14 and normal PMOS transistor
About high. Therefore, the above DTMOS is used.
Each of the MOS transistors 21 to 24, 30, 32 to 34 is
Low on-resistance and low off-state leakage current. That
As a result, a small area, low power consumption SRAM cell 27 is realized.
it can. Fast writing speed, small area, low power consumption
Powerful writing circuits 29 and 31 can be realized. On the other hand, the data stored in the SRAM cell 27
When reading data, the NMO of the write circuit 29 is used.
S transistor 30 and PMOS transistor 33
And the NMOS transistor 32 and the write circuit 31
And the PMOS transistor 34 are turned off, and the address signal
Bit line B and the power supply for a certain period immediately after
The read circuit 37 is provided between the power supply and the voltage VDD.
The NMOS transistor 35 to be turned on and the inverted bit line BX.
The read circuit 37 is provided between the power supply voltage VDD and the power supply voltage VDD.
Turn on the NMOS transistor 36 that constitutes
Line B and the inverted bit line BX are connected to (VDD-Vthnon) level.
Up to Then, the bit line B and the inverted bit
Line BX is (VDD-Vthnon) level
After the period has elapsed, the NMOS transistors 35 and 36
Is turned off. Here, the Vthnon is an NMOS transistor.
When the transistor 35 and the NMOS transistor 36 are turned on.
Vth at Thus, the NMOS transistor 3
When 5, 36 turns off, the selected word line WL becomes VD
D, the first NMOS transistor of the selected SRAM cell 27
Transistor 21 and the second NMOS transistor 22 are turned off.
While the potential of the node Y is led out to the bit line B,
The potential of the node YX is led out to the inverted bit line BX. Here, data is stored in the SRAM cell 27.
If “0” is stored, the first and second NMOS transistors
Before the transistors 21 and 22 turn on, the node Y
The level is GND. However, the first and second NMOSs
When the transistors 21 and 22 are turned on, the bit line B goes up.
As described above, it is precharged to the potential (VDD-Vthnon).
Therefore, the potential VY of the node Y becomes the fourth NMOS transistor.
Assuming that the on-resistance of the transistor 24 is RN4, temporarily
Expression (3) VY = (VDD−Vthnon) × RN4 / (RN1 + RN4) (3) Here, the expression (3)
The potential VY of the gate Y is connected to the first PMOS transistor 25 and the third PMOS transistor 25.
Of the inverter constituted by the NMOS transistor 23
A fourth NMOS transistor so as not to exceed the inversion voltage
ON resistance RN between the first NMOS transistor 21 and the first NMOS transistor 21
4 and RN1 are set. So a bit
The charge on line B is the first NMOS transistor in the ON state.
Through the transistor 21 and the fourth NMOS transistor 24.
And the bit line B goes to the GND level. On the other hand, the potential of the inversion bit line BX is
Since the potential of the node YX is VDD (VDD−Vthnon)
It does not change. Therefore, the read circuit 39
The level of the output Q becomes "L" via the inverter 38,
Data "0" is read. Then the word
The line WL goes to the GND level and the first and second NMOS transistors
Transistors 21 and 22 are turned off and stored in SRAM cell 27
Data is retained without being destroyed. The data is stored in the SRAM cell 27.
Similarly, when “1” is stored, the second NMOS transistor
When the transistor 22 is turned on, the potential V of the node YX is
YX indicates the on-resistance of the third NMOS transistor 23 as R
Assuming that the potential is N3, the potential is temporarily represented by the following equation (4): VYX = (VDD−Vthnon) × RN3 / (RN2 + RN3) (4) Here, the node represented by the equation (4)
The potential VYX of the second PMOS transistor 26
Inverter composed of fourth NMOS transistor 24
3rd NMOS transistor so as not to exceed the inversion voltage of
ON resistance R between the resistor 23 and the second NMOS transistor 22
N3 and RN2 are set. Therefore, SR
The data stored in the AM cell 27 is not destroyed.
Then, the potential of the inverted bit line BX is at the GND level.
Therefore, the data is inverted by the inverter 38 and the data is output by the output Q.
The data "1" is read. Here, the read circuit 37 is constructed.
NMOS transistor 35 and NMOS transistor
Reference numeral 36 denotes a DTMOS. Therefore, on
Low resistance and low leakage current when off
are doing. Therefore, bit line B and anti-bit line B
Reduce the precharge time when precharging X
Therefore, the leak current can be reduced with a small area.
The readout circuit 37 is a PMOS transistor made of DTMOS.
The same effect can be obtained by using a transistor. Also read
The inverter 38 forming the output circuit 39 is connected to the DTMO
If it is formed of S, the power consumption of the readout circuit can be further reduced and
And the speed of reading can be increased. Usually, in the above-mentioned SRAM cell, data storage is performed.
Turn off each transistor to reduce power consumption
It is necessary to keep the leakage current at the time of
| Vth | of the transistor cannot be made very small. But
Therefore, in the conventional SRAM cell shown in FIG.
The on-resistance (R) of the first and second NMOS transistors 11 and 12
N11, RN12) and two NMOS transistors of the write circuit.
Transistor (NMOS transistors 30 and 32 in FIG. 2)
In order to reduce the on-resistance of
Four NMOS transistors in M cell and write circuit
It is necessary to widen the gate width of the
The area of the transistor (that is, the area of the SRAM cell)
It gets bigger. The above four NMOS transistors
If the gate width is not widened, the SRAM cell
Increase the on-resistance of the first and second PMOS transistors 15 and 16
Need to be controlled for both PMOS transistors.
It is necessary to increase the gate length of the stars 15 and 16. did
Therefore, also in this case, the area of the SRAM cell becomes large.
Would. Also, the first and second PMOS transistors 15,
When the gate length of the SRAM cell is increased,
First and second NM when writing / reading data to / from
Because the on-resistance of the OS transistors 11 and 12 is large
Another problem is that the write / read time will be longer.
You. On the other hand, in the present embodiment,
First NMOS transistor in the SRAM cell 27
The first to fourth NMOS transistors 24 are the same as those described above.
As shown in FIG. Therefore, the above 4
Of NMOS transistors 21-24
The channel region voltage is at the GND level, and the voltage shown in FIG.
First NMOS transistor 1 in a conventional SRAM cell
It shows the same characteristics as the first to fourth NMOS transistors 14.
On the other hand, the channel region voltage at the time of ON is VDD.
You. Therefore, the NMOS transistors 21 to 24
| Vth | at the time of on is | Vth |
Each NMOS transistor in a conventional SRAM cell
| Vth |) of the data 11-14. That is,
0.5V, which was difficult in a conventional SRAM cell,
Operation at lower voltage, and power consumption during operation
Can be made smaller. Furthermore, the above on-resistance
| Vth | minus (VGS- | Vth |)
Since it is inversely proportional, the SRAM cell 27 of the present embodiment
ON resistance of each NMOS transistor 21 to 24 at
Represents each NMOS transistor in a conventional SRAM cell.
It becomes smaller than the on-resistance of the transistors 11 to 14. Accordingly
Write / read more than the conventional SRAM cell.
The speed can be increased. In addition, conventional SRAM cell
If the write / read speed is the same as the
The area can be smaller than that of a conventional SRAM cell. Moreover,
When each of the NMOS transistors 21 to 24 is off
Leakage current of each NMOS transistor of a conventional SRAM cell.
Same as leakage current when transistors 11-14 are off
There is no problem of increased power consumption during standby
It is. In the SRAM cell 27,
Gate oxide films of first and second PMOS transistors 25 and 26
The thickness of the first to fourth NMOS transistors 21 to 24 is
By increasing the thickness of the first and second oxide films, the first and second
Increase the on-resistance of PMOS transistors 25 and 26
To reduce the current value, and the first NMOS transistors 21 to 21
The fourth NMOS transistor 24 has a smaller transistor.
Data. Therefore, in that case,
In addition, small area, low leakage current and low power consumption S
A RAM cell can be provided. FIG. 3 is a block diagram of the SRAM cell 27 shown in FIG.
FIG. 2 is a sectional view showing a deep well and a shallow well.
It has a heavy well structure. First and third NMOS transistors
Shallow P well 4 in which transistors 21 and 23 are formed
Reference numerals 1 and 42 denote transistors for each of the MOS transistors 21 and 23.
H 43 and the deep N-well 44
I have. Then, the gate of the first NMOS transistor 21
Is connected to the shallow P-well 41, and the third NMOS transistor
The gate of the transistor 23 and the shallow P well 42 are in contact with each other.
Subsequently, a DTMOS is formed respectively. In addition,
The deep N well 44 is connected to VDD. The first PMOS transistor 25
The shallow N-well 45 in which is formed is connected to VDD.
On the other hand, the deep P well 46 is connected to GND.
ing. Note that the first PMOS transistor 25 (second PM
Even if the OS transistor 26) is configured by the DTMOS,
Good, but to increase on-resistance in a small area
It is better to connect the -N well 45 to VDD. FIG. 4 is a circuit diagram of the SRAM cell 27 shown in FIG.
This is an improved structure. First and third NMOS transistors
Shallow P well 5 in which transistors 21 and 23 are formed
Reference numerals 1 and 52 denote transistors for each of the MOS transistors 21 and 23.
H 53 and the deep N well 54
I have. Then, the gate of the first NMOS transistor 21
Is connected to the shallow P well 51, and the third NMOS transistor
The gate of the transistor 23 and the shallow P well 52 are in contact with each other.
Subsequently, a DTMOS is formed respectively. In addition,
The deep N well 54 is connected to VDD. Here, FIG. 3 shows in FIG.
However, the first and second PMOS transistors 25, 26
Is formed in each PMOS transistor.
Trench 47 and deep P-well 46 for each transistor
Electrically isolated. However, SRAM cells
27, the first and second PMOS transistors 25, 26
The semiconductor region where the channel is formed is common to VDD.
For each PMOS transistor 25, 26
There is no need to separate the N-well 45. Therefore, in FIG.
Deep N-well area for separating wells 51 and 52
The first PMOS is connected to a region 54 (where a voltage of VDD is applied).
Transistor 25 and second PMOS transistor 26
It forms. By doing so, the SRAM cell
In region 27, shallow N well and
There is no need to form a loop P-well, and the structure shown in FIG.
Therefore, the area of the SRAM cell 27 can be reduced. FIGS. 3 and 4 show the above SRAM cell.
27 is an example in the case where 27 is formed on a silicon single crystal substrate
Are the SRAM cell 27 shown in FIG. 1 and the SR cell shown in FIG.
AM is not limited to silicon single crystal substrates, but SOI (silicon
(On-insulator) substrate. FIG.
4 and FIG. 4, the first NMOS transistor 21
And the third NMOS transistor 23 and the first PMOS transistor.
The relationship with the transistor 25 is described.
MOS transistors 22, 24 and a second PMOS transistor
The same applies to the relationship with the transistor 26. FIG. 5 shows the SRAM cell 27 shown in FIG.
Of the first and second PMOS transistors 25 and 26
Is replaced by a first resistor 65 and a second resistor 66
AM cell 67. The first NMOS transistor 6
The first to fourth NMOS transistors 64 are shown in FIG.
First NMOS transistor 2 in SRAM cell 27
It corresponds to the first to fourth NMOS transistors 24. here
The first and second resistors 65 and 66 are high-resistance polysilicon.
And a thin film transistor (TFT) or the like. In the SRAM cell 67 having the above configuration, the data
Data “1” is written (node Y → VD
D, node YX → GND) when writing data “0”
In this case, assuming that the resistance value of the second resistor 66 is RP2, the equation (1)
The voltage VY of the node Y represented by
The inverter composed of the MOS transistor 63 is inverted.
Voltage that can be switched. Also, data “0” is
Write state (node Y → GND, node YX
When writing data “1” to (VDD), the first resistor
Assuming that the resistance value of the anti-65 is RP1,
The voltage VYX of the gate YX is applied to the second resistor 66 and the fourth NMOS transistor.
An inverter that can invert the inverter composed of the transistor 64
Pressure. By doing so, it is shown in FIG.
The SRAM cell 67 is different from the SRAM cell 27 shown in FIG.
The same operation is performed to write data. FIG. 6 shows an SRAM cell 6 having the above configuration.
Cell array in SRAM with storage element 7
B) a circuit indicating the connection relationship between 68 and the write circuits 69 and 70;
It is a road map. The writing circuit 69 performs the writing shown in FIG.
The PMOS transistor 33 of the circuit 29 is
With the configuration replaced with the NMOS transistor 73
You. On the other hand, the write circuit 70
The PMOS transistor 34 of the path 31 has a DTMOS structure.
With the configuration replaced with the NMOS transistor 74
You. Note that the NMOS transistor 71 of the write circuit 69
Is an NMOS transistor of the write circuit 29 shown in FIG.
Data 30. Also, the NMOS of the writing circuit 70
The transistor 72 is connected to the N of the write circuit 31 shown in FIG.
This corresponds to the MOS transistor 32. And NMOS
NMOS transistors are connected to the gates of the transistors 73 and 74.
The input signals WB, WBX to the gates of the
The inverted signals WBX and WB are input. According to the above configuration, the write cycle shown in FIG.
The circuit is simpler than the paths 29 and 31. Of course, the bit line
The potential at the time of writing to B and the inverted bit line BX is
(VDD-Vthnon) level.
Power consumption compared to the case of only the circuits 29 and 31 (VDD).
Become. FIG. 7 shows an SRAM cell in this embodiment.
1 shows a layout of a semiconductor device having a built-in device. Semiconductor equipment
The device 81 includes an external interface unit 82, a logic circuit
It is roughly composed of a unit 83 and an SRAM unit 84. Where
The logic circuit unit 83 and the SRAM unit 84 operate at 0.5V.
Area. The interface unit 82 has a
A region operating at a voltage higher than 5V (for example, 3V);
And a region operating at 0.5V. Toes
Input signal of 3V amplitude input from the outside
A circuit that converts the signal into an amplitude signal and supplies the signal to the inside;
Converts internal amplitude signal to 3V amplitude signal and outputs to outside
Circuit. FIG. 8 shows an example of the interface unit 82.
It is a sectional view of a part, a deep well and a shallow well.
It has a double structure. NMO operating at 0.5V
S transistor 91 and PMOS transistor 92
Are the shallow P well 93 and the shallow N well 94
And a trench 95, a deep N well 96 and
And a deep P-well 97.
On the other hand, the NMOS transistor 1 operating at 3V
01 and the PMOS transistor 102
Formed in the well 103 and the deep N well 104
And electrically isolated. This is M operating at 3V
The OS transistors 101 and 102 transmit signals directly to the outside.
Transmit and receive, improve reliability against electrostatic withstand voltage, etc.
That's because. Of course, deep well 96,97,10
The protection around 3,104 is the same as the conventional semiconductor device.
It goes without saying that the circuit is configured. As described above, in the present embodiment,
NMOS transistors forming SRAM cells 27 and 67
DTMOS with the channel region connected to the gate
Make up. Further, the SRAM cells 27 and 67 were used.
Construct SRAM write circuits 29, 31, 69, 70
MOS transistors 30, 32, 33, 34, 71 to 7
4 and the NMOS transistors constituting the readout circuit 37.
The transistors 35 and 36 are composed of the DTMOS. And
Therefore, | Vth | when on is lower than | Vth | when off.
Low voltage operation at 0.5 V, which was previously impossible
And power consumption during operation can be reduced. this
In contrast, | Vth | when off is a normal MOS transistor.
Same as star. Therefore, the off-state leakage current
Standby consumption equal to conventional SRAM cells
An increase in power can be prevented. Each of the DTMOS MOS transistors
The on-resistance of the transistor is low because | Vth |
Therefore, conventional DTMOS is not used.
Write / read speed faster than SRAM
You. In addition, the write / read speed is lower than that of the conventional SRAM.
If the on-resistance is small, the above-mentioned D is reduced by the amount corresponding to the small on-resistance.
The gate width of the TMOS can be reduced, and the area of the DTMOS can be reduced.
In other words, the area of the SRAM cell or SRAM can be reduced.
It is. The write circuit of the SRAM shown in FIG.
At 69 and 70, the bit line B and the inverted bit line BX are
The transistor that raises the potential is set to the DTMOS structure.
It consists of a built-in NMOS transistor. Accordingly
When writing the bit line B and the inverted bit line BX,
Potential can be set to (VDD-Vthnon) level, as shown in FIG.
In the case of the SRAM write circuits 69 and 70 (VDD)
Power consumption can be reduced. The above SRAM cells 27 and 67 are built in.
Configuration of interface unit 82 in a semiconductor device
Of MOS transistors 91 and 92 operating at 0.5V
The channel region is composed of shallow wells 93 and 94.
ing. In contrast, MOS transistors operating at 3V
The channel region of the star 101, 102 is a deep well
103 and 104. Therefore, with the outside
MOS transistor operating at 3V for directly transmitting and receiving signals
To improve the reliability of the
I can do it. As is clear from the above, a half of the present invention is achieved.
The conductor device is a second MOS transistor for directly transmitting / receiving signals to / from the outside.
Internal processing of channel formation area in transistor
Channel formed in the first MOS transistor
The second well deeper than the first well
Obtaining a highly reliable semiconductor device with excellent electrostatic withstand voltage
it can.

【図面の簡単な説明】 【図1】 この発明の半導体装置に内蔵されるSRAM
を構成するSRAMセルの回路図である。 【図2】 図1に示すSRAMセルを単位とするSRA
Mセルアレイと書き込み回路および読み出し回路との接
続関係を示す図である。 【図3】 図1に示すSRAMセルの部分断面図であ
る。 【図4】 図3とは異なる部分断面図である。 【図5】 図1とは異なるSRAMセルの回路図であ
る。 【図6】 図5に示すSRAMセルを単位とするSRA
Mセルアレイと書き込み回路との接続関係を示す図であ
る。 【図7】 図1あるいは図5に示すRAMセルを用いた
半導体装置のレイアウトを示す図である。 【図8】 図7におけるインターフェイス部の部分断面
図である。 【図9】 従来のSRAMセルの回路図である。 【図10】 SRAMセルを用いたSRAMのレイアウ
トを示す図である。 【符号の説明】 21,61…第1NMOSトランジスタ、22,62…第
2NMOSトランジスタ、23,63…第3NMOSト
ランジスタ、24,64…第4NMOSトランジスタ、
25…第1PMOSトランジスタ、26…第2PMOS
トランジスタ、27,67…SRAMセル、
28,68…SRAMセルアレイ、29,31,69,70
…書き込み回路、30,32,35,36,71〜74,9
1,94,101…NMOSトランジスタ、33,34,9
2,102…PMOSトランジスタ、37,39…読み出
し回路、 38…インバータ、41,42,5
1,52,93シャローPウェル、43,47,53,95
…トレンチ、44,54,96,104…ディープNウェ
ル、45,94…シャローNウェル、46,97,103
…ディープPウェル、65,66…抵抗、
81…半導体装置、82…インターフェイス
部、 83…論理回路部、84…SRAM部、
B…ビット線、WL…ワード線、
BX…反転ビット線。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an SRAM built in a semiconductor device of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram of an SRAM cell constituting the present embodiment. FIG. 2 is a diagram showing an SRA using the SRAM cell shown in FIG. 1 as a unit;
FIG. 3 is a diagram illustrating a connection relationship between an M cell array and a write circuit and a read circuit. FIG. 3 is a partial sectional view of the SRAM cell shown in FIG. 1; FIG. 4 is a partial sectional view different from FIG. 3; FIG. 5 is a circuit diagram of an SRAM cell different from FIG. 1; FIG. 6 is a diagram showing an SRA using the SRAM cell shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a connection relationship between an M cell array and a write circuit. FIG. 7 is a diagram showing a layout of a semiconductor device using the RAM cell shown in FIG. 1 or 5; 8 is a partial cross-sectional view of the interface unit in FIG. FIG. 9 is a circuit diagram of a conventional SRAM cell. FIG. 10 is a diagram showing a layout of an SRAM using SRAM cells. [Description of References] 21, 61: first NMOS transistor, 22, 62: second NMOS transistor, 23, 63: third NMOS transistor, 24, 64: fourth NMOS transistor,
25: first PMOS transistor, 26: second PMOS transistor
Transistors, 27, 67 ... SRAM cells,
28, 68 ... SRAM cell array, 29, 31, 69, 70
... Write circuit, 30, 32, 35, 36, 71 to 74, 9
1, 94, 101 ... NMOS transistors, 33, 34, 9
2, 102: PMOS transistor, 37, 39: readout circuit, 38: inverter, 41, 42, 5
1,52,93 Shallow P-well, 43,47,53,95
... Trench, 44,54,96,104 Deep N-well, 45,94 Shallow N-well, 46,97,103
... Deep P well, 65,66 ... Resistance,
81: semiconductor device, 82: interface unit, 83: logic circuit unit, 84: SRAM unit,
B: bit line, WL: word line,
BX: Inverted bit line.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 オン時にチャネルが形成される半導体領
域が第1ウェルで形成されると共に、内部処理を行う第
1金属酸化膜半導体トランジスタと、 オン時にチャネルが形成される半導体領域が上記第1ウ
ェルよりも深い第2ウェルで形成されると共に、外部と
直接信号の送受を行う第2金属酸化膜半導体トランジス
タを備えたことを特徴とする半導体装置。
Claims: 1. A semiconductor region in which a channel is formed when turned on is formed in a first well, a first metal oxide semiconductor transistor for performing internal processing, and a channel is formed when turned on. A semiconductor device, wherein a semiconductor region is formed in a second well deeper than the first well, and a second metal oxide semiconductor transistor for directly transmitting / receiving a signal to / from the outside is provided.
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