JP2819950B2 - 出力回路 - Google Patents

出力回路

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JP2819950B2
JP2819950B2 JP4200737A JP20073792A JP2819950B2 JP 2819950 B2 JP2819950 B2 JP 2819950B2 JP 4200737 A JP4200737 A JP 4200737A JP 20073792 A JP20073792 A JP 20073792A JP 2819950 B2 JP2819950 B2 JP 2819950B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はMOSFETを用いた出
力回路に係わり、特にスリーステートの出力回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年の微細加工技術の進展に伴い、MO
SFETの信頼性確保のため、半導体デバイスの電源電
圧の低電圧化が進んでいる。反面、半導体デバイス開発
時期の違いにより、電源電圧の異なるチップを用いてシ
ステムを構成する状況が増えつつある。
【0003】従来のCMOS構成の出力回路は、図5
(a)に示すように、P型基板506の表面に設けられ
たP型ウェル505の表面にN型不純物拡散層504を
ソース・ドレインとして形成し、さらにシリコン酸化膜
からなるゲート絶縁膜を介してポリシリコンのゲート電
極503を設けてエンハンスメント型NチャネルMOS
FETとし、またNウェル501の表面にP型不純物拡
散層502をソース・ドレインとして形成し、さらにシ
リコン酸化膜からなるゲート絶縁膜を介してポリシリコ
ンのゲート電極503を設けてエンハンスメント型Nチ
ャネルMOSFETとし、アルミニウムを主成分とする
金属配線507で、NチャネルMOSFETのソースと
P型ウェル505を接続するとともに0ボルトを供給す
る電源端子VSSと接続し、同様に金属配線507でN
チャネルMOSFETのドレインとPチャネルMOSF
ETのドレインを接続するとともに出力端子Tと接続
し、また金属配線507でPチャネルOMSFETのソ
ースとN型ウェル501を接続するとともに電源端子V
DDと接続した構成となっている。
【0004】NチャネルMOSFETのゲート電極端子
AおよびPチャネルMOSFETのゲート電極端子Bに
は、この出力回路を含む集積回路の演算結果によりPチ
ャネルMOSFETを導通させて出力端子Tにおける出
力をハイレベルとする、あるいはNチャネルMOSFE
Tを導通させて出力端子Tにおける出力をローレベルと
する、あるいはNチャネルMOSFETMOSFETと
PチャネルMOSFETのいずれも非導通にして出力端
子Tにおける出力をハイインピーダンスにする、のスリ
ーステートを実現できるようにそれぞれに制御信号が入
力される。
【0005】マイクロコンピュータなどを用いたシステ
ムでは、プリント基板上に配置された複数の集積回路が
バス配線を共用して互いに信号を相互伝達するため、そ
れぞれの集積回路は出力をバス配線から切り離す機能を
必要とし、出力端子をハイインピーダンスにできるステ
ーステート出力回路が通常用いられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この従来の出力回路に
おいては、電源VDDの電圧がバス配線を共用する他の
集積回路の出力のハイレベルより小さい場合に、出力回
路がハイインピーダンス状態になように端子Aおよび端
子Bの信号を与えても出力端子TからVDD端子に電流
が流れてしまい、消費電力が急増してしまうという問題
点があった。
【0007】図5(b)を参照して上記の問題点につい
て詳述する。半導体チップ1は従来の出力回路を含む集
積回路の出力部で、既に図5(a)を用いて説明したエ
ンハンスメント型PチャネルMOSFET601とエン
ハンスメント型NチャネルMOSFET604からなる
出力回路とこれらのゲートを制御するためのCMOS2
入力NAND回路605とCMOS2入力NOR回路6
06を含んでいる。端子CTにはチップ選択時にハイレ
ベルとなる信号が与えられ、端子CBにはCTの反転信
号が与えられる。すなわち、CTがハイレベルで入力I
がローレベルの時は、B点はハイレベルとなりPチャネ
ルMOSFET601は非導通で、一方A点もハイレベ
ルとなるのでNチャネルMOSFET604は導通とな
り、結果としては出力端子Tはローレベルの第1の状態
となり、CTがハイレベルで入力Iもハイレベルの時は
B点及びA点はいずれもローレベルとなり、Pチャネル
MOSFET601が導通し、NチャネルMOSFET
604が非導通となり出力端子はハイレベルの第2の状
態となる。さらにチップ選択端子CTがローレベルの時
には、入力Iがいずれのレベルであっても、A点はロー
レベル、B点はハイレベルとなりPチャネルMOSFE
T601とNチャネルMOSFET604はいずれも非
導通となり出力端子Tはハイインピーダンスとなること
が期待される。
【0008】しかしながら、出力端子Tがバス配線60
8を介して、半導体チップ1の電源VDD(例えば3ボ
ルト)より高い電源電圧(例えば5ボルト)を使用する
半導体チップ2の出力回路と接続され、半導体チップ2
のPチャネルMOSFET601及びNチャネルMOS
FET604のゲートにそれぞれローレベルの信号が印
加された場合には、半導体チップ1のCTをローレベル
(CBはハイレベル)にして半導体チップ1の出力端子
Tをハイインピーダンスの状態になるように設定して
も、半導体チップ2の5ボルトの電源から導通状態のP
チャネルMOSFET601,バス配線608,半導体
チップ1のPチャネルMOSFET601のドレインと
Nウェル(図5(a)のP型不純物拡散層502とN型
ウエル501)の間の寄生P−Nダイオード609を通
じて電源VDD(3ボルト)に電流が流れ、またこの半
導体チップ1のPチャネルMOSFET601もゲート
・ドレイン間にしきい値以上の電圧が印加されるので導
通してしまうため、消費電力が急増してしまうという問
題点があった。
【0009】今後の素子寸法の微細化に伴う電界の増大
とこれによる信頼性の低下を防止するために、電源電圧
の低下は必要不可欠であり、開発時期の異なる集積回路
は使用電源電圧も異なる場合が増大するため、上記の問
題点は深刻になりつつある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、第1の
電源と第2の電源の間にエンハンスメント型Pチャネル
MOSFETとディプリーション型NチャネルMOSF
ETとエンハンスメント型NチャネルMOSFETを前
記の順序で直列接続した回路を設け、ディプリーション
型NチャネルMOSFETとエンハンスメント型Nチャ
ネルMOSFETの接続点を出力端子と接続し、エンハ
ンスメント型PチャネルMOSFETのゲートに第1の
入力信号を供給し、エンハンスメント型NチャネルMO
SFETのゲートに第2の入力信号を供給し、かつ、第
1の入力信号と第2の入力信号がいずれもハイレベルの
第1の状態と、いずれもローレベルの第2の状態と、第
1の入力信号がハイレベルで第2の入力信号がローレベ
ルの第3の状態とを有する出力回路にある。
【0011】本発明の他の特徴は、第1の電源と第2の
電源の間に、エンハンスメント型PチャネルMOSFE
Tとディプリーション型NチャネルMOSFETと第1
のエンハンスメント型NチャネルMOSFETと第2の
エンハンスメント型NチャネルMOSFETを前記の順
序で直列接続した回路を設け、前記ディプリーション型
NチャネルMOSFETを前記第1のエンハンスメント
型NチャネルMOSFETの接続点を出力端子と接続
し、前記エンハンスメント型PチャネルMOSFETの
ゲートに第1の入力信号を供給し、前記第1のエンハン
スメント型NチャネルMOSFETのゲートを第1の電
源に接続し、前記第2のエンハンスメント型Nチャネル
MOSFETのゲートに第2の入力信号を供給し、か
つ、前記第1の入力信号と前記第2の入力信号がいずれ
もハイレベルの第1の状態と、いずれもローレベルの第
2の状態と、第1の入力信号がハイレベルで第2の入力
信号がローレベルの第3の状態とを有する出力回路にあ
る。
【0012】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1(a)は本発明の第1の実施例の回路図であ
る。第1の電源であることろのVDD(例えば3ボル
ト)と第2の電源であるところのVSS(通常0ボル
ト)の両端子の間にエンハンスメント型PチャネルMO
SFET101とディプリーション型NチャネルMOS
FET102aとエンハンスメント型NチャネルMOS
FET103の直列回路が設置され、ディプリーション
型NチャネルMOSFET102aとエンハンスメント
型NチャネルMOSFET103の接続点が出力端子T
に接続されている。
【0013】エンハンスメント型PチャネルMOSFE
T101のゲートにはチップ選択信号端子CTとデータ
入力信号端子Iの信号を入力するCMOS2入力NAN
D回路104の出力が接続され、同様にエンハンスメン
ト型NチャネルMOSFET103のゲートにはCTに
供給される信号の反転信号が供給される信号端子CBと
データ入力信号端子Iの信号を入力とするCMOS2入
力NOR回路105の出力が接続されている。また、デ
ィプリーション型NチャネルMOSFET102aのゲ
ートはこのディプリーション型NチャネルMOSFET
102aとエンハンスメント型PチャネルMOSFET
101の接続点と接続されている。
【0014】チップ選択信号端子CTへの入力信号がハ
イレベル、即ち端子CBへの入力がローレベルの時に
は、データ入力端子Iへの入力信号がハイレベルの第1
の状態においては、エンハンスメント型PチャネルMO
SFET101のゲート電位およびエンハンスメント型
NチャネルMOSFET103のゲート電位はいずれも
ローレベルとなり、ディプリーション型NチャネルMO
SFET102aは導通しているので出力端子Tの電位
はハイレベルとなり、データ入力端子Iへの入力信号が
ローレベルの第2の状態においては、エンハンスメント
型PチャネルMOSFET101のゲートの電位および
エンハンスメント型NチャネルMOSFET103ゲー
トの電位はいずれもハイレベルとなるので出力端子Tの
電位はローレベルとなることは図5の場合と同一であ
る。
【0015】チップ選択信号端子CTへの入力信号がロ
ーレベル、即ち端子CBへの入力がハイレベルの時に
は、データ入力端子Iへの入力信号のレベルにかかわら
ずエンハンスメント型PチャネルMOSFET101の
ゲート電位がハイレベルでエンハンスメント型Nチャネ
ルMOSFET103のゲートがローレベルの第3の状
態となり、ディプリーション型NチャネルMOSFET
102aの閾値電圧を適切な値に設定しておくことによ
り外部から出力端子にTにVDD以上の電圧が印加され
た時にディプリーション型NチャネルMOSFET10
2aが非導通となって出力端子Tから電源端子VDDへ
の電流を防止することができる。
【0016】図1(a)の実施例において、ディプリー
ション型NチャネルMOSFETの閾値VTDとして
は、ソースに対して基板(Nウェル)に−VDDを印加
した時の閾値の変動量を△VTDとすると、 (1)第1の状態で出力端子の電位が出力規格値VOH
より大きくなければならないことから、 VOH<VDD−(VTD+△VTD) (2)第3の状態で寄生ダイオード108が順方向バイ
アスとならないためには、 VTD+△VTD>0 −△VTD<VTD<VDD−VOH−△VTD △VTDはゲート絶縁膜厚およびP型ウェル濃度等によ
り決定される。図5と同様に3ボルト電源の出力回路が
バス配線を介して5V電源の集積回路と接続される時は
VDD=3ボルトとし、VOHは標準のTTL規格であ
る2.4ボルト+余裕分で2.6ボルトとし、△VTD
を0.5ボルトとして前述の式に代入することにより、 −0.5(ボルト)<VTD<−0.1(ボルト) が図1(a)のディプリーション型NチャネルMOSF
ET102aの閾値の適切な範囲となる。
【0017】また、図1(a)のディプリーション型N
チャネルMOSFET102aを図1(b)に示したゲ
ートを電源端子VDDに接続したディプリーション型N
チャネルMOSFET102bに置き換えても良く、こ
の場合は、VTDの下限はエンハンスメント型Pチャネ
ルMOSFET101とディプリーション型Nチャネル
MOSFET102bの接続点の電位が略{(VDDの
電位)+(寄生ダイオード108のP−N接合のビルト
・イン・ポテンシャルVF、又はエンハンスメント型P
チャネルMOSFETの閾値電圧VTPの絶対値のうち
小さい方の値)}まで上昇した時にディプリーション型
NチャネルMOSFET102bが非導通となる条件か
ら求められ、 −△VTD−VF<VTD及び−△VTD−(VTPの
絶対値)<VTD となるがVF=0.7ボルト,VTP=−0.4ボルト
とするとVTDの上限が図1(a)の場合と同一である
ことを考慮して、−0.9ボルト<VTD<−0.1ボ
ルトとなりVTDの許容範囲が増大する。
【0018】あるいは、図1(a)のディプリーション
型NチャネルMOSFET102aを図1(c)に示し
た抵抗106とディプリーション型チャネルMOSFE
T107の直列回路で低電圧を発生し、これをディプリ
ーション型NチャネルMOSFET102cとゲートに
供給する回路と置き換えても良く、この場合は、ディプ
リーション型NチャネルMOSFET102cの閾値V
TDが低い時にはそのゲート電圧も低くなり、閾値VT
Dが高い時にはゲート電圧も高くなるため、VTDの製
造バラツキを補償することができディプリーション型M
OSFET102cの閾値VTDの許容範囲をさらに拡
大できる。
【0019】また、図1(a)のディプリーション型N
チャネルMOSFET102aを図1(d)に示したゲ
ートをチップ選択信号CT端子に接続したディプリーシ
ョン型NチャネルMOSFET102dに置き換えても
良い、この場合には、第3の状態では、ディプリーショ
ン型NチャネルMOSFET102dのゲートは0ボル
トの電位となるのでVTDの下限はさらに広がり、 −△VTD−(VTPの絶対値)−VDD<VTD となり、上限は図1(a)の場合と同一であるのでVD
Dが3ボルトの時には、 −3.9(ボルト)<VTD<−0.1(ボルト) となり、集積回路に搭載しても製造時の閾値バラツキが
本発明の動作にまったく影響を生じない程度に広くでき
る。
【0020】次に図2を参照して本発明の第2の実施例
を説明する。電源VDDとVSSの間にエンハンスメン
ト型PチャネルMOSFET201とディプリーション
型NチャネルMOSFET202とエンハンスメント型
NチャネルMOSFET203の直列回路が設置され、
エンハンスメント型PチャネルMOSFET201のゲ
ートはCTとIを入力とするCMOS2入力NAND回
路204の出力に接続され、ディプリーション型Nチャ
ネルMOSFET202のゲートはCTに接続され、エ
ンハンスメント型NチャネルMOSFET203のゲー
トはCBとIを入力とするCMOS2入力とするCMO
S2入力NOR回路205の出力に接続されていること
は、図1(a)でディプリーション型NチャネルMOS
FET102aを図1(d)のディプリーション型Nチ
ャネルMOSFET102dに置き換えたものと同一で
あるが、図2(a)においてはディプリーション型Nチ
ャネルMOSFET202及びエンハンスメント型Nチ
ャネルMOSFET203のゲート絶縁膜厚がCMOS
2入力NAND回路204、CMOS2入力NOR回路
205を構成するNチャネルMOSFET及びPチャネ
ルMOSFETとエンハンスメント型PチャネルMOS
FET201のゲート絶縁膜厚よりも厚くなっている。
【0021】即ち図2(b)に示すようにP型基板21
の表面に形成されたP型ウェル22表面に薄いゲート絶
縁膜25aを有するNチャネルMOSFET23aと厚
いゲート絶縁膜25bを有するNチャネルMOSFET
23bを形成し、薄いゲート絶縁膜のMOSFET23
aによりNAND回路204,NOR回路205内のM
OSFETやエンハンスメント型PチャネルMOSFE
T201を構成し、一方厚いゲート絶縁膜を有するNチ
ャネルMOSFET23bをディプリーション型Nチャ
ネルMOSFET202及びエンハンスメント型Nチャ
ネルMOSFET203に適用することにより、出力端
子Tに5ボルトの電圧が外部から印加された場合にも絶
縁膜の絶縁性の経時劣化が防止でき、一方、他のMOS
FETは薄い絶縁膜を使用できるので3ボルトの電圧下
でも導通時電流が大きいので高速の動作も可能となる。
3ボルトの電源に対しては10nm(ナノメータ)程度
のゲート絶縁膜厚が適当で、5ボルトの電圧が印加され
る出力端子TにつながるMOSFET202と203の
ゲート絶縁膜厚としては15nm(ナノメータ)程度が
適当である。尚、図2(b)において、24はソース、
ドレインとなるN型不純物拡散層であり、26はポリシ
リコンのゲート電極を示している。
【0022】図3は、本発明の第3の実施例の回路図で
ある。第1の電源であるVDD(例えば3.3ボルト)
と第2の電源であるVSS(通常0ボルト)の両端子の
間にエンハンスメント型PチャネルMOSFET301
とディプリーション型NチャネルMOSFET302a
と第1のエンハンスメント型NチャネルMOSFET3
03と第2のエンハンスメント型NチャネルMOSFE
T304の直列回路が設置され、ディプリーション型N
チャネルMOSFET302aと第1のエンハンスメン
ト型NチャネルMOSFET303の接続点が出力端子
Tに接続されている。
【0023】エンハンスメント型Pチャネル301のゲ
ートにはチップ選択信号端子CTとデータ入力信号Iの
信号を入力とするCMOS2入力NAND回路305の
出力が接続され、同様に第2のエンハンスメント型Nチ
ャネルMOSFET304のゲートにはCTに供給され
る信号の反転信号が供給される信号端子CBとデータ入
力信号端子Iの信号を入力とするCMOS2入力NOR
回路306の出力が接続されている。また、ディプリー
ション型NチャネルMOSFET302aのゲートは、
このディプリーション型NチャネルMOSFET302
aとエンハンスメント型PチャネルMOSFET301
の接続点と接続され、第1のエンハンスメント型Nチャ
ネルMOSFET303のゲートは第1の電源であるV
DDに接続されている。
【0024】この出力回路の使用条件においては次の3
つの状態があり、以下各々についた説明する。
【0025】(1)第1の状態:チップ選択信号端子C
T、データ端子Iへの入力信号がともにハイレベル(端
子CBへの入力がローレベル)の時。
【0026】エンハンスメント型PチャネルMOSFE
T301のゲート電位及び第2のエンハンスメント型N
チャネルMOSFET304のゲート電位はいずれもロ
ーレベルとなり、ディプリーション型NチャネルMOS
FET302aは導通しているので出力端子Tの電位は
ハイレベルとなる。
【0027】(2)第2の状態:チップ選択信号端子C
Tへの入力信号がハイレベル(端子CBへの入力がロー
レベル)、データ端子Iへの入力信号がローレベルの
時。
【0028】エンハンスメント型PチャネルMOSFE
T301のゲート電位及び第2のエンハンスメント型N
チャネルMOSFET304のゲート電位はいずれもハ
イレベルとなり、ディプリーション型NチャネルMOS
FET302aは導通しているので出力端子Tの電位は
ローレベルとなる。
【0029】(3)第3の状態:チップ選択信号端子C
Tへの入力信号がローレベル(端子CBへの入力がハイ
レベル)の時。
【0030】データ入力端子Iへの入力信号のレベルに
かかわらずエンハンスメント型PチャネルMOSFET
301をゲート電位がハイレベルで、第2のエンハンス
メント型NチャネルMOSFET304のゲート電位が
ローレベルの状態となる。この状態で外部から出力端子
TにVDD以上の電圧が印加された場合は、ディプリー
ション型NチャネルMOSFET302aのしきい値電
圧を適当な値に設定しておくことにより、ディプリーシ
ョン型NチャネルMOSFET302aが非導通となっ
て出力端子Tから電源端子VDDへの電流を防止するこ
とができ、またVSS側については、第1のエンハンス
メント型NチャネルMOSFET303のゲート−ドレ
イン間にかかる電圧は高々2Vであるため、ゲート酸化
膜厚を10nm(ナノメータ)近傍とする製造プロセス
においても十分な信頼性が確保される。
【0031】図1の第1の実施例において、ディプリー
ション型NチャネルMOSFETのしきい値VTDとし
ては、ソースに対して基板(Nウェル)に−VDDを印
加したときのしきい値の変動量を△VTDとすると、 (A):第1の状態で出力端子の電位が出力規格値VO
Hより大きくなければならないことから、 VOH<VDD−(VTD−△VTD) (B):第3の状態で寄生ダイオード309が順方向バ
イアスとならないためには、 VTD+△VTD>0 −△VTD<VTD<VDD−VOH−△VTD となる。△VTDはゲート絶縁膜厚,P型ウェル濃度等
によって決定される。図5と同様に、3V電源の出力回
路がバス配線を介して5V電源の集積回路と接続される
ときは、VDD=3Vとし、VOHは標準TTL規格で
ある2.4V+余裕分で2.6Vとし、△VTDを0.
5Vとして前述の式に導入することにより、 −0.5(ボルト)<VTD<−0.1(ボルト) が図3のディプリーション型NチャネルMOSFET3
02aのしきい値の適切な範囲となる。
【0032】ここで、図3(a)のディプリーション型
NチャネルMOSFET302aを図3(b)に示した
ゲートを電源端子VDDに接続したディプリーション型
NチャネルMOSFET302bに置き換えてもよく、
この場合のVTDの下限は、エンハンスメント型Pチャ
ネルMOSFET301とディプリーション型Nチャネ
ルMOSFET302bの接続点の電位が約(VDDの
電位)+(寄生ダイオード309のP−N接合のビルト
インポテンシャルVFまたはエンハンスメント型Pチャ
ネルMOSFET301のしきい値電圧VTPの絶対値
のうち小さい方の値)まで上昇したときにディプリーシ
ョン型NタネルMOSFET302bが非導通となる条
件から求められ、 −△VTD−VF<VTDおよび−△VTD−(VTP
の絶対値)<VTD となるが、VF=0.7V,VTD=−0.4Vとする
と、VTDの上限が図3(a)の場合と同一であること
を考慮して、 −0.9(ボルト)<VTD<−0.1(ボルト) となり、VTDの許容範囲が増大する。
【0033】また、図3(a)のディプリーション型N
チャネルMOSFET302aを図3(c)に示した抵
抗307とディプリーション型NチャネルMOSFET
308の直列回路で低電圧を発生し、これをディプリー
ション型NチャネルMOSFET302cとのゲートに
供給する回路と置き換えてもよく、この場合は、ディプ
リーション型NチャネルMOSFET302cのしきい
値VTDが低いときにはそのゲート電圧も低くなり、し
きい値VTDが高いときにはそのゲート電圧も高くなる
ため、VTDの製造バラツキを補償することができ、デ
ィプリーション型NチャネルMOSFET302cのし
きい値VTDの許容範囲をさらに拡大できる。
【0034】また、図3(a)のディプリーション型N
チャネルMOSFET302aを図3(d)に示したゲ
ートをチップ選択信号CT端子に接続したディプリーシ
ョン型NチャネルMOSFET302dに置き換えても
良い。この場合には、第3の状態ではディプリーション
型NチャネルMOSFET302dのゲートは0ボルト
の電位となるのでVTDの下限はさらに広がり、 −△VTD−(VTPの絶対値)−VDD<VTD となり、上限は図3(a)の場合と同一であるので、V
DDが3ボルトの時には、 −3.9(ボルト)<VTD<−0.1(ボルト) となり、集積回路に搭載さても製造時のしきい値バラツ
キが本発明の動作に全く影響を生じない程度に広くでき
る。
【0035】図4(a)は本発明の第4の実施例の出力
回路に示す回路図であり、図4(b)はその第1および
第2のエンハンスメント型NチャネルMOSFETを示
す断面図である。
【0036】図4において図3と同一もしくは類似の箇
所は同一の符号で示してあるから同じ説明は省略する。
図4の第4の実施例において図3の第3の実施例と異な
る点は、第3の実施例では第1のエンハンスメント型N
チャネルMOSFET303も第2のエンハンスメント
型NチャネルMOSFET304も共にPウェル(図3
では図示省略)に形成してあるが、この第4の実施例で
はPウェルよりも不純物濃度が低いP型基板406にN
型不純物拡散層404をソース、ドレインとして形成し
て第1のエンハンスメント型NチャネルMOSFET4
01を構成し、P型基板よりも高不純物濃度のPウェル
405内に形成したN型不純物拡散層404をソース、
ドレインとして第2のエンハンスメント型NチャネルM
OSFET402を形成している。
【0037】一般に、MOSFETのしきい値電圧VT
は、次に第(1)式で与えられる。
【0038】
【0039】この第(1)式をVBで微分すると次の第
(2)式となる。
【0040】
【0041】いまこの第4の実施例において、第1のエ
ンハンスメント型NチャネルMOSFET401が作ら
れるP型基板406の不純物濃度が、第2のエンハンス
メント型NチャネルMOSFET402が作られるP型
ウェル405の不純物濃度よりも1桁低いとすると、第
(2)式より、第1のエンハンスメント型NチャネルM
OSFET401のVTの基板バイアス依存性は、第2
のエンハンスメント型NチャネルMOSFET304,
402の約0.32(10の平方根の逆数)倍に抑えら
れることがわかる。
【0042】尚、この図4の第4の実施例でも、Pチャ
ネルMOSFET301にゲートが接続するディプリー
ション型NチャネルMOSFET302aの代りに、ゲ
ートを電源端子VDDに接続したディプリーション型N
チャネルMOSFET302b(図3(b))に置き換
えてもよく、またはゲートを電源端子VDDに接続した
抵抗とディプリーション型NチャネルMOSFETによ
り低電圧を発生した端子に接続したディプリーション型
NチャネルMOSFET302c(図3(c))に置き
換えてもよく、あるいはゲートをチップ選択信号CTに
接続したディプリーション型NチャネルMOSFET3
02d(図3(d))に置き換えてもよい。
【0043】
【発明の効果】以上に説明したように本発明は、従来の
出力回路におけるPチャネルMOSFETと出力端子の
間にディプリーション型NチャネルMOSFETを設置
することにより、外部から出力端子に電源電圧より高い
電圧が印加された場合にも出力端子から電源端子への電
流経路を遮断することができるので、高い電源電圧を使
用する他の集積回路とバス配線を介して接続した場合に
も消費電力が急増することを防止できるという効果を有
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の出力回路を示す回路図
である。
【図2】本発明の第2の実施例の出力回路を示す回路図
および一部断面図である。
【図3】本発明の第3の実施例の出力回路を示す回路図
である。
【図4】本発明の第4の実施例の出力回路を示す回路図
および一部断面図である。
【図5】従来技術の出力回路を示す一部断面図および問
題点を説明する回路図である。
【符号の説明】
21,406,506 P型基板 22,103,405,505 P型ウェル 604 エンハンスメント型NチャネルMOSFET 23a 薄いゲート絶縁膜のMOSFET 23b 厚いゲート絶縁膜のMOSFET 24,404,504 N型不純物拡散層 25a 薄いゲート絶縁膜 25b 厚いゲート絶縁膜 26,403,503 ゲートポリシリコン 101,201,301,601 エンハンスメント
型PチャネルMOSFET 102a,102b,102c,102d,107,3
02a,302b,302c,302d,308 デ
ィプリーション型NチャネルMOSFET 104,204,305,605 CMOS2入力N
AND回路 105,205,306,606 CMOS2入力N
OR回路 108,309,609 寄生ダイオード 202 厚いゲート膜のディプリーション型Nチャネ
ルMOSFET 203 厚いゲート膜のエンハンスメント型Nチャネ
ルMOSFET 303 第1のエンハンスメント型NチャネルMOS
FET 304 第2のエンハンスメント型NチャネルMOS
FET 106,307 抵抗 401 P型基板に形成した第1のエンハンスメント
型NチャネルMOSFET 402 P型ウエルに形成した第2のエンハンスメン
ト型NチャネルMOSFET 501 N型ウェル 502 P型不純物拡散層 507 金属配線 608 バス配線

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の電源と第2の電源の間に、エンハ
    ンスメント型PチャネルMOSFETとディプリーショ
    ン型NチャネルMOSFETとエンハンスメト型Nチャ
    ネルMOSFETを前記の順序で直列接続した回路を設
    け、前記ディプリーション型NチャネルMOSFETと
    前記エンハンスメト型NチャネルMOSFETの接続点
    を出力端子と接続し、前記エンハンスメント型Pチャネ
    ルMOSFETのゲートに第1の入力信号を供給し、前
    記エハンスメント型NチャネルMOSFETのゲートに
    第2の入力信号を供給し、かつ、前記第1の入力信号と
    前記第2の入力信号がいずれもハイレベルの第1の状態
    と、いずれもローレベルの第2の状態と、第1の入力信
    号がハイレベルで第2の入力信号がローレベルの第3の
    状態とを有することを特徴とする出力回路。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の出力回路において、前記
    ディプリーション型NチャネルMOSFETのゲートを
    前記エンハンスメント型PチャネルMOSFETと前記
    ディブリーション型NチャネルMOSFETの接続点に
    接続したことを特徴とする出力回路。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の出力回路において、前記
    ディプリーション型NチャネルMOSFETのゲートを
    第1の電源に接続したことを特徴とする出力回路。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の出力回路において、前記
    ディプリーション型NチャネルMOSFETのゲートを
    前記第1の電源より低電位の電圧を発生する定電圧発生
    回路に接続したことを特徴とする出力回路。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の出力回路において、前記
    ディプリーション型NチャネルMOSFETのゲート
    に、前記第2の状態でハイレベルとなり、前記第3の状
    態でローレベルとなる第3の入力信号を供給することを
    特徴とする出力回路。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の出力回路において、前記
    ディプリーション型NチャネルMOSFETと前記エン
    ハンスメント型NチャネルMOSFETに、前記エンハ
    ンスメント型PチャネルMOSFETのゲート絶縁膜厚
    よりも厚いゲート絶縁膜を有するMOSトランジスタを
    用いることを特徴とする出力回路。
  7. 【請求項7】 第1の電源と第2の電源の間に、エンハ
    ンスメント型PチャネルMOSFETとディプリーショ
    ン型NチャネルMOSFETと第1のエンハンスメント
    型NチャネルMOSFETと第2のエンハンスメント型
    NチャネルMOSFETを前記の順序で直列接続した回
    路を設け、前記ディプリーション型NチャネルMOSF
    ETと前記第1のエンハンスメント型NチャネルMOS
    FETの接続点を出力端子と接続し、前記エンハンスメ
    ント型PチャネルMOSFETのゲートに第1の入力信
    号を供給し、前記第1のエンハンスメント型Nチャネル
    MOSFETのゲートを第1の電源に接続し、前記第2
    のエンハンスメント型NチャネルMOSFETのゲート
    に第2の入力信号を供給し、かつ、前記第1の入力信号
    と前記第2の入力信号がいずれもハイレベルの第1の状
    態と、いずれもローベルの第2の状態と、第1の入力信
    号がバイレベルで第2の入力信号がローレベルの第3の
    状態とを有することを特徴とする出力回路。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の出力回路において、前記
    ディプリーション型NチャネルMOSFETのゲート
    を、前記エンハンスメント型PチャネルMOSFETと
    前記ディプリーション型NチャネルMOSFETの前記
    接続点に接続したことを特徴とする出力回路。
  9. 【請求項9】 請求項7記載の出力回路において、前記
    ディプリーション型NチャネルMOSFETのゲートを
    前記第1の電源に接続したことを特徴とする出力回路。
  10. 【請求項10】 請求項7記載の出力回路において、前
    記ディプリーション型NチャネルMOSFETのゲート
    を前記第1の電源より低電位の電圧を発生する定電圧発
    生回路に接続したことを特徴とする出力回路。
  11. 【請求項11】 請求項7記載の出力回路において、前
    記ディプリーション型NチャネルMOSFETのゲート
    に、前記第2の状態でハイレベルとなり前記第3の状態
    でローレベルとなる第3の入力信号を供給することを特
    徴とする出力回路。
  12. 【請求項12】 第1の電源と第2の電源の間に、エン
    ハンスメント型PチャネルMOSFETとディプリーシ
    ョン型NチャネルMOSFETと第1のエンハンスメン
    ト型NチャネルMOSFETと第2のエンハンスメント
    型NチャネルMOSFETを前記の順序で直列接続した
    回路を有し、前記第1のエンハンスメント型Nチャネル
    MOSFETの基板不純物濃度を前記第2のエンハンス
    メント型NチャネルMOSFETの基板不純物濃度もり
    も低くして構成し、前記ディプリーション型Nチャネル
    MOSFETと前記第1のエンハンスメント型Nチャネ
    ルMOSFETの接続点を出力端子と接続し、前記エン
    ハンスメント型PチャネルMOSFEのゲートに第1の
    入力信号を供給し、前記第1のエンハンスメント型Nチ
    ャネルMOSFETのゲートを前記第1の電源に接続
    し、前記第2のエンハンスメント型NチャネルMOSF
    ETのゲートに第2の入力信号を供給し、かつ、前記第
    1の入力信号と前記第2の入力信号がいずれもハイレベ
    ルの第1の状態と、いずれもローレベルの第2の状態
    と、第1の入力信号がハイレベルで第2の入力信号がロ
    ーレベルの第3の状態を有することを特徴とする出力回
    路。
  13. 【請求項13】 請求項12記載の出力回路において、
    前記ディプリーション型NチャネルMOSFETのゲー
    トを、前記エンハンスメント型PチャネルMOSFET
    と前記ディプリーション型NチャネルMOSFETの接
    続点に接続したことを特徴とする出力回路。
  14. 【請求項14】 請求項12記載の出力回路において、
    前記ディプリーション型NチャネルMOSFETのゲー
    トを前記第1の電源に接続したことを特徴とする出力回
    路。
  15. 【請求項15】 請求項12記載の出力回路において、
    前記ディプリーション型NチャネルMOSFETのゲー
    トを前記第1の電源より低電位の電圧を発生する定電圧
    発生回路に接続したことを特徴とする出力回路。
  16. 【請求項16】 請求項12記載の出力回路において、
    前記ディプリーション型NチャネルMOSFETのゲー
    トに、前記第2の状態でハイレベルとなり前記第3の状
    態でローレベルとなる第3の入力信号を供給することを
    特徴とする出力回路。
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