JPH0456466B2 - - Google Patents

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JPH0456466B2
JPH0456466B2 JP56169998A JP16999881A JPH0456466B2 JP H0456466 B2 JPH0456466 B2 JP H0456466B2 JP 56169998 A JP56169998 A JP 56169998A JP 16999881 A JP16999881 A JP 16999881A JP H0456466 B2 JPH0456466 B2 JP H0456466B2
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Masao Mizukami
Koji Masuda
Yoshikazu Takahashi
Katsuji Horiguchi
Hiroshi Yoshimura
Ryota Kasai
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Hitachi Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Hitachi Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
    • H01L27/118Masterslice integrated circuits
    • H01L27/11898Input and output buffer/driver structures

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、Nチヤンネル型の絶縁ゲート電界効
果トランジスタと、Pチヤンネル型の絶縁ゲート
電界効果トランジスタとを含む相補型の半導体集
積回路装置(以下、CMOS又はCMIS型の半導体
集積回路装置と称する)に関する。
Detailed Description of the Invention The present invention relates to a complementary semiconductor integrated circuit device (hereinafter referred to as a CMOS or CMIS semiconductor integrated circuit device) including an N-channel type insulated gate field effect transistor and a P-channel type insulated gate field effect transistor. (referred to as an integrated circuit device).

Pチヤンネルの絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタ(以下、MISFETと称する)と、Nチヤン
ネルのMISFETとから成るCMOS構造の半導体
集積回路装置は、特性的に消費電力が低く、か
つ、バイポーラ型の論理回路、例えば、TTL
(Transistor Transistor Logic)論理回路を駆
動し得る出力レベルを有するため、バイポーラ型
の論理回路と両立性を有する。また、この半導体
集積回路装置は、構造的に、比較的に、レイアウ
ト設計が容易にされる点から、大規模集積回路装
置(以下、単にLSIと称する)、又は、超LSI
(VLSI)に適している。
A semiconductor integrated circuit device with a CMOS structure consisting of a P-channel insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as MISFET) and an N-channel MISFET has a characteristically low power consumption and is a bipolar logic circuit. For example, TTL
(Transistor Transistor Logic) Since it has an output level that can drive a logic circuit, it is compatible with bipolar logic circuits. In addition, this semiconductor integrated circuit device is structurally relatively easy to design, so it is called a large-scale integrated circuit device (hereinafter simply referred to as LSI) or a super LSI.
(VLSI).

この種の半導体集積回路装置は、一般に、論理
回路の出力側において、バイポーラ型回路などの
外部回路に対して、容量性の負荷などに対して大
きな駆動能力を与えるために、出力側のインタフ
エース回路部を構成するCMOS構造の対
MISFETのチヤンネル幅、チヤンネル長などの
幾何学的構造を、内部論理回路部を構成する
CMOS構造のMISFETに比べ大きくしている。
This type of semiconductor integrated circuit device generally has an interface on the output side of the logic circuit in order to provide a large driving capacity for capacitive loads to external circuits such as bipolar circuits. A pair of CMOS structures that make up the circuit section
The geometric structure of MISFET, such as channel width and channel length, constitutes the internal logic circuit section.
It is larger than MISFET with CMOS structure.

しかしながら、本発明者等の検討結果に従え
ば、幾何学的構造が大きいインタフエース回路部
のCMOS構造は、内部論理回路部の幾何学的構
造が小さいCMOS構造に比較して、インタフエ
ース回路の出力信号端子、すなわち、半導体集積
回路装置の出力信号端子から入力される雑音信号
によつて、寄生PNPNサイリスタ構造によるラ
ツチアツプ現象が生じ易いという事実が判明し
た。このラツチアツプ現象に起因して、論理回路
に誤動作を与え、又は、ラツチアツプ現象に基づ
く大電流によつて、回路素子の破壊を招くという
問題点のあることを発見した。
However, according to the study results of the present inventors, the CMOS structure of the interface circuit section with a large geometric structure has a smaller geometric structure than the CMOS structure of the internal logic circuit section with a smaller geometric structure. It has been found that a noise signal input from an output signal terminal, that is, an output signal terminal of a semiconductor integrated circuit device, tends to cause a latch-up phenomenon due to a parasitic PNPN thyristor structure. It has been discovered that this latch-up phenomenon causes a malfunction in the logic circuit or causes destruction of circuit elements due to the large current generated due to the latch-up phenomenon.

すなわち、出力インタフエース回路のCMOS
構造は、一般に、N型シリコン基板の一主面側に
P型ウエルを形成し、このP型ウエル内にNチヤ
ネルMISFET(Metal Insulator Semiconductor
Field Effect Transistor)のN+型ソース及びド
レイン領域を設け、他方N型シリコン基板にはP
チヤネルMISFETのP+型ソース及びドレイン領
域を設け、両MISFETの各ゲートには内部回路
の出力を共通に与え、各ドレイン領域からは
CMOSの出力を取出して出力端子に導びいてい
る。従つて、PチヤネルMISFETのP+型能動領
域と、N型基板と、NチヤネルMISFETが形成
されるP型ウエルとの間にはPNP寄生バイポー
ラトランジスタ構造が、一方、Nチヤネル
MISFETのN+型能動領域と、P型ウエルと、N
型基板との間にはNPN寄生バイポーラトランジ
スタ構造が形成されて、これらの両寄生トランジ
スタによつてPNPN寄生サイリスタ構造が形成
される。従つて、CMOSの出力側端子(半導体
集積回路装置の出力端子)から何らかの異常電圧
が加わつた際、これを電気的トリガとして上記寄
生サイリスタが導通することによつて電源を横切
るシヨート回路が形成されて、大電流が連続的に
流れることになる。こうしたラツチアツプ現象に
よる電流が過大に流れると、CMOS自体が熱的
に破壊されてしまうという好しからぬ事態を招く
ことになる。
In other words, the CMOS of the output interface circuit
Generally, a P-type well is formed on one main surface side of an N-type silicon substrate, and an N-channel MISFET (Metal Insulator Semiconductor) is installed in this P-type well.
Field Effect Transistor) N + type source and drain regions are provided, while the N type silicon substrate is provided with P
P + type source and drain regions of the channel MISFET are provided, and the output of the internal circuit is commonly given to each gate of both MISFETs, and the output from each drain region is
It takes out the CMOS output and leads it to the output terminal. Therefore, there is a PNP parasitic bipolar transistor structure between the P + type active region of the P-channel MISFET, the N-type substrate, and the P-type well in which the N-channel MISFET is formed;
The N + type active region of MISFET, the P type well, and the N
An NPN parasitic bipolar transistor structure is formed between the mold substrate and the two parasitic transistors form a PPN parasitic thyristor structure. Therefore, when some abnormal voltage is applied from the output terminal of the CMOS (the output terminal of the semiconductor integrated circuit device), this is used as an electrical trigger to cause the parasitic thyristor to conduct, thereby forming a short circuit that crosses the power supply. Therefore, a large current will flow continuously. If an excessive amount of current flows due to this latch-up phenomenon, the CMOS itself will be thermally destroyed, an undesirable situation.

本発明者の検討によれば、このラツチアツプ現
象が、特に、インタフエース回路の出力回路にお
いて生じ易い理由は、出力インタフエース回路の
素子サイズは、TTL等の外部回路を駆動できる
ように大きなものとしてゲインを高くしているた
め、サイリスタ構造を形成する寄生PNPトラン
ジスタおよびNPNトランジスタの両者の等価電
流増幅率(hFE)が大きくなるためと考えられる。
このラツチアツプ現象を防ぐために、例えば上記
の両MISFETを距離的に離して配置し、PNP寄
生トランジスタの電流増幅率hFEを小さくするこ
とが考えられる。しかしながら、微細加工技術の
進歩によるLSIの集積度の向上に伴なつて、内部
回路として集積される論理ゲート数を増やすと、
これに応じて出力回路の数も増える必要があるか
ら、インタフエース回路のCMOSを構成する両
MISFETを離して配置すること自体がレイアウ
ト上から困難であり、かつ出力インタフエース回
路の占有面積を大きくせしめる点で不利である。
According to the inventor's study, the reason why this latch-up phenomenon is particularly likely to occur in the output circuit of the interface circuit is that the element size of the output interface circuit is large enough to drive external circuits such as TTL. This is thought to be because the equivalent current amplification factor (h FE ) of both the parasitic PNP transistor and the NPN transistor forming the thyristor structure becomes large due to the high gain.
In order to prevent this latch-up phenomenon, it is conceivable to arrange the above-mentioned two MISFETs at a distance, for example, and to reduce the current amplification factor h FE of the PNP parasitic transistor. However, as the degree of integration of LSI increases due to advances in microfabrication technology, the number of logic gates integrated as internal circuits increases.
Since the number of output circuits needs to increase accordingly, both
Placing the MISFETs apart from each other is difficult in terms of layout, and is disadvantageous in that it increases the area occupied by the output interface circuit.

従つて、本発明の主目的は、CMOS型の半導
体集積回路装置におけるラツチアツプ現象を防止
し、その正常な駆動機能を保持することにある。
Therefore, the main object of the present invention is to prevent the latch-up phenomenon in a CMOS type semiconductor integrated circuit device and maintain its normal driving function.

本発明の他の目的は、レイアウトが容易で高集
積化を実現できるCMOS型の半導体集積回路装
置の出力回路の構造を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a structure of an output circuit of a CMOS type semiconductor integrated circuit device that allows easy layout and high integration.

これらの目的を達成するための本発明の要旨
は、P型チヤネルの絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタとN型チヤネルの絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタとからなる相補型論理ゲート回路と、
この論理ゲート回路に接続される外部回路駆動用
のインタフエース回路とを共通の半導体基体に形
成し、前記インタフエース回路を、複数のN型チ
ヤネルの絶縁ゲート型電界効果トランジスタのう
ちの一方のN型チヤネルの絶縁ゲート型電界効果
トランジスタのドレインが電源電圧に接続され、
そのソースが他方のN型チヤネルの絶縁ゲート型
電界効果トランジスタのドレインと結合され、そ
の結合端子が出力端子となり、前記他方のN型チ
ヤネルの絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソ
ースが接地電位に接続されるプツシユプルバツフ
アの出力回路で構成し、前記出力回路の出力高レ
ベル電圧が電源電圧より低くかつTTL出力レベ
ルを充分に満たすことを特徴とする半導体集積回
路装置にある。
The gist of the present invention for achieving these objects is to provide a complementary logic gate circuit comprising a P-channel insulated gate field effect transistor and an N-channel insulated gate field effect transistor;
An interface circuit for driving an external circuit connected to this logic gate circuit is formed on a common semiconductor substrate, and the interface circuit is connected to one of the N type insulated gate field effect transistors of a plurality of N type channels. The drain of the insulated gate field effect transistor of type channel is connected to the supply voltage,
Its source is coupled to the drain of the other N-channel insulated gate field effect transistor, its coupling terminal serves as an output terminal, and the source of the other N-channel insulated gate field effect transistor is connected to ground potential. The present invention provides a semiconductor integrated circuit device comprising an output circuit of a push-pull buffer, wherein an output high level voltage of the output circuit is lower than a power supply voltage and sufficiently satisfies a TTL output level.

以下、本発明をCMOS型論理LSIに適用した実
施例について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。
Hereinafter, embodiments in which the present invention is applied to a CMOS type logic LSI will be described in detail with reference to the drawings.

第1図および第2図は、本発明の実施例に従う
CMOS構造のLSIにおけるレイアウトの略式図を
示す。このLSIは、ある論理機能を与えるために
形成されたものである。
1 and 2 according to embodiments of the invention
A schematic diagram of the layout of an LSI with a CMOS structure is shown. This LSI was formed to provide a certain logical function.

約12mm角のシリコン半導体基板からなるICチ
ツプ1は、中央部を占める約10mm角の領域に形成
された論理回路部2と、この論理回路部(内部回
路部)から約120μmの間隔3を置いた状態で内
部回路部2を四方から取囲む約300μm幅の領域
に形成された、論理回路部2の入出力端子と外部
回路とを結合するための周辺回路部4と、約
580μm幅の周縁部に設けられた、周辺回路部に
電気的接続されるボンデイングパツド列5とから
なつている。論理回路部2はチツプ全体の70%程
度を占めていて、後で詳細に述べるようにNチヤ
ネルMISFET列6とPチヤネルMISFET列7と
が交互に配列せしめられたものからなり、その論
理ゲート数は数万ゲートにも及ぶ大規模ロジツク
を構成している。この論理回路部2は、NAND、
排他的OR等の単位回路の集合体によつてCMOS
で構成されている。周辺回路部4は、論理回路部
2の入力側に結合されて外部回路の入力信号を論
理回路部2へ伝達させるための入力インタフエー
ス回路部と、論理回路部2の出力側に結合され
て、その出力信号を、他の外部回路へ送信するた
めの出力インタフエース回路部とを含んでいる。
入力インタフエース回路部は、LSIの外部からの
信号を受信するものであることから、その回路の
CMOSインバータ回路を形成するMISFETは、
内部論理回路部2を構成するMISFETとほぼ同
一の幾何学的寸法を以つて形成することができ
る。一方、出力インタフエース回路部は、LSIの
他の外部回路を駆動する必要のあることから、そ
れを構成するMISFETの寸法を大きくする必要
がある。本発明に従えば、この出力インタフエー
ス回路部は、同一導電チヤンネル、すなわち、N
チヤンネルのMISFETによつて出力インバータ
回路(バツフア回路)が構成される。この周辺回
路部は、例えば、ボンデイングパツド5の領域を
含めて、チツプ全体の20〜30%を占有し、入力イ
ンタフエース回路と、出力インタフエース回路と
が交互に配列された形をとることができる。
An IC chip 1 made of a silicon semiconductor substrate of about 12 mm square has a logic circuit section 2 formed in an area of about 10 mm square occupying the center, and a space 3 of about 120 μm from this logic circuit section (internal circuit section). A peripheral circuit section 4 for connecting the input/output terminals of the logic circuit section 2 and an external circuit is formed in an area approximately 300 μm wide surrounding the internal circuit section 2 from all sides in a state of
It consists of a row of bonding pads 5 provided on the periphery with a width of 580 μm and electrically connected to the peripheral circuit section. The logic circuit section 2 occupies about 70% of the entire chip, and consists of N-channel MISFET rows 6 and P-channel MISFET rows 7 arranged alternately, as will be described in detail later. constitutes a large-scale logic with tens of thousands of gates. This logic circuit section 2 includes NAND,
CMOS by a collection of unit circuits such as exclusive OR
It consists of The peripheral circuit section 4 includes an input interface circuit section coupled to the input side of the logic circuit section 2 for transmitting an input signal from an external circuit to the logic circuit section 2, and an input interface circuit section coupled to the output side of the logic circuit section 2. , and an output interface circuit for transmitting the output signal to other external circuits.
The input interface circuit section receives signals from outside the LSI, so it
The MISFET that forms the CMOS inverter circuit is
It can be formed with almost the same geometric dimensions as the MISFETs constituting the internal logic circuit section 2. On the other hand, since the output interface circuit section needs to drive other external circuits of the LSI, it is necessary to increase the size of the MISFET that makes up the output interface circuit section. According to the invention, this output interface circuitry has the same conductive channel, namely N
The channel MISFET constitutes an output inverter circuit (buffer circuit). This peripheral circuit section occupies, for example, 20 to 30% of the entire chip, including the area of the bonding pad 5, and takes the form of input interface circuits and output interface circuits arranged alternately. I can do it.

内部回路部2と周辺回路部4との領域3は配線
チヤネルとして多数のアルミニウム配線が施され
ている。ボンデイングパツド5は、実際には入力
インタフエース回路部(周辺回路部)の各入出力
端子に電気的に接続され、それに対応するピン数
は例えば200ピンとなる。
A region 3 between the internal circuit section 2 and the peripheral circuit section 4 is provided with a large number of aluminum wiring lines as wiring channels. The bonding pad 5 is actually electrically connected to each input/output terminal of the input interface circuit section (peripheral circuit section), and the number of corresponding pins is, for example, 200 pins.

かかる実施例では、上述したラツチアツプが問
題となる出力用のボンデイングパツドについて以
下に詳述する。
In such an embodiment, a bonding pad for output in which the above-mentioned latch-up is a problem will be described in detail below.

内部回路部2は具体的には第3図に示す如き
CMOS構造になつている。即ち、N型シリコン
基板の一主面に、内部回路部の左側から右端にか
けて連続して細長く伸びるP型ウエル8がNチヤ
ネルMISFET群6の各行毎に形成され、そのウ
エル8内にFET群6のソース又はドレイン領域
としてのN+型拡散領域9が形成され、各拡散領
域間にはシリコン基板上のゲート絶縁膜を介して
ポリシリコンゲート電極10がPチヤネル
MISFET群7と共通に設けられている。この実
施例では、MISFET群6の各行において例えば
3本のゲート電極10毎に拡散領域9が分離さ
れ、従つて4つの拡散領域9と3つのゲート電極
10を単位構成とするNチヤネルMISFET群6
が多数個ウエル9の長さ方向に沿つて互いに分離
して配置されている。一方、Pチヤネル
MISFET群7も同様に配列され、その各行にお
いて上記NチヤネルMISFET群6の単位に対応
して、ソース又はドレイン領域としての4つの
P+型拡散領域11と3本のポリシリコンゲート
電極10とで1つの単位を形成している。なお、
これらのFET群6,7においてNANDゲート等
を構成するためのアルミニウム配線は図示省略し
ている。例えば、第3図に形成されたPチヤンネ
ルMISFETT1−T2およびそれらと対をなすNチ
ヤンネルMISFETT4−T5は、ポリシリコンゲー
ト電極およびそれらの拡散領域の上に形成される
絶縁膜(図示されていない)上を延在するアルミ
ニウム配線(図示されていない)によつて、第8
図に示すような、NANDゲート回路を形成する
ことができる。
The internal circuit section 2 is specifically as shown in FIG.
It has a CMOS structure. That is, on one main surface of the N-type silicon substrate, a P-type well 8 that continuously extends long and thin from the left side to the right end of the internal circuit section is formed for each row of the N-channel MISFET group 6, and within the well 8, the FET group 6 is formed. An N + type diffusion region 9 is formed as a source or drain region, and a polysilicon gate electrode 10 is connected to a P channel between each diffusion region via a gate insulating film on a silicon substrate.
It is provided in common with MISFET group 7. In this embodiment, in each row of the MISFET group 6, the diffusion regions 9 are separated, for example, every three gate electrodes 10, and therefore the N-channel MISFET group 6 has a unit configuration of four diffusion regions 9 and three gate electrodes 10.
A large number of wells 9 are arranged separately from each other along the length direction of the well 9. On the other hand, P channel
The MISFET group 7 is arranged in the same way, and in each row there are four as source or drain regions corresponding to the units of the N-channel MISFET group 6.
P + -type diffusion region 11 and three polysilicon gate electrodes 10 form one unit. In addition,
Aluminum wiring for forming NAND gates and the like in these FET groups 6 and 7 is not shown. For example, the P channel MISFETT 1 - T 2 formed in FIG. by an aluminum trace (not shown) extending over the
A NAND gate circuit as shown in the figure can be formed.

本発明に従う周辺回路部4は、第4図および第
5図に示した一対のNチヤンネルMISFET12
および13を単位構成として形成される。これら
一対のMISFETは上述した出力インタフエース
回路を形成するものであつて、LSIの内部回路2
のCMOSと、LSIの外部に接続されるTTL等の
外部回路との間に配され、これらのレベル変換を
行なうためのものである。各MISFET12およ
び13はN型シリコン基板14の一主面に形成し
たP型ウエル15に設けられ、すべて同一導電型
のN+型ソース領域16及びドレイン領域17、
ソース領域18及びドレイン領域19を夫々有し
ている。そして、上記した内部回路からの各入力
INA、INBは夫々、アルミニウム配線20,21
を介して各拡散領域16及び17間、18及び1
9間に伸びるポリシリコンゲート電極22,23
に与えられる。また一方のFET群12の各ドレ
イン領域17にはアルミニウム配線24によつて
電源電圧VDDが与おられ、他方のFET13の各ソ
ース領域18にはアルミニウム配線25によつて
接地電位が与えられる。これによつて、一対の
FET12および13はプシユプルインバータ回
路を形成する。このインバータ回路の出力は、一
対のFET12および13の各ソース領域16お
よびドレイン領域19からアルミニウム配線26
によつて取出される。なお、このインタフエース
回路の単位当りのサイズは例えば300μm×100μ
mであり、この単位が第2図に示したように内部
回路の周辺に多数配置されている。なお、第4図
においては各アルミニウム配線24〜26と各拡
散領域とのコンタクト領域、及び各アルミニウム
配線20及び21とゲート電極22及び23との
コンタクト領域は夫々×印で示されている。ま
た、第5図において、27は素子分離用のフイー
ルドSiO2膜、28はゲート酸化膜、29はポリ
シリコンゲート電極表面のSiO2膜、30はリン
シリケートガラス膜である。
The peripheral circuit section 4 according to the present invention includes a pair of N-channel MISFETs 12 shown in FIGS. 4 and 5.
and 13 are formed as a unit structure. These pair of MISFETs form the above-mentioned output interface circuit, and are the internal circuit 2 of the LSI.
It is placed between the CMOS of the LSI and an external circuit such as a TTL connected to the outside of the LSI, and is used to convert these levels. Each MISFET 12 and 13 is provided in a P-type well 15 formed on one main surface of an N-type silicon substrate 14, and includes an N + type source region 16 and a drain region 17, which are all of the same conductivity type.
It has a source region 18 and a drain region 19, respectively. And each input from the internal circuit mentioned above
IN A and IN B are aluminum wiring 20 and 21, respectively.
between each diffusion region 16 and 17, 18 and 1
Polysilicon gate electrodes 22, 23 extending between 9
given to. Further, each drain region 17 of one FET group 12 is applied with a power supply voltage V DD through an aluminum wiring 24, and each source region 18 of the other FET 13 is applied with a ground potential through an aluminum wiring 25. This allows a pair of
FETs 12 and 13 form a push-pull inverter circuit. The output of this inverter circuit is transmitted from each source region 16 and drain region 19 of a pair of FETs 12 and 13 to an aluminum wiring 26.
extracted by. The size per unit of this interface circuit is, for example, 300μm x 100μm.
m, and a large number of units of this are arranged around the internal circuit as shown in FIG. In FIG. 4, the contact regions between each of the aluminum wires 24 to 26 and each diffusion region, and the contact regions between each of the aluminum wires 20 and 21 and the gate electrodes 22 and 23 are indicated by cross marks, respectively. Further, in FIG. 5, 27 is a field SiO 2 film for element isolation, 28 is a gate oxide film, 29 is an SiO 2 film on the surface of the polysilicon gate electrode, and 30 is a phosphosilicate glass film.

次に、上記の如くに構成された内部回路−イン
タフエース回路間の電気的な接続関係、及び外部
のTTL回路との電気的な接続関係を第6図で説
明する。
Next, the electrical connection relationship between the internal circuit and the interface circuit configured as described above and the electrical connection relationship with the external TTL circuit will be explained with reference to FIG.

第6図に示すように、内部回路は実際には
CMOSインバータ構造を有するMIS型論理ゲー
トからなつており、その出力段のインバータの出
力がインタフエース回路のMISFET12のゲー
トに印加され、またそのインバータへの入力がイ
ンタフエース回路のMISFET13のゲートにも
印加される。内部回路のMISFET31,32及
び33はPチヤンネルエンハンスメントタイプ
で、MISFET34,35及び36はNチヤネル
エンハンスメントタイプである。また、
MISFET12及び13で構成されるインタフエ
ース回路は外部のTTL駆動能力を有するプツシ
ユプルバツフアとして機能し、このためにその出
力が上述したパツド5からなる出力端子に結合さ
れたボンデイング用ワイヤを介してTTL回路に
入力される。このインタフエース回路では、出力
の高レベルが電源電圧VDDよりMISFETのしきい
値電圧分だけ低下するが、TTLレベルとしては
充分なものであり、インタフエースの条件は充分
に満足したものとなる。
As shown in Figure 6, the internal circuit is actually
It consists of an MIS type logic gate with a CMOS inverter structure, and the output of the inverter at the output stage is applied to the gate of MISFET 12 of the interface circuit, and the input to the inverter is also applied to the gate of MISFET 13 of the interface circuit. be done. MISFETs 31, 32 and 33 in the internal circuit are of the P channel enhancement type, and MISFETs 34, 35 and 36 are of the N channel enhancement type. Also,
The interface circuit composed of MISFETs 12 and 13 functions as a push pull buffer with external TTL drive capability, and for this reason, its output is transmitted via the bonding wire connected to the output terminal consisting of the pad 5 mentioned above. and is input to the TTL circuit. In this interface circuit, the high level of the output is lower than the power supply voltage V DD by the threshold voltage of the MISFET, but it is sufficient as a TTL level, and the interface conditions are fully satisfied. .

ここで注目すべきことは、インタフエース回路
がすべてNチヤネルのMISFET12,13で構
成されていることである。従つて、第5図に構造
的に明示したように、既述したCMOS構造とは
根本的に異なつて、ラツチアツプを生ぜしめる
PNPNサイリスタ構造は何ら存在しないことに
なる。このため、たとえ何らかの電気的トリガが
ボンデイングパツド5を介してインタフエース回
路に印加されても、ラツチアツプによる素子の破
壊現象を効果的に防止することが可能となる。こ
のことは、特に、外部からの雑音を拾い易いイン
タフエース回路を正常に動作させる上で極めて有
意義である。しかも、既述したCMOS構造のよ
うにラツチアツプ防止のために素子間を離す必要
がなくなるから、インタフエース回路自体の微細
パターン化が可能となり、これに伴なつて内部の
論理ゲート数に充分に対応できる高集積度の出力
回路を形成することができる。
What should be noted here is that the interface circuit is entirely composed of N-channel MISFETs 12 and 13. Therefore, as shown structurally in Figure 5, the CMOS structure is fundamentally different from the CMOS structure described above and causes latch-up.
There will be no PNPN thyristor structure. Therefore, even if some kind of electrical trigger is applied to the interface circuit via the bonding pad 5, it is possible to effectively prevent element destruction due to latch-up. This is extremely significant, especially for the normal operation of interface circuits that tend to pick up external noise. Moreover, unlike the previously mentioned CMOS structure, there is no need to separate the elements to prevent latch-up, so the interface circuit itself can be made into finer patterns, which can accommodate the number of internal logic gates. Highly integrated output circuits can be formed.

なお、上記の内部回路はCMOSで構成されて
いるが、そこではラツチアツプ現象は生じにく
い。即ち、内部回路のCMOSは素子サイズ自体
が出力回路の素子に比べて極めて小さいため、寄
生NPNおよびPNPバイパーラトランジスタの電
流増幅率hFEが等価的に小さくなるからである。
例えば、内部回路の1素子当りの占有面積は、周
辺回路の1素子当りの面積に対して1/100以下と
なり、等価的なhFEは、極めて小さくなる。
Note that the internal circuit described above is made of CMOS, but the latch-up phenomenon is less likely to occur there. That is, since the element size of the CMOS in the internal circuit is extremely small compared to the elements in the output circuit, the current amplification factor h FE of the parasitic NPN and PNP bipolar transistors becomes equivalently small.
For example, the area occupied by each element in the internal circuit is less than 1/100 of the area per element in the peripheral circuit, and the equivalent h FE becomes extremely small.

また、本実施例では出力回路部のインタフエー
ス回路のラツチアツプ防止について述べたが、そ
のようなラツチアツプ現象は入力インタフエース
回路では問題とならないことを付言しておく。即
ち、入力インタフエース回路では、第8図の等価
回路に示すように、CMOSインバータの共通ゲ
ートと入力端子(5)との間に、半導体基板上に形成
されたポリシリコン膜による入力保護抵抗(RP
と、半導体基板中に形成された保護ダイオード
(ZP)とが接続されるが、入力端子からパルス状
のノイズが入つてもこれは保護抵抗の抵抗RP
保護ダイオードZPの容量Cとで決まるRC定数に
よつて低減せしめられ、又は保護ダイオードZP
よつてクランプされるので、サイリスタ構造のト
リガ信号として充分な信号が入力されない。また
仮にノイズが分に減衰されないままゲートを介し
て入つても、入力インタフエース回路の
CMOSMISFET T7およびT8のサイズが小さい
ので、寄生PNP又はNPNトランジスタのhFEは小
さくなるので、既述の如きラツチアツプは生じ得
ないことになる。
Furthermore, although this embodiment has described prevention of latch-up in the interface circuit of the output circuit section, it should be added that such latch-up phenomenon does not pose a problem in the input interface circuit. That is, in the input interface circuit, as shown in the equivalent circuit of FIG. 8, an input protection resistor ( R P )
is connected to a protection diode (Z P ) formed in the semiconductor substrate, but even if pulse-like noise enters from the input terminal, this will be caused by the resistance R P of the protection resistor and the capacitance C of the protection diode Z P , or is clamped by the protection diode Z P , so that a sufficient signal is not input as a trigger signal for the thyristor structure. Also, even if noise enters through the gate without being attenuated, the input interface circuit
Due to the small size of CMOS MISFETs T 7 and T 8 , the h FE of the parasitic PNP or NPN transistors is small, so that latch-up as described above cannot occur.

上述の実施例の説明から明らかにされるよう
に、本発明は、幾何学的寸法の大きい従来の
CMOS構造の出力バツフア(出力インタフエー
ス回路)において、特に、サイリスタ構造による
ラツチアツプ現象が生じ易いという事実に着目し
てなされたもので、出力バツフア回路を単一チヤ
ンネルの複数のMISFETによつて形成すること
を特徴としている。本発明によれば、出力バツフ
ア回路を構成する同一導電チヤンネルの一対の
MISFETを大きな幾何学的寸法に形成しても、
サイリスタの発生を招くことはない。例えば、内
部論理回路の一対のCMOS構造のMISFETの占
有面積に対し、50倍以上の占有面積の一対の同一
導電型チヤンネルのMISFETを形成し、これに
よつて、外部回路に対する駆動態力を向上させる
ことができる。
As is clear from the above description of the embodiments, the present invention
This was developed by focusing on the fact that the latch-up phenomenon is particularly likely to occur due to the thyristor structure in output buffers (output interface circuits) with a CMOS structure, and the output buffer circuit is formed by multiple MISFETs in a single channel. It is characterized by According to the present invention, a pair of identical conductive channels constituting an output buffer circuit
Even if the MISFET is formed into large geometric dimensions,
This will not cause thyristor generation. For example, a pair of channel MISFETs of the same conductivity type is formed with an area that occupies more than 50 times the area occupied by a pair of CMOS-structured MISFETs in the internal logic circuit, thereby improving the driving ability for external circuits. can be done.

以上、本発明を例示したが、上述した例は本発
明の技術的思想に基いて更に変形が可能である。
例えば、上述のインタフエース回路をPチヤネル
MISFETのみで構成することができる。この場
合、電源の極性を変換し、かつ内部回路の
CMOSインバータにおいてNチヤネルMISFET
を電源側に、PチヤネルMISFETを接地側に接
続する必要がある。仮に、第6図の接続関係のま
まインタフエース回路を単にPチヤネル
MISFETで構成した場合、ソースフオロワとな
るために特にFET導通時にその出力電圧として
しきい値電圧分が得られるが、この出力電圧はア
ースレベル(“0”)とはならず次段のTTLの駆
動レベル以上となるから、レベル変換が不可能と
なる。この意味で、第6図のように接続する場合
には、インタフエース回路のFETはNチヤネル
のタイプにしてはじめて、TTLとのレベル変換
が可能となる。また、第3図の構造ではCMOS
用としてP型ウエルを形成したが、これに代えて
N画ウエルを形成してPチヤネルMISFETを設
け、P型基板にはNチヤネルMISFETを設ける
こともできる。この場合は、基板がP型であるか
ら、上述のインタフエース回路のNチヤネル
MISFETは第5図のようにP型ウエルに設ける
ことを要せず、基板自体にN+型拡散領域を直接
形成することができ、ウエルの如き分離手段は不
要となる。なお、本発明は、上述した回路構成に
限定されるものではなく、種々の論理回路に勿論
適用可能であり、また外部回路も上述の例では例
示したにすぎない。
Although the present invention has been illustrated above, the above-described examples can be further modified based on the technical idea of the present invention.
For example, if the interface circuit described above is
Can be configured with only MISFET. In this case, convert the polarity of the power supply and
N-channel MISFET in CMOS inverter
It is necessary to connect the P-channel MISFET to the power supply side and the P-channel MISFET to the ground side. Suppose that the interface circuit is simply converted into a P channel with the connection shown in Figure 6.
When configured with a MISFET, it becomes a source follower, so a threshold voltage can be obtained as the output voltage especially when the FET is conductive, but this output voltage does not reach the ground level (“0”) and drives the TTL in the next stage. Since the level is higher than that, level conversion becomes impossible. In this sense, when connecting as shown in FIG. 6, level conversion with TTL is only possible if the FET of the interface circuit is an N-channel type. Also, in the structure shown in Figure 3, CMOS
Although a P-type well is formed for the purpose of the present invention, instead of this, an N-type well may be formed to provide a P-channel MISFET, and an N-channel MISFET may be provided on the P-type substrate. In this case, since the board is P type, the N channel of the above interface circuit
MISFET does not need to be provided in a P-type well as shown in FIG. 5, and an N + type diffusion region can be formed directly on the substrate itself, eliminating the need for isolation means such as a well. It should be noted that the present invention is not limited to the circuit configuration described above, and can of course be applied to various logic circuits, and the external circuit is only exemplified in the above example.

本発明は、上述したように、相補型内部回路に
接続されるインタフエース回路をすべて同一導電
型チヤネルの絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
で構成しているので、寄生サイリスタ構造をなく
し、ノイズによるラツチアツプ現象を防止して正
常なインタフエース機能を発揮させることができ
る。しかも、インタフエース回路の構成回路素子
を微細パターン化しても何らラツチアツプが生じ
ないので、高集積度の出力回路をレイアウト容易
に作成することができる。
As described above, in the present invention, the interface circuits connected to the complementary internal circuits are all composed of insulated gate field effect transistors of the same conductivity type channel, thereby eliminating the parasitic thyristor structure and preventing latch-up caused by noise. It is possible to prevent this and ensure normal interface function. Moreover, even if the circuit elements constituting the interface circuit are formed into fine patterns, no latch-up occurs, so that a highly integrated output circuit can be easily laid out.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
1図は論理LSIの全体のレイアウトを概略的に示
す平面図、第2図は第1図の一部拡大平面図、第
3図は第1図に示したLSIの内部論理ゲートの一
部拡大平面図、第4図は第1図に示したLSIの出
力側のインタフエース回路部の一部拡大平面図、
第5図は第4図のX−X線に沿う断面図、第6図
は内部回路−インタフエース回路−TTL回路間
の等価回路図、第7図および第8図は、第1図に
示したLSIの一部の等価回路図である。 なお、図面に用いられている符号において、2
は内部回路部、4は周辺回路部、5はボンデイン
グパツド、6はNチヤネルMISFET群、7はP
チヤネルMISFET群、8及び15はP型ウエル、
12及び13はインタフエース回路のNチヤネル
MISFET群、20,21及び24〜26はアル
ミニウム配線、22及び23はポリシリコンゲー
ト電極である。
The drawings show an embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is a plan view schematically showing the entire layout of a logic LSI, FIG. 2 is a partially enlarged plan view of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a partially enlarged plan view of the internal logic gate of the LSI shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a partially enlarged plan view of the interface circuit section on the output side of the LSI shown in FIG.
Figure 5 is a cross-sectional view taken along line X-X in Figure 4, Figure 6 is an equivalent circuit diagram between the internal circuit, interface circuit and TTL circuit, and Figures 7 and 8 are shown in Figure 1. FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a part of the LSI. In addition, in the symbols used in the drawings, 2
is the internal circuit section, 4 is the peripheral circuit section, 5 is the bonding pad, 6 is the N-channel MISFET group, and 7 is the P
Channel MISFET group, 8 and 15 are P-type wells,
12 and 13 are N channels of the interface circuit.
In the MISFET group, 20, 21 and 24 to 26 are aluminum wiring lines, and 22 and 23 are polysilicon gate electrodes.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 P型チヤネルの絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタとN型チヤネルの絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタとからなる相補型論理ゲート回路と、
この論理ゲート回路に接続される外部回路駆動用
のインタフエース回路とを共通の半導体基体に形
成し、前記インタフエース回路を、複数のN型チ
ヤネルの絶縁ゲート型電界効果トランジスタのう
ちの一方のN型チヤネルの絶縁ゲート型電界効果
トランジスタのドレインが電源電圧に接続され、
そのソースが他方のN型チヤネルの絶縁ゲート型
電界効果トランジスタのドレインと結合され、そ
の結合端子が出力端子となり、前記他方のN型チ
ヤネルの絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソ
ースが接地電位に接続されるプツシユプルバツフ
アの出力回路で構成し、前記出力回路の出力高レ
ベル電圧が電源電圧より低くかつTTL出力レベ
ルを充分に満たすことを特徴とする半導体集積回
路装置。
1 a complementary logic gate circuit consisting of a P-type channel insulated gate field effect transistor and an N-type channel insulated gate field effect transistor;
An interface circuit for driving an external circuit connected to this logic gate circuit is formed on a common semiconductor substrate, and the interface circuit is connected to one of the N type insulated gate field effect transistors of a plurality of N type channels. The drain of the insulated gate field effect transistor of type channel is connected to the supply voltage,
Its source is coupled to the drain of the other N-channel insulated gate field effect transistor, its coupling terminal serves as an output terminal, and the source of the other N-channel insulated gate field effect transistor is connected to ground potential. 1. A semiconductor integrated circuit device comprising an output circuit of a push-pull buffer, wherein an output high level voltage of the output circuit is lower than a power supply voltage and sufficiently satisfies a TTL output level.
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