JPH06326593A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPH06326593A
JPH06326593A JP5110368A JP11036893A JPH06326593A JP H06326593 A JPH06326593 A JP H06326593A JP 5110368 A JP5110368 A JP 5110368A JP 11036893 A JP11036893 A JP 11036893A JP H06326593 A JPH06326593 A JP H06326593A
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JP
Japan
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mos transistor
channel mos
circuit
drain
voltage
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JP5110368A
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English (en)
Inventor
Hisashi Hashimoto
久 橋本
Yutaka Tanaka
豊 田中
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、5V−3.3Vインターフェース入
力バッファ回路において、LSIチップの製造プロセス
が複雑化するのを防止できるようにすることを最も主要
な特徴とする。 【構成】たとえば、LSIチップのパッド11と内部回
路との間に、電圧降圧回路12および入力バッファ回路
13を接続する。そして、電圧降圧回路12を、1つの
nチャネルMOSトランジスタ12aと2つのpチャネ
ルMOSトランジスタ12b,12cとで構成する。こ
の場合、nチャネルMOSトランジスタ12aのゲート
に3.3Vの電源電圧(VDD)を接続するとともに、
pチャネルMOSトランジスタ12b,12cをソース
フォロアにより2段に接続し、かつそれぞれのバックゲ
ートを上記パッド11に接続することで、電源電圧を1
系統しか使用しない構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、たとえば半導体集積
回路装置に関するもので、特に5V−3.3Vインター
フェース入力バッファ回路や5V−3.3Vインターフ
ェース入出力バッファ回路などに使用されるものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、大規模集積回路(LSI)におい
ては、たとえば5V−3.3Vインターフェース回路を
設け、5Vの入力電圧(電源電圧)を3.3Vに下げて
使用することで、消費電流の軽減化などが図られてい
る。
【0003】図6は、従来の5V−3.3Vインターフ
ェース入力バッファ回路の構成例を示すものである。こ
れは、外部との接続のためのパッド(端子)1とLSI
内部回路との間に、2つのインバータ回路2,3が直列
に挿入された構成とされている。
【0004】この場合、前段、つまりpチャネルMOS
トランジスタpMOS1とnチャネルMOSトランジス
タnMOS1とからなり、パッド1からの信号が供給さ
れるインバータ回路2に与えられる電源電圧(VDD)
は5Vとなっている。
【0005】また、後段、つまりpチャネルMOSトラ
ンジスタpMOS2とnチャネルMOSトランジスタn
MOS2とからなり、インバータ2の出力が供給される
インバータ回路3に与えられる電源電圧は3.3Vとな
っている。
【0006】このような構成においては、インバータ回
路2,3の各MOSトランジスタ素子のゲート酸化膜
を、LSI内部回路のMOSトランジスタ素子のゲート
酸化膜よりも厚くする必要がある。
【0007】すなわち、パッド1に入力される信号が0
V〜5Vの電圧幅であり、LSIの内部回路が0V〜
3.3Vの電圧幅で動作するときのインターフェース回
路としては、5Vの入力を3.3Vに変換(Hレベル
時)して出力するために電源電圧が2種類(2系統)必
要であり、その際のMOSトランジスタ素子の信頼性を
考慮すると、ゲートに5Vの電源電圧が与えられるMO
Sトランジスタ素子の場合にはゲート酸化膜の厚さを厚
く、逆に3.3Vの電源電圧が与えられるMOSトラン
ジスタ素子の場合にはゲート酸化膜の厚さを薄くしなけ
ればならない。
【0008】図7は、MOSトランジスタ素子の構成例
を示すものである。同図(a)は、ゲート(ポリシリコ
ン)Gに5Vの電源電圧が与えられるMOSトランジス
タ素子Traを示すもので、この場合、5Vの電圧に絶
えられるだけの膜厚、たとえば0.15μm厚のゲート
酸化膜goを有した構成とされている。
【0009】同図(b)は、ゲート(ポリシリコン)G
に3.3Vの電源電圧が与えられるMOSトランジスタ
素子Trbを示すもので、この場合、動作スピードの低
下などを起こさないような膜厚、たとえば0.1μm厚
のゲート酸化膜goを有した構成とされている。
【0010】しかしながら、1つのLSIチップ内にお
いてゲート酸化膜の厚さを変える、つまり1チップ内に
ゲート酸化膜の厚さが異なるMOSトランジスタ素子を
作り込むということは、製造プロセスを複雑化し、ター
ンアラウンドタイム(TAT)の増加やコスト高などを
招くという欠点があった。
【0011】このことは、パッド1に入出力される信号
が0V〜5Vの電圧幅であり、LSIの内部回路が0V
〜3.3Vの電圧幅で動作するときのインターフェース
回路、たとえば5V−3.3Vインターフェース入出力
バッファ回路においても同様にいえる。
【0012】図8は、5V−3.3Vインターフェース
入出力バッファ回路の構成例を示すものである。この回
路は、上記の5V−3.3Vインターフェース入力バッ
ファ回路に出力バッファ回路4が付加されて、パッド1
に出力バッファ回路4内の出力用のインバータ回路5が
接続された構成とされるものである。
【0013】出力バッファ回路4は、上記出力用のイン
バータ回路5の他、入力の3.3Vを5Vに変換して出
力する電圧変換回路6,7、この電圧変換回路6,7を
LSI内部回路からの出力により選択的に動作させるた
めの選択回路8からなっている。
【0014】この場合、pチャネルMOSトランジスタ
pMOS3とnチャネルMOSトランジスタnMOS3
とからなり、上記電圧変換回路6,7からの出力が供給
されるインバータ回路5に与えられる電源電圧(VD
D)は5Vとなっている。
【0015】また、電圧変換回路6,7の電源電圧(V
DD)としては、5Vと3.3Vの2系統の電源電圧が
設けられている。このような構成においても、ゲートに
5Vの電圧がかかるMOSトランジスタ素子のゲート酸
化膜は、ゲートに3.3VがかかるMOSトランジスタ
素子のゲート酸化膜よりも厚くする必要がある。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、1つのLSIチップ内でゲート酸化膜の厚
さを変える必要があったため、ウェハの作成工程数が増
えるなど、製造プロセスが複雑化し、ターンアラウンド
タイム(TAT)の増加やコスト高を招くなどの問題が
あった。
【0017】そこで、この発明は、製造プロセスの複雑
化を防止でき、ターンアラウンドタイム(TAT)やコ
ストを低下することが可能な半導体集積回路装置を提供
することを目的としている。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体集積回路装置にあっては、外部
との接続のための端子にソースまたはドレインの一端が
接続されるとともに、電源電圧がゲートに、グランド電
源がバックゲートにそれぞれ接続されたnチャネルMO
Sトランジスタと、前記外部との接続のための端子にソ
ースまたはドレインの一端およびバックゲートが接続さ
れるとともに、ソースまたはドレインの他端がゲートに
接続された第1のpチャネルMOSトランジスタと、前
記外部との接続のための端子にバックゲートが接続され
るとともに、前記第1のpチャネルMOSトランジスタ
のソースまたはドレインの他端がソースまたはドレイン
の一端に接続され、ソースまたはドレインの他端がゲー
トおよび前記nチャネルMOSトランジスタのソースま
たはドレインの他端に接続された第2のpチャネルMO
Sトランジスタとから構成されている。
【0019】
【作用】この発明は、上記した手段により、1系統の電
源電圧のみが使用できるようになるため、MOSトラン
ジスタのゲート酸化膜の厚さを同じ厚さにすることが可
能となるものである。
【0020】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図1は、本発明にかかる5V−3.3
Vインターフェース入力バッファ回路の概略構成を示す
ものである。
【0021】すなわち、この5V−3.3Vインターフ
ェース入力バッファ回路は、たとえばLSIチップのパ
ッド(端子)11に与えられる0V〜5Vの電圧幅の入
力を0V〜3.3Vの電圧幅の出力に変換する電圧降圧
回路12と、この回路12の出力を受けて、0V〜3.
3Vの電圧幅の信号をLSI内部回路に出力するインバ
ータ回路である入力バッファ回路13とからなってい
る。
【0022】電圧降圧回路12は、たとえば上記パッド
11にソース(S)が接続されるとともに、電源電圧
(VDD=3.3V)がゲート(G)に、グランド電源
(GND)がバックゲート(BG)にそれぞれ接続され
たnチャネルMOSトランジスタ12aと、前記パッド
11にソース(S)およびバックゲート(BG)が接続
されるとともに、ドレイン(D)がゲート(G)に接続
された第1のpチャネルMOSトランジスタ12bと、
前記パッド11にバックゲート(BG)が接続されると
ともに、前記第1のpチャネルMOSトランジスタ12
bのドレイン(D)がソース(S)に接続され、ドレイ
ン(D)がゲート(G)および前記nチャネルMOSト
ランジスタ12aのドレイン(D)に接続された第2の
pチャネルMOSトランジスタ12cとによって構成さ
れている。
【0023】入力バッファ回路13は、pチャネルMO
Sトランジスタ13aとnチャネルMOSトランジスタ
13bとからなっている。pチャネルMOSトランジス
タ13aは、ゲート(G)が、たとえば上記電圧降圧回
路12の、前記第2のpチャネルMOSトランジスタ1
2cのドレイン(D)と、前記nチャネルMOSトラン
ジスタ12aのドレイン(D)との接続点に接続され、
ソース(S)が電源電圧(VDD=3.3V)に接続さ
れ、ドレイン(D)がnチャネルMOSトランジスタ1
3bのドレイン(D)に接続されている。
【0024】nチャネルMOSトランジスタ13bは、
ゲート(G)が、たとえば上記電圧降圧回路12の、前
記第2のpチャネルMOSトランジスタ12cのドレイ
ン(D)と、前記nチャネルMOSトランジスタ12a
のドレイン(D)との接続点に接続され、ソース(S)
がグランド電源(GND)に接続されている。
【0025】そして、上記pチャネルMOSトランジス
タ13aのドレイン(D)とnチャネルMOSトランジ
スタ13bのドレイン(D)との接続点には、3.3V
の電源電圧で動作するLSI内部回路が接続されてい
る。
【0026】図2は、上記した電圧降圧回路12の素子
構造の断面を示すものである。たとえば、P型基板21
の表面に、バックゲート(BG)をなすP型拡散領域
(P+ )22、ソース(S)をなすN型拡散領域(N
+ )23、およびドレイン(D)をなすN型拡散領域
(N+ )24がそれぞれ形成されるとともに、これらN
型拡散領域(N+ )23,24間の上部に、図示してい
ないゲート酸化膜を介してゲート(G)をなすゲート
(ポリシリコン)電極25が形成されている。
【0027】一方、上記P型基板21の表面に、バック
ゲート(BG)をなすN−well層26が形成され、
このN−well層26内の表面に、ドレイン(D)を
なすP型拡散領域(P+ )27、ドレイン(D)とソー
ス(S)とを兼ねてなるP型拡散領域(P+ )28、ソ
ース(S)をなすP型拡散領域(P+ )29、および上
記N−well層26より電極を取り出すためのN型拡
散領域(N+ )30がそれぞれ形成されている。
【0028】また、上記P型拡散領域(P+ )27,2
8間の上部には、図示していないゲート酸化膜を介して
ゲート(G)をなすゲート(ポリシリコン)電極31
が、さらに、上記P型拡散領域(P+ )28,29間の
上部には、図示していないゲート酸化膜を介してゲート
(G)をなすゲート(ポリシリコン)電極32がそれぞ
れ形成されている。
【0029】そして、上記P型拡散領域(P+ )22が
グランド電源(GND)と接続され、上記N型拡散領域
(N+ )23が前記パッド11と接続され、上記N型拡
散領域(N+ )24が前記入力バッファ回路13とP型
拡散領域(P+ )27との接続点に接続され、さらに上
記ゲート電極25に電源電圧(VDD=3.3V)が接
続されることにより、前述のnチャネルMOSトランジ
スタ12aが構成されるようになっている。
【0030】また、上記N型拡散領域(N+ )30およ
びP型拡散領域(P+ )29が前記パッド11と接続さ
れ、上記P型拡散領域(P+ )28と上記ゲート電極3
2とが接続されることにより、前述の第1のpチャネル
MOSトランジスタ12bが構成されるようになってい
る。
【0031】さらに、前記パッド11と接続された上記
N型拡散領域(N+ )30、前記ゲート電極32と接続
されたP型拡散領域(P+ )28、および上記P型拡散
領域(P+ )27と上記ゲート電極31とが接続され
て、前記入力バッファ回路13とN型拡散領域(N+
24との接続点に接続されることにより、前述の第2の
pチャネルMOSトランジスタ12cが構成されるよう
になっている。
【0032】この場合、たとえば第1,第2のpチャネ
ルMOSトランジスタ12b,12cのしきい値電圧
(Vth)の絶対値が、それぞれ0.85V、またP型
拡散領域(P+ )27とN型拡散領域(N+ )30との
間のPNダイオードの順方向降下電圧が、0.8Vとな
るように構成されている。
【0033】次に、上記した構成における動作について
説明する。たとえば、パッド11に5Vの電圧が入力さ
れたとする。すると、nチャネルMOSトランジスタ1
2aはオフ状態となり、入力された5Vの電圧が、第1
のpチャネルMOSトランジスタ12bのしきい値電圧
の絶対値分だけ降下される。
【0034】そして、その電圧(4.15V)が、さら
に第2のpチャネルMOSトランジスタ12cのしきい
値電圧の絶対値分だけ降下され、電圧降圧回路12から
は最終的に3.3Vの電圧が入力バッファ回路13に出
力される。
【0035】これにより、入力バッファ回路13のpチ
ャネルMOSトランジスタ13aがオフ、nチャネルM
OSトランジスタ13bがオン状態となり、LSI内部
回路に対して0Vが出力されることになる。
【0036】一方、パッド11の入力電圧が0Vになっ
たとする。すると、nチャネルMOSトランジスタ12
aがオン状態(第1,第2のpチャネルMOSトランジ
スタ12b,12cがオフ状態)となり、入力バッファ
回路13の入力電圧が0Vに落とされる。
【0037】また、このとき、図3に示すように、P型
拡散領域(P+ )27とN−well層26との間には
寄生PNPトランジスタTrがあらかじめ形成されてお
り、このトランジスタTrが同時にオン状態になるた
め、動作スピードがより速められる。
【0038】これにより、入力バッファ回路13のpチ
ャネルMOSトランジスタ13aがオン、nチャネルM
OSトランジスタ13bがオフ状態となり、LSI内部
回路に対して3.3Vが出力されることになる。
【0039】このように、3.3Vの電源電圧のみで動
作できる電圧降圧回路12を用いて、5V−3.3Vイ
ンターフェース入力バッファ回路を構成することがで
き、これによりLSIチップの電源電圧を3.3Vの1
系統とすることが可能となるものである。
【0040】次に、5V−3.3Vインターフェース入
出力バッファ回路を例に説明する。図4は、本発明にか
かる5V−3.3Vインターフェース入出力バッファ回
路の概略構成を示すものである。
【0041】すなわち、この5V−3.3Vインターフ
ェース入出力バッファ回路は、前記の5V−3.3Vイ
ンターフェース入力バッファ回路の、電圧降圧回路12
に出力バッファ回路14がさらに接続された構成とされ
ている。
【0042】出力バッファ回路14は、周知のトライス
テイト回路により構成されるもので、たとえば出力用の
インバータ回路14a、およびこのインバータ回路14
aをLSI内部回路からの出力により選択的に動作させ
るための選択回路14bからなっている。
【0043】インバータ回路14aは、pチャネルMO
Sトランジスタ14a−1とnチャネルMOSトランジ
スタ14a−2とからなり、pチャネルMOSトランジ
スタ14a−1のソース(S)およびバックゲート(B
G)には電源電圧(VDD=3.3V)が、ゲート
(G)には上記選択回路14bの出力が、ドレイン
(D)にはnチャネルMOSトランジスタ14a−2の
ドレイン(D)がそれぞれ接続されている。
【0044】また、このnチャネルMOSトランジスタ
14a−2のソース(S)およびバックゲート(BG)
にはグランド電源(GND)が、ゲート(G)には上記
選択回路14bの出力がそれぞれ接続されている。
【0045】そして、上記pチャネルMOSトランジス
タ14a−1とnチャネルMOSトランジスタ14a−
2との両ドレイン(D)の接続点が、前記5V−3.3
Vインターフェース入力バッファ回路の、電圧降圧回路
12と入力バッファ回路13との接続点に接続されてい
る。
【0046】選択回路14bは、E端子に供給されるイ
ネーブル信号とD端子に供給されるデータ信号との論理
積否定演算を行い、その結果を上記インバータ回路14
aのpチャネルMOSトランジスタ14a−1に出力す
るNAND回路14b−1、上記E端子に供給されるイ
ネーブル信号を反転するNOT回路14b−2、および
このNOT回路14b−1の出力と上記D端子に供給さ
れるデータ信号との論理和否定演算を行い、その結果を
上記インバータ回路14aのnチャネルMOSトランジ
スタ14a−2に出力するNOR回路14b−3によっ
て構成されている。
【0047】次に、上記した構成の動作について説明す
る。たとえば今、E端子にL(ロウ)レベルのイネーブ
ル信号が供給されたとする。すると、インバータ回路1
4aの両トランジスタ14a−1,14a−2がオフ状
態とされ、入力モードが設定される。
【0048】すなわち、前述のパッド11に与えられる
0V〜5Vの電圧幅の入力を0V〜3.3Vの電圧幅の
出力に変換してLSI内部回路に供給する、5V−3.
3Vインターフェース入力バッファ回路としての動作が
行われる。
【0049】一方、E端子にH(ハイ)レベルのイネー
ブル信号が供給されたとする。すると、D端子に供給さ
れるデータ信号のレベルに応じて、インバータ回路14
aのいずれかのトランジスタがオン状態とされて出力モ
ードが設定される。
【0050】たとえば、D端子にLレベルのデータ信号
が供給されて、インバータ回路14aのnチャネルMO
Sトランジスタ14a−2のみがオン状態とされると、
電圧降圧回路12のnチャネルMOSトランジスタ12
aがオン状態となる。
【0051】この結果、nチャネルMOSトランジスタ
12aのドレイン(D)からソース(S)を通って、パ
ッド11にLレベル(0V)が出力される。また、D端
子にHレベルのデータ信号が供給されて、インバータ回
路14aのpチャネルMOSトランジスタ14a−1の
みがオン状態とされると、出力バッファ回路14と電圧
降圧回路12との間の電圧が3.3Vとされる。
【0052】これにより、図5に破線で示すように、P
型拡散領域(P+ )27とN型拡散領域(N+ )30と
からなるPNダイオードを通って、パッド11にHレベ
ル(2.5V)が出力される。
【0053】すなわち、電圧降圧回路12に与えられる
3.3Vの電圧が、PNダイオードの順方向降下電圧
(0.8V)分だけ下げられることにより、結果として
2.5Vの電圧がパッド11より出力されることにな
る。
【0054】この2.5Vの電圧は、TTLレベルの出
力としては十分に大きな値となっている。このように、
3.3Vの電源電圧のみで動作できる5V−3.3Vイ
ンターフェース入出力バッファ回路を構成することがで
きる。
【0055】上記したように、1系統の電源電圧のみが
使用できるようにしている。すなわち、5Vの電圧の入
力に対しても、3.3Vの電源電圧のみで5V−3.3
Vインターフェース回路を構成できるようにしている。
これにより、LSIチップの電源電圧を1系統のみにで
きるようになるため、MOSトランジスタのゲート酸化
膜の厚さを同じ厚さにすることが可能となる。したがっ
て、ゲート酸化膜の厚さを変える必要がなくなり、製造
プロセスが複雑化するのを防止できるとともに、ターン
アラウンドタイム(TAT)やコストを低下できるよう
になるものである。
【0056】また、2つのpチャネルMOSトランジス
タをソースフォロア接続し、これを2段に接続するとと
もに、両トランジスタのバックゲートをパッドに接続す
るようにしているため、0Vの入力に際しては、寄生P
NPトランジスタが動作して動作スピードを向上させる
ことができるものである。
【0057】さらに、Hレベルの出力においては、PN
ダイオードによってTTLレベルで2.5Vの電圧の出
力が可能となるものである。なお、この発明は上記実施
例に限定されるものではなく、発明の要旨を変えない範
囲において、種々変形実施可能なことは勿論である。
【0058】
【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、製造プロセスの複雑化を防止でき、ターンアラウン
ドタイム(TAT)やコストを低下することが可能な半
導体集積回路装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例にかかる5V−3.3Vイ
ンターフェース入力バッファ回路の概略を示す構成図。
【図2】同じく、電圧降圧回路の素子構造を概略的に示
す断面図。
【図3】同じく、入力動作を説明するために示す電圧降
圧回路の断面図。
【図4】この発明の他の実施例にかかる5V−3.3V
インターフェース入出力バッファ回路の概略を示す構成
図。
【図5】同じく、出力動作を説明するために示す電圧降
圧回路の断面図。
【図6】従来技術とその問題点を説明するために示す5
V−3.3Vインターフェース入力バッファ回路の構成
図。
【図7】同じく、MOSトランジスタの素子構造を示す
断面図。
【図8】同じく、5V−3.3Vインターフェース入出
力バッファ回路の構成図。
【符号の説明】
11…パッド(端子)、12…電圧降圧回路、12a…
nチャネルMOSトランジスタ、12b,12c…pチ
ャネルMOSトランジスタ、13…入力バッファ回路、
14…出力バッファ回路。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部との接続のための端子にソースまた
    はドレインの一端が接続されるとともに、電源電圧がゲ
    ートに、グランド電源がバックゲートにそれぞれ接続さ
    れたnチャネルMOSトランジスタと、 前記外部との接続のための端子にソースまたはドレイン
    の一端およびバックゲートが接続されるとともに、ソー
    スまたはドレインの他端がゲートに接続された第1のp
    チャネルMOSトランジスタと、 前記外部との接続のための端子にバックゲートが接続さ
    れるとともに、前記第1のpチャネルMOSトランジス
    タのソースまたはドレインの他端がソースまたはドレイ
    ンの一端に接続され、ソースまたはドレインの他端がゲ
    ートおよび前記nチャネルMOSトランジスタのソース
    またはドレインの他端に接続された第2のpチャネルM
    OSトランジスタとを具備したことを特徴とする半導体
    集積回路装置。
  2. 【請求項2】 前記nチャネルMOSトランジスタのソ
    ースまたはドレインの他端と前記第2のpチャネルMO
    Sトランジスタのソースまたはドレインの他端との接続
    点に接続された入力バッファ回路を含んで構成されるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】 前記nチャネルMOSトランジスタのソ
    ースまたはドレインの他端と前記第2のpチャネルMO
    Sトランジスタのソースまたはドレインの他端との接続
    点に接続された出力バッファ回路を含んで構成されるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路装置。
  4. 【請求項4】 前記nチャネルMOSトランジスタのソ
    ースまたはドレインの他端と前記第2のpチャネルMO
    Sトランジスタのソースまたはドレインの他端との接続
    点に接続された入出力バッファ回路を含んで構成される
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路装
    置。
JP5110368A 1993-05-12 1993-05-12 半導体集積回路装置 Withdrawn JPH06326593A (ja)

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JP5110368A JPH06326593A (ja) 1993-05-12 1993-05-12 半導体集積回路装置

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