JPH0758212A - Cmos集積回路 - Google Patents

Cmos集積回路

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JPH0758212A
JPH0758212A JP5228298A JP22829893A JPH0758212A JP H0758212 A JPH0758212 A JP H0758212A JP 5228298 A JP5228298 A JP 5228298A JP 22829893 A JP22829893 A JP 22829893A JP H0758212 A JPH0758212 A JP H0758212A
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voltage
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cmos
well
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Nobuhiko Osawa
信彦 大澤
Shinichi Ito
信一 伊藤
Hideji Abe
秀司 阿部
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 正負両極性の高電圧回路と大規模な低電圧回
路を同一チップ上に構成可能なCMOS集積回路を提供
する。 【構成】 p型半導体基板11上に形成したnMOSト
ランジスタ15およびp型半導体基板11上に形成され
たnウェル12内に形成したpMOSトランジスタ16
からなるCMOS回路によって高電圧回路21を構成す
るとともに、p型半導体基板11上に形成されたnウェ
ル13内に形成したpMOSトランジスタ18およびn
ウェル13内に形成されたpウェル14内に形成したn
MOSトランジスタ17からなるCMOS回路によって
低電圧回路22を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、CMOS(Complementa
ry MOS) 集積回路に関し、特に半導体基板上に高電圧用
CMOS回路と低電圧用CMOS回路とを形成してなる
CMOS集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、異なる電源電圧で動作する複数の
回路(例えば、高電圧回路と低電圧回路)を備えたCM
OS集積回路においては、使用する半導体基板を基準電
位に設定し、この半導体基板とは異なる導電型のウェル
を平面領域上で分割して設け、そのウェル内にCMOS
トランジスタを形成して各回路を構成することにより、
各回路の電源を相互に分離するようにしていた(例え
ば、特願平2−284462号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の従来のCMOS集積回路では、半導体基板の導電型
によって上記ウェルの電位が基準電位より正側か負側の
どちらか一方しか設定できないため、基準電位に対して
正負両極性の信号を扱う回路を構成することはできなか
った。このため、低電圧ロジック回路と正負両極性の信
号出力回路が必要なシステム(例えば、CCDカメラシ
ステムやディジタル通信インタフェース)では、各々別
チップとして基準電位を分けており、1チップ化による
小型化ができないという問題があった。
【0004】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、正負両極性の高電圧
回路と大規模な低電圧回路を同一チップ上に構成可能な
CMOS集積回路を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によるCMOS集
積回路は、第1導電型の半導体基板上に高電圧用CMO
S回路と低電圧用CMOS回路とを形成してなるCMO
S集積回路であって、半導体基板上に形成した第2導電
型の第1MOSトランジスタおよび半導体基板上に形成
された第2導電型の第1ウェル内に形成した第1導電型
の第2MOSトランジスタからなる高電圧用CMOS回
路と、半導体基板上に形成された第2導電型の第2ウェ
ル内に形成した第1導電型の第3MOSトランジスタお
よび第2導電型の第2ウェル内に形成された第1導電型
の第3ウェル内に形成した第2導電型の第4MOSトラ
ンジスタからなる低電圧用CMOS回路とを具備した構
成となっている。
【0006】
【作用】上記構成のCMOS集積回路において、高電圧
用CMOS回路を半導体基板上に直接形成するととも
に、低電圧用CMOS回路を半導体基板上に形成された
当該基板とは異なる導電型のウェル内に形成し、このウ
ェルによって低電圧用CMOS回路を半導体基板から電
位的に分離する。これにより、低電圧用CMOS回路の
正側電源電圧および負側電源電圧を、高電圧用CMOS
回路の正側電源電圧および負側電源電圧のいずれからも
独立して設定できる。その結果、低電圧用CMOS回路
および高電圧用CMOS回路を同一チップ上に構成でき
る。
【0007】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1は、本発明によるCMOS集積回路の
一実施例を示す断面構造図であり、p型半導体基板を用
いて構成した場合を示す。図1において、p型半導体基
板11は負側の電源電位VSS1にバイアスされている。
このp型半導体基板11には第1のnウェル12が形成
されている。この第1のnウェル12は正側の高い電源
電圧VDD1にバイアスされている。また、p型半導体基
板11には、第2のnウェル13が第1のnウェル12
とは平面領域上分離して形成されている。この第2のn
ウェル13は正側の低い電源電圧VDD2にバイアスされ
ている。第1のnウェル12と第2のnウェル13と
は、同一のイオン注入およびドライブイン工程により形
成される。
【0008】p型半導体基板11にはさらに、第2のn
ウェル13内に平面領域上包含されるようにpウェル1
4が形成されている。このpウェル14は、電源電圧V
SS2としての例えば接地(GND)電位にバイアスされ
ている。p型半導体基板11上にはnMOSトランジス
タ(第1MOSトランジスタ)15が形成され、第1の
nウェル12内にはpMOSトランジスタ(第2MOS
トランジスタ)16が形成されている。そして、これら
のMOSトランジスタ15,16は、各ゲートおよびド
レインが共通に接続されることによってCMOS回路を
構成している。このCMOS回路は、正負両極性の高電
圧を扱う高電圧回路21として用いられる。
【0009】また、pウェル14内にはnMOSトラン
ジスタ(第4MOSトランジスタ)17が形成され、第
2のnウェル13内にはpMOSトランジスタ(第3M
OSトランジスタ)18が形成されている。そして、こ
れらのMOSトランジスタ17,18は、各ゲートおよ
びドレインが共通に接続されることによってCMOS回
路を構成している。このCMOS回路は、正極性の低電
圧を扱う低電圧回路22として用いられる。なお、図1
において、19は各MOSトランジスタのゲート電極、
20はアルミ(Al)配線である。
【0010】上述したように、高電圧回路21をp型半
導体基板11上に直接形成するとともに、低電圧回路2
2をp型半導体基板11上に形成されたnウェル13内
に形成したことにより、このウェル13によって低電圧
回路22を半導体基板11から電位的に分離できるの
で、低電圧回路22の正側電源電圧VDD2および負側電
源電圧VSS2を高電圧回路21の正側電源電圧VDD1お
よび負側基準電圧VSS1のいずれからも独立して設定で
きる。その結果、高電圧回路21および低電圧回路22
を同一チップ上にすべてCMOS回路で構成することが
可能となる。また、高電圧回路21を構成するCMOS
回路をp型半導体基板11上に形成したことにより、M
OS・FETの高耐圧化において要求されるドレイン‐
基板間容量の降伏電圧の向上についても、基板濃度を充
分低く抑えることができるため容易に達成できる。
【0011】さらに、高電圧回路21のnウェル12
と、低電圧回路22をn型半導体基板11のバイアスか
ら分離するためのnウェル13とは、同一のイオン注入
およびドライブイン工程により形成されているため、通
常の高耐圧CMOS工程に比べてわずかな工程数の増加
で済むことになる。またさらに、上記構成によれば、異
なる電源電圧で動作する回路間の基準電位を揃える必要
がなくなるため、低電圧回路22として例えば5Vの振
幅のロジック回路を用いた場合には、基準電位をGND
レベルとし、+5V/0Vで動作させることができ、外
部とのインタフェースが容易となる。
【0012】また、従来、外部とのインタフェースを考
慮すると、高電圧回路21として例えば+15V/−9
Vを電源電圧とする回路を具備する場合、前段のコント
ロール回路については基準電位を揃える必要があること
から、+5V/−9Vの動作電圧で構成せざるを得なか
った。ところが、上記構成によれば、+5V/0Vの5
V動作電圧による回路構成が可能となるため、低耐圧の
FETが使用でき、低消費電力ならびに大規模な集積が
実現できることにもなる。
【0013】上記構成の高電圧回路21と低電圧回路2
2は、例えば図2に示す如きCCD型固体撮像装置にお
いて、高耐圧垂直ドライバ23とCCD駆動用の低電圧
タイミング発生器24として用いられる。図2におい
て、CCD型固体撮像装置は、マトリクス状に2次元配
列された多数のフォトセンサ25およびこのフォトセン
サ25の垂直列毎に配されてフォトセンサ25から読み
出された信号電荷を垂直転送する垂直レジスタ26を含
む撮像部27と、垂直レジスタ26から転送された信号
電荷を水平転送する水平レジスタ28と、この水平レジ
スタ28によって転送されてきた信号電荷を検出して信
号電圧に変換する電荷検出部29とから構成されてお
り、垂直ドライバ23によって垂直レジスタ26の転送
駆動が行われるようになっている。
【0014】図3に、CCD型固体撮像装置の垂直ドラ
イバ23およびタイミング発生器24に適用された高電
圧回路21および低電圧回路22の回路図を示す。図3
において、高電圧回路21を構成するnMOSトランジ
スタ15およびpMOSトランジスタ16からなるCM
OS回路の低レベル側の電源電圧VSS1は垂直ドライバ
23の基準電位となり、この基準電位としては例えば−
9Vが設定され、またその高レベル側の電源電圧VDD
は垂直ドライバ23の正側電源電圧となり、この正側電
源電圧としては例えば+15Vが設定される。一方、低
電圧回路22を構成するnMOSトランジスタ17およ
びpMOSトランジスタ18からなるCMOS回路の低
レベル側の電源電圧VSS2はタイミング発生器24の負
側電源電圧となり、この負側電源電圧としてはGNDレ
ベルが設定され、またその高レベル側の電源電圧VDD
はタイミング発生器24の基準電位となり、この基準電
位としては例えば+5Vが設定される。
【0015】このように、高電圧回路21および低電圧
回路22をCCD型固体撮像装置の垂直ドライバ23お
よびタイミング発生器24に適用し、図1に示したよう
に、低電圧回路22であるタイミング発生器24をnウ
ェル13によってp型半導体基板11から電位的に分離
したことにより、このタイミング発生器24の基準電位
および負側電源電圧を、高電圧回路21である垂直ドラ
イバ23の正側電源電圧および基準電位のいずれからも
独立して設定できる。よって、5V/0V振幅で動作す
るタイミング発生器24と+15V/−9V振幅の出力
信号を発生する垂直ドライバ23とを同一チップ上にす
べてCMOS回路で構成することが可能となる。
【0016】低電圧回路22と高電圧回路21の間に
は、信号レベルの変換を行うためのレベル変換回路30
が配置されている。このレベル変換回路30は、図4に
その回路構成の一例を示すように、各々ドレイン同士が
共通接続された1対のpMOSトランジスタP1,nM
OSトランジスタN1からなる第1のCMOS回路3
1、同様に1対のpMOSトランジスタP2,nMOS
トランジスタN2からなる第2のCMOS回路32、お
よび同様に1対のpMOSトランジスタP3,nMOS
トランジスタN3からなる第3のCMOS回路33の3
つのCMOS回路によって構成されている。
【0017】第1のCMOS回路31のpMOSトラン
ジスタP1のソースは、低電圧回路22の正側電源電圧
である+5Vにバイアスされ、第1,第2のCMOS回
路31,32のnMOSトランジスタN1,N2の各ソ
ースは共通接続されかつ高電圧回路21の負側電源電圧
である−9Vにバイアスされている。第1のCMOS回
路31のpMOSトランジスタP1およびnMOSトラ
ンジスタN1のドレイン共通接続点Aは第2のCMOS
回路32のnMOSトランジスタN2のゲートに接続さ
れ、第2のCMOS回路32のpMOSトランジスタP
2およびnMOSトランジスタN2のドレイン共通接続
点Bは第1のCMOS回路31のnMOSトランジスタ
N1のゲートに接続されている。
【0018】第2,第3のCMOS回路32,33のp
MOSトランジスタP2,P3の各ソースは共通接続さ
れかつ高電圧回路21の正側電源電圧である+15Vに
バイアスされており、第3のCMOS回路33のnMO
SトランジスタN3のソースは、低電圧回路22の負側
電源電圧である接地電位(0V)にバイアスされてい
る。第2のCMOS回路32のpMOSトランジスタP
2およびnMOSトランジスタN2のドレイン共通接続
点Bは第3のCMOS回路33のpMOSトランジスタ
P3のゲートに接続され、第3のCMOS回路33のp
MOSトランジスタP3およびnMOSトランジスタN
3のドレイン共通接続点Cは第2のCMOS回路32の
pMOSトランジスタP2のゲートに接続されている。
【0019】そして、第1のCMOS回路31のpMO
SトランジスタP1のゲートと第3のCMOS回路33
のnMOSトランジスタN3のゲートが共通接続されて
回路入力INとなり、第2のCMOS回路32のpMO
SトランジスタP2およびnMOSトランジスタN2の
ドレイン共通接続点Bが回路出力OUTとなる。すなわ
ち、pMOSトランジスタP1およびnMOSトランジ
スタN3の各ゲートには、低電圧回路22(本例では、
タイミング発生器24)の出力信号が入力され、pMO
SトランジスタP2およびnMOSトランジスタN2の
ドレイン共通接続点Bからはレベル変換された信号が導
出され、その出力信号が高電圧回路21(本例では、垂
直ドライバ23)に供給される。
【0020】次に、このレベル変換回路30の回路動作
について、図5のタイミングチャートを参照しつつ説明
する。第1のCMOS回路31のpMOSトランジスタ
P1およびnMOSトランジスタN3の各ゲートに、タ
イミング発生器24の出力の低レベル(本例では、0
V)が印加されると、第1のCMOS回路31のpMO
SトランジスタP1がオン状態となり、A点の電位が+
5Vとなる。これにより、第2のCMOS回路32のn
MOSトランジスタN2がオン状態となる。よって、B
点の電位は−9Vになり、第1のCMOS回路31のn
MOSトランジスタN1はオフ状態となるが、第3のC
MOS回路33のpMOSトランジスタP3はオン状態
になるため、C点の電位は+15Vになる。これによ
り、第2のCMOS回路32のpMOSトランジスタP
2はオフ状態となり、回路出力OUTであるB点の電位
は−9Vに保持される。
【0021】一方、第1のCMOS回路31のpMOS
トランジスタP1およびnMOSトランジスタN3の各
ゲートに、タイミング発生器24の出力の高レベル(本
例では、+5V)が印加されると、第1のCMOS回路
31のpMOSトランジスタP1はオフ状態となるが、
第3のCMOS回路33のnMOSトランジスタN3は
オン状態になるため、C点の電位は0Vとなり、第2の
CMOS回路32のpMOSトランジスタP2をオン状
態とする。したがって、B点は+15Vとなり、第3の
CMOS回路33のpMOSトランジスタP3はオフ状
態となるが、第1のCMOS回路31のnMOSトラン
ジスタN1はオン状態となるため、A点の電位は−9V
となり、第2のCMOS回路32のnMOSトランジス
タN2をオフ状態とする。これにより、回路出力端であ
るB点の電位は+15Vに保持される。
【0022】なお、上記実施例においては、高電圧回路
21および低電圧回路22をCCD型固体撮像装置の垂
直ドライバ23およびタイミング発生器24に適用した
場合について説明したが、これに限定されるものではな
く、例えばディジタル通信インタフェースなどに適用す
ることも可能である。また、上記実施例では、p型半導
体基板11上にCMOS回路を形成したが、n型半導体
基板にも同様に適用可能であり、上記実施例の場合と同
様の効果を得ることができる。
【0023】図6は、n型半導体基板を用いて構成した
本発明の他の実施例を示す断面構造図である。図6にお
いて、n型半導体基板41は正側の高い電源電圧VDD
にバイアスされている。このn型半導体基板41には第
1のpウェル42が形成されている。この第1のpウェ
ル42は負側の電源電位VSS1にバイアスされている。
また、n型半導体基板41には、第2のpウェル43が
第1のpウェル42とは平面領域上分離して形成されて
いる。この第2のpウェル43は、電源電圧VSS2とし
ての例えばGNDレベルにバイアスされている。第1の
pウェル42と第2のpウェル43とは、同一のイオン
注入およびドライブイン工程により形成される。
【0024】n型半導体基板41にはさらに、第2のp
ウェル43内に平面領域上包含されるようにnウェル4
4が形成されている。このnウェル44は、正側の低い
電源電圧VDD2にバイアスされている。n型半導体基板
41上にはpMOSトランジスタ(第1MOSトランジ
スタ)45が形成され、第1のpウェル42内にはnM
OSトランジスタ46(第2MOSトランジスタ)が形
成されている。そして、これらのMOSトランジスタ4
5,46は、各ゲートおよびドレインが共通に接続され
ることによってCMOS回路を構成している。このCM
OS回路は、正負両極性の高電圧を扱う高電圧回路21
として用いられる。
【0025】また、nウェル44内にはpMOSトラン
ジスタ(第4MOSトランジスタ)47が形成され、第
2のpウェル43内にはnMOSトランジスタ(第3M
OSトランジスタ)48が形成されている。そして、こ
れらのMOSトランジスタ47,48は、各ゲートおよ
びドレインが共通に接続されることによってCMOS回
路を構成している。このCMOS回路は、正極性の低電
圧を扱う低電圧回路22として用いられる。なお、図6
において、49は各MOSトランジスタのゲート電極、
50はAl配線である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高電圧用CMOS回路を半導体基板上に直接形成すると
ともに、低電圧用CMOS回路を半導体基板上に形成さ
れた当該基板とは異なる導電型のウェル内に形成する構
成としたことにより、このウェルによって低電圧用CM
OS回路が半導体基板から電位的に分離されるため、低
電圧用CMOS回路の正側電源電圧および負側電源電圧
を、高電圧用CMOS回路の正側電源電圧および負側電
源電圧のいずれからも独立して設定できる。これによ
り、正負両極性の高電圧用CMOS回路および大規模な
低電圧用CMOS回路を同一チップ上に構成できること
になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断面構造図であり、p
型半導体基板を用いて構成した場合を示している。
【図2】本発明が適用されるCCD型固体撮像装置の一
例を示す構成図である。
【図3】本発明に係る回路構成の一例を示す回路図であ
る。
【図4】レベル変換回路の回路構成の一例を示す回路図
である。
【図5】レベル変換回路の回路動作を説明するためのタ
イミングチャートである。
【図6】本発明の他の実施例を示す断面構造図であり、
n型半導体基板を用いて構成した場合を示している。
【符号の説明】
11 p型半導体基板 12 第1のnウェル 13 第2のnウェル 14 pウェル 15,17 nMOSトランジスタ 16,18 pMOSトランジスタ 21 高電圧回路 22 低電圧回路 23 垂直ドライバ 24 タイミング発生器 30 レベル変換回路 31 第1のCMOS回路 32 第2のCMOS回路 33 第3のCMOS回路

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体基板上に高電圧用C
    MOS回路と低電圧用CMOS回路とを形成してなるC
    MOS集積回路であって、 前記半導体基板上に形成した第2導電型の第1MOSト
    ランジスタおよび前記半導体基板上に形成された第2導
    電型の第1ウェル内に形成した第1導電型の第2MOS
    トランジスタからなる高電圧用CMOS回路と、 前記半導体基板上に形成された第2導電型の第2ウェル
    内に形成した第1導電型の第3MOSトランジスタおよ
    び前記第2導電型の第2ウェル内に形成された第1導電
    型の第3ウェル内に形成した第2導電型の第4MOSト
    ランジスタからなる低電圧用CMOS回路とを具備した
    ことを特徴とするCMOS集積回路。
  2. 【請求項2】 前記第1導電型の半導体基板は、p型半
    導体基板であることを特徴とする請求項1記載のCMO
    S集積回路。
  3. 【請求項3】 前記第1導電型の半導体基板は、n型半
    導体基板であることを特徴とする請求項1記載のCMO
    S集積回路。
  4. 【請求項4】 前記高電圧用CMOS回路は、固体撮像
    装置のドライブ回路を構成することを特徴とする請求項
    1記載のCMOS集積回路。
  5. 【請求項5】 前記低電圧用CMOS回路は、固体撮像
    装置のロジック回路を構成することを特徴とする請求項
    1記載のCMOS集積回路。
  6. 【請求項6】 前記高電圧用CMOS回路の低レベル側
    および高レベル側の電源電圧として負側および正側の電
    源電圧が設定され、 前記低電圧用CMOS回路の低レベル側および高レベル
    側の電源電圧として接地電位および正側の電源電圧が設
    定されたことを特徴とする請求項1記載のCMOS集積
    回路。
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