JPS59121854A - 半導体lsi装置 - Google Patents

半導体lsi装置

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JPS59121854A
JPS59121854A JP57234046A JP23404682A JPS59121854A JP S59121854 A JPS59121854 A JP S59121854A JP 57234046 A JP57234046 A JP 57234046A JP 23404682 A JP23404682 A JP 23404682A JP S59121854 A JPS59121854 A JP S59121854A
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voltage
power supply
circuit
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disconnecting
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JP57234046A
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Yukimasa Uchida
内田 幸正
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • 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 potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0214Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L
    • H01L27/0218Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L of field effect structures

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発EEは、MO8形算子を構成素子として含む半導
体LSI装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
MO8MOSトランジスタ集積回路装俗の発展けりさ捷
しく、1960年代後半(で実効チャネル要約10μI
nのMOSトランジスタによる数十〜数百素子のICが
実しされた後、加工の像細比、高集積化が進み近年では
実効チャネル長が15μm程度で素子数子方素子のVL
SIへと発展を続け、将来はさらに実効チャネル長が1
μnL以下のサブミクロントランジスタによるサブミク
ロン半導体LSI装置の出現が予想される0従来技術に
おいては、外部供給電源で直接にMOS  LSIを動
作させておシ、電源電圧も実効チャネル長の縮小ととも
に低減し、例えば現在の15μmの実効チャネル長を用
いるものでは5v単−電源下でMO8形LSIを動作さ
せている。
ところで、実効チャネル長の縮小化に伴なって素子中の
電界が高くなってきており、以下に記すような種々の問
題を生じている。まず第1に、インパクトイオン化によ
るホットエレクトロンやホットホールが発生する0第2
に基板電R力増大する。第3にパンチスル−が発生し易
い。m4にソース、トレイン接合のブレークダウンが生
ずる。第5にホットキャリアのゲート絶縁膜中へのトラ
ップによるMOSトランジスタのしきい値電圧の経時変
化が起こる0このため、外部供給電源の電源動作範囲(
で厳しい制限がある。さらに将来の1μm以下の実効チ
ャネル長を有するMOSトランジスタを含むサブミクロ
ン半導体LSI装b4″にお・いては、電源電圧を現在
迄の標準電動である5V単−電源から低下させる必要も
出てくると思われる。これは、電源電圧が高いと上述し
た種々の欠点が生じ易くなるためであるが、その中でも
特に、ホットキャリアがゲート絶縁膜中にトラップされ
ることによるMO8I−ランジスタのしきい値電圧の経
時変化tま、サブミクロン半導体LSI装置の動作速度
性能の著しい低下や動作不良の発生を引き起こす。これ
は、発生したホットエレクトロンやホットホールがゲー
ト絶縁膜−牛導体基板表面間に形成されるポテンシャル
バリヤ(φ8−H3,1e V 、φh z 3.8 
e V )を越えてゲート絶縁膜中へ放出され、ゲート
絶縁膜中ヘトラップされてMO8hランジスタのしきい
値電圧が変動するためである。なお、上記φ はエレク
トロン、φhはホールである。
他方、システム応用上から見ると、システムを構成する
各LSIの電源は、/JS形化および低コスト化の面か
らは共通化される事が好ましく、また、TTLコンパチ
ビリティ’J kも考えるとサブミクロン半導体LSI
装置においても現在の標準化電源電圧である5V電源下
で動作することが好ましい。しかし、従来のように外部
電動で直接的にIs40 S  L S Iを駆動する
と、サブミクロン栄導体装置においてl′i5V電源下
では特性の低下や不良の発生を引き起こす。
また、別の観点から考えると、従来のMO8形LSI装
置の性能は、動作速度、消費電流等が外部からの供給電
圧に大きく依存して変化し、LSIKおける設計の困H
1やシステム応用上の使いにくさ等を伴なう欠点があっ
た。
さらに、従来のMO8形LSI装償゛においては、精度
の高い電源の下で動作させないと過大電圧のため(q−
劣化したりして、信頼性が低下することがあり、また、
電源スパイクや電源ノイズ等によるM OS形LSI装
置の劣化や誤動作を伴なっていた。これに加えて、デバ
イス毎にプロセスパラメータが異なるために、本来デバ
イス毎に動作する最適電源電圧が異なっているにも拘わ
らず、同じ仕様の電源電圧化で動作させられるため、設
計時の性能をフルに発揮できない事が多く、このような
問題は素子の微細化に伴なってますます増加すると思わ
れる。
〔発明の目的〕
この発明は上記の様な事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、広い範囲の外部供給電芳電圧の
下においても劣化なく高信頼性を翁する正:5作が可能
であり、かつ製造工程がばらついても一定し7た高い動
作性能が得られ、電源スパイクや電源ノイズに対しても
劣化や誤動作のない4′−導体LSI装散を掃供するこ
とである。
〔発明の概要〕
すなわち、この発明においては、フユーズ素子の接断に
よシミ圧(Erの可変設定が可能なプログラマブル降圧
電源回路と、このプログラマブル降圧電復・回路の出力
電圧によって動作するMOS  L81回路とを1チツ
プ上Oて設け、上記プログラマブル降圧電源回路′の電
圧設定により、動作マージン、動作速度および信頼性の
向上を図るものである。
〔発明の実施例〕
以]、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。第1図はその構成を示すもので、図において、1
1はLSIチップ、12はプログラマブル降圧′亀源回
路、13はM O5LSI回路でおる。上り己プログラ
マブル降圧電源回路12は外部電源端子Vcc七外郊外
部接地端子s s間に接続されており、降圧電源出力V
  全内部降圧電源−jL   に出力する。そINT
                     INTし
て、MO8L、SI回路13は内B1;降圧電源出力V
  と外部接地端子Vss間の電圧で動NT 作する。ここで、例えば外部電源端子Vccと外部接地
端子V−ss間に印加ざねる電源電圧を5V、内部降圧
電源線L  と外部接地端子NT VB2間の電圧を3Vに設定すれば、外部の電源電圧が
3vから8V程度1で変化しても内部降圧電源出力V+
ま3■一定に保持される。
INT 第2図は、上記組1図におけるプログラマブル降圧電源
回路12の具体的なわシ成例を示すもので、外部電源端
子Vccには負荷素子とじて働くPチャネル形のMO8
I−ランジスタT、のドレインが接続され、このトラン
ジスタT1のソースは電圧設、定素子として働<PN接
合ダイオードD1〜D8の直列回路を介して外部接地端
子V33に接続きれる。また、このトランジスタT1の
ゲートに外部接地端子VSSに接続されて43M設定さ
れている。上記ダイオードD、 〜L)g Kはそり、
それフユーズ素子F1〜Fsが並夕1」ンこ接r1先さ
れており、上記トランジスタT1、ダイオードD1〜D
8およびフユーズ素子F1〜F8によって電圧発生回路
全構成している。ぞして、このフユーズ素子F1〜F8
を接続あるいは切断(接断)するプログラム操作によつ
−C上記トランジスタT1のソースとダイオードD、と
の接続点aの電位Viを所定の値に設定する。なお、こ
こではフユーズ素子F4〜F8を切断している。上記接
続点aはオペアンプ(オペレーショナルアンブリファイ
ア)14の反転入力端(→に接続され、このオペアンプ
14の非反転入力端(+)は内部降圧電源線”INTに
接続される。そして、外部供給電源端子Vccと内部降
圧電源線L□NTとの間に降圧用のPチャネル形MOS
トランジスタTpのソース、ドレインをそれぞれg t
tfし、上R1iオペアンプ14の出力で導通制御する
。従って、内部降圧電源線”IN’I’上の電位vIN
Tは、ヒユーズの接断によって設定した定電圧出力値V
iと同じ値となる。ダイオードD1〜D8の順方向知流
時の電圧儂VFは製造プロセスによって異なる場合があ
り、またMOSLSI回路の動作電圧はプロセス毎ある
いけ性能毎に異なるので、フユーズ素子F、〜F8を順
次レーザ等で溶断あるいは専辿して行くことにより潔達
なπヱ圧V、NTが得られ゛る。なお、内部降圧電源■
□NTの電流供給能力は、降圧用のMo5hランジスタ
Tpの相互コンダクタンスgmに比例する。
このような構成によれば、以下に記すような種々の効果
が得られる。組IK、例えば3v〜8vといった広い範
囲の外部供給電源電圧に対し、高い電流供給能力、例え
ば3v一定の内部i!源回路をオンチップに設けたので
、外部供給電圧を降圧した電圧でMOS  LSI回路
13が作動される。従って、高集積化されたMOSLS
I回路においてもインパクトイオン化によるホットキャ
リアの発生、基析電淵の増大、パンチスルー、ソース・
トレイン接合のブレークダウンおよびホットキャリアの
ゲート絶縁膜中へのトラップによるMOSトランジスタ
のしきい値電圧の経時変化等のMOSトランジスタの微
細化による電源電圧制御の間WQを全て解決でき、劣化
覗象のない半導体L S I装置が得られる。第2に、
チップに外部から供給する電源電圧を変えても、内部電
源によって降圧した一定の電圧の下でMOS  LSI
回路が卵1作するので、動作速度や消費電力等の性能が
一定でかつ安定化できる。寸だ、これによって電源ノイ
ズに対して強くできるとともに、電源スパイクが入力さ
れても劣化し為い。第3に実効チャネル長が1μm以下
のMOSトランジスタを含むLSIを、従来から用いら
れている標準電源である5V電源で、かつTTLインタ
ーフェースで動作させることが可能であり、近い将来に
低定圧化(f=ilえば3V)されても同様な性能で動
作させられる等著しいメリットが得られる。第4には、
デバイス毎にプロセスパラメータが異なるため、本来、
各デバイス毎に最適電動電圧が異なっているが、フユー
ズ素子の接続あるいは切断といったプログラム操作によ
り内部電源電圧値を設定すること−でより、各デバイス
の設計性能をフルに発揮できる電源電圧下で動作させる
ことができる。甘だ、同−設計、同一つエバから得られ
るチップにおいて、内部電源電圧値を浚えることにより
、消費電流は多いが高速なデバイスチップと低速だが低
消費W力なデバイスチップといったの多種類のチップを
得ることもできる。
なお、上記実施例で1−1:電圧設定素子としてダイオ
ードを直列接続したが、ダイオードを並列接続し、この
各ダイオードにヒユーズ素子を直列接続しても良く、ダ
イオードに変えて抵抗やMOS)ランジスタ等を設けて
も良い。また、降圧用のMOSトランジスタTpは必ず
しも単一のトランジスタである必要はなく、検数のトラ
ンジスタを並列接続して設けても良い。ざらに、降圧用
のトランジスタは%KPチャネル形である必要もなく、
例えば第3図に示すようにNチャネル形のMO8I−ラ
ンジスタTNを設けても良い。この場合は、オペアンプ
14の非反転入力端(→を前記第2図における接続点a
 K接続(7、反転入力端(→は内部降圧電源線LIN
Tに接続する。また、降圧用のPチャネル形MOSトラ
ンジスタTpに代えて、第4図に示すようにバイポーラ
PNPトランジスタTBpe用いても良く、降圧用のN
チャネル形MO8)ランジスタTNに代えて第5図に示
すようにバイポーラNPN l−ランジスタTBNを用
いても前記寅施例と同様な効果が得られる。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、広い範囲の外部
供給電源電圧の下においても劣化なく高信頼性を有する
動作が可能であり、かつ製造工程がばらついても一定し
た高い動作性能が得られ、電源スパイクや電源ノイズに
対しても劣化や誤動作のないすぐれた半導体LSI装置
が得られる。
【図面の簡単な説明】
第11ン1にこの発明の一実6m例に係る半導体LSI
装置全示す構成図、第2図は上記第1図にお幻るプログ
ラマブル降圧電源回路の構成例を示す[01路図、躬3
図〜第5図はそれぞれこの発明の他の実施例を説明する
だめの回路図1である0 11・・・LSIチップ、12・・・プログラマブル降
圧電源回路、13・・・MOS  LS1回路、14・
・・オペアンプ、Vcc・・・外部電源端子、V s 
s・・・外部接地端子、F、%Fs・・・フユーズ。 出願人代理人 弁理士 鈴  江  武  彦−2反 第1図 第2図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  フユーズ素子の接断により外部から電圧値の
    設定が可能なプログラマブル降圧電源回路と、このプロ
    グラマブル降圧電源回路の出力電圧によシ動作するMO
    8′#LSI回路とを同一のチップ上に形成したことを
    特徴とする半導体LSI装置。
  2. (2)上n[1プログラマブル降圧電源回路は、電源と
    接地点間に配設さhフユーズ素子の接断によって所定の
    電圧f発生する電圧発生回路と、この電圧発生回路の出
    力が一方の入力端に供給されるとともに他方の入力端は
    降圧用のトランジスタをブrし−で電源端子に接続され
    その出力で上記降圧用のトランジスタを導通制御するオ
    ペアンプとから成り、上記オペアンプの他方の入力端か
    ら所定の電圧出力を得る特許請求の範囲第(1)項記載
    の半導体LSI装置。
  3. (3)上記電圧発生回路は、負荷素子と、電圧設定素子
    とフユーズ素子とが並列接続された電圧設定回路が複数
    個接続でれた電圧設定部とが山:列接続σれて成る特許
    請求の範囲第(1)項あるいは第(2)項記載の半導体
    LSI装置。
JP57234046A 1982-12-15 1982-12-27 半導体lsi装置 Pending JPS59121854A (ja)

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