JPH05268058A - Gate circuit and semiconductor device including the same - Google Patents
Gate circuit and semiconductor device including the sameInfo
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ゲート回路及びそれを
含む半導体装置に係わり、特に、耐圧の低い絶縁ゲート
型FET(以下、これをMOSFETという)を用いた
ときでも高速動作を行なうことが可能なゲート回路及び
それを含む半導体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gate circuit and a semiconductor device including the same, and in particular, a high speed operation is possible even when an insulated gate FET (hereinafter referred to as MOSFET) having a low breakdown voltage is used. The present invention relates to a possible gate circuit and a semiconductor device including the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、論理回路の分野においては、nチ
ャネルMOSFET(以下、これをnMOSFETとい
う)とpチャネルMOSFET(以下、これをpMOS
FETという)とを相補結合させたCMOSFETから
なるCMOSFET論理回路、バイポーラトランジスタ
からなるバイポーラトランジスタ論理回路、CMOSF
ETとバイポーラトランジスタとを回路中で結合させた
BiCMOS論理回路等が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of logic circuits, an n-channel MOSFET (hereinafter referred to as nMOSFET) and a p-channel MOSFET (hereinafter referred to as pMOS) are used.
CFET logic circuit composed of CMOSFETs, which are complementary-coupled with FET), bipolar transistor logic circuit composed of bipolar transistors, CMOSF
A BiCMOS logic circuit in which ET and a bipolar transistor are combined in the circuit is known.
【0003】これら論理回路の中で、CMOSFET論
理回路は、高集積化が可能であり、しかも、低い消費電
力によって動作するために広く用いられている。バイポ
ーラトランジスタ論理回路は、消費電力が比較的大きく
なるものの、高速動作を行なうことが可能なものであ
る。BiCMOS論理回路は、CMOSFET論理回路
が有する高集積化特性と低消費電力特性、及び、バイポ
ーラトランジスタ論理回路が有する高速動作特性を合わ
せ有するものである。Among these logic circuits, CMOSFET logic circuits are widely used because they can be highly integrated and operate with low power consumption. Although the bipolar transistor logic circuit consumes a relatively large amount of power, it can operate at high speed. The BiCMOS logic circuit has both the high integration characteristic and low power consumption characteristic of the CMOSFET logic circuit, and the high speed operation characteristic of the bipolar transistor logic circuit.
【0004】しかるに、近年においては、大規模集積回
路(LSI)を構成する場合に、その中に配置されるM
OSFETやバイポーラトランジスタの微細化形成技術
が進歩したことにより、LSIの高集積化が可能にな
り、しかも、MOSFETやバイポーラトランジスタ等
の素子の性能が向上して、LSI自体も高速動作が可能
になってきている。その反面、MOSFET素子は、素
子の微細化に伴って素子内部の電界が上昇し、いわゆる
ホットキャリア効果により素子の長期信頼性が損なわれ
るという弊害も生じている。この弊害を除去するために
は、MOSFET素子に供給される電源電圧を低く選
び、前記素子内部の電界を低くすればよい。しかしなが
ら、BiCMOS論理回路においては、バイポーラトラ
ンジスタのベース・エミッタ間順方向電圧Vbeの存在
のため、出力電圧の振幅及び入力電圧の振幅が電源電圧
よりも約2Vbeだけ小さくなってしまい、その結果と
して、BiCMOS論理回路は、低電源電圧による影響
を大きく受け、高速動作を行なうことができないという
新たな弊害が生じるようになる。However, in recent years, when a large-scale integrated circuit (LSI) is constructed, the M arranged in it is arranged.
Advances in the miniaturization technology for OSFETs and bipolar transistors have enabled high integration of LSIs, and also improved performance of elements such as MOSFETs and bipolar transistors to enable high-speed operation of LSIs themselves. Is coming. On the other hand, in the MOSFET device, the electric field inside the device increases with the miniaturization of the device, and the long-term reliability of the device is impaired due to the so-called hot carrier effect. In order to eliminate this adverse effect, the power supply voltage supplied to the MOSFET element may be selected low and the electric field inside the element may be lowered. However, in the BiCMOS logic circuit, due to the presence of the forward voltage Vbe between the base and emitter of the bipolar transistor, the amplitude of the output voltage and the amplitude of the input voltage become smaller than the power supply voltage by about 2 Vbe, and as a result, The BiCMOS logic circuit is greatly affected by the low power supply voltage, which causes a new problem that it cannot operate at high speed.
【0005】この新たな弊害を除去するため、BiCM
OS論理回路において、MOSFETには電源電圧より
も低い電圧だけが印加されるような手段を設けるととも
に、その他の素子には電源電圧が印加されるように構成
して、BiCMOS論理回路の電源電圧をMOSFET
の信頼性により決められる耐圧(以下、これをMOSF
ETの耐圧という)よりも高くする幾つかの方法が既に
提案されている。In order to eliminate this new harmful effect, BiCM
In the OS logic circuit, a means for applying only a voltage lower than the power supply voltage to the MOSFET is provided, and the power supply voltage is applied to the other elements, and the power supply voltage of the BiCMOS logic circuit is set. MOSFET
Withstand voltage determined by the reliability of
Several methods have already been proposed for increasing the ET breakdown voltage).
【0006】ところで、前記提案による方法の1つに、
特開平1−126824号や特開平3−185920号
に開示されている方法、即ち、BiCMOS論理回路の
出力段を構成するバイポーラトランジスタのベースに前
記電圧Vbeに相当する電圧を予めバイアスするように
している方法(以下、これをベースバイアス法という)
である。このベースバイアス法においては、通常、接地
点に接続するようにしていたベース電荷引抜用のMOS
FETのソースに、前記電圧Vbeまたはその2倍の電
圧2Vbeを与えるようにし、全てのMOSFETのド
レイン・ソース間に印加される電圧が電源電圧Vccよ
りも前記電圧Vbeまたは2Vbeだけ低くなるように
構成している。この構成の採用により、BiCMOS回
路に供給される電源電圧をMOSFETの耐圧より少な
くとも前記電圧Vbeだけ高く選ぶことが可能になり、
それによって、BiCMOS回路を高速動作させること
が可能になる。By the way, as one of the methods proposed above,
The method disclosed in JP-A-1-126824 and JP-A-3-185920, that is, a method in which a voltage corresponding to the voltage Vbe is biased in advance to the base of a bipolar transistor which constitutes an output stage of a BiCMOS logic circuit Method (hereinafter referred to as the base bias method)
Is. In this base bias method, a MOS for extracting a base charge that is usually connected to a ground point is used.
The voltage Vbe or the voltage 2Vbe that is twice the voltage Vbe is applied to the source of the FET, and the voltage applied between the drain and source of all the MOSFETs is lower than the power supply voltage Vcc by the voltage Vbe or 2Vbe. is doing. By adopting this configuration, the power supply voltage supplied to the BiCMOS circuit can be selected to be higher than the withstand voltage of the MOSFET by at least the voltage Vbe,
This enables the BiCMOS circuit to operate at high speed.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ベ
ースバイアス法は、全てのMOSFETのドレイン・ソ
ース間に印加される電圧が電源電圧Vccよりも前記電
圧Vbeまたは2Vbeだけ低くなるという利点はある
ものの、BiCMOS論理回路の出力段バイポーラトラ
ンジスタを駆動する駆動用のMOSFETについては、
そのゲート・ソース(基板)間にそのドレイン・ソース
間の印加電圧よりも前記電圧Vbeだけ高い電圧が印加
されるようになる。即ち、ベースバイアス法は、前述の
ように、BiCMOS論理回路に供給される電源電圧
を、MOSFETの耐圧よりも前記電圧Vbe乃至2V
beだけ高く選んでいるものであるが、MOSFETの
ドレイン・ソース間の耐圧に基づいて前記電源電圧を設
定すると、前記駆動用のMOSFETのゲート・ソース
(基板)間にはその耐圧よりも前記電圧Vbeだけ高い
電圧が印加されることになる。また、BiCMOS論理
回路を含む各種の論理回路に用いられるMOSFETを
構成する場合は、従来の方法によれば、そのゲート酸化
膜の厚さを全てのMOSFETに対して同じ厚さになる
ように構成している。However, the base bias method has the advantage that the voltage applied between the drain and the source of all MOSFETs is lower than the power supply voltage Vcc by the voltage Vbe or 2Vbe. Regarding the driving MOSFET for driving the output stage bipolar transistor of the BiCMOS logic circuit,
A voltage higher than the voltage applied between the drain and the source by the voltage Vbe is applied between the gate and the source (substrate). That is, in the base bias method, as described above, the power supply voltage supplied to the BiCMOS logic circuit is higher than the withstand voltage of the MOSFET by the voltage Vbe to 2V.
However, if the power supply voltage is set based on the breakdown voltage between the drain and the source of the MOSFET, the voltage between the gate and the source (substrate) of the driving MOSFET is higher than the breakdown voltage. A voltage higher by Vbe is applied. Further, in the case of configuring MOSFETs used in various logic circuits including BiCMOS logic circuits, according to the conventional method, the gate oxide film is configured to have the same thickness for all MOSFETs. is doing.
【0008】ここにおいて、駆動用のMOSFETのゲ
ート酸化膜の厚さを、そのゲート・ソース間の耐圧に基
づいて決定すると、前記駆動用のMOSFET以外のM
OSFETに流れる電流が小さくなってしまい、前記各
種の論理回路に供給される電源電圧を高くしたとして
も、前記各種の論理回路を高速動作させることができな
くなる。これとは逆に、前記駆動用のMOSFET以外
のMOSFETのゲート酸化膜の厚さを、そのゲート・
ソース間の耐圧に基づいて決定すると、前記駆動用のM
OSFETがゲート・ソース(基板)間に加わる前記高
い電圧により前記ゲート酸化膜が絶縁破壊を起こすとい
う問題がある。Here, if the thickness of the gate oxide film of the driving MOSFET is determined based on the breakdown voltage between the gate and the source, M other than the driving MOSFET is determined.
The current flowing through the OSFET becomes small, and even if the power supply voltage supplied to the various logic circuits is increased, the various logic circuits cannot operate at high speed. On the contrary, the thickness of the gate oxide film of the MOSFET other than the driving MOSFET is
If it is determined based on the breakdown voltage between the sources, the driving M
There is a problem that the gate oxide film causes dielectric breakdown due to the high voltage applied between the gate and source (substrate) of the OSFET.
【0009】このように、従来は、LSIで構成される
各素子の耐圧について充分考慮がなされていなかったた
め、実際に高速動作を行なうLSI構成の論理回路を実
現するのが困難であるという問題もあった。As described above, conventionally, since the breakdown voltage of each element constituted by the LSI has not been sufficiently taken into consideration, it is difficult to realize a logic circuit having an LSI configuration which actually operates at high speed. there were.
【0010】本発明は、前記各種の問題点を除去するも
のであって、その目的は、MOSFETのホットキャリ
ア耐圧やドレイン・ソース間の耐圧より電源電圧を高く
しても、そのゲート耐圧を充分に確保できるゲート回路
及びそれを含む半導体装置を提供することにある。The present invention eliminates the above-mentioned various problems, and an object thereof is to make the gate withstand voltage sufficient even if the power supply voltage is higher than the hot carrier withstand voltage of MOSFET and the withstand voltage between drain and source. Another object of the present invention is to provide a gate circuit which can be ensured and a semiconductor device including the same.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】前記目的の達成のため
に、本発明は、一方の電源端子と出力端子間に接続され
た第1の素子及び前記出力端子と他方の電源端子間に接
続された第2の素子からなり、前記出力端子に接続の負
荷を駆動する出力段と、少なくとも駆動用の絶縁ゲート
型FET及び一定電圧降下素子と電荷引抜用の絶縁ゲー
ト型FETとの直列接続体からなり、前記第1の素子及
び/または第2の素子の入力電極に接続された駆動段と
を有するゲート回路において、前記駆動用の絶縁ゲート
型FETの導電型と前記電荷引抜用の絶縁ゲート型FE
Tの導電型とは互いに相補であり、かつ、前記駆動用の
絶縁ゲート型FETのゲート酸化膜の厚みと前記電荷引
抜用の絶縁ゲート型FETのゲート酸化膜の厚みとが異
なっている第1の手段を具備する。To achieve the above object, the present invention provides a first element connected between one power supply terminal and an output terminal and a first element connected between the output terminal and the other power supply terminal. And an output stage for driving a load connected to the output terminal, and a series connection body of at least a driving insulated gate FET and a constant voltage drop element and an insulated gate FET for charge extraction. In a gate circuit having a driving stage connected to the input electrodes of the first element and / or the second element, the conductivity type of the driving insulated gate FET and the insulating gate type for charge extraction FE
The conductivity type of T is complementary to each other, and the thickness of the gate oxide film of the driving insulated gate FET is different from the thickness of the gate oxide film of the charge extracting insulated gate FET. It is equipped with means.
【0012】また、前記目的の達成のために、本発明
は、一方の電源端子と出力端子間に接続された第1の素
子及び前記出力端子と他方の電源端子間に接続された第
2の素子からなり、前記出力端子に接続の負荷を駆動す
る出力段と、少なくとも駆動用の絶縁ゲート型FET及
び一定電圧降下素子と電荷引抜用の絶縁ゲート型FET
との直列接続体からなり、前記第1の素子及び/または
第2の素子の入力電極に接続された駆動段とを有するゲ
ート回路において、前記駆動用の絶縁ゲート型FETの
導電型と前記電荷引抜用の絶縁ゲート型FETの導電型
とは互いに相補であり、かつ、前記駆動用の絶縁ゲート
型FETのゲート酸化膜の材料と前記電荷引抜用の絶縁
ゲート型FETのゲート酸化膜の材料とが異なっている
第2の手段を具備する。In order to achieve the above object, the present invention provides a first element connected between one power supply terminal and an output terminal and a second element connected between the output terminal and the other power supply terminal. An output stage which is composed of an element and drives a load connected to the output terminal, at least a driving insulated gate FET and a constant voltage drop element, and an electric charge extraction insulated gate FET
In a gate circuit having a driving stage connected to the input electrodes of the first element and / or the second element, the conductive type of the driving insulated gate FET and the charge. The conductivity type of the extraction insulated gate FET is complementary to each other, and the material of the gate oxide film of the driving insulated gate FET and the material of the gate oxide film of the charge extraction insulated gate FET. Are different from each other.
【0013】さらに、前記目的の達成のために、本発明
は、互いに隣接配置されたn及びpウェル領域を有し、
前記pウェル領域と、前記pウェル領域の上側に設けた
一対の高不純物濃度のn+ソース及びドレイン領域と、
前記n+ソース及びドレイン領域間の前記pウェル領域
の表面に第1の絶縁層を介して配置されたゲート電極と
により構成される第1の絶縁ゲート型FET、及び、前
記nウェル領域と、前記nウェル領域の上側に設けた一
対の高不純物濃度のp+ソース及びドレイン領域と、前
記p+ソース及びドレイン領域間の前記nウェル領域の
表面に第2の絶縁層を介して配置されたゲート電極とに
より構成される第2の絶縁ゲート型FETからなり、前
記第1及び第2の絶縁ゲート型FETは、導電型が互い
に相補であって、ゲート回路の駆動段を構成している半
導体装置において、前記第1の絶縁層の厚みと前記第2
の絶縁層の厚みとが異なるように構成するか、または、
前記第1の絶縁層の材料と前記第2の絶縁層の材料とが
異なるように構成した第3の手段を具備する。Further, in order to achieve the above object, the present invention has n and p well regions arranged adjacent to each other,
The p-well region and a pair of high-impurity-concentration n + source and drain regions provided above the p-well region;
A first insulated gate FET composed of a gate electrode disposed on the surface of the p well region between the n + source and drain regions via a first insulating layer; and the n well region, A pair of high impurity concentration p + source and drain regions provided on the upper side of the n well region, and a gate electrode disposed on the surface of the n well region between the p + source and drain regions via a second insulating layer. And a second insulated gate FET, the first and second insulated gate FETs having complementary conductivity types and forming a drive stage of a gate circuit. The thickness of the first insulating layer and the second
Or the thickness of the insulation layer of
It comprises a third means configured such that the material of the first insulating layer and the material of the second insulating layer are different.
【0014】[0014]
【作用】前記第1の手段によれば、ゲート回路の出力段
を構成する第1の素子及び/または第2の素子を駆動す
る駆動用のMOSFETのゲート酸化膜の厚みを、前記
駆動用のMOSFET以外のMOSFETのゲート酸化
膜の厚みよりも厚く構成したので、前記駆動用のMOS
FETのゲート耐圧及びTDDB耐圧が、前記駆動用の
MOSFET以外のMOSFETのゲート耐圧及びTD
DB耐圧よりも高くなり、前記駆動用のMOSFETの
ドレイン・ソース間耐圧及びホットキャリア耐圧より
も、ゲート回路に供給される電源電圧を高くすることが
可能になり、それによってゲート回路を高速動作させる
ことが可能になる。According to the first means, the thickness of the gate oxide film of the driving MOSFET for driving the first element and / or the second element forming the output stage of the gate circuit is set to Since the gate oxide film is thicker than the MOSFET other than the MOSFET, the driving MOS is
The gate breakdown voltage and TDDB breakdown voltage of the FET are the gate breakdown voltage and TD of the MOSFET other than the driving MOSFET.
It becomes higher than the DB withstand voltage, and the power supply voltage supplied to the gate circuit can be made higher than the drain-source withstand voltage and the hot carrier withstand voltage of the driving MOSFET, thereby operating the gate circuit at high speed. It will be possible.
【0015】前記第2の手段によれば、ゲート回路の出
力段を構成する第1の素子及び/または第2の素子を駆
動する駆動用のMOSFETのゲート酸化膜の誘電率
を、前記駆動用のMOSFET以外のMOSFETのゲ
ート酸化膜の誘電率よりも大きい材料で構成したので、
前記駆動用のMOSFETのゲート耐圧及びTDDB耐
圧が、前記駆動用のMOSFET以外のMOSFETの
ゲート耐圧及びTDDB耐圧よりも高くなり、前記駆動
用のMOSFETのドレイン・ソース間耐圧及びホット
キャリア耐圧よりも、ゲート回路に供給される電源電圧
を高くすることが可能になり、それによってゲート回路
を高速動作させることが可能になる。According to the second means, the dielectric constant of the gate oxide film of the driving MOSFET for driving the first element and / or the second element forming the output stage of the gate circuit Since it is made of a material that has a larger dielectric constant than the gate oxide film of MOSFETs other than
The gate withstand voltage and the TDDB withstand voltage of the driving MOSFET are higher than the gate withstand voltage and the TDDB withstand voltage of MOSFETs other than the driving MOSFET, and are higher than the drain-source withstand voltage and the hot carrier withstand voltage of the driving MOSFET. It is possible to increase the power supply voltage supplied to the gate circuit, which allows the gate circuit to operate at high speed.
【0016】前記第3の手段によれば、半導体装置内に
ゲート回路の駆動段を構成している導電型が互いに相補
のMOSFETを配置形成する場合に、一方の導電型の
MOSFETのゲート酸化膜の厚みを、他方の導電型の
MOSFETのゲート酸化膜の厚みよりも厚く構成する
か、または、一方の導電型のMOSFETのゲート酸化
膜の誘電率を、他方の導電型のMOSFETのゲート酸
化膜の誘電率よりも大きい材料で構成したので、前記一
方の導電型のMOSFETのゲート耐圧及びTDDB耐
圧が、前記他方の導電型のMOSFETのゲート耐圧及
びTDDB耐圧よりも高くなり、前記一方の導電型のM
OSFETのドレイン・ソース間耐圧及びホットキャリ
ア耐圧よりも、ゲート回路に供給される電源電圧を高く
することが可能になり、それによってこの半導体装置内
に形成された前記ゲート回路を高速動作させることが可
能になる。According to the third means, in the case where MOSFETs of the same conductivity type which form the drive stage of the gate circuit are arranged and formed in the semiconductor device, the gate oxide film of the MOSFET of one conductivity type is formed. Is thicker than the thickness of the gate oxide film of the MOSFET of the other conductivity type, or the dielectric constant of the gate oxide film of the MOSFET of one conductivity type is set to the gate oxide film of the MOSFET of the other conductivity type. , The gate breakdown voltage and TDDB breakdown voltage of the one conductivity type MOSFET are higher than the gate breakdown voltage and TDDB breakdown voltage of the other conductivity type MOSFET. M
The power supply voltage supplied to the gate circuit can be made higher than the drain-source withstand voltage and the hot carrier withstand voltage of the OSFET, whereby the gate circuit formed in this semiconductor device can be operated at high speed. It will be possible.
【0017】[0017]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0018】図1は、本発明に係わるゲート回路の第1
の実施例を示す回路構成図である。FIG. 1 shows a first gate circuit according to the present invention.
2 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of FIG.
【0019】図1において、1はnpnバイポーラトラ
ンジスタ、2はnMOSFET、3は前記npnトラン
ジスタ1を駆動する駆動用のpMOSFET、4は前記
npnトランジスタ1のベース電荷を引抜く電荷引抜用
のnMOSFET、5は一定電圧降下素子を構成するダ
イオード、6は信号入力端子、7は信号出力端子、8は
第1の電源端子、9は第2の電源端子(接地端子)であ
る。In FIG. 1, 1 is an npn bipolar transistor, 2 is an nMOSFET, 3 is a driving pMOSFET for driving the npn transistor 1, 4 is an nMOSFET for extracting a charge for extracting a base charge of the npn transistor 1, 5 Is a diode constituting a constant voltage drop element, 6 is a signal input terminal, 7 is a signal output terminal, 8 is a first power supply terminal, and 9 is a second power supply terminal (ground terminal).
【0020】そして、第1の電源端子8と出力端子7間
に接続されたnpnトランジスタ1と、出力端子7と第
2の電源端子9に接続されたnMOSFET2とからな
る回路部分は出力段であって、前記部分はBiNMOS
ゲート回路を構成している。また、第1の電源端子8と
npnトランジスタ1のベース間に接続された駆動用の
pMOSFET3と、npnトランジスタ1のベースと
接地端子9間に接続されたダイオード5と電荷引抜用の
nMOSFET4の直列接続体とからなる回路部分は駆
動段であって、前記部分は出力段のプルアップ側のnp
nトランジスタ1に対して前記ベースバイアス法を適用
した構成になっている。この場合、nMOSFET2
は、ドレインが出力端子7に、ソースが第2の電源端子
9にそれぞれ接続され、駆動用のpMOSFET3は、
ソースが第1の電源端子8に、ドレインが前記ベースに
それぞれ接続されている。また、電荷引抜用のnMOS
FET4は、ドレインがダイオード5のカソードに、ソ
ースが接地端子9にそれぞれ接続されている。さらに、
特に、図示はないが、駆動用のpMOSFET3のゲー
ト酸化膜は、その厚みを電荷引抜用のnMOSFET4
のゲート酸化膜の厚みよりも厚く構成するか、または、
駆動用のpMOSFET3のゲート酸化膜だけを、シリ
コン酸化膜の代わりにタンタルオキサイド等の高誘電率
を有する材料で構成している。The circuit portion consisting of the npn transistor 1 connected between the first power supply terminal 8 and the output terminal 7 and the nMOSFET 2 connected to the output terminal 7 and the second power supply terminal 9 is the output stage. And the part is BiNMOS
It constitutes a gate circuit. Also, a driving pMOSFET 3 connected between the first power supply terminal 8 and the base of the npn transistor 1, a diode 5 connected between the base of the npn transistor 1 and the ground terminal 9, and an nMOSFET 4 for extracting electric charge are connected in series. The circuit portion including the body is a driving stage, and the portion is a pull-up side np of the output stage.
The base bias method is applied to the n-transistor 1. In this case, nMOSFET2
Has a drain connected to the output terminal 7 and a source connected to the second power supply terminal 9, and the driving pMOSFET 3 is
The source is connected to the first power supply terminal 8 and the drain is connected to the base. In addition, nMOS for charge extraction
The FET 4 has a drain connected to the cathode of the diode 5 and a source connected to the ground terminal 9. further,
Although not particularly shown, the gate oxide film of the driving pMOSFET 3 has a thickness equal to that of the nMOSFET 4 for extracting charges.
Thicker than the thickness of the gate oxide film of
Only the gate oxide film of the driving pMOSFET 3 is made of a material having a high dielectric constant such as tantalum oxide instead of the silicon oxide film.
【0021】ここにおいて、電荷引抜用のnMOSFE
T4は、そのオン時にnpnトランジスタ20のベース
電荷を引抜いて接地端子9に伝達させることにより、n
pnトランジスタ1を確実にオフ状態にし、過渡状態に
おけるnpnトランジスタ1の貫通電流を抑制するもの
である。また、ダイオード5は、そのオン時に両端に発
生する順方向電圧Vbeによって、駆動用のpMOSF
ET3及び電荷引抜用のnMOSFET4のドレイン・
ソース間の印加電圧を電源電圧Vccよりも前記電圧V
be分だけ低下させるようにするものである。Here, nMOSFE for charge extraction
When T4 is turned on, the base charge of the npn transistor 20 is extracted and transmitted to the ground terminal 9, thereby making n
The pn transistor 1 is surely turned off, and the through current of the npn transistor 1 in the transient state is suppressed. Further, the diode 5 is driven by the forward voltage Vbe generated at both ends of the diode 5 to drive the pMOSF.
Drain of ET3 and nMOSFET4 for charge extraction
The applied voltage between the sources is set to the above-mentioned voltage V rather than the power supply voltage Vcc.
The amount is reduced by be.
【0022】なお、以下の図面においては、特に、明示
がない限り、pMOSFETのウェル(基板)は第1の
電源端子側に接続され、nMOSFETのウェル(基
板)は第2の電源端子側(接地電圧側)に接続されてい
るものである。In the following drawings, the well (substrate) of the pMOSFET is connected to the first power supply terminal side, and the well (substrate) of the nMOSFET is connected to the second power supply terminal side (ground) unless otherwise specified. It is connected to the voltage side).
【0023】本実施例のゲート回路は、以下に述べるよ
うな動作を行なう。The gate circuit of this embodiment operates as described below.
【0024】入力端子6には、正レベルが電源端子8の
供給電圧Vccより前記電圧Vbeだけ低い電圧(Vc
c−Vbe)、負レベルが接地電圧である入力信号が供
給される。まず、入力信号の正レベル期間には、nMO
SFET2がオン状態になって、そのソース・ドレイン
間の電圧降下がほぼ0になり、出力端子7の電圧は接地
電圧に低下し、出力信号は接地電圧(負レベル)にな
る。このとき、駆動用のpMOSFET3はオフ状態に
なり、それに伴ってnpnトランジスタ1もオフになる
が、電荷引抜用のnMOSFET4とダイオード5はオ
ン状態になり、npnトランジスタ1のベース電荷を引
抜いて接地点に伝送させるとともに、ダイオード5の両
端に発生する一定電圧Vbeによって、A点の電圧は前
記電圧Vbeに設定される。The input terminal 6 has a voltage (Vc) whose positive level is lower than the supply voltage Vcc of the power supply terminal 8 by the voltage Vbe.
c-Vbe), an input signal whose negative level is the ground voltage is supplied. First, during the positive level period of the input signal, nMO
The SFET 2 is turned on, the voltage drop between the source and the drain becomes almost 0, the voltage of the output terminal 7 drops to the ground voltage, and the output signal becomes the ground voltage (negative level). At this time, the driving pMOSFET 3 is turned off, and the npn transistor 1 is also turned off accordingly, but the charge extracting nMOSFET 4 and the diode 5 are turned on, and the base charge of the npn transistor 1 is extracted to the ground point. And the voltage at point A is set to the voltage Vbe by the constant voltage Vbe generated across the diode 5.
【0025】次に、前記入力信号の負レベル期間になる
と、駆動用のpMOSFET3がオン状態になって、そ
のソース・ドレイン間の電圧降下がほぼ0になり、前記
A点の電圧を電源電圧Vccに等しくするので、npn
トランジスタ1はオン状態になり、出力端子7の電圧は
電源電圧Vccからnpnトランジスタ1のベース・エ
ミッタ間電圧Vbeを差し引いた電圧(Vcc−Vb
e)に上昇し、出力信号は前記電圧(Vcc−Vbe)
(正レベル)になる。このとき、nMOSFET2と電
荷引抜用のnMOSFET4はともにオフ状態になるの
で、前記A点の電圧及び出力端子7の出力電圧に何等の
影響も与えない。Next, in the negative level period of the input signal, the driving pMOSFET 3 is turned on, the voltage drop between its source and drain becomes almost 0, and the voltage at the point A becomes the power supply voltage Vcc. Equal to npn
The transistor 1 is turned on, and the voltage of the output terminal 7 is the power supply voltage Vcc minus the base-emitter voltage Vbe of the npn transistor 1 (Vcc-Vb).
e) and the output signal is the voltage (Vcc-Vbe).
(Positive level). At this time, both the nMOSFET 2 and the nMOSFET 4 for extracting charges are turned off, so that the voltage at the point A and the output voltage of the output terminal 7 are not affected at all.
【0026】このように、本実施例においては、入力信
号及び出力信号は、ともに、正レベルのときが電圧(V
cc−Vbe)になり、負レベルのときが接地電圧にな
るものであるから、出力信号は入力信号とレベルが一致
し、かつ、その極性だけが反転したものになる。また、
前記A点は、そのオン時に両端に一定電圧Vbeを発生
させるダイオード5の作用により、正レベル時に電源電
圧Vccまで上昇するのに対して、負レベル時に電圧V
beまで降下するだけであり、出力端子7の電圧も、正
レベル時に前記電圧(Vcc−Vbe)に上昇し、負レ
ベル時に接地電圧に低下するので、nMOSFET2、
pMOSFET3、それにnMOSFET4の各ドレイ
ン・ソース間には、最大でも前記電圧(Vcc−Vb
e)が印加されるだけで、それ以上の電圧が印加される
ことがなく、しかも、npnトランジスタ1において
も、そのコレクタ・エミッタ間に印加される電圧は、最
高でも電源電圧Vccより低い電圧(Vcc−Vbe)
である。As described above, in this embodiment, both the input signal and the output signal are voltage (V
cc-Vbe), which is the ground voltage when the level is negative, the output signal has the same level as the input signal and only the polarity thereof is inverted. Also,
The point A rises to the power supply voltage Vcc at a positive level by the action of the diode 5 which generates a constant voltage Vbe at both ends when the point A is turned on, while the voltage Vbecomes at a negative level.
Since the voltage of the output terminal 7 rises to the above voltage (Vcc-Vbe) at the positive level and drops to the ground voltage at the negative level, the nMOSFET 2,
The maximum voltage (Vcc-Vb) is applied between the drain and source of the pMOSFET 3 and the nMOSFET 4.
Only the voltage e) is applied, no more voltage is applied, and the voltage applied between the collector and the emitter of the npn transistor 1 is lower than the power supply voltage Vcc (maximum). Vcc-Vbe)
Is.
【0027】ここにおいて、本実施例は、npnトラン
ジスタ1のコレクタ・エミッタ間、及び、各MOSFE
T2、3、4のドレイン・ソース間の印加電圧は、最大
でも前記電圧(Vcc−Vbe)に抑えることができる
反面、出力段のプルダウン側がnMOSFET2で構成
されているため、前述のように、出力端子7の出力電圧
の負レベルは接地電位まで低下する。このため、駆動用
のpMOSFET3のゲート・ソース(基板)間には前
記電圧(Vcc−Vbe)よりも高い電源電圧Vccが
直接印加され、この高い電源電圧Vccにより駆動用の
pMOSFET3のゲート酸化膜が絶縁破壊を起こす可
能性がある。Here, in this embodiment, between the collector and the emitter of the npn transistor 1 and each MOSFE.
The applied voltage between the drain and the source of T2, 3, 4 can be suppressed to the above-mentioned voltage (Vcc-Vbe) at the maximum, but the pull-down side of the output stage is composed of the nMOSFET 2 and, as described above, The negative level of the output voltage of the terminal 7 drops to the ground potential. Therefore, a power supply voltage Vcc higher than the voltage (Vcc-Vbe) is directly applied between the gate and source (substrate) of the driving pMOSFET 3, and the gate oxide film of the driving pMOSFET 3 is caused by this high power supply voltage Vcc. Dielectric breakdown may occur.
【0028】そこで、本実施例は、前記絶縁破壊を防ぐ
ための手段を設けているもので、その手段の第1のもの
は、駆動用のpMOSFET3のゲート酸化膜の厚さ
を、それ以外のMOSFET、即ち、nMOSFET
2、4のゲート酸化膜の厚さよりも厚く構成したもので
あり、また、その手段の第2のものは、駆動用のpMO
SFET3のゲート酸化膜の材料を、シリコン酸化膜か
らタンタルオキサイド等の高誘電率を有する材料に換
え、駆動用のpMOSFET3のゲート耐圧が高くなる
ように構成したものである。このような手段を講じるこ
とにより、駆動用のpMOSFET3のゲート・ソース
(基板)間に前記高い電源電圧Vccが直接印加されて
も、駆動用のpMOSFET3のゲート酸化膜が絶縁破
壊を起こすことがなくなる。Therefore, in this embodiment, means for preventing the dielectric breakdown is provided, and the first means is to change the thickness of the gate oxide film of the driving pMOSFET 3 to the other values. MOSFET, or nMOSFET
The gate oxide film is thicker than the second and fourth gate oxide films, and the second means is a pMO for driving.
The material of the gate oxide film of the SFET 3 is changed from a silicon oxide film to a material having a high dielectric constant such as tantalum oxide so that the gate breakdown voltage of the driving pMOSFET 3 is increased. By taking such means, even if the high power supply voltage Vcc is directly applied between the gate and source (substrate) of the driving pMOSFET 3, the gate oxide film of the driving pMOSFET 3 does not cause dielectric breakdown. ..
【0029】従って、本実施例によれば、nMOSFE
T2、pMOSFET3、nMOSFET4において、
そのドレイン・ソース間、ゲート・ソース間、及び、ゲ
ート・ドレイン間の印加電圧は、pMOSFET3のゲ
ート・ソース間の印加電圧を除いて、最高でも電源電圧
Vccより低い電圧(Vcc−Vbe)に過ぎないこと
から、電源電圧Vccを、nMOSFET2、pMOS
FET3、nMOSFET4の信頼性により決められる
耐圧(MOSFETの耐圧)よりも前記電圧Vbe分だ
け高く選ぶことが可能になり、高速動作の可能なBiN
MOS論理回路を得ることができる。また、この場合
に、駆動用のpMOSFET3のゲート・ソース(基
板)間に前記高い電源電圧Vccが直接印加されたとし
ても、前記手段の採用によって、駆動用のpMOSFE
T3のゲート酸化膜が絶縁破壊を起こすことがないの
で、高信頼性を有する前記ゲート回路が得られることに
なる。Therefore, according to this embodiment, the nMOSFE
In T2, pMOSFET3, nMOSFET4,
The applied voltage between the drain and the source, between the gate and the source, and between the gate and the drain is a voltage (Vcc-Vbe) lower than the power supply voltage Vcc at the maximum except for the applied voltage between the gate and the source of the pMOSFET 3. Therefore, the power supply voltage Vcc is set to nMOSFET2, pMOS
It is possible to select a voltage higher than the withstand voltage (withstand voltage of the MOSFET) determined by the reliability of the FET 3 and the nMOSFET 4 by the voltage Vbe, and a BiN capable of high-speed operation.
A MOS logic circuit can be obtained. Further, in this case, even if the high power supply voltage Vcc is directly applied between the gate and the source (substrate) of the driving pMOSFET 3, by adopting the above means, the driving pMOSFE can be obtained.
Since the gate oxide film of T3 does not cause dielectric breakdown, the gate circuit having high reliability can be obtained.
【0030】続く、図2は、本発明に係わるゲート回路
の第2の実施例を示す回路構成図である。FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing a second embodiment of the gate circuit according to the present invention.
【0031】図2において、10は第2のnpnバイポ
ーラトランジスタ、11は前記npnトランジスタ10
を駆動する第2の駆動用のnMOSFET、12は前記
npnトランジスタ10のベース電荷を引抜く第2の電
荷引抜用のpMOSFET、13は任意の電圧Vaを供
給する第3の電源端子であり、その他、図1に示す構成
要素と同じ構成要素には同じ符号を付けている。In FIG. 2, 10 is a second npn bipolar transistor, 11 is the npn transistor 10
For driving a second nMOSFET for driving, 12 is a pMOSFET for drawing a second charge for drawing a base charge of the npn transistor 10, and 13 is a third power supply terminal for supplying an arbitrary voltage Va, and The same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.
【0032】そして、出力段は、第1のnpnトランジ
スタ1と、出力端子7と第2の電源端子9間に接続され
た第2のnpnトランジスタ10とからなり、これらは
トーテムポール型のBiCMOSゲート回路を構成して
いる。また、駆動段は、出力段のプルアップ側に関連す
る回路部分が、第1の駆動用のpMOSFET3、及
び、一定電圧降下素子を構成するダイオード5と第1の
電荷引抜用のnMOSFET4の直列接続体からなり、
同じくプルダウン側に関連する回路部分が、出力端子7
と第2のnpnトランジスタ10のベース間に接続され
た第2の駆動用のnMOSFET11、前記ベースと第
3の電源端子13に接続された第2の電荷引抜用のpM
OSFET12からなっていて、駆動段は出力段のプル
アップ側及びプルダウン側の双方にベースバイアス法を
適用した構成のものである。この場合、第1の電荷引抜
用のnMOSFET4は、ソースが第3の電源端子13
に接続され、第2の駆動用のnMOSFET11は、ド
レインが出力端子7に、ソースが第2のnpnトランジ
スタ10のベースにそれぞれ接続されている。第2の電
荷引抜用のpMOSFET12は、ソースが前記ベース
に、ドレインが第2の電源端子9に、ゲートが出力端子
7にそれぞれ接続されている。この他に、前述の実施例
と同様に、特に、図示はないが、第1の駆動用のpMO
SFET3のゲート酸化膜は、その厚みを他のMOSF
ET、即ち、第1の電荷引抜用のnMOSFET4、第
2の駆動用のnMOSFET11、第2の電荷引抜用の
pMOSFET12のゲート酸化膜の厚みよりも厚く構
成するか、または、第1の駆動用のpMOSFET3の
ゲート酸化膜だけをシリコン酸化膜に代えてタンタルオ
キサイド等の高誘電率を有する材料で構成している。The output stage comprises a first npn transistor 1 and a second npn transistor 10 connected between the output terminal 7 and the second power supply terminal 9, which are totem pole type BiCMOS gates. It constitutes a circuit. Further, in the drive stage, the circuit portion related to the pull-up side of the output stage has a first drive pMOSFET 3 and a diode 5 constituting a constant voltage drop element and a first charge extraction nMOSFET 4 connected in series. Consists of the body,
Similarly, the circuit part related to the pull-down side is the output terminal 7
And a second nPN transistor 10 for driving connected between the bases of the second npn transistor 10 and a second pM for extracting electric charge connected to the base and the third power supply terminal 13.
It is composed of the OSFET 12, and the drive stage has a configuration in which the base bias method is applied to both the pull-up side and the pull-down side of the output stage. In this case, the source of the first nMOSFET 4 for extracting charges is the third power supply terminal 13
The second driving nMOSFET 11 has a drain connected to the output terminal 7 and a source connected to the base of the second npn transistor 10. In the second pMOSFET 12 for extracting charges, the source is connected to the base, the drain is connected to the second power supply terminal 9, and the gate is connected to the output terminal 7. In addition to this, as in the above-described embodiment, although not particularly shown, the first drive pMO is used.
The gate oxide film of SFET3 has the same thickness as that of other MOSF.
ET, that is, the first nMOSFET 4 for extracting charge, the second nMOSFET 11 for driving, and the second pMOSFET 12 for extracting charge, which are thicker than the gate oxide films, or for the first driving Only the gate oxide film of the pMOSFET 3 is replaced with a silicon oxide film and made of a material having a high dielectric constant such as tantalum oxide.
【0033】本実施例のゲート回路は、以下に述べるよ
うな動作を行なう。The gate circuit of this embodiment operates as described below.
【0034】入力端子6には、正レベルが電源電圧Vc
cより前記電圧Vbeだけ低い電圧(Vcc−Vb
e)、負レベルが前記電圧Vbeである入力信号が供給
される。まず、入力信号の正レベル期間には、出力段の
プルダウン側の部分において、第2の駆動用のnMOS
FET11及び第2のnpnトランジスタ10がともに
オン状態になり、出力端子7の電圧は第2のnpnトラ
ンジスタ10のベース・エミッタ間電圧Vbeに低下
し、出力信号は電圧Vbe(負レベル)になる。このと
き、出力段のプルアップ側の部分において、第1の駆動
用のpMOSFET3及び第2の電荷引抜用のpMOS
FET12はともにオフ状態になるが、第1の電荷引抜
用のnMOSFET4及びダイオード5がともにオン状
態になって、A点の電圧が前記電圧Vbeと任意の電圧
Vaとの和電圧(Vbe+Va)に設定される(ただ
し、Vbe≧Va)。At the input terminal 6, a positive level is the power supply voltage Vc.
A voltage (Vcc-Vb) lower than the voltage Vbe by the voltage Vbe.
e), an input signal whose negative level is the voltage Vbe is supplied. First, during the positive level period of the input signal, the second driving nMOS is provided in the pull-down side portion of the output stage.
The FET 11 and the second npn transistor 10 are both turned on, the voltage at the output terminal 7 drops to the base-emitter voltage Vbe of the second npn transistor 10, and the output signal becomes the voltage Vbe (negative level). At this time, in the part on the pull-up side of the output stage, the first driving pMOSFET 3 and the second charge extracting pMOS 3
Although both the FETs 12 are turned off, both the first nMOSFET 4 for extracting charges and the diode 5 are turned on, and the voltage at the point A is set to the sum voltage (Vbe + Va) of the voltage Vbe and an arbitrary voltage Va. (However, Vbe ≧ Va).
【0035】次に、前記入力信号の負レベル期間に入る
と、前記プルアップ側の部分において、第1の駆動用の
pMOSFET3がオン状態になり、A点の電圧が電源
電圧Vccまで上昇するので、第1のnpnトランジス
タ1がオン状態になり、出力端子7の電圧は電源電圧V
ccから第1のnpnトランジスタ1のベース・エミッ
タ間電圧Vbeを差し引いた電圧(Vcc−Vbe)に
上昇し、出力信号は電圧(Vcc−Vbe)(正レベ
ル)になる。このとき、前記プルアップ側の部分におい
ては、第1の電荷引抜用のnMOSFET4及びダイオ
ード5がともにオフ状態になって、前記A点の電圧及び
出力端子7の電圧に何等の影響も与えないが、前記プル
ダウン側の部分においては、前記第2の駆動用のnMO
SFET11及び第2のnpnトランジスタ10はとも
にオフ状態になり、第2の電荷引抜用のpMOSFET
12がオン状態になって、B点の電圧は前記電圧Vbe
と前記電圧Vaとの和電圧(Vbe+Va)に設定され
る。Next, in the negative level period of the input signal, the first drive pMOSFET 3 is turned on in the pull-up side portion, and the voltage at the point A rises to the power supply voltage Vcc. , The first npn transistor 1 is turned on, and the voltage of the output terminal 7 is the power supply voltage V
The voltage rises to a voltage (Vcc-Vbe) obtained by subtracting the base-emitter voltage Vbe of the first npn transistor 1 from cc, and the output signal becomes a voltage (Vcc-Vbe) (positive level). At this time, in the portion on the pull-up side, both the first nMOSFET 4 and the diode 5 for extracting electric charge are turned off, and there is no influence on the voltage at the point A and the voltage at the output terminal 7. , In the part on the pull-down side, the nMO for the second drive
Both the SFET 11 and the second npn transistor 10 are turned off, and the pMOSFET for the second charge extraction is formed.
12 is turned on, and the voltage at the point B is the voltage Vbe
Is set to a sum voltage (Vbe + Va) of the voltage Va and the voltage Va.
【0036】このように、本実施例においては、入力信
号及び出力信号は、ともに、正レベルが電圧(Vcc−
Vbe)、負レベルが電圧Vbeであって、出力信号は
入力信号とレベルが一致し、かつ、極性の反転したもの
になる。そして、前記A点は、正レベル時に電源電圧V
ccまで上昇し、負レベル時に前記和電圧(Vbe+V
a)に降下するので、第1の駆動用のpMOSFET3
及び第1の電荷引抜用のnMOSFET4の各ドレイン
・ソース間には、最大でも電圧{Vcc−(Vbe+V
a)}が印加されるだけである。また、前記B点は、正
レベル時に前記電圧(Vcc−Vbe)に上昇し、負レ
ベル時に前記和電圧(Vbe+Va)に降下するので、
第2の駆動用のnMOSFET11及び第2の電荷引抜
用のpMOSFET12の各ドレイン・ソース間にも、
最大で電圧{Vcc−(Vbe+Va)}が印加される
に過ぎない。さらに、各npnトランジスタ1、10の
コレクタ・エミッタ間の印加電圧も、最大で、電源電圧
Vccより低い電圧(Vcc−Vbe)になる。As described above, in this embodiment, the positive level of both the input signal and the output signal is the voltage (Vcc-
Vbe), the negative level is the voltage Vbe, and the output signal has the same level as the input signal and the polarity is inverted. The point A is the power supply voltage V at the positive level.
cc, and at the time of a negative level, the sum voltage (Vbe + V
p) 3 for the first drive because it falls to a).
And between the drain and the source of the first nMOSFET 4 for extracting charges, a voltage of at most {Vcc- (Vbe + V
a)} is only applied. In addition, since the point B rises to the voltage (Vcc-Vbe) at the positive level and drops to the sum voltage (Vbe + Va) at the negative level,
Also between the drain and source of the second nMOSFET 11 for driving and the pMOSFET 12 for second charge extraction,
The maximum voltage {Vcc- (Vbe + Va)} is only applied. Further, the applied voltage between the collector and the emitter of each npn transistor 1 and 10 also becomes a voltage (Vcc-Vbe) lower than the power supply voltage Vcc at the maximum.
【0037】この場合、本実施例においても、各npn
トランジスタ1、10のコレクタ・エミッタ間の印加電
圧は、最大で前記電圧(Vcc−Vbe)であり、各M
OSFET3、4、11、12のドレイン・ソース間の
印加電圧は、最大でも前記電圧{Vcc−(Vbe+V
a)}に抑えることができ、しかも、両nMOSFET
4、11及びpMOSFET12のゲート・ソース(基
板)間の印加電圧も、最大で前記電圧{Vcc−(Vb
e+Va)}に抑えることができるものの、第1の駆動
用のpMOSFET3のゲート・ソース(基板)間の印
加電圧は、第2のnpnトランジスタ10のオン時に出
力端子7の負レベルが電圧Vbeまで低下するので、前
記電圧{Vcc−(Vbe+Va)}より電圧Va分だ
け高い電圧(Vcc−Vbe)が印加されるようにな
り、前記高い電圧(Vcc−Vbe)の印加で第1の駆
動用のpMOSFET3のゲート酸化膜が絶縁破壊を起
こす可能性がある。In this case, also in this embodiment, each npn
The maximum applied voltage between the collector and the emitter of the transistors 1 and 10 is the above voltage (Vcc-Vbe).
The maximum applied voltage between the drain and source of the OSFETs 3, 4, 11, 12 is the voltage {Vcc- (Vbe + V
a)} and both nMOSFETs
The maximum applied voltage between the gates and sources (substrates) of the p-type MOSFETs 4 and 11 and the substrate (substrate) is the voltage {Vcc- (Vb
e + Va)}, but the applied voltage between the gate and source (substrate) of the first driving pMOSFET 3 is such that the negative level of the output terminal 7 decreases to the voltage Vbe when the second npn transistor 10 is turned on. Therefore, a voltage (Vcc-Vbe) higher than the voltage {Vcc- (Vbe + Va)} by a voltage Va is applied, and the first driving pMOSFET 3 is applied by the application of the high voltage (Vcc-Vbe). Gate oxide film may cause dielectric breakdown.
【0038】そこで、本実施例においても、前記絶縁破
壊を防ぐ手段として、第1の駆動用のpMOSFET3
のゲート酸化膜は、その厚さを他のMOSFET4、1
1、12のゲート酸化膜の厚さよりも厚く構成する手
段、または、第1の駆動用のpMOSFET3のゲート
酸化膜を、シリコン酸化膜に代えてタンタルオキサイド
等の高誘電率を有する材料で構成する手段を付加し、第
1の駆動用のpMOSFET3のゲート耐圧を他のもの
よりも高くしている。前記手段の採用により、第1の駆
動用のpMOSFET3のゲート・ソース(基板)間に
前記高い電圧(Vcc−Vbe)が印加されても、第1
の駆動用のpMOSFET3のゲート酸化膜が絶縁破壊
を起こすことがない。Therefore, also in this embodiment, as a means for preventing the dielectric breakdown, the first driving pMOSFET 3 is used.
The thickness of the gate oxide film of the other MOSFETs 4, 1
Means for making the gate oxide film thicker than 1 and 12 or the gate oxide film of the first pMOSFET 3 for driving is made of a material having a high dielectric constant such as tantalum oxide instead of the silicon oxide film. By adding a means, the gate breakdown voltage of the first driving pMOSFET 3 is made higher than the others. By adopting the above-mentioned means, even if the high voltage (Vcc-Vbe) is applied between the gate and the source (substrate) of the first driving pMOSFET 3,
The gate oxide film of the driving pMOSFET 3 does not cause dielectric breakdown.
【0039】従って、本実施例によれば、pMOSFE
T3、nMOSFET4、nMOSFET11、pMO
SFET12において、そのドレイン・ソース間、ゲー
ト・ソース(基板)間、及び、ゲート・ドレイン間の印
加電圧は、pMOSFET3のゲート・ソース(基板)
間の印加電圧を除いて、最大でも前記電圧{Vcc−
(Vbe+Va)}に過ぎないので、電源電圧Vcc
を、各MOSFET3、4、11、12の信頼性により
決められる耐圧(MOSFETの耐圧)よりも前記電圧
(Vbe+Va)分だけ高く選ぶことが可能になり、高
速動作の可能なBiCMOSゲート回路を得ることがで
きるものである。また、この場合、第1の駆動用のpM
OSFET3のゲート・ソース(基板)間に前記高い電
源電圧(Vcc−Vbe)が直接印加されても、前記手
段により第1の駆動用のpMOSFET3のゲート酸化
膜が絶縁破壊を起こすことがないので、高信頼性を有す
る前記ゲート回路を得ることができる。Therefore, according to this embodiment, pMOSFE
T3, nMOSFET 4, nMOSFET 11, pMO
In the SFET 12, the applied voltage between the drain and source, between the gate and source (substrate), and between the gate and drain is the gate and source (substrate) of the pMOSFET 3.
Except for the applied voltage between them, at most the voltage {Vcc-
(Vbe + Va)}, the power supply voltage Vcc
Can be selected by a voltage (Vbe + Va) higher than the withstand voltage (MOSFET withstand voltage) determined by the reliability of each of the MOSFETs 3, 4, 11, and 12, and a BiCMOS gate circuit capable of high-speed operation can be obtained. Can be done. Also, in this case, the pM for the first drive
Even if the high power supply voltage (Vcc-Vbe) is directly applied between the gate and source (substrate) of the OSFET 3, the gate oxide film of the first pMOSFET 3 for driving does not cause dielectric breakdown by the means. The gate circuit having high reliability can be obtained.
【0040】続く、図3は、図2のゲート回路における
出力段のプルアップ側のトランジスタ1及びその駆動段
を構成してなる半導体装置の一実施例を示す断面図であ
る。FIG. 3 is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor device including the transistor 1 on the pull-up side of the output stage and the driving stage thereof in the gate circuit of FIG.
【0041】図3において、14はn型ウェル領域、1
5はp+高不純物濃度のドレイン拡散層、16はp+高
不純物濃度のソース拡散層、17はゲート電極、18は
ゲート酸化膜、19はp型ウェル領域、20はn+高不
純物濃度のソース拡散層、21はn+高不純物濃度のド
レイン拡散層、22はゲート電極、23はゲート酸化
膜、24はフィールド酸化膜であり、その他、図2に示
す構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付けている。In FIG. 3, 14 is an n-type well region, 1
5 is a p + high impurity concentration drain diffusion layer, 16 is a p + high impurity concentration source diffusion layer, 17 is a gate electrode, 18 is a gate oxide film, 19 is a p-type well region, and 20 is an n + high impurity concentration source diffusion layer. , 21 is a drain diffusion layer of n + high impurity concentration, 22 is a gate electrode, 23 is a gate oxide film, and 24 is a field oxide film. In addition, the same components as those shown in FIG. There is.
【0042】そして、n型ウェル領域14、p+高不純
物濃度のドレイン拡散層15、p+高不純物濃度のソー
ス拡散層16、ゲート電極17、ゲート酸化膜18から
なる部分は、第1の駆動用のpMOSFET3を構成し
ており、p型ウェル領域19、n+高不純物濃度のソー
ス拡散層20、n+高不純物濃度のドレイン拡散層2
1、ゲート電極22、ゲート酸化膜23からなる部分
は、第1の電荷引抜用のnMOSFET4を構成してい
る。この場合、第1の駆動用のpMOSFET3側のゲ
ート酸化膜18の厚さを、第1の引抜用のnMOSFE
T4のゲート酸化膜23の厚さよりも厚く構成してい
る。Then, a portion including the n-type well region 14, the p + high impurity concentration drain diffusion layer 15, the p + high impurity concentration source diffusion layer 16, the gate electrode 17, and the gate oxide film 18 is used for the first driving. The pMOSFET 3 is constituted, and the p-type well region 19, the n + high impurity concentration source diffusion layer 20, and the n + high impurity concentration drain diffusion layer 2 are formed.
The portion composed of 1, the gate electrode 22, and the gate oxide film 23 constitutes the first nMOSFET 4 for extracting charges. In this case, the thickness of the gate oxide film 18 on the side of the first driving pMOSFET 3 is set to the first nMOSFE for extraction.
The gate oxide film 23 is thicker than T4.
【0043】前記構成において、いま、ゲート回路に供
給される電源電圧Vccを、第1の駆動用のpMOSF
ET3や第1の引抜用のnMOSFET4の信頼性で決
まる耐圧(MOSFETの耐圧)よりも、第1のnpn
トランジスタ1をベースバイアスした分、即ち、電圧
(Vbe+Va)分だけ高く設定した場合に、前述の理
由によって、第1の駆動用のpMOSFET3のゲート
・ソース(基板)間に、第1の電荷引抜用のnMOSF
ET4のゲート・ソース(基板)間に印加される最大電
圧{Vcc−(Vbe+Va)}よりも高い電圧(Vc
c−Vbe)が印加されることがあるが、本実施例にお
いては、第1の駆動用のpMOSFET3のゲート酸化
膜18の厚さを、第1の電荷引抜用のnMOSFET4
のゲート酸化膜23の厚さよりも厚く構成しているの
で、第1の駆動用のpMOSFET3のゲート耐圧及び
TDDB耐圧を充分確保することができるものである。
このため、ゲート回路の電源電圧Vccを前記MOSF
ETの耐圧よりも前記電圧(Vbe+Va)分だけ高く
設定することが可能になり、それによりゲート回路を高
速動作させることが可能になる。In the above structure, the power supply voltage Vcc supplied to the gate circuit is now set to the first driving pMOSF.
The first npn is higher than the withstand voltage (MOSFET withstand voltage) determined by the reliability of the ET3 and the first pull-out nMOSFET 4.
When the base bias of the transistor 1, that is, the voltage (Vbe + Va) is set high, the first charge extraction is performed between the gate and the source (substrate) of the first driving pMOSFET 3 for the reason described above. NMOSF
A voltage (Vc higher than the maximum voltage {Vcc- (Vbe + Va)} applied between the gate and source (substrate) of ET4.
c-Vbe) may be applied, but in the present embodiment, the thickness of the gate oxide film 18 of the first driving pMOSFET 3 is set to the first nMOSFET 4 for extracting charge.
Since the gate oxide film 23 is thicker than the gate oxide film 23, the gate withstand voltage and the TDDB withstand voltage of the first driving pMOSFET 3 can be sufficiently secured.
Therefore, the power supply voltage Vcc of the gate circuit is set to the MOSF.
It is possible to set the voltage higher than the withstand voltage of ET by the voltage (Vbe + Va), which allows the gate circuit to operate at high speed.
【0044】前述の場合、第1の駆動用のpMOSFE
T3のゲート酸化膜18の厚さは、電源電圧Vccを2
V程度に設定した場合、他のMOSFET、即ち、第1
の電荷引抜用のnMOSFET4のゲート酸化膜23の
厚さの約1.5倍程度に選択するのが好ましい。In the above case, the first drive pMOSFE is used.
The thickness of the gate oxide film 18 at T3 depends on the power supply voltage Vcc of 2
When set to about V, another MOSFET, that is, the first MOSFET
It is preferable to select about 1.5 times the thickness of the gate oxide film 23 of the nMOSFET 4 for extracting electric charges.
【0045】一般に、MOSFETのゲート酸化膜の厚
さを厚くすると、そのゲート容量が小さくなって、同一
入力に対するドレイン電流は小さくなるが、本実施例の
場合においては、第1の駆動用のpMOSFET3のゲ
ート酸化膜18の厚みを厚くするように構成しても、ゲ
ート・ソース(基板)間に前記高い電圧(Vcc−Vb
e)が印加されるので、第1の駆動用のpMOSFET
3を流れるドレイン電流は小さくならない。In general, if the gate oxide film of the MOSFET is made thicker, its gate capacitance becomes smaller and the drain current for the same input becomes smaller. However, in the case of this embodiment, the first driving pMOSFET 3 is used. Even if the thickness of the gate oxide film 18 is increased, the high voltage (Vcc-Vb) is applied between the gate and the source (substrate).
e) is applied, the first driving pMOSFET
The drain current flowing through 3 does not become small.
【0046】ここにおいて、第1の駆動用のpMOSF
ET3のゲート酸化膜18の厚さを、他のMOSFE
T、即ち、第1の電荷引抜用のnMOSFET4のゲー
ト酸化膜23の厚さよりも厚くするための手段に付いて
述べると、その1つの手段は、始めに、全てのMOSF
ETに対して同じ厚さのゲート酸化膜を形成し、次い
で、第1の駆動用のpMOSFET3を除いた他のMO
SFET、即ち、第1の電荷引抜用のnMOSFET4
のゲート酸化膜23の領域を窒化膜で覆い、続いて、第
1の駆動用のpMOSFET3のゲート酸化膜18の領
域に酸化膜を追加形成する手段であり、もう1つの手段
は、始めに、第1の駆動用のpMOSFET3及び第1
の電荷引抜用のnMOSFET4の中のどちらか一方を
形成し、次に、その形成したMOSFETを酸化膜等の
絶縁物により覆い、その後でもう一方のMOSFETを
形成する手段であり、その他にも種々の手段が考えられ
る。Here, the first driving pMOSF
The thickness of the gate oxide film 18 of ET3 is set to other MOSFE
T, that is, a means for increasing the thickness of the gate oxide film 23 of the first nMOSFET 4 for charge extraction, one means is, first, for all MOSFs.
A gate oxide film of the same thickness is formed for ET, and then another MO except for the first driving pMOSFET 3 is formed.
SFET, that is, nMOSFET 4 for first charge extraction
Of the gate oxide film 23 is covered with a nitride film, and then an oxide film is additionally formed in the region of the gate oxide film 18 of the first pMOSFET 3 for driving, and the other means is as follows. First driving pMOSFET 3 and first
Is a means for forming one of the nMOSFETs 4 for extracting electric charge, then covering the formed MOSFET with an insulator such as an oxide film, and then forming the other MOSFET, and various other means. The means of can be considered.
【0047】また、第1の駆動用のpMOSFET3の
ゲート酸化膜18の厚みを、第1の電荷引抜用のnMO
SFET4のゲート酸化膜23の厚みと異ならせる代わ
りに、第1の駆動用のpMOSFET3のゲート酸化膜
18を、他のMOSFET、即ち、第1の電荷引抜用の
nMOSFET4のゲート酸化膜23よりも誘電率が高
い材料で形成しても、前記効果と同様の効果を得ること
ができる。この理由は、ゲート酸化膜18に誘電率が高
い材料を用いた場合、同じゲート容量を得るために必要
なゲート酸化膜18の膜厚が厚くなるので、第1の駆動
用のpMOSFET3のゲート酸化膜18の厚みを、他
のMOSFET、即ち、第1の電荷引抜用のnMOSF
ET4のゲート酸化膜23のゲート酸化膜23の厚みよ
りも厚く構成しても、そのゲート容量を第1の電荷引抜
用のnMOSFET4のゲート容量と同程度にすること
ができる。そして、この場合には、第1の電荷引抜用の
nMOSFET4のゲート・ソース(基板)間の印加電
圧が高くなった分だけ、そのドレイン電流を大きくする
ことができ、ゲート回路をさらに高速動作させることが
可能になる。Further, the thickness of the gate oxide film 18 of the first driving pMOSFET 3 is set to be the same as the nMO for the first charge extraction.
Instead of making the thickness of the gate oxide film 23 of the SFET 4 different, the gate oxide film 18 of the first pMOSFET 3 for driving has a dielectric constant higher than that of the other MOSFET, that is, the gate oxide film 23 of the nMOSFET 4 for first charge extraction. Even if it is formed of a material having a high ratio, the same effect as the above effect can be obtained. The reason for this is that when a material having a high dielectric constant is used for the gate oxide film 18, the thickness of the gate oxide film 18 required to obtain the same gate capacitance becomes large, so that the gate oxidation of the first pMOSFET 3 for driving is increased. The thickness of the film 18 is set to be different from that of another MOSFET, that is, the first nMOSF for charge extraction.
Even if the gate oxide film 23 of the ET4 is thicker than the gate oxide film 23, its gate capacitance can be made approximately the same as the gate capacitance of the first nMOSFET 4 for charge extraction. Then, in this case, the drain current can be increased by the amount of the applied voltage between the gate and the source (substrate) of the first nMOSFET 4 for extracting charges, and the gate circuit can be operated at a higher speed. It will be possible.
【0048】次に、図4は、本発明に係わるゲート回路
の第3の実施例を示す回路構成図である。Next, FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a third embodiment of the gate circuit according to the present invention.
【0049】図4において、25は第2のpnpバイポ
ーラトランジスタ、26は第2の駆動用のnMOSFE
T、27は第2の電荷引抜用のpMOSFET、28は
第2の一定電圧降下素子を構成するダイオード、29は
第4の電源端子であり、その他、図1及び図2に示す構
成要素と同じ構成要素には同じ符号を付けている。In FIG. 4, 25 is a second pnp bipolar transistor, and 26 is a second driving nMOSFE.
T and 27 are pMOSFETs for pulling out a second charge, 28 is a diode which constitutes a second constant voltage drop element, 29 is a fourth power supply terminal, and is otherwise the same as the components shown in FIGS. 1 and 2. The components are given the same reference numerals.
【0050】そして、出力段は、第1のnpnトランジ
スタ1と、出力端子7と接地端子9間に接続された第2
のpnpトランジスタ25とからなり、これらは相補の
バイポーラトランジスタ1、25を用いたCBiCMO
Sゲート回路を構成している。また、駆動段は、出力段
のプルアップ側の部分が、第1の駆動用のpMOSFE
T3、及び、一定電圧降下素子を構成するダイオード5
と第1の電荷引抜用のnMOSFET4の直列接続体か
らなり、同じくプルダウン側の部分が、第4の電源端子
29と第2のpnpトランジスタ25のベース間に接続
された第2の電荷引抜用のpMOSFET27及びダイ
オード28の直列接続体と、前記ベースと接地端子9間
に接続された第2の駆動用のnMOSFET26からな
っていて、駆動段は出力段のプルアップ側及びプルダウ
ン側の部分の双方にベースバイアス法を適用した構成を
有している。この場合、第2のpnpトランジスタ25
は、エミッタが出力端子7に、コレクタが接地端子9に
それぞれ接続され、第2の駆動用のnMOSFET26
は、ドレインが前記ベースに、ソースが接地端子9にそ
れぞれ接続されている。第2の電荷引抜用のpMOSF
ET27は、ソースが第4の電源端子29に、ドレイン
がダイオード28のアノードにそれぞれ接続されてい
る。The output stage is composed of the first npn transistor 1 and the second npn transistor 2 connected between the output terminal 7 and the ground terminal 9.
Pnp transistor 25 of the above, and these are CBiCMO using complementary bipolar transistors 1 and 25.
It constitutes an S gate circuit. In the drive stage, the pull-up side portion of the output stage is the first pMOSFE for drive.
T3 and diode 5 that constitutes a constant voltage drop element
And a first nMOSFET 4 for extracting charges, which is connected in series, and the same pull-down side portion is connected between the fourth power supply terminal 29 and the base of the second pnp transistor 25 for extracting second charges. It comprises a series connection of a pMOSFET 27 and a diode 28, and a second driving nMOSFET 26 connected between the base and the ground terminal 9, and the driving stage is on both the pull-up side and the pull-down side of the output stage. It has a configuration to which the base bias method is applied. In this case, the second pnp transistor 25
Has an emitter connected to the output terminal 7 and a collector connected to the ground terminal 9, and has a second driving nMOSFET 26.
Has a drain connected to the base and a source connected to the ground terminal 9. Second pMOSF for charge extraction
The ET 27 has a source connected to the fourth power supply terminal 29 and a drain connected to the anode of the diode 28.
【0051】本実施例の動作については、出力段のプル
アップ側の部分を駆動する駆動段の構成は前述の第2の
実施例の構成と同じであるので、前記部分に付いての動
作の説明は省略し、ここでは出力段のプルダウン側の部
分を駆動する駆動段の動作について説明する。Regarding the operation of this embodiment, the structure of the drive stage for driving the pull-up side portion of the output stage is the same as that of the second embodiment described above, so that the operation of the above-mentioned portion will be described. The description is omitted, and here, the operation of the drive stage that drives the pull-down side portion of the output stage will be described.
【0052】入力端子6には、正レベルが電源電圧Vc
cより前記電圧Vbeだけ低い電圧(Vcc−Vb
e)、負レベルが前記電圧Vbeである入力信号が供給
される。まず、入力信号の正レベル期間には、第2の駆
動用のnMOSFET26がオン状態になり、B点の電
圧が接地電圧に降下するので、第2のpnpトランジス
タ25がオン状態になり、出力端子7の電圧は第2のp
npトランジスタ25のベース・エミッタ間電圧Vbe
にまで降下し、出力信号は電圧Vbe(負レベル)にな
る。このとき、第2の電荷引抜用のpMOSFET27
及びダイオード28がともにオフ状態になっており、B
点の電圧は接地電位に維持される。A positive level is applied to the input terminal 6 by the power supply voltage Vc.
A voltage (Vcc-Vb) lower than the voltage Vbe by the voltage Vbe.
e), an input signal whose negative level is the voltage Vbe is supplied. First, during the positive level period of the input signal, the second driving nMOSFET 26 is turned on and the voltage at the point B drops to the ground voltage, so that the second pnp transistor 25 is turned on and the output terminal The voltage of 7 is the second p
Base-emitter voltage Vbe of np transistor 25
And the output signal becomes the voltage Vbe (negative level). At this time, the second pMOSFET 27 for extracting charges
And the diode 28 are both off,
The voltage at the point is maintained at ground potential.
【0053】次に、前記入力信号の負レベル期間に入る
と、第2の駆動用のnMOSFET26がオフ状態にな
り、それに伴って第2のpnpトランジスタ25もオフ
状態になるが、第2の電荷引抜用のpMOSFET27
及びダイオード28がともにオン状態になり、前記B点
の電圧は第4の電源端子29の供給電圧(Vcc−V
a)から前記電圧Vbeを差し引いた電圧、即ち、電圧
{Vcc−(Vbe+Va)}に設定される(ただし、
ここでもVbe≧Va)。Next, in the negative level period of the input signal, the second driving nMOSFET 26 is turned off and the second pnp transistor 25 is also turned off accordingly. PMOSFET 27 for extraction
And the diode 28 are both turned on, and the voltage at the point B is the supply voltage (Vcc-V) of the fourth power supply terminal 29.
It is set to a voltage obtained by subtracting the voltage Vbe from a), that is, a voltage {Vcc- (Vbe + Va)} (however,
Again, Vbe ≧ Va).
【0054】このように、本実施例においても、入力信
号及び出力信号は、ともに、正レベルが電圧(Vcc−
Vbe)、負レベルが電圧Vbeであって、出力信号は
入力信号とレベルが一致し、かつ、極性の反転したもの
になる。そして、前記A点は、第2の実施例のところで
述べたように、正レベル時に電源電圧Vccに上昇し、
負レベル時に前記和電圧(Vbe+Va)に降下するの
で、第1の駆動用のpMOSFET3及び第1の電荷引
抜用のnMOSFET4の各ドレイン・ソース間には、
最大でも電圧{Vcc−(Vbe+Va)}が印加され
るに過ぎない。また、前記B点は、正レベル時に前記電
圧{Vcc−(Vbe+Va)}にまで上昇し、負レベ
ル時に接地電圧に降下するので、第2の駆動用のnMO
SFET26及び第2の電荷引抜用のpMOSFET2
7の各ドレイン・ソース間には、最大でも電圧{Vcc
−(Vbe+Va)}が印加されるに過ぎない。さら
に、第1及び第2のトランジスタ1、25のコレクタ・
エミッタ間の印加電圧も、最大で、電源電圧Vccより
低い電圧(Vcc−Vbe)になる。As described above, also in this embodiment, the positive level of the input signal and the output signal is the voltage (Vcc-).
Vbe), the negative level is the voltage Vbe, and the output signal has the same level as the input signal and the polarity is inverted. As described in the second embodiment, the point A rises to the power supply voltage Vcc at the positive level,
Since it drops to the sum voltage (Vbe + Va) at the negative level, between the drain and source of the first driving pMOSFET 3 and the first charge extracting nMOSFET 4,
At most, the voltage {Vcc- (Vbe + Va)} is only applied. Further, the point B rises to the voltage {Vcc- (Vbe + Va)} at the positive level and drops to the ground voltage at the negative level, so that the nMO for the second drive is formed.
SFET 26 and second pMOSFET 2 for extracting charge
The maximum voltage between each drain and source of 7 is {Vcc
Only-(Vbe + Va)} is applied. In addition, the collectors of the first and second transistors 1 and 25
The maximum applied voltage between the emitters is also a voltage (Vcc-Vbe) lower than the power supply voltage Vcc.
【0055】この場合、本実施例においても、第1及び
第2のトランジスタ1、25のコレクタ・エミッタ間の
印加電圧は、最大で前記電圧(Vcc−Vbe)であ
り、各MOSFET3、4、26、27のドレイン・ソ
ース間の印加電圧は、最大でも前記電圧{Vcc−(V
be+Va)}に抑えることができ、かつ、第1及び第
2の電荷引抜用のMOSFET4、27のゲート・ソー
ス(基板)間の印加電圧も、最大、前記電圧{Vcc−
(Vbe+Va)}に抑えることができる。In this case, also in the present embodiment, the applied voltage between the collector and the emitter of the first and second transistors 1 and 25 is the maximum voltage (Vcc-Vbe), and the MOSFETs 3, 4, and 26 are the same. , 27, the applied voltage between the drain and the source is at most the voltage {Vcc- (V
be + Va)}, and the maximum applied voltage between the gate and source (substrate) of the first and second MOSFETs 4 and 27 for charge extraction is (Vcc−).
(Vbe + Va)}.
【0056】しかるに、第1の駆動用のpMOSFET
3のゲート・ソース(基板)間の印加電圧は、出力端子
7の出力電圧が負レベル時に電圧Vbeに降下するた
め、また、第2の駆動用のnMOSFET26のゲート
・ソース(基板)間の印加電圧は、出力端子7の出力電
圧が正レベル時に電圧(Vcc−Vbe)まで上昇する
ために、前記電圧{Vcc−(Vbe+Va)}より電
圧Va分だけ高い電圧(Vcc−Vbe)が印加される
ようになる。このため、前記高い電圧(Vcc−Vb
e)の印加により第1及び第2の駆動用のMOSFET
3、26のゲート酸化膜が絶縁破壊を起こす可能性があ
る。However, the first driving pMOSFET
The voltage applied between the gate and the source (substrate) of No. 3 drops to the voltage Vbe when the output voltage of the output terminal 7 is at a negative level, and the voltage applied between the gate and the source (substrate) of the second driving nMOSFET 26 is The voltage (Vcc-Vbe) higher than the voltage {Vcc- (Vbe + Va)} by the voltage Va is applied to the voltage because the output voltage of the output terminal 7 rises to the voltage (Vcc-Vbe) at the positive level. Like Therefore, the high voltage (Vcc-Vb)
e) application of first and second driving MOSFETs
The gate oxide films 3 and 26 may cause dielectric breakdown.
【0057】そこで、本実施例においても、前記絶縁破
壊を防ぐ手段として、第1及び第2の駆動用のMOSF
ET3、26のゲート酸化膜は、その厚さを他のMOS
FET4、27のゲート酸化膜の厚さよりも厚く構成す
るする手段、または、第1及び第2の駆動用のMOSF
ET3、26のゲート酸化膜をシリコン酸化膜に代えて
タンタルオキサイド等の高誘電率を有する材料で構成す
る手段を採用し、第1及び第2の駆動用のMOSFET
3、26のゲート耐圧を他のものよりも高くしているの
で、第1及び第2の駆動用のMOSFET3、26のゲ
ート・ソース(基板)間に前記高い電圧(Vcc−Vb
e)が印加されても、それらのゲート酸化膜が絶縁破壊
を起こすことがない。Therefore, also in this embodiment, as means for preventing the dielectric breakdown, the first and second MOSFs for driving are used.
The gate oxide film of ET3, 26 has the same thickness as that of other MOS.
Means for configuring the FETs 4 and 27 to be thicker than the thickness of the gate oxide film, or the first and second driving MOSFs
First and second MOSFETs for driving are adopted by adopting a means of replacing the gate oxide film of ET3, 26 with a silicon oxide film and using a material having a high dielectric constant such as tantalum oxide.
Since the gate breakdown voltage of each of the transistors 3 and 26 is set higher than the others, the high voltage (Vcc-Vb) is applied between the gate and the source (substrate) of the first and second driving MOSFETs 3 and 26.
Even if e) is applied, those gate oxide films do not cause dielectric breakdown.
【0058】従って、本実施例においても、pMOSF
ET3、nMOSFET4、nMOSFET26、pM
OSFET27において、そのドレイン・ソース間、ゲ
ート・ソース(基板)間、及び、ゲート・ドレイン間の
印加電圧は、pMOSFET3及びnMOSFET26
のゲート・ソース(基板)間の印加電圧を除いて、最大
でも前記電圧{Vcc−(Vbe+Va)}になるに過
ぎないので、電源電圧Vccを、各MOSFET3、
4、26、27の信頼性により決められる耐圧(MOS
FETの耐圧)よりも前記電圧(Vbe+Va)分だけ
高く選ぶことが可能になり、高速動作の可能なCBiC
MOSゲート回路を得ることができる。また、この場
合、第1の駆動用のpMOSFET3または第2の駆動
用のnMOSFET26のゲート・ソース(基板)間に
前記高い電源電圧(Vcc−Vbe)が直接印加されて
も、前記手段により第1の駆動用のpMOSFET3ま
たは第2の駆動用のnMOSFET26のゲート酸化膜
が絶縁破壊を起こすことがないので、高信頼性を有する
前記ゲート回路を得ることができる。Therefore, also in this embodiment, the pMOSF
ET3, nMOSFET4, nMOSFET26, pM
In the OSFET 27, the applied voltages between the drain and source, between the gate and source (substrate), and between the gate and drain are pMOSFET 3 and nMOSFET 26.
Except for the applied voltage between the gate and source (substrate) of the above, the maximum voltage is only the voltage {Vcc- (Vbe + Va)}.
Withstand voltage (MOS
It is possible to select a voltage higher than the FET withstand voltage) by the above voltage (Vbe + Va), and CBiC capable of high-speed operation can be selected.
A MOS gate circuit can be obtained. Further, in this case, even if the high power supply voltage (Vcc-Vbe) is directly applied between the gate and the source (substrate) of the first driving pMOSFET 3 or the second driving nMOSFET 26, the first means can be used. Since the gate oxide film of the driving pMOSFET 3 or the second driving nMOSFET 26 does not cause dielectric breakdown, the gate circuit having high reliability can be obtained.
【0059】次に、図5は、本発明に係わるゲート回路
の第4の実施例を示す回路構成図である。Next, FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing a fourth embodiment of the gate circuit according to the present invention.
【0060】図5において、図4に示す構成部分と同じ
構成部分については同じ符号を付けている。In FIG. 5, the same components as those shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals.
【0061】そして、本実施例は、前述の第3の実施例
において、第1の電荷引抜用のnMOSFET4のソー
スを第3の電源端子13に、また、第2の電荷引抜用の
pMOSFET27のソースを第4の電源端子29にそ
れぞれ接続する代わりに出力端子7に接続したもので、
前述の第3の実施例と同様に、出力段はCBiCMOS
ゲート回路を構成し、その出力段のプルアップ側及びプ
ルダウン側の双方の駆動段にベースバイアス法を適用し
た構成を有している。In this embodiment, the source of the first nMOSFET 4 for charge extraction is the third power supply terminal 13 in the third embodiment, and the source of the second pMOSFET 27 for charge extraction is the same as the third embodiment. Are connected to the output terminal 7 instead of being respectively connected to the fourth power supply terminal 29,
As in the third embodiment, the output stage is a CBiCMOS.
The gate circuit is configured, and the base bias method is applied to both the drive stages on the pull-up side and the pull-down side of the output stage.
【0062】本実施例の動作は、前述の第4の実施例に
おける電圧Vaの代わりに、出力端子7に得られる電圧
Vbeを利用している点を除けば、前述の第4の実施例
の動作とほぼ同じであるので、これ以上の詳しい説明は
省略する。The operation of this embodiment is the same as that of the above-described fourth embodiment except that the voltage Vbe obtained at the output terminal 7 is used instead of the voltage Va in the above-mentioned fourth embodiment. Since the operation is almost the same, further detailed description will be omitted.
【0063】本実施例においても、入力信号及び出力信
号は、ともに、正レベルが電圧(Vcc−Vbe)、負
レベルが電圧Vbeであって、出力信号は入力信号とレ
ベルが一致し、かつ、極性の反転したものになる。そし
て、前記A点は、正レベル時に電源電圧Vccまで上昇
し、負レベル時に電圧2Vbeにまで降下するので、第
1の駆動用のpMOSFET3及び第1の電荷引抜用の
nMOSFET4の各ドレイン・ソース間には、最大で
も電圧(Vcc−2Vbe)が印加されるだけである。
また、前記B点は、正レベル時に前記電圧(Vcc−2
Vbe)に上昇し、負レベル時に接地電圧にまで降下す
るので、第2の駆動用のnMOSFET26及び第2の
電荷引抜用のpMOSFET27の各ドレイン・ソース
間にも、最大で電圧(Vcc−2Vbe)が印加される
に過ぎない。さらに、第1及び第2のトランジスタ1、
25のコレクタ・エミッタ間の印加電圧も、最大で、電
源電圧Vccより低い電圧(Vcc−Vbe)になる。Also in this embodiment, both the input signal and the output signal have the positive level of the voltage (Vcc-Vbe) and the negative level of the voltage Vbe, and the output signal has the same level as the input signal, and The polarity will be reversed. Since the point A rises to the power supply voltage Vcc at the positive level and drops to 2Vbe at the negative level, the drain-source between the first driving pMOSFET 3 and the first charge extracting nMOSFET 4 is increased. Is only applied with a voltage (Vcc-2Vbe) at maximum.
Further, the point B has the voltage (Vcc-2 at the positive level).
Since the voltage rises to Vbe) and drops to the ground voltage at a negative level, the maximum voltage (Vcc-2Vbe) is also applied between the drain and source of the second driving nMOSFET 26 and the second charge extracting pMOSFET 27. Is only applied. Furthermore, the first and second transistors 1,
The maximum applied voltage between the collector and the emitter of 25 is also a voltage (Vcc-Vbe) lower than the power supply voltage Vcc.
【0064】この場合、本実施例においても、第1及び
第2のトランジスタ1、25のコレクタ・エミッタ間の
印加電圧は、最大で前記電圧(Vcc−Vbe)であ
り、各MOSFET3、4、26、27のドレイン・ソ
ース間の印加電圧は、最大でも前記電圧(Vcc−2V
be)に抑えることができ、しかも、第1及び第2の電
荷引抜用のMOSFET4、27のゲート・ソース(基
板)間の印加電圧も、最大で前記電圧(Vcc−2Vb
e)に抑えることができるものの、第1の駆動用のpM
OSFET3のゲート・ソース(基板)間の印加電圧
は、出力端子7の出力電圧の負レベル時に電圧Vbeに
まで降下し、また、第2の駆動用のnMOSFET26
のゲート・ソース(基板)間の印加電圧は、出力端子7
の出力電圧の正レベル時に電圧(Vcc−Vbe)まで
上昇するので、それぞれ前記電圧(Vcc−2Vbe)
より電圧Vbe分だけ高い電圧(Vcc−Vbe)が印
加されるようになり、この高い電圧(Vcc−Vbe)
の印加で第1の駆動用のpMOSFET3または第2の
駆動用のnMOSFET26のゲート酸化膜が絶縁破壊
を起こす可能性がある。In this case, also in this embodiment, the applied voltage between the collector and the emitter of the first and second transistors 1 and 25 is the above voltage (Vcc-Vbe) at the maximum, and the MOSFETs 3, 4, and 26 are the same. The maximum voltage applied between the drain and source of
be), and the applied voltage between the gate and the source (substrate) of the first and second MOSFETs 4 and 27 for charge extraction is at most the voltage (Vcc-2Vb).
Although it can be suppressed to e), pM for the first drive
The applied voltage between the gate and the source (substrate) of the OSFET 3 drops to the voltage Vbe when the output voltage of the output terminal 7 is at the negative level, and the second driving nMOSFET 26
The voltage applied between the gate and source (substrate) of the
Rises to the voltage (Vcc-Vbe) at the positive level of the output voltage of each of the output voltages (Vcc-2Vbe).
A voltage (Vcc-Vbe) higher than the voltage Vbe is applied, and this higher voltage (Vcc-Vbe) is applied.
May cause dielectric breakdown in the gate oxide film of the first driving pMOSFET 3 or the second driving nMOSFET 26.
【0065】そこで、本実施例においても、前記絶縁破
壊を防ぐ手段として、第1の駆動用のpMOSFET3
及び第2の駆動用のnMOSFET26のゲート酸化膜
は、その厚さを他のMOSFET、即ち、第1の電荷引
抜用のnMOSFET4及び第2の電荷引抜用のpMO
SFET27のゲート酸化膜の厚さよりも厚く構成する
手段、または、第1の駆動用のpMOSFET3及び第
2の駆動用のnMOSFET26のゲート酸化膜をシリ
コン酸化膜に代えてタンタルオキサイド等の高誘電率を
有する材料で構成する手段を採用し、第1の駆動用のp
MOSFET3及び第2の駆動用のnMOSFET26
のゲート耐圧を他のものよりも高くしている。前記手段
の採用により、第1の駆動用のpMOSFET3及び第
2の駆動用のnMOSFET26のゲート・ソース(基
板)間に前記高い電圧(Vcc−Vbe)が印加されて
も、これらゲート酸化膜が絶縁破壊を起こすことがな
い。Therefore, also in this embodiment, as a means for preventing the dielectric breakdown, the first driving pMOSFET 3 is used.
And the gate oxide film of the second driving nMOSFET 26 has the same thickness as that of another MOSFET, that is, the first charge extracting nMOSFET 4 and the second charge extracting pMO.
A means for making the gate oxide film thicker than that of the SFET 27, or replacing the gate oxide films of the first driving pMOSFET 3 and the second driving nMOSFET 26 with a silicon oxide film, a high dielectric constant such as tantalum oxide is used. By adopting a means composed of a material that has, p for the first drive
MOSFET 3 and nMOSFET 26 for second driving
Gate withstand voltage is higher than others. By adopting the above means, even if the high voltage (Vcc-Vbe) is applied between the gate and the source (substrate) of the first driving pMOSFET 3 and the second driving nMOSFET 26, these gate oxide films are insulated. Does not cause destruction.
【0066】従って、本実施例によれば、pMOSFE
T3、nMOSFET4、nMOSFET26、pMO
SFET27において、そのドレイン・ソース間、ゲー
ト・ソース(基板)間、及び、ゲート・ドレイン間の印
加電圧は、pMOSFET3、nMOSFET26のゲ
ート・ソース(基板)間の印加電圧を除いて、最大でも
前記電圧(Vcc−2Vbe)に過ぎないので、電源電
圧Vccを、各MOSFET3、4、26、27の信頼
性により決められる耐圧(MOSFETの耐圧)よりも
前記電圧2Vbe分だけ高く選ぶことが可能になり、高
速動作の可能なCBiCMOSゲート回路を得ることが
できる。また、この場合、第1の駆動用のpMOSFE
T3及び第2の駆動用のnMOSFET26のゲート・
ソース(基板)間に前記高い電源電圧(Vcc−Vb
e)が直接印加されても、前記手段によりそれらのゲー
ト酸化膜が絶縁破壊を起こすことがないので、高信頼性
を有する前記ゲート回路を得ることができる。Therefore, according to this embodiment, pMOSFE
T3, nMOSFET4, nMOSFET26, pMO
In the SFET 27, the applied voltage between the drain and the source, between the gate and the source (substrate), and between the gate and the drain is the maximum voltage except the applied voltage between the gate and the source (substrate) of the pMOSFET 3 and the nMOSFET 26. Since it is only (Vcc-2Vbe), it is possible to select the power supply voltage Vcc higher than the withstand voltage (the MOSFET withstand voltage) determined by the reliability of each MOSFET 3, 4, 26, 27 by the voltage 2Vbe. A CBiCMOS gate circuit that can operate at high speed can be obtained. Further, in this case, the first driving pMOSFE
T3 and the gate of the nMOSFET 26 for the second drive
The high power supply voltage (Vcc-Vb) is applied between the sources (substrates).
Even if e) is directly applied, the gate oxide film does not cause dielectric breakdown by the means, so that the gate circuit having high reliability can be obtained.
【0067】さらに、図6は、本発明に係わるゲート回
路の第5の実施例を示す回路構成図である。Further, FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing a fifth embodiment of the gate circuit according to the present invention.
【0068】図6において、30は第1のnMOSFE
T、31は電荷引抜用のnMOSFET、32は一定電
圧降下素子を構成するnMOSFETであり、その他、
図1に示す構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け
ている。In FIG. 6, 30 is the first nMOSFE.
T and 31 are nMOSFETs for extracting electric charge, 32 is an nMOSFET forming a constant voltage drop element, and
The same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.
【0069】そして、出力段は、第1の電源端子8と出
力端子7間に接続された第1のnMOSFET30と、
出力端子7と第2の電源端子9間に接続された第2のn
MOSFET2からなり、これらはMOSゲート回路を
構成している。また、駆動段は、出力段のプルアップ側
に関連する回路部分が、第1の駆動用のpMOSFET
3、及び、一定電圧降下素子を構成するnMOSFET
32と電荷引抜用のnMOSFET31の直列接続体か
らなっており、前述の第1の実施例と同様に、出力段の
プルアップ側の駆動段にベースバイアス法を適用した構
成を有している。この場合、第1のnMOSFET30
は、ドレインが第1の電源端子8に、ソースは出力端子
7にそれぞれ接続されている。第1の電荷引抜用のnM
OSFET31は、ドレインがnMOSFET32のソ
ースに、ソースが接地端子9にそれぞれ接続され、nM
OSFET32のドレインは第1のnMOSFET30
のゲートに接続されている。The output stage includes a first nMOSFET 30 connected between the first power supply terminal 8 and the output terminal 7,
The second n connected between the output terminal 7 and the second power supply terminal 9
It is composed of a MOSFET 2, and these constitute a MOS gate circuit. Further, in the driving stage, the circuit portion related to the pull-up side of the output stage is the pMOSFET for the first driving.
3 and nMOSFET forming a constant voltage drop element
32 and a nMOSFET 31 for extracting charges, which is connected in series, has a structure in which the base bias method is applied to the drive stage on the pull-up side of the output stage, as in the first embodiment. In this case, the first nMOSFET 30
Has a drain connected to the first power supply terminal 8 and a source connected to the output terminal 7. NM for the first charge extraction
The OSFET 31 has a drain connected to the source of the nMOSFET 32 and a source connected to the ground terminal 9,
The drain of the OSFET 32 is the first nMOSFET 30.
Connected to the gate.
【0070】本実施例の動作は、前述の第1の実施例に
おいて、ダイオード5により電圧Vbeを発生させてい
る代わりに、nMOSFET32により電圧Vth(た
だし、VthはnMOSFETのしきい値電圧)を発生
させている点を除けば、前述の第1の実施例の動作とほ
ぼ同じであるので、これ以上の詳しい説明は省略する。In the operation of this embodiment, the voltage Vbe is generated by the nMOSFET 32 (where Vth is the threshold voltage of the nMOSFET) instead of the voltage Vbe generated by the diode 5 in the first embodiment. The operation is almost the same as that of the above-described first embodiment except that it is performed, and thus the detailed description thereof will be omitted.
【0071】本実施例においては、入力信号及び出力信
号は、ともに、正レベルが電圧(Vcc−Vth)、負
レベルが接地電圧であって、やはり出力信号は入力信号
とレベルが一致し、かつ、極性の反転したものになる。
そして、前記A点は、正レベル時に電源電圧Vccまで
上昇し、負レベル時に前記電圧Vthにまで降下するの
で、第1の駆動用のpMOSFET3及び電荷引抜用の
nMOSFET31の各ドレイン・ソース間には、最大
でも電圧(Vcc−Vth)が印加されるだけである。
また、第1及び第2のnMOSFET30、2のドレイ
ン・ソース間の印加電圧も、最大で、電源電圧Vccよ
り低い電圧(Vcc−Vth)になる。In this embodiment, both the input signal and the output signal have a positive level of voltage (Vcc-Vth) and a negative level of the ground voltage, and the output signal has the same level as the input signal. , The polarity is reversed.
Then, the point A rises to the power supply voltage Vcc at the positive level and drops to the voltage Vth at the negative level, so that between the drain and source of the first driving pMOSFET 3 and the charge extracting nMOSFET 31. , The voltage (Vcc-Vth) is only applied at the maximum.
Further, the applied voltage between the drain and the source of the first and second nMOSFETs 30 and 2 is a voltage (Vcc-Vth) lower than the power supply voltage Vcc at the maximum.
【0072】この場合、本実施例においても、第1及び
第2のnMOSFET30、2のドレイン・ソース間の
印加電圧は、最大で前記電圧(Vcc−Vth)であ
り、各MOSFET3、31、32のドレイン・ソース
間の印加電圧は、最大でも前記電圧(Vcc−Vth)
に抑えることができ、しかも、電荷引抜用のnMOSF
ET31のゲート・ソース(基板)間の印加電圧も、最
大で前記電圧(Vcc−2Vth)に抑えることができ
るものの、第1の駆動用のpMOSFET3のゲート・
ソース(基板)間には、出力端子7の出力電圧はその負
レベル時に接地電圧にまで降下するので、前記電圧(V
cc−Vth)より高い電源電圧Vccがそのまま印加
されるようになり、この高い電圧Vccの印加で第1の
駆動用のpMOSFET3のゲート酸化膜が絶縁破壊を
起こす可能性がある。In this case, also in this embodiment, the applied voltage between the drain and the source of the first and second nMOSFETs 30 and 2 is the above-mentioned voltage (Vcc-Vth) at the maximum, and the voltage applied to each of the MOSFETs 3, 31 and 32. The maximum voltage applied between the drain and source is the voltage (Vcc-Vth).
NMOSF for charge extraction
The applied voltage between the gate and the source (substrate) of the ET31 can be suppressed to the above voltage (Vcc-2Vth) at the maximum, but the gate of the first driving pMOSFET 3 is
Between the sources (substrates), the output voltage of the output terminal 7 drops to the ground voltage at the negative level, so that the voltage (V
The power supply voltage Vcc higher than cc-Vth) is applied as it is, and the application of this high voltage Vcc may cause dielectric breakdown of the gate oxide film of the first driving pMOSFET 3.
【0073】そこで、本実施例においても、前記絶縁破
壊を防ぐ手段として、第1の駆動用のpMOSFET3
のゲート酸化膜は、その厚さを他のMOSFET、即
ち、電荷引抜用のnMOSFET31やnMOSFET
32のゲート酸化膜の厚さよりも厚く構成する手段、ま
たは、第1の駆動用のpMOSFET3のゲート酸化膜
をシリコン酸化膜に代えてタンタルオキサイド等の高誘
電率を有する材料で構成する手段を採用し、第1の駆動
用のpMOSFET3のゲート耐圧を他のものよりも高
くしている。前記手段の採用により、第1の駆動用のp
MOSFET3のゲート・ソース(基板)間に前記高い
電圧Vccが印加されても、このゲート酸化膜が絶縁破
壊を起こすことがない。Therefore, also in this embodiment, as a means for preventing the dielectric breakdown, the first driving pMOSFET 3 is used.
The thickness of the gate oxide film of the other MOSFET is the same as that of other MOSFETs, that is, the nMOSFET 31 and nMOSFET for charge extraction.
32, a means for making the gate oxide film thicker than 32, or a means for replacing the gate oxide film of the first driving pMOSFET 3 with a silicon oxide film and using a material having a high dielectric constant such as tantalum oxide. However, the gate breakdown voltage of the first driving pMOSFET 3 is set higher than the others. By adopting the above means, the p for the first drive is
Even if the high voltage Vcc is applied between the gate and source (substrate) of the MOSFET 3, the gate oxide film does not cause dielectric breakdown.
【0074】従って、本実施例によれば、pMOSFE
T3、nMOSFET31、32において、そのドレイ
ン・ソース間、ゲート・ソース(基板)間、及び、ゲー
ト・ドレイン間の印加電圧は、pMOSFET3のゲー
ト・ソース(基板)間の印加電圧を除いて、最大でも前
記電圧(Vcc−Vth)に過ぎないので、電源電圧V
ccを、各MOSFET3、31、32の信頼性により
決められる耐圧(MOSFETの耐圧)よりも前記電圧
Vth分だけ高く選ぶことが可能になり、高速動作の可
能なMOSゲート回路を得ることができる。また、この
場合、第1の駆動用のpMOSFET3のゲート・ソー
ス(基板)間に前記高い電源電圧Vccが直接印加され
ても、前記手段によりそれらのゲート酸化膜が絶縁破壊
を起こすことがないので、高信頼性を有する前記ゲート
回路を得ることができる。Therefore, according to this embodiment, pMOSFE
In the T3 and the nMOSFETs 31 and 32, the applied voltage between the drain and the source, between the gate and the source (substrate), and between the gate and the drain is the maximum except for the applied voltage between the gate and the source (substrate) of the pMOSFET 3. Since it is only the voltage (Vcc-Vth), the power supply voltage V
It becomes possible to select cc higher than the breakdown voltage (breakdown voltage of MOSFET) determined by the reliability of each MOSFET 3, 31, 32 by the voltage Vth, and a MOS gate circuit capable of high-speed operation can be obtained. Further, in this case, even if the high power supply voltage Vcc is directly applied between the gate and the source (substrate) of the first driving pMOSFET 3, the gate oxide film does not cause dielectric breakdown by the means. The gate circuit having high reliability can be obtained.
【0075】ところで、本実施例は、全ての素子がMO
SFETにより構成されているものであるが、このよう
な構成は、将来、MOSFETの微細化技術が進歩し、
バイポーラトランジスタとMOSFETとの駆動力に差
がなくなったような場合に、バイポーラトランジスタを
用いるよりもMOSFETのみで回路を形成した方が動
作の高速性が損なわれず、しかも、製造時のプロセス工
程数が少なくて済むという点で優れている。また、出力
段に第1のnMOSFET30を用いたときは、入力容
量を小さくしたままで、この第1のnMOSFET30
の大きさを大きくできるので、負荷依存性がよくなると
いう利点もある。By the way, in this embodiment, all the elements are MO
Although it is composed of SFET, such a structure will be developed in the future with the miniaturization technology of MOSFET,
When there is no difference in the driving force between the bipolar transistor and the MOSFET, forming the circuit with only the MOSFET does not impair the high speed operation, and the number of process steps in manufacturing is smaller than that using the bipolar transistor. It is excellent in that it can be reduced. Further, when the first nMOSFET 30 is used in the output stage, the input capacitance is kept small and the first nMOSFET 30 is used.
Since the size of can be increased, there is also an advantage that load dependency is improved.
【0076】なお、第1のnMOSFET30及びnM
OSFET32は、ともに、ウェル(基板)がソースに
接続されているが、これは基板バイアス効果によって、
前記しきい電圧Vthが高くなるのを防ぐためである。The first nMOSFET 30 and nM
In both OSFETs 32, the well (substrate) is connected to the source, but this is due to the substrate bias effect.
This is to prevent the threshold voltage Vth from increasing.
【0077】なお、前述の各実施例において、出力段の
第1のnpnバイポーラトランジスタ1の代わりにnM
OSFETを用いるようにしてもよく、また、第2のp
npバイポーラトランジスタ14の代わりに、pMOS
FETを用いるようにしてもよい。In each of the above-described embodiments, nM is used instead of the first npn bipolar transistor 1 in the output stage.
The OSFET may be used, and the second p
Instead of np bipolar transistor 14, pMOS
You may make it use FET.
【0078】また、前述の各実施例は、ゲート回路とし
てインバータ回路の例について説明してきたが、本発明
は、前記インバータ回路だけではなく、多入力NAND
回路や多入力NOR回路にも同様に適用できることはい
うまでもない。Further, in each of the above-mentioned embodiments, the example of the inverter circuit has been explained as the gate circuit. However, the present invention is not limited to the above-mentioned inverter circuit, and a multi-input NAND
It goes without saying that the same can be applied to the circuit and the multi-input NOR circuit.
【0079】[0079]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ゲート回路の駆動段にベースバイアス法を適用した場合
に、トランジスタのベース・エミッタ間順方向電圧をV
be、MOSFETのしきい値電圧をVth、任意の電
圧をVa(ただし、Vbe≧Va)としたとき、ゲート
回路の電源電圧Vccを、MOSFETの信頼性で決め
られる耐圧(MOSFETの耐圧)よりも、Vbe、V
be+Va、Vthのいずれか程度高くすることができ
るので、MOSFETの耐圧が2V以下のものを用いて
も、高速動作が可能なゲート回路を得ることができると
いう効果がある。As described above, according to the present invention,
When the base bias method is applied to the drive stage of the gate circuit, the forward voltage between the base and emitter of the transistor is V
be, the threshold voltage of the MOSFET is Vth, and an arbitrary voltage is Va (Vbe ≧ Va), the power supply voltage Vcc of the gate circuit is higher than the withstand voltage (withstand voltage of the MOSFET) determined by the reliability of the MOSFET. , Vbe, V
Since either be + Va or Vth can be increased to some extent, there is an effect that a gate circuit capable of high-speed operation can be obtained even if a MOSFET having a breakdown voltage of 2 V or less is used.
【0080】また、本発明によれば、ゲート回路の駆動
段にベースバイアス法を適用した場合に、使用されるM
OSFFETの中の、特に、ゲート・ソース(基板)間
に他のMOSFFETよりも高い電圧が印加されるもの
については、そのMOSFFETのゲート酸化膜の厚み
を他のものの厚みよりも厚く構成するか、または、その
MOSFFETのゲート酸化膜をシリコン酸化膜に代え
てタンタルオキサイド等の高誘電率を有する材料で構成
するようにしているので、前記MOSFETのゲート・
ソース(基板)間に前記高い電圧が印加されても、その
酸化膜が絶縁破壊されることがなく、信頼性の高いゲー
ト回路が得られるという効果がある。According to the present invention, the M used when the base bias method is applied to the driving stage of the gate circuit.
Among the OSFFETs, particularly those in which a voltage higher than that of other MOSFFETs is applied between the gate and the source (substrate), are the gate oxide film thicknesses of the MOSFFETs made thicker than those of other MOSFFETs? Alternatively, since the gate oxide film of the MOSFFET is made of a material having a high dielectric constant such as tantalum oxide instead of the silicon oxide film, the gate
Even if the high voltage is applied between the sources (substrates), there is an effect that a highly reliable gate circuit can be obtained without dielectric breakdown of the oxide film.
【図1】本発明に係わるゲート回路の第1の実施例を示
す回路構成図である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a first embodiment of a gate circuit according to the present invention.
【図2】本発明に係わるゲート回路の第2の実施例を示
す回路構成図である。FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing a second embodiment of the gate circuit according to the present invention.
【図3】本発明に係わる半導体装置の一実施例を示す断
面構成図である。FIG. 3 is a sectional configuration diagram showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.
【図4】本発明に係わるゲート回路の第3の実施例を示
す回路構成図である。FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a third embodiment of the gate circuit according to the present invention.
【図5】本発明に係わるゲート回路の第4の実施例を示
す回路構成図である。FIG. 5 is a circuit configuration diagram showing a fourth embodiment of the gate circuit according to the present invention.
【図6】本発明に係わるゲート回路の第5の実施例を示
す回路構成図である。FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing a fifth embodiment of the gate circuit according to the present invention.
1 第1のnpnバイポーラトランジスタ 2 第2のnMOSFET 3 第1の駆動用のpMOSFET 4、31 第1の電荷引抜用のnMOSFET 5 第1の一定電圧降下素子を構成するダイオード 6 信号入力端子 7 信号出力端子 8 第1の電源端子 9 第2の電源端子(接地端子) 10 第2のnpnバイポーラトランジスタ 11、26 第2の駆動用のnMOSFET 12 第2の電荷引抜用のnMOSFET 13 第3の電源端子 14 n型ウェル領域 15 p+高不純物濃度のドレイン拡散層 16 p+高不純物濃度のソース拡散層 17、22 ゲート電極 18、23 ゲート酸化膜 19 p型ウェル領域 20 n+高不純物濃度のソース拡散層 21 n+高不純物濃度のドレイン拡散層 24 フィールド酸化膜 25 第2のpnpバイポーラトランジスタ 27 第2の電荷引抜用のpMOSFET 28 第2の一定電圧降下素子を構成するダイオード 29 第4の電源端子 30 第1のnMOSFET 32 一定電圧降下素子を構成するnMOSFET 1 first npn bipolar transistor 2 second nMOSFET 3 first driving pMOSFET 4, 31 first charge extracting nMOSFET 5 diode 1 constituting constant voltage drop element 6 signal input terminal 7 signal output Terminal 8 First power supply terminal 9 Second power supply terminal (ground terminal) 10 Second npn bipolar transistor 11, 26 nMOSFET for second driving 12 nMOSFET for second charge extraction 13 Third power supply terminal 14 n type well region 15 p + high impurity concentration drain diffusion layer 16 p + high impurity concentration source diffusion layer 17, 22 gate electrode 18, 23 gate oxide film 19 p type well region 20 n + high impurity concentration source diffusion layer 21 n + high Drain diffusion layer with impurity concentration 24 Field oxide film 25 Second pnp bipolar nMOSFET constituting the transistor 27 second pMOSFET 28 for charge extraction of the second constant voltage drop diode 29 fourth constituting the elements of the power supply terminal 30 first nMOSFET 32 constant voltage drop element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 誠 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 渡辺 篤雄 東京都青梅市今井2362番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センター内 (72)発明者 長野 隆洋 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Makoto Suzuki 1-280, Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor, Atsio Watanabe 2362, Imai, Ome, Tokyo Hitachi, Ltd. Device Development In the Center (72) Inventor Takahiro Nagano 1-280, Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.
Claims (14)
た第1の素子及び前記出力端子と他方の電源端子間に接
続された第2の素子からなり、前記出力端子に接続の負
荷を駆動する出力段と、少なくとも駆動用の絶縁ゲート
型FET及び一定電圧降下素子と電荷引抜用の絶縁ゲー
ト型FETとの直列接続体からなり、前記第1の素子及
び/または第2の素子の入力電極に接続された駆動段と
を有するゲート回路において、前記駆動用の絶縁ゲート
型FETの導電型と前記電荷引抜用の絶縁ゲート型FE
Tの導電型とが互いに相補であり、かつ、前記駆動用の
絶縁ゲート型FETのゲート絶縁膜の厚みと前記電荷引
抜用の絶縁ゲート型FETのゲート酸化膜の厚みとが異
なっていることを特徴とするゲート回路。1. A load comprising a first element connected between one power supply terminal and an output terminal and a second element connected between the output terminal and the other power supply terminal, wherein a load connected to the output terminal is provided. An input stage of the first element and / or the second element, which comprises an output stage to be driven, and at least an insulating gate type FET for driving and a series connection body of a constant voltage drop element and an insulated gate type FET for charge extraction. In a gate circuit having a driving stage connected to an electrode, the conductivity type of the driving insulated gate type FET and the insulating gate type FE for extracting the charge
The conductivity types of T are complementary to each other, and the thickness of the gate insulating film of the driving insulated gate FET is different from the thickness of the gate oxide film of the charge extracting insulated gate FET. Characteristic gate circuit.
スタであり、前記第2の素子は、絶縁ゲート型FETで
あることを特徴とする請求項1記載のゲート回路。2. The gate circuit according to claim 1, wherein the first element is a bipolar transistor, and the second element is an insulated gate FET.
導電型のバイポーラトランジスタであることを特徴とす
る請求項1記載のゲート回路。3. The gate circuit according to claim 1, wherein the first element and the second element are bipolar transistors of the same conductivity type.
導電型のバイポーラトランジスタであることを特徴とす
る請求項1記載のゲート回路。4. The gate circuit according to claim 1, wherein the first element and the second element are complementary conductivity type bipolar transistors.
導電型の絶縁ゲート型FETであることを特徴とする請
求項1記載のゲート回路。5. The gate circuit according to claim 1, wherein the first element and the second element are insulated gate FETs of the same conductivity type.
ト酸化膜の厚みを前記電荷引抜用の絶縁ゲート型FET
のゲート酸化膜の厚みよりも厚くしたことを特徴とする
請求項1乃至5のいずれかに記載のゲート回路。6. The thickness of the gate oxide film of the driving insulated gate FET is the same as that of the charge extraction insulated gate FET.
6. The gate circuit according to claim 1, wherein the gate circuit is thicker than the gate oxide film.
た第1の素子及び前記出力端子と他方の電源端子間に接
続された第2の素子からなり、前記出力端子に接続の負
荷を駆動する出力段と、少なくとも駆動用の絶縁ゲート
型FET及び一定電圧降下素子と電荷引抜用の絶縁ゲー
ト型FETとの直列接続体からなり、前記第1の素子及
び/または第2の素子の入力電極に接続された駆動段と
を有するゲート回路において、前記駆動用の絶縁ゲート
型FETの導電型と前記電荷引抜用の絶縁ゲート型FE
Tの導電型とは互いに相補であり、かつ、前記駆動用の
絶縁ゲート型FETのゲート酸化膜の材料と前記電荷引
抜用の絶縁ゲート型FETのゲート酸化膜の材料とが異
なっていることを特徴とするゲート回路。7. A load connected to the output terminal, comprising a first element connected between the one power supply terminal and the output terminal and a second element connected between the output terminal and the other power supply terminal. An input stage of the first element and / or the second element, which comprises an output stage to be driven, and at least an insulating gate type FET for driving In a gate circuit having a drive stage connected to an electrode, the conductivity type of the driving insulated gate FET and the insulated gate FE for extracting the charge
The conductivity type of T is complementary to each other, and the material of the gate oxide film of the driving insulated gate FET and the material of the gate oxide film of the charge extracting insulated gate FET are different. Characteristic gate circuit.
スタであり、前記第2の素子は、絶縁ゲート型FETで
あることを特徴とする請求項7記載のゲート回路。8. The gate circuit according to claim 7, wherein the first element is a bipolar transistor, and the second element is an insulated gate FET.
導電型のバイポーラトランジスタであることを特徴とす
る請求項7記載のゲート回路。9. The gate circuit according to claim 7, wherein the first element and the second element are bipolar transistors of the same conductivity type.
補導電型のバイポーラトランジスタであることを特徴と
する請求項7記載のゲート回路。10. The gate circuit according to claim 7, wherein the first element and the second element are complementary conductivity type bipolar transistors.
一導電型の絶縁ゲート型FETであることを特徴とする
請求項7記載のゲート回路。11. The gate circuit according to claim 7, wherein the first element and the second element are insulated gate FETs of the same conductivity type.
ート酸化膜の材料の誘電率を、前記電荷引抜用の絶縁ゲ
ート型FETのゲート酸化膜の材料の誘電率よりも高い
ものを選んだことを特徴とする請求項7乃至11のいず
れかに記載のゲート回路。12. The dielectric constant of the material of the gate oxide film of the insulating gate type FET for driving is selected to be higher than the dielectric constant of the material of the gate oxide film of the insulating gate type FET for charge extraction. The gate circuit according to claim 7, wherein the gate circuit is a gate circuit.
領域を有し、前記pウェル領域と、前記pウェル領域の
上側に設けた一対の高不純物濃度のn+ソース及びドレ
イン領域と、前記n+ソース及びドレイン領域間の前記
pウェル領域の表面に第1の絶縁層を介して配置された
ゲート電極とにより構成される第1の絶縁ゲート型FE
T、及び、前記nウェル領域と、前記nウェル領域の上
側に設けた一対の高不純物濃度のp+ソース及びドレイ
ン領域と、前記p+ソース及びドレイン領域間の前記n
ウェル領域の表面に第2の絶縁層を介して配置されたゲ
ート電極とにより構成される第2の絶縁ゲート型FET
からなり、前記第1及び第2の絶縁ゲート型FETは、
導電型が互いに相補であって、ゲート回路の駆動段を構
成している半導体装置において、前記第1の絶縁層の厚
みと前記第2の絶縁層の厚みとが異なっていることを特
徴とする半導体装置。13. An n and p well region disposed adjacent to each other, the p well region, a pair of high impurity concentration n + source and drain regions provided above the p well region, and the n + source. And a gate electrode disposed on the surface of the p-well region between the drain region and the first insulating layer via a first insulating gate type FE
T and the n well region, a pair of high impurity concentration p + source and drain regions provided above the n well region, and the n between the p + source and drain regions.
Second insulated gate FET composed of a gate electrode arranged on the surface of the well region with a second insulating layer interposed therebetween
And the first and second insulated gate FETs are
In a semiconductor device having mutually complementary conductivity types and forming a drive stage of a gate circuit, the first insulating layer and the second insulating layer have different thicknesses. Semiconductor device.
領域を有し、前記pウェル領域と、前記pウェル領域の
上側に設けた一対の高不純物濃度のn+ソース及びドレ
イン領域と、前記n+ソース及びドレイン領域間の前記
pウェル領域の表面に第1の絶縁層を介して配置された
ゲート電極とにより構成される第1の絶縁ゲート型FE
T、及び、前記nウェル領域と、前記nウェル領域の上
側に設けた一対の高不純物濃度のp+ソース及びドレイ
ン領域と、前記p+ソース及びドレイン領域間の前記n
ウェル領域の表面に第2の絶縁層を介して配置されたゲ
ート電極とにより構成される第2の絶縁ゲート型FET
からなり、前記第1及び第2の絶縁ゲート型FETは、
導電型が互いに相補であって、ゲート回路の駆動段を構
成している半導体装置において、前記第1の絶縁層の材
料と前記第2の絶縁層の材料とが異なっていることを特
徴とする半導体装置。14. An n and p well region, which are arranged adjacent to each other, said p well region, a pair of high impurity concentration n + source and drain regions provided above said p well region, and said n + source. And a gate electrode disposed on the surface of the p-well region between the drain region and the first insulating layer via a first insulating gate type FE
T and the n well region, a pair of high impurity concentration p + source and drain regions provided above the n well region, and the n between the p + source and drain regions.
Second insulated gate FET composed of a gate electrode arranged on the surface of the well region with a second insulating layer interposed therebetween
And the first and second insulated gate FETs are
In a semiconductor device having conductivity types complementary to each other and forming a driving stage of a gate circuit, a material of the first insulating layer and a material of the second insulating layer are different from each other. Semiconductor device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4063617A JPH05268058A (en) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | Gate circuit and semiconductor device including the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4063617A JPH05268058A (en) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | Gate circuit and semiconductor device including the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05268058A true JPH05268058A (en) | 1993-10-15 |
Family
ID=13234458
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4063617A Pending JPH05268058A (en) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | Gate circuit and semiconductor device including the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05268058A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5754061A (en) * | 1993-03-17 | 1998-05-19 | Fujitsu Limited | Bi-CMOS circuits with enhanced power supply noise suppression and enhanced speed |
-
1992
- 1992-03-19 JP JP4063617A patent/JPH05268058A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5754061A (en) * | 1993-03-17 | 1998-05-19 | Fujitsu Limited | Bi-CMOS circuits with enhanced power supply noise suppression and enhanced speed |
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