JP2000323688A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JP2000323688A
JP2000323688A JP11126654A JP12665499A JP2000323688A JP 2000323688 A JP2000323688 A JP 2000323688A JP 11126654 A JP11126654 A JP 11126654A JP 12665499 A JP12665499 A JP 12665499A JP 2000323688 A JP2000323688 A JP 2000323688A
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JP
Japan
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semiconductor integrated
integrated circuit
transistor
circuit device
switch transistor
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JP11126654A
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English (en)
Inventor
Takaharu Itou
貴治 伊藤
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NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
Original Assignee
NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ESD保護素子機能を果たしユーザ領域を広
く使用できる電源スイッチトランジスタを配置する半導
体集積回路装置を提供する。 【解決手段】 半導体集積回路装置は、ユーザ機能を実
現する内部回路7、オフリーク電流を抑える電源スイッ
チトランジスタ1、VDD線8、仮想GND線9、及
び、実GND線10とを備える。内部回路7は、ユーザ
領域3に配置され、仮想GND線9及び電源スイッチト
ランジスタ1を介して実GND線10に接続する。電源
スイッチトランジスタ1は、従来ESD保護素子として
利用するためにI/O領域2に配置されている空きトラ
ンジスタを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路に
係り、より詳細には、低消費電力化対策に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路のトランジスタ素子は、
微細化に伴い電源電圧の低電圧化が進み、特に0.18
μmルールのデバイスでは、電源電圧が1.8Vとなっ
ている。一方、300MHz以上の動作周波数に対応す
るデバイスでは、MOSトランジスタのしきい値は、高
速動作実現のため低い値に設計されている。しかし、こ
のようにしきい値を低くすると、MOSトランジスタの
オフリーク電流が大きくなり、いわゆるモバイル機器と
称される、バッテリ駆動の移動型装置に使用するには、
消費電力が大きいという課題があった。
【0003】特開平5−268065号公報には、オフ
リーク電流が大きなMOSトランジスタを用いた半導体
集積回路について、そのオフリーク電流を抑える技術が
記載されている。この半導体集積回路は、内部回路のG
ND線(以下、仮想GND線と呼ぶ)と電源回路のGN
D線(以下、実GND線と呼ぶ)とをNチャネル型MO
Sトランジスタを介して接続している。Nチャネル型M
OSトランジスタ(以下、電源スイッチトランジスタと
呼ぶ)は、電源スイッチとして用いられ、仮想GND線
と実GND線との間を、ゲートがHレベルであると導通
し、ゲートがLレベルであると遮断する。半導体集積回
路は、内部回路を動作させる際に電源スイッチトランジ
スタのゲートをHレベルにし、内部回路を停止する際に
そのゲートをLレベルにする。また、電源スイッチトラ
ンジスタは、内部回路を構成するMOSトランジスタよ
りしきい値が高く設計されているので、内部回路のオフ
リーク電流を抑えることができる。
【0004】また、特開平5−206420号公報に
は、半導体集積回路全体の消費電力を削減する技術が記
載されている。半導体集積回路の内部回路は、常に動作
する回路と、一時的に動作する回路とに分割される。分
割された夫々の内部回路には、夫々仮想GND線を配設
する。半導体集積回路は、内部回路の動作状況に応じ
て、対応する電源スイッチトランジスタを制御すること
で消費電力を削減する。
【0005】図5は、上記公報の技術を応用した従来の
半導体集積回路装置の回路図である。従来の半導体集積
回路装置は、内部回路7、電源スイッチトランジスタ
1、VDD線8、仮想GND線9、及び、実GND線1
0とで構成される。この半導体集積回路装置は、中央部
にユーザ領域3があり、その周辺部に4つの入出力領域
2(以下、I/O領域と呼ぶ)がある。内部回路7及び
電源スイッチトランジスタ1は、ユーザ領域3に配置さ
れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術は、し
きい値が小さなMOSトランジスタで構成された内部回
路を備える半導体集積回路装置について、その消費電力
を削減することには有効ではあるが、電源スイッチトラ
ンジスタは大きな占有面積を有するため、内部回路とし
て利用できるユーザ領域の有効面積を小さくしてしまう
という問題があった。
【0007】本発明は、上記したような従来の技術が有
する問題点を解決するためになされたものであり、ユー
ザ領域を広く使用することができる低消費電力の半導体
集積回路装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体集積回路装置は、接地端子に接続さ
れた実接地線と、所定の機能を実現する内部回路に接続
された仮想接地線と、前記実接地線と前記仮想接地線と
の間に接続され所定の制御信号に応答してオンするスイ
ッチングトランジスタとを備える半導体集積回路装置に
おいて、前記スイッチングトランジスタを入出力回路領
域に配設したことを特徴とする。
【0009】本発明の半導体集積回路装置は、スイッチ
トランジスタを入出力回路領域に配設したことにより、
使用できるユーザ領域を広くして消費電力を抑えること
ができる。
【0010】また、前記スイッチングトランジスタは、
前記内部回路を構成するトランジスタのしきい値よりも
高いしきい値を有し、オフの際には前記仮想接地線に侵
入する負電荷を前記実接地線に放電する静電保護トラン
ジスタとして機能することも本発明の好ましい態様であ
る。この場合、消費電力がより抑えられ、ESDに対す
る信頼性も向上する。
【0011】更に、本発明の半導体集積回路装置は、ゲ
ートアレイとして構成され、前記スイッチングトランジ
スタが入出力保護トランジスタと同じトランジスタ構造
を有することもできる。ゲートアレイでは、一般に空き
トランジスタがあり、この空きトランジスタを有効に利
用できる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態例の半
導体集積回路装置について図面を参照して説明する。図
1は、本発明の一実施形態例の半導体集積回路装置の回
路図である。
【0013】本実施形態例の半導体集積回路装置は、内
部回路7、電源スイッチトランジスタ1、VDD線8、
仮想GND線9、及び、実GND線10とで構成され
る。本半導体集積回路装置は、中央部にユーザ領域3が
あり、その周辺部に4つのI/O領域2があって、電源
VDD端子4、GND端子5、及び、コントロール端子
6を有する。内部回路7はユーザ領域3に配置され、電
源スイッチトランジスタ1はI/O領域2に配置されて
いる。
【0014】内部回路7は、ユーザが意図する機能を実
現するための回路部分であり、ユーザ側は、オフリーク
電流を抑えるための低消費電力対策を考慮することな
く、ユーザ機能を重視した設計を行う。内部回路7を構
成する多くのトランジスタの中で、ソースを仮想GND
線9に接続するNチャネル型トランジスタは、サブスト
レイトを実GND線10に接続する。この理由は、サブ
ストレイトを仮想GND線9に接続すると、内部回路7
のオフリーク電流が、Nチャネル型トランジスタのサブ
ストレイトからP型基板を経由して、実GND線10に
流れてしまうためである。
【0015】VDD線8は、電源VDD端子4、及び、
内部回路7のVDD線に直接に接続される。仮想GND
線9は、電源スイッチトランジスタ1のドレインに接続
されると共に、内部回路7のGND線に接続される。実
GND線10は、GND端子5に接続されると共に、電
源スイッチトランジスタ1のソースに接続される。電源
スイッチトランジスタ1のゲートは、コントロール端子
6に接続する。
【0016】半導体集積回路装置は、電源スイッチトラ
ンジスタ1がしきい値電圧の高いNチャネル型トランジ
スタとして設計されているので、コントロール端子6を
Lレベルにすれば、仮想GND線9と実GND線10と
が遮断して、内部回路7の低しきい値MOSトランジス
タを経由して流れるオフリーク電流が抑えられる。
【0017】ここで、電源スイッチトランジスタ1のE
SD保護素子機能について説明する。図2は、図1の電
源スイッチトランジスタ1周辺の回路図である。電源ス
イッチトランジスタ1は、ウェル領域として構成される
サブストレートを実GND線10に接続する。図3は、
図2の電源スイッチトランジスタ1の構造を示す断面図
である。電源スイッチトランジスタ1は、Pウェル領域
34上に形成された、サブストレート端子を構成するP
+領域31、ソースを構成するN+領域32、ドレインを
構成するN+領域33を有する。電源スイッチトランジ
スタ1のゲート(G)は、N+領域32とN+領域33と
の間のPウェル領域34の上面に、絶縁膜を介して導電
性膜から成る電極として構成される。
【0018】電源スイッチトランジスタ1は、遮断状態
にあるときに、P+領域31及びPウェル領域34をア
ノードとしN+領域33をカソードとする寄生ダイオー
ドが形成される。この寄生ダイオードは、実GND線1
0にアノードを仮想GND線9にカソードを接続した状
態になる。
【0019】図4は、図1の半導体集積回路装置におい
て電源スイッチトランジスタ1が遮断状態にあるときの
等価回路の一例である。同図に示すように、半導体集積
回路装置は、内部回路7の信号入力に利用される信号入
力端子11を有し、信号入力端子11は、I/O領域に
夫々形成されたESD保護ダイオード41のアノード、
及び、ESD保護ダイオード42のカソードに接続され
る。ESD保護ダイオード41は、カソードがVDD線
8に接続し、ESD保護ダイオード42は、アノードが
実GND線10に接続する。
【0020】ESD保護ダイオード41及び42は、I
/O領域2にあるトランジスタをダイオード接続して使
用している。ESD保護ダイオード41及び42は、信
号入力端子11上の静電気に対して、電荷をVDD線8
又は実GND線10に放電することで、ESD保護素子
としての機能を果たしている。
【0021】例えば、ゲートアレイに本発明を適用する
と、電源スイッチトランジスタ1は、ESD保護ダイオ
ード41及び42と同様に、従来はESD保護素子とし
て利用されていた、I/O領域2に配置されている空き
トランジスタを使用する。電源スイッチトランジスタ1
が遮断すると、信号入力端子11以外の端子から入力し
た静電気等に起因し、或いは何らかの要因で、実GND
線10の電位に比べて仮想GND線9の電位が低くなる
恐れがある。電源スイッチトランジスタ1の寄生ダイオ
ード43は、仮想GND線9上の負電荷を実GND線1
0に放電することで、ESD保護素子としての機能を果
たす。
【0022】上記実施形態例によれば、I/O領域にあ
るNチャネル型トランジスタを使用することで、ESD
保護素子機能を果たし、ユーザ領域が広く使用できる電
源スイッチトランジスタを配置する半導体集積回路装置
を提供することができる。
【0023】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の半導体集積回路装置は、上
記実施形態例の構成にのみ限定されるものでなく、上記
実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施した半導
体集積回路装置も、本発明の範囲に含まれる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体集
積回路装置では、消費電力を抑えてユーザ領域を広く使
用できる。また、ESDに対する信頼性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態例の半導体集積回路装置の
回路図である。
【図2】図1の電源スイッチトランジスタ1周辺の回路
図である。
【図3】図2の電源スイッチトランジスタ1の構造を示
す断面図である。
【図4】電源スイッチトランジスタ1が遮断状態にある
半導体集積回路装置の等価回路である。
【図5】従来の半導体集積回路装置の回路図である。
【符号の説明】 1 電源スイッチトランジスタ 2 I/O領域 3 ユーザ領域 4 電源VDD端子 5 GND端子 6 コントロール端子 7 内部回路 8 VDD線 9 仮想GND線 10 実GND線 11 信号入力端子 31 P+領域 32,33 N+領域 34 Pウェル領域 41,42 ESD保護ダイオード 43 寄生ダイオード

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 接地端子に接続された実接地線と、所定
    の機能を実現する内部回路に接続された仮想接地線と、
    前記実接地線と前記仮想接地線との間に接続され所定の
    制御信号に応答してオンするスイッチングトランジスタ
    とを備える半導体集積回路装置において、 前記スイッチングトランジスタを入出力回路領域に配設
    したことを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 前記スイッチングトランジスタは、前記
    内部回路を構成するトランジスタのしきい値よりも高い
    しきい値を有し、オフの際には前記仮想接地線に侵入す
    る負電荷を前記実接地線に放電する静電保護トランジス
    タとして機能する、請求項1に記載の半導体集積回路装
    置。
  3. 【請求項3】 ゲートアレイとして構成され、前記スイ
    ッチングトランジスタが入出力保護トランジスタと同じ
    トランジスタ構造を有する、請求項1又は2に記載の半
    導体集積回路装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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