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JP5202691B2 - Semiconductor device - Google Patents

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JP5202691B2
JP5202691B2 JP2011126052A JP2011126052A JP5202691B2 JP 5202691 B2 JP5202691 B2 JP 5202691B2 JP 2011126052 A JP2011126052 A JP 2011126052A JP 2011126052 A JP2011126052 A JP 2011126052A JP 5202691 B2 JP5202691 B2 JP 5202691B2
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circuit
voltage
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supply voltage
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智明 磯崎
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Renesas Electronics Corp
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Description

本発明は、半導体装置、特に、2つの半導体チップを含む半導体装置に関し、その2つ
のチップの動作電圧が異なる場合に特に好適なものである。
The present invention relates to a semiconductor device, particularly a semiconductor device including two semiconductor chips, and is particularly suitable when the operating voltages of the two chips are different.

近年、機能の異なる複数の半導体チップを一つのパッケージに収めることにより、高機
能な半導体装置を製造することが行なわれている。このような半導体装置はマルチチップ
パッケージ(MCP)と呼ばれ、例えば、特許文献1に開示されている。MCPは、複数
の機能を1つのチップに集積したSoC(System−on−Chip)に比べて容易
かつ低コストで製造できるという利点があり、注目されている。
In recent years, a highly functional semiconductor device has been manufactured by housing a plurality of semiconductor chips having different functions in one package. Such a semiconductor device is called a multichip package (MCP), and is disclosed in, for example, Patent Document 1. MCP is attracting attention because it has an advantage that it can be manufactured easily and at a lower cost than SoC (System-on-Chip) in which a plurality of functions are integrated on one chip.

MCPとして、例えば、ロジックチップとメモリチップをパッケージングする場合があ
る。ロジックチップについては、高性能化・低消費電力化のために微細化が進行しており
、その動作電圧の低下が著しい。一方、MCPに求められるメモリチップには小さい容量
が十分な場合がある。そして、容量の小さいメモリチップには数世代前の製造技術が用い
られ、動作電圧が比較的高い場合がある。
For example, a logic chip and a memory chip may be packaged as the MCP. As for logic chips, miniaturization is progressing for higher performance and lower power consumption, and the operating voltage is remarkably lowered. On the other hand, a small capacity may be sufficient for a memory chip required for MCP. Then, a manufacturing technology several generations before is used for a memory chip with a small capacity, and the operating voltage may be relatively high.

このような場合に、動作電圧の異なる半導体チップを組み合わせて用いる必要が生じる
In such a case, it is necessary to use a combination of semiconductor chips having different operating voltages.

動作電圧が異なる半導体チップを組み合わせて用いる場合、動作電圧が高いほうの半導
体チップから、自身の動作電圧がHighレベルであるデータ信号を、そのまま、動作電
圧が低い方の半導体チップに出力すると、低い電圧で動作する受信側の半導体チップの入
力回路を構成するトランジスタが破壊される可能性がある。
When semiconductor chips having different operating voltages are used in combination, a data signal whose own operating voltage is at a high level is output from a semiconductor chip having a higher operating voltage to a semiconductor chip having a lower operating voltage as it is. There is a possibility that the transistor constituting the input circuit of the receiving-side semiconductor chip that operates with voltage is destroyed.

また、低い電圧で動作する半導体チップが、その低い電圧がHighレベルであるデー
タ信号を高電圧で動作する半導体チップにそのまま送信すると、高い電圧で動作する半導
体チップの入力回路の論理が正常に確定しない可能性がある。
In addition, when a semiconductor chip operating at a low voltage transmits a data signal whose low voltage is high level to the semiconductor chip operating at a high voltage as it is, the logic of the input circuit of the semiconductor chip operating at a high voltage is normally determined. There is a possibility not to.

従来、これらの問題を以下のように解決していた。   Conventionally, these problems have been solved as follows.

例えば1.5Vで動作するメモリチップと1.0Vで動作するロジックチップを組みあ
わせる場合、メモリチップとロジックチップのそれぞれに3.3Vの電源を設け、両チッ
プ内に3.3Vで動作する入出力回路をそれぞれ設けていた。つまり、両チップ間の入出
力電圧を一致させるためのバッファ回路を、両チップのそれぞれに設けていた。
For example, when a memory chip that operates at 1.5V and a logic chip that operates at 1.0V are combined, a power supply of 3.3V is provided for each of the memory chip and the logic chip, and an input that operates at 3.3V is provided in both chips. Each output circuit was provided. That is, a buffer circuit for matching input / output voltages between the two chips is provided in each of the two chips.

特開2005−217205号公報JP 2005-217205 A

本発明者は、上記の従来技術には、動作電圧と異なる電圧で動作するバッファ回路を、
データ送信側と受信側のそれぞれの半導体チップ内に設ける必要があるため、それぞれの
半導体チップの面積が大きくなってしまう、とういう課題があることを発見した。
The inventor of the present invention described above has a buffer circuit that operates at a voltage different from the operating voltage,
It has been found that there is a problem that the area of each semiconductor chip increases because it is necessary to provide the semiconductor chip on each of the data transmission side and the reception side.

例えば、メモリチップがデータ幅16ビットでデータ信号を出力する場合には、動作電
圧と異なる電圧で動作するバッファ回路を16個設ける必要があり、チップ面積が増加す
る問題は深刻である。
For example, when the memory chip outputs a data signal with a data width of 16 bits, it is necessary to provide 16 buffer circuits that operate at a voltage different from the operating voltage, and the problem of increasing the chip area is serious.

尚、本明細書で「動作電圧」とは、内部回路を駆動する電圧のことである。内部回路と
は、ロジックチップでは演算処理を行なう回路のことを、メモリチップではメモリセル回
路やXデコーダ・Yデコーダ、センスアンプ等を意味する。
In this specification, the “operating voltage” is a voltage for driving the internal circuit. The internal circuit means a circuit that performs arithmetic processing in the logic chip, and means a memory cell circuit, an X decoder / Y decoder, a sense amplifier, or the like in the memory chip.

本発明は、一方の半導体チップの動作電圧を、当該一方の半導体チップから他方の半導
体チップに供給するものである。
In the present invention, the operating voltage of one semiconductor chip is supplied from the one semiconductor chip to the other semiconductor chip.

この特徴により、前記他方の半導体チップは、前記一方の半導体チップの動作電圧がHi
ghレベルであるデータ信号を生成することができる。そのため、少なくとも、前記一方の
半導体チップは、前記他方の半導体チップから、Highレベルが自身の動作電圧である
データ信号を受信することができるので、自身の動作電圧と異なる電圧で動作するバッフ
ァ回路を別途設ける必要が無くなる。
Due to this feature, the operating voltage of the one semiconductor chip is Hi.
A data signal at the gh level can be generated. Therefore, at least one of the semiconductor chips can receive a data signal whose high level is its own operating voltage from the other semiconductor chip. Therefore, a buffer circuit that operates at a voltage different from its own operating voltage is provided. There is no need to provide it separately.

例えば、本発明は、第1電源電圧で動作する第1半導体チップと、前記第1電源電圧よりも低い第2電源電圧で動作し、当該第2電源電圧を前記第1半導体チップに供給する第2半導体チップと、を備え、前記第1半導体チップは、前記第2半導体チップに信号を出力する出力回路と、前記第2半導体チップから前記第2電源電圧を受けて前記出力回路に当該第2電源電圧を供給する電圧供給回路と、を有し、前記電圧供給回路は、前記第1電源電圧を入力とし、前記第2電源電圧を出力する回路であること、を特徴とする半導体装置である。 For example, the present invention provides a first semiconductor chip that operates with a first power supply voltage, a second power supply voltage that is lower than the first power supply voltage, and supplies the second power supply voltage to the first semiconductor chip. 2 semiconductor chips , wherein the first semiconductor chip receives an output circuit that outputs a signal to the second semiconductor chip, and receives the second power supply voltage from the second semiconductor chip. And a voltage supply circuit for supplying a power supply voltage, wherein the voltage supply circuit is a circuit that receives the first power supply voltage and outputs the second power supply voltage. .

また、上記半導体装置に用いるのに好適な半導体チップも本発明に含まれる。そのよう
な半導体チップは、例えば、互いに直列に接続され、互いに相補的にオンとオフが切り替
わる第1および第2トランジスタを有し、第1外部端子へ信号を出力する出力回路と、前
記第1および第2トランジスタと直列に接続され、第2外部端子にゲート電極が接続され
た第3トランジスタと、を有すること、を特徴とする半導体チップである。
A semiconductor chip suitable for use in the semiconductor device is also included in the present invention. Such a semiconductor chip includes, for example, an output circuit that is connected in series with each other, has first and second transistors that are turned on and off in a complementary manner, and outputs a signal to a first external terminal; And a third transistor connected in series with the second transistor and having a gate electrode connected to the second external terminal.

本発明によれば、動作電圧と異なる電圧で動作するバッファ回路を設ける必要が無くな
るため、半導体チップの面積を縮小することができる。
According to the present invention, since it is not necessary to provide a buffer circuit that operates at a voltage different from the operating voltage, the area of the semiconductor chip can be reduced.

本発明の最良の実施の形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the best embodiment of this invention. 本発明の第1の実施例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 3rd Example of this invention. 本発明の第1の実施例と第3の実施例を比較するための図である。It is a figure for comparing the 1st example of the present invention and the 3rd example.

本発明の実施の形態を、図1を用いて以下に説明する。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置100を説明するための図である
FIG. 1 is a diagram for explaining a semiconductor device 100 according to a first embodiment of the present invention.

半導体装置100は、第1半導体チップ10と第2半導体チップ20とを有する。以下
、本実施の形態を、第1半導体チップ10をメモリチップ、第2半導体チップ20をロジッ
クチップとして説明するが、本発明は、半導体チップの種類をこれらに限定するものでは
ない。
The semiconductor device 100 includes a first semiconductor chip 10 and a second semiconductor chip 20. Hereinafter, although the present embodiment will be described using the first semiconductor chip 10 as a memory chip and the second semiconductor chip 20 as a logic chip, the present invention is not limited to these types of semiconductor chips.

メモリチップ10は、メモリセル、デコーダ、センスアンプ等(不図示)を含む内部回
路12を有する。内部回路12は第1電源電圧供給源である電源線Vdd1に接続され、
電源線Vdd1が供給する第1電源電圧をHighレベルとするデータ信号SD1を出力
する。すなわち、内部回路12は、電源線Vdd1が供給する第1電源電圧を動作電圧と
する。本実施の形態では、第1電源電圧を、1.5Vとして説明する。
The memory chip 10 has an internal circuit 12 including memory cells, a decoder, a sense amplifier, etc. (not shown). The internal circuit 12 is connected to a power supply line Vdd1, which is a first power supply voltage supply source,
A data signal SD1 is output that sets the first power supply voltage supplied from the power supply line Vdd1 to a high level. That is, the internal circuit 12 uses the first power supply voltage supplied from the power supply line Vdd1 as the operating voltage. In the present embodiment, the first power supply voltage is assumed to be 1.5V.

尚、 本明細書中で、同一の符号が付された電源線は、同一の電源電圧を供給する配線
のことを意味する。従って、繋がった同一の配線であってもよいし、分離した別個の配線
であってもよい。
In the present specification, power supply lines with the same reference sign mean wirings for supplying the same power supply voltage. Therefore, the same wiring connected may be sufficient and the separated separate wiring may be sufficient.

さらに、メモリチップ10は出力回路14を有する。出力回路14は、内部回路12が
出力するデータ信号SD1をその入力とし、第1外部端子であるバンプB1にデータ信号
SD2を出力する。
Further, the memory chip 10 has an output circuit 14. The output circuit 14 receives the data signal SD1 output from the internal circuit 12 and outputs the data signal SD2 to the bump B1 that is the first external terminal.

また、メモリチップ10は、電源電圧供給回路16を有する。電源電圧供給回路16は
、第2外部端子であるバンプB2に供給される電圧信号SVを入力とし、出力回路14に
電圧信号SVと同一の電圧を供給する。そして、出力回路14は、Highレベルが電源
電圧供給回路16から供給された電圧であるデータ信号SD2をバンプB1に出力する。
The memory chip 10 has a power supply voltage supply circuit 16. The power supply voltage supply circuit 16 receives the voltage signal SV supplied to the bump B2 which is the second external terminal, and supplies the output circuit 14 with the same voltage as the voltage signal SV. Then, the output circuit 14 outputs the data signal SD2 whose High level is the voltage supplied from the power supply voltage supply circuit 16 to the bump B1.

ロジックチップ20は、演算処理を行なう内部回路22を有する。内部回路は22、第
2電源電圧供給源である電源線Vdd2に接続され、電源線Vdd2が供給する第2電源電
圧をその動作電圧とする。第2電源電圧は、第1電源電圧よりも低い電圧であり、本実施
の形態では、第2電源電圧を1.0Vとして説明する。
The logic chip 20 has an internal circuit 22 that performs arithmetic processing. The internal circuit is 22nd
A second power supply voltage connected to the power supply line Vdd2 which is a power supply voltage supply source and supplied by the power supply line Vdd2 is used as the operating voltage. The second power supply voltage is lower than the first power supply voltage, and in the present embodiment, the second power supply voltage is described as 1.0 V.

また、ロジックチップ20は、第2電源電圧をその動作電圧とする入力回路28を有す
る。入力回路28は、メモリチップ10から第3外部端子であるバンプB3を介して送ら
れるデータ信号SD2をその入力とし、内部回路22にHighレベルが第2電源電圧で
あるデータ信号SD3を出力する。尚、メモリチップ10とロジックチップ20とがフリ
ップチップ接続される場合には、バンプB1とB2とは同一のものである。
The logic chip 20 also has an input circuit 28 that uses the second power supply voltage as its operating voltage. The input circuit 28 receives the data signal SD2 sent from the memory chip 10 via the bump B3, which is the third external terminal, and outputs the data signal SD3 whose High level is the second power supply voltage to the internal circuit 22. When the memory chip 10 and the logic chip 20 are flip-chip connected, the bumps B1 and B2 are the same.

さらに、ロジックチップ20は、第4外部端子であるバンプB4を有する。バンプB4
は、電源線Vdd2に接続され、かつ、メモリチップ10のバンプB2に電気的に接続し
ている。すなわち、ロジックチップ20は、バンプB4とB2とを介して、メモリチップ
10に第2電源電圧を供給する。具体的には、ロジックチップ20は、メモリチップ10
の電源電圧供給回路16に第2電源電圧を供給する。
Further, the logic chip 20 has a bump B4 which is a fourth external terminal. Bump B4
Are connected to the power supply line Vdd2 and electrically connected to the bump B2 of the memory chip 10. That is, the logic chip 20 supplies the second power supply voltage to the memory chip 10 via the bumps B4 and B2. Specifically, the logic chip 20 includes the memory chip 10.
The second power supply voltage is supplied to the power supply voltage supply circuit 16.

メモリチップ10の動作を、ロジックチップ20との関係において説明する。   The operation of the memory chip 10 will be described in relation to the logic chip 20.

まず、電源電圧供給回路16は、バンプB2、B4を介してロジックチップ20から1
.0Vの電圧供給を受け、出力回路14に1.0Vを出力する。
First, the power supply voltage supply circuit 16 is connected to the logic chip 20 through the bumps B2 and B4.
. Upon receiving the voltage supply of 0V, 1.0V is output to the output circuit 14.

また、内部回路12は、電源線Vdd1から1.5Vの電圧供給を受け、Highレベ
ルが1.5Vのデータ信号SD1を出力回路14に出力する。
The internal circuit 12 receives a voltage supply of 1.5 V from the power supply line Vdd1, and outputs a data signal SD1 having a high level of 1.5 V to the output circuit 14.

そして、出力回路12は、電源電圧供給回路16から1.0Vの電源電圧の供給を受け
、内部回路12から入力されるデータ信号SD1に基づき、Highレベルが1.0Vで
あるデータ信号SD2を、ロジックチップ20に出力する。
Then, the output circuit 12 is supplied with the power supply voltage of 1.0 V from the power supply voltage supply circuit 16, and based on the data signal SD1 input from the internal circuit 12, the data signal SD2 having a high level of 1.0 V, Output to the logic chip 20.

ロジックチップ20の入力回路28は、メモリチップ10からデータ信号SD2の入力
を受ける。このとき、データ信号SD2のHighレベルは、自身の動作電圧である1.
0Vである。そのため、例えば1.0Vで動作するインバータ等で受信しても、誤動作や
トランジスタの破壊が生じることがない。従って、ロジックチップ20内に、自身の動作
電圧と異なる電圧(例えば3.3V)で動作する入力バッファ回路を、別途、設ける必要
がなく、チップ面積を小さくすることができる。
The input circuit 28 of the logic chip 20 receives the data signal SD2 from the memory chip 10. At this time, the high level of the data signal SD2 is its own operating voltage.
0V. Therefore, even if it is received by, for example, an inverter operating at 1.0 V, no malfunction or transistor breakdown occurs. Therefore, it is not necessary to separately provide an input buffer circuit that operates at a voltage (eg, 3.3 V) different from its own operating voltage in the logic chip 20, and the chip area can be reduced.

図2に、本発明の第1の実施例に係る半導体装置200を示す。図2中、図1と同一の
構成要素には同一の符号を付し、説明は適宜省略する。
FIG. 2 shows a semiconductor device 200 according to the first embodiment of the present invention. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

メモリチップ10の出力回路14は、互いに相補的にオンオフが切り替わる2つのトラ
ンジスタTr1,Tr2を有する。本実施例では、PMOSトランジスタTr1とNMO
SトランジスタTr2により説明する。
The output circuit 14 of the memory chip 10 includes two transistors Tr1 and Tr2 that are turned on and off complementarily. In this embodiment, the PMOS transistor Tr1 and NMO
This will be described with reference to the S transistor Tr2.

出力回路14は、トランジスタTr1とTr2、NAND142、NOR144、イン
バータ146により、3−stateバッファ回路を構成する。但し、出力回路14の構
成は3−stateバッファ回路に限られず、トランジスタTr1、Tr2とから構成さ
れるインバータであってもよい。
The output circuit 14 constitutes a 3-state buffer circuit by the transistors Tr1 and Tr2, the NAND 142, the NOR 144, and the inverter 146. However, the configuration of the output circuit 14 is not limited to the 3-state buffer circuit, and may be an inverter composed of transistors Tr1 and Tr2.

電源電圧供給回路は、NMOSトランジスタTr3である。NMOSトランジスタTr
3は、PMOSトランジスタTr1とNMOSトランジスタTr2の間に直列に接続され
ている。そして、NMOSトランジスタTr3のゲート電極には、バンプB2を介して、
ロジックチップ20の電源電圧である1.0Vが印加されている。
The power supply voltage supply circuit is an NMOS transistor Tr3. NMOS transistor Tr
3 is connected in series between the PMOS transistor Tr1 and the NMOS transistor Tr2. The gate electrode of the NMOS transistor Tr3 is connected via the bump B2.
A power supply voltage of 1.0 V that is the logic chip 20 is applied.

NMOSトランジスタTr3のソース端子とNMOSトランジスタTr2のドレイン端
子との接続点であるノードN1が出力回路14の出力端子であり、バンプB1と接続され
る。
A node N1, which is a connection point between the source terminal of the NMOS transistor Tr3 and the drain terminal of the NMOS transistor Tr2, is an output terminal of the output circuit 14, and is connected to the bump B1.

NMOSトランジスタTr3のチャネル領域には不純物がドープされておらず、オン電
圧が実質的に0Vである。従って、NMOSトランジスタTr3は、そのドレイン端子に
印加された電圧をクランプし、ゲート電極に印加された電圧をそのソース端子に出力する
回路として機能する。
The channel region of the NMOS transistor Tr3 is not doped with impurities, and the on-voltage is substantially 0V. Therefore, the NMOS transistor Tr3 functions as a circuit that clamps the voltage applied to the drain terminal and outputs the voltage applied to the gate electrode to the source terminal.

トランジスタTr1,Tr2,Tr3についてさらに詳細に説明すると、PMOSトラ
ンジスタTr1のバックゲートは電源線Vdd1に接続され、1.5Vにバイアスされて
いる。NMOSトランジスタTr2とTr3のバックゲートは、グランドGND1に接続
され、接地電位にバイアスされている。
The transistors Tr1, Tr2 and Tr3 will be described in more detail. The back gate of the PMOS transistor Tr1 is connected to the power supply line Vdd1 and biased to 1.5V. The back gates of the NMOS transistors Tr2 and Tr3 are connected to the ground GND1 and biased to the ground potential.

出力回路14の動作を説明する。   The operation of the output circuit 14 will be described.

出力回路14のモード選択端子MTに、内部回路12からHighレベル(1.5V)
のモード選択信号SM1が入力すると、出力回路14は出力モードになり、データ端子D
Tに入力されるデータ信号SD1に応じて、ノードN1にHighもしくはLowのデー
タ信号SD2を出力する。データ信号SD2は、バンプB1及びバンプB3を介してロジ
ックチップ20の入力回路28に送信される。
The high level (1.5 V) from the internal circuit 12 is applied to the mode selection terminal MT of the output circuit 14
When the mode selection signal SM1 is input, the output circuit 14 enters the output mode, and the data terminal D
In response to the data signal SD1 input to T, a high or low data signal SD2 is output to the node N1. The data signal SD2 is transmitted to the input circuit 28 of the logic chip 20 via the bumps B1 and B3.

モード選択信号SM1がLowになると、データ端子DTに入力される論理に依らず、
NAND142の出力がHighレベルになり、NOR144の出力がLowレベルとな
る。従って、PMOSトランジスタTr1およびNMOSトランジスタTr2が共にオフ
になり、ノードN1はハイインピーダンスとなる。この状態では、メモリチップ10は、
入力回路18により、バンプB1を介してデータ信号を受信する。
When the mode selection signal SM1 becomes Low, regardless of the logic input to the data terminal DT,
The output of the NAND 142 becomes High level, and the output of the NOR 144 becomes Low level. Accordingly, both the PMOS transistor Tr1 and the NMOS transistor Tr2 are turned off, and the node N1 becomes high impedance. In this state, the memory chip 10 is
A data signal is received by the input circuit 18 via the bump B1.

さらに具体的に説明すると、出力回路14が出力モードで、かつ、データ端子DTにH
ighレベルが入力された場合は、NAND142およびNOR144の出力がLowレ
ベルとなる。従って、PMOSトランジスタTr1がオンになり、NMOSトランジスタ
Tr2がオフになる。
More specifically, the output circuit 14 is in the output mode and the data terminal DT is connected to H
When the high level is input, the outputs of the NAND 142 and the NOR 144 are at the low level. Therefore, the PMOS transistor Tr1 is turned on and the NMOS transistor Tr2 is turned off.

従って、NMOSトランジスタTr3のドレイン端子には、電源線Vdd1から、PM
OSトランジスタTr1を介して、メモリチップ10の動作電圧である1.5Vが印加さ
れる。
Accordingly, the drain terminal of the NMOS transistor Tr3 is connected to the PM line from the power supply line Vdd1.
The operating voltage of 1.5 V that is the memory chip 10 is applied via the OS transistor Tr1.

ここで、NMOSトランジスタTr3のゲート電極には、バンプB2を介して、ロジッ
クチップ20から1.0Vの電圧が供給されている。そのため、NMOSトランジスタT
r3のソース端子、すなわちノードN1には、1.0Vの電圧が出力される。よって、出
力回路14は、Highレベルがロジックチップ20の動作電圧の1.0Vであるデータ
信号を出力することができる。
Here, a voltage of 1.0 V is supplied from the logic chip 20 to the gate electrode of the NMOS transistor Tr3 via the bump B2. Therefore, NMOS transistor T
A voltage of 1.0 V is output to the source terminal of r3, that is, the node N1. Therefore, the output circuit 14 can output a data signal whose high level is 1.0 V of the operating voltage of the logic chip 20.

一方、出力モード時にデータ端子DTにLowレベルが入力すると、NAND142お
よびNOR144の出力が共にHighレベルになり、PMOSトランジスタTr1がオ
フになり、NMOSトランジスタTr2がオンになる。よって、ノードN1には、NMO
SトランジスタTr2を介して接地電位が印加され、出力回路14はLowレベルを出力
する。
On the other hand, when a low level is input to the data terminal DT in the output mode, the outputs of the NAND 142 and the NOR 144 are both at a high level, the PMOS transistor Tr1 is turned off, and the NMOS transistor Tr2 is turned on. Therefore, node N1 has NMO
A ground potential is applied via the S transistor Tr2, and the output circuit 14 outputs a low level.

本実施例に示すように、他方の半導体チップ(ロジックチップ20)から、当該他方の
半導体チップの電源電圧(1.0V)の供給を受ける一方の半導体チップ(メモリチップ
10)も、チップ面積の小型化を図ることができる。その理由は次の通りである。従来、
内部回路の出力を、自分自身の動作電圧と異なる3.3Vで動作する出力バッファ回路で
再度受けてから、チップの外部に出力していた。3.3V動作の出力バッファ回路を形成
するためのウェルと、1.5V動作の内部回路を形成するためのウェルとは、互いに電気
的に分離する必要があるため、それぞれのウェルを別々に設ける必要がある。さらに、そ
れぞれのウェルを電気的に分離するために、比較的大きな素子分離領域(例えば、STI
等)を設け、両ウェルの距離を比較的大きくする必要がある。そのため、半導体チップ面
積の増大を招いていた。一方、本実施例では、電源電圧供給回路であるNMOSトランジ
スタTr3を、1.5Vで動作する出力バッファ回路(本実施例では出力回路14)中に
組み込むことにより、3.3Vで動作する出力バッファ回路を別途設ける必要が無い。1
.5V動作の出力バッファ回路は、内部回路を形成するためのウェル内に形成することが
できるし、別途、1.5V動作の出力バッファ用のウェルを設けるとしても、内部回路を
形成するためのウェルから、それ程大きく離す必要がない。そのため、本発明では、従来
の技術に比べて、半導体チップ面積を小さくすることができる。
As shown in this embodiment, one semiconductor chip (memory chip 10) that receives supply of the power supply voltage (1.0 V) of the other semiconductor chip from the other semiconductor chip (logic chip 20) also has a chip area. Miniaturization can be achieved. The reason is as follows. Traditionally,
The output of the internal circuit was received again by the output buffer circuit operating at 3.3 V different from its own operating voltage, and then output to the outside of the chip. Since the well for forming the 3.3 V operation output buffer circuit and the well for forming the internal circuit of 1.5 V operation need to be electrically separated from each other, each well is provided separately. There is a need. Further, in order to electrically isolate each well, a relatively large element isolation region (for example, STI)
Etc.) and the distance between the two wells needs to be relatively large. As a result, the area of the semiconductor chip has been increased. On the other hand, in this embodiment, the NMOS transistor Tr3, which is a power supply voltage supply circuit, is incorporated in an output buffer circuit (output circuit 14 in this embodiment) that operates at 1.5V, so that an output buffer that operates at 3.3V. There is no need to provide a separate circuit. 1
. The output buffer circuit for 5V operation can be formed in a well for forming an internal circuit. Even if a well for an output buffer for 1.5V operation is separately provided, a well for forming an internal circuit is provided. Therefore, it is not necessary to leave that much. Therefore, in the present invention, the semiconductor chip area can be reduced as compared with the conventional technique.

次に、メモリチップ10がロジックチップ20からデータ信号を受信する場合について
説明する。
Next, a case where the memory chip 10 receives a data signal from the logic chip 20 will be described.

ロジックチップ20の内部回路22は、電源線Vdd2に接続され、1.0Vで動作し
、Highレベルが1.0Vであるデータ信号SD3を出力回路24に出力する。
The internal circuit 22 of the logic chip 20 is connected to the power supply line Vdd2, operates at 1.0V, and outputs a data signal SD3 having a high level of 1.0V to the output circuit 24.

ロジックチップ20の出力回路24は、電源線Vdd2に接続されて1.0Vで動作し
、内部回路22から入力されるデータ信号SD3に応じてHighレベルが1.0Vであ
るデータ信号SD4を出力する。
The output circuit 24 of the logic chip 20 is connected to the power supply line Vdd2 and operates at 1.0V, and outputs a data signal SD4 having a high level of 1.0V in response to the data signal SD3 input from the internal circuit 22. .

ロジックチップ20の出力回路24が出力するデータ信号SD4は、バンプB3、B1
を介して、メモリチップ10の入力回路18に入力される。つまり、バンプB1、B3は
、入出力兼用の外部端子である。
The data signal SD4 output from the output circuit 24 of the logic chip 20 is bumps B3 and B1.
To the input circuit 18 of the memory chip 10. That is, the bumps B1 and B3 are input / output external terminals.

メモリチップ10の入力回路18は、PMOSトランジスタTr4、Tr6とNMOS
トランジスタTr5,Tr7で構成されるフリップフロップ回路182と、インバータ1
84とからなる。そして、入力回路18は、PMOSトランジスタTr6とNMOSトラ
ンジスタTr7間のノードN2の電圧をデータ信号SD5として、内部回路12に出力す
る。
The input circuit 18 of the memory chip 10 includes PMOS transistors Tr4 and Tr6 and NMOS
A flip-flop circuit 182 composed of transistors Tr5 and Tr7, and an inverter 1
84. The input circuit 18 outputs the voltage at the node N2 between the PMOS transistor Tr6 and the NMOS transistor Tr7 to the internal circuit 12 as the data signal SD5.

フリップフロップ回路182は、1.5Vで動作し、Highレベルが1.5Vである
データ信号SD5を出力する。一方、インバータ184は、バンプB2から電圧供給を受
けて1.0Vで動作し、Highレベルが1.0Vである信号SD6をNMOSトランジ
スタTr7に出力する
入力回路18の動作は、バンプB1に入力されるデータ信号SD4がHighレベルの
場合には、ノードN2にHighレベルである1.5Vを出力する。一方、データ信号S
D4がLowレベルの場合には、ノードN2はLowレベルを出力する。
The flip-flop circuit 182 operates at 1.5V and outputs a data signal SD5 having a high level of 1.5V. On the other hand, the inverter 184 receives a voltage supply from the bump B2 and operates at 1.0V, and outputs the signal SD6 having a high level of 1.0V to the NMOS transistor Tr7. The operation of the input circuit 18 is input to the bump B1. When the data signal SD4 to be output is at a high level, 1.5 V that is a high level is output to the node N2. On the other hand, the data signal S
When D4 is at the low level, the node N2 outputs the low level.

メモリチップ10の入力回路18をこのように構成することにより、スタティックな貫
通電流を発生させることなく、Highレベルが1.0Vの信号SD4を、Highレベ
ルが1.5Vの信号に変換することができます。
By configuring the input circuit 18 of the memory chip 10 in this way, the signal SD4 having a high level of 1.0V can be converted into a signal having a high level of 1.5V without generating a static through current. I can do it.

本発明の第2の実施例にかかる半導体装置300を、図3を用いて説明する。   A semiconductor device 300 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施例が、第1の実施例と異なる点は、電源電圧供給回路12であるNMOSトラン
ジスタTr3の接続位置である。本実施例のNMOSトランジスタTr3は、電源線Vd
d1とPMOSトランジスタTr1の間に接続されている。かかる構成により、NMOS
トランジスタTr1のドレイン端子には、1.5Vが印加され、ソース端子には、ゲート
電極に印加される電圧である1.0Vが出力されている。
This embodiment differs from the first embodiment in the connection position of the NMOS transistor Tr3 which is the power supply voltage supply circuit 12. The NMOS transistor Tr3 of the present embodiment has a power supply line Vd.
It is connected between d1 and the PMOS transistor Tr1. With this configuration, NMOS
1.5 V is applied to the drain terminal of the transistor Tr1, and 1.0 V, which is a voltage applied to the gate electrode, is output to the source terminal.

すなわち、出力回路14は、NMOSトランジスタTr3から1.0Vの供給を受け、
Highレベルが1.0Vであるデータ信号SD2を出力する。
That is, the output circuit 14 is supplied with 1.0 V from the NMOS transistor Tr3,
A data signal SD2 having a high level of 1.0 V is output.

本実施例のその他の部分は、第1の実施例と同様である。   Other parts of this embodiment are the same as those of the first embodiment.

本発明の第3の実施例にかかる半導体装置400を、図4を用いて説明する。   A semiconductor device 400 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施例では、出力回路14のPMOSトランジスタTr1のソース端子が、配線16
2により、直接、バンプB2に接続されている。すなわち、配線162が電源電圧供給回
路16である。
In this embodiment, the source terminal of the PMOS transistor Tr1 of the output circuit 14 is connected to the wiring 16.
2 is directly connected to the bump B2. That is, the wiring 162 is the power supply voltage supply circuit 16.

この構成により、出力回路14は、バンプB2および配線162を介して、ロジックチ
ップ20から1.0Vの供給を受け、Highレベルが1.0Vであるデータ信号SD2
を出力する。
With this configuration, the output circuit 14 is supplied with 1.0 V from the logic chip 20 via the bump B2 and the wiring 162, and the data signal SD2 whose High level is 1.0 V.
Is output.

(第1の実施例と第3の実施例との対比)
第3の実施例は、第1の実施例に比べて、NMOSトランジスタTr3を形成する必要が
無いため、構成が単純であるという利点がある。一方、第1の実施例は、第3実施例に比べ
て、回路面積を小さくすることができるという利点がある。その理由を、図5を用いて説
明する。
(Contrast between the first embodiment and the third embodiment)
Compared with the first embodiment, the third embodiment has an advantage that the configuration is simple because it is not necessary to form the NMOS transistor Tr3. On the other hand, the first embodiment has an advantage that the circuit area can be reduced as compared with the third embodiment. The reason will be described with reference to FIG.

図5(a)は、第3の実施例に係る半導体装置400の部分断面図である。図4の回路
図に示すように、出力回路14を構成するPMOSトランジスタTr1のバックゲートが
バンプB2に接続され、1.0Vにバイアスされている。一方、 例えばNAND142
やNOR144を構成するPMOSトランジスタTr12のバックゲートは、1.5Vに
バイアスされる。
FIG. 5A is a partial cross-sectional view of a semiconductor device 400 according to the third embodiment. As shown in the circuit diagram of FIG. 4, the back gate of the PMOS transistor Tr1 constituting the output circuit 14 is connected to the bump B2 and biased to 1.0V. On the other hand, for example, NAND142
Further, the back gate of the PMOS transistor Tr12 constituting the NOR 144 is biased to 1.5V.

従って、図5(a)に示すように、PMOSトランジスタTr1がその内部に形成され
るNウェルNw1と、例えばNAND142やNOR144を構成するPMOSトランジ
スタTr12がその内部に形成されるNウェルNw2とを、電気的に分離しなければなら
ない。電位の異なるNウェルNw1とNw2とを電気的に分離するためには、例えばST
I(Shallow Trench Isolation)30を設ける必要がある。
Therefore, as shown in FIG. 5A, an N well Nw1 in which a PMOS transistor Tr1 is formed, and an N well Nw2 in which a PMOS transistor Tr12 that constitutes, for example, a NAND 142 or a NOR 144 is formed. Must be electrically separated. In order to electrically isolate the N wells Nw1 and Nw2 having different potentials, for example, ST
It is necessary to provide I (Shallow Trench Isolation) 30.

一方、図5(b)に第1の実施例に係る半導体装置200の部分断面図を示す。   On the other hand, FIG. 5B shows a partial cross-sectional view of the semiconductor device 200 according to the first embodiment.

図2の回路図に示すように、PMOSトランジスタTr1のバックゲートは電源線Vd
d1に接続され、1.5Vにバイアスされている。従って、図5(a)に示すように、例
えばNAND142又はNOR144を構成するPMOSトランジスタTr12とPMO
SトランジスタTr1とを、同一のNウェルNw3中に形成することができる。よって、
電位の異なるNウェルを電気的に分離するためのSTIを形成する必要が無い。
As shown in the circuit diagram of FIG. 2, the back gate of the PMOS transistor Tr1 is connected to the power supply line Vd.
Connected to d1 and biased to 1.5V. Accordingly, as shown in FIG. 5A, for example, the PMOS transistor Tr12 and the PMO constituting the NAND 142 or the NOR 144 are arranged.
The S transistor Tr1 can be formed in the same N well Nw3. Therefore,
There is no need to form an STI for electrically separating N wells having different potentials.

第1の実施例の出力回路14では、第3の実施例の出力回路に比べてNMOSトランジ
スタTr3を一つ多く形成する必要があるが、一般に、MOSトランジスタ1つ分の面積
の方が、電位の異なるNウェルNw1とNw2とを分離するためのSTIの面積よりも小
さい。そのため、第1の実施例に係る半導体装置では、第3の実施例に係る半導体装置よ
りも回路面積を小さくすることができる。
In the output circuit 14 of the first embodiment, it is necessary to form one NMOS transistor Tr3 more than the output circuit of the third embodiment, but in general, the area of one MOS transistor is more potential. Are smaller than the STI area for separating N wells Nw1 and Nw2 having different sizes. Therefore, the circuit area of the semiconductor device according to the first embodiment can be made smaller than that of the semiconductor device according to the third embodiment.

本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、発明の思想から乖離しないよ
うに、適宜、修正や変更を伴うことができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and appropriate modifications and changes can be made so as not to depart from the spirit of the invention.

10 メモリチップ
12 メモリチップの内部回路
14 メモリチップの出力回路
16 メモリチップの電源電圧供給回路
18 メモリチップの入力回路
20 ロジックチップ
22 ロジックチップの内部回路
24 ロジックチップの出力回路
28 ロジックチップの入力回路
30 STI
SD1,SD2,SD3,SD4,SD5,SD6 データ信号
SV 電圧信号
Vdd1 第1電源電圧(1.5V)を供給する電源線
Vdd2 第2電源電圧(1.0V)を供給する電源線
B1,B2,B3,B4 バンプ
GND1、GND2 接地電位を供給する電源線
Tr MOSトランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Memory chip 12 Internal circuit of memory chip 14 Output circuit of memory chip 16 Power supply voltage supply circuit of memory chip 18 Input circuit of memory chip 20 Logic chip 22 Internal circuit of logic chip 24 Output circuit of logic chip 28 Input circuit of logic chip 30 STI
SD1, SD2, SD3, SD4, SD5, SD6 Data signal SV Voltage signal Vdd1 Power supply line Vdd2 for supplying the first power supply voltage (1.5V) Power supply lines B1, B2, for supplying the second power supply voltage (1.0V) B3, B4 Bump GND1, GND2 Power line Tr MOS transistor for supplying ground potential

Claims (4)

第1電源電圧で動作する第1半導体チップと、
前記第1電源電圧よりも低い第2電源電圧で動作し、当該第2電源電圧を前記第1半導体チップに供給する第2半導体チップと、
を備え、
前記第1半導体チップは、
前記第2半導体チップに信号を出力する出力回路と、
前記第2半導体チップから前記第2電源電圧を受けて前記出力回路に当該第2電源電圧を供給する電圧供給回路と、
を有し、
前記電圧供給回路は、前記第1電源電圧を入力とし、前記第2電源電圧を出力する回路であること、
を特徴とする半導体装置。
A first semiconductor chip operating at a first power supply voltage;
A second semiconductor chip that operates at a second power supply voltage lower than the first power supply voltage and supplies the second power supply voltage to the first semiconductor chip;
With
The first semiconductor chip is
An output circuit for outputting a signal to the second semiconductor chip;
A voltage supply circuit that receives the second power supply voltage from the second semiconductor chip and supplies the second power supply voltage to the output circuit;
Have
The voltage supply circuit is a circuit that receives the first power supply voltage and outputs the second power supply voltage;
A semiconductor device characterized by the above.
前記電圧供給回路は、
前記第1電源電圧を供給する電源線と前記出力回路との間に接続されるMOSFETであり、当該MOSFETのゲートに前記第2電源電圧が入力されること、
を特徴とする請求項に記載の半導体装置。
The voltage supply circuit includes:
A MOSFET connected between the power supply line for supplying the first power supply voltage and the output circuit, wherein the second power supply voltage is input to the gate of the MOSFET;
The semiconductor device according to claim 1 .
前記出力回路は、
互いに相補的にオンとオフが切り替わる第1および第2トランジスタを有し、
前記電圧供給回路は、
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタの間に接続されること、
を特徴とする請求項に記載の半導体装置。
The output circuit is
Having first and second transistors that are switched on and off in a complementary manner,
The voltage supply circuit includes:
Being connected between the first transistor and the second transistor;
The semiconductor device according to claim 1 .
前記電圧供給回路はMOSFETであり、当該MOSFETのゲートに前記第2電源電圧が入力されること、
を特徴とする請求項に記載の半導体装置。
The voltage supply circuit is a MOSFET, and the second power supply voltage is input to a gate of the MOSFET;
The semiconductor device according to claim 3 .
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