JP2005079221A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体装置のI/O技術に関し、システムの電源を落とさずに挿抜可能なモジュールに搭載される半導体装置に利用して有用な技術に関する。 The present invention relates to an I / O technique for a semiconductor device, and more particularly to a technique that is useful for a semiconductor device mounted on a module that can be inserted and removed without turning off the power of the system.
例えば、メインフレーム(大形電子計算機)の保守点検の際に、メインフレームを構成する個々のモジュールをシステムの電源を落とすことなくシステムから抜き挿しするいわゆる活線挿抜を行うことがある。そして、このような活線挿抜の際、モジュールに搭載されたLSI(半導体装置)では、電源供給が停止された状態で外部から入出力端子へハイレベル信号が入力されることがある。これは、モジュールをシステムから抜き挿しする際に、電源ピンと信号ピンとが予測不能な順番で接続されるからである。 For example, at the time of maintenance and inspection of a mainframe (large computer), so-called hot-line insertion / removal may be performed in which individual modules constituting the mainframe are inserted / removed from the system without turning off the system power. In such a hot-swap operation, in a LSI (semiconductor device) mounted on the module, a high level signal may be input from the outside to the input / output terminal in a state where power supply is stopped. This is because the power supply pins and the signal pins are connected in an unpredictable order when the module is inserted or removed from the system.
モジュールに搭載されたLSIであって活線挿抜の対策をしていないI/O回路を有するLSIのI/O回路では、図9のチップ断面図に示すように、電源電圧VDDが0Vの状態で入出力パッド20にハイレベル(例えば5V)の電圧が印加された場合、Pチャネル形の出力MOSトランジスタQ1(図9ではソースが省略されている)のドレイン121dとN形ウェルN-Wellとの間に順方向電圧が生じて、当該ドレイン121dから電源電圧VDDの端子へ電流が流れてしまう。そして、このときのキャリアがN形ウェルN-Wellから基板P-SUBを介して入力回路のプリバッファ22や内部論理を構成するCMOS回路へと拡散し、電源電圧VDDが供給されたときにこれらのCMOS回路でラッチアップが生じる恐れがある。
In an I / O circuit of an LSI having an I / O circuit that is mounted on a module and has no measures for hot-swap, as shown in the chip cross-sectional view of FIG. 9, the power supply voltage VDD is 0V. When a high level (for example, 5 V) voltage is applied to the input /
そこで、従来、活線挿抜の対策として、図10のチップ断面図に示すように、Pチャネル形の出力MOSトランジスタQ1を、そのN形ウェルN-Wellに給電を行わないフローティングウェル構造にしたり、また、図6の回路図に示すように、制御MOSトランジスタQ27,Q28やウェル給電用のMOSトランジスタQ29を設けて、電源電圧VDDの供給時にのみPチャネル形MOSトランジスタQ21,Q25のN形ウェルN-Wellに給電を行い、電源電圧VDDの非供給時にはPチャネル形MOSトランジスタQ21,Q25のN形ウェルN-Wellから電源電圧VDDの端子が切断されてフローティングウェル構造と同じになるようにした回路構成を適用していた。 Therefore, conventionally, as a countermeasure against hot-swapping, as shown in the chip cross-sectional view of FIG. 10, the P-channel type output MOS transistor Q1 has a floating well structure in which power is not supplied to the N-type well N-Well. As shown in the circuit diagram of FIG. 6, the control MOS transistors Q27 and Q28 and the well-feeding MOS transistor Q29 are provided, and the N-type well N of the P-channel type MOS transistors Q21 and Q25 is provided only when the power supply voltage VDD is supplied. A circuit in which power is supplied to the well and the terminal of the power supply voltage VDD is disconnected from the N-type well N-Well of the P-channel MOS transistors Q21 and Q25 when the power supply voltage VDD is not supplied to be the same as the floating well structure The configuration was being applied.
また、近年、半導体集積回路の各素子のノイズ耐性を向上する目的で、出力MOSトランジスタや保護ダイオードのウェルを、基板の深い位置まで不純物イオンを拡散させてなるディープN形ウェルと、このディープN形ウェルの上層に形成されるウェルと2重構造とする技術が利用されている。 In recent years, for the purpose of improving noise immunity of each element of a semiconductor integrated circuit, a well of an output MOS transistor or a protection diode has a deep N-type well formed by diffusing impurity ions to a deep position on the substrate, and the deep N-type well. A technique of using a double structure with a well formed in the upper layer of a well is used.
現在、多数の外部接続端子を必要とする半導体装置では、I/O回路は周縁部など半導体チップの限られた範囲に設けられることから、個々のI/O回路の間隔を余り大きくとることが出来ないのが実情である。たとえば、1000個のI/O回路を搭載する場合、I/O回路のサイズは40〜50μm程度にする必要がある。 Currently, in a semiconductor device that requires a large number of external connection terminals, the I / O circuit is provided in a limited area of the semiconductor chip such as the peripheral portion, and therefore, the interval between the individual I / O circuits can be made too large. The reality is that you can't. For example, when 1000 I / O circuits are mounted, the size of the I / O circuit needs to be about 40 to 50 μm.
さらに、回路素子のウェルを2重構造にした場合、上層のN形ウェルよりもディープN形ウェルの拡散領域の面積は大きくする必要があり、また、ディープN形ウェルは深い範囲までイオンを拡散させるため、隣り合う2つのウェル領域をそれぞれ分離独立させるには例えば10μm程度の距離を開けて形成する必要がある。通常の1重構造のウェルであれば2個を分離独立させるのに例えば2.0μm程度の間隔を開ければ良いので、2重構造のウェルを互いに分離独立させるには、1重構造のウェルと比較して、5倍程度の距離が必要となる。このため、1重構造のウェルのI/O回路と比較すると、レイアウトできるトランジスタのサイズが小さくなり、所望の性能を達成するのが困難となる。 Further, when the well of the circuit element has a double structure, the area of the diffusion region of the deep N-type well needs to be larger than that of the upper N-type well, and the deep N-type well diffuses ions to a deep range. Therefore, it is necessary to form a distance of about 10 μm, for example, in order to separate two independent well regions from each other. In the case of a normal well having a single structure, an interval of, for example, about 2.0 μm may be provided in order to separate and separate two wells. In comparison, a distance of about 5 times is required. For this reason, the size of a transistor that can be laid out is smaller than that of a single well I / O circuit, making it difficult to achieve desired performance.
上記のことから、2重ウェル構造をI/O回路に適用する場合、隣り合うI/Oセル間でディープN形ウェルを共有にすることが考えられるが、複数のI/Oセルの中に活線挿抜の対策がされているI/Oセルと、活線挿抜の対策がされていないI/Oセルとが混在している場合、それらのI/Oセル間でディープN形ウェルを共有させると、本来活線挿抜の対策がされているI/Oセルでも活線挿抜対策の効果がなくなってしまうという問題が生じる。なぜなら、例えば図10の活線挿抜対策ありのI/Oセルでは、フローティングウェル構造により入出力パッド20が接続されるP形拡散領域121dから活線挿抜時に電流が流れないようになっているが、ディープN形ウェルを共有にすることで、このウェルを介して活線挿抜対策なしのI/Oセルに電流が流れてしまうからである。
From the above, when a double well structure is applied to an I / O circuit, it is conceivable to share a deep N-type well between adjacent I / O cells. When I / O cells with measures for hot-swap are mixed with I / O cells without measures for hot-swap, a deep N-type well is shared between these I / O cells If it does so, the problem that the effect of a hot-swap countermeasure will be lose | eliminated also in the I / O cell by which the hot-swap countermeasure is originally taken. This is because, for example, in the I / O cell with hot-swap countermeasures shown in FIG. 10, current does not flow during hot-swap from the P-
一方、全てのI/OセルについてディープN形ウェルを分離独立させたのでは、各I/Oセルの間隔が大きくなりすぎてしまい、多数のI/Oセルをレイアウトすることができなくなるという問題がある。 On the other hand, if the deep N-type wells are separated and independent for all the I / O cells, the interval between the I / O cells becomes too large, and it becomes impossible to lay out a large number of I / O cells. There is.
この発明の目的は、全I/OセルについてディープN形ウェルを共通に形成した場合と比較して、ほぼ同数のI/Oセルをレイアウトすることが出来るとともに、活線挿抜対策ありのI/Oセルと対策なしのI/Oセルとが混在している場合でも、対策ありのI/Oセルはそのまま効果を発揮することが可能な半導体装置を提供することにある。 The object of the present invention is to lay out almost the same number of I / O cells as compared to the case where deep N-type wells are formed in common for all I / O cells, and to provide an I / O with hot-swap countermeasures. Even when O cells and I / O cells without countermeasures are mixed, an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which the I / O cells with countermeasures can exert their effects as they are.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、活線挿抜対策なしのI/Oセル(すなわち、電源電圧の供給がなく且つ外部接続端子にハイレベルの信号が入力されたときにP形拡散領域を介して外部接続端子から電源電圧の端子へ電流が流れる電流パスを有するI/Oセル)と、活線挿抜対策ありのI/Oセル(すなわち上記電源電圧の供給がなく且つ外部接続端子にハイレベルの信号が入力されたときに上記P形拡散領域を介して外部接続端子から電源電圧の端子へ電流が流れる電流パスを有さないI/Oセル)とが混在する半導体装置において、活線挿抜対策ありのI/Oセルをグループ化して並べて配置するとともに、このグループ化されたI/Oセル間ではディープN形ウェルを共通化するとともに、活線挿抜対策ありのI/Oセルと対策なしのI/Oセルとが隣り合う部分についてはディープN形ウェルを分離させるようにしたものである。
Outlines of representative ones of the inventions disclosed in the present application will be described as follows.
That is, an I / O cell without hot-swap measures (that is, when the power supply voltage is not supplied and a high level signal is input to the external connection terminal, the power supply voltage is supplied from the external connection terminal via the P-type diffusion region. I / O cell having a current path through which current flows to the terminal) and I / O cell with hot-swap measures (that is, when the power supply voltage is not supplied and a high level signal is input to the external connection terminal) In a semiconductor device in which an I / O cell having no current path through which current flows from an external connection terminal to a power supply voltage terminal via the P-type diffusion region is mixed, The grouped I / O cells are grouped and arranged side by side, and a deep N-type well is shared between the grouped I / O cells. An I / O cell with a countermeasure against hot-swapping and an I / O cell without a countermeasure are adjacent to each other. Together It is obtained so as to separate the deep N-well to the portion.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、本発明に従うと、活線挿抜対策ありのI/Oセルと対策なしのI/Oセルとが混在する半導体装置において、外部接続端子と配線接続されているP形拡散領域を端子として持つ回路素子において、対策ありのI/O回路と対策なしのI/O回路とでN形ウェルが互いに分離されているので、対策有りのI/O回路はその効果をそのまま発揮することが出来る。一方、活線挿抜対策ありのI/Oセルはグループ化されてN形ウェルを結合させているので、N形ウェルを分離する領域は1〜2箇所まで少なくすることが出来る。それゆえ、同一の面積にレイアウト可能なI/Oセルの個数もほとんど少なくならない。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
That is, according to the present invention, in a semiconductor device in which I / O cells with and without hot-swap countermeasures are mixed, a terminal has a P-type diffusion region connected to an external connection terminal. In the circuit element, the N-type well is separated from the I / O circuit with countermeasure and the I / O circuit without countermeasure, so that the I / O circuit with countermeasure can exert its effect as it is. On the other hand, since the I / O cells with hot-swap countermeasures are grouped and N-type wells are combined, the number of regions separating the N-type wells can be reduced to one or two. Therefore, the number of I / O cells that can be laid out in the same area is hardly reduced.
以下、本発明の実施例を図1〜図8の図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施例の半導体装置を示すレイアウト図である。
この実施例の半導体装置10は、例えばメインフレームの一つの機能を担うモジュールボードに搭載されるLSIであり、各種機能を実現する内部回路を囲むように、その周縁部分に外部との信号をやり取りする多数(例えば1000個)のI/Oセルが形成されている。このI/Oセル群11は、半導体装置10の4つの各辺に沿ってそれぞれ列をなして形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS.
FIG. 1 is a layout diagram showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
The
この半導体装置10は、メインフレームに対して活線挿抜可能なモジュールボードに搭載されることが想定されており、そのため、半導体装置10のI/Oセル群11には活線挿抜の対策の施されたI/Oセル群11A,11Bが含まれている。
It is assumed that the
一般に、モジュールボードを活線挿抜可能とする場合、このモジュールボードに搭載されるLSIの複数のI/Oセルのうち、モジュールボードの外部接続端子に直結されるI/Oセルについては活線挿抜の対策をする必要があるが、モジュールボード内の他のLSIや他のICに接続されるI/Oセルについては活線挿抜の対策をしなくても良い。なぜなら、活線挿抜の際、モジュールボードの電源供給が停止されたときには、モジュールボードの外部接続端子にはハイレベルの電圧が印加されることがあるが、モジュールボード内の他のLSIやICからは電源供給が停止されているためハイレベルの信号が出力されないからである。つまり、モジュールボード内の他のLSIや他のICに接続されるI/Oセルには電源電圧が供給されてからハイレベルの信号が印加される。 In general, when a module board can be hot-swapped, hot-swap is performed for I / O cells directly connected to external connection terminals of the module board among a plurality of LSI I / O cells mounted on the module board. However, it is not necessary to take measures for hot-swapping for I / O cells connected to other LSIs and other ICs in the module board. This is because, when the power supply to the module board is stopped during hot plugging, a high level voltage may be applied to the external connection terminal of the module board, but from other LSIs or ICs in the module board This is because a high level signal is not output because power supply is stopped. That is, a high level signal is applied to the I / O cells connected to other LSIs and other ICs in the module board after the power supply voltage is supplied.
この実施例の半導体集積回路10では、上記活線挿抜の対策がされたI/Oセル群11A,11Bにより、例えばモジュールボードの外部接続端子に直結される2系統のI/Oポートが形成されている。このうち、一方のI/Oセル群11Aは例えば64ビット分のI/Oセルからなり、もう一方のI/Oセル群11Bは例えば8ビット分のI/Oセルからなり、それぞれがグループ化されてレイアウトされている。他のI/Oセル群11Cは活線挿抜の対策がなされていないI/Oセルの集まりである。
In the semiconductor integrated
図2には、活線挿抜対策ありのI/Oセル群11Aと対策なしのI/Oセル群11Cとの接続部分を拡大したレイアウト図を示す。また、図3には活線挿抜対策なしのI/O回路のチップ断面図を、図4には活線挿抜対策ありのI/O回路のチップ断面図を、それぞれ示す。
FIG. 2 shows an enlarged layout view of the connection portion between the I /
この実施例のI/O回路は、回路図は省略するが、電源電圧VDD−VSSの間にPチャネル形の出力MOSトランジスタQ1とNチャネル形の出力MOSトランジスタQ2とが直列に接続され、その接続ノードN1が外部接続端子となる入出力パッド20に配線接続された出力回路と、ゲート端子がともに外部接続端子に配線接続されたPチャネル形MOSトランジスタQ11とNチャネル形MOSトランジスタQ12からなるインバータタイプの入力回路としてのプリバッファ22を有するものである。
Although the circuit diagram of the I / O circuit of this embodiment is omitted, a P-channel output MOS transistor Q1 and an N-channel output MOS transistor Q2 are connected in series between the power supply voltage VDD-VSS. An output circuit having a connection node N1 wired to an input /
図3と図4に示すように、Pチャネル形の出力MOSトランジスタQ1と、Nチャネル形の出力MOSトランジスタQ2とは、入出力パッド20に電源電圧VDD−VSSより大きな電圧が印加された場合に、それらをドレイン端子121d,123dからウェルN-Well,P-Wellを通してソース端子(電源電圧端子)121s,123sへ逃がす保護ダイオードとしての機能を兼ねたものとなっている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the P-channel output MOS transistor Q1 and the N-channel output MOS transistor Q2 are applied when a voltage higher than the power supply voltage VDD-VSS is applied to the input /
図2において、1点鎖線で囲まれた個々のセル100aは活線挿抜対策ありの1個のI/Oセルを、1点鎖線で囲まれたセル100cは活線挿抜対策無しの1個のI/Oセルを、それぞれ示している。
In FIG. 2, each
図2と図3に示すように、活線挿抜対策なしのI/Oセル100cは、半導体チップの外周側から順に、外部接続端子となる入出力パッド20、Pチャネル形の出力MOSトランジスタQ1、Nチャネル形の出力MOSトランジスタQ2、プリバッファ22を構成するPチャネル形MOSトランジスタQ11とNチャネル形MOSトランジスタQ12とが一列に並んで形成されている。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the I /
I/Oセル100cを構成する出力MOSトランジスタQ1,Q2とプリバッファ22には、それぞれ分離されたディープN形ウェルT-Wellが形成されている。そして、このディープN形ウェルT-Wellの内側にN形ウェルN-WellとP形ウェルP-Wellがそれぞれ形成され、これらのウェルN-Well,P-Wellの内側にトランジスタのソース・ドレインとなる拡散領域121d,121s,123d,123s,124d,124s,126d,126sが、その上方に図示しない絶縁膜を介してゲート電極G1〜G4や配線が形成されている。
Separated deep N-type wells T-Well are formed in the output MOS transistors Q1 and Q2 and the
また、各ウェルN-Well,P-WellとNチャネル形の出力MOSトランジスタQ2のディープN形ウェルT-Wellには、ウェル給電用の拡散領域111〜115が形成され、それぞれ電源電圧VDD,VSSの給電用の配線が接続されている。なお、図2において、これらウェル給電用の拡散領域111〜115は省略している。これらの拡散領域111〜115は、各ウェルの周縁に沿って中央を取り囲むように形成される。
Further, in each of the wells N-Well and P-Well and the deep N-type well T-Well of the N-channel type output MOS transistor Q2, well-fed
一方、活線挿抜対策ありのI/Oセル100aは、図2と図4に示すように、図3の活線対策なしのI/Oセル100cから出力MOSトランジスタQ1のウェルN-Wellに給電する配線を無くして、出力MOSトランジスタQ1をフローティングウェル構造としたものである。このような出力MOSトランジスタQ1を備えた出力回路によれば、ウェル給電を行うものと比べてウェル電圧に応じて動作特性がやや変動するものの、回路の動作としては所望の論理動作を得ることが出来る。
On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 4, the I /
図2に示すように、上記のように形成されたI/Oセル100a,100cは、半導体チップの周縁部分という限られたスペースに多数設ける必要があることから、隣り合う2個のI/Oセル間でディープN形ウェルT-Wellを分離させずに共通化している。但し、活線挿抜対策ありのI/Oセル100aと対策なしのI/Oセル100cとの間では、ディープN形ウェルT-Wellを共通化させずに分離して形成している。
As shown in FIG. 2, it is necessary to provide a large number of I /
そのため、活線挿抜対策ありのI/Oセル群11Aと対策なしのI/Oセル群11Cとの間に、ディープN形ウェルT-Wellを分離させるためやや大きな間隔(例えば1個のI/Oセル分の間隔)を設けて分離領域としているが、活線挿抜対策ありのI/Oセル群11Aがグループ化されており、分離領域を設ける箇所はグループ化されたI/Oセル群11A,11Bの端だけとなっているため、この領域によりI/Oセルを形成することが可能な個数の減少、或いはレイアウト面積のロスは僅かなものとなる。
Therefore, a slightly large interval (for example, one I / O cell) is used to separate the deep N-type well T-Well between the I /
さらに、この実施例の半導体装置10では、この分離領域に電源電圧VDD,VSSを入力する電源用入出力パッド20Aと図示略の配線を設け、この分離領域を電源電圧入力用のセル200としている。このように拡散領域に依存しない電源用のセルを配置することで、分離領域が有効に活用されて、レイアウト上の無駄が完全に省かれている。
Further, in the
以上のように、この実施例の半導体装置10によれば、モジュールボードの外部接続端子と直結されるI/Oセル100aについては、Pチャネル形出力MOSトランジスタQ1をフローティングウェル型とすることて、モジュールボードを活線挿抜する際、電源電圧VDDが0Vで上記I/Oセル100aの入出力パッド20にハイレベルの信号が入力された場合でも、該出力MOSトランジスタQ1から電源電圧VDDの端子へキャリアが移動することがなく、それゆえ、基板P-SUBを介してキャリアが他のCMOS回路に拡散してしまうのを回避し、それにより活線挿抜時のラッチアップの発生を防止している。
As described above, according to the
また、同じモジュールボード上の他のLSIやICなどに接続される半導体装置10のI/Oセル100cについては、活線挿抜の対策の施されていない通常のI/O回路を適用しているので、信号の入出力特性を最適にしたI/O回路を採用することが出来る。
In addition, for the I /
さらに、活線挿抜対策ありのI/Oセル100aも対策なしのI/Oセル100cも、各構成素子がディープN形ウェルを備えた構造とされ、ノイズによるラッチアップの発生が一様に低減されるなどノイズ耐性の向上が図られている。
Furthermore, both the I /
加えて、活線挿抜対策ありのI/Oセル100aはグループ化されて、隣合うI/Oセル100aで同じ回路素子についてはディープN形ウェルを独立分離させずに共通化しているため、ディープN形ウェルを独立分離させた構成と比較して、各I/Oセル100a間の間隔を小さくすることが出来る。従って、限られたスペースに多くのI/Oセル100aを形成することが可能である。
In addition, the I /
また、活線挿抜対策ありのI/Oセル100aと対策なしのI/Oセル100cとでは、ディープN形ウェルを独立分離させる必要があることから活線挿抜対策ありのI/Oセル群11A,11Bや対策なしのI/Oセル群11Cとの間に分離領域を設けているが、活線挿抜対策ありのI/Oセル100aがグループ化されているため、この分離領域が必要な箇所は非常に少なくなり、さらに、この分離領域を利用して電源電圧の供給を受ける電源電圧入力用のセルが形成されているので、レイアウト的な無駄がほとんど省かれている。
In addition, the I /
[第2実施例]
この第2実施例の半導体装置は活線挿抜対策ありのI/O回路として制御スイッチ式のI/O回路を適用したものである。
図5には、この制御スイッチ式のI/Oセルを示すチップ断面図を、図6にはその回路図を示す。
[Second Embodiment]
In the semiconductor device of the second embodiment, a control switch type I / O circuit is applied as an I / O circuit with hot-swap countermeasures.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a chip showing the control switch type I / O cell, and FIG. 6 is a circuit diagram thereof.
制御スイッチ式のI/Oセル(I/O回路)100eは、内部回路により生成された信号IN_Pcontrol,IN_Ncontrolに基づき出力信号を生成する出力MOSトランジスタQ21,Q22と、活線挿抜時に内部信号IN_Pcontrolを遮断する伝送トランジスタQ23,Q24と、活線挿抜時にPチャネル形の出力MOSトランジスタQ21の状態を制御する出力PMOS制御用のMOSトランジスタQ25と、活線挿抜時に制御用のMOSトランジスタQ25のソース端子に入出力パッド20の電位を供給するチャージ用MOSトランジスタQ26と、通常使用時にPチャネル形の各MOSトランジスタQ21,Q24〜Q27のウェルやソースに電源電圧VDDを供給する給電用MOSトランジスタQ29と、活線挿抜時にこの給電用MOSトランジスタQ29の状態を制御する制御MOSトランジスタQ27,Q28等から構成されるものである。
The control switch type I / O cell (I / O circuit) 100e includes output MOS transistors Q21 and Q22 that generate an output signal based on the signals IN_Pcontrol and IN_Ncontrol generated by the internal circuit, and the internal signal IN_Pcontrol at the time of hot plugging. Transmission transistors Q23 and Q24 to be cut off, an output PMOS control MOS transistor Q25 for controlling the state of the P-channel type output MOS transistor Q21 during hot-line insertion, and a source terminal of the control MOS transistor Q25 for hot-line insertion and removal A charge MOS transistor Q26 for supplying the potential of the input /
図7には、上記制御スイッチ式のI/O回路の通常動作時の説明図を示す。同図中、2点鎖線により電源電圧VDDの供給される配線を、点線により入出力パッド20と等電位になる配線を、それぞれ示している。
FIG. 7 shows an explanatory diagram of the control switch type I / O circuit during normal operation. In the figure, a wiring to which the power supply voltage VDD is supplied is shown by a two-dot chain line, and a wiring having the same potential as the input /
電源電圧VDDが供給されている通常使用時においては、同図に示すように、I/O回路100eに設けられた制御MOSトランジスタQ27,Q28により給電用MOSトランジスタQ29がオンされて、Pチャネル形の出力MOSトランジスタQ21のウェル等に電源電圧VDDが供給される。そして、それにより出力MOSトランジスタQ21,Q22は通常の特性で出力動作を行う。
In normal use in which the power supply voltage VDD is supplied, as shown in the figure, the power supply MOS transistor Q29 is turned on by the control MOS transistors Q27 and Q28 provided in the I /
図8には、上記制御スイッチ式のI/O回路の活線挿抜時の説明図を示す。同図中、点線により入出力パッド20からハイレベルの電圧が印加される配線を示している。
FIG. 8 shows an explanatory diagram when the control switch type I / O circuit is hot-plugged. In the figure, a dotted line indicates a wiring to which a high level voltage is applied from the input /
一方、電源電圧VDDの供給が断たれる活線挿抜時においては、入出力パッド20に外部からハイレベル(VDD)の電圧が印加された場合、制御MOSトランジスタQ27,Q28により給電用MOSトランジスタQ29がオフされているので、Pチャネル形の出力MOSトランジスタQ21のウェルから電源電圧VDDの端子へとつながる電流パスが切断され、入出力パッド20から電源電圧VDDの端子へ電流が流れず、それにより活線挿抜が行われてもラッチアップが生じないようになっている。
On the other hand, at the time of hot-plugging when the supply of the power supply voltage VDD is cut off, if a high level (VDD) voltage is applied to the input /
この実施例の制御スイッチ式のI/O回路100eは、さらに、図5に示すように、Pチャネル形のMOSトランジスタQ21,Q24〜Q27,Q29のN形ウェルN-Wellをそれより深いディープN形ウェルT-Wellで囲った構成になっている。そして、この2重ウェル構造により、外部信号のノイズに起因して発生するラッチアップを防ぐと云ったノイズ耐性が向上されている。
As shown in FIG. 5, the control switch type I /
そして、このような2重ウェル構造を採用した制御スイッチ式のI/Oセル100eについても、第1の実施例のフローティングウェル形態のI/Oセル100aと同様に、例えばaバイト(aは自然数)分にグループ化して一列に並べてレイアウトするとともに、このグループ化した複数のI/Oセル100eについてはディープN形ウェルT-Wellを共通化させ、グループ化されてない他のI/Oセルとはセル間隔を離してディープN形ウェルT-Wellを分離するように形成されている(参考図1,図2)。
The control switch type I /
以上のように、この実施例の半導体装置によっても、活線挿抜の対策のある制御スイッチ式のI/Oセル100eはその機能を発揮しつつ、各I/Oセルのレイアウト上の間隔を狭めて同じレイアウト面積に多数のI/Oセルを形成することが可能なようになっている。
As described above, even with the semiconductor device of this embodiment, the control switch type I /
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、ディープN形ウェルT-Wellを共通にするI/Oセルのグループの分け方としては、実施例のように活線挿抜の対策の有無だけでなく、入出力信号の仕様により、信号仕様が同じものを同一グループとし、信号仕様の異なるものは別のグループとしてディープN形ウェルT-Wellを分離するようにしても良い。
The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Nor.
For example, I / O cell groups that share a deep N-type well T-Well can be divided into signal specifications based on input / output signal specifications, as well as whether or not there are hot-swap measures as in the embodiment. However, it is also possible to separate the deep N-type well T-Wells as the same group and those having different signal specifications as different groups.
また、上記実施例では、図2に示すように、Nチャネル形の出力MOSトランジスタQ2やプリバッファ22のMOSトランジスタQ11,Q12についても、異なるグループ間でディープN形ウェルT-Wellを分離させているが、このディープN形ウェルT-Wellについては異なるグループ間で結合するように形成しても良い。
In the above embodiment, as shown in FIG. 2, the deep N-type well T-Well is separated between different groups for the N-channel output MOS transistor Q2 and the MOS transistors Q11 and Q12 of the
また、実施例では、図2の分離領域に電源電圧を外部から受ける電源セルを設けた最良な形態を示したが、電源セルは別に設けて分離領域には何も形成しないようにしても良い。 Further, in the embodiment, the best mode in which the power source cell for receiving the power source voltage from the outside is provided in the isolation region of FIG. 2 is shown, but the power source cell may be provided separately so that nothing is formed in the isolation region. .
また、実施例では、第1導電形としてP形を、第2導電形としてN形を当てはめて説明したが、電源電圧や信号のレベルを実施例の場合と逆にした場合には、第1導電形としてN形を、第2導電形としてP形を当てはめることで同様の構成を実現することが出来る。 In the embodiment, the P-type is applied as the first conductivity type and the N-type is applied as the second conductivity type. However, when the power supply voltage and the signal level are reversed from those in the embodiment, the first conductivity type is applied. A similar configuration can be realized by applying N-type as the conductivity type and P-type as the second conductivity type.
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるメインフレームのモジュールボードに搭載されるLSIについて説明したが、この発明はそれに限定されるものでなく、例えば、IEEE(米国電気電子技術者協会)1394のインターフェースを備えた電子機器で活線挿抜の影響が及ぶICなど種々の半導体装置に広く利用することができる。 In the above description, the invention mainly made by the present inventor has been described for the LSI mounted on the module board of the mainframe, which is the field of use behind the invention, but the present invention is not limited thereto, for example, It can be widely used in various semiconductor devices such as ICs that are affected by hot-plugging in electronic devices having an IEEE (American Institute of Electrical and Electronics Engineers) 1394 interface.
10 半導体装置
11 I/Oセル群
11A,11B 活線挿抜対策ありのI/Oセル群
11C 活線挿抜対策なしのI/Oセル群
20 入出力パッド
20A 電源入力用の入出力パッド
Q1 Pチャネル形の出力MOSトランジスタ
Q2 Nチャネル形の出力MOSトランジスタ
22 プリバッファ
100a 活線挿抜対策ありのI/Oセル
100c 活線挿抜対策なしのI/Oセル
100e 制御スイッチ式のI/Oセル
N-Well N形ウェル
P-Well P形ウェル
T-Well ディープN形ウェル
DESCRIPTION OF
N-Well N-type well
P-Well P-type well
T-Well Deep N type well
Claims (5)
上記複数の入出力回路には、
入出力回路に電源電圧の供給がなく且つ外部接続端子に高電位の電圧が印加されたときに上記第1導電形の拡散領域を介して外部接続端子から電源電圧端子への電流パスが形成される第1形態の入出力回路と、
上記電源電圧の供給がなく且つ外部接続端子に高電位の電圧が印加されたときに上記第1導電形の拡散領域を介して外部接続端子から電源電圧端子への電流パスが形成されない第2形態の入出力回路とが含まれ、
複数の上記第2形態の入出力回路が連続して形成された共通の第2導電形のウェルに形成されていることを特徴とする半導体装置。 A second conductivity type well is formed in the first conductivity type semiconductor substrate, and the first conductivity type diffusion region serving as the drain of the output MOS transistor or the anode or cathode of the PN junction protection diode is formed in the second conductivity type well. A semiconductor device in which a plurality of input / output circuits are formed in which the diffusion region of the first conductivity type is connected to an external connection terminal for inputting / outputting an external signal,
The plurality of input / output circuits include
When no power supply voltage is supplied to the input / output circuit and a high potential voltage is applied to the external connection terminal, a current path from the external connection terminal to the power supply voltage terminal is formed through the diffusion region of the first conductivity type. An input / output circuit of the first form,
A second form in which no current path is formed from the external connection terminal to the power supply voltage terminal through the diffusion region of the first conductivity type when the power supply voltage is not supplied and a high potential voltage is applied to the external connection terminal I / O circuit and
A semiconductor device, wherein a plurality of input / output circuits of the second form are formed in a well of a common second conductivity type formed continuously.
上記第1ウェルが連続することで上記複数の入出力回路の素子の共通ウェルとされていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The second conductivity type well includes a first well in which impurities are diffused to a first depth of a semiconductor substrate, and an impurity diffused in the first well to a second depth shallower than the first depth. A second well,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first well is a common well of elements of the plurality of input / output circuits by being continuous.
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