JP2008243910A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体集積回路に関し、特にプラズマディスプレイなどの容量性負荷を駆動する多チャンネル半導体集積回路のレイアウトに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a layout of a multi-channel semiconductor integrated circuit for driving a capacitive load such as a plasma display.
従来の多チャンネル半導体集積回路に用いられている高耐圧出力回路としては、図14に示される回路が一般的に知られている。 As a high voltage output circuit used in a conventional multi-channel semiconductor integrated circuit, a circuit shown in FIG. 14 is generally known.
図14に示すように、高耐圧出力回路127は、ハイサイドトランジスタ12、ハイサイドトランジスタ12の寄生のゲート−ソース間容量11、及びローサイドトランジスタ13から構成されるプッシュプル回路7と、ツェナーダイオード9及び第1の抵抗10から構成され、ハイサイドトランジスタ12のゲートを保護するゲート保護回路8と、厚膜ゲートP型MOSトランジスタ14,15及び薄膜ゲートN型MOSトランジスタ16,17から構成され、ハイサイドトランジスタ12を駆動するレベルシフト回路6とで構成されている。
As shown in FIG. 14, the high withstand
なお、5は、レベルシフト回路6及びローサイドトランジスタ13を駆動するプリドライバであり、4は、プッシュプル回路7の出力の端子であり、3は、100V以上の高圧電源の端子であり、2は、5V程度の低圧電源の端子である。
Reference numeral 5 denotes a pre-driver that drives the
以上の構成を有する高耐圧出力回路127の動作について、図15を用いて説明する。
The operation of the high withstand
図15は、上記従来の高耐圧出力回路127の動作を説明するタイミング図である。
FIG. 15 is a timing chart for explaining the operation of the conventional high withstand
図15では、入力端子INに入力される低耐圧制御部から入力される入力信号INの電圧波形と、入力信号INに応じてレベルシフト回路6を駆動するプリドライバ5の出力信号IN1,IN2の電圧波形と、入力信号INに応じてローサイドトランジスタ13を駆動するプリドライバ5の出力信号IN3の電圧波形と、プリドライバ5の出力信号IN1,IN2に応じてハイサイドトランジスタ12を駆動するレベルシフト回路6の出力信号IN4の電圧波形と、レベルシフト回路6の出力信号IN4及びゲート保護回路8に応じて決定されるハイサイドトランジスタ12のゲート−ソース間電圧GHの電圧波形と、ゲート−ソース間電圧GH及びプリドライバ5の出力信号IN3に応じて出力されるプッシュプル回路7の出力端子OUTの電圧波形とを示している。
In FIG. 15, the voltage waveform of the input signal IN input from the low withstand voltage control unit input to the input terminal IN and the output signals IN1 and IN2 of the pre-driver 5 that drives the
ここで、入力信号INにGNDレベルの信号が入力され、入力端子INがLレベル(GND)になると、出力信号IN1はHレベル(VDD)、出力信号IN2はLレベル(GND)と夫々なり、出力信号IN4がLレベル(GND)となる。この場合、ツェナーダイオード9が順バイアスとなり、ゲート電圧−ソース間電圧GHは、OUT−VFD(ツェナー順方向電圧)となって寄生ゲート容量11を急速放電し、ハイサイドトランジスタ12のしきい値電圧Vth(N1)以下となることで、ハイサイドトランジスタ12はオフする。その後、ゲート電圧−ソース間電圧GHは、第1の抵抗10によって出力端子OUTと同電位に戻る。また、出力信号IN3は、Hレベル(VDD)となってローサイドトランジスタ13をオンし、出力端子OUTはLレベル(GND)となる。
Here, when a GND level signal is input to the input signal IN and the input terminal IN becomes L level (GND), the output signal IN1 becomes H level (VDD), and the output signal IN2 becomes L level (GND). The output signal IN4 becomes L level (GND). In this case, the Zener
次に、入力信号INにVDDレベルの信号が入力され、入力端子INがHレベル(VDD)になると、出力信号IN1はLレベル(GND)、出力信号IN2はHレベル(VDD)と夫々なり、出力信号IN4がHレベル(VDDH)となって寄生ゲート容量11を急速充電し、ツェナーダイオード9によりゲート−ソース間電圧GHは、OUT+Vz(降伏電圧)となってハイサイドトランジスタ12のしきい値電圧Vth(N1)以上となることで、ハイサイドトランジスタ12はオンする。また、出力信号IN3は、Lレベル(GND)となってローサイドトランジスタ13をオフし、出力信号OUTはHレベル(VDDH)となる。
しかしながら、上記多チャンネル半導体集積回路の高耐圧出力回路127によれば、ハイサイドトランジスタ12のゲート酸化膜の膜厚は薄いため、GNDからVDDHまでの振幅をもつレベルシフト回路6によってゲート耐圧を越えないように、ゲート保護回路8のツェナーダイオード9によってゲート電圧を制限している。このため、ツェナーダイオード9の降伏電圧で使用できるデバイスが限定されるので、例えば、単位面積当たりの飽和電流の向上やオンするスイッチング速度を向上させる用途のトランジスタを併設したいとき、オンするしきい値電圧をより下げる目的でゲート酸化膜の膜厚をより薄膜化する場合などには、ゲート耐圧も低くなるために、降伏電圧が低いデバイスを追加する必要があるという問題がある。
However, according to the high breakdown
また、一般的に、降伏電圧が5V以下となる場合、ダイオードに流す電流によるばらつきが大きいという問題も知られている。(流す電流による降伏電圧のばらつきが大きい)
前記に鑑み、本発明の目的は、ゲート耐圧に合せた複数の降伏電圧をもつツェナーダイオードを作製することなく、最適にレイアウトされた高耐圧出力回路をスタンダードセルとする多チャンネル半導体集積回路を提供することである。
In general, when the breakdown voltage is 5 V or less, there is also a problem that variation due to current flowing in the diode is large. (The breakdown voltage varies greatly depending on the current that flows)
In view of the above, an object of the present invention is to provide a multi-channel semiconductor integrated circuit having a high-voltage output circuit that is optimally laid out as a standard cell without producing a Zener diode having a plurality of breakdown voltages in accordance with the gate breakdown voltage. It is to be.
前記の目的を達成するために、本発明の第1の形態に係る半導体集積回路は、薄膜ゲート酸化膜を有するハイサイドトランジスタ、及び薄膜ゲート酸化膜を有するローサイドトランジスタによって構成されるプッシュプル回路と、レベルシフト回路と、レベルシフト回路の出力とプッシュプル回路の出力との間に接続されたゲート保護回路とを有する高耐圧出力回路を備えた半導体集積回路であって、ゲート保護回路は、ツェナーダイオードと、P型の不純物がドーピングされたP型不純物領域よりなる直列に接続された第1の抵抗及び第2の抵抗によって構成され、ツェナーダイオードによる降伏電圧を分圧する分圧抵抗とを有し、第1の抵抗と第2の抵抗との接続点における分圧電位は、ハイサイドトランジスタのゲートに印加されており、第1の抵抗及び第2の抵抗は、N型の不純物がドーピングされたN型不純物領域に囲まれるように配置されている。 To achieve the above object, a semiconductor integrated circuit according to a first embodiment of the present invention includes a push-pull circuit including a high-side transistor having a thin film gate oxide film and a low-side transistor having a thin film gate oxide film. , A semiconductor integrated circuit comprising a level shift circuit and a high withstand voltage output circuit having a gate protection circuit connected between the output of the level shift circuit and the output of the push-pull circuit, the gate protection circuit comprising: A diode, and a first resistor and a second resistor connected in series, each of which includes a P-type impurity region doped with a P-type impurity, and a voltage dividing resistor that divides a breakdown voltage by the Zener diode. The divided potential at the connection point between the first resistor and the second resistor is applied to the gate of the high-side transistor. , The first resistor and the second resistor, an N-type impurity is disposed so as to be surrounded by the doped N-type impurity regions.
本発明の第1の形態に係る半導体集積回路において、第1の抵抗及び第2の抵抗の各々は、N型不純物領域によって各々個別に取り囲まれていると共に、互いに異なるSOIによって個別に分離されている。 In the semiconductor integrated circuit according to the first aspect of the present invention, each of the first resistor and the second resistor is individually surrounded by the N-type impurity region and is individually separated by different SOIs. Yes.
本発明の第1の形態に係る半導体集積回路において、第1の抵抗及び第2の抵抗の各々は、N型不純物領域によって各々個別に取り囲まれていると共に、互いに同じSOIによって一体に分離されている。 In the semiconductor integrated circuit according to the first aspect of the present invention, each of the first resistor and the second resistor is individually surrounded by the N-type impurity region and is integrally separated by the same SOI. Yes.
本発明の第1の形態に係る半導体集積回路において、N型不純物領域及び分圧抵抗の各々の角部の形状は、丸味を帯びている。 In the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment of the present invention, the corners of the N-type impurity region and the voltage dividing resistor are rounded.
本発明の第1の形態に係る半導体集積回路において、第1の抵抗及び第2の抵抗は、単一の抵抗体によって構成されており、単一の抵抗体は、3端子の電極を有している。 In the semiconductor integrated circuit according to the first aspect of the present invention, the first resistor and the second resistor are configured by a single resistor, and the single resistor has a three-terminal electrode. ing.
本発明の第1の形態に係る半導体集積回路において、半導体チップ上に、パッドをさらに含んだ高耐圧出力回路よりなる回路セルを複数備え、回路セルにおいて、レベルシフト回路、ゲート保護回路、ハイサイドトランジスタ、ローサイドトランジスタ、及びパッドは、一直線上に配置されている。 The semiconductor integrated circuit according to the first embodiment of the present invention includes a plurality of circuit cells each including a high voltage output circuit further including a pad on a semiconductor chip, and the circuit cell includes a level shift circuit, a gate protection circuit, and a high side. The transistor, the low-side transistor, and the pad are arranged on a straight line.
本発明の第1の形態に係る半導体集積回路において、半導体チップの中央部に配置された制御部をさらに備え、複数の回路セルは、制御部を介して互いに対向するように配置された、高耐圧出力回路を複数有してなる第1の回路セル列及び第2の回路セル列によって構成されている。 The semiconductor integrated circuit according to the first aspect of the present invention further includes a control unit disposed in a central portion of the semiconductor chip, and the plurality of circuit cells are disposed so as to face each other via the control unit. The first circuit cell array and the second circuit cell array each having a plurality of withstand voltage output circuits.
本発明の第1の形態に係る半導体集積回路において、第1の回路セル列及び第2の回路セル列の各々の両端に配置され、高圧電位用の第1の電源パッド及び基準電位用の第2の電源パッドと、第1の回路セル列及び第2の回路セル列における各々のハイサイドトランジスタの上に配置され、第1の電源パッドと電気的に接続する高圧電位の第1の配線と、第1の回路セル列及び第2の回路セル列における各々のローサイドトランジスタの上に配置され、第2の電源パッドと電気的に接続する基準電位の第2の配線とをさらに備えている。 In the semiconductor integrated circuit according to the first aspect of the present invention, the first power supply pad for the high voltage potential and the first for the reference potential are arranged at both ends of each of the first circuit cell row and the second circuit cell row. Two power supply pads, a first wiring having a high voltage potential disposed on each of the high-side transistors in the first circuit cell row and the second circuit cell row and electrically connected to the first power supply pad, And a second wiring having a reference potential disposed on each low-side transistor in the first circuit cell column and the second circuit cell column and electrically connected to the second power supply pad.
本発明の第1の形態に係る半導体集積回路において、半導体基板の中央部に配置された制御部を取り囲むように配置された基準電位の第3の配線をさらに備えている。 The semiconductor integrated circuit according to the first aspect of the present invention further includes a third wiring having a reference potential arranged so as to surround the control unit arranged in the central portion of the semiconductor substrate.
本発明の第1の形態に係る半導体集積回路において、レベルシフト回路、ゲート保護回路及びハイサイドトランジスタは、ローサイドトランジスタのセル幅内に収まるように設計されている。 In the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment of the present invention, the level shift circuit, the gate protection circuit, and the high side transistor are designed to be within the cell width of the low side transistor.
本発明の第1の形態に係る半導体集積回路において、ツェナーダイオード及び分圧抵抗は、高耐圧出力回路の幅方向に互いに隣り合うように配置されている。 In the semiconductor integrated circuit according to the first aspect of the present invention, the Zener diode and the voltage dividing resistor are arranged adjacent to each other in the width direction of the high withstand voltage output circuit.
また、本発明の第2の形態に係る半導体集積回路は、薄膜ゲート酸化膜を有するハイサイドトランジスタ、ハイサイドトランジスタと並列に接続されたハイサイド回生ダイオード、薄膜ゲート酸化膜を有するローサイドトランジスタ、及びローサイドトランジスタと並列に接続されるローサイド回生ダイオードとによって構成されるプッシュプル回路と、レベルシフト回路と、レベルシフト回路の出力とプッシュプル回路の出力との間に接続されたゲート保護回路とを有する高耐圧出力回路を備えた半導体集積回路であって、ゲート保護回路は、ツェナーダイオードと、P型の不純物がドーピングされたP型不純物領域よりなる直列に接続された第1の抵抗及び第2の抵抗によって構成され、ツェナーダイオードによる降伏電圧を分圧する分圧抵抗とを有し、第1の抵抗と第2の抵抗との接続点における分圧電位は、ハイサイドトランジスタのゲートに印加され、第1の抵抗及び第2の抵抗は、N型の不純物がドーピングされたN型不純物領域に囲まれるように配置されている。 A semiconductor integrated circuit according to the second embodiment of the present invention includes a high-side transistor having a thin-film gate oxide film, a high-side regenerative diode connected in parallel with the high-side transistor, a low-side transistor having a thin-film gate oxide film, and A push-pull circuit including a low-side transistor and a low-side regenerative diode connected in parallel; a level shift circuit; and a gate protection circuit connected between the output of the level shift circuit and the output of the push-pull circuit. A semiconductor integrated circuit including a high withstand voltage output circuit, wherein the gate protection circuit includes a zener diode, a first resistor and a second resistor connected in series including a P-type impurity region doped with a P-type impurity. A resistor that divides the breakdown voltage due to the Zener diode. A divided potential at a connection point between the first resistor and the second resistor is applied to the gate of the high-side transistor, and the first resistor and the second resistor are N-type impurities. Arranged so as to be surrounded by the doped N-type impurity region.
本発明の第2の形態に係る半導体集積回路において、第1の抵抗及び第2の抵抗の各々は、N型不純物領域によって各々個別に取り囲まれていると共に、互いに異なるSOIによって個別に分離されている。 In the semiconductor integrated circuit according to the second aspect of the present invention, each of the first resistor and the second resistor is individually surrounded by the N-type impurity region and is individually separated by different SOIs. Yes.
本発明の第2の形態に係る半導体集積回路において、第1の抵抗及び第2の抵抗の各々は、N型不純物領域によって各々個別に取り囲まれていると共に、互いに同じSOIによって一体に分離されている。 In the semiconductor integrated circuit according to the second aspect of the present invention, each of the first resistor and the second resistor is individually surrounded by the N-type impurity region and is integrally separated by the same SOI. Yes.
本発明の第2の形態に係る半導体集積回路において、N型不純物領域及び分圧抵抗の各々の角部の形状は、丸味を帯びている。 In the semiconductor integrated circuit according to the second aspect of the present invention, the shape of each corner of the N-type impurity region and the voltage dividing resistor is rounded.
本発明の第2の形態に係る半導体集積回路において、第1の抵抗及び第2の抵抗は、単一の抵抗体によって構成されており、単一の抵抗体は、3端子の電極を有している。 In the semiconductor integrated circuit according to the second aspect of the present invention, the first resistor and the second resistor are constituted by a single resistor, and the single resistor has a three-terminal electrode. ing.
本発明の第2の形態に係る半導体集積回路において、半導体チップ上に、パッドをさらに含んだ高耐圧出力回路よりなる回路セルを複数備え、回路セルにおいて、レベルシフト回路、ゲート保護回路、ハイサイドトランジスタ、ローサイドトランジスタ、ハイサイド回生ダイオード、ローサイド回生ダイオード及びパッドは、一直線上に配置されている。 The semiconductor integrated circuit according to the second embodiment of the present invention includes a plurality of circuit cells each including a high withstand voltage output circuit further including a pad on a semiconductor chip, and the circuit cell includes a level shift circuit, a gate protection circuit, and a high side. The transistor, the low-side transistor, the high-side regeneration diode, the low-side regeneration diode, and the pad are arranged on a straight line.
本発明の第2の形態に係る半導体集積回路において、半導体チップの中央部に配置された制御部をさらに備え、複数の回路セルは、制御部を介して互いに対向するように配置された、高耐圧出力回路を複数有してなる第1の回路セル列及び第2の回路セル列によって構成されている。 In the semiconductor integrated circuit according to the second aspect of the present invention, the semiconductor integrated circuit further includes a control unit disposed at the center of the semiconductor chip, and the plurality of circuit cells are disposed so as to face each other via the control unit. The first circuit cell array and the second circuit cell array each having a plurality of withstand voltage output circuits.
本発明の第2の形態に係る半導体集積回路において、第1の回路セル列及び第2の回路セル列の各々の両端に配置され、高圧電位用の第1の電源パッド及び基準電位用の第2の電源パッドと、第1の回路セル列及び第2の回路セル列における各々のハイサイドトランジスタの上に配置され、第1の電源パッドと電気的に接続する高圧電位の第1の配線と、第1の回路セル列及び第2の回路セル列における各々のローサイドトランジスタの上に配置され、第2の電源パッドと電気的に接続する基準電位の第2の配線とをさらに備えている。 In the semiconductor integrated circuit according to the second aspect of the present invention, the first power supply pad for the high potential and the first potential for the reference potential are arranged at both ends of each of the first circuit cell row and the second circuit cell row. Two power supply pads, a first wiring having a high voltage potential disposed on each of the high-side transistors in the first circuit cell row and the second circuit cell row and electrically connected to the first power supply pad, And a second wiring having a reference potential disposed on each low-side transistor in the first circuit cell column and the second circuit cell column and electrically connected to the second power supply pad.
本発明の第2の形態に係る半導体集積回路において、半導体基板の中央部に配置された制御部を取り囲むように配置された基準電位の第3の配線をさらに備えている。 The semiconductor integrated circuit according to the second aspect of the present invention further includes a third wiring having a reference potential arranged so as to surround the control unit arranged in the central portion of the semiconductor substrate.
本発明の第2の形態に係る半導体集積回路において、レベルシフト回路、ゲート保護回路、ハイサイドトランジスタ、ハイサイド回生ダイオード及びローサイド回生ダイオードは、ローサイドトランジスタのセル幅内に収まるように設計されている。 In the semiconductor integrated circuit according to the second aspect of the present invention, the level shift circuit, the gate protection circuit, the high-side transistor, the high-side regeneration diode, and the low-side regeneration diode are designed to be within the cell width of the low-side transistor. .
本発明の第2の形態に係る半導体集積回路において、ツェナーダイオード及び分圧抵抗は、高耐圧出力回路の幅方向に互いに隣り合うように配置されている。 In the semiconductor integrated circuit according to the second aspect of the present invention, the Zener diode and the voltage dividing resistor are arranged adjacent to each other in the width direction of the high withstand voltage output circuit.
上述した半導体集積回路によると、ゲート耐圧に合せた複数の降伏電圧をもつツェナーダイオードを作製する必要がなく、また、電流によるばらつきの小さい降伏電圧が5V以上のツェナーダイオードでも5V未満の耐圧をもつしきい値電圧の低いハイサイドトランジスタが使えるように最適にレイアウトされた高耐圧出力回路をスタンダードセルとする多チャンネル半導体集積回路を提供することができる。 According to the semiconductor integrated circuit described above, it is not necessary to manufacture a Zener diode having a plurality of breakdown voltages according to the gate breakdown voltage. Even a Zener diode having a breakdown voltage with a small variation due to current of 5 V or more has a breakdown voltage of less than 5 V. It is possible to provide a multi-channel semiconductor integrated circuit in which a high breakdown voltage output circuit optimally laid out so that a high-side transistor having a low threshold voltage can be used as a standard cell.
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る多チャンネル半導体集積回路の回路構成図であって、具体的には、後述の高耐圧出力回路セルを構成する高耐圧出力回路を説明するための回路構成図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a multi-channel semiconductor integrated circuit according to the first embodiment of the present invention. Specifically, to describe a high voltage output circuit constituting a high voltage output circuit cell described later. FIG.
図1に示すように、本実施形態に係る半導体集積回路は、高耐圧出力回路127と、後述の低耐圧制御部からの制御信号入力端子INに応じて高耐圧出力回路127を駆動するプリドライバ5とを備えている。
As shown in FIG. 1, the semiconductor integrated circuit according to this embodiment includes a high-
ここで、高耐圧出力回路127は、ハイサイドトランジスタ12、ハイサイドトランジスタ12の寄生のゲート−ソース間容量11、及びローサイドトランジスタ13とでプッシュプル出力を構成するプッシュプル回路7と、厚膜ゲートP型MOSトランジスタ14,15及び薄膜ゲートN型MOSトランジスタ16,17から構成され、ハイサイドトランジスタ12を駆動するレベルシフト回路6と、ツェナーダイオード9、分圧抵抗48,49、及び分圧抵抗48,49の寄生ダイオード47から構成され、ゲートが破壊されない駆動電圧を任意(ゲート駆動電圧=ツェナーダイオード9の降伏電圧/(1+分圧抵抗48/分圧抵抗49)に設定できるハイサイドトランジスタ12のゲートを保護するゲート保護回路8とで構成されている。なお、ゲート保護回路8は、レベルシフト回路6の出力とプッシュプル回路7の出力4との間に接続され、直列に接続された分圧抵抗48と分圧抵抗49との接続点における分圧電位が、ハイサイドトランジスタ7のゲートに印加される。
Here, the high withstand
また、ハイサイドトランジスタ12には高圧電源の端子3が接続されており、ローサイドトランジスタ13には基準電位の端子1が接続されており、プリドライバ5には低圧電源の端子2が接続されており、プッシュプル回路7には高圧出力の端子4が接続されている。なお、ハイサイドトランジスタ12がハイレベル出力用であり、ローサイドトランジスタ13がローレベル出力用である。
The high-
図2は、本発明の第1の実施形態に係る多チャンネル半導体集積回路における高耐圧出力回路127の動作を説明するタイミング図である。
FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the high
図2では、入力端子INに入力される低耐圧制御部からの入力信号INの電圧波形と、入力信号INに応じてレベルシフト回路6を駆動するプリドライバ5の出力信号IN1,IN2の電圧波形と、入力信号INに応じてローサイドトランジスタ13を駆動するプリドライバ5の出力信号IN3の電圧波形と、プリドライバ5の出力信号IN1,IN2に応じてハイサイドトランジスタ12を駆動するレベルシフト回路6の出力信号IN4の電圧波形と、レベルシフト回路6の出力信号IN4及びゲート保護回路8に応じて決定されるハイサイドトランジスタ12のゲート−ソース間電圧GHの電圧波形と、ゲート−ソース間電圧GH及びプリドライバ5の出力信号IN3に応じて出力されるプッシュプル回路7の出力電圧OUTの電圧波形とを示している。
In FIG. 2, the voltage waveform of the input signal IN from the low withstand voltage control unit input to the input terminal IN and the voltage waveform of the output signals IN1 and IN2 of the pre-driver 5 that drives the
ここで、入力信号INにGNDレベルの信号が入力され、入力端子INがLレベルになると、出力信号IN1はHレベル(VDD)、出力信号IN2はLレベル(GND)と夫々なり、出力信号IN4がLレベル(GND)となる。この場合、ツェナーダイオード9及び分圧抵抗48,49の寄生ダイオード47が順バイアスとなり、ゲート−ソース間電圧GHは、OUT−VFD(ダイオード順方向電圧)となって、分圧抵抗48,49によって制限されることなく、寄生ゲート容量11を急速放電し、ハイサイドトランジスタ12のしきい値電圧Vth(N1)以下となることで、ハイサイドトランジスタ12はオフする。その後、ゲート−ソース間電圧GHは、分圧抵抗48,49により出力電圧OUTと同電位に戻る。また、出力信号IN3は、Hレベル(VDD)となってローサイドトランジスタ13をオンし、出力電圧OUTはLレベル(GND)となる。
When a GND level signal is input to the input signal IN and the input terminal IN becomes L level, the output signal IN1 becomes H level (VDD), the output signal IN2 becomes L level (GND), and the output signal IN4. Becomes L level (GND). In this case, the
次に、入力信号INにVDDレベルの信号が入力され、入力端子INがHレベル(VDD)になると、出力信号IN1はLレベル(GND)、出力信号IN2はHレベル(VDD)と夫々なり、出力信号IN4がHレベル(VDDH)となる。このとき、ゲート−ソース間電圧GHは、分圧抵抗48,49によりツェナーダイオード9の降伏電圧を分圧した値で寄生ゲート容量11を充電するので、ゲート−ソース間電圧GHは、OUT+Vz(降伏電圧)/(1+分圧抵抗48/分圧抵抗49)となって、ハイサイドトランジスタ12のしきい値電圧Vth(N1)以上となることで、ハイサイドトランジスタ12はオンする。また、出力信号IN3は、Lレベル(GND)となってローサイドトランジスタ13をオフし、出力信号OUTはHレベル(VDDH)となる。
Next, when a VDD level signal is input to the input signal IN and the input terminal IN becomes H level (VDD), the output signal IN1 becomes L level (GND), and the output signal IN2 becomes H level (VDD). The output signal IN4 becomes H level (VDDH). At this time, since the gate-source voltage GH charges the
図3(a)は、ゲート保護回路8を構成する分圧抵抗48,49のレイアウトを示す平面図であり、図3(b)は、図3(a)のIIIb-IIIb線の断面図である。なお、図3(a)では、説明の便宜上、図3(b)で示す構成の一部の図示を省略している。
3A is a plan view showing a layout of the
図3(a)及び(b)に示すように、SOIの特徴であるトレンチ36とBOX43とによって分離され、薄いN型不純物がドーピングされてなるウェル46が形成されている。該ウェル46の中には、濃いP型不純物がドーピングされてなる抵抗体45が形成されており、該抵抗体45の周囲を取り囲むように、濃いN型不純物がドーピングされてなる領域であるガードリング44が形成されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, a well 46 is formed which is separated by a
このように、P型の抵抗体45を囲むようにN型のガードリング44が配置されていることにより、ガードリング44の電位が抵抗体45よりも低くなったときに、寄生ダイオード47が順バイアスされる。このため、ハイサイドトランジスタ12のゲート容量11の放電は、分圧抵抗48,49に制限されることなく急速に放電可能となるので、ハイサイドトランジスタ12のオフを早めることができ、ひいては、プッシュプル回路7の貫通破壊を回避することができる。
As described above, since the N-
一方、ガードリング44の電位が抵抗体45より高くなったときには、寄生ダイオード47が逆バイアスとなり、ツェナーダイオード9によってウェル46の電位は安定する。このため、分圧抵抗48,49は、ハイサイドトランジスタ12のゲート駆動電圧を精度良く制限できる。また、ウェル46、ガードリング44、及び抵抗体45はいずれも他のトランジスタに使われている拡散層で兼用できるため、マスク工程を増やすことなく安価に、分圧抵抗48,49の構成を実現できる。
On the other hand, when the potential of the
図4(a)は、ゲート保護回路8を構成する分圧抵抗48,49のレイアウトを示す平面図であって、上記図3(a)及び(b)に示したレイアウトの変形例であり、図4(b)は、図4(a)のIVb-IVb線の断面図である。なお、図4(a)では、説明の便宜上、図4(b)で示す構成の一部の図示を省略している。
FIG. 4A is a plan view showing a layout of the
図4(a)及び(b)に示す分圧抵抗48,49のレイアウトが、図3(a)及び(b)に示した分圧抵抗48,49のレイアウトと異なるのは、薄いN型不純物がドーピングされてなるウェル46の中に、四隅が丸味を帯びるように濃いP型不純物がドーピングされてなる抵抗体145が形成されている点と、該抵抗体145の周囲を取り囲むように形成され、四隅が丸味を帯びるように濃いN型不純物がドーピングされた領域であるガードリング144が形成されている点である。
The layout of the
このようにすると、ガードリング144の電位が抵抗体145よりも低くなったときに発生する寄生ダイオード47が順バイアスされるときの電流を均一に流すことができる。このため、ハイサイドトランジスタ12のゲート容量11の放電は、分圧抵抗48,49に制限されることなく、急速に効率よく放電可能となる。その結果、ハイサイドトランジスタ12のオフを早めることができ、ひいては、プッシュプル回路の貫通破壊を回避することができる。
In this way, the current when the
一方、ガードリング144の電位が抵抗体145よりも高くなったときには、寄生ダイオード47が逆バイアスとなり、ツェナーダイオード9によってウェル46の電位が安定する。このため、分圧抵抗48,49は,ハイサイドトランジスタ12のゲート駆動電圧を精度良く制限できる。また、ウェル46、ガードリング144、及び抵抗体145はいずれも他のトランジスタに使われている拡散層で兼用できるため、マスク工程を増やすことなく安価に、分圧抵抗48,49の構成を実現できる。
On the other hand, when the potential of the
図5は、高耐圧出力回路127を構成する高耐圧出力回路セル27におけるレイアウトを示す平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing a layout in the high voltage
図5に示すように、高耐圧出力回路セル27のレイアウトは、薄膜ゲートN型MOSトランジスタ16,17、厚膜ゲートP型MOSトランジスタ14,15の順で配置されてなるレベルシフト回路6と、ツェナーダイオード9、分圧抵抗48、49の順で配置されてなるゲート保護回路8と、ハイサイドトランジスタ12と、ローサイドトランジスタ13と、出力パッド24とがこの順に配置されている。
As shown in FIG. 5, the layout of the high withstand voltage
このレイアウトによると、最も電流を流すローサイドトランジスタ13が出力パッド24に近く配置されている一方で、ほとんど電流を流さないレベルシフト回路6が出力パッド24から遠く配置されているため、配線インピーダンスによる出力抵抗の影響を低く抑えることが可能であると共に、サイズの大きなローサイドトランジスタ13が出力パッド24に最も近いので静電破壊に対する耐量も向上させることができる。
According to this layout, the low-
また、図5に示すように、レベルシフト回路6、ゲート保護回路8、ハイサイドトランジスタ12、ローサイドトランジスタ13、及び出力パッド24は、一直線上に並んで配置されていることにより、後述する図6に示す半導体集積回路のレイアウトからも明らかなように、高耐圧出力回路127を含む高耐圧出力回路セル27の高集積化を実現できる。
Further, as shown in FIG. 5, the
さらに、レベルシフト回路6及びゲート保護回路8は、セル幅が一番大きいローサイドトランジスタ13及びハイサイドトランジスタ12のセル幅内に収まるように設計されている。つまり、図5に示すように、レベルシフト回路6及びゲート保護回路8は、ローサイドトランジスタ13及びハイサイドトランジスタ12のセル幅に併せて設計されていることにより、半導体集積回路の高集積化が実現されている。
Further, the
なお、図5において、28はローサイドトランジスタ13のドレイン領域であり、29はローサイドトランジスタ13のゲート領域であり、30はローサイドトランジスタ13のソース領域であり、25はスルーホールであり、26はコンタクトであり、31はハイサイドトランジスタ12のドレイン領域であり、33はハイサイドトランジスタ12のゲート領域であり、32はハイサイドトランジスタ12のソース領域であり、35はツェナーダイオードのアノード電極であり、34はツェナーダイオードのカソード電極であり、18は基準電位の配線であり、19は高圧電源の配線であり、20,22はレベルシフト回路6の制御信号線であり、23はローサイドトランジスタ13の制御信号線である。
In FIG. 5, 28 is a drain region of the
図6は、半導体チップ57上に、図5に示したレイアウトを有する高耐圧出力回路セル27が配置された多チャンネル半導体集積回路の構造を示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing the structure of a multi-channel semiconductor integrated circuit in which high withstand voltage
図6に示すように、半導体チップ57の上には、中央部に入力制御回路等による出力タイミング制御を行う低耐圧制御部56が配置されていると共に、低耐圧制御部56を介して対向するように、複数の上記高耐圧出力回路セル27がチップ辺に沿って配置されている。プリドライバ5を含む低耐圧制御部56と高耐圧出力回路セル27の各々とは、レベルシフト回路6の制御信号線20,22及びローサイドトランジスタ13の制御信号線23によって接続されており、プリドライバ5を含む低耐圧制御部56からの制御信号を、制御信号線20,22,23を用いて高耐圧出力回路セル27へ伝達させている。
As shown in FIG. 6, a low breakdown
また、複数の高耐圧出力回路セル27の両端には、高圧電源のパッド54及び基準電位のパッド53が配置されている。また、高耐圧出力回路セル27内のローサイドトランジスタ13上には、基準電位の配線18が形成されており、該配線18は、複数の高耐圧出力回路セル27の両側に配置された基準電位のパッド53に接続されている。同様に、高耐圧出力回路セル27内のハイサイドトランジスタ12上には、高圧電位の配線19が形成されており、高圧電位の配線19は、複数の高耐圧出力回路セル27の両側に配置された高圧電源のパッド54に接続されている。
Further, a high-voltage
また、半導体チップ57内における複数の高耐圧出力回路セル27の両側に配置された基準電位のパッド53及び高圧電源のパッド54には、パッケージからワイヤーボンディングされるので、基準電位のパッド53及び高圧電源のパッド54の電位は安定している。このため、基準電位の配線18及び高圧電位の配線19の配線インピーダンスを低減することができ、各チャンネルからの出力電流が集まって大電流になる場合においても、各々の高耐圧出力回路セル27の基準電位及び高圧電位が安定し、均一な出力特性及びESD耐量を得ることができる。一方、低耐圧制御部56における長さ方向の一方の側には、入力制御パッド55が配置されていると共に、他方の側には、基準電位のパッド53が配置されている。さらに、低耐圧制御部56の上には、入力制御パッド55側を除く三方向が囲まれるように基準電位の配線18bが形成されている。基準電位の配線18bは、出力パッド24から入り込む外部ノイズが高耐圧出力回路セル27を介して低耐圧制御部56に伝達することを防止するシールドとしての役割を有している。このため、低耐圧制御部56からのプリドライバ5を介して入力される信号が安定化され、出力特性が安定する。
The reference
(第2の実施形態)
図7は、本発明の第2の実施形態に係る半導体集積回路における高耐圧出力回路127を構成する高耐圧出力回路セル27におけるレイアウトを示す平面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a plan view showing a layout in the high
図7に示す高耐圧出力回路127が、上述した第1の実施形態に係る図5に示した高耐圧出力回路127と異なるのは、ゲート保護回路8の構成である。なお、図7に示す高耐圧出力回路127を構成するその他の部分は、図5に示した高耐圧出力回路127の対応する部分と同様であるため、その説明は繰り返さない。また、図7に示す高耐圧出力回路セル27が配置される多チャンネル半導体集積回路の構造は、上述した図6に示す構造と同様であるため、その説明は繰り返さない。
The high breakdown
図7に示す高耐圧出力回路127におけるゲート保護回路8は、ツェナーダイオード9と、トレンチ36及びBOX43によって分離された同一の薄いN型不純物がドーピングされたウェル46の中に配置された分圧抵抗48,49とがこの順で配置されている。つまり、第1の実施形態では、分圧抵抗48,49は各々個別のSOIによって分離されているのに対し、第2の実施形態では、分圧抵抗48,49は単一のSOIによって分離されている。図7に示すレイアウトにより、ゲート保護回路8の集積度がさらに向上する。なお、図7に示す分圧抵抗48,49のレイアウトとして、上述した第1の実施形態に係る図4(a)に示したレイアウトを用いることも当然可能である。
The
(第3の実施形態)
図8(a)及び(b)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体集積回路におけるゲート保護回路8を構成する分圧抵抗48,49におけるレイアウトを示す平面図及び断面図である。
(Third embodiment)
FIGS. 8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view showing a layout of the
図8(a)及び(b)に示す分圧抵抗48,49が、上述した第1及び第2の実施形態に係る分圧抵抗49,49と異なるのは、分圧抵抗48,49のレイアウトである。なお、ゲート保護回路8を構成するその他の部分は、上述した第1の実施形態での説明と同様であるため、その説明は繰り返さない。
The
図8(a)及び(b)に示すように、SOIの特徴であるトレンチ36及びBOX43によって分離され、薄いN型不純物がドーピングされてなるウェル46の中に、濃いP型不純物がドーピングされてなる抵抗体45が配置されている。該抵抗体45の周りを取り囲むように、濃いN型不純物がドーピングされた領域であるガードリング44が配置されている。ここで、抵抗体45は、中央に抵抗の分圧電位を取り出す電極50が設けられた3端子の電極を有していることを特徴とする。このように、P型の抵抗体45を囲むようにN型のガードリング44が配置されていることと、抵抗体45の中央に抵抗の分圧電位を取り出すための電極50、ツェナーダイオード9のカソードと接続するための電極51、及びツェナーダイオード9のアノードと接続するための電極52を含む3端子の電極が配置されていることにより、分圧抵抗48,49が近接することでの相対精度の向上と、分圧抵抗48,49の高集積化とを実現できる。
As shown in FIGS. 8A and 8B, a deep P-type impurity is doped in a well 46 that is separated by a
上述のレイアウトにおいて、ガードリング44の電位が抵抗体45より低くなったときに、寄生ダイオード47が順バイアスされる。このため、ハイサイドトランジスタ12のゲート容量11の放電は、分圧抵抗48,49に制限されることなく急速に放電可能となるため、ハイサイドトランジスタ12のオフを早めることができ、ひいてはプッシュプル回路の貫通破壊を回避することができる。
In the above layout, when the potential of the
一方、上述のレイアウトにおいて、ガードリング44の電位が抵抗体45より高くなったときに、寄生ダイオード47が逆バイアスとなる。このため、ツェナーダイオード9によってウェル46の電位が安定するので、分圧抵抗48,49は,該ハイサイドトランジスタ12のゲート駆動電圧を精度良く制限できる。また、ウェル46、ガードリング44、及び抵抗体45はいずれも他のトランジスタに使われている拡散層で兼用できるため、マスク工程を増やすことなく安価に実現可能である。
On the other hand, in the layout described above, when the potential of the
図9は、上述の図8(a)及び(b)に示したレイアウトを有する分圧抵抗49,49を含むゲート保護回路8を備える、高耐圧出力回路127を構成する高耐圧出力回路セル27におけるレイアウトを示す平面図である。
FIG. 9 shows a high withstand voltage
図9に示す高耐圧出力回路セル27のレイアウトが、上述した第1及び第2の実施形態に係る図5及び図7に示す高耐圧出力回路セル27のレイアウトと異なるのは、ゲート保護回路8を構成するツェナーダイオード9及び分圧抵抗49,49のレイアウトである。なお、図9に示す高耐圧出力回路セル27におけるその他の部分は、上述した第1及び第2の実施形態に係る図5及び図7に示す高耐圧出力回路セル27のレイアウトと同様であるため、その説明は繰り返さない。
The layout of the high voltage
図9に示す高耐圧出力回路セル27のレイアウトでは、ゲート保護回路8を構成するツェナーダイオード9と分圧抵抗49,49を構成する抵抗体45とが、高耐圧出力回路セル27の長さ方向と直行する幅方向に互いに隣り合うように配置されている。このようにレイアウトすることにより、ゲート保護回路8を構成するツェナーダイオード9と分圧抵抗49,49とを、高耐圧出力回路セル27の長さ方向に、そのサイズを大きくすることが可能になり、容易に能力アップを実現できる。また、ツェナーダイオード9及び分圧抵抗48,49は、抵抗値のアップやツェナーダイオード9のカソードサイズアップをセル幅が一番大きいローサイドトランジスタ13を超えることなく(言い換えると、ローサイドトランジスタ13のセル幅とは無関係に)大きくすることが可能であり、設計が容易である。
In the layout of the high breakdown voltage
また、このようなレイアウトにおいても、レベルシフト回路6及びゲート保護回路8が、図9に示すように、セル幅が一番大きいローサイドトランジスタ13及びハイサイドトランジスタ12のセル幅内に収まるように設計することで、上述した第1及び第2の実施形態と同様に、半導体集積回路の高集積化を実現できる。
Also in such a layout, the
なお、本実施形態では、図8(a)及び(b)に示すレイアウトを有する分圧抵抗48,49を含むゲート保護回路8を備える高耐圧出力回路セル27のレイアウトとして、図9に示すレイアウトの場合について説明したが、ローサイドトランジスタ13のセル幅を代えない範囲においては、高耐圧出力回路セル27の長さ方向に、ツェナーダイオード9と分圧抵抗48,49とを並べて配置しても当然かまわない。また、図9に示す高耐圧出力回路セル27が配置される多チャンネル半導体集積回路の構造は、上述した図6に示す構造と同様であるため、その説明は繰り返さない。
In this embodiment, the layout shown in FIG. 9 is used as the layout of the high voltage
(第4の実施形態)
図10は、本発明の第4の実施形態に係る多チャンネル半導体集積回路の回路構成図であって、具体的には、後述の高耐圧出力回路セルを構成する高耐圧出力回路を説明するための回路構成図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 10 is a circuit configuration diagram of a multi-channel semiconductor integrated circuit according to the fourth embodiment of the present invention. Specifically, a high voltage output circuit constituting a high voltage output circuit cell to be described later will be described. FIG.
図10に示すように、本実施形態に係る半導体集積回路は、高耐圧出力回路127と、後述の低耐圧制御部からの制御信号入力端子INに応じて高耐圧出力回路127を駆動するプリドライバ5とを備えている。
As shown in FIG. 10, the semiconductor integrated circuit according to this embodiment includes a high-
図10に示すように、高耐圧出力回路127は、ハイサイドトランジスタ58、ハイサイドトランジスタ58の寄生のゲート−エミッタ間容量111、ハイサイド回生ダイオード60、ローサイドトランジスタ59、及びローサイド回生ダイオード61によってプッシュプル出力を構成するプッシュプル回路7と、厚膜ゲートP型MOSトランジスタ14,15及び薄膜ゲートN型MOSトランジスタ16,17から構成され、ハイサイドトランジスタ58を駆動するレベルシフト回路6と、ツェナーダイオード9、分圧抵抗48,49、分圧抵抗48,49の寄生ダイオード47から構成され、ゲートが破壊されない駆動電圧を任意(ゲート駆動電圧=ツェナーダイオード9の降伏電圧/(1+分圧抵抗48/分圧抵抗49)に設定できるハイサイドトランジスタ58のゲートを保護するゲート保護回路8とで構成されている。なお、ゲート保護回路8は、レベルシフト回路6の出力とプッシュプル回路7の出力4との間に接続され、直列に接続された分圧抵抗48と分圧抵抗49との接続点における分圧電位が、ハイサイドトランジスタ58のゲートに印加される。
As shown in FIG. 10, the high withstand
また、ハイサイドトランジスタ58及びハイサイド回生ダイオード60には高圧電源の端子3が接続されており、ローサイドトランジスタ59及びローサイド回生ダイオード61には基準電位の端子1が接続されており、プリドライバ5には低圧電源の端子2が接続されており、プッシュプル回路7には高圧出力の端子4が接続されている。なお、ハイサイドトランジスタ58がハイレベル出力用であり、ローサイドトランジスタ59がローレベル出力用である。
Further, the high-
図11は、本発明の第4の実施形態に係る多チャンネル半導体集積回路における高耐圧出力回路127の動作を説明するタイミング図である。
FIG. 11 is a timing chart for explaining the operation of the high
図11では、入力端子INに入力される低耐圧制御部からの入力信号INの電圧波形と、入力信号INに応じてレベルシフト回路6を駆動するプリドライバ5の出力信号IN1,IN2の電圧波形と、入力信号INに応じてローサイドトランジスタ59を駆動するプリドライバ5の出力信号IN3の電圧波形と、プリドライバ5の出力信号IN1,IN2に応じてハイサイドトランジスタ59を駆動するレベルシフト回路6の出力信号IN4の電圧波形と、レベルシフト回路6の出力信号IN4及びゲート保護回路8に応じて決定されるハイサイドトランジスタ58のゲート−エミッタ間電圧GHの電圧波形と、ゲート−エミッタ間電圧GH及びプリドライバ5の出力信号IN3に応じて出力されるプッシュプル回路7の出力電圧OUTの電圧波形とを示している。
In FIG. 11, the voltage waveform of the input signal IN from the low withstand voltage control unit input to the input terminal IN and the voltage waveforms of the output signals IN1 and IN2 of the pre-driver 5 that drives the
ここで、入力信号INにGNDレベルの信号が入力され、入力端子INがLレベルになると、出力信号IN1はHレベル(VDD)、出力信号IN2はLレベル(GND)と夫々なり、出力信号IN4がLレベル(GND)となる。この場合、ツェナーダイオード9及び分圧抵抗48,49の寄生ダイオード47が順バイアスとなり、ゲート−エミッタ間電圧GHは、OUT−VFD(ダイオード順方向電圧)となって、分圧抵抗48,49よって制限されることなく、寄生ゲート容量111を急速放電し、ハイサイドトランジスタ58のしきい値電圧Vth(T1)以下となることで、ハイサイドトランジスタ58はオフする。その後、ゲート−エミッタ間電圧GHは、分圧抵抗48,49により出力電圧OUTと同電位に戻る。また、出力信号IN3は、Hレベル(VDD)となってローサイドトランジスタ59をオンし、出力電圧OUTはLレベル(GND)となる。
When a GND level signal is input to the input signal IN and the input terminal IN becomes L level, the output signal IN1 becomes H level (VDD), the output signal IN2 becomes L level (GND), and the output signal IN4. Becomes L level (GND). In this case, the
次に、入力信号INにVDDレベルの信号が入力され、入力端子INがHレベル(VDD)になると、出力信号IN1はLレベル(GND)、出力信号IN2はHレベル(VDD)と夫々なり、出力信号IN4がHレベル(VDDH)となる。このとき、ゲート−エミッタ間電圧GHは、分圧抵抗48,49によりツェナーダイオード9の降伏電圧を分圧した値で寄生ゲート容量111を充電するので、ゲート−エミッタ間電圧GHは、OUT+Vz(降伏電圧)/(1+分圧抵抗48/分圧抵抗49)となって、ハイサイドトランジスタ58のしきい値電圧Vth(T1)以上となることで、ハイサイドトランジスタ58はオンする。また、出力信号IN3は、Lレベル(GND)となってローサイドトランジスタ59をオフし、出力電圧OUTはHレベル(VDDH)となる。
Next, when a VDD level signal is input to the input signal IN and the input terminal IN becomes H level (VDD), the output signal IN1 becomes L level (GND), and the output signal IN2 becomes H level (VDD). The output signal IN4 becomes H level (VDDH). At this time, since the gate-emitter voltage GH charges the parasitic gate capacitance 111 with a value obtained by dividing the breakdown voltage of the
図12は、高耐圧出力回路127を構成する高耐圧出力回路セル27におけるレイアウトを示す平面図である。
FIG. 12 is a plan view showing a layout in the high voltage
図12に示すように、高耐圧出力回路セル27のレイアウトは、薄膜ゲートN型MOSトランジスタ16,17、厚膜ゲートP型MOSトランジスタ14,15の順で配置されてなるレベルシフト回路6と、ツェナーダイオード9、分圧抵抗48,49の順で配置されてなるゲート保護回路8と、ハイサイドトランジスタ58と、ローサイドトランジスタ59と、ローサイド回生ダイオード61と、出力パッド24と、ハイサイド回生ダイオード60とがこの順に配置されている。
As shown in FIG. 12, the layout of the high withstand voltage
このレイアウトによると、ESD保護素子も兼ねるハイサイド回生ダイオード60及びローサイド回生ダイオード61が出力パッド24を挟んで配置されているため、静電破壊に対する耐量を向上させることができる。
According to this layout, since the high-side
また、図12に示すように、レベルシフト回路6、ゲート保護回路8、ハイサイドトランジスタ58、ローサイドトランジスタ59、ローサイド回生ダイオード61、出力パッド24、及びハイサイド回生ダイオード60は、一直線上に並んで配置されていることにより、後述する図13に示す半導体集積回路のレイアウトからも明らかなように、高耐圧出力回路127を含む高耐圧出力回路セル27の高集積化を実現できる。なお、ゲート保護回路8のレイアウトについては、ここでは、上述の第1の実施形態における図9に示したレイアウトと同様である場合を示したが、図5及び図6に示したレイアウトである場合であってもよい(なお、分圧抵抗48,49のレイアウトについては図3や図4に示すものであってもよい)。
Further, as shown in FIG. 12, the
さらに、レベルシフト回路6及びゲート保護回路8は、セル幅が一番大きいローサイドトランジスタ59及びハイサイドトランジスタ58のセル幅内に収まるように設計されている。つまり、図12に示すように、ローサイドトランジスタ59及びハイサイドトランジスタ58のセル幅に併せて設計されていることにより、半導体集積回路の高集積化が実現されている。
Further, the
なお、図12において、67はローサイドトランジスタ59のコレクタ領域であり、66はローサイドトランジスタ59のゲート領域であり、65はローサイドトランジスタ59のエミッタ領域であり、25はスルーホールであり、26はコンタクトであり、64はハイサイドトランジスタ58のコレクタ領域であり、63はハイサイドトランジスタ58のゲート領域であり、62はハイサイドトランジスタ58のエミッタ領域であり、69はローサイド回生ダイオード61のカソード領域であり、68はローサイド回生ダイオード61のアノード領域であり、72はハイサイド回生ダイオード60のカソード領域であり、71はハイサイド回生ダイオード60のアノード領域であり、35はツェナーダイオードのアノード電極であり、34はツェナーダイオードのカソード電極であり、18は基準電位の配線であり、19は高圧電源の配線であり、20,22はレベルシフト6の制御信号線であり、23はローサイドトランジスタ59の制御信号線である。
In FIG. 12, 67 is a collector region of the low-
図13は、半導体チップ57上に、上述した高耐圧出力回路セル27が配置された多チャンネル半導体集積回路の構造を示す平面図である。
FIG. 13 is a plan view showing the structure of a multi-channel semiconductor integrated circuit in which the above-mentioned high withstand voltage
図13に示すように、半導体チップ57の上には、中央部に入力制御回路等による出力タイミング制御を行う低耐圧制御部56が配置されていると共に、低耐圧制御部56を介して対向するように、複数の上記高耐圧出力回路セル27がチップ辺に沿って配置されている。プリドライバ5を含む低耐圧制御部56と高耐圧出力回路セル27の各々とはレベルシフト回路6の制御信号線20,22及びローサイドトランジスタ59の制御信号線23によって接続されており、プリドライバ5を含む低耐圧制御部56からの制御信号を、制御信号線20,22,23を用いて高耐圧出力回路セル27へ伝達させている。
As shown in FIG. 13, a low withstand
また、複数の高耐圧出力回路セル27の両端には、高圧電源のパッド54及び基準電位のパッド53が配置されている。また、高耐圧出力回路セル27内のローサイドトランジスタ59上には、基準電位の配線18が形成されており、配線18は、複数の高耐圧出力回路セル27の両側に配置された基準電位のパッド53に接続されている。同様に、高耐圧出力回路セル27内のハイサイドトランジスタ58上には、高圧電位の配線19が形成されており、高圧電位の配線19は、複数の高耐圧出力回路セル27の両側に配置された高圧電源のパッド54に接続されている。
Further, a high-voltage
また、半導体チップ57内における複数の高耐圧出力回路セル27の両側に配置された基準電位のパッド53及び高圧電源のパッド54には、パッケージからワイヤーボンディングされるので、基準電位のパッド53及び高圧電源のパッド54の電位は安定している。このため、基準電位の配線18及び高圧電位の配線19の配線インピーダンスを低減することができ、各チャンネルからの出力電流が集まって大電流になる場合においても、各々の高耐圧出力回路セル27の基準電位及び高圧電位が安定し、均一な出力特性及びESD耐量を得ることができる。一方、低耐圧制御部56における長さ方向の一方の側には、入力制御パッド55が配置されていると共に、他方の側には、基準電位のパッド53が配置されている。さらに、低耐圧制御部56の上には、入力制御パッド55側を除く三方向が囲まれるように基準電位の配線18bが形成されている。基準電位の配線18bは、出力パッド24から入り込む外部ノイズが高耐圧出力回路セル27を介して低耐圧制御部56に伝達することを防止するシールドとしての役割を有している。このため、低耐圧制御部56からのプリドライバ5を介して入力される信号が安定化され、出力特性が安定する。
The reference
なお、以上の各実施形態において、「基準電位」との表現を用いて説明し、接地電位以外の電位である場合も含めて説明したが、「基準電位」とは、通常は、半導体チップの基板に接続される電位のことであって、接地電位のことを意味する。 In each of the embodiments described above, the description is made using the expression “reference potential”, including the case where the potential is other than the ground potential. However, the “reference potential” is usually defined as a semiconductor chip. A potential connected to the substrate, which means a ground potential.
本発明は、PDPなどの容量性負荷を駆動する多チャンネル半導体集積回路にとって有用である。 The present invention is useful for a multi-channel semiconductor integrated circuit that drives a capacitive load such as a PDP.
1 基準電位の端子
2 低圧電源の端子
3 高圧電源の端子
4 高圧出力の端子
5 プリドライバ
6 レベルシフト回路
7 プッシュプル回路
8 ゲート保護回路
9 ツェナーダイオード
10 第1の抵抗
11 寄生のゲート−ソース間容量
12 ハイサイドトランジスタ
13 ローサイドトランジスタ
14,15 厚膜ゲートP型MOSトランジスタ
16,17 薄膜ゲートN型MOSトランジスタ
18,18b 基準電位の配線
19 高圧電源の配線
20,22 レベルシフト制御信号の配線
23 ローサイドトランジスタ制御信号の配線
24 出力パッド
25 スルーホール
26 コンタクト
27 高耐圧出力回路セル
28 ローサイドトランジスタのドレイン領域
29 ローサイドトランジスタのゲート領域
30 ローサイドトランジスタのソース領域
31 ハイサイドトランジスタのドレイン領域
32 ハイサイドトランジスタのソース領域
33 ハイサイドトランジスタのゲート領域
34 ツェナーダイオードのカソード電極
35 ツェナーダイオードのアノード電極
36 トレンチ
40 アルミ電極
41 保護膜
43 BOX(埋め込み酸化)
44 N型ガードリング
45 P型抵抗体
46 N型ウェル
47 寄生ダイオード
48,49 分圧抵抗
50 分圧電極
51 カソード接続用電極
52 アノード接続用電極
53 基準電位のパッド
54 高圧電源のパッド
55 入力制御のパッド
56 低耐圧制御部
57 半導体チップ
58 ハイサイドトランジスタ
59 ローサイドトランジスタ
60 ハイサイド回生ダイオード
61 ローサイド回生ダイオード
62 ハイサイドトランジスタのエミッタ領域
63 ハイサイドトランジスタのゲート領域
64 ハイサイドトランジスタのコレクタ領域
65 ローサイドトランジスタのエミッタ領域
66 ローサイドトランジスタのゲート領域
67 ローサイドトランジスタのコレクタ領域
68 ローサイド回生ダイオードのアノード領域
69 ローサイド回生ダイオードのカソード領域
71 ハイサイド回生ダイオードのアノード領域
72 ローサイド回生ダイオードのカソード領域
144 N型オーバルガードリング
145 P型抵抗体
111 寄生のゲート−エミッタ間容量
127 高耐圧出力回路
DESCRIPTION OF
44 N-type guard ring 45 P-type resistor 46 N-type well 47
Claims (22)
レベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路の出力と前記プッシュプル回路の出力との間に接続されたゲート保護回路とを有する高耐圧出力回路を備えた半導体集積回路であって、
前記ゲート保護回路は、
ツェナーダイオードと、
P型の不純物がドーピングされたP型不純物領域よりなる直列に接続された第1の抵抗及び第2の抵抗によって構成され、前記ツェナーダイオードによる降伏電圧を分圧する分圧抵抗とを有し、
前記第1の抵抗と前記第2の抵抗との接続点における分圧電位は、前記ハイサイドトランジスタのゲートに印加され、
前記第1の抵抗及び前記第2の抵抗は、N型の不純物がドーピングされたN型不純物領域に囲まれるように配置されている、半導体集積回路。 A push-pull circuit composed of a high-side transistor having a thin-film gate oxide film and a low-side transistor having a thin-film gate oxide film;
A level shift circuit;
A semiconductor integrated circuit comprising a high withstand voltage output circuit having a gate protection circuit connected between the output of the level shift circuit and the output of the push-pull circuit,
The gate protection circuit is
Zener diode,
A first resistor and a second resistor connected in series composed of a P-type impurity region doped with a P-type impurity, and a voltage dividing resistor for dividing a breakdown voltage by the Zener diode;
A divided potential at a connection point between the first resistor and the second resistor is applied to the gate of the high-side transistor,
The semiconductor integrated circuit, wherein the first resistor and the second resistor are disposed so as to be surrounded by an N-type impurity region doped with an N-type impurity.
前記第1の抵抗及び前記第2の抵抗の各々は、前記N型不純物領域によって各々個別に取り囲まれていると共に、互いに異なるSOIによって個別に分離されている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
The semiconductor integrated circuit, wherein each of the first resistor and the second resistor is individually surrounded by the N-type impurity region and is individually separated by different SOIs.
前記第1の抵抗及び前記第2の抵抗の各々は、前記N型不純物領域によって各々個別に取り囲まれていると共に、互いに同じSOIによって一体に分離されている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
Each of the first resistor and the second resistor is individually surrounded by the N-type impurity region, and is integrally separated by the same SOI.
前記N型不純物領域及び前記分圧抵抗の各々の角部の形状は、丸味を帯びている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
The shape of the corner of each of the N-type impurity region and the voltage dividing resistor is rounded.
前記第1の抵抗及び前記第2の抵抗は、単一の抵抗体によって構成されており、
前記単一の抵抗体は、3端子の電極を有している、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
The first resistor and the second resistor are configured by a single resistor,
The single resistor has a three-terminal electrode.
半導体チップ上に、パッドをさらに含んだ前記高耐圧出力回路よりなる回路セルを複数備え、
前記回路セルにおいて、前記レベルシフト回路、前記ゲート保護回路、前記ハイサイドトランジスタ、前記ローサイドトランジスタ、及び前記パッドは、一直線上に配置されている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
On the semiconductor chip, a plurality of circuit cells including the high withstand voltage output circuit further including a pad are provided,
In the circuit cell, the level shift circuit, the gate protection circuit, the high side transistor, the low side transistor, and the pad are arranged on a straight line.
前記半導体チップの中央部に配置された制御部をさらに備え、
前記複数の回路セルは、前記制御部を介して互いに対向するように配置された、前記高耐圧出力回路を複数有してなる第1の回路セル列及び第2の回路セル列によって構成されている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 6,
A control unit disposed in a central portion of the semiconductor chip;
The plurality of circuit cells are configured by a first circuit cell column and a second circuit cell column each including a plurality of the high withstand voltage output circuits arranged to face each other via the control unit. A semiconductor integrated circuit.
前記第1の回路セル列及び前記第2の回路セル列の各々の両端に配置され、高圧電位用の第1の電源パッド及び基準電位用の第2の電源パッドと、
前記第1の回路セル列及び前記第2の回路セル列における各々の前記ハイサイドトランジスタの上に配置され、前記第1の電源パッドと電気的に接続する高圧電位の第1の配線と、
前記第1の回路セル列及び前記第2の回路セル列における各々の前記ローサイドトランジスタの上に配置され、前記第2の電源パッドと電気的に接続する基準電位の第2の配線とをさらに備えている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 7,
A first power supply pad for a high voltage potential and a second power supply pad for a reference potential disposed at both ends of each of the first circuit cell row and the second circuit cell row;
A first wiring having a high voltage potential disposed on each of the high side transistors in the first circuit cell row and the second circuit cell row and electrically connected to the first power supply pad;
A second wiring having a reference potential, which is disposed on each of the low-side transistors in the first circuit cell row and the second circuit cell row and is electrically connected to the second power supply pad; A semiconductor integrated circuit.
前記半導体基板の中央部に配置された制御部を取り囲むように配置された基準電位の第3の配線をさらに備えている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 8, wherein
A semiconductor integrated circuit, further comprising a third wiring having a reference potential disposed so as to surround a control unit disposed in a central portion of the semiconductor substrate.
前記レベルシフト回路、前記ゲート保護回路及び前記ハイサイドトランジスタは、前記ローサイドトランジスタのセル幅内に収まるように設計されている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 6,
The semiconductor integrated circuit, wherein the level shift circuit, the gate protection circuit, and the high side transistor are designed to fit within a cell width of the low side transistor.
前記ツェナーダイオード及び前記分圧抵抗は、前記高耐圧出力回路の幅方向に互いに隣り合うように配置されている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 10,
The semiconductor integrated circuit, wherein the Zener diode and the voltage dividing resistor are arranged adjacent to each other in the width direction of the high withstand voltage output circuit.
レベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路の出力と前記プッシュプル回路の出力との間に接続されたゲート保護回路とを有する高耐圧出力回路を備えた半導体集積回路であって、
前記ゲート保護回路は、
ツェナーダイオードと、
P型の不純物がドーピングされたP型不純物領域よりなる直列に接続された第1の抵抗及び第2の抵抗によって構成され、前記ツェナーダイオードによる降伏電圧を分圧する分圧抵抗とを有し、
前記第1の抵抗と前記第2の抵抗との接続点における分圧電位は、前記ハイサイドトランジスタのゲートに印加され、
前記第1の抵抗及び前記第2の抵抗は、N型の不純物がドーピングされたN型不純物領域に囲まれるように配置されている、半導体集積回路。 A high-side transistor having a thin gate oxide film, a high-side regenerative diode connected in parallel with the high-side transistor, a low-side transistor having a thin-film gate oxide film, and a low-side regenerative diode connected in parallel with the low-side transistor A push-pull circuit,
A level shift circuit;
A semiconductor integrated circuit comprising a high withstand voltage output circuit having a gate protection circuit connected between the output of the level shift circuit and the output of the push-pull circuit,
The gate protection circuit is
Zener diode,
A first resistor and a second resistor connected in series composed of a P-type impurity region doped with a P-type impurity, and a voltage dividing resistor for dividing a breakdown voltage by the Zener diode;
A divided potential at a connection point between the first resistor and the second resistor is applied to the gate of the high-side transistor,
The semiconductor integrated circuit, wherein the first resistor and the second resistor are disposed so as to be surrounded by an N-type impurity region doped with an N-type impurity.
前記第1の抵抗及び前記第2の抵抗の各々は、前記N型不純物領域によって各々個別に取り囲まれていると共に、互いに異なるSOIによって個別に分離されている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 12, wherein
The semiconductor integrated circuit, wherein each of the first resistor and the second resistor is individually surrounded by the N-type impurity region and is individually separated by different SOIs.
前記第1の抵抗及び前記第2の抵抗の各々は、前記N型不純物領域によって各々個別に取り囲まれていると共に、互いに同じSOIによって一体に分離されている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 12, wherein
Each of the first resistor and the second resistor is individually surrounded by the N-type impurity region, and is integrally separated by the same SOI.
前記N型不純物領域及び前記分圧抵抗の各々の角部の形状は、丸味を帯びている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 12, wherein
The shape of the corner of each of the N-type impurity region and the voltage dividing resistor is rounded.
前記第1の抵抗及び前記第2の抵抗は、単一の抵抗体によって構成されており、
前記単一の抵抗体は、3端子の電極を有している、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 12, wherein
The first resistor and the second resistor are configured by a single resistor,
The single resistor has a three-terminal electrode.
半導体チップ上に、パッドをさらに含んだ前記高耐圧出力回路よりなる回路セルを複数備え、
前記回路セルにおいて、前記レベルシフト回路、前記ゲート保護回路、前記ハイサイドトランジスタ、前記ローサイドトランジスタ、前記ハイサイド回生ダイオード、前記ローサイド回生ダイオード及び前記パッドは、一直線上に配置されている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 12, wherein
On the semiconductor chip, a plurality of circuit cells including the high withstand voltage output circuit further including a pad are provided,
In the circuit cell, the level shift circuit, the gate protection circuit, the high-side transistor, the low-side transistor, the high-side regenerative diode, the low-side regenerative diode, and the pad are arranged in a straight line. .
前記半導体チップの中央部に配置された制御部をさらに備え、
前記複数の回路セルは、前記制御部を介して互いに対向するように配置された、前記高耐圧出力回路を複数有してなる第1の回路セル列及び第2の回路セル列によって構成されている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 17, wherein
A control unit disposed in a central portion of the semiconductor chip;
The plurality of circuit cells are configured by a first circuit cell column and a second circuit cell column each including a plurality of the high withstand voltage output circuits arranged to face each other via the control unit. A semiconductor integrated circuit.
前記第1の回路セル列及び前記第2の回路セル列の各々の両端に配置され、高圧電位用の第1の電源パッド及び基準電位用の第2の電源パッドと、
前記第1の回路セル列及び前記第2の回路セル列における各々の前記ハイサイドトランジスタの上に配置され、前記第1の電源パッドと電気的に接続する高圧電位の第1の配線と、
前記第1の回路セル列及び前記第2の回路セル列における各々の前記ローサイドトランジスタの上に配置され、前記第2の電源パッドと電気的に接続する基準電位の第2の配線とをさらに備えている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 18, wherein
A first power supply pad for a high voltage potential and a second power supply pad for a reference potential disposed at both ends of each of the first circuit cell row and the second circuit cell row;
A first wiring having a high voltage potential disposed on each of the high side transistors in the first circuit cell row and the second circuit cell row and electrically connected to the first power supply pad;
A second wiring having a reference potential, which is disposed on each of the low-side transistors in the first circuit cell row and the second circuit cell row and is electrically connected to the second power supply pad; A semiconductor integrated circuit.
前記半導体基板の中央部に配置された制御部を取り囲むように配置された基準電位の第3の配線をさらに備えている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 19, wherein
A semiconductor integrated circuit, further comprising a third wiring having a reference potential disposed so as to surround a control unit disposed in a central portion of the semiconductor substrate.
前記レベルシフト回路、前記ゲート保護回路、前記ハイサイドトランジスタ、前記ハイサイド回生ダイオード及び前記ローサイド回生ダイオードは、前記ローサイドトランジスタのセル幅内に収まるように設計されている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 17, wherein
The semiconductor integrated circuit, wherein the level shift circuit, the gate protection circuit, the high-side transistor, the high-side regenerative diode, and the low-side regenerative diode are designed to fit within the cell width of the low-side transistor.
前記ツェナーダイオード及び前記分圧抵抗は、前記高耐圧出力回路の幅方向に互いに隣り合うように配置されている、半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 21, wherein
The semiconductor integrated circuit, wherein the Zener diode and the voltage dividing resistor are arranged adjacent to each other in the width direction of the high withstand voltage output circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007078778A JP2008243910A (en) | 2007-03-26 | 2007-03-26 | Semiconductor integrated circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007078778A JP2008243910A (en) | 2007-03-26 | 2007-03-26 | Semiconductor integrated circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008243910A true JP2008243910A (en) | 2008-10-09 |
Family
ID=39914931
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007078778A Withdrawn JP2008243910A (en) | 2007-03-26 | 2007-03-26 | Semiconductor integrated circuit |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2008243910A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010109251A (en) * | 2008-10-31 | 2010-05-13 | Elpida Memory Inc | Semiconductor device |
-
2007
- 2007-03-26 JP JP2007078778A patent/JP2008243910A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010109251A (en) * | 2008-10-31 | 2010-05-13 | Elpida Memory Inc | Semiconductor device |
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