JP2010177478A - Semiconductor device - Google Patents

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義三 儘田
Masashi Watanabe
正志 渡辺
Hideaki Nagashima
英明 永島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a power MOSFET and a logic circuit which can be manufactured by using a production process directed for logic circuit. <P>SOLUTION: The semiconductor device has a power MOS and a logic circuit. A plurality of first regions are provided side by side in the first direction and in the second direction intersecting with the first direction at the right angle. A guard ring region is provided around to constitute the second region, and a plurality of second regions are further provided side by side in the first direction and the second direction to constitute the third region. The first region has a plurality of MOSFET extended to the first direction and having a plurality of gate electrodes, sources and drains arranged side by side in the second direction, a back gate region, and the first wiring layer connecting these regions each other. In the third region, a power MOSFET is formed where the second wiring layer extended to the second direction and connecting the respective first wiring layers mutually connecting the respective regions, and the third wiring layer extended to the first direction and connecting each of the second wiring layers. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、半導体装置に関し、例えば二次電池の保護回路のように比較的大きな電流を流すパワーMOSFETと、その制御信号を形成する論理回路を有するものに利用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a technique effective when used for a power MOSFET that passes a relatively large current, such as a protection circuit for a secondary battery, and a logic circuit that forms a control signal thereof. .

パワーMOSFETの例として、特開2003−282625号公報がある。図12には、同公報の図5に対応したパワーMOSパターンが示されている。デバイス構造としてはパワー用MOSで下地が全て共通の構造でメタル層のみでソースS,ドレインDの配線パターンを形成してPADに接続されている。PAD付近に電流集中し溶断を避けるためPAD近辺ではメタル幅を太くした台形状の配線レイアウト検討されている。PAD近辺とPAD対極側で電流密度を均一にすることができると考えられる。   There exists Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-282625 as an example of power MOSFET. FIG. 12 shows a power MOS pattern corresponding to FIG. 5 of the publication. The device structure is a power MOS and the base is all common, and the wiring pattern of the source S and drain D is formed only by the metal layer and connected to the PAD. In order to avoid fusing by concentrating current near the PAD, a trapezoidal wiring layout with a thick metal width is being studied near the PAD. It is considered that the current density can be made uniform near the PAD and the PAD counter electrode.

特開2003−282625号公報JP 2003-282625 A

本願発明者においては、二次電池の保護回路としてパワーMOSFETとその監視制御回路とを1つの半導体装置で構成することを検討した。例えば上記のような監視制御回路を構成する0.35μm標準CMOS・メタル3層プロセスを用いて、上記特開2003−282625号公報のようなパワーMOSデバイスに向けた新たな素子構造を開発することなく、CMOS・メタル3層プロセスのうちの配線パターンの工夫によってオン抵抗を満足しかつ発熱による素子破壊が起こりにくいようにしたパワーMOSデバイスを監視制御回路と同一基板上に形成することを検討した。   The inventor of the present application studied to configure a power MOSFET and its monitoring control circuit as a secondary battery protection circuit with a single semiconductor device. For example, a new element structure for a power MOS device as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-282625 is developed by using a 0.35 μm standard CMOS metal three-layer process that constitutes the monitoring control circuit as described above. In addition, we examined the formation of a power MOS device on the same substrate as the supervisory control circuit that satisfies the on-resistance and prevents element destruction due to heat generation by devising the wiring pattern in the CMOS / metal three-layer process. .

また、前記図12のパワーMOSFETの電極パターンでは、ソースとドレインの寄生抵抗成分を同等にすることにより電流の均一化・低オン抵抗化を目的としている。しかし配線抵抗によるVgs降下分の特性変動までは考慮されていないという問題を有する。図13には、図12の等価回路が示されている。図12におけるソース側MOSFETM1,中間部のMOSFETM2及びドレイン側のMOSFETM3の3つのMOSFETM1〜M3を代表とするような等価回路が示されている。これらの3つのMOSFETM1〜M3についてのソース側、ドレイン側の寄生抵抗成分をそれぞれRs1, Rs2,Rs3, Rd1,Rd2,Rd3と考えると、これらの関係は次式(1)(2)の様に考えられる。   In addition, the electrode pattern of the power MOSFET shown in FIG. 12 aims to equalize the current and reduce the on-resistance by making the source and drain parasitic resistance components equal. However, there is a problem that the characteristic variation corresponding to the Vgs drop due to the wiring resistance is not taken into consideration. FIG. 13 shows an equivalent circuit of FIG. FIG. 12 shows an equivalent circuit represented by three MOSFETs M1 to M3 of the source side MOSFET M1, the intermediate side MOSFET M2 and the drain side MOSFET M3. Assuming that the parasitic resistance components on the source side and the drain side of these three MOSFETs M1 to M3 are Rs1, Rs2, Rs3, Rd1, Rd2, and Rd3, respectively, these relationships are expressed by the following equations (1) and (2). Conceivable.

M1ドレイン側配線寄生抵抗>M3ドレイン側配線寄生抵抗・・・(1)
ここで、M1ドレイン側配線寄生抵抗=Rd1+Rd2+Rd3、M3ドレイン側配線寄生抵抗=Rd3である。
M1ソース側配線寄生抵抗<M3ソース側配線寄生抵抗 ・・・(2)
ここで、M1ソース側配線寄生抵抗=Rs1、M3ソース側配線寄生抵抗=Rs1+Rs2+Rs3である。
M1 drain side wiring parasitic resistance> M3 drain side wiring parasitic resistance (1)
Here, M1 drain side wiring parasitic resistance = Rd1 + Rd2 + Rd3, and M3 drain side wiring parasitic resistance = Rd3.
M1 source side wiring parasitic resistance <M3 source side wiring parasitic resistance (2)
Here, M1 source side wiring parasitic resistance = Rs1, and M3 source side wiring parasitic resistance = Rs1 + Rs2 + Rs3.

上記関係よりソースPAD近傍のMOSFETM1側がVgs降下の影響が最も小さく、ドレインPAD近傍のMOSFETM3側がVgs降下の影響が最も大きいことが分かる。Vgsが大きい程電流駆動能力が高くなるため、次式(3)の関係が成立する。
I1 >I2 >I3 ・・・(3)
ここで、図13の等価回路に示すように、I1はMOSFETM1に流れる電流、I2はMOSFETM2に流れる電流、M3はMOSFETM3に流れる電流である。
From the above relationship, it can be seen that the influence of the Vgs drop is the smallest on the MOSFET M1 side near the source PAD, and the influence of the Vgs drop is the largest on the MOSFET M3 side near the drain PAD. Since the current driving capability increases as Vgs increases, the relationship of the following expression (3) is established.
I1>I2> I3 (3)
Here, as shown in the equivalent circuit of FIG. 13, I1 is a current flowing through the MOSFET M1, I2 is a current flowing through the MOSFET M2, and M3 is a current flowing through the MOSFET M3.

前記図12の上位配線層パターンについて考えてみるとMOSFETM1の上位配線層引出し箇所はパワーMOSの下方部でMOSFETM3の上位層引出し箇所は上方部にある。これらを併せて考えると図14に示したような電流量の分布が予想される。よって図12のような電極パターンでは、PAD配列方向について電流が下方部付近に集中するため、発熱箇所が集中し破壊が起きやすいと考えられる。   Considering the upper wiring layer pattern of FIG. 12, the upper wiring layer lead-out location of the MOSFET M1 is in the lower part of the power MOS and the upper layer lead-out location of the MOSFET M3 is in the upper part. Considering these together, the distribution of the current amount as shown in FIG. 14 is expected. Therefore, in the electrode pattern as shown in FIG. 12, the current is concentrated in the vicinity of the lower part in the PAD arrangement direction, so that the heat generation points are concentrated and the destruction is likely to occur.

この発明の目的は、論理回路に向けた製造プロセスで製造できるパワーMOSFET及び論理回路を有する半導体装置を提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   An object of the present invention is to provide a power MOSFET that can be manufactured by a manufacturing process for a logic circuit and a semiconductor device having the logic circuit. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される1つの実施例は、以下の通りである。半導体装置は、パワーMOSFETと制御論理回路とを有する。第1領域が第1方向及び第1方向と直交する第2方向に並んで複数個配置され、周囲にガードリング領域が設けられて第2領域が構成され、更に第2領域が第1方向及び第2方向に並んで複数個配置されて第3領域で構成される。第1領域は、第1方向に延長され、第2方向に並んで配置された複数のゲート電極及びソース,ドレインを有する複数のMOSFET、ウェル領域にバックバイアス電圧を供給するバックゲート領域、上記ゲート、ソース、ドレイン及びバックゲート領域をそれぞれ相互に接続する第1配線層を有する。第3領域において、第2方向に延長されて第1領域における上記ゲート、ソース、ドレイン及びバックゲート領域をそれぞれ相互に接続する第1配線層同士を接続する第2配線層と、第1方向に延長されて上記ゲート、ソース、ドレイン及びバックゲート領域に対応した第2配線層同士を接続する第3配線層とが設けられてパワーMOSFETが形成される。   One embodiment disclosed in the present application is as follows. The semiconductor device has a power MOSFET and a control logic circuit. A plurality of first regions are arranged side by side in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, a guard ring region is provided around the first region, and a second region is formed. A plurality of the regions are arranged in the second direction and are configured by the third region. The first region includes a plurality of MOSFETs having a plurality of gate electrodes and sources and drains extending in the first direction and arranged side by side in the second direction, a back gate region for supplying a back bias voltage to the well region, and the gate , A first wiring layer for connecting the source, drain and back gate regions to each other. In the third region, the second wiring layer that connects the first wiring layers that extend in the second direction and connects the gate, source, drain, and back gate regions in the first region to each other; and in the first direction A power MOSFET is formed by providing a third wiring layer that extends and connects the second wiring layers corresponding to the gate, source, drain, and back gate regions.

論理回路と同じプロセスで形成されたMOSFETを小さな第1領域単位で並列接続してバックゲートを与え、かつ、第1領域を複数組み合わせた比較的小さな第2領域単位でガードリングを配置してラッチアップを防止し、第2領域を複数組み合わせた大きな第3領域において、第2配線層と第3配線層の接続構成により上記MOSFETを相互に接続して低オン抵抗とし、配線寄生抵抗による電流集中を回避できる。   A MOSFET formed by the same process as the logic circuit is connected in parallel in small first area units to provide a back gate, and a guard ring is arranged and latched in a relatively small second area unit in which a plurality of first areas are combined. In the large third region where a plurality of second regions are combined, the MOSFETs are connected to each other by a connection configuration of the second wiring layer and the third wiring layer to reduce the on-resistance, and current concentration due to wiring parasitic resistance Can be avoided.

この発明に係る半導体装置に搭載されるパワーMOSFETの一実施例の一部平面図である。It is a partial top view of one Example of power MOSFET mounted in the semiconductor device concerning this invention. この発明に係る半導体装置に搭載されるパワーMOSFETの一実施例の全体平面図である。It is a whole top view of one Example of power MOSFET mounted in the semiconductor device concerning this invention. この発明に係るパワーMOSFETの電流集中を考慮したソース・ドレインの第2メタル層による配線パターン図である。It is a wiring pattern diagram by the second metal layer of the source / drain considering the current concentration of the power MOSFET according to the present invention. この発明に係るパワーMOSFETの電流集中を考慮したソース・ドレインの第3メタル層による配線パターン図である。It is a wiring pattern diagram by the third metal layer of the source / drain considering the current concentration of the power MOSFET according to the present invention. この発明に係るパワーMOSFETの一実施例の構造説明図である。It is structure explanatory drawing of one Example of power MOSFET which concerns on this invention. この発明に係るパワーMOSFETの他の一実施例の構造断面図である。It is structural sectional drawing of other one Example of power MOSFET which concerns on this invention. 図4のパワーMOSセルの配置を等価的に様に置き換えた説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram in which the arrangement of power MOS cells in FIG. 4 is equivalently replaced. 図7に対応した電流分布図である。FIG. 8 is a current distribution diagram corresponding to FIG. 7. 図4のパワーMOSセルの配置を等価的に置き替えられた他のパターン図である。FIG. 6 is another pattern diagram in which the arrangement of the power MOS cells in FIG. 4 is equivalently replaced. この発明が適用された半導体装置が搭載された電池パックの一実施例のブロック図である。It is a block diagram of one Example of the battery pack with which the semiconductor device to which this invention was applied was mounted. 図10の監視部の一実施例のブロック図である。It is a block diagram of one Example of the monitoring part of FIG. 従来のパワーMOSパターン図である。It is a conventional power MOS pattern diagram. 図12の等価回路図である。FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of FIG. 12. 図12のパワーMOSの電流分布図である。FIG. 13 is a current distribution diagram of the power MOS of FIG. 12.

添付の図面に沿って、この発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。   A preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1には、この発明に係る半導体装置に搭載されるパワーMOSFETの一実施例の一部平面図が示されている。図1(A)は、第1領域としての最小ユニットUNAが示され、図1(B)には、上記最小ユニットUNAを横方向に2個、縦方向に3個並べて構成された第2領域としての中間ユニットUNBが示されている。   FIG. 1 shows a partial plan view of an embodiment of a power MOSFET mounted on a semiconductor device according to the present invention. FIG. 1A shows a minimum unit UNA as a first area, and FIG. 1B shows a second area configured by arranging two minimum units UNA in the horizontal direction and three in the vertical direction. An intermediate unit UNB is shown.

図1(A)において、第1方向(同図では横方向)に延長するようゲート電極Gが、上記第1方向と直交する第2方向(同図では縦方向)に4個並んで配置される。上記ゲートGを挟んで上から順にソースS、ドレインD、ソースS、ドレインD、ソースSが配置される。1つのドレインDは、その両側にゲートGを挟んで2つのソースSが配置され、中間部のソースSに対しては、その両側にゲート電極Gを挟んで2つのソースSが配置される。つまり、上下両端にはソースSが配置される。これより、同図の例では、ゲートGが4個設けられるから、それに対応して4個のMOSFETが形成されることになる。   In FIG. 1A, four gate electrodes G are arranged side by side in a second direction (vertical direction in the figure) orthogonal to the first direction so as to extend in the first direction (horizontal direction in the figure). The A source S, a drain D, a source S, a drain D, and a source S are arranged in order from the top across the gate G. One drain D has two sources S arranged on both sides with a gate G interposed therebetween, and two sources S are arranged on both sides of a gate S with respect to an intermediate source S. That is, the source S is arranged at both upper and lower ends. As a result, in the example of the figure, since four gates G are provided, four MOSFETs are formed correspondingly.

特に制限されないが、上記4個のMOSFETの周辺を取り囲むように矩形にされたバックゲート領域BGが設けられる。上記MOSFETがPチャネルMOSFETである場合には、上記ソースS及びドレインDは、P+領域により構成されてN型ウェル領域に形成される。上記バックゲート領域BGは、上記N型ウェル領域にソースSと同じ電位のバックゲート電圧を供給するN+型領域で構成される。上記N型ウェル領域は、特に制限されないが、P型基板上に形成される。   Although not particularly limited, a back gate region BG that is rectangular so as to surround the periphery of the four MOSFETs is provided. When the MOSFET is a P-channel MOSFET, the source S and drain D are formed of a P + region and formed in an N-type well region. The back gate region BG is composed of an N + type region that supplies a back gate voltage having the same potential as the source S to the N type well region. The N-type well region is not particularly limited, but is formed on a P-type substrate.

上記ソースS及びドレインDにそれぞれ沿って第1メタル層M1が配置され、コンタクトCNT1によって接続されている。ゲートGは、導電性ポリシリコン層(PSi)により構成され、同図では省略されていが、例えば第2方向に延長される第1層メタル層(M1)により共通に接続されている。更に、上記バックゲート領域BGに沿って第1層メタル層(M1)が設けられ、コンタクトCNT2によって接続されている。特に制限されないが、上記ソースSと上記バックゲート領域BGに接続される第1メタル層(M1)は相互に接続されていてもよい。   A first metal layer M1 is disposed along the source S and drain D, respectively, and is connected by a contact CNT1. The gate G is composed of a conductive polysilicon layer (PSi), and is connected in common by, for example, a first metal layer (M1) extending in the second direction, which is omitted in the figure. Further, a first metal layer (M1) is provided along the back gate region BG and connected by a contact CNT2. Although not particularly limited, the first metal layer (M1) connected to the source S and the back gate region BG may be connected to each other.

図1(B)において、中間ユニットUNBは、前記図1(A)に示した最小ユニットUNAが前記のように第1方向に2個、第2方向に3個並べられて合計6(2×3)個から構成される。上記最小ユニットUNAのうち隣接するもの同士の境界は、共通のバックゲート領域BGによって区分けされている。   In FIG. 1 (B), the intermediate unit UNB has two minimum units UNA shown in FIG. 1 (A) arranged in the first direction and three in the second direction as described above, for a total of 6 (2 × 3) Consists of pieces. The boundary between adjacent ones of the minimum unit UNA is divided by a common back gate region BG.

上記中間ユニットUNBの周辺を取り込むように矩形にされたガードリング領域GLが設けられる。このガードリング領域GLは、前記のようなPチャネルMOSFETを用いる場合には、上記N型ウェル領域を取り込むように形成されたP型ウェル領域と、かかるP型ウェル領域に形成されたP+領域によって構成される。かかるガードリング領域GL上にも、第1メタル層(M1)が設けられ、コンタクトによって第1メタル層(M1)と上記ガードリング領域GLとが電気的に接続されている。   A rectangular guard ring region GL is provided so as to capture the periphery of the intermediate unit UNB. This guard ring region GL includes a P-type well region formed so as to take in the N-type well region and a P + region formed in the P-type well region when the P-channel MOSFET as described above is used. Composed. The first metal layer (M1) is also provided on the guard ring region GL, and the first metal layer (M1) and the guard ring region GL are electrically connected by a contact.

図2には、この発明に係る半導体装置に搭載されるパワーMOSFETの一実施例の全体平面図が示されている。図2(B)は、前記図1(B)と同じ中間ユニットUNBが示され、図2(C)には、上記中間ユニットUNBを横方向に4個、縦方向に2個並べて構成された第3領域としてのパワーMOSFET全体が示されている。図2(B)は、前記図1(B)と同じであるので説明を省略する。   FIG. 2 shows an overall plan view of an embodiment of a power MOSFET mounted on a semiconductor device according to the present invention. 2B shows the same intermediate unit UNB as in FIG. 1B, and FIG. 2C is configured by arranging the intermediate unit UNB in the horizontal direction and two in the vertical direction. The entire power MOSFET as the third region is shown. Since FIG. 2B is the same as FIG. 1B, description thereof is omitted.

図2(C)において、パワーMOSFET全体は、前記図1(B)に示した中間ユニットUNBが前記のように第1方向に4個、第2方向に2個並べられて合計8(4×2)個から構成される。上記中間ユニットUNBのうち隣接するもの同士の境界は、共通のガードリング領域GLによって区分けされている。このように、この実施例のパワーMOSFET全体は、前記図1(A)に示したMOSFETが4×6×8=192個から構成される。つまり、上記1つのMOSFETが例えば論理回路の出力MOSFETとするなら、その約200倍(2桁以上)もの大きな電流を流すことができるパワーMOSとして動作させることができる。   In FIG. 2C, the power MOSFET as a whole has a total of 8 (4 × 4 × 4) in which the four intermediate units UNB shown in FIG. 1B are arranged in the first direction and two in the second direction as described above. 2) Consists of pieces. A boundary between adjacent ones of the intermediate units UNB is divided by a common guard ring region GL. Thus, the entire power MOSFET of this embodiment is composed of 4 × 6 × 8 = 192 MOSFETs as shown in FIG. That is, if the one MOSFET is, for example, an output MOSFET of a logic circuit, it can be operated as a power MOS capable of flowing a current about 200 times larger (two digits or more) than that.

この実施例では、0.35μm標準CMOS・メタル3層プロセスで制御論理回路を構成し、かかる制御論理回路にパワーMOSを組み込むようにするものである。このようにパワー専用MOSデバイスが提供されていない環境下において、そのため通常の論理回路を構成するMOSFETを複数並列配列し、パワーMOSセルとして起用した。その際に、ガードリングGLをある一定の間隔、つまりは図1(B)、図2(B)のような中間ユニットUNBの単位で設けるなどしてラッチアップ対策も同時に行うものである。   In this embodiment, a control logic circuit is formed by a 0.35 μm standard CMOS / metal three-layer process, and a power MOS is incorporated in the control logic circuit. Thus, in an environment where a power dedicated MOS device is not provided, a plurality of MOSFETs constituting a normal logic circuit are arranged in parallel and used as a power MOS cell. At that time, the guard ring GL is provided at a certain interval, that is, in units of the intermediate unit UNB as shown in FIGS.

つまり、図1(A)のようにパワーMOSを形成する上で最小ユニットにおいては、ある一定のMOSサイズ(同図では4個のMOSFET)をバックゲートBGで囲む様なパターンとし、それを複数個並べて中間ユニットUNBを構成してラッチアップ対策用のガードリングGLを設けるものである。中間ユニットUNBの大きさは、最小ユニットUNAの数が少なすぎるとパワーMOSセルサイズを大きくしてしまい、多すぎるとラッチアップ不良を起こしてしまう恐れがあるため適度な数量を配置している。このような中間ユニットUNBを回路仕様にあったサイズになる様配列しパワーMOSセルを完成させる。ここでセルサイズ・デバイス自身のオン抵抗を十分検討し改善があれば最小ユニットUNA、中間ユニットUNBについて再検討すればよい。   That is, as shown in FIG. 1A, in a minimum unit for forming a power MOS, a certain MOS size (four MOSFETs in the figure) is surrounded by a back gate BG, and a plurality of such patterns are formed. These are arranged side by side to constitute an intermediate unit UNB, and a guard ring GL for preventing latch-up is provided. As for the size of the intermediate unit UNB, if the number of the minimum units UNA is too small, the size of the power MOS cell is increased, and if it is too large, a latch-up failure may occur. Such an intermediate unit UNB is arranged so as to have a size that meets the circuit specifications, thereby completing a power MOS cell. Here, the cell size and the on-resistance of the device itself are sufficiently examined, and if there is an improvement, the minimum unit UNA and the intermediate unit UNB may be reviewed.

図3と図4には、この発明に係るパワーMOSFETの電流集中を考慮したソース・ドレインの配線パターンが示されている。図3において、第2方向(縦方向)に延長される第2メタル層M2により、上記最小ユニットUNAに形成されたMOSFETのソースSとドレインD同士が接続される。図4において、層間絶縁膜を挟んで第1方向に延長される第3メタル層M3によりソースSとドレインD同士が接続される。   FIGS. 3 and 4 show source / drain wiring patterns in consideration of current concentration of the power MOSFET according to the present invention. In FIG. 3, the source S and drain D of the MOSFET formed in the minimum unit UNA are connected to each other by the second metal layer M2 extending in the second direction (vertical direction). In FIG. 4, the source S and the drain D are connected to each other by the third metal layer M3 extending in the first direction with the interlayer insulating film interposed therebetween.

つまり、図3においては、ソースS及びドレインDが第2メタル層M2にて同本数で第1方向に交互に配置されている。この第2メタル層M2にて、上記ソース同士の他に、各最小ユニットのソースSに接続された第1メタル層(M1)同士とバックゲート領域BGに接続された第1メタル層(M1)同士とを接続するものであってもよい。図4において、第2方向(縦方向)に引き出した第2メタル層M2のソース及びドレインDを第1方向(横方向)のメタル3層にて引き出し、外周側(PAD近傍)を太くする様なパターンにて配置していく。つまり、同図の右側にソース側パッドS−PADを配置し、左側にドレイン側パッドD−PADを配置する場合には、ソース側パッドS−PADから左方向に向かうソース配線は、左に向かうに従って本数が少なくなるように形成される。この構成は、上記第2メタル層M2と上記第3メタル層M3との間を接続するコンタクトの数が右側から左側に向かうに従って少なくなるようにされる。   That is, in FIG. 3, the same number of sources S and drains D are arranged in the first direction in the second metal layer M2. In the second metal layer M2, in addition to the sources, the first metal layers (M1) connected to the source S of each minimum unit and the first metal layer (M1) connected to the back gate region BG. They may be connected to each other. In FIG. 4, the source and drain D of the second metal layer M2 drawn out in the second direction (vertical direction) are drawn out by the metal 3 layer in the first direction (lateral direction), and the outer peripheral side (near the PAD) is thickened. It arranges with a simple pattern. That is, when the source side pad S-PAD is arranged on the right side of the drawing and the drain side pad D-PAD is arranged on the left side, the source wiring directed from the source side pad S-PAD to the left direction goes to the left. Accordingly, the number is reduced. In this configuration, the number of contacts connecting the second metal layer M2 and the third metal layer M3 is reduced from the right side toward the left side.

このことは、第3メタル層M3によりソース配線とドレイン配線とが形成されることから、ドレイン側パッドD−PADから右方向に向かうドレイン配線は、ソース配線とは反対のパターンにされて右に向かうに従って本数が少なくなるように形成される。この構成は、上記第2メタル層M2と上記第3メタル層M3との間を接続するコンタクトの数が左側から右側に向かうに従って少なくなるようにされる。   This is because the source wiring and the drain wiring are formed by the third metal layer M3, so that the drain wiring that goes to the right from the drain side pad D-PAD has a pattern opposite to that of the source wiring and is on the right. It is formed so that the number decreases as it goes. In this configuration, the number of contacts connecting the second metal layer M2 and the third metal layer M3 is decreased from the left side toward the right side.

パワーMOSFETを構成する場合、ゲートG同士も相互に接続する必要があるので、前記図3や図4では省略されているが、適宜に上記第2メタル層を設けて縦方向に並ぶゲート同士を接続し、適宜に第3メタル層を設けて横方向に並ぶ上記ゲートGに接続された第2メタル層同士を接続する。ただし、図4の両側には上記のようにソース,ドレインが配置されるから、ゲートは上記第2メタル層(M2)を上方向又は下方向に引き出して、上記ソース,ドレインの上又は下側にゲート電極を形成すればよい。   When configuring a power MOSFET, the gates G must also be connected to each other, and thus omitted in FIGS. 3 and 4, but the second metal layer is provided as appropriate and the gates arranged in the vertical direction are connected to each other. The second metal layers connected to the gates G arranged in the lateral direction are connected by appropriately connecting the third metal layers. However, since the source and drain are arranged on both sides of FIG. 4 as described above, the gate pulls the second metal layer (M2) upward or downward, and above or below the source or drain. A gate electrode may be formed in

更に、上記のようなPチャネルMOSFETを構成する場合、ガードリング領域GLには接地電位(0V)のようなバイアス電圧を与える必要がある。このため、上記ガードリング領域GLに接続された第1メタル層(M1)同士を上記第2メタル層(M2)の一部を用いて相互に接続し、上記第3メタル層(M3)によりそれらを相互に接続して、回路の接地電位を与えるようにすればよい。接地電位が第3メタル層(M3)で与えられる場合には、例えばゲートがソース,ドレインの上側に設けた場合には、上記ゲートとは逆側の下側に接地電位を与える第3メタル層(M3)を配置すればよい。   Further, when the P-channel MOSFET as described above is configured, it is necessary to apply a bias voltage such as a ground potential (0 V) to the guard ring region GL. Therefore, the first metal layers (M1) connected to the guard ring region GL are connected to each other using a part of the second metal layer (M2), and the third metal layer (M3) connects them. May be connected to each other so as to give the ground potential of the circuit. When the ground potential is applied by the third metal layer (M3), for example, when the gate is provided above the source and drain, the third metal layer that applies the ground potential to the lower side opposite to the gate. (M3) may be arranged.

図5には、この発明に係るパワーMOSFETの一実施例の構造説明図が示されている。図5(A)には、中間ユニットの平面図が示され、図5(B)には一部断面図が示されている。図5(B)は、図5(A)におけるA−B線の断面図である。   FIG. 5 is a structural explanatory diagram of an embodiment of a power MOSFET according to the present invention. FIG. 5A shows a plan view of the intermediate unit, and FIG. 5B shows a partial cross-sectional view. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line AB in FIG.

図5(A)では、同図の中間ユニットUNBは、前記図1(A)に対応した最小ユニットUNAが6個組み合わせて構成される。同図では、図1(A)に示したような1つの最小ユニットUNAが代表として例示的に示され、残りの5個はブラクボックスとして示されている。   In FIG. 5A, the intermediate unit UNB in FIG. 5 is configured by combining six minimum units UNA corresponding to FIG. In the figure, one minimum unit UNA as shown in FIG. 1A is exemplarily shown as a representative, and the remaining five are shown as black boxes.

図5(B)において、P型半導体基板P−SUB上に素子形成領域として形成されたN型ウェルNWに、P+領域によるソース(S)、ドレイン(D)が配置され、かかるソース(S),ドレイン(D)に挟まれた半導体領域上にゲート絶縁膜を介してゲート(G)が配置される。上記ソース(S),ドレイン(D)とゲート(G)からなるMOSFETの周囲には、N+領域で構成されたバックゲート領域(BG)が配置される。そして、中間ユニットUNBを取り込むようにP型ウェルPWと、かかるP型ウェルPWにはP+領域が設けられてガードリング領域(GL)とされる。   In FIG. 5B, a source (S) and a drain (D) by a P + region are arranged in an N-type well NW formed as an element formation region on a P-type semiconductor substrate P-SUB, and the source (S) The gate (G) is disposed on the semiconductor region sandwiched between the drains (D) via a gate insulating film. Around the MOSFET composed of the source (S), drain (D) and gate (G), a back gate region (BG) composed of an N + region is disposed. A P-type well PW is provided so as to take in the intermediate unit UNB, and a P + region is provided in the P-type well PW to form a guard ring region (GL).

上記パワーMOSFETには隣接して論理回路LOGを構成するMOSFETが設けられる。例えば、PチャネルMOSFETは、上記ガードリング領域(GL)によって電気的に分離されて形成されたN型ウェルPWに、P+領域からなるソース(S)、ドレイン(D)及びゲート(G)と、上記N型ウェルPWにバイアス電圧を供給するN+領域からなるバックゲート(BG)が設けられる。このように、論理回路LOGを構成するPチャネルMOSFETと、上記パワーMOSFETの最小ユニットとして設けられたPチャネルMOSFETとは基本的に同じ製造プロセスにより形成されたソース(S)、ドレイン(D)、ゲート(G)及びバックゲート領域(BG)で構成される。   A MOSFET constituting a logic circuit LOG is provided adjacent to the power MOSFET. For example, a P-channel MOSFET has an N-type well PW formed by being electrically isolated by the guard ring region (GL), and a source (S), a drain (D), and a gate (G) composed of a P + region. A back gate (BG) comprising an N + region for supplying a bias voltage to the N-type well PW is provided. As described above, the P-channel MOSFET constituting the logic circuit LOG and the P-channel MOSFET provided as the minimum unit of the power MOSFET are basically formed by the same manufacturing process, the source (S), the drain (D), It consists of a gate (G) and a back gate region (BG).

図6には、この発明に係るパワーMOSFETの他の一実施例の構造断面図が示されている。図6の実施例においては、ソース(S)に隣接してN+領域からなるバックゲート領域(BG)が配置される。つまり、前記最小ユニットの両端に配置されるソース(S)を除いて両側にドレイン(D)が配置されるソース(S)においては、中間部に上記バックゲート領域(BG)を挟んで2つのソース(S)が配置される。これに対応して、論理回路LOGのMOSFETも、上記同様にソース(S)に隣接してN+領域からなるバックゲート領域(BG)が配置される。パワーMOSFETにおいては、このような最小ユニットが複数個組み合わされて中間ユニットUNBが構成され、それを取り込むようにP型ウェルPWと、かかるP型ウェルPWにはP+領域が設けられてガードリング領域(GL)とされる。   FIG. 6 is a sectional view showing the structure of another embodiment of the power MOSFET according to the present invention. In the embodiment of FIG. 6, a back gate region (BG) composed of an N + region is disposed adjacent to the source (S). That is, in the source (S) in which the drain (D) is arranged on both sides except for the source (S) arranged at both ends of the minimum unit, the back gate region (BG) is sandwiched between the two in the middle portion. A source (S) is arranged. Correspondingly, in the MOSFET of the logic circuit LOG, a back gate region (BG) composed of an N + region is arranged adjacent to the source (S) as described above. In the power MOSFET, a plurality of such minimum units are combined to form an intermediate unit UNB. A P-type well PW is provided to take in the intermediate unit, and a P + region is provided in the P-type well PW to provide a guard ring region. (GL).

この実施例では、上記第3メタル層M3にてソース−ドレイン経路を流れる電流集中を調整する。前記図1から図4で示した様に専用のパワーMOSデバイスが無い場合、電流密度均一・ラッチアップ対策等を考えるとメタル3層配線以上の構造が必要である。   In this embodiment, the concentration of current flowing through the source-drain path is adjusted in the third metal layer M3. As shown in FIGS. 1 to 4, when there is no dedicated power MOS device, a structure having a metal three-layer structure or more is required in consideration of uniform current density and latch-up countermeasures.

図4の配線パターンをわかり易く比較するため図4で作成したパワーMOSセルの配置を等価的に図7の様に置き換えて説明する。図7の構造はソース側の配線抵抗成分の大きい箇所をパワーMOSの中心部に配置し、ソース側配線抵抗成分の小さい箇所を周辺部に配置したことが特徴である。   In order to compare the wiring patterns of FIG. 4 in an easy-to-understand manner, the arrangement of the power MOS cells created in FIG. The structure of FIG. 7 is characterized in that a portion having a large wiring resistance component on the source side is disposed in the center of the power MOS and a portion having a small source side wiring resistance component is disposed in the peripheral portion.

従来パターンである図12ではソース側上位配線構造とドレイン側上位配線構造は180°回転させれば全く同じ構造である。これに対し本発明パターンではパワーMOSFETの第1方向(横方向)の中心を軸に対称とさせた構造とし、ドレイン側配線パターンを周辺部に配置していることが特徴である。   In FIG. 12, which is a conventional pattern, the source-side upper wiring structure and the drain-side upper wiring structure are exactly the same when rotated by 180 °. On the other hand, the pattern of the present invention is characterized in that the power MOSFET has a structure that is symmetric with respect to the center in the first direction (lateral direction), and the drain-side wiring pattern is arranged in the peripheral portion.

等価回路は、前記図13と同様であり、前記説明したようにソースPAD近傍のMOSFETM1側がVgs降下の影響が最も小さく、ドレインPAD近傍のM3側がVgs降下の影響が最も大きい。上位配線層パターンにおいてソース側の配線抵抗成分の大きい箇所をパワーMOSの中心部に配置し、ドレイン側配線抵抗成分の大きい箇所を周辺部に配置することにより、中心箇所になるにつれてVgs降下分が大きくなる。また、MOSFETの上位配線層引出し部が従来の図12に示したパターンと異なり、横方向(第1方向)の中心を元に対称とさせた引出し構造となっているため、電流分布を考えると図8の様な電流量の分布が予想される。これらの効果として電流集中箇所が上下に分散化でき、発熱箇所の分散化が予想される。   The equivalent circuit is the same as in FIG. 13, and as described above, the influence of the Vgs drop is the smallest on the MOSFET M1 side near the source PAD, and the influence of the Vgs drop is the largest on the M3 side near the drain PAD. In the upper wiring layer pattern, a portion having a large wiring resistance component on the source side is arranged in the center of the power MOS, and a portion having a large drain side wiring resistance component is arranged in the peripheral portion. growing. Further, unlike the conventional pattern shown in FIG. 12, the upper wiring layer lead portion of the MOSFET has a lead structure that is symmetric with respect to the center in the horizontal direction (first direction). A current distribution as shown in FIG. 8 is expected. As these effects, current concentration points can be dispersed vertically, and heat generation points are expected to be dispersed.

図9には、等価的に置き替えられた他のパターン図である。同図は、前記図4のパワーMOSセルの配置により忠実に対応している。つまり、ソース側からドレイン側に向かって2つの三角形状の電極パターン構造とされている。つまり、図7は、図9の上又は下半分に対応したパターンである。このような1ないし複数の三角形状の組み合わせによってソース,ドレインの電極構造が決められる。このとき、最外周個所はドレイン電極にされることが特徴となる。   FIG. 9 is another pattern diagram equivalently replaced. This figure corresponds more faithfully to the arrangement of the power MOS cells in FIG. That is, two triangular electrode pattern structures are formed from the source side to the drain side. That is, FIG. 7 is a pattern corresponding to the upper or lower half of FIG. The source and drain electrode structures are determined by such a combination of one or more triangles. At this time, the outermost peripheral portion is characterized by being a drain electrode.

このように前記実施例のソース,ドレインの電極パターンは、前記図4に示したような標準CMOSプロセスで形成されたMOSFETセルを組み合わせてパワーMOSFETを構成する場合に限定されず、前記特許公報に示されてパワーMOSプロセスにより形成されたパワーMOSFETのソース,ドレイン電極パターンとしてそのまま利用することができる。つまり、この発明に係る前記等価的に置き替えられたパターンは、そのままパワーMOSデバイスのソース,ドレイン電極として用い、前記図14に示したような電流集中による素子破壊を防止する上で有益なものとなる。   Thus, the source and drain electrode patterns of the above embodiment are not limited to the case where a power MOSFET is configured by combining MOSFET cells formed by a standard CMOS process as shown in FIG. It can be directly used as a source / drain electrode pattern of a power MOSFET formed by a power MOS process. That is, the equivalently replaced pattern according to the present invention is used as it is as the source and drain electrodes of the power MOS device, and is useful for preventing element breakdown due to current concentration as shown in FIG. It becomes.

図10には、この発明が適用された半導体装置が搭載された電池パックの一実施例のブロック図が示されている。この実施例は、リチウムイオン二次電池等の電池パックに適用される。この実施例の電池パックは、電池セルCELL、ヒューズFS、前記監視部と充放電制御用スイッチMOSFETQ1,Q2及び付加回路として抵抗Rvcc 、Ridt 、コンデンサC1,C2等により構成される。上記監視部とスイッチMOSFETQ1,Q2が1つの半導体装置LSIに搭載される。そして、かかる半導体装置は、標準CMOSプロセスにより形成される。   FIG. 10 is a block diagram showing one embodiment of a battery pack on which a semiconductor device to which the present invention is applied is mounted. This embodiment is applied to a battery pack such as a lithium ion secondary battery. The battery pack of this embodiment includes a battery cell CELL, a fuse FS, the monitoring unit, charge / discharge control switches MOSFETQ1, Q2, and resistors Rvcc, Ridt, capacitors C1, C2 as additional circuits. The monitoring unit and the switch MOSFETs Q1 and Q2 are mounted on one semiconductor device LSI. Such a semiconductor device is formed by a standard CMOS process.

上記充放電制御用スイッチMOSFETQ1,Q2は、直列形態に接続された2つのパワーMOSFETで構成される。この実施例では、NチャネルMOSFETが用いられる。電池セルCELLの正極+は、ヒューズFSを介して電池パックの正極端子(+)に接続される。電池セルCELLの負極−は、パワーMOSFETQ1のソースと、監視用部の接地端子GNDに接続される。パワーMOSFETQ1のドレインは、パワーMOSFETQ2のドレインと接続される。パワーMOSFETQ2のソースは、電池パックの負極端子(−)に接続される。   The charge / discharge control switch MOSFETs Q1 and Q2 are composed of two power MOSFETs connected in series. In this embodiment, an N-channel MOSFET is used. The positive electrode + of the battery cell CELL is connected to the positive electrode terminal (+) of the battery pack via the fuse FS. The negative electrode-of the battery cell CELL is connected to the source of the power MOSFET Q1 and the ground terminal GND of the monitoring unit. The drain of the power MOSFET Q1 is connected to the drain of the power MOSFET Q2. The source of the power MOSFET Q2 is connected to the negative terminal (−) of the battery pack.

上記MOSFETQ1は、ディスチャージ(放電)電流の遮断に用いられ、ゲートには監視部で形成されたディスチャージ制御信号DCHが供給される。上記MOSFETQ2は、チャージ(充電)電流の遮断に用いられ、ゲートには上記監視用部で形成されたチャージ制御信号CHGが供給される。上記MOSFETQ2のソースは、抵抗Ridt を介して上記監視部の第2接地端子IDTに接続される。上記電池パックの正極端子(+)は、抵抗Rvcc を介して上記監視用チップ3の電源端子VCCに接続される。上記監視部の電源端子VCCと接地端子GNDとの間には、電源安定化のためのコンデンサC1が接続される。また、監視部の接地端子GNDと、電池パックの負極端子(−)との間には、コンデンサC2が接続される。   The MOSFET Q1 is used to cut off a discharge current, and a discharge control signal DCH formed by the monitoring unit is supplied to the gate. The MOSFET Q2 is used to cut off a charging (charging) current, and a charge control signal CHG formed by the monitoring unit is supplied to the gate. The source of the MOSFET Q2 is connected to the second ground terminal IDT of the monitoring unit via a resistor Ridt. The positive terminal (+) of the battery pack is connected to the power supply terminal VCC of the monitoring chip 3 via a resistor Rvcc. A capacitor C1 for power supply stabilization is connected between the power supply terminal VCC and the ground terminal GND of the monitoring unit. Further, a capacitor C2 is connected between the ground terminal GND of the monitoring unit and the negative terminal (−) of the battery pack.

上記電池パックの正極端子(+)と負極端子(−)は、充電器又は負荷回路が接続される。例えば負荷回路は、携帯電話装置のような電子機器とされる。充電動作においては、充電器が接続されて、電池パックの正極端子(+)から電池セルCELLの正極(+)に向けて電流が流れ、電池セルCELLの負極(−)から負極端子(−)に向けて電流が流れる。この場合、MOSFETQ1は、ボディーダイオードを介して常時電流が流れるので、MOSFETQ2をオフ状態にすることにより充電動作の停止が行われる。放電動作においては、負荷回路が接続されて、電池セルCELLの正極(+)から電池パックの正極端子(+)に向けて電流が流れ、電池パックの負極端子(−)から電池セルCELLの負極(−)に向けて電流が流れる。この場合、MOSFETQ2は、ボディーダイオードを介して常時電流が流れるので、MOSFETQ1をオフ状態にすることにより放電動作の停止が行われる。MOSFETQ1,Q2のゲートとソース間には、保護用ダイオードが設けられる。   A charger or a load circuit is connected to the positive terminal (+) and the negative terminal (−) of the battery pack. For example, the load circuit is an electronic device such as a mobile phone device. In the charging operation, a charger is connected, current flows from the positive electrode terminal (+) of the battery pack toward the positive electrode (+) of the battery cell CELL, and the negative electrode (−) of the battery cell CELL is negative electrode terminal (−). Current flows toward In this case, since a current always flows through the body diode in the MOSFET Q1, the charging operation is stopped by turning off the MOSFET Q2. In the discharging operation, a load circuit is connected, a current flows from the positive electrode (+) of the battery cell CELL to the positive electrode terminal (+) of the battery pack, and the negative electrode of the battery cell CELL from the negative electrode terminal (−) of the battery pack. Current flows toward (-). In this case, since a current always flows through the body diode through the MOSFET Q2, the discharging operation is stopped by turning off the MOSFET Q1. A protective diode is provided between the gates and sources of the MOSFETs Q1 and Q2.

IDT端子(検出端子)は、過電流電圧検出入力、充電過電流検出入力及びCHG出力の負極(接地電位)側電源端子であり、放電電流が増加してIDT端子の入力電圧が過電流検出電圧、又は短絡電流検知電圧を超えると、DCH出力がロウレベル(接地側電圧)になり、MOSFETQ1をオフ状態にする。その後、入力電圧が上記過電流検出電圧以下になるとDCH出力がハイレベル(電源電圧)になり、上記MOSFETQ1がオン状態になって過電流状態から復帰する。   The IDT terminal (detection terminal) is a negative (ground potential) side power supply terminal for the overcurrent voltage detection input, the charge overcurrent detection input, and the CHG output. The discharge current increases and the input voltage at the IDT terminal becomes the overcurrent detection voltage. When the short circuit current detection voltage is exceeded, the DCH output becomes low level (ground side voltage), and the MOSFET Q1 is turned off. Thereafter, when the input voltage becomes equal to or lower than the overcurrent detection voltage, the DCH output becomes a high level (power supply voltage), and the MOSFET Q1 is turned on to recover from the overcurrent state.

DCH信号は、上記のように放電経路遮断用のゲートに供給されるMOSFETQ1の制御信号であり、電池セルCELLの電圧が正常のときにはハイレベル(VCC)となり、上記MOSFETQ1をオン状態にし、過放電状態または過電流状態が検出されるとロウレベル(接地電位)になり、上記MOSFETQ1をオフ状態にする。   The DCH signal is a control signal of the MOSFET Q1 supplied to the gate for cutting off the discharge path as described above. When the voltage of the battery cell CELL is normal, the DCH signal becomes high level (VCC), and the MOSFET Q1 is turned on to overdischarge. When a state or an overcurrent state is detected, it becomes low level (ground potential), and the MOSFET Q1 is turned off.

CHG信号は、上記のように充電経路遮断用のゲートに供給されるMOSFETQ2の制御信号であり、電池セルCELLの電圧が正常のときにはハイレベル(VCC)となり、上記MOSFETQ2をオン状態にし、過充電状態または過大な充電電圧が検出されるとロウレベル(IDT)になり、上記MOSFETQ2をオフ状態にする。   The CHG signal is a control signal for the MOSFET Q2 supplied to the gate for cutting off the charging path as described above. When the voltage of the battery cell CELL is normal, the CHG signal is set to the high level (VCC), and the MOSFET Q2 is turned on to overcharge. When a state or an excessive charging voltage is detected, it becomes low level (IDT), and the MOSFET Q2 is turned off.

図11は、前記監視部の一実施例のブロック図が示されている。この実施例の監視部は、特に制限されないが、基準電圧発生回路、制御回路、前記DCH信号、CHG信号に対応した駆動回路、上限電圧検出回路、下限電圧検出回路、発振器、発振器の発振パルスで動作する過充電タイマ、過放電タイマ、過電流タイマ、充電器電圧検出回路、放電電流,充電電流検出回路などから構成される。前記基準電圧発生回路で形成された基準電圧は、上記上限電圧検出回路、下限電圧検出回路、充電器電圧、放電電流、充電電流の各電圧検出回路の検出動作の基準として用いられる。   FIG. 11 is a block diagram showing an example of the monitoring unit. The monitoring unit of this embodiment is not particularly limited, but includes a reference voltage generation circuit, a control circuit, a drive circuit corresponding to the DCH signal and the CHG signal, an upper limit voltage detection circuit, a lower limit voltage detection circuit, an oscillator, and an oscillation pulse of the oscillator. It consists of an overcharge timer, an overdischarge timer, an overcurrent timer, a charger voltage detection circuit, a discharge current, a charge current detection circuit, and the like that operate. The reference voltage formed by the reference voltage generation circuit is used as a reference for detection operations of the upper limit voltage detection circuit, the lower limit voltage detection circuit, the charger voltage, the discharge current, and the charge current voltage detection circuit.

前記図1〜図6等で説明したPチャネルMOSFETを用いる場合には、上記スイッチは、正極+側の電流経路に直列に挿入される。そして、ゲートに供給される制御信号CGGとDCHは、それがロウレベルのときにPチャネルMOSFETがオン状態となり、ハイレベルのときにオフ状態になる。   When the P-channel MOSFET described with reference to FIGS. 1 to 6 is used, the switch is inserted in series in the current path on the positive electrode + side. When the control signals CGG and DCH supplied to the gate are at a low level, the P-channel MOSFET is turned on, and when it is at a high level, the control signals CGG and DCH are turned off.

以上本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前記監視部3は、前記のような充放電制御を行うものであれば何であってもよい。半導体装置は、前記二次電池の監視用のものの他、制御論理回路とパワーMOSFETとが搭載されたものであれば何であってもよい。   Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the above embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the monitoring unit 3 may be anything as long as it performs charge / discharge control as described above. The semiconductor device may be anything as long as a control logic circuit and a power MOSFET are mounted in addition to the one for monitoring the secondary battery.

この発明は、比較的大きな電流を流すことができるパワーMOSFETと論理回路と有する半導体装置に広く利用できる。   The present invention can be widely used for a semiconductor device having a power MOSFET and a logic circuit capable of flowing a relatively large current.

UNA…最小ユニット(第1領域)、UNB…中間ユニット(第2領域)、S…ソース、D…ドレイン、G…ゲート、BG…バックゲート領域、GL…ガードリング領域、P−SUB…半導体基板、NW…N型ウェル、PW…P型ウェル、Q1,Q2…パワーMOSFET、CELL…電池セル、FS…ヒューズ、C1,C2…コンデンサ、Rvcc 、Ridt …抵抗。   UNA: minimum unit (first region), UNB: intermediate unit (second region), S: source, D: drain, G ... gate, BG ... back gate region, GL: guard ring region, P-SUB ... semiconductor substrate , NW ... N-type well, PW ... P-type well, Q1, Q2 ... Power MOSFET, CELL ... Battery cell, FS ... Fuse, C1, C2 ... Capacitor, Rvcc, Ridt ... Resistance.

Claims (5)

第1領域と、
第1領域が第1方向及び上記第1方向と直交する第2方向に並んで複数個配置され、周囲にガードリング領域が設けられた第2領域と、
上記第2領域が上記第1方向及び第2方向に並んで複数個配置された第3領域と、
第4領域とを有し、
上記第1領域は、
上記第1方向に延長され、上記第2方向に並んで配置された複数のゲート電極及びソース,ドレインを有する複数のMOSFETと、
上記MOSFETが形成されるウェル領域にバックバイアス電圧を供給するバックゲート領域と、
上記ゲート、ソース、ドレイン及びバックゲート領域をそれぞれ相互に接続する第1配線層とを有し、
上記第3領域において、
上記第2方向に延長され、上記第1領域における上記ゲート、ソース、ドレイン及びバックゲート領域をそれぞれ相互に接続する第1配線層同士を接続し、上記第1配線層上に絶縁膜を介して形成された第2配線層と、
上記第1方向に延長され、上記ゲート、ソース、ドレイン及びバックゲート領域に対応した上記第2配線層同士を接続し、上記第2配線層上に絶縁膜を介して形成された第3配線層とが設けられ、
上記第3領域により1つのスイッチMOSFETが構成され、
上記第4領域には、上記スイッチMOSFETと同じ製造工程で形成され、論理回路を構成する複数のMOSFETが設けられる半導体装置。
A first region;
A plurality of first regions arranged side by side in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, and a second region provided with a guard ring region around;
A third region in which a plurality of the second regions are arranged side by side in the first direction and the second direction;
A fourth region,
The first region is
A plurality of MOSFETs extending in the first direction and having a plurality of gate electrodes and sources and drains arranged side by side in the second direction;
A back gate region for supplying a back bias voltage to a well region in which the MOSFET is formed;
A first wiring layer connecting the gate, source, drain and back gate regions to each other;
In the third region,
First wiring layers extending in the second direction and interconnecting the gate, source, drain and back gate regions in the first region are connected to each other, and an insulating film is interposed on the first wiring layer. A formed second wiring layer;
A third wiring layer that extends in the first direction, connects the second wiring layers corresponding to the gate, source, drain, and back gate regions, and is formed on the second wiring layer via an insulating film. And
One switch MOSFET is constituted by the third region,
A semiconductor device in which the fourth region is provided with a plurality of MOSFETs which are formed in the same manufacturing process as the switch MOSFET and constitute a logic circuit.
請求項1において、
上記バックゲート領域は、上記第1領域を取り囲むように形成される半導体装置。
In claim 1,
The back gate region is a semiconductor device formed so as to surround the first region.
請求項1において、
上記バックゲート領域は、上記第1領域のソース領域に隣接して配置される半導体装置。
In claim 1,
The back gate region is a semiconductor device disposed adjacent to the source region of the first region.
請求項2又は3において、
上記第3配線層で構成されたソースとドレインは、
上記第3領域における上記第1方向の一端側が共通に構成されたソース側とされ、
上記第3領域における上記第1方向の他端側が共通に構成されてドレイン側とされ、
上記ソース側とされる第3配線層は、一端側から他端側に向かうにしたがって上記第2配線層と接続され、上記第2方向に並ぶコンタクトの数が減少され、
上記ドレイン側とされる第3配線層は、上記ソース側とは逆の配置にされる半導体装置。
In claim 2 or 3,
The source and drain formed of the third wiring layer are
One end side in the first direction in the third region is a source side configured in common,
The other end side in the first direction in the third region is configured in common as a drain side,
The third wiring layer on the source side is connected to the second wiring layer from one end side to the other end side, and the number of contacts arranged in the second direction is reduced.
The semiconductor device in which the third wiring layer on the drain side is disposed opposite to the source side.
請求項4において、
上記スイッチMOSFETは、二次電池の充電/放電経路に設けられた保護用スイッチであり、
上記論理回路は、上記二次電池の電流あるいは電圧を検知し、上記保護用スイッチのスイッチ制御を行う半導体装置。
In claim 4,
The switch MOSFET is a protection switch provided in the charge / discharge path of the secondary battery,
The semiconductor device, wherein the logic circuit detects a current or voltage of the secondary battery and performs switch control of the protection switch.
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