JP2011124615A - 半導体集積回路、半導体装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】内部動作に起因する半導体基板の電位的変動を抑制することが容易な半導体集積回路を提供する。
【解決手段】半導体集積回路（１）の内部において、外部電源端子（Ｐｖｃｃ）と半導体基板（Ｐｓｕｂ）との間および外部グランド端子（Ｐｖｓｓ）と半導体基板との間の何れか一方又は双方に可変インピーダンス回路（ＶＺ）を配置し、可変インピーダンス回路に対するインピーダンスの設定に従って、半導体集積回路に形成されたトランジスタの動作に応じて半導体基板に生起される電源電圧側の変動成分とグランド電圧側の変動成分とをバランスさせるようにその変動成分の大きさや波形を決定する。半導体集積回路の電源及びグランド側の変動に起因して半導体基板に与えられる変動成分が抑えられることにより、半導体基板を通して外部でコモンモード電流経路が形成されることを抑制することが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路の動作に起因するＥＭＣ（Electro Magnetic Compatibility:電磁的両立性）若しくはＥＭＩ（Electro Magnetic Interference:電磁的干渉）対策の技術に関し、例えばマイクロコンピュータチップ、マイクロコンピュータデバイス、さらにはマイクロコンピュータ応用機器に適用して有効な技術に関する。

特許文献１には車載用電子機器における電源供給及び信号インタフェース用のハーネスを流れるコモンモード電流によって不要電磁放射が発生するという課題を解決するための発明が記載される。即ち、マイクロコンピュータを搭載した電子回路基板がノイズ源になり、この電子回路基板上の電源及びグランド電圧の高周波変動成分が実装基板から寄生容量を介して外部に漏れ、これが、電子回路基板に接続するハーネスに帰還してコモンモード電流ループを形成することによって、ハーネスがモノポールアンテナとして作用されることにより不要電磁放射が発生する。これを抑制するために、電子回路基板とハーネスとの接続点の電圧が０となるように電子回路基板における電源配線及びグランド配線のインダクタンス及び寄生容量を調整することによって、ハーネスにコモンモード電流が流れないようにしたものである。

国際公開ＷＯ2006/112010A1

しかしながら、近年の半導体集積回路の高速化により、半導体集積回路の実装基板に対する対策では不十分であることが本発明者によって認識された。すなわち、半導体集積回路の電源電圧及びグランド電圧の変動に起因する影響を、実装基板の電源配線やグランド配線のインダクタンス成分や寄生容量成分を調整するだけではＥＭＩ対策に限界がある。

本発明の目的は、内部動作に起因する半導体基板の電位的変動を抑制することが容易な半導体集積回路を提供することにある。

本発明の別の目的は、半導体集積回路の内部動作に起因する半導体基板の電位的変動を抑制することが容易な半導体装置を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、不要電磁放射の発生を確実に抑制することに貢献することができる電子機器を提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、半導体集積回路の内部において、外部電源端子と半導体基板との間および外部グランド端子と半導体基板との間の何れか一方又は双方に可変インピーダンス回路を配置し、可変インピーダンス回路に対するインピーダンスの設定に従って、半導体集積回路に形成されたトランジスタの動作に応じて半導体基板に生起される電源電圧側の変動成分とグランド電圧側の変動成分とをバランスさせるようにその変動成分の大きさや波形を決定する。

これにより、半導体集積回路の電源及びグランド側の変動に起因して半導体基板に与えられる変動成分が抑えられることにより、半導体基板を通して外部でコモンモード電流経路が形成されることを抑制することが可能になる。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。

すなわち、半導体集積回路の内部動作に起因する半導体基板の電位的変動を抑制することが容易である。そしてこの半導体集積回路をパッケージングした半導体装置を実装基板に実装した電子機器においては不要電磁放射の発生を確実に抑制することに貢献することができる。

図１は本発明の実施に形態におけるＥＭＩ保護機能を原理的に示す概略説明図である。 図２はトリプルウェル構造においてＰｖｃｃ−Ｐｓｕｂ間に可変インピーダンス回路を設けた半導体集積回路の等価回路図である。 図３はダブルウェル構造においてＰｖｓｓ−Ｐｓｕｂ間に可変インピーダンス回路を設けた半導体集積回路の等価回路図である。 図４はトリプルウェル構造においてＰｖｓｓ−Ｐｓｕｂ間に可変インピーダンス回路を設けた半導体集積回路の等価回路図である。 図５はトリプルウェル構造においてＰｖｃｃ−Ｐｓｕｂ間に可変インピーダンス回路を設けた図２の等価回路に対するデバイス構造などを例示する説明図である。 図６は図５に対応する回路図である。 図７は図５に適用する可変インピーダンス回路の一例を示す回路図である。 図８は図５に適用する可変インピーダンス回路の別の例を示す回路図である。 図９は図８の可変インピーダンス回路を構成する可変インピーダンスユニットの別の例を示す回路図である。 図１０は図８の可変インピーダンス回路を構成する可変インピーダンスユニットのさらに別の例を示す回路図である。 図１１はダブルウェル構造においてＰｖｓｓ−Ｐｓｕｂ間に可変インピーダンス回路を設けた図３の等価回路に対するデバイス構造などを例示する説明図である。 図１２は図１１に対応する回路図である。 図１３は図１１に適用する可変抵抗回路を例示する回路図である。 図１４は図１１に適用する可変抵抗回路の別の例を示す回路図である。 図１５は図１１に適用する可変抵抗回路のさらに別の例を示す回路図である。 図１６はトリプルウェル構造においてＰｖｓｓ−Ｐｓｕｂ間に可変インピーダンス回路を設けた図４の等価回路に対するデバイス構造などを例示する説明図である。 図１７は図１６に対応する回路図である。 図１８は図１６に適用する可変抵抗回路を例示する回路図である。 図１９は図１６に適用する可変抵抗回路を例示する回路図である。 図２０はトリプルウェル構造においてＰｖｓｓ−Ｐｓｕｂ間とＰｖｃｃ−Ｐｓｕｂ間の双方に可変インピーダンス回路ＶＺを設けた回路構成を例示する回路図である。 図２１は可変インピーダンス回路におけるインピーダンスをダイナミックに変更可能にする例を示すブロック図である。 図２２は半導体集積回路１のＩ／Ｏセル領域における未使用領域に可変インピーダンス回路を配置したときの説明図である。 図２３は半導体チップの四隅のコーナ領域に可変インピーダンス回路を配置したときの説明図である。 図２４は電源遮断ブロック毎の電源遮断スイッチ配置領域毎にインピーダンス設定される可変インピーダンス回路を設ける例を示す説明図である。 図２５は可変インピーダンス回路によるＰｓｕｂ（Ｐｖｓｓ２）の高周波ノイズに対する抑制効果についてシミュレーションによる評価を行ったときの回路モデルの説明図である。 図２６は図２５の回路モデルを用いてＰＳＵＢの収束性に関するシミュレーションを行ったときの良好な結果を例示する説明図である。 図２７は図２５の回路モデルを用いてＰＳＵＢの収束性に関するシミュレーションを行ったときの良好な別の結果を例示する説明図である。 図２８は可変インピーダンス回路によるＰｓｕｂ（Ｐｖｓｓ２）の高周波ノイズに対する抑制効果についてシミュレーションによる評価を行ったときの別の回路モデルの説明図である。 図２９は図２８の回路モデルを用いてＰＳＵＢの収束性に関するシミュレーションを行ったときの良好な結果を例示する説明図である。 図３０は本実施の形態に係る半導体集積回路を用いた半導体装置としての半導体集積回路デバイスを例示する平面図である。 図３１は図３０の半導体集積回路デバイスの側面図である。 図３２は本実施の形態に係る半導体集積回路デバイスを適用した電子機器を例示する説明図である。

１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。

〔１〕本発明の代表的な実施の形態に係る半導体集積回路は、半導体基板に複数のウェル領域が形成され、外部電源端子（Ｐｖｃｃ）から供給される電源電圧（ＶＣＣ）と外部グランド端子（Ｐｖｓｓ）から供給されるグランド電圧（ＶＳＳ）とを動作電源として動作されるトランジスタが前記ウェル領域に形成され、前記外部電源端子と前記半導体基板との間および前記外部グランド端子と前記半導体基板との間の何れか一方又は双方に可変インピーダンス回路（ＶＺ）が接続される。

半導体集積回路が動作されると、それに応じて電源電圧及びグランド電圧が歪む。例えばＣＭＯＳ回路の入力論理値の反転による遷移動作中に電源側からグランド側へ貫通電流が流れ、内蔵発振回路の動作によって電源電圧及びグランド電圧が周期的に変動し、また、外部への出力動作などによって電源電圧やグランド電圧が大きく歪む。電源電圧及びグランド電圧の変動成分は寄生容量や寄生抵抗を介して半導体基板にも伝播される。このとき、前記可変インピーダンス回路はそれに設定されるインピーダンスにしたがって電源電圧の変動成分とグランド電圧の変動成分をバランスさせて相殺するように、その変動成分の大きさや波形を決定する。半導体集積回路の電源及びグランド側の変動に起因して半導体基板に与えられる変動成分が抑えられることにより、半導体基板若しくは半導体基板への給電端子を通して外部でコモンモード電流経路が形成されることを抑制することが可能になる。

外部電源端子と半導体基板との間および外部グランド端子と半導体基板との間の双方に可変インピーダンス回路を配置すれば、それぞれのインピーダンス調整代は小さくて済む。何れか一方に可変インピーダンス回路を配置する場合には、インピーダンス調整代は大きくしなければならないが、可変インピーダンス回路の個数は少なくて済む。

〔２〕項１の半導体集積回路において、前記トランジスタの動作に応じて前記半導体基板に生起される第1の電源電圧側の第１の変動成分と第２の電源電圧側の第２の変動成分とを相殺するためのインピーダンスを決める制御データを保持して前記可変インピーダンス回路に与える記憶回路（２０）を有する。記憶回路はプログラマブルに書換え可能であってもよいし、ワンタイム書き換えのみが可能であってもよい。

〔３〕項２の半導体集積回路において、第１の変動成分及び第２の変動成分は容量成分及び抵抗成分を介して前記半導体基板に生起される電圧及び電流成分である。

〔４〕項３の半導体集積回路において、前記複数のウェル領域は、第１導電型の第１半導体ウェル領域（ＰＷ）及び第２導電型の第２半導体ウェル領域（ＮＷ）であって、第１導電型（Ｐ）の半導体基板（Ｐｓｕｂ）に配置された第２導電型（Ｎ）の半導体領域（ＤＮＷ）に形成される。

〔５〕項４の半導体集積回路において、前記半導体基板は前記外部電源端子及び外部グランド端子とは異なる外部基板給電端子（Ｐｖｓｓ２）から給電され、前記可変インピーダンス回路は可変容量回路（Ｃｃｎｔ）と可変抵抗回路（Ｒｃｎｔ）の直列回路である。外部電源端子及び外部グランド端子とは異なる外部基板給電端子から半導体基板への基板給電を行うから、その点においても半導体基板の安定化が図られる。

〔６〕項４の半導体集積回路において、前記第１導電型がＰ型、前記第２導電型がＮ型のとき、前記半導体基板は外部基板給電端子から前記グランド電圧が供給される。

〔７〕項４の半導体集積回路において、前記半導体基板はその導電型に応じて前記外部電源端子又は前記外部グランド端子の一方から前記可変インピーダンス回路を介して給電され、当該可変インピーダンス回路は可変抵抗回路（Ｒｃｎｔ）である。

〔８〕項７の半導体集積回路において、前記半導体基板は、前記第１導電型がＰ型、前記第２導電型がN型のとき、前記可変抵抗回路を介して前記外部グランド端子から前記グランド電圧が供給される。

〔９〕項７の半導体集積回路において、半導体基板への給電に利用されていない前記外部電源端子又は前記外部グランド端子の他方の端子と前記半導体基板との間に配置された前記可変インピーダンス回路は、可変容量回路（Ｃｃｎｔ）と可変抵抗回路（Ｒｃｎｔ）の直列回路である。

〔１０〕項３の半導体集積回路において、前記複数の半導体ウェル領域は、第１導電型（Ｐ）の半導体基板（Ｐｓｕｂ）に形成された第１導電型の第１ウェル領域（ＰＷ）と、前記半導体基板に形成された第２導電型（Ｎ）の第２ウェル領域（ＮＷ）であり、前記半導体基板はその導電型に応じて前記外部電源端子又は前記外部グランド端子の一方から前記可変インピーダンス回路を介して給電され、当該可変インピーダンス回路は可変抵抗回路である。可変インピーダンス回路は半導体基板と給電ラインとを容量結合することを要しない。

〔１１〕項１０の半導体集積回路において、前記第１導電型がＰ型、前記第２導電型がN型のとき、前記半導体基板は前記外部グランド端子からの前記グランド電圧が前記可変抵抗回路を介して供給される。

〔１２〕項１０の半導体集積回路において、半導体基板への給電に利用されていない前記外部電源端子又は前記外部グランド端子の他方の端子と前記半導体基板との間に配置された前記可変インピーダンス回路は、可変容量回路と可変抵抗回路の直列回路である
〔１３〕項１の半導体集積回路を用いる半導体装置は、その半導体集積回路と、当該半導体集積回路を封止するパッケージと、前記半導体集積回路の外部端子に接続され前記パッケージの外に露出するリード端子と、を有する。上記半導体集積回路においてはその回路動作によって電源電圧及びグランド電圧が周期的に変動しても半導体基板の電位が安定化されるから、その周期的な変動に起因して高周波ノイズ成分が半導体基板からパッケーの外部に漏れてコモンモード電流経路が形成される事態を抑制することができる。

〔１４〕項１３の半導体装置を用いた電子機器は、その半導体装置のリード端子を介して前記半導体装置が実装される実装基板と、前記実装基板に搭載されたその他の半導体装置とを有する。実装基板上で半導体集積回路の電源端子に接続する電源パターンおよび当該半導体集積回路のグランド端子に接続するグランドパターン等にコモンモード電流が帰還してコモンモード電流ループが形成される事態を半導体基板側から抑制でき、実装基板の電源及びグランドパターンに対するコモンモード電流ループ対策を、半導体装置側から保証することができ、不要電磁放射の発生を確実に抑制することに貢献することができる。

〔１５〕＜Pvss2給電DNW, Pvcc-Psub間and/orPvss-Psub間にVZ＞
本発明の別の実施の形態に係る半導体集積回路は、外部基板給電端子（Ｐｖｓｓ２）から供給される第１の電圧（ＶＳＳ）が印加され第１の導電型（Ｐ）を有する半導体基板（Ｐｓｕｂ）と、前記半導体基板に形成され第１の外部電源端子（Ｐｖｃｃ）から供給される第２の電圧（ＶＣＣ）が印加され第２の導電型（Ｎ）を有する第３ウェル領域（ＤＮＷ）と、前記第３ウェル領域に形成され第２の外部電源端子（Ｐｖｓｓ）から供給される第１の電圧（ＶＳＳ）が印加され第１の導電型を有する第１ウェル領域（ＰＷ）と、前記第３ウェル領域に形成され前記第１の電圧（ＶＣＣ）が印加され第２の導電型を有する第２ウェル領域（ＮＷ）と、前記第１のウェル領域（ＰＷ）に形成され第２導電型（Ｎ）チャネルが選択的に誘起される第１の電界効果トランジスタ（ＮＭＯＳ）と、前記第２のウェル領域（ＮＷ）に形成され第１導電型（Ｐ）チャネルが選択的に誘起される第２の電界効果トランジスタ（ＰＭＯＳ）とを備える。さらに、前記第１の外部電源端子（Ｐｖｃｃ）と前記半導体基板との間を容量成分を介して結合する可変インピーダンス回路（ＶＺ）と、前記第２の外部電源端子（Ｐｖｓｓ）と前記半導体基板との間を容量成分を介して結合する可変インピーダンス回路（ＶＺ）との何れか一方又は双方を有する。

これにより、可変インピーダンス回路はそれに設定されるインピーダンスにしたがって電源電圧の変動成分とグランド電圧の変動成分をバランスさせて相殺するように、その変動成分の大きさや波形を決定する。半導体集積回路の電源及びグランド側の変動に起因して半導体基板に与えられる変動成分が抑えられることにより、半導体基板若しくは外部基板給電端子を通して外部でコモンモード電流経路が形成されることを抑制することが可能になる。

外部電源端子と半導体基板との間および外部グランド端子と半導体基板との間の双方に可変インピーダンス回路を配置すれば、それぞれのインピーダンス調整代は小さくて済む。何れか一方に可変インピーダンス回路を配置する場合には、インピーダンス調整代は大きくしなければならないが、可変インピーダンス回路の個数は少なくて済む。

第２の外部電源端子及び第３の外部電源端子とは異なる第１の外部電源端子から半導体基板への基板給電を行うから、その点においても半導体基板の安定化が図られる。

〔１６〕項１５の半導体集積回路において、前記第１の電圧はグランド電圧、前記第１の導電型はP型、前記第２の電圧は電源電圧、前記第２の導電型はN型である。

〔１７〕項１６の半導体集積回路において、前記可変インピーダンス回路は可変抵抗回路（Ｒｃｎｔ）と可変容量回路（Ｃｃｎｔ）との直列回路である。

〔１８〕項１５の半導体集積回路を用いる半導体装置は、その半導体集積回路と、当該半導体集積回路を封止するパッケージと、前記半導体集積回路の外部端子に接続され前記パッケージの外に露出するリード端子と、を有する。上記半導体集積回路においてはその回路動作によって電源電圧及びグランド電圧が周期的に変動しても半導体基板の電位が安定化されるから、その周期的な変動に起因して高周波ノイズ成分が半導体基板からパッケーの外部に漏れてコモンモード電流経路が生ずる事態を抑制することができる。

〔１９〕項１８の半導体装置を用いた電子機器は、その半導体装置のリード端子を介して前記半導体装置が実装される実装基板と、前記実装基板に搭載されたその他の半導体装置とを有する。実装基板上で半導体集積回路の電源端子に接続する電源パターンおよび当該半導体集積回路のグランド端子に接続するグランドパターン等にコモンモード電流が帰還してコモンモード電流ループが形成される事態を半導体基板側から抑制でき、実装基板の電源及びグランドパターンに対するコモンモード電流ループ対策を、半導体装置側から保証することができ、不要電磁放射の発生を確実に抑制することに貢献することができる。

〔２０〕＜Pvss給電DNW,Pvcc-Psub間and/orPvss-Psub間にVZ＞
本発明の更に別の実施の形態に係る半導体集積回路は、第１の導電型（Ｐ）を有する半導体基板（Ｐｓｕｂ）と、前記半導体基板に形成され第１の外部電源端子（Ｐｖｃｃ）から供給される第２の電圧（ＶＣＣ）が印加され第２の導電型（Ｎ）を有する第３ウェル領域（ＤＮＷ）と、前記第３ウェル領域に形成され第２の外部電源端子（Ｐｖｓｓ）から供給される第１の電圧（ＶＳＳ）が印加され第１の導電型を有する第１ウェル領域（ＰＷ）と、前記第３ウェル領域に形成され前記第１の電圧（ＶＣＣ）が印加され第２の導電型を有する第２ウェル領域（ＮＷ）と、第１のウェル領域（ＰＷ）に形成され第２導電型（Ｎ）チャネルが選択的に誘起される第１の電界効果トランジスタ（ＮＭＯＳ）と、前記第２のウェル領域（ＮＷ）に形成され第１導電型（Ｐ）チャネルが選択的に誘起される第２の電界効果トランジスタ（ＰＭＯＳ）とを備える。さらに、前記第１の外部電源端子（Ｐｖｃｃ）と前記半導体基板との間を少なくとも容量成分を介して結合する可変インピーダンス回路（ＶＺ）と、前記第２の外部端子（Ｐｖｓｓ）と前記半導体基板との間を結合する可変抵抗回路（Ｒｃｎｔ）との何れか一方又は双方を有する。

これにより、可変インピーダンス回路，可変抵抗回路はそれに設定されるインピーダンスにしたがって電源電圧の変動成分とグランド電圧の変動成分をバランスさせて相殺するように、その変動成分の大きさや波形を決定する。半導体集積回路の電源及びグランド側の変動に起因して半導体基板に与えられる変動成分が抑えられることにより、半導体基板を通して外部でコモンモード電流経路が形成されることを抑制することが可能になる。

第１の外部電源端子と半導体基板との間および第２の外部電源端子と半導体基板との間の双方に可変インピーダンス回路と可変抵抗回路を配置すれば、それぞれのインピーダンス調整代は小さくて済む。何れか一方に配置する場合には、インピーダンス調整代は大きくしなければならないが、配置する可変インピーダンス回路と可変抵抗回路の個数は少なくて済む。

〔２１〕項２０の半導体集積回路において、前記第１の電圧はグランド電圧、前記第１の導電型はP型、前記第２の電圧は電源電圧、前記第２の導電型はN型である。

〔２２〕項２１の半導体集積回路において、前記可変インピーダンス回路は可変抵抗回路と可変容量回路との直列回路である。

〔２３〕項２０の半導体集積回路を用いる半導体装置は、その半導体集積回路と、当該半導体集積回路を封止するパッケージと、前記半導体集積回路の外部端子に接続され前記パッケージの外に露出するリード端子と、を有する。上記半導体集積回路においてはその回路動作によって電源電圧及びグランド電圧が周期的に変動しても半導体基板の電位が安定化されるから、その周期的な変動に起因して高周波ノイズ成分が半導体基板からパッケーの外部に漏れてコモンモード電流ループが形成される事態を抑制することができる。

〔２４〕項２３の半導体装置を用いた電子機器は、その半導体装置のリード端子を介して前記半導体装置が実装される実装基板と、前記実装基板に搭載されたその他の半導体装置とを有する。実装基板上で半導体集積回路の電源端子に接続する電源パターンおよび当該半導体集積回路のグランド端子に接続するグランドパターン等にコモンモード電流が帰還してコモンモード電流ループが形成される事態を半導体基板側から抑制でき、実装基板の電源及びグランドパターンに対するコモンモード電流ループ対策を、半導体装置側から保証することができ、不要電磁放射の発生を確実に抑制することに貢献することができる。

２．実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。

《実施形態１：ＬＳＩにおけるＥＭＩ保護機能の原理的説明》
図１には本発明の実施の形態に係る半導体集積回路におけるＥＭＩ保護機能を原理的に示す概略説明図である。半導体集積回路（ＬＳＩ）１は相補型ＭＯＳ集積回路製造技術などによって単結晶シリコンのような１個の半導体基板に形成される。例えば半導体集積回路1は、ｐ型の半導体基板（Ｐｓｕｂ）にダブルウェル若しくはトリプルウェル構造の図示を省略する複数のウェル領域が形成され、外部電源端子Ｐｖｃｃから供給される電源電圧ＶＣＣと外部グランド端子Ｐｖｓｓから供給されるグランド電圧ＶＳＳとを動作電源として動作されるトランジスタが前記ウェル領域に形成される。ｐ型の半導体基板（Ｐｓｕｂ）に対するグランド電圧ＶＳＳの給電は、図１では外部基板給電端子Ｐｖｓｓ２から行うように図示されているが、グランド端子Ｐｖｓｓから直接行ってもよい。特に図示はしないが、半導体集積回路1の外部において外部基板給電端子Ｐｖｓｓ２とグランド端子Ｐｖｓｓには同じ経路からグランド電圧が供給される。

電源端子Ｐｖｃｃと半導体基板（Ｐｓｕｂ）の間には寄生抵抗や寄生容量などによるインピーダンスＺｃｃが形成され、同じくグランド端子Ｐｖｓｓと半導体基板（Ｐｓｕｂ）の間には寄生抵抗や寄生容量等によるインピーダンスＺｓｓが形成される。本実施の形態において、前記インピーダンスＺｃｃとＺｓｓの一方又は双方には可変インピーダンス回路ＶＺが接続されている。

半導体集積回路１が動作されると、それに応じて電源電圧ＶＣＣ及びグランド電圧ＶＳＳが歪む。例えばＣＭＯＳ回路の入力論理値の反転による遷移動作中に電源側からグランド側へ貫通電流が流れ、内蔵発振回路の動作によって電源電圧及びグランド電圧が周期的に変動し、また、外部への出力動作などによって電源電圧やグランド電圧が大きく歪む。電源電圧ＶＣＣ及びグランド電圧ＶＳＳの変動成分は寄生容量Ｒｓや寄生抵抗Ｃｓを介して半導体基板Ｐｓｕｂにも伝播される。このとき、前記可変インピーダンス回路ＶＺはそれに設定されるインピーダンスにしたがって電源電圧ＶＣＣの変動成分とグランド電圧ＶＳＳの変動成分をバランスさせて相殺するように、その変動成分の大きさや波形を決定することになる。半導体集積回路１の電源及びグランド側の変動に起因して半導体基板（Ｐｓｕｂ）に与えられる変動成分が抑えられることにより、半導体基板（Ｐｓｕｂ）若しくは半導体基板への給電端子Ｐｖｓｓ２を通して外部の寄生容量Ｃｅｘを介してコモンモード電流経路が形成されたりすることを抑制することが可能になる。コモンモード電流経路の形成を抑制することができるので、その経路がアンテナとして動作することにより生ずることになるノイズ放射を抑制若しくは阻止することができる。

図２乃至図４には前記インピーダンスＺｃｃ，Ｚｓｓ及び可変インピーダンス回路ＶＺの具体例を等価回路で示す。

図２はｐ型の半導体基板（Ｐｓｕｂ）にディープＮウェル領域（ＤＮＷ）が形成され、そこにｐ型のＰウェル領域（ＰＷ）とｎ型のＮウェル領域（ＮＷ）が形成されたデバイス構造を持ち、インピーダンスＺｃｃの一部として可変インピーダンス回路ＶＺが形成される。ここでは可変インピーダンス回路ＶＺは、グランド電圧ＶＳＳが給電される半導体基板（Ｐｓｕｂ）と電源端子Ｐｖｃｃとの間に配置されるから、例えば可変抵抗回路Ｒｃｎｔと可変容量回路Ｃｃｎｔの直列回路によって構成される。可変容量回路Ｃｃｎｔは固定容量素子に置換してもよいし、また、可変容量回路だけで可変インピーダンス回路ＶＺを構成してもよい。図中、Ｒｓは半導体集積回路1における寄生抵抗、Ｃｓは半導体集積回路1における寄生容量を意味する。具体的なデバイス構造及び回路構成については図５乃至図１０に基づいて後述する。

図３はｐ型の半導体基板（Ｐｓｕｂ）にｐ型のＰウェル領域（ＰＷ）とｎ型のウェル領域（ＮＷ）が形成されたデバイス構造を持ち、インピーダンスＺｓｓの一部として可変インピーダンス回路ＶＺが形成される。ここでは可変インピーダンス回路ＶＺは、グランド電圧ＶＳＳが給電される半導体基板（Ｐｓｕｂ）とグランド端子Ｐｖｓｓとの間に配置されるから、例えば可変抵抗回路Ｒｃｎｔによって構成される。具体的なデバイス構造及び回路構成については図１１乃至図１５に基づいて後述する。

図４はｐ型の半導体基板（Ｐｓｕｂ）にディープＮウェル領域（ＤＮＷ）が形成され、そこにｐ型のＰウェル領域（ＰＷ）とｎ型のウェル領域（ＮＷ）が形成されたデバイス構造を持ち、インピーダンスＺｓｓの一部として可変インピーダンス回路ＶＺが形成される。ここでは可変インピーダンス回路ＶＺは、グランド電圧ＶＳＳが給電される半導体基板（Ｐｓｕｂ）とグランド端子Ｐｖｓｓとの間に配置されるから、例えば可変抵抗回路Ｒｃｎｔによって構成される。グランド端子Ｐｖｓｓとは独立に外部基板給電端子Ｐｖｓｓ２を持つ構造の電源分離という利点を十分に活用する場合には、特に図示はしないが、可変インピーダンス回路ＶＺを、例えば可変抵抗回路Ｒｃｎｔと可変容量回路Ｃｃｎｔの直列回路によって構成してもよい。具体的なデバイス構造及び回路構成については図１６乃至図１９に基づいて後述する。

《実施形態２：トリプルウェル構造におけるＰｖｃｃ−Ｐｓｕｂ間にＶＺ》
図５にはトリプルウェル構造においてＰｖｃｃ−Ｐｓｕｂ間に可変インピーダンス回路ＶＺを設けた図２の等価回路に対するデバイス構造などが例示され、図６には図５に対応する回路図が示される。

図５においてｐ＋はｐ型の高濃度不純物領域、ｎ＋はｎ型の高濃度不純物領域である。図５において、半導体基板（Ｐｓｕｂ）１０にはｐ型ウェル領域（ＰＷ）１１を介して基板給電端子Ｐｖｓｓ２からグランド電圧ＶＳＳが供給され、Ｐｓｕｂ１０に形成された領域（ＤＮＷ）１２にはｎ型ウェル領域（ＮＷ）１３を介して電源端子Ｐｖｃｃから電源電圧ＶＣＣが供給される。ＤＮＷ１２に形成されたＮＷ１４には電源電圧ＶＣＣが給電され、複数個のｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタ（ＰＭＯＳ）１５が形成される。ＤＮＷに形成されたＰＷ１６にはグランド電圧ＶＳＳが給電され、複数個のｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタ（ＮＭＯＳ）１７が形成される。図５に代表的に示されたＰＭＯＳとＮＭＯＳは例えばＣＭＯＳインバータを構成する。ＰＭＯＳ及びＮＭＯＳにおいてＴＳはソース電極、ＴＤはドレイン電極、ＴＧはゲート電極である。ＩＮＰＵＴは上記ＣＭＯＳインバータの入力信号、ＯＵＴＰＵＴは上記ＣＭＯＳインバータの出力信号である。同図には代表的に１個のＣＭＯＳインバータを図示したが、実際にはＮＷ１４に形成された複数個のＰＭＯＳ１５とＰＷ１６に形成された複数個のＮＭＯＳ１７によって種々の回路が構成される。１８は素子分離領域である。

可変インピーダンス回路ＶＺは電源端子ＰｖｃｃとＰＷ１１との間に接続される。可変インピーダンス回路ＶＺを構成する可変抵抗回路Ｒｃｎｔ及び可変容量回路Ｃｃｎｔの値は記憶回路（ＭＲＹ）２０から出力される選択信号ＣＮＴによって決定される。記憶回路２０はレーザヒューズのプログラム状態によって抵抗値と容量値を決定するプログラムリンクによって構成され、或いは、半導体集積回路１にオンチップされたシステムコントローラ又はＣＰＵにより抵抗値と容量値を決定するための制御データが設定されるコントロールレジスタによって構成される。選択信号ＣＮＴは善意プログラムリンクのプログラム状態、若しくは設定された制御データの値に基づいて生成される。

図７には可変インピーダンス回路ＶＺの一例が示される。可変抵抗回路Ｒｃｎｔは、抵抗素子Ｒｖとｐチャンネル型の選択ＭＯＳトランジスタＭｐｖとの直列回路を複数個（例えばｎ＋１個）並接続して構成され、選択信号ＣＮＴ、例えばｎ＋１ビットの選択信号ＣＮＴ［０］〜ＣＮＴ［ｎ］によって、直列経路の選択数が可変とされる。可変容量回路Ｃｃｎｔは、容量素子Ｃｖとｎチャンネル型の選択ＭＯＳトランジスタＭｎｖとの直列回路を複数個（例えばｎ＋１個）並接続して構成され、選択信号ＣＮＴ、例えばｎ＋１ビットの選択信号ＣＮＴＢ［０］〜ＣＮＴＢ［ｎ］によって、直列経路の選択数が可変とされる。選択信号ＣＮＴＢ［０］〜ＣＮＴＢ［ｎ］は例えば選択信号ＣＮＴ［０］〜ＣＮＴ［ｎ］の反転信号とされ、或いは選択信号ＣＮＴＢ［０］〜ＣＮＴＢ［ｎ］は選択信号ＣＮＴ［０］〜ＣＮＴ［ｎ］とは全く別個の信号であってもよい。選択信号ＣＮＴＢ［０］〜ＣＮＴＢ［ｎ］，ＣＮＴ［０］〜ＣＮＴ［ｎ］は記憶回路２０が保持する制御データに応じた値を持つ。

尚、抵抗素子Ｒｖと選択ＭＯＳトランジスタＭｐｖとの直列回路に代えて、選択するＭＯＳトランジスタのオン抵抗に基づいて抵抗値を可変とする構成を採用してもよく、その場合にはＭＯＳトランジスタのサイズ（ゲート電極の長さに対する幅の比）をそれぞれのＭＯＳトランジスタに対して相違させることも可能である。容量素子Ｃｖは、ＭＯＳ容量、誘電体をポリシリコンで挟んで構成したポリシリコン・ポリシリコン間容量、配線間容量、ＰＮ接合容量などで構成すればよい。また、ＶＣＣ側に容量素子とｐチャンネル型の選択ＭＯＳトランジスタとの直列回路を用いた可変容量回路を配置し、ＶＳＳ側に抵抗素子とｎチャンネル型の選択ＭＯＳトランジスタとの直列回路を用いた可変抵抗回路を配置して構成することも可能である。

図８には可変インピーダンス回路ＶＺの別の例が示される。ここでは並列接続された複数個の可変インピーダンスユニットＶＺＵによって可変インピーダンス回路ＶＺが構成される。それぞれの可変インピーダンスユニットＶＺＵは抵抗素子ＲＶ及びｎチャンネル型の選択ＭＯＳトランジスタＭｎｖの直列回路を複数列並列した合成回路に容量素子Ｃｖが直列接続されて構成され、選択信号ＣＮＴ、例えばそれぞれに固有の選択信号ＣＮＴ０[ｉ：０]，…，ＣＮＴｍ[ｉ：０]によって、選択ＭＯＳトランジスタＭｎｖがスイッチ制御される。特に制限されないが、それぞれの選択信号ＣＮＴ０[ｉ：０] ，…，ＣＮＴｍ[ｉ：０]はｉ＋１ビットの信号とされ、対応する可変インピーダンスユニットＶＺＵのｉ＋１個の選択ＭＯＳトランジスタＭｎｖのスイッチ状態を選択する。可変インピーダンス回路ＶＺに設定される抵抗値はオン状態の抵抗素子Ｒｖの並列合成抵抗値とされ、可変インピーダンス回路ＶＺに設定される容量値はオン状態の抵抗素子Ｒｖに直列される容量素子Ｃｖの並列合成容量値とされる。可変インピーダンスユニットＶＺＵにおいて全ての抵抗素子Ｒｖがオフ状態にされたとき当該可変インピーダンスユニットＶＺＵの容量素子ＣｖはＰｓｕｂ１０から電気的に切り離される。

尚、抵抗素子Ｒｖを用いずに選択ＭＯＳトランジスタＭｎｖのオン抵抗を抵抗成分として用いるようにしてもよい。また、可変インピーダンスユニットＶＺＵは、電源電圧ＶＣＣ側から、容量素子、ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタ、抵抗素子、の順番でＰｓｕｂ１０に至る配置に代えて、電源電圧ＶＣＣ側から、抵抗素子、ｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタ、容量素子の順番でＰｓｕｂ１０に至る配置を採用してもよい。

また、図９に例示されるように、ｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタのドレイン・ソース電極を一方の容量電極としゲート電極を他方の容量電極として容量素子Ｃｖを構成し、抵抗素子をｎチャンネル型の選択ＭＯＳトランジスタＭｎｖのオン抵抗で代用させて、可変インピーダンスユニットＶＺＵを構成してもよい。

また、図１０に例示されるように、ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタのドレイン・ソース電極を一方の容量電極としゲート電極を他方の容量電極として容量素子Ｃｖを構成し、抵抗素子をｐチャンネル型の選択ＭＯＳトランジスタＭｐｖのオン抵抗で代用させて、可変インピーダンスユニットＶＺＵを構成してもよい。

図５に用いる可変インピーダンスユニットＶＺＵは容量素子と選択スイッチを用いた可変容量だけで構成してもよい。

図５及び図６の構成によれば以下の作用効果を得る。半導体集積回路１が動作されると、例えばＣＭＯＳインバータの入力信号ＩＮＰＵＴの論理値の反転による遷移動作中に電源側からグランド側へ貫通電流が流れ、また、外部への出力動作のために出力バッファのようなＣＭＯＳインバータの大電流出力動作によって電源電圧ＶＣＣが低下し、グランド電圧ＶＳＳが浮くように歪む。さらに、ＣＭＯＳ回路で構成される内蔵発振回路の発信動作によってその発振周波数に同期して電源電圧ＶＣＣ及びグランド電圧ＶＳＳが周期的に変動する。電源電圧ＶＣＣ及びグランド電圧ＶＳＳの高周波変動成分は寄生抵抗Ｒｓ及び寄生容量Ｃｓを介して半導体基板（Ｐｓｕｂ）１０に伝播される。このとき、前記可変インピーダンス回路ＶＺはそれに設定されるインピーダンスにしたがってＰｓｕｂ１０上において電源電圧ＶＣＣの高周波変動成分とグランド電圧ＶＳＳの高周波変動成分をバランスさせて相殺するように、その変動成分の大きさや波形を決定することになる。電源電圧ＶＣＣの高周波変動成分が可変インピーダンス回路ＶＺによってその大きさが調整されてＰｓｕｂ１０に伝達され、それによって、Ｐｓｕｂ１０上における電源電圧ＶＣＣとグランド電圧ＶＳＳ側からの高周波変動成分を全体的に相殺する。グランド電圧ＶＳＳが給電されるＰｓｕｂ１０は可変容量回路Ｒｃｎｔによって電源電圧ＶＣＣとは直流的に分離されている。以上により、半導体集積回路１の電源及びグランド側の変動に起因して半導体基板（Ｐｓｕｂ）１０に与えられる高周波変動成分が抑えられることにより、半導体基板（Ｐｓｕｂ）１０若しくは半導体基板１０への給電端子Ｐｖｓｓ２を通して外部でコモンモード電流経路が形成されたりすることを抑制することが可能になる。コモンモード電流経路の形成を抑制することができるので、その経路がアンテナとして動作することにより生ずることになるノイズ放射を抑制若しくは阻止することができる。

《実施形態３：ダブルウェル構造におけるＰｖｓｓ−Ｐｓｕｂ間にＶＺ》
図１１にはダブルウェル構造においてＰｖｓｓ−Ｐｓｕｂ間に可変インピーダンス回路ＶＺを設けた図３の等価回路に対するデバイス構造などが例示され、図１２には図１１に対応する回路図が示される。

図１１において、半導体基板（Ｐｓｕｂ）１０には直接ｎ型のウェル領域（ＮＷ）１４とｐ型ウェル領域（ＰＷ）１６が形成され、それぞれに前記ＰＭＯＳ１５、ＮＭＯＳ１７が形成される。ＰＷ１４には電源端子Ｐｖｃｃから電源電圧ＶＣＣが給電され、一方、ＮＷ１６には可変インピーダンス回路ＶＺを介してグランド端子Ｐｖｓｓからグランド電圧ＶＳＳが給電され、Ｐｓｕｂ１０はＰＷ１６の電位が与えられる。図１１の例はＤＮＷによるグランド電圧ＶＳＳとＰｓｕｂ１０の分離が行なわれていないので、可変インピーダンス回路ＶＺは可変抵抗回路だけで構成される。仮に可変容量回路が挿入されるとＰｓｕｂが直流的にフローティングなってしまうからである。可変抵抗回路Ｒｃｎｔの抵抗値は記憶回路２０に記憶された制御データに従って決定される。

可変抵抗回路Ｒｃｎｔは図１３に例示されるように、抵抗素子Ｒｖとｎチャンネル型の選択ＭＯＳトランジスタＭｎｖとの直列回路を複数個（例えばｎ＋１個）並接続して構成され、ｎ＋１ビットの選択信号ＣＮＴ［０］〜ＣＮＴ［ｎ］によって直列経路の選択数が可変とされる。また、図１４に例示されるように、グランド電圧ＶＳＳとＰｓｕｂ１０の間に端子抵抗素子Ｒｖの直列回路を配置し、順次その結合ノードをｎチャンネル型の選択ＭＯＳトランジスタＭｎｖで選択的にＰｓｕｂ１０に導通させるように構成し、択一的に選択ＭＯＳトランジスタＭｎｖをオン動作させることによって所要の抵抗値を得ることができる。或いは図１５に例示されるように、グランド電圧ＶＳＳとＰｓｕｂ１０の間に端子抵抗素子Ｒｖの直列回路を配置し、それぞれの結合ノード間にｎチャンネル型の選択ＭＯＳトランジスタＭｎｖを並列接続してＰｓｕｂ１０に導通可能に構成し、Ｐｓｕｂ１０側から幾つの選択ＭＯＳトランジスタＭｎｖを直列にオン動作させるかによって、所要の抵抗値を得ることができる。

その他の構成については、図５と同一機能を有する構成要素にそれと同一符号を附してその詳細な説明を省略する。

図１１及び図１２の構成によれば以下の作用効果を得る。半導体集積回路１が動作されると、上記同様に、例えばＣＭＯＳインバータの入力信号ＩＮＰＵＴの論理値の反転による遷移動作中に電源側からグランド側へ貫通電流が流れ、また、外部への出力動作のために出力バッファのようなＣＭＯＳインバータの大電流出力動作によって電源電圧ＶＣＣが低下し、グランド電圧ＶＳＳが浮くように歪む。さらに、ＣＭＯＳ回路で構成される内蔵発振回路の発信動作によってその発振周波数に同期して電源電圧ＶＣＣ及びグランド電圧ＶＳＳが周期的に変動する。電源電圧ＶＣＣの高周波変動成分は寄生抵抗Ｒｓ及び寄生容量Ｃｓを介して半導体基板（Ｐｓｕｂ）１０に伝播される。このとき、前記可変インピーダンス回路ＶＺは、それに設定されるインピーダンスにしたがってグランド電圧ＶＳＳの変動成分の大きさを調整してＰｓｕｂ１０に伝達し、Ｐｓｕｂ１に伝達される電源電圧ＶＣＣの変動成分とグランド電圧ＶＳＳの変動成分をバランスさせて相殺するように作用する。以上により、半導体集積回路１の電源及びグランド側の変動に起因して半導体基板（Ｐｓｕｂ）１０に与えられる変動成分が抑えられることにより、半導体基板（Ｐｓｕｂ）１０若しくは半導体基板１０への給電端子Ｐｖｓｓ２を通して外部でコモンモード電流経路が形成されたりすることを抑制することが可能になる。コモンモード電流経路の形成を抑制することができるので、その経路がアンテナとして動作することにより生ずることになるノイズ放射を抑制若しくは阻止することができる。

《実施形態４：トリプルウェル構造におけるＰｖｓｓ−Ｐｓｕｂ間にＶＺ》
図１６にはトリプルウェル構造においてＰｖｓｓ−Ｐｓｕｂ間に可変インピーダンス回路ＶＺを設けた図４の等価回路に対するデバイス構造などが例示され、図１７には図１６に対応する回路図が示される。

図１６において、半導体基板（Ｐｓｕｂ）１０にはｐ型ウェル領域（ＰＷ）１１を介して基板給電端子Ｐｖｓｓ２からグランド電圧ＶＳＳが供給され、Ｐｓｕｂ１０に形成された領域（ＤＮＷ）１２にはｎ型ウェル領域（ＮＷ）１３を介して電源端子Ｐｖｃｃから電源電圧ＶＣＣが供給される。ＤＮＷ１２に形成されたＮＷ１４には電源電圧ＶＣＣが給電され、複数個のｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタ（ＰＭＯＳ）１５が形成される。ＤＮＷに形成されたＰＷ１６にはグランド電圧ＶＳＳが給電され、複数個のｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタ（ＮＭＯＳ）１７が形成される。

可変インピーダンス回路ＶＺはグランド端子ＰｖｓｓとＰＷ１１との間に接続される。トリプルウェル構造ではＤＮＷ１２によるグランド電圧ＶＳＳとＰｓｕｂ１０の分離が実現されているので、グランド電圧端子Ｐｖｓｓに接続した可変インピーダンス回路ＶＺは可変抵抗回路だけでもよいし、可変抵抗回路及び可変容量回路によって構成してもよい。図１６では可変抵抗回路Ｒｃｎｔによって可変インピーダンス回路ＶＺを構成している。可変容量回路を不要にできるので回路規模の縮小に有利である。但し、基板給電端子Ｐｖｓｓ２をグランド端子Ｐｖｓｓとは別に設けてあっても半導体集積回路１の内部で双方の電圧経路が直流的に導通され、基板給電端子Ｐｖｓｓ２とグランド端子Ｐｖｓｓを個別化する意義が薄れる。

図１６に従えば、可変インピーダンス回路ＶＺを構成する可変抵抗回路Ｒｃｎｔの値は前述の記憶回路（ＭＲＹ）２０から出力される選択信号ＣＮＴによって決定される。可変抵抗回路Ｒｃｎｔは、例えば図１８に例示されるように、オン抵抗を抵抗成分として用いるｎチャンネル型の選択ＭＯＳトランジスタＭｎｖを並列に複数個配置して構成され、選択信号ＣＮＴ、例えばｎ＋１ビットの選択信号ＣＮＴ［０］〜ＣＮＴ［ｎ］によってオン状態にするＭＯＳトランジスタＭｎｖが選択される。或いは図１９に例示されるように、抵抗素子Ｒｖとｎチャンネル型の選択ＭＯＳトランジスタＭｎｖとの直列回路を複数個（例えばｎ＋１個）並接続して可変抵抗回路Ｒｃｎｔを構成し、選択信号ＣＮＴ、例えばｎ＋１ビットの選択信号ＣＮＴ［０］〜ＣＮＴ［ｎ］によって、直列経路の選択数を制御すればよい。

その他の構成については、図５と同一機能を有する構成要素にそれと同一符号を附してその詳細な説明を省略する。

図１６及び図１７の構成によれば以下の作用効果を得る。半導体集積回路１が動作されると、例えばＣＭＯＳインバータの入力信号ＩＮＰＵＴの論理値の反転による遷移動作中に電源側からグランド側へ貫通電流が流れ、また、外部への出力動作のために出力バッファのようなＣＭＯＳインバータの大電流出力動作によって電源電圧ＶＣＣが低下し、グランド電圧ＶＳＳが浮くように歪む。さらに、ＣＭＯＳ回路で構成される内蔵発振回路の発信動作によってその発振周波数に同期して電源電圧ＶＣＣ及びグランド電圧ＶＳＳが周期的に変動する。電源電圧ＶＣＣ及びグランド電圧ＶＳＳの高周波変動成分は寄生抵抗Ｒｓ及び寄生容量Ｃｓを介して半導体基板（Ｐｓｕｂ）１０に伝播される。このとき、前記可変インピーダンス回路ＶＺはそれに設定されるインピーダンスにしたがってＰｓｕｂ１０上において電源電圧ＶＣＣの高周波変動成分とグランド電圧ＶＳＳの高周波変動成分をバランスさせて相殺するように、その変動成分の大きさや波形を決定することになる。グランド電圧ＶＳＳの高周波変動成分が可変インピーダンス回路ＶＺによってその大きさが調整されてＰｓｕｂ１０に伝達され、それによって、Ｐｓｕｂ１０上における電源電圧ＶＣＣとグランド電圧ＶＳＳ側からの高周波変動成分を全体的に相殺する。以上により、半導体集積回路１の電源及びグランド側の変動に起因して半導体基板（Ｐｓｕｂ）１０に与えられる高周波変動成分が抑えられることにより、半導体基板（Ｐｓｕｂ）１０若しくは半導体基板１０への給電端子Ｐｖｓｓ２を通して外部でコモンモード電流経路が形成されたりすることを抑制することが可能になる。コモンモード電流経路の形成を抑制することができるので、その経路がアンテナとして動作することにより生ずることになるノイズ放射を抑制若しくは阻止することができる。

尚、図１６の構成においては基板給電端子Ｐｖｓｓ２をグランド端子Ｐｖｓｓと分けて設けなくてもよい。

《実施形態５：トリプルウェル構造におけるＰｖｓｓ−Ｐｓｕｂ、Ｐｖｃｃ−Ｐｓｕｂ間にＶＺ》
図２０にはトリプルウェル構造においてＰｖｓｓ−Ｐｓｕｂ間とＰｖｃｃ−Ｐｓｕｂ間の双方に可変インピーダンス回路ＶＺを設けた回路構成が例示される。この構成は図６と図１７の構成を組合わせた構成に相当する。ＶＺ＿Ａは電源端子ＰｖｃｃとＰｓｕｂ１０の間に配置された可変インピーダンス回路であって、記憶回路２０から出力される選択信号ＣＮＴ＿Ａによってインピーダンスが決定される。ＶＺ＿Ｂはグランド端子ＰｖｓｓとＰｓｕｂ１０の間に配置された可変インピーダンス回路であって、記憶回路２０から出力される選択信号ＣＮＴ＿Ｂによってインピーダンスが決定される。可変インピーダンス回路ＶＺ＿Ａは前記可変容量回路Ｃｃｎｔによって、又は前記可変容量回路Ｃｃｎｔ及び可変抵抗回路Ｒｃｎｔの直列回路によって構成される。可変インピーダンス回路ＶＺ＿Ｂは前記可変容量回路Ｃｃｎｔと前記可変抵抗回路Ｒｃｎｔとの何れか一方又は双方の直列回路によって構成される。その他の構成は前述と同様であり、図６、図１６と同一機能を有する構成要素にそれと同一符号を附してその詳細な説明を省略する。

図２０の構成によれば以下の作用効果を得る。半導体集積回路１が動作されると、例えばＣＭＯＳインバータの入力信号ＩＮＰＵＴの論理値の反転による遷移動作中に電源側からグランド側へ貫通電流が流れ、また、外部への出力動作のために出力バッファのようなＣＭＯＳインバータの大電流出力動作によって電源電圧ＶＣＣが低下し、グランド電圧ＶＳＳが浮くように歪む。さらに、ＣＭＯＳ回路で構成される内蔵発振回路の発信動作によってその発振周波数に同期して電源電圧ＶＣＣ及びグランド電圧ＶＳＳが周期的に変動する。電源電圧ＶＣＣ及びグランド電圧ＶＳＳの高周波変動成分は寄生抵抗Ｒｓ及び寄生容量Ｃｓを介して半導体基板（Ｐｓｕｂ）１０に伝播される。このとき、前記可変インピーダンス回路ＶＺ＿Ａ，ＶＺ＿Ｂはそれに設定されるインピーダンスにしたがってＰｓｕｂ１０上において電源電圧ＶＣＣの高周波変動成分とグランド電圧ＶＳＳの高周波変動成分をバランスさせて相殺するように、その変動成分の大きさや波形を決定することになる。電源電圧ＶＣＣの高周波変動成分は可変インピーダンス回路ＶＺ＿Ａによってその大きさが調整されてＰｓｕｂ１０に伝達され、グランド電圧ＶＳＳの高周波変動成分は可変インピーダンス回路ＶＺ＿Ｂによってその大きさが調整されてＰｓｕｂ１０に伝達される。それによって、Ｐｓｕｂ１０上における電源電圧ＶＣＣとグランド電圧ＶＳＳ側からの高周波変動成分を全体的に相殺する。電源電圧ＶＣＣとグランド電圧ＶＳＳの両側から高周波変動成分を調整することができるので、その調整が容易であり、また、それぞれの可変インピーダンス回路ＶＺ＿Ａ，ＶＺ＿Ｂのインピーダンス調整代を小さくできるから、ＶＺ＿Ａ及びＶＺ＿Ｂの２種類の可変インピーダンス回路を配置しなければならなくても可変インピーダンス回路の回路規模が図６又は図１７の構成に対して２倍にまで増大することはない。

以上により、半導体集積回路１の電源及びグランド側の変動に起因して半導体基板（Ｐｓｕｂ）１０に与えられる高周波変動成分が抑えられることにより、半導体基板（Ｐｓｕｂ）１０若しくは半導体基板１０への給電端子Ｐｖｓｓ２を通して外部でコモンモード電流経路が形成されたりすることを抑制することが可能になる。コモンモード電流経路の形成を抑制することができるので、その経路がアンテナとして動作することにより生ずることになるノイズ放射を抑制若しくは阻止することができる。

《実施形態６：インピーダンスの自動調整》
図２１には可変インピーダンス回路におけるインピーダンスをダイナミックに変更可能にする例が示される。例えば電源端子ＰｖｃｃとＰｓｕｂ１０間のノイズを検出するノイズ検出回路３０と、グランド端子ＰｖｓｓとＰｓｕｂ１０間のノイズを検出するノイズ検出回路３１とを設け、それぞれの検出結果に基づいて定期的に制御信号ＣＮＴを制御回路３２で生成し、生成された制御信号ＣＮＴを可変インピーダンス回路ＶＺに与えるように構成される。ノイズ検出回路３０，３１はノイズの振幅と周期を複数段階で検出すればよい。制御回路は、例えば検出信号毎に検出ノイズが大きいほどインピーダンスを大きくするように対応する可変インピーダンス回路のインピーダンスの設定を行えばよい。

《実施形態７：可変インピーダンス回路の配置》
半導体集積回路１の半導体基板（半導体チップ）に対する可変インピーダンス回路ＶＺの配置は、例えば、図２２に例示されるように半導体チップのコアになる回路領域以外の部分、例えば半導体チップの中央部のコアロジック領域の外側に配置される入出力セル領域（Ｉ／Ｏセル領域）に未使用領域が多くある場合には当該未使用領域４０に可変インピーダンス回路ＶＺを配置すれば面積効率が上がる。外部接続用のパッド（ＰＡＤ）のピッチが大きい場合には往々にして未使用領域が多く存在するのでこれを活用すればよい。

また、Ｉ／Ｏセル領域に空き領域が少ない場合には、図２３に例示されるように。半導体チップの四隅のコーナ領域４１に可変インピーダンス回路ＶＺを配置すればよい。

スタンバイ状態にされる回路部分で生ずるサブスレッショルドリーク電流を低減するために、例えば図２４に例示されるように、機能ブロックＢＬＫ１，ＢＬＫ２，ＢＬＫ３の単位で選択的に電源遮断を行なう技術が採用されるに至っており、その場合には、電源遮断ブロックＢＬＫ１，ＢＬＫ２，ＢＬＫ３単位で可変インピーダンス回路を設けることが得策である。例えば、電源遮断ブロックＢＬＫ１，ＢＬＫ２，ＢＬＫ３毎の電源遮断スイッチ配置領域ＳＷＡ１，ＳＷＡ２，ＳＷＡ３毎にインピーダンス設定される可変インピーダンス回路を設ける。例えば電源遮断ブロックＢＬＫ１，ＢＬＫ２，ＢＬＫ３毎にグランド電圧を遮断する構成においては、電源遮断ブロックＢＬＫ１，ＢＬＫ２，ＢＬＫ３毎のグランド電圧配線毎に個別にＰｓｕｂに至るインピーダンス可変回路を設ける。電源遮断ブロックＢＬＫ１，ＢＬＫ２，ＢＬＫ３スタンバイ状態の設定態様に応じて、半導体集積回路全体のノイズ発生状態が変化するから、半導体集積回路全体を一つとして可変インピーダンス回路の設定を行う場合には、可変インピーダンスの動的な変化に容易に対応するのは難しい。図２１のようなダイナミックにインピーダンスを設定する回路を用いても良好な追従性を植えるのは難しい。したがって、図２４で説明したように、電源遮断ブロックＢＬＫ１，ＢＬＫ２，ＢＬＫ３単位で可変インピーダンス回路を設けてインピーダンスの設定を行えば、他の電源遮断ブロックにおける電源遮断状態に影響されず、Ｐｓｕｂにおける高周波ノイズの抑制効果を保証することができる。

《実施形態８：シミュレーション結果》
可変インピーダンス回路ＶＺによるＰｓｕｂ（Ｐｖｓｓ２）の高周波ノイズに対する抑制効果についてシミュレーションによる評価を行った。その結果を簡単に説明する。シミュレーションに当たっては図２５の回路モデルを考えた。図２５においてＶＣＣは電源配線、ＶＳＳはグランド配線、ＰＳＵＢはｐ型の半導体基板を示す。Ｌｖ１，Ｌｖ２は電源配線ＶＣＣのインダクタ成分、Ｌｇ１，Ｌｇ２はグランド配線ＶＳＳのインダクタ成分、Ｃｖｇｉは電源・グランド間のパスコンである。ｐ型の半導体基板を用いた半導体集積回路では、電源配線ＶＣＣと半導体基板ＰＳＵＢとの間を容量成分Ｃｖｉｓで表現し、半導体基板ＰＳＵＢとグランド配線ＶＳＳとの間を小さな抵抗成分Ｒｓｇで表現することができる。ここでは、半導体基板ＰＳＵＢを独立した配線によってパッケージの外に引き出してグランド電圧ＶＳＳに接続する場合を想定する。ＰＳＵＢ０は外部給電端子Ｐｖｓｓ２に相当される。先ず、ＰＳＵＢ０を開放（抵抗Ｒｓｇｏを1kΩに固定）とし、内部抵抗Ｒｓｇを振ったとき（抵抗値を変化させたとき）の、ＰＳＵＢ、電源電圧、グランド電位をシミュレーションし、その変動の収束性を比較した。即ち、半導体集積回路の動作に伴う電源電流の変化に対して、収束性が高ければ、実質的にノイズの影響が小さい、と判断することができる。図２６は内部抵抗Ｒｓｇを現状の低抵抗（1mΩ）より、高い設定（1Ω）としたときに、ＰＳＵＢ、ＶＣＣ、ＶＳＳの収束性が良好であることを一例として示しており、更に高い抵抗では再び劣化することを確認した。要するに、ＰＳＵＢとグランドＶＳＳ間の抵抗Ｒｓｇを本来の内部抵抗よりの大きくすることによってＰＳＵＢなどの電位変動が早期に収束する。ＰＳＵＢの電位変動がＶＳＳの電位変動よりもＶＣＣの電位変動に近いのはＰＳＵＢとＶＣＣとの間のＣｖｉｓによる容量結合の影響が強くなるためであると考えられる。

図２７は、ＰＳＵＢ０を抵抗接続（抵抗Ｒｓｇｏを１Ωに固定）とし、内部抵抗Ｒｓｇを振ったとき（抵抗値を変化させたとき）の、ＰＳＵＢ、電源電圧、グランド電位をシミュレーションし、その変動の収束性を表した図であり、図２６に対応する。図２６の結果などにより、抵抗ＲｓｇｏにもＰＳＵＢ、電源電圧、グランド電位の収束性に対する適値があり、１Ωで最も収束性が良かった。

図２８は外部に引き出したＰＳＵＢを電源に対して容量Ｃｖｓｏで接続し、グランドに対して容量Ｃｓｇｏで接続したモデルを想定する。このモデルにおいて、ＰＳＵＢの収束性を検討するために、内部抵抗Ｒｓｇを現状の低抵抗（1mΩ）より高い設定（０．１Ω）としてＰＳＵＢ、ＶＣＣ，ＶＳＳの収束性をシミュレーションした結果、その収束性には最適点があり、内部抵抗Ｒｓｇを更に高い抵抗値とすると収束性は再び劣化することが確認された。図２９は、Ｃｖｓｏ＝０．１μＦ、Ｃｓｇｏ＝０．１μＦ、Ｒｓｇｏ＝０．１Ωとし、内部抵抗Ｒｓｇを振ったとき（抵抗値を変化させたとき）の、ＰＳＵＢ、電源電圧、グランド電位をシミュレーションし、その変動の収束性を表した図である。Ｒｓｇを０．１ΩにするとＰＳＵＢの変動は小さかった。

ごく一部のシミュレーション結果ではあるが、ＰＳＵＢとＶＳＳの間に抵抗成分を最適化することによってＰＳＵＢの電位変動を抑制することが可能であることを示している。特に図示はしないが容量成分についても同様である。

《実施形態９：半導体デバイス》
図３０には上記半導体集積回路を用いた半導体装置としての半導体集積回路デバイスの平面が例示され、図３１にはその半導体集積回路デバイスの側面が例示される。ここではＰＧＡ（Pin Grid Array）やＢＧＡ（Ball Grid Array）などのＣＳＰ（Chip Size Package）を一例とするが、ＱＦＰ（Quad Flat Package）などにパッケージ形態を採用することは妨げられない。

半導体集積回路デバイス５０は、前記半導体集積回路１と、当該半導体集積回路１を封止するパッケージ５１と、前記半導体集積回路１の外部端子に接続され前記パッケージの外に露出するリード端子５２と、を有する。パッケージ５１は配線パターンが形成されたパッケージ基板５１Ａと封止樹脂５１Ｂからなる。リード端子５２は例えば金属バンプ電極によって構成される。当該半導体集積回路１の外部端子とパッケージ基板５１Ａの実装パターとは、特に制限されないが、ワイヤボンディングによって接続される。

前述のように、上記半導体集積回路１においてはその回路動作によって電源電圧ＶＣＣ及びグランド電圧ＶＳＳが周期的に変動しても半導体基板の電位が安定化されるから、その周期的な変動に起因して高周波ノイズ成分が半導体集積回路１の半導体基板からパッケージ５１の外部に漏れてコモンモード電流経路が形成される事態を抑制することができる。

《実施形態１０：電子機器》
図３２には本発明を適用した電子機器が例示される。この電子機器はエンジンやブレーキシステなどに関与する自動車の電子制御に用いられる車載用の電子機器であり、ガラスエポキシ樹脂基板に所要の配線パターンが形成された実装基板６０に、マイクロコンピュータデバイス等の半導体集積回路デバイス５０が実装され、電子機器は例えばワイヤハーネス６１等を介して外部とインタフェースされる。実測基板６０にはメモリデバイス等のその他の半導体集積回路デバイス６２も実装されている。

ワイヤハーネス６１は実装基板６０に搭載された半導体集積回路デバイス５０に動作電源を供給し、また、外部との信号インタフェースに利用される。マイクロコンピュータのような半導体集積回路デバイス５０は例えばメガヘルツ若しくはギガヘルツ代の周波数に同期して動作され、その周期的な動作によってマイクロコンピュータの内部電源配線及びグランド配線にはノイズが周期的に発生され、また、外部出力動作などによって内部電源配線及びグランド配線には非同期のノイズが発生する。前述の如く半導体集積回路デバイス５０の前記可変インピーダンス回路ＶＺは、半導体基板上において電源電圧ＶＣＣの高周波変動成分とグランド電圧ＶＳＳの高周波変動成分をバランスさせて相殺するように作用する。このように、半導体集積回路デバイス５０の半導体基板に与えられる高周波変動成分が抑えられることにより、半導体基板若しくは半導体基板への給電端子Ｐｖｓｓ２を通して外部でコモンモード電流経路が形成されたりすることを抑制することが可能になる。要するに、実装基板６０上で半導体集積回路デバイス５０の電源端子に接続する電源パターンおよび当該半導体集積回路デバイス５０のグランド端子に接続するグランドパターン等を含むワイヤハーネス６１にコモンモード電流が帰還してコモンモード電流ループが形成される事態を半導体集積回路デバイスの半導体基板側から抑制できる。コモンモード電流経路の形成を抑制することができるので、その経路とされるワイヤハーネス６１がアンテナとして動作することにより生ずることになる不要電磁放射の発生を抑制することができ、さらには、実装基板６１の電源及びグランドパターンに対するコモンモード電流ループ対策を、半導体集積回路デバイス５０側から保証することにもなる。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれ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ことは言うまでもない。

例えば、図１２のダブルウェル構造においてＮＷ１４への電源電圧ＶＣＣの給電経路に可変抵抗回Ｒｃｎｔ路を追加してもよい。半導体集積回路はマイクロコンピュータに限定されず、システムオンチップの各種データ処理用の半導体集積として実現することが可能である。本発明に係る半導体集積回路及び半導体デバイスを適用する電子機器は車載用の電子機器に限定されず、家電用途、オフィース用途など、種々の用途の電子機器に適用可能である。また、半導体集積回路はＣＭＯＳ集積回路に限定されず、ＢｉＣＭＯＳ回路などであっても良いことは言うまでもない。

１ 半導体集積回路（ＬＳＩ）
Ｐｖｃｃ 外部電源端子
Ｐｖｓｓ 外部グランド端子
ＶＣＣ 電源電圧
ＶＳＳ グランド電圧
Ｐｖｓｓ２ 外部基板給電端子
Ｚｃｃ，Ｚｓｓ インピーダンス
ＶＺ 可変インピーダンス回路
Ｒｃｎｔ 可変抵抗回路
Ｃｃｎｔ 可変容量回路
１０ 半導体基板（Ｐｓｕｂ）
１１，１６ ｐ型ウェル領域（ＰＷ）
１２ ディープＮウェル領域（ＤＮＷ）
１３ ｎ型ウェル領域（ＮＷ）
１５ ｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタ（ＰＭＯＳ）
１７ ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタ（ＮＭＯＳ）
２０ 記憶回路（ＭＲＹ）
ＣＮＴ 選択信号
３０，３１ ノイズ検出回路
３２ 制御回路
４０ 未使用領域
ＢＬＫ１，ＢＬＫ２，ＢＬＫ３ 機能ブロック
ＳＷＡ１，ＳＷＡ２，ＳＷＡ３ 電源遮断スイッチ配置領域
５０ 半導体集積回路デバイス
５１ パッケージ
５１Ａ パッケージ基板
５１Ｂ 封止樹脂
５２ リード端子
６０ 実装基板
６１ ワイヤハーネス

Claims (24)

1. 半導体基板に複数のウェル領域が形成され、外部電源端子から供給される電源電圧と外部グランド端子から供給されるグランド電圧とを動作電源として動作されるトランジスタが前記ウェル領域に形成された半導体集積回路であって、
   前記外部電源端子と前記半導体基板との間および前記外部グランド端子と前記半導体基板との間の何れか一方又は双方に可変インピーダンス回路が接続された、半導体集積回路。
2. 前記トランジスタの動作に応じて前記半導体基板に生起される第1の電源電圧側の第１の変動成分と第２の電源電圧側の第２の変動成分とを相殺するためのインピーダンスを決める制御データを保持して前記可変インピーダンス回路に与える記憶回路を有する、請求項１記載の半導体装置。
3. 第１の変動成分及び第２の変動成分は容量成分及び抵抗成分を介して前記半導体基板に生起される電圧及び電流成分である、請求項２記載の半導体集積回路。
4. 前記複数のウェル領域は、第１導電型の第１ウェル領域及び第２導電型の第２ウェル領域であって、第１導電型の半導体基板に配置された第２導電型の第３ウェル領域に形成される、請求項３記載の半導体集積回路。
5. 前記半導体基板は前記外部電源端子及び外部グランド端子とは異なる外部基板給電端子から給電され、前記可変インピーダンス回路は可変容量回路と可変抵抗回路の直列回路である、請求項４記載の半導体集積回路。
6. 前記第１導電型がＰ型、前記第２導電型がN型のとき、前記半導体基板は外部基板給電端子から前記グランド電圧が供給される、請求項４記載の半導体集積回路。
7. 前記半導体基板はその導電型に応じて前記外部電源端子又は前記外部グランド端子の一方から前記可変インピーダンス回路を介して給電され、当該可変インピーダンス回路は可変抵抗回路である、請求項４記載の半導体集積回路。
8. 前記第１導電型がＰ型、前記第２導電型がN型のとき、前記半導体基板は、前記可変抵抗回路を介して前記外部グランド端子から前記グランド電圧が供給される、請求項７記載の半導体集積回路。
9. 半導体基板への給電に利用されていない前記外部電源端子又は前記外部グランド端子の他方の端子と前記半導体基板との間に配置された前記可変インピーダンス回路は、可変容量回路と可変抵抗回路の直列回路である、請求項７記載の半導体集積回路。
10. 前記複数の半導体ウェル領域は、第１導電型の半導体基板に形成された第１導電型の第１ウェル領域と、前記半導体基板に形成された第２導電型の第２ウェル領域とであり、
    前記半導体基板はその導電型に応じて前記外部電源端子又は前記外部グランド端子の一方から前記可変インピーダンス回路を介して給電され、当該可変インピーダンス回路は可変抵抗回路である、請求項３記載の半導体集積回路。
11. 前記第１導電型がＰ型、前記第２導電型がN型のとき、前記半導体基板は前記外部グランド端子からの前記グランド電圧が前記可変抵抗回路を介して供給される、請求項１０記載の半導体集積回路。
12. 半導体基板への給電に利用されていない前記外部電源端子又は前記外部グランド端子の他方の端子と前記半導体基板との間に配置された前記可変インピーダンス回路は、可変容量回路と可変抵抗回路の直列回路である、請求項１０記載の半導体集積回路。
13. 請求項１記載の半導体集積回路と、前記半導体集積回路を封止するパッケージと、前記半導体集積回路の外部端子に接続され前記パッケージの外に露出するリード端子と、を有する半導体装置。
14. 請求項１３記載の半導体装置と、前記リード端子を介して前記半導体装置が実装される実装基板
    と、前記実装基板に搭載されたその他の半導体装置とを有する電子機器。
15. 外部基板給電端子から供給される第１の電圧が印加され第１の導電型を有する半導体基板と、
    前記半導体基板に形成され第１の外部電源端子から供給される第２の電圧が印加され第２の導電型を有する第３ウェル領域と、
    前記第３ウェル領域に形成され第２の外部電源端子から供給される第１の電圧が印加され第１の導電型を有する第１ウェル領域と、
    前記第３ウェル領域に形成され前記第１の電圧が印加され第２の導電型を有する第２ウェル領域と、
    前記第１のウェル領域に形成され第２導電型（N）チャネルが選択的に誘起される第１の電界効果トランジスタと、
    前記第２のウェル領域に形成され第１導電型チャネルが選択的に誘起される第２の電界効果トランジスタと、
    前記第１の外部電源端子と前記半導体基板との間を容量成分を介して結合する可変インピーダンス回路と、前記第２の外部電源端子と前記半導体基板との間を容量成分を介して結合する可変インピーダンス回路との何れか一方又は双方と、を有する半導体集積回路。
16. 前記第１の電圧はグランド電圧、前記第１の導電型はP型、前記第２の電圧は電源電圧、前記第２の導電型はN型である、請求項１５記載の半導体集積回路。
17. 前記可変インピーダンス回路は可変抵抗回路と可変容量回路との直列回路である、請求項１６記載の半導体集積回路。
18. 請求項１５記載の半導体集積回路と、前記半導体集積回路を封止するパッケージと、前記半導体集積回路の外部端子に接続され前記パッケージの外に露出するリード端子と、を有する半導体装置。
19. 請求項１８記載の半導体装置と、前記リード端子を介して前記半導体装置が実装される実装基板
    と、前記実装基板に搭載されたその他の半導体装置とを有する電子機器。
20. 第１の導電型を有する半導体基板と、
    前記半導体基板に形成され第１の外部電源端子から供給される第２の電圧が印加され第２の導電型を有する第３ウェル領域と、
    前記第３ウェル領域に形成され第２の外部電源端子から供給される第１の電圧が印加され第１の導電型を有する第１ウェル領域と、
    前記第３ウェル領域に形成され前記第１の電圧が印加され第２の導電型を有する第２ウェル領域と、
    第１のウェル領域に形成され第２導電型チャネルが選択的に誘起される第１の電界効果トランジスタと、
    前記第２のウェル領域に形成され第１導電型チャネルが選択的に誘起される第２の電界効果トランジスタと、
    前記第１の外部電源端子と前記半導体基板との間を少なくとも容量成分を介して結合する可変インピーダンス回路と、前記第２の外部端子と前記半導体基板との間を結合する可変抵抗回路との何れか一方又は双方と、を有する半導体集積回路。
21. 前記第１の電圧はグランド電圧、前記第１の導電型はP型、前記第２の電圧は電源電圧、前記第２の導電型はN型である、請求項２０記載の半導体集積回路。
22. 前記可変インピーダンス回路は可変抵抗回路と可変容量回路との直列回路である、請求項２１記載の半導体集積回路。
23. 請求項２０記載の半導体集積回路と、前記半導体集積回路を封止するパッケージと、前記半導体集積回路の外部端子に接続され前記パッケージの外に露出するリード端子と、を有する半導体装置。
24. 請求項２３記載の半導体装置と、前記リード端子を介して前記半導体装置が実装される実装基板と、前記実装基板に搭載されたその他の半導体装置とを有する電子機器。

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