JP2017011089A - Semiconductor device and method of controlling internal circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置および内部回路の制御方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and an internal circuit control method.
半導体装置の電極パッドを介して外部から印加されるサージから半導体装置の内部回路を保護するための技術として、以下の技術が知られている。 The following techniques are known as techniques for protecting an internal circuit of a semiconductor device from a surge applied from the outside via an electrode pad of the semiconductor device.
例えば、特許文献1には、内部回路と保護回路と間のサージ電流のパス上に絶縁体層を形成することにより、サージ電流の内部回路への流入を防止する技術が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a technique for preventing the surge current from flowing into the internal circuit by forming an insulator layer on the surge current path between the internal circuit and the protection circuit.
半導体装置の電極パッドを介して外部からサージが印加されると、半導体基板に電荷が注入される。注入された電荷は、半導体基板の内部を拡散する。半導体基板の内部を拡散する電荷が内部回路に到達すると内部回路に流れる電流が変動し、内部回路が誤動作を起こすおそれがある。内部回路が、例えば電圧レギュレータを含む場合、電流の変動に伴って電圧レギュレータの出力電圧が上昇する場合がある。電圧レギュレータから出力電圧の供給を受けて動作するロジック回路は、通常、ゲート酸化膜の膜厚が比較的薄い低耐圧プロセスで形成されたトランジスタを含む。このため、電圧レギュレータの出力電圧がサージ印加に伴って上昇した場合に、ロジック回路を構成するトランジスタ等の回路素子に供給される電圧が耐圧を超えてしまい、ロジック回路の回路素子が破壊されるおそれがある。 When a surge is applied from the outside through the electrode pad of the semiconductor device, charges are injected into the semiconductor substrate. The injected charge diffuses inside the semiconductor substrate. When the electric charge diffusing inside the semiconductor substrate reaches the internal circuit, the current flowing through the internal circuit fluctuates, which may cause the internal circuit to malfunction. When the internal circuit includes, for example, a voltage regulator, the output voltage of the voltage regulator may increase with current fluctuation. A logic circuit that operates by receiving an output voltage from a voltage regulator usually includes a transistor formed by a low breakdown voltage process in which a gate oxide film is relatively thin. For this reason, when the output voltage of the voltage regulator rises with the application of a surge, the voltage supplied to circuit elements such as transistors constituting the logic circuit exceeds the withstand voltage, and the circuit elements of the logic circuit are destroyed. There is a fear.
従来、サージに起因する内部回路の誤動作を防ぐための対策として、サージが印加される電極パッドと内部回路との間の距離を大きくすることで、半導体基板を拡散する電荷が内部回路に到達しないようにするといったレイアウト対策が行われてきた。しかし、近年、半導体装置の低消費電力化のため、内部回路に流す電流が低減され、サージの影響を受けやすくなってきている。また、半導体チップのサイズが縮小化され、サージが印加される電極パッドと内部回路との間の距離を大きくすることが困難となってきており、従来のレイアウト対策を行うことが困難となりつつある。 Conventionally, as a measure for preventing malfunction of the internal circuit due to the surge, the charge that diffuses the semiconductor substrate does not reach the internal circuit by increasing the distance between the electrode pad to which the surge is applied and the internal circuit. Layout measures have been taken. However, in recent years, in order to reduce the power consumption of semiconductor devices, the current flowing through the internal circuit has been reduced and it is becoming more susceptible to surges. In addition, the size of the semiconductor chip has been reduced, and it has become difficult to increase the distance between the electrode pad to which the surge is applied and the internal circuit, and it is becoming difficult to perform conventional layout measures. .
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、サージ印加に起因する内部回路の誤動作による回路素子の破壊を防止することができる半導体装置および内部回路の制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device and an internal circuit control method capable of preventing circuit elements from being destroyed due to malfunction of the internal circuit due to surge application. And
本発明に係る半導体装置は、電極パッドを介して印加されるサージに応じて半導体基板の内部を拡散する電荷を捕集する少なくとも1つの捕集部と、前記捕集部で捕集された電荷に応じて生ずる電流を検出する検出部と、前記検出部によって前記電流が検出された場合に所定の制御が行われる内部回路と、を含む。 The semiconductor device according to the present invention includes at least one collection unit that collects charges that diffuse inside the semiconductor substrate in response to a surge applied through the electrode pad, and the charges collected by the collection unit. A detection unit that detects a current generated in response to the signal, and an internal circuit that performs predetermined control when the detection unit detects the current.
本発明に係る内部回路の制御方法は、電極パッドを介して印加されるサージに応じて半導体基板の内部を拡散する電荷を捕集し、捕集された電荷に応じて生ずる電流を検出し、前記電流が検出された場合に内部回路を制御する、というものである。 The internal circuit control method according to the present invention collects charges that diffuse inside the semiconductor substrate in response to a surge applied through the electrode pads, detects a current generated according to the collected charges, The internal circuit is controlled when the current is detected.
本発明に係る半導体装置および内部回路の制御方法によれば、サージ印加に起因する内部回路の誤動作による回路素子の破壊を防止することが可能となる。 According to the semiconductor device and the internal circuit control method of the present invention, it is possible to prevent the destruction of the circuit element due to the malfunction of the internal circuit due to the surge application.
以下、本発明の実施形態の一例を図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与し、重複する説明は適宜省略する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent components and parts are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の実施形態に係る半導体装置を構成するサージ保護素子20および21を示す回路図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a circuit diagram showing
本発明の実施形態に係る半導体装置は、高電位側の電源端子10、入出力端子(I/O端子)11および低電位側の電源端子(グランド端子)12を有する。電源端子10、入出力端子11および電源端子12は、半導体チップの表面に設けられた電極パッドとして構成されている。
The semiconductor device according to the embodiment of the present invention has a
高電位側の電源端子10には外部から電源電圧vddが供給され、低電位側の電源端子12には外部から電源電圧(グランド電圧)vssが供給される。入出力端子11には、外部からの入力信号が入力され、また、半導体装置の内部に設けられた内部回路からの出力信号が出力される。
A power supply voltage vdd is externally supplied to the
高電位側の電源端子10には高電位側の電源ライン10aが接続され、低電位側の電源端子12には、低電位側の電源ライン(グランドライン)12aが接続されている。入出力端子11には、信号ライン11aが接続されている。
A high potential side
サージ保護素子20は、高電位側の電源ライン10aにソース、ゲートおよびnウェルが接続され、信号ライン11aにドレインが接続されたpチャネル型のトランジスタによって構成されている。一方、サージ保護素子21は、低電位側の電源ライン(グランドライン)12aにソース、ゲートおよびpウェルが接続され、信号ライン11aにドレインが接続されたnチャネル型のトランジスタによって構成されている。サージ保護素子20および21は、入出力端子11に印加されるサージから内部回路を保護する機能を有する。
The
図2は、サージ保護素子20および21を含む、本発明の実施形態に係る半導体装置の部分的な構成を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a partial configuration of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, including
サージ保護素子20は、p型の導電型を有するシリコン基板30の表層部に形成されたn型の導電型を有するnウェル領域20wと、nウェル領域20wの表層部に形成されたp型の導電型を有するドレイン領域20dおよびソース領域20sと、nウェル領域20wの表層部に形成されたn型の導電型を有するウェルコンタクト領域20cと、ドレイン領域20dとソース領域20sとの間に設けられたゲート20gと、を含む。
The
サージ保護素子21は、シリコン基板30の表層部に形成されたp型の導電型を有するpウェル領域21wと、pウェル領域21wの表層部に形成されたn型の導電型を有するドレイン領域21dおよびソース領域21sと、pウェル領域21wの表層部に形成されたp型の導電型を有するウェルコンタクト領域21cと、ドレイン領域21dとソース領域21sとの間に設けられたゲート21gと、を含む。
The
入出力端子11に負の電圧を有するサージが印加されると、n型半導体で構成されるサージ保護素子21のドレイン領域21dからシリコン基板30内に電子が注入される。シリコン基板30に注入された電子は、シリコン基板30内を拡散する。シリコン基板30内を拡散する電子が、半導体装置の内部に形成された内部回路を構成するトランジスタ22に到達すると、トランジスタ22に流れる電流が変動する場合がある。
When a surge having a negative voltage is applied to the input /
図3は、本発明の実施形態に係る半導体装置を構成する内部回路の一例である電圧レギュレータ40の構成を示す回路図である。電圧レギュレータ40は、基準電圧生成回路41、アンプ回路42、出力回路43および抵抗分圧回路44を含んで構成されている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a voltage regulator 40 which is an example of an internal circuit constituting the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. The voltage regulator 40 includes a reference
基準電圧生成回路41は、pチャネル型のトランジスタQ1、Q2、Q4〜Q7、Q12〜Q14、nチャネル型のトランジスタQ3、Q8〜Q11、キャパシタC1、C2、ダイオードD1、D2、抵抗素子R1〜R3を含んで構成されている。トランジスタQ8およびQ9のゲートには、第1のバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧入力端子14が接続され、トランジスタQ10およびQ11のゲートには、第2のバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧入力端子15が接続されている。基準電圧生成回路41は、トランジスタQ14と抵抗素子R3との接続点において基準電圧vrefを出力する。
The reference
アンプ回路42は、演算増幅回路(オペレーショナルアンプ)42aを含んで構成されている。演算増幅回路42aは、非反転入力端子が基準電圧生成回路41を構成するトランジスタQ14と抵抗素子R3との接続点に接続され、反転入力端子が抵抗分圧回路44を構成する抵抗素子R4とR5との接続点に接続され、出力端子が出力回路43を構成するトランジスタQ15のゲートに接続されている。
The
出力回路43は、ソースが高電位側の電源ライン10aに接続され、ドレインが電圧レギュレータ40の出力端子43aに接続され、ゲートが演算増幅回路42aの出力端子に接続されたpチャネル型のトランジスタQ15を含んで構成されている。
The
抵抗分圧回路44は、電圧レギュレータ40の出力端子43aと低電位側の電源ライン(グランドライン)12aとの間に設けられた、直列された抵抗素子R4およびR5を含んで構成されている。抵抗分圧回路44は、電圧レギュレータ40の出力端子43aから出力される出力電圧vddlを、抵抗素子R4とR5の抵抗比に応じた比率で分圧し、分圧した電圧vsを抵抗素子R4とR5との接続点において出力する。
The resistance
以下に、電圧レギュレータ40の動作について説明する。基準電圧生成回路41は、高電位側の電源端子10と低電位側の電源端子(グランド端子)12との間に供給される電源電圧のレベルにかかわらず、一定の基準電圧vrefを出力する。演算増幅回路42aは、抵抗分圧回路44によって生成される電圧vsが、基準電圧生成回路41によって生成された基準電圧vrefと一致するように演算増幅回路42aの出力電圧を制御する。出力回路43を構成するトランジスタQ15が、演算増幅回路42aの出力電圧によって駆動制御されることで、出力端子43aから出力される出力電圧vddlは一定レベルに維持される。出力電圧vddlは、高電位側の電源端子10と低電位側の電源端子(グランド端子)12との間に供給される電源電圧レベル(例えば5V)よりも低い一定の電圧レベル(例えば1.5V)に維持される。なお、出力端子43aには、電圧レギュレータ40の出力電圧vddlの供給を受けるロジック回路(図示せず)が接続されている。このロジック回路は、電圧レギュレータ40の出力電圧vddlが一定に保たれることで、安定した動作を行うことが可能となる。
Hereinafter, the operation of the voltage regulator 40 will be described. The reference
ここで、入出力端子11に印加されるサージによってシリコン基板30内に注入され、シリコン基板30内を拡散する電子が基準電圧生成回路41に到達した場合について考える。シリコン基板30内を拡散する電子が基準電圧生成回路41に到達すると、基準電圧生成回路41を構成するnチャネル型のトランジスタQ9のドレインからシリコン基板30に向けて流れる電流が増加する。これにより、トランジスタQ9のドレインに接続されたノードn1の電位が低下する。ノードn1の電位が低下すると、トランジスタQ14に流れる電流が増加して、基準電圧vrefのレベルが上昇する。基準電圧vrefのレベルが上昇すると、電圧レギュレータ40の出力電圧vddlが上昇する。このように、入出力端子11にサージが印加された場合には、電圧レギュレータ40の出力電圧vddlが、設計値(例えば、1.5V)よりも高いレベルに変動するおそれがある。入出力端子11に印加されるサージの電圧レベルが大きくなり、シリコン基板30に注入される電子の量が多くなる程、出力電圧vddlの上昇幅は大きくなり、最大で、電源電圧レベル(例えば5V)まで上昇することが想定される。このように、電圧レギュレータ40の出力電圧vddlのレベルが、設計値を大きく超えて上昇すると、出力電圧vddlの供給を受けて動作するロジック回路(図示せず)を構成する回路素子の耐圧を超えてしまい、ロジック回路の回路素子が破壊されるおそれがある。
Here, consider a case where electrons that are injected into the
そこで、本発明の実施形態に係る半導体装置は、サージ印加に起因してシリコン基板30内を拡散する電荷に応じた電流を検出した場合に、電圧レギュレータ40の出力回路43を構成するトランジスタQ15をオフ状態に制御することによって出力電圧vddlの上昇を抑制する制御回路100を備える。
Therefore, the semiconductor device according to the embodiment of the present invention has the transistor Q15 constituting the
図4は、本発明の実施形態に係る半導体装置を構成する制御回路100の構成を示す図である。制御回路100は、捕集部110および検出部120を含んで構成されている。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the
捕集部110は、入出力端子11を構成する電極パッドを介して印加されるサージに起因してシリコン基板30の内部を拡散する電荷を捕集する。捕集部110は、シリコン基板30の表層部に形成されたn型半導体からなるn型領域を含んで構成されている。n型領域は、例えば、n型の導電型を有するnウェルやnアクティブの形態を有するものであってもよい。捕集部110をn型半導体で構成することにより、シリコン基板30内を拡散する電子は、捕集部110に引き寄せられて捕集される。
The
検出部120は、捕集部110で捕集された電荷に応じて生ずる電流を検出する。検出部120は、一端が捕集部110に接続され、他端が高電位側の電源ライン10aに接続された抵抗素子121を含んで構成されている。また、検出部120は、直列接続されたインバータ122、123およびpチャネル型のトランジスタ124を含んで構成されている。インバータ122の入力端は、抵抗素子121と捕集部110との接続ラインに接続され、出力端がインバータ123の入力端に接続されている。インバータ123の出力端は、トランジスタ124のゲートに接続されている。トランジスタ124は、ソースが電源ライン10aに接続され、ドレインが制御回路100の出力端125となっている。制御回路100の出力端125は、電圧レギュレータ40の出力回路43を構成するトランジスタQ15のゲートに接続されている。
The
以下において、制御回路100の動作について説明する。シリコン基板30内において、サージ印加に伴う電子の拡散が生じていない平常時においては、検出部120を構成するインバータ122の入力電圧はハイレベル(vddレベル)であり、トランジスタ124のゲートにはハイレベル(vddレベル)の電圧が供給される。これにより、トランジスタ124はオフ状態を維持し、電圧レギュレータ40の出力電圧vddlは、平常時における電圧レベル(例えば1.5V)を維持する。
Hereinafter, the operation of the
入出力端子11を構成する電極パッドにサージが印加された場合には、シリコン基板30に電子が注入され、注入された電子は、シリコン基板30内を拡散する。シリコン基板30内を拡散する電子の少なくとも一部は、捕集部110に捕集される。
When a surge is applied to the electrode pads constituting the input /
捕集部110によって捕集された電子は、検出部120を構成する抵抗素子121を経由して電源ライン10aに向けて流れる。これに伴って、電源ライン10aから抵抗素子121を経由して捕集部110に向けて電流Isが流れる。抵抗素子121の両端には、電流Isの大きさに応じた電圧降下が生じる。電流Isの大きさは、捕集部110で捕集された電子の量に比例する。
The electrons collected by the
電流Isが抵抗素子121を流れることによって生ずる電圧降下によって、インバータ122の入力電圧が反転レベルにまで降下すると、トランジスタ124のゲートがローレベルとなり、トランジスタ124がオン状態となる。これにより、制御回路100の出力端125にハイレベル(vddレベル)の電圧が出力される。
When the voltage drop caused by the current Is flowing through the
以上のように、制御回路100は、電極パッドに印加されたサージに起因してシリコン基板30内を拡散する電荷を捕集部110で捕集し、捕集部110で捕集された電荷に応じて生ずる電流Isを検出部120で検出する。なお、電流Isが抵抗素子121を流れることによって生ずる電圧降下によってインバータ122の入力電圧が反転レベルにまで降下し、制御回路100の出力端125にハイレベル(vddレベル)の電圧が出力されたことをもって、検出部120において電流Isが検出されたものとする。
As described above, the
制御回路100の出力端125は、電圧レギュレータ40の出力回路43を構成するトランジスタQ15のゲートに接続されている。トランジスタQ15は、制御回路100の出力端125からハイレベル(vddレベル)の電圧が供給されるとオフ状態となり、これによって電圧レギュレータ40の出力電圧vddlはローレベル(vssレベル)となる。
The
このように、電圧レギュレータ40および制御回路100を含む本発明の実施形態に係る半導体装置によれば、電極パッドに一定の規模のサージが印加された場合には、電圧レギュレータ40は、出力電圧vddlがローレベル(vss)に制御される。従って、サージ印加に伴って基準電圧生成回路41によって生成される基準電圧vrefのレベルが上昇しても、これに伴って電圧レギュレータ40の出力電圧vddlが設計値よりも高いレベルに上昇することを防止することができる。このように、制御回路100が出力電圧vddlの上昇を抑制するように電圧レギュレータ40を制御することで、電圧レギュレータ40の出力電圧vddlの供給を受けて動作するロジック回路の回路素子の破壊を防止することができる。
As described above, according to the semiconductor device according to the embodiment of the present invention including the voltage regulator 40 and the
図5は、本実施形態に係る半導体装置を構成する半導体チップ200内における、各構成要素のレイアウトの一例を示す図である。半導体チップ200は、正方形または長方形の形状を有し、入出力端子11等を構成する電極パッド201は、半導体チップ200の外縁に沿って配置される。電圧レギュレータ40を構成する基準電圧生成回路41は、電極パッド201よりも半導体チップ200の内側に配置されている。制御回路100の捕集部110は、電極パッド201と基準電圧生成回路41との間に配置されることが好ましい。図5に示すように、電極パッド201が半導体チップ200の各辺に沿って配置されている場合には、捕集部110は、基準電圧生成回路41の外周を囲むように配置されることが好ましい。このように、捕集部110を電極パッド201と基準電圧生成回路41との間に配置することにより、電極パッド201へのサージ印加に伴ってシリコン基板30内を拡散する電子は、基準電圧生成回路41に到達する前に捕集部110で捕集される。これにより、電極パッド201へのサージ印加に伴って電圧レギュレータ40の出力電圧vddlが上昇する前に、出力電圧vddlをローレベル(vssレベル)に制御することが可能となり、ロジック回路の破壊を防止する効果を高めることができる。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the layout of each component in the
なお、シリコン基板30内を拡散する電子の密度は、サージが印加される電極パッド201からの距離が大きくなる程低下する。従って、捕集部110を電極パッド201寄りに配置することにより、捕集部110における電子の捕集量をより多くすることができる。すなわち、捕集部110を電極パッド201寄りに配置することにより、検出部120における電流検出感度が高まり、低レベルのサージが印加された場合でも制御回路100を作動させることができる。一方、捕集部110を基準電圧生成回路41寄りに配置することにより、検出部120における電流検出感度を抑えることができ、高レベルのサージが印加された場合にのみ制御回路100を作動させることができる。
Note that the density of electrons diffusing in the
[第2の実施形態]
図6は、本発明の第2の実施形態に係る制御回路100Aの構成を示す図である。制御回路100Aは、第1の実施形態に係る制御回路100に代えて用いられる。制御回路100Aは、複数の捕集部110a、110b、110cおよび110dを有する。捕集部110a〜110dは、それぞれ、n型半導体からなるn型領域を含んで構成されている。また、制御回路100Aは、複数の捕集部110a〜110dを選択的に抵抗素子121に接続する選択部140を有する。選択部140は、例えば、複数の捕集部110a〜110dの各々に接続されたトランジスタ等のスイッチング素子で構成されていてもよい。また、選択部140は、複数の捕集部110a〜110dの各々と抵抗素子121とを接続する配線を、事後的に形成または切断する公知のトリミング技術を用いて構成されるものであってもよい。また、制御回路100Aにおいて、検出部120を構成する抵抗素子121は、可変抵抗とされている。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a
図7は、複数の捕集部110a〜110dの配置の一例を示す図である。図7に示すように、複数の捕集部110a〜110dは、電極パッド201と基準電圧生成回路41との間であり且つ電極パッド201からの距離が互いに略同じとなる位置に設けられていてもよい。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the plurality of
第2の実施形態に係る制御回路100Aによれば、選択部140による捕集部110a〜110dの選択によって抵抗素子121に接続する捕集部の数を増減させることにより、抵抗素子121に流れる電流Isの大きさを調整することが可能である。すなわち、電流Isは、選択された捕集部の各々によって捕集された電荷の合算量に比例した大きさとなる。電流Isを調整可能とすることにより、インバータ122の入力電圧を調整することが可能となる。また、抵抗素子121の抵抗値によってもインバータ122の入力電圧を調整することが可能である。すなわち、制御回路100Aによれば、制御回路100Aが作動するサージレベルを調整することが可能ある。具体的には、抵抗素子121に接続される捕集部の数を増加させるか抵抗素子121の抵抗値を大きくすることで、検出部120における電流検出感度を高めることができ、低レベルのサージが印加された場合でも制御回路100Aを作動させることができる。制御回路100Aが過剰に作動する場合には、抵抗素子121に接続する捕集部の数を減少させるか、抵抗素子121の抵抗値を小さくすることで、検出部120における電流検出感度を低下させればよい。
According to the
図8は、捕集部110a〜110dの他の配置例を示す図である。捕集部110a〜110dは、電極パッド201と基準電圧生成回路41との間であり且つ電極パッド201からの距離が互いに異なる位置に設けられていてもよい。図8に示す例では、捕集部110aが電極パッド201から最も遠い位置に配置され、捕集部110dが電極パッド201から最も近い位置に配置されている。シリコン基板30内を拡散する電子の密度は、サージが印加される電極パッド201からの距離が大きくなる程低下する。従って、電極パッド201からの距離が最も小さい捕集部110dに捕集される電子の量は最も多くなり、電極パッド201からの距離が最も大きい捕集部110aにおいて捕集される電子の量は最も少なくなる。
FIG. 8 is a diagram illustrating another arrangement example of the
複数の捕集部110a〜110dをこのように配置することにより、複数の捕集部110a〜110dのうちのどれを抵抗素子121に接続するかによって、制御回路100Aによる制御動作が作動するサージレベルの調整を行うことが可能である。具体的には、電子の捕集量が最も多い捕集部110dを抵抗素子121に接続することで、検出部120における電流検出感度を高めることができ、低レベルのサージが印加された場合でも制御回路100Aを作動させることができる。一方、電子の捕集量が最も少ない捕集部110aを抵抗素子121に接続することで、検出部120における電流検出感度を抑えることができ、高レベルのサージが印加された場合にのみ制御回路100Aを作動させることができる。
The surge level at which the control operation by the
[第3の実施形態]
図9は、本発明の第3の実施形態に係る電圧レギュレータ40Aの構成を示す回路図である。電圧レギュレータ40Aは、第1の実施形態に係る電圧レギュレータ40に代えて用いられる。電圧レギュレータ40Aは、pチャネル型のトランジスタQ16およびQ17を含んで構成されるクランプ回路45を更に含む点において、第1の実施形態に係る電圧レギュレータ40と異なる。トランジスタQ16は、ソースが電源ライン10aに接続され、ソースおよびゲートがトランジスタQ17のソースに接続されている。トランジスタQ17は、ドレインが出力回路43を構成するトランジスタQ15のゲートに接続され、ゲートが制御回路100Bの出力端に接続されている。
[Third Embodiment]
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a voltage regulator 40A according to the third embodiment of the present invention. The voltage regulator 40A is used in place of the voltage regulator 40 according to the first embodiment. The voltage regulator 40A is different from the voltage regulator 40 according to the first embodiment in that it further includes a clamp circuit 45 configured to include p-channel type transistors Q16 and Q17. Transistor Q16 has a source connected to
図10は、電圧レギュレータ40Aと共に用いられる本発明の第3の実施形態に係る制御回路100Bの構成を示す図である。制御回路100Bにおいて、検出部120は、抵抗素子121、インバータ122および123を含んで構成されている。制御回路100Bは、電流Isが抵抗素子121を流れることによって生ずる電圧降下によって、インバータ122の入力電圧が反転レベルにまで降下した場合に、出力端125からローベル(vssレベル)の電圧が出力される。すなわち、制御回路100Bは、電極パッドに一定規模のサージが印加された場合に出力端125から出力される電圧の極性が、第1の実施形態に係る制御回路100とは逆である。なお、制御回路100Bは、第2の実施形態に係る制御部100Aのように、複数の捕集部を含んで構成されていてもよい。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a control circuit 100B according to the third embodiment of the present invention that is used together with the voltage regulator 40A. In the control circuit 100B, the
電圧レギュレータ40Aおよび制御回路100Bを含む本発明の第3の実施形態に係る半導体装置によれば、電極パッドに一定の規模のサージが印加された場合には、制御回路100Bは、ローレベル(vssレベル)の電圧を出力する。これにより、電圧レギュレータ40Aのクランプ回路45を構成するトランジスタQ17はオン状態となる。クランプ回路45は、トランジスタQ17がオン状態となることにより、トランジスタQ15のゲート電圧を、電源ライン10aの電圧レベル(vdd)よりもトランジスタQ16の閾値電圧分だけ低いレベルにクランプする。従って、サージ印加に伴って基準電圧生成回路41によって生成される基準電圧vrefのレベルが上昇しても、これに伴って電圧レギュレータ40Aの出力電圧vddlが設計値よりも高いレベルに上昇することを防止することができる。このように、制御回路100Bが出力電圧vddlの上昇を抑制するように電圧レギュレータ40Aを制御することで、電圧レギュレータ40Aの出力電圧vddlの供給を受けて動作するロジック回路の回路素子の破壊を防止することができる。
According to the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention including the voltage regulator 40A and the control circuit 100B, the control circuit 100B has a low level (vss) when a surge of a certain scale is applied to the electrode pad. Level) voltage. As a result, the transistor Q17 constituting the clamp circuit 45 of the voltage regulator 40A is turned on. When the transistor Q17 is turned on, the clamp circuit 45 clamps the gate voltage of the transistor Q15 to a level lower than the voltage level (vdd) of the
また、第3の実施形態に係る半導体装置によれば、クランプ回路45によってゲート電圧がクランプされたトランジスタQ15は、完全にオフ状態とはならない。すなわち、サージ印加時には、電圧レギュレータ40Aの出力電圧vddlの上昇が抑制されるものの、出力電圧vddのレベルは、電源ライン(グランドライン)12aの電圧レベル(vss)よりも高いレベルに維持される。これにより、サージ印加時においても、ロジック回路への電源供給が完全に遮断されることはなく、一定レベルの電圧をロジック回路に供給することが可能となる。 Further, according to the semiconductor device of the third embodiment, the transistor Q15 whose gate voltage is clamped by the clamp circuit 45 is not completely turned off. That is, when the surge is applied, the output voltage vddl of the voltage regulator 40A is suppressed from rising, but the level of the output voltage vdd is maintained at a level higher than the voltage level (vss) of the power supply line (ground line) 12a. As a result, even when a surge is applied, power supply to the logic circuit is not completely cut off, and a certain level of voltage can be supplied to the logic circuit.
なお、上記の各実施形態においては、制御回路100、100Aおよび100Bによって制御される内部回路として電圧レギュレータを例示したが、これに限定されるものではない。内部回路は、サージ印加に起因する誤動作によって回路素子を破壊してしまうおそれのあるいずれの回路であってもよい。
In each of the above-described embodiments, the voltage regulator is exemplified as the internal circuit controlled by the
電極パッド201は、本発明における電極パッドの一例である。捕集部110、110a〜110dは、本発明における捕集部の一例である。検出部120は、本発明の検出部の一例である。電圧レギュレータ40および40Aは、本発明における内部回路の一例である。抵抗素子121は、本発明における抵抗素子の一例である。
The
10 電源端子
11 入出力端子
20、21 サージ保護素子
30 シリコン基板
40、40A 電圧レギュレータ
41 基準電圧生成回路
42 アンプ回路
42a 演算増幅回路
43 出力回路
43a 出力端子
44 抵抗分圧回路
100、100A、100B 制御回路
110 捕集部
120 検出部
121 抵抗素子
124 トランジスタ
140 選択部
200 半導体チップ
201 電極パッド
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記捕集部で捕集された電荷に応じて生ずる電流を検出する検出部と、
前記検出部によって前記電流が検出された場合に所定の制御が行われる内部回路と、
を含む半導体装置。 At least one collection part for collecting electric charges diffusing inside the semiconductor substrate in response to a surge applied through the electrode pad;
A detection unit for detecting a current generated according to the charge collected by the collection unit;
An internal circuit that performs predetermined control when the current is detected by the detection unit;
A semiconductor device including:
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the internal circuit includes a voltage regulator that controls an output voltage when the current is detected by the detection unit.
請求項2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2, wherein the voltage regulator is controlled such that an increase in the output voltage is suppressed when the current is detected by the detection unit.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the collection unit includes an n-type semiconductor formed on the semiconductor substrate.
前記捕集部に接続され、前記電流が流れる抵抗素子と、
前記抵抗素子に生ずる電圧降下に応じてオンオフするトランジスタと、
を含んで構成されている
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置。 The detector is
A resistance element connected to the collecting portion and through which the current flows;
A transistor that turns on and off according to a voltage drop generated in the resistance element;
The semiconductor device according to claim 1, comprising:
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the collection unit is provided between the electrode pad and the internal circuit.
前記複数の捕集部のうち、前記検出部において電流の検出対象とされる捕集部が選択可能に構成されている
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の半導体装置。 A plurality of collecting portions for collecting electric charges that diffuse inside the semiconductor substrate in response to a surge applied through the electrode pads;
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein among the plurality of collection units, a collection unit that is a current detection target in the detection unit is configured to be selectable. 8.
請求項7に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7, wherein the detection unit includes a variable resistance element to which the plurality of collection units are selectively connected.
請求項7または請求項8に記載の半導体装置。 9. The semiconductor device according to claim 7, wherein the plurality of collecting portions are provided at positions that are between the electrode pad and the internal circuit and at different distances from the electrode pad.
捕集された電荷に応じて生ずる電流を検出し、
前記電流が検出された場合に内部回路を制御する
内部回路の制御方法。 Collects the electric charge that diffuses inside the semiconductor substrate in response to a surge applied through the electrode pad,
Detect the current generated according to the collected charge,
An internal circuit control method for controlling an internal circuit when the current is detected.
前記電流が検出された場合に、前記電圧レギュレータの出力電圧を制御する
請求項10に記載の制御方法。 The internal circuit is a voltage regulator;
The control method according to claim 10, wherein an output voltage of the voltage regulator is controlled when the current is detected.
請求項11に記載の制御方法。 The control method according to claim 11, wherein when the current is detected, control is performed so as to suppress an increase in the output voltage of the voltage regulator.
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