JP2020145348A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

To prevent malfunctions due to parasitic elements.SOLUTION: A semiconductor device 31 includes, for example: an external terminal T1; an output element M1; a parasitic factor element D1; a first element Gon, in which a parasitic element configured to operate so as to turn on the output element M1 when a negative voltage is generated in the external terminal T1 is accompanied between the first element itself and the parasitic factor element D1; and a second element Goff, in which a parasitic element configured to operate so as to turn off the output element M1 when a negative voltage is generated in the external terminal T1 is accompanied between the second element itself and the parasitic factor element D1. At least one of the second elements Goff is formed closer to the parasitic factor element D1 compared with the first element Gon. That is, the distance between the parasitic factor element D1 and the second element Goff is shorter than the distance between the parasitic factor element D1 and the first element Gon.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本明細書中に開示されている発明は、半導体装置に関する。 The inventions disclosed herein relate to semiconductor devices.

従来、半導体装置の動作中において、装置外部からの電流印加、ないしは、コイルまたは配線等のインダクタンス成分などが原因となり、半導体装置の外部端子に負電圧を生じることがある。 Conventionally, during the operation of a semiconductor device, a negative voltage may be generated at an external terminal of the semiconductor device due to a current applied from the outside of the device or an inductance component such as a coil or wiring.

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。 As an example of the prior art related to the above, Patent Document 1 can be mentioned.

特開2015−29251号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-29/251

半導体装置の外部端子に負電圧が発生すると、装置内部の寄生素子が動作することがある。この寄生素子は、本来の回路動作には組み込まれていない素子である。そのため、本来の回路動作とは異なる想定外の誤動作を引き起こす原因となり、延いては、半導体装置を搭載したセットの誤動作や破壊に繋がるおそれがあった。 When a negative voltage is generated at the external terminal of the semiconductor device, the parasitic element inside the device may operate. This parasitic element is an element that is not incorporated in the original circuit operation. Therefore, it causes an unexpected malfunction different from the original circuit operation, which may lead to a malfunction or destruction of the set on which the semiconductor device is mounted.

なお、寄生素子が装置内部のどこに形成されるかを予測することは難しく、チップレイアウトや回路を工夫しても、寄生素子の形成自体をなくすことは決して容易でない。 It is difficult to predict where the parasitic element will be formed inside the device, and even if the chip layout and circuit are devised, it is not easy to eliminate the formation of the parasitic element itself.

本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者らにより見出された上記の課題に鑑み、寄生素子による誤動作を防ぐことのできる半導体装置を提供することを目的とする。 The invention disclosed in the present specification is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of preventing malfunction due to a parasitic element in view of the above-mentioned problems found by the inventors of the present application.

例えば、本明細書中に開示されている半導体装置は、外部端子と、出力素子と、寄生要因素子と、前記外部端子に負電圧が発生したときに前記出力素子をオンするように動作する寄生素子が自身と前記寄生要因素子との間に付随する第1素子と、前記外部端子に負電圧が発生したときに前記出力素子をオフするように動作する寄生素子が自身と前記寄生要因素子との間に付随する第2素子とを有し、前記第2素子の少なくとも一つは、前記第1素子よりも前記寄生要因素子の近くに形成されている構成(第1の構成)とされている。 For example, the semiconductor device disclosed in the present specification includes an external terminal, an output element, a parasitic factor element, and a parasitic element that operates to turn on the output element when a negative voltage is generated in the external terminal. The first element in which the element is attached between itself and the parasitic factor element, and the parasitic element that operates to turn off the output element when a negative voltage is generated in the external terminal are itself and the parasitic factor element. It has a second element attached between the two elements, and at least one of the second elements is formed closer to the parasitic factor element than the first element (first configuration). There is.

なお、上記第1の構成から成る半導体装置において、前記第1素子は、低インピーダンスノードに接続された素子分離領域で囲まれている構成(第2の構成)にするとよい。 In the semiconductor device having the first configuration, the first element may be surrounded by an element separation region connected to a low impedance node (second configuration).

また、上記第1または第2の構成から成る半導体装置は、自らが監視対象の異常を検出したときだけでなく前記第2素子に付随する寄生素子が動作したときにも前記出力素子を強制的にオフする異常保護回路をさらに有する構成(第3の構成)にするとよい。 Further, the semiconductor device having the first or second configuration forcibly forces the output element not only when it detects an abnormality to be monitored but also when a parasitic element attached to the second element operates. It is preferable to have a configuration (third configuration) further having an abnormality protection circuit that turns off.

また、上記第3の構成から成る半導体装置において、前記異常保護回路は、過電流保護回路、過熱保護回路、または、過電圧保護回路である構成(第4の構成)にするとよい。 Further, in the semiconductor device having the third configuration, the abnormality protection circuit may be an overcurrent protection circuit, an overheat protection circuit, or an overvoltage protection circuit (fourth configuration).

また、上記第1〜第4いずれかの構成から成る半導体装置において、前記第1素子及び前記第2素子は、いずれも前記出力素子を駆動する出力駆動部の構成要素である構成(第5の構成)にするとよい。 Further, in the semiconductor device having any of the first to fourth configurations, the first element and the second element are both constituent elements of the output drive unit that drives the output element (fifth element). Configuration) is recommended.

また、上記第5の構成から成る半導体装置において、前記出力駆動部は、第1電流源及び第2電流源と、ソースが前記第1電流源に接続されてゲートが第1入力端に接続された第1PMOSFETと、ソースが前記第1電流源に接続されてゲートが第2入力端に接続された第2PMOSFETと、ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲート及びドレインが前記第1PMOSFETのドレインに接続された第3PMOSFETと、ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲートが前記第3PMOSFETのゲートに接続されてドレインが前記第2PMOSFETのドレインに接続された第4PMOSFETと、ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲートが前記第3PMOSFETのゲートに接続された第5PMOSFETと、ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲートが前記第4PMOSFETのドレインに接続されてドレインが前記出力素子の制御端に接続された第6PMOSFETと、ドレインとゲートが前記第2電流源に接続されてソースが基準電位端に接続された第1NMOSFETと、ドレインが前記第1PMOSFETのドレインに接続されてゲートが前記第1NMOSFETのゲートに接続されてソースが基準電位端に接続された第2NMOSFETと、ドレインが前記第2PMOSFETのドレインに接続されてゲートが前記第1NMOSFETのゲートに接続されてソースが基準電位端に接続された第3NMOSFETと、ドレインとゲートが前記第5PMOSFETのドレインに接続されてソースが基準電位端に接続された第4NMOSFETと、ドレインが前記出力素子の制御端に接続されてゲートが前記第4NMOSFETのゲートに接続されてソースが基準電位端に接続された第5NMOSFETと、を含み、前記第3NMOSFET及び前記第4NMOSFETは、前記第2NMOSFET及び前記第5NMOSFETよりも前記寄生要因素子の近くに形成されている構成(第6の構成)にするとよい。 Further, in the semiconductor device having the fifth configuration, the output drive unit has a first current source and a second current source, the source is connected to the first current source, and the gate is connected to the first input end. The first PMOSFET has a source connected to the first current source and a gate connected to a second input terminal, and a source connected to the first end of the output element to have a gate and a drain. A third PMOSFET connected to the drain of the third PMOSFET, a fourth PMOSFET whose source is connected to the first end of the output element, a gate connected to the gate of the third PMOSFET, and a drain connected to the drain of the second PMOSFET, and a source. Is connected to the first end of the output element and the gate is connected to the gate of the third PMOSFET, and the source is connected to the first end of the output element and the gate is connected to the drain of the fourth PMOSFET. A sixth PMOSFET whose drain is connected to the control end of the output element, a first NMOSFET whose drain and gate are connected to the second current source and whose source is connected to the reference potential end, and a drain whose drain is the drain of the first PMOSFET. A second NMOSFET in which the gate is connected to the gate of the first NMOSFET and the source is connected to the reference potential end, and a drain is connected to the drain of the second PMOSFET and the gate is connected to the gate of the first NMOSFET. A third NMOSFET in which the source is connected to the reference potential end, a fourth NMOSFET in which the drain and gate are connected to the drain of the fifth PMOSFET and the source is connected to the reference potential end, and the drain is connected to the control end of the output element. A fifth NMOSFET whose gate is connected to the gate of the fourth NMOSFET and whose source is connected to a reference potential end, the third NMOSFET and the fourth NMOSFET are more parasitic elements than the second NMOSFET and the fifth NMOSFET. It is preferable to use a configuration (sixth configuration) formed near the.

また、上記第5の構成から成る半導体装置において、前記出力駆動部は、第1電流源及び第2電流源と、ソースが前記第1電流源に接続されてゲートが第1入力端に接続された第1PMOSFETと、ソースが前記第1電流源に接続されてゲートが第2入力端に接続された第2PMOSFETと、ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲート及びドレインが前記第1PMOSFETのドレインに接続された第3PMOSFETと、ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲートが前記第3PMOSFETのゲートに接続されてドレインが前記第2PMOSFETのドレインに接続された第4PMOSFETと、ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲートが前記第3PMOSFETのゲートに接続された第5PMOSFETと、ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲートが前記第4PMOSFETのドレインに接続されてドレインが前記出力素子の制御端に接続された第6PMOSFETと、ドレインとゲートが前記第2電流源に接続されてソースが基準電位端に接続された第1NMOSFETと、ゲートが前記第1NMOSFETのゲートに接続されてソースが基準電位端に接続された第2NMOSFET及び第3NMOSFETと、ドレインとゲートが共通接続されてソースが基準電位端に接続された第4NMOSFETと、ゲートが前記第4NMOSFETのゲートに接続されてソースが基準電位端に接続された第5NMOSFETと、ドレインが前記第1PMOSFETのドレインに接続されてソースが前記第2NMOSFETのドレインに接続されてゲートが定電位端に接続された第6NMOSFETと、ドレインが前記第2PMOSFETのドレインに接続されてソースが前記第3NMOSFETのドレインに接続されてゲートが定電位端に接続された第7NMOSFETと、ドレインが前記第5PMOSFETのドレインに接続されてソースが前記第4NMOSFETのドレインに接続されてゲートが定電位端に接続された第8NMOSFETと、ドレインが前記出力素子の制御端に接続されてソースが前記第5NMOSFETのドレインに接続されてゲートが定電位端に接続された第9NMOSFETを含み、前記第7NMOSFET及び前記第8NMOSFETは、前記第6NMOSFET及び前記第9NMOSFETよりも前記寄生要因素子の近くに形成されており、前記第1NMOSFET、前記第2NMOSFET、前記第3NMOSFET、前記第4NMOSFET、及び、前記第5NMOSFETは、前記第6NMOSFET及び前記第9NMOSFETよりも前記寄生要因素子から遠くに形成されている構成(第7の構成)にするとよい。 Further, in the semiconductor device having the fifth configuration, the output drive unit has a first current source and a second current source, the source is connected to the first current source, and the gate is connected to the first input end. The first PMOSFET has a source connected to the first current source and a gate connected to a second input end, and a source connected to the first end of the output element to have a gate and a drain. A third PMOSFET connected to the drain of the third PMOSFET, a fourth PMOSFET whose source is connected to the first end of the output element, a gate connected to the gate of the third PMOSFET, and a drain connected to the drain of the second PMOSFET, and a source. Is connected to the first end of the output element and the gate is connected to the gate of the third PMOSFET, and the source is connected to the first end of the output element and the gate is connected to the drain of the fourth PMOSFET. A sixth PMOSFET whose drain is connected to the control end of the output element, a first NMOSFET whose drain and gate are connected to the second current source and whose source is connected to the reference potential end, and a gate whose gate is the first NMOSFET. The second NMOSFET and the third NMOSFET connected to the source connected to the reference potential end, the fourth NMOSFET connected to the drain and the gate in common and the source connected to the reference potential end, and the gate connected to the gate of the fourth NMOSFET. A fifth NMOSFET whose source is connected to the reference potential end, and a sixth NMOSFET whose drain is connected to the drain of the first PMOSFET and whose source is connected to the drain of the second NMOSFET and whose gate is connected to the constant potential end. A seventh NMOSFET in which the drain is connected to the drain of the second PMOSFET and the source is connected to the drain of the third NMOSFET and the gate is connected to the constant potential end, and the drain is connected to the drain of the fifth PMOSFET and the source is the first. The 8th N MOSFET connected to the drain of the 4N MOSFET and the gate connected to the constant potential end, and the drain connected to the control end of the output element and the source connected to the drain of the 5th N MOSFET and the gate connected to the constant potential end. The 7th N MOSFET and the 8th N MOSFET are formed closer to the parasitic factor element than the 6th N MOSFET and the 9th N MOSFET, and the 9th N MOSFET is included. The 1N MOSFET, the 2nd N MOSFET, the 3rd N MOSFET, the 4th N MOSFET, and the 5th N MOSFET are configured to be formed farther from the parasitic factor element than the 6th N MOSFET and the 9th N MOSFET (7th configuration). Good.

また、上記第1〜第7いずれかの構成から成る半導体装置において、前記寄生要因素子は、前記外部端子に接続された静電保護素子である構成(第8の構成)にするとよい。 Further, in the semiconductor device having any of the first to seventh configurations, the parasitic factor element may be an electrostatic protection element connected to the external terminal (eighth configuration).

また、上記第1〜第8いずれかの構成から成る半導体装置は、前記外部端子に現れる出力電圧またはこれに応じた帰還電圧と所定の参照電圧とが一致するように、入力電圧の入力端と前記外部端子との間に接続された前記出力素子を駆動する出力駆動部をさらに有する構成(第9の構成)にするとよい。 Further, the semiconductor device having the above-mentioned first to eighth configurations is connected to the input end of the input voltage so that the output voltage appearing at the external terminal or the feedback voltage corresponding thereto and the predetermined reference voltage match. It is preferable to have a configuration (nineth configuration) further including an output drive unit for driving the output element connected to the external terminal.

また、例えば、本明細書中に開示されている半導体装置は、外部端子と、寄生要因素子と、前記外部端子に負電圧が発生したときに機能安全を阻害するように動作する寄生素子が自身と前記寄生要因素子との間に付随する第1素子と、前記外部端子に負電圧が発生したときに機能安全に寄与するように動作する寄生素子が自身と前記寄生要因素子との間に付随する第2素子と、を有し、前記第2素子の少なくとも一つは、前記第1素子よりも前記寄生要因素子の近くに形成されている構成(第10の構成)とされている。 Further, for example, in the semiconductor device disclosed in the present specification, an external terminal, a parasitic factor element, and a parasitic element that operates so as to impede functional safety when a negative voltage is generated in the external terminal are themselves. A first element attached between the element and the parasitic element, and a parasitic element operating so as to contribute to functional safety when a negative voltage is generated in the external terminal are attached between the device and the parasitic element. The second element is provided, and at least one of the second elements is formed closer to the parasitic factor element than the first element (tenth configuration).

本明細書中に開示されている半導体装置によれば、寄生素子による誤動作を防ぐことが可能となる。 According to the semiconductor device disclosed in the present specification, it is possible to prevent malfunction due to a parasitic element.

半導体装置の比較例を示す図The figure which shows the comparative example of the semiconductor device 半導体装置の縦断面を示す図The figure which shows the vertical section of the semiconductor device 比較例における負電圧発生時の挙動を示す図The figure which shows the behavior when a negative voltage is generated in the comparative example. 半導体装置の第1実施形態を示す図The figure which shows the 1st Embodiment of a semiconductor device 第1実施形態における平面レイアウト及び縦断面を示す図The figure which shows the plane layout and the vertical section in 1st Embodiment 第1実施形態における負電圧発生時の挙動を示す図The figure which shows the behavior when a negative voltage is generated in 1st Embodiment 半導体装置の第2実施形態を示す図The figure which shows the 2nd Embodiment of a semiconductor device 第2実施形態における平面レイアウトの一変形例を示す図The figure which shows one modification of the plane layout in 2nd Embodiment 半導体装置の第3実施形態を示す図The figure which shows the 3rd Embodiment of a semiconductor device. 半導体装置の第4実施形態を示す図The figure which shows the 4th Embodiment of a semiconductor device. 第4実施形態における平面レイアウト及び縦断面を示す図The figure which shows the plane layout and the vertical cross section in 4th Embodiment 半導体装置の第5実施形態を示す図The figure which shows the 5th Embodiment of a semiconductor device.

<半導体装置(比較例)>
まず、半導体装置の新規な実施形態を説明する前に、これと対比される比較例について簡単に述べておく。
<Semiconductor device (comparative example)>
First, before explaining a new embodiment of a semiconductor device, a comparative example to be compared with this will be briefly described.

図1は、半導体装置の比較例を示す図である。本比較例の半導体装置100は、入力電圧VINから出力電圧VOUTを生成するLDO[low drop out]レギュレータICであり、Pチャネル型MOS[metal oxide semiconductor]電界効果トランジスタM1と、抵抗R1及びR2と、オペアンプAMPと、ツェナダイオードD1と、過電流保護回路OCPと、過熱保護回路TSDと、外部端子T1(=出力端子)と、を有する。もちろん、半導体装置100は、他の構成要素を有していても構わない。 FIG. 1 is a diagram showing a comparative example of a semiconductor device. The semiconductor device 100 of this comparative example is an LDO [low drop out] regulator IC that generates an output voltage VOUT from an input voltage VIN, and includes a P-channel type MOS [metal oxide semiconductor] field effect transistor M1 and resistors R1 and R2. It has an operational amplifier AMP, a Zena diode D1, an overcurrent protection circuit OCP, an overheat protection circuit TSD, and an external terminal T1 (= output terminal). Of course, the semiconductor device 100 may have other components.

トランジスタM1のソースは、入力電圧VINの入力端に接続されている。トランジスタM1のドレインは、外部端子T1(=出力電圧VOUT及び出力電流IOUTそれぞれの出力端)に接続されている。トランジスタM1のゲートは、オペアンプAMPの出力端(=ゲート信号G1の印加端)に接続されている。このように、トランジスタM1は、入力電圧VINの入力端と出力電圧VOUTの出力端との間に接続されており、オペアンプAMPから印加されるゲート信号G1に応じて、そのオン抵抗値(延いては導通度)が連続的に制御される出力素子として機能する。 The source of the transistor M1 is connected to the input end of the input voltage VIN. The drain of the transistor M1 is connected to the external terminal T1 (= the output end of each of the output voltage VOUT and the output current IOUT). The gate of the transistor M1 is connected to the output end (= application end of the gate signal G1) of the operational amplifier AMP. In this way, the transistor M1 is connected between the input end of the input voltage VIN and the output end of the output voltage VOUT, and its on-resistance value (extended) is increased according to the gate signal G1 applied from the operational amplifier AMP. Functions as an output element whose conductivity) is continuously controlled.

抵抗R1及びR2は、出力電圧VOUTの出力端(=外部端子T1)と接地端(=基準電位端)との間に直列接続されており、相互間の接続ノードから出力電圧VOUTを分圧した帰還電圧Vfb(=VOUT×{R2/(R1+R2)})を出力する抵抗分割回路として機能する。なお、出力電圧VOUTをそのまま帰還電圧VfbとしてオペアンプAMPに入力する場合には、抵抗R1及びR2を割愛すればよい。 The resistors R1 and R2 are connected in series between the output end (= external terminal T1) of the output voltage VOUT and the ground end (= reference potential end), and the output voltage VOUT is divided from the connection nodes between them. It functions as a resistor divider circuit that outputs a feedback voltage Vfb (= VOUT × {R2 / (R1 + R2)}). When the output voltage VOUT is directly input to the operational amplifier AMP as the feedback voltage Vfb, the resistors R1 and R2 may be omitted.

オペアンプAMPは、非反転入力端(+)に入力される帰還電圧Vfbと、反転入力端(−)に入力される所定の参照電圧Vrefとが一致(イマジナリショート)するようにトランジスタM1のゲート信号G1を連続的に制御する出力駆動部として機能する。 The operational amplifier AMP has a gate signal of the transistor M1 so that the feedback voltage Vfb input to the non-inverting input end (+) and the predetermined reference voltage Vref input to the inverting input terminal (-) match (imaginary short). It functions as an output drive unit that continuously controls G1.

例えば、Vfb<Vrefであるときには、ゲート信号G1を引き下げてトランジスタM1のオン抵抗値を下げる(=トランジスタM1の導通度を上げる)ことにより、出力電圧VOUT(延いては帰還電圧Vfb)を引き上げることができる。逆に、Vfb>Vrefであるときには、ゲート信号G1を引き上げてトランジスタM1のオン抵抗値を上げる(=トランジスタM1の導通度を下げる)ことにより、出力電圧VOUT(延いては帰還電圧Vfb)を引き下げることができる。 For example, when Vfb <Vref, the output voltage VOUT (and thus the feedback voltage Vfb) is raised by lowering the gate signal G1 and lowering the on-resistance value of the transistor M1 (= increasing the conductivity of the transistor M1). Can be done. On the contrary, when Vfb> Vref, the output voltage VOUT (and the feedback voltage Vfb) is lowered by raising the gate signal G1 and raising the on-resistance value of the transistor M1 (= lowering the conductivity of the transistor M1). be able to.

このように、オペアンプAMPを用いた出力帰還制御により、出力電圧VOUTをその目標値(=Vref×{(R1+R2)/R2})に合わせ込むことができる。 In this way, the output voltage VOUT can be adjusted to the target value (= Vref × {(R1 + R2) / R2}) by the output feedback control using the operational amplifier AMP.

ツェナダイオードD1のカソードは、出力電圧VOUTの出力端(=外部端子T1)に接続されている。ツェナダイオードD1のアノードは、接地端に接続されている。なお、ツェナダイオードD1は、静電気放電(ESD[electro-static discharge])から外部端子T1を守るための静電保護素子として機能する。従って、ツェナダイオードD1は、外部端子T1の近傍に設けることが望ましい。 The cathode of the Zener diode D1 is connected to the output end (= external terminal T1) of the output voltage VOUT. The anode of the Zener diode D1 is connected to the ground end. The Zener diode D1 functions as an electrostatic protection element for protecting the external terminal T1 from electrostatic discharge (ESD [electro-static discharge]). Therefore, it is desirable that the Zener diode D1 is provided in the vicinity of the external terminal T1.

過電流保護回路OCPは、トランジスタM1に流れる入力電流IINが過電流保護値IOCPよりも大きくなったときにゲート信号G1を強制的に引き上げてトランジスタM1を閉じるようにオペアンプAMPを制御する。従って、過電流保護回路OCPが正しく動作している限り、入力電流IINを過電流保護値IOCP以下に制限することができる。 The overcurrent protection circuit OCP controls the operational amplifier AMP so as to forcibly pull up the gate signal G1 and close the transistor M1 when the input current IIN flowing through the transistor M1 becomes larger than the overcurrent protection value IOCP. Therefore, as long as the overcurrent protection circuit OCP is operating correctly, the input current IIN can be limited to the overcurrent protection value IOCP or less.

過熱保護回路TSDは、半導体装置100のジャンクション温度Tjが過熱保護値Ttsdよりも高くなったときにゲート信号G1を強制的に引き上げてトランジスタM1を閉じるようにオペアンプAMPを制御する。従って、過熱保護回路TSDが正しく動作している限り、半導体装置100のジャンクション温度Tjを過熱保護値Ttsd以下に制限することができる。 The superheat protection circuit TSD controls the operational amplifier AMP so as to forcibly pull up the gate signal G1 and close the transistor M1 when the junction temperature Tj of the semiconductor device 100 becomes higher than the superheat protection value Ttsd. Therefore, as long as the superheat protection circuit TSD is operating correctly, the junction temperature Tj of the semiconductor device 100 can be limited to the superheat protection value Ttsd or less.

ところで、半導体装置100には、そのデバイス構造上、本来の回路動作には組み込まれていない寄生素子(例えばnpn型バイポーラトランジスタQ0であり、以下では寄生トランジスタQ0と呼ぶ)が付随する。 By the way, the semiconductor device 100 is accompanied by a parasitic element (for example, an npn-type bipolar transistor Q0, which is hereinafter referred to as a parasitic transistor Q0) that is not incorporated in the original circuit operation due to its device structure.

本図に即して述べると、寄生トランジスタQ0は、P型半導体基板(Psub)をベースとし、ツェナダイオードD1のN型半導体領域(=カソード)をエミッタとし、内部回路のN型半導体領域(例えば、オペアンプAMPの出力段としてトランジスタM1のゲートに接続されるNチャネル型MOS電界効果トランジスタM2のドレイン)をコレクタとするように形成される。以下では、半導体装置100の模式的な縦断面を参照しながら、寄生トランジスタQ0の説明を続ける。 According to this figure, the parasitic transistor Q0 is based on a P-type semiconductor substrate (Psub), has an N-type semiconductor region (= cathode) of the Zena diode D1 as an emitter, and has an N-type semiconductor region (for example, a cathode) of an internal circuit. , The drain of the N-channel type MOS field effect transistor M2 connected to the gate of the transistor M1 as the output stage of the operational capacitor AMP) is formed as a collector. Hereinafter, the description of the parasitic transistor Q0 will be continued with reference to a schematic vertical cross section of the semiconductor device 100.

図2は、半導体装置100の縦断面を示す図である。半導体装置100のP型半導体基板101には、N型半導体ウェル102及び103が形成されている。N型半導体ウェル102には、N型半導体コンタクト104が形成されている。N型半導体ウェル103には、N型半導体コンタクト105及び106が形成されている。また、N型半導体ウェル103には、P型半導体ウェル107が形成されている。P型半導体ウェル107には、P型半導体コンタクト108が形成されている。 FIG. 2 is a diagram showing a vertical cross section of the semiconductor device 100. N-type semiconductor wells 102 and 103 are formed on the P-type semiconductor substrate 101 of the semiconductor device 100. An N-type semiconductor contact 104 is formed in the N-type semiconductor well 102. N-type semiconductor contacts 105 and 106 are formed in the N-type semiconductor well 103. Further, a P-type semiconductor well 107 is formed in the N-type semiconductor well 103. A P-type semiconductor contact 108 is formed in the P-type semiconductor well 107.

N型半導体ウェル102は、内部回路(NMOS、PMOS、npn、pnpなど)を形成するためのN型半導体領域であり、例えば、図1におけるトランジスタM2のドレインがこれに相当する。N型半導体ウェル102は、N型半導体コンタクト104を介して他の内部回路(例えば、図1におけるトランジスタM1のゲート)に接続されている。 The N-type semiconductor well 102 is an N-type semiconductor region for forming an internal circuit (NMOS, MOSFET, npn, pnp, etc.), and the drain of the transistor M2 in FIG. 1 corresponds to this. The N-type semiconductor well 102 is connected to another internal circuit (for example, the gate of the transistor M1 in FIG. 1) via the N-type semiconductor contact 104.

N型半導体ウェル103は、静電保護素子を形成するためのN型半導体領域であり、例えば、図1におけるツェナダイオードD1のカソードがこれに相当する。なお、N型半導体ウェル103は、N型半導体コンタクト105及び106を介して外部端子T1に接続されている。 The N-type semiconductor well 103 is an N-type semiconductor region for forming an electrostatic protection element, and the cathode of the Zener diode D1 in FIG. 1 corresponds to this, for example. The N-type semiconductor well 103 is connected to the external terminal T1 via the N-type semiconductor contacts 105 and 106.

P型半導体ウェル107は、静電保護素子を形成するためのP型半導体領域であり、例えば、図1におけるツェナダイオードD1のアノードがこれに相当する。なお、P型半導体ウェル107は、P型半導体コンタクト108を介して接地端に接続されている。 The P-type semiconductor well 107 is a P-type semiconductor region for forming an electrostatic protection element, and the anode of the Zener diode D1 in FIG. 1 corresponds to this, for example. The P-type semiconductor well 107 is connected to the ground end via the P-type semiconductor contact 108.

上記のデバイス構造を持つ半導体装置100において、寄生トランジスタQ0は、P型半導体基板101をベースとし、N型半導体ウェル103ないしはN型半導体コンタクト105及び106(=ツェナダイオードD1のカソード)をエミッタとし、N型半導体ウェル102ないしはN型半導体コンタクト104(=トランジスタM2のドレイン)をコレクタとするnpn型バイポーラトランジスタとして形成される。 In the semiconductor device 100 having the above device structure, the parasitic transistor Q0 is based on the P-type semiconductor substrate 101, and uses the N-type semiconductor well 103 or the N-type semiconductor contacts 105 and 106 (= cathode of the Zena diode D1) as emitters. It is formed as an npn-type bipolar transistor having an N-type semiconductor well 102 or an N-type semiconductor contact 104 (= drain of the transistor M2) as a collector.

このような寄生トランジスタQ0が付随する半導体装置100において、例えば、外部端子T1から過電流保護値IOCPよりも大きい出力電流IOUTが引き出された場合、接地端からツェナダイオードD1を介して外部端子T1に向けた順方向のダイオード電流IDi(=IOUT−IOCP)が流れる。従って、外部端子T1には、ツェナダイオードD1の順方向降下電圧Vf(D1)に相当する負電圧(=−Vf(D1))が生じる。 In the semiconductor device 100 accompanied by such a parasitic transistor Q0, for example, when an output current IOUT larger than the overcurrent protection value IOCP is drawn from the external terminal T1, the output current IOUT is drawn from the ground end to the external terminal T1 via the Zener diode D1. A directed forward diode current IDi (= IOUT-IOCP) flows. Therefore, a negative voltage (= −Vf (D1)) corresponding to the forward voltage drop Vf (D1) of the Zener diode D1 is generated at the external terminal T1.

上記負電圧の発生により、寄生トランジスタQ0のベース・エミッタ間に順方向降下電圧Vf(Q0)以上の電位差が生じると、寄生トランジスタQ0がオンしてトランジスタM2のドレイン(延いてはトランジスタM1のゲート)から電流が引き抜かれる。その結果、オペアンプAMPのゲート制御に反して、トランジスタM1が誤オンしてしまい、半導体装置100を搭載したセットの誤動作や破壊を招くおそれがある。 When a potential difference of more than the forward voltage drop Vf (Q0) occurs between the base and emitter of the parasitic transistor Q0 due to the generation of the negative voltage, the parasitic transistor Q0 is turned on and the drain of the transistor M2 (and the gate of the transistor M1) is turned on. ), The current is drawn. As a result, contrary to the gate control of the operational amplifier AMP, the transistor M1 may be erroneously turned on, which may lead to malfunction or destruction of the set on which the semiconductor device 100 is mounted.

なお、負電圧が発生し得る外部端子T1に接続されて寄生トランジスタQ0の原因となる寄生要因素子としては、静電保護素子(例えばツェナダイオードD1)以外にも、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタなどを挙げることができる。 In addition to the electrostatic protection element (for example, Zener diode D1), the parasitic factor element that is connected to the external terminal T1 where a negative voltage can be generated and causes the parasitic transistor Q0 includes an N-channel type MOS field effect transistor and the like. Can be mentioned.

以下では、外部端子T1における負電圧発生時の挙動について、図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, the behavior of the external terminal T1 when a negative voltage is generated will be specifically described with reference to the drawings.

図3は、比較例における負電圧発生時の挙動を示す図であり、上から順に、出力電圧VOUT、入力電流IIN、ダイオード電流IDi、並びに、損失電力Plossのそれぞれについて、出力電流IOUTとの相関関係が描写されている。 FIG. 3 is a diagram showing the behavior when a negative voltage is generated in the comparative example. In order from the top, each of the output voltage VOUT, the input current IIN, the diode current IDi, and the lost power Plus is correlated with the output current IOUT. The relationship is depicted.

期間(1)は、半導体装置100の正常動作期間に相当する。すなわち、期間(1)では、外部端子T1に負電圧が発生しておらず、寄生トランジスタQ0もオンしていない。また、入力電流IINが過電流保護値IOCPに達すると、それ以上電流が流れないように過電流保護回路OCPが動作する。従って、基本的に入力電流IINが過電流保護値IOCPを超えて流れることはない。なお、期間(1)では、P1=(VIN−VOUT)×IOUTで決定される損失電力Plossが発生する。 The period (1) corresponds to the normal operation period of the semiconductor device 100. That is, in the period (1), no negative voltage is generated in the external terminal T1 and the parasitic transistor Q0 is not turned on. Further, when the input current IIN reaches the overcurrent protection value IOCP, the overcurrent protection circuit OCP operates so that no more current flows. Therefore, basically, the input current IIN does not flow beyond the overcurrent protection value IOCP. In the period (1), the lost power Plus determined by P1 = (VIN-VOUT) × IOUT is generated.

期間(2)は、過電流保護回路OCPによる電流制限期間に相当する。外部端子T1にインダクタンス成分が存在する場合や強制的な負荷試験が行われる場合には、外部端子T1から過電流保護値IOCPよりも大きい出力電流IOUTが引き出されることがある。このとき、入力電流IINは、過電流保護値IOCPに制限されるので、不足分の電流がダイオード電流IDiとして流れる。その結果、外部端子T1には、ツェナダイオードD1の順方向降下電圧Vf(D1)に相当する負電圧(=−Vf(D1))が生じる。ただし、期間(2)では、未だVf(D1)<Vf(Q0)であり、寄生トランジスタQ0がオンしない。従って、期間(2)では、P2=(VIN+Vf(D1))×IOCP+Vf(D1)×(IOUT−IOCP)で決定される損失電力Plossが発生する。 The period (2) corresponds to the current limiting period by the overcurrent protection circuit OCP. When an inductance component is present in the external terminal T1 or a forced load test is performed, an output current IOUT larger than the overcurrent protection value IOCP may be drawn from the external terminal T1. At this time, since the input current IIN is limited to the overcurrent protection value IOCP, the insufficient current flows as the diode current IDi. As a result, a negative voltage (= −Vf (D1)) corresponding to the forward voltage drop Vf (D1) of the Zener diode D1 is generated at the external terminal T1. However, in the period (2), Vf (D1) <Vf (Q0) is still satisfied, and the parasitic transistor Q0 does not turn on. Therefore, in the period (2), the power loss loss determined by P2 = (VIN + Vf (D1)) × IOCP + Vf (D1) × (IOUT-IOCP) is generated.

なお、期間(2)の長さは、半導体装置100のレイアウトや内部回路、インピーダンス等によって決定される。負電圧の発生直後に寄生素子(例えば寄生トランジスタQ0)が内部回路を誤動作させる場合もあれば、寄生素子による誤作動が生じない場合もある。 The length of the period (2) is determined by the layout of the semiconductor device 100, the internal circuit, the impedance, and the like. The parasitic element (for example, the parasitic transistor Q0) may cause the internal circuit to malfunction immediately after the generation of the negative voltage, or the parasitic element may not cause the malfunction.

期間(3)は、寄生素子による誤動作期間に相当する。負電圧(=−Vf(D1))の発生により、寄生トランジスタQ0のベース・エミッタ間に順方向降下電圧Vf(Q0)以上の電位差が生じて寄生トランジスタQ0がオンすると、内部回路が誤動作する。 The period (3) corresponds to a malfunction period due to the parasitic element. When a negative voltage (= −Vf (D1)) is generated, a potential difference of more than the forward voltage drop Vf (Q0) occurs between the base and emitter of the parasitic transistor Q0 and the parasitic transistor Q0 is turned on, the internal circuit malfunctions.

例えば、先出の図1で示したように、オペアンプAMPの出力段を形成するトランジスタM2のドレインが寄生トランジスタQ0のコレクタになった場合を考える。この場合、過電流保護回路OCP(または過熱保護回路TSD)がトランジスタM1のゲートに流し込んでいるオフ電流(例えばμAオーダー)よりも遥かに大きいコレクタ電流(例えばmAオーダー)がトランジスタM1のゲートから寄生トランジスタQ0に引き抜かれ得る。 For example, consider the case where the drain of the transistor M2 forming the output stage of the operational amplifier AMP becomes the collector of the parasitic transistor Q0, as shown in FIG. 1 above. In this case, a collector current (for example, mA order) that is much larger than the off current (for example, μA order) that the overcurrent protection circuit OCP (or overheat protection circuit TSD) is flowing into the gate of the transistor M1 is parasitic from the gate of the transistor M1. It can be pulled out by transistor Q0.

このような状況に陥ると、過電流保護回路OCPがゲート信号G1をハイレベルに維持できなくなり、トランジスタM1が誤オンしてしまう。その結果、入力電流IIN(延いては出力電流IOUT)が過電流保護値IOCPを超えて増大し、半導体装置100やこれを搭載したセットの破壊を招くおそれがある。 In such a situation, the overcurrent protection circuit OCP cannot maintain the gate signal G1 at a high level, and the transistor M1 is erroneously turned on. As a result, the input current IIN (and thus the output current IOUT) increases beyond the overcurrent protection value IOCP, which may lead to the destruction of the semiconductor device 100 and the set on which the semiconductor device 100 is mounted.

なお、期間(3)では、P3=(VIN+Vf(D1))×(IOUT−Idi)+Vf(D1)×IDiで決定される損失電力Plossが発生する。すなわち、入力電圧VINが高いほど損失電力Plossが大きくなり、延いては、半導体装置100やこれを搭載したセットが破壊に至る可能性も高まる。 In the period (3), the power loss loss determined by P3 = (VIN + Vf (D1)) × (IOUT-Idi) + Vf (D1) × IDi is generated. That is, the higher the input voltage VIN, the larger the power loss loss, and the higher the possibility that the semiconductor device 100 and the set on which the semiconductor device 100 is mounted will be destroyed.

以下では、上記の不具合を解消することのできる種々の実施形態について説明する。 Hereinafter, various embodiments that can solve the above-mentioned problems will be described.

<半導体装置(第1実施形態)>
図4は、半導体装置の第1実施形態を示す図である。本実施形態の半導体装置31は、先出の比較例(図1)を基本としつつ、オペアンプAMPを形成する素子の配置レイアウトに工夫が凝らされている。
<Semiconductor device (first embodiment)>
FIG. 4 is a diagram showing a first embodiment of the semiconductor device. The semiconductor device 31 of the present embodiment is based on the above-mentioned comparative example (FIG. 1), and the layout of the elements forming the operational amplifier AMP has been devised.

オペアンプAMPを形成する素子は、オン関連素子Gon(=第1素子に相当)とオフ関連素子Goff(=第2素子に相当)に大別することができる。 The elements forming the operational amplifier AMP can be roughly classified into an on-related element Gon (= corresponding to the first element) and an off-related element Goff (= corresponding to the second element).

オン関連素子Gonは、外部端子T1に負電圧が発生したときにトランジスタM1をオンするように動作する寄生素子が自身とツェナダイオードD1のカソードとの間に付随する素子(NMOS、PMOS、npn、pnpなど)であり、例えば、図1のトランジスタM2がこれに相当する。 The on-related element Gon is an element (NMOS, MOSFET, npn,) in which a parasitic element that operates to turn on the transistor M1 when a negative voltage is generated in the external terminal T1 is attached between itself and the cathode of the Zener diode D1. pnp, etc.), for example, the transistor M2 in FIG. 1 corresponds to this.

従って、外部端子T1に負電圧が発生したときに、オン関連素子Gonに付随する寄生素子が電流を引いてしまうと、トランジスタM1がオンするようにオペアンプAMPが誤動作するので、半導体装置31やこれを搭載したセットの破壊を招くおそれがある。 Therefore, when a negative voltage is generated in the external terminal T1, if the parasitic element attached to the on-related element Gon draws a current, the operational amplifier AMP malfunctions so that the transistor M1 turns on, so that the semiconductor device 31 and this There is a risk of destroying the set equipped with.

一方、オフ関連素子Goffは、外部端子T1に負電圧が発生したときにトランジスタM1をオフするように動作する寄生素子(本図の寄生トランジスタQ0を参照)が自身とツェナダイオードD1のカソードとの間に付随する素子(NMOS、PMOS、npn、pnpなど)である。 On the other hand, in the off-related element Goff, a parasitic element (see the parasitic transistor Q0 in this figure) that operates to turn off the transistor M1 when a negative voltage is generated in the external terminal T1 is formed between itself and the cathode of the Zener diode D1. Elements that accompany it (NMOS, MOSFET, npn, pnp, etc.).

従って、外部端子T1に負電圧が発生したときに、オフ関連素子Goffに付随する寄生素子が電流を引き込むと、トランジスタM1がオフするようにオペアンプAMPの誤動作(=半導体装置31の機能安全に寄与するフェイルセーフ動作)が生じるので、半導体装置31やこれを搭載したセットの破壊を招くおそれはない。 Therefore, when a negative voltage is generated in the external terminal T1, if a parasitic element attached to the off-related element Goff draws a current, the operational amplifier AMP malfunctions so that the transistor M1 turns off (= contributes to the functional safety of the semiconductor device 31). Since the fail-safe operation) occurs, there is no risk of damaging the semiconductor device 31 or the set on which the semiconductor device 31 is mounted.

なお、寄生素子に流れる電流は、基本的に、エミッタ相当のN型半導体領域とコレクタ相当のN型半導体領域との相互間距離に依存する。 The current flowing through the parasitic element basically depends on the mutual distance between the N-type semiconductor region corresponding to the emitter and the N-type semiconductor region corresponding to the collector.

例えば、本図の寄生トランジスタQ0は、P型半導体基板上の様々な場所に形成されたN型半導体領域をコレクタとして電流を引き込み得るが、実際には、寄生トランジスタQ0のエミッタ(=ツェナダイオードD1のカソード)から見て、より近いN型半導体領域から順に、より早く、かつ、より大きな電流を引き込むことになる。 For example, the parasitic transistor Q0 in this figure can draw a current by using the N-type semiconductor region formed at various places on the P-type semiconductor substrate as a collector, but in reality, the emitter of the parasitic transistor Q0 (= Zena diode D1) From the viewpoint of the cathode of the N-type semiconductor region, the current is drawn in faster and larger in order from the N-type semiconductor region.

上記の知見に鑑み、オフ関連素子Goffの少なくとも一つは、オン関連素子GonよりもツェナダイオードD1のカソードの近くに形成されている。言い換えれば、ツェナダイオードD1とオフ関連素子Goffとの距離は、ツェナダイオードD1とオン関連素子Gonとの距離よりも短い。このような配置レイアウトを採用すれば、外部端子T1に負電圧が発生して寄生トランジスタQ0が動作しても、トランジスタM1がオフするようにオペアンプAMPの誤動作(フェイルセーフ動作)が生じるので、半導体装置31やこれを搭載したセットの破壊を招かずに済む。 In view of the above findings, at least one of the off-related elements Goff is formed closer to the cathode of the Zener diode D1 than the on-related element Gon. In other words, the distance between the Zener diode D1 and the off-related element Goff is shorter than the distance between the Zener diode D1 and the on-related element Gon. If such an arrangement layout is adopted, even if a negative voltage is generated at the external terminal T1 and the parasitic transistor Q0 operates, the operational amplifier AMP malfunctions (fail-safe operation) so that the transistor M1 turns off. It is not necessary to cause the destruction of the device 31 and the set on which the device 31 is mounted.

以下では、半導体装置31の模式的な平面レイアウト及び縦断面を参照しながら、オン関連素子Gon及びオフ関連素子Goffの説明を続ける。 In the following, the description of the on-related element Gon and the off-related element Goff will be continued with reference to the schematic planar layout and vertical cross section of the semiconductor device 31.

図5は、半導体装置31の平面レイアウト(上段)と縦断面(下段)を示す図である。本図で示したように、半導体装置31のP型半導体基板300には、複数の素子形成領域(本図では、素子形成領域310、320及び330の3つを例示)が形成されている。 FIG. 5 is a diagram showing a planar layout (upper row) and a vertical cross section (lower row) of the semiconductor device 31. As shown in this figure, a plurality of element forming regions (in this figure, three element forming regions 310, 320, and 330 are exemplified) are formed in the P-type semiconductor substrate 300 of the semiconductor device 31.

素子形成領域310は、静電保護素子(例えばツェナダイオードD1)の形成領域に相当する。素子形成領域310において、P型半導体基板300には、N型半導体ウェル311が形成されている。N型半導体ウェル311には、N型半導体コンタクト312及び313が形成されている。また、N型半導体ウェル311には、P型半導体ウェル314が形成されている。P型半導体ウェル314には、P型半導体コンタクト315が形成されている。 The element forming region 310 corresponds to the forming region of the electrostatic protection element (for example, the Zener diode D1). In the element forming region 310, an N-type semiconductor well 311 is formed on the P-type semiconductor substrate 300. N-type semiconductor contacts 312 and 313 are formed in the N-type semiconductor well 311. Further, a P-type semiconductor well 314 is formed in the N-type semiconductor well 311. A P-type semiconductor contact 315 is formed in the P-type semiconductor well 314.

なお、N型半導体ウェル311は、ツェナダイオードD1のカソード(C)に相当し、N型半導体コンタクト312及び313を介して外部端子T1に接続されている。一方、P型半導体ウェル314は、ツェナダイオードD1のアノード(A)に相当し、P型半導体コンタクト315を介して接地端に接続されている。 The N-type semiconductor well 311 corresponds to the cathode (C) of the Zener diode D1 and is connected to the external terminal T1 via the N-type semiconductor contacts 312 and 313. On the other hand, the P-type semiconductor well 314 corresponds to the anode (A) of the Zener diode D1 and is connected to the ground end via the P-type semiconductor contact 315.

素子形成領域320は、オン関連素子Gon(例えばNMOSFET)の形成領域に相当する。素子形成領域320において、P型半導体基板300には、P型半導体ウェル321が形成されている。P型半導体ウェル321には、P型半導体コンタクト322が形成されている。また、P型半導体ウェル321には、N型半導体領域323及び324が形成されている。 The element forming region 320 corresponds to the forming region of the on-related element Gon (for example, NMOSFET). In the element forming region 320, the P-type semiconductor well 321 is formed on the P-type semiconductor substrate 300. A P-type semiconductor contact 322 is formed in the P-type semiconductor well 321. Further, N-type semiconductor regions 323 and 324 are formed in the P-type semiconductor well 321.

なお、N型半導体領域323及び324は、オン関連素子Gonのソース(S)及びドレイン(D)に相当し、相互間のチャネル領域上には、絶縁層を挟んでゲート(G)が形成されている。一方、P型半導体ウェル321及びP型半導体コンタクト322は、オン関連素子Gonのバックゲート(BG)に相当する。 The N-type semiconductor regions 323 and 324 correspond to the source (S) and drain (D) of the on-related element Gon, and a gate (G) is formed on the channel region between them with an insulating layer interposed therebetween. ing. On the other hand, the P-type semiconductor well 321 and the P-type semiconductor contact 322 correspond to the back gate (BG) of the on-related element Gon.

素子形成領域330は、オフ関連素子Goff(例えばNMOSFET)の形成領域に相当する。なお、素子形成領域330は、本図で示したように、素子形成領域320よりも素子形成領域310に近い位置(例えば、素子形成領域310と素子形成領域320との間)に配置されている。言い換えると、素子形成領域310と素子形成領域330との距離dxは、素子形成領域310と素子形成領域320との距離dyよりも短い。 The element forming region 330 corresponds to the forming region of the off-related element Goff (for example, NMOSFET). As shown in this figure, the element forming region 330 is arranged at a position closer to the element forming region 310 than the element forming region 320 (for example, between the element forming region 310 and the element forming region 320). .. In other words, the distance dx between the element forming region 310 and the element forming region 330 is shorter than the distance dy between the element forming region 310 and the element forming region 320.

素子形成領域330において、P型半導体基板300には、P型半導体ウェル331が形成されている。P型半導体ウェル331には、P型半導体コンタクト332が形成されている。また、P型半導体ウェル331には、N型半導体領域333及び334が形成されている。 In the element forming region 330, the P-type semiconductor well 331 is formed on the P-type semiconductor substrate 300. A P-type semiconductor contact 332 is formed in the P-type semiconductor well 331. Further, N-type semiconductor regions 333 and 334 are formed in the P-type semiconductor well 331.

なお、N型半導体領域333及び334は、オフ関連素子Goffのソース(S)及びドレイン(D)に相当し、相互間のチャネル領域上には、絶縁層を挟んでゲート(G)が形成されている。一方、P型半導体ウェル331及びP型半導体コンタクト332は、オフ関連素子Goffのバックゲート(BG)に相当する。 The N-type semiconductor regions 333 and 334 correspond to the source (S) and drain (D) of the off-related element Goff, and a gate (G) is formed on the channel region between them with an insulating layer interposed therebetween. ing. On the other hand, the P-type semiconductor well 331 and the P-type semiconductor contact 332 correspond to the back gate (BG) of the off-related element Goff.

上記のデバイス構造を持つ半導体装置31において、寄生トランジスタQ0は、例えばP型半導体基板300をベースとし、N型半導体ウェル311並びにN型半導体コンタクト312及び313(=ツェナダイオードD1のカソード)をエミッタとし、これに最も近いN型半導体領域334(=オフ関連素子Goffのドレイン)をコレクタとするnpn型バイポーラトランジスタとして形成される。 In the semiconductor device 31 having the above device structure, the parasitic transistor Q0 is based on, for example, the P-type semiconductor substrate 300, and uses the N-type semiconductor well 311 and the N-type semiconductor contacts 312 and 313 (= cathode of the Zena diode D1) as emitters. , N-type semiconductor region 334 closest to this (= drain of off-related element Goff) is formed as an npn-type bipolar transistor as a collector.

このような寄生トランジスタQ0が付随する半導体装置31において、例えば、外部端子T1から過電流保護値IOCPよりも大きい出力電流IOUTが引き出された場合、接地端からツェナダイオードD1を介して外部端子T1に向けた順方向のダイオード電流IDi(=IOUT−IOCP)が流れる。従って、外部端子T1には、ツェナダイオードD1の順方向降下電圧Vf(D1)に相当する負電圧(=−Vf(D1))が生じる。 In the semiconductor device 31 accompanied by such a parasitic transistor Q0, for example, when an output current IOUT larger than the overcurrent protection value IOCP is drawn from the external terminal T1, the output current IOUT is drawn from the ground end to the external terminal T1 via the Zener diode D1. A directed forward diode current IDi (= IOUT-IOCP) flows. Therefore, a negative voltage (= −Vf (D1)) corresponding to the forward voltage drop Vf (D1) of the Zener diode D1 is generated at the external terminal T1.

上記負電圧の発生により、寄生トランジスタQ0のベース・エミッタ間に順方向降下電圧Vf(Q0)以上の電位差が生じると、寄生トランジスタQ0がオンする。このとき、寄生トランジスタQ0は、エミッタとなるN型半導体領域(=N型半導体ウェル311並びにN型半導体コンタクト312及び313)から見て、より近くに存在するN型半導体領域をコレクタとして電流を引き始める。 When the generation of the negative voltage causes a potential difference of the forward voltage drop Vf (Q0) or more between the base and the emitter of the parasitic transistor Q0, the parasitic transistor Q0 is turned on. At this time, the parasitic transistor Q0 draws a current by using the N-type semiconductor region existing closer to the emitter as a collector when viewed from the N-type semiconductor region (= N-type semiconductor well 311 and N-type semiconductor contacts 312 and 313). start.

本図に即して述べると、寄生トランジスタQ0は、オン関連素子Gonのドレイン(=N型半導体領域324)から電流を引き始めるよりも先に、オフ関連素子Goffのドレイン(=N型半導体領域334)から電流を引き始める。その結果、オペアンプAMPのフェイルセーフ動作により、トランジスタM1がオフする。以下では、このような負電圧発生時の挙動について、図面を参照しながら具体的に説明する。 According to this figure, the parasitic transistor Q0 has a drain (= N-type semiconductor region) of the off-related element Goff before starting to draw a current from the drain (= N-type semiconductor region 324) of the on-related element Gon. Start drawing current from 334). As a result, the transistor M1 is turned off by the fail-safe operation of the operational amplifier AMP. Hereinafter, the behavior when such a negative voltage is generated will be specifically described with reference to the drawings.

図6は、第1実施形態における負電圧発生時の挙動を示す図であり、先の図3と同様、上から順に、出力電圧VOUT、入力電流IIN、ダイオード電流IDi、並びに、損失電力Plossのそれぞれについて、出力電流IOUTとの相関関係が描写されている。 FIG. 6 is a diagram showing the behavior when a negative voltage is generated in the first embodiment, and as in FIG. 3 above, the output voltage VOUT, the input current IIN, the diode current IDi, and the lost power Pass are arranged in this order from the top. For each, the correlation with the output current IOUT is depicted.

期間(1)は、半導体装置31の正常動作期間に相当する。つまり、期間(1)では、外部端子T1に負電圧が発生しておらず、寄生トランジスタQ0もオンしていないので、オペアンプAMPによるトランジスタM1の駆動制御が通常通りに行われる。なお、期間(1)では、P1=(VIN−VOUT)×IOUTで決定される損失電力Plossが発生する。このように、半導体装置31の正常動作期間については、先出の比較例(図3を参照)と何ら変わりがない。 The period (1) corresponds to the normal operation period of the semiconductor device 31. That is, in the period (1), since no negative voltage is generated in the external terminal T1 and the parasitic transistor Q0 is not turned on, the drive control of the transistor M1 by the operational amplifier AMP is performed as usual. In the period (1), the lost power Plus determined by P1 = (VIN-VOUT) × IOUT is generated. As described above, the normal operation period of the semiconductor device 31 is no different from that of the above-mentioned comparative example (see FIG. 3).

期間(2)は、過電流保護回路OCPによる電流制限期間に相当する。先述のように、外部端子T1にインダクタンス成分が存在する場合や強制的な負荷試験が行われる場合には、外部端子T1から過電流保護値IOCPよりも大きい出力電流IOUTが引き出されることがある。このとき、入力電流IINは、過電流保護値IOCPに制限されるので、不足分の電流がダイオード電流IDiとして流れる。その結果、外部端子T1には、ツェナダイオードD1の順方向降下電圧Vf(D1)に相当する負電圧(=−Vf(D1))が生じる。ただし、期間(2)では、未だVf(D1)<Vf(Q0)であり、寄生トランジスタQ0がオンしない。従って、期間(2)では、P2=(VIN+Vf(D1))×IOCP+Vf(D1)×(IOUT−IOCP)で決定される損失電力Plossが発生する。 The period (2) corresponds to the current limiting period by the overcurrent protection circuit OCP. As described above, when an inductance component is present in the external terminal T1 or when a forced load test is performed, an output current IOUT larger than the overcurrent protection value IOCP may be drawn from the external terminal T1. At this time, since the input current IIN is limited to the overcurrent protection value IOCP, the insufficient current flows as the diode current IDi. As a result, a negative voltage (= −Vf (D1)) corresponding to the forward voltage drop Vf (D1) of the Zener diode D1 is generated at the external terminal T1. However, in the period (2), Vf (D1) <Vf (Q0) is still satisfied, and the parasitic transistor Q0 does not turn on. Therefore, in the period (2), the power loss loss determined by P2 = (VIN + Vf (D1)) × IOCP + Vf (D1) × (IOUT-IOCP) is generated.

このように、過電流保護回路OCPによる電流制限期間についても、先出の比較例(図3)と基本的には変わりがない。ただし、寄生トランジスタQ0がオフ関連素子Goffのドレインから電流を引き始めるタイミングは、同じく寄生トランジスタQ0がオン関連素子Gon(例えばトランジスタM2)のドレインから電流を引き始めるタイミングよりも早くなる。従って、期間(2)の長さは、先の比較例(図3を参照)よりも短くなる。 As described above, the current limiting period by the overcurrent protection circuit OCP is basically the same as that of the above-mentioned comparative example (FIG. 3). However, the timing at which the parasitic transistor Q0 starts drawing a current from the drain of the off-related element Goff is earlier than the timing at which the parasitic transistor Q0 starts drawing a current from the drain of the on-related element Gon (for example, the transistor M2). Therefore, the length of the period (2) is shorter than that of the previous comparative example (see FIG. 3).

期間(3)は、寄生動作による出力オフ期間に相当する。ダイオード電流IDiの増大に伴って出力電圧OUTがさらに負に低下していき、寄生トランジスタQ0のベース・エミッタ間に順方向降下電圧Vf(Q0)以上の電位差が生じると、寄生トランジスタQ0がオフ関連素子Goffのドレインから電流を引き始める。その結果、オペアンプAMPのフェイルセーフ動作により、トランジスタM1がオフするので、入力電流IINが遮断された状態となる。 The period (3) corresponds to the output off period due to the parasitic operation. When the output voltage OUT further decreases negatively as the diode current IDi increases and a potential difference of the forward voltage drop voltage Vf (Q0) or more occurs between the base and emitter of the parasitic transistor Q0, the parasitic transistor Q0 is off-related. Start drawing current from the drain of the element Goff. As a result, the transistor M1 is turned off by the fail-safe operation of the operational amplifier AMP, so that the input current IIN is cut off.

なお、期間(3)では、外部端子T1から引き出される出力電流IOUTが全てダイオード電流IDiにより賄われるので、先の比較例(図3)と異なり、P3=Vf(D1)×IOUTで決定される損失電力Plossしか発生しなくなる。言い換えると、損失電力Plossが入力電圧VINに依存しなくなる。 In the period (3), since the output current IOUT drawn from the external terminal T1 is entirely covered by the diode current IDi, it is determined by P3 = Vf (D1) × IOUT, unlike the previous comparative example (FIG. 3). Only the lost power Pass is generated. In other words, the lost power Pass does not depend on the input voltage VIN.

従って、入力電圧VINが高い場合でも、ツェナダイオードD1の順方向降下電圧Vf(D1)が低いので、損失電力Plossを小さく抑えることが可能となり、延いては、半導体装置31やこれを搭載したセットの破壊を未然に防止することが可能となる。 Therefore, even when the input voltage VIN is high, the forward voltage drop Vf (D1) of the Zener diode D1 is low, so that the power loss loss can be suppressed to a small value, and the semiconductor device 31 or a set equipped with the semiconductor device 31 can be suppressed. It is possible to prevent the destruction of the diode.

<半導体装置(第2実施形態)>
図7は、半導体装置の第2実施形態(上段:平面レイアウト、下段:縦断面)を示す図である。本実施形態の半導体装置32は、先の第1実施形態(図4及び図5)を基本としつつ、オン関連素子Gonをフローティング構造としている。
<Semiconductor device (second embodiment)>
FIG. 7 is a diagram showing a second embodiment of the semiconductor device (upper row: planar layout, lower row: vertical cross section). The semiconductor device 32 of the present embodiment is based on the first embodiment (FIGS. 4 and 5), and has an on-related element Gon having a floating structure.

具体的に述べると、オン関連素子Gonが形成される素子形成領域320において、P型半導体基板300には、先出のP型半導体ウェル321を内包するように、N型半導体ウェル325(=素子分離領域に相当)が形成されている。なお、N型半導体ウェル325は、N型半導体コンタクト326を介して、低インピーダンスノード(例えば電源)に接続されている。すなわち、オン関連素子Gonは、低インピーダンスノードに接続された素子分離領域で囲まれている。 Specifically, in the element forming region 320 in which the on-related element Gon is formed, the N-type semiconductor well 325 (= element) so as to include the P-type semiconductor well 321 described above in the P-type semiconductor substrate 300. (Corresponding to the separation region) is formed. The N-type semiconductor well 325 is connected to a low impedance node (for example, a power supply) via an N-type semiconductor contact 326. That is, the on-related element Gon is surrounded by an element separation region connected to the low impedance node.

このようなデバイス構造を採用することにより、寄生トランジスタQ0は、オン関連素子Gonのドレインよりも低インピーダンスノードから優先的に電流を引くようになる。従って、トランジスタM1の誤オンをより確実に防止することができるので、半導体装置32やこれを搭載したセットの安全性を高めることが可能となる。 By adopting such a device structure, the parasitic transistor Q0 draws current preferentially from the low impedance node over the drain of the on-related element Gon. Therefore, since it is possible to more reliably prevent the transistor M1 from being erroneously turned on, it is possible to improve the safety of the semiconductor device 32 and the set on which the transistor M1 is mounted.

なお、第2実施形態における負電圧発生時の挙動は、第1実施形態(図6)と全く同様であるため、重複した説明を割愛する。 Since the behavior when a negative voltage is generated in the second embodiment is exactly the same as that in the first embodiment (FIG. 6), a duplicate description is omitted.

図8は、第2実施形態における平面レイアウトの一変形例を示す図である。本図で示すように、例えば、ツェナダイオードD1から見て複数の方向にオン関連素子Gon1及びGon2が分散して配置されている場合を考える。このような場合には、ツェナダイオードD1とオン関連素子Gon1との間、及び、ツェナダイオードD1とオン関連素子Gon2との間に、それぞれ、オフ関連素子Goff1及びGoff2を形成するとよい。 FIG. 8 is a diagram showing a modified example of the plane layout in the second embodiment. As shown in this figure, for example, consider a case where the on-related elements Gon1 and Gon2 are dispersedly arranged in a plurality of directions when viewed from the Zener diode D1. In such a case, the off-related elements Goff1 and Goff2 may be formed between the Zener diode D1 and the on-related element Gon1 and between the Zener diode D1 and the on-related element Gon2, respectively.

その結果、ツェナダイオードD1とオフ関連素子Goff1との距離dx1、及び、ツェナダイオードD1とオフ関連素子Goff2との距離dx2は、それぞれ、ツェナダイオードD1とオン関連素子Gon1との距離dy1、及び、ツェナダイオードD1とオン関連素子Gon2との距離dy2よりも短くなる。 As a result, the distance dx1 between the Zener diode D1 and the off-related element Goff1 and the distance dx2 between the Zener diode D1 and the off-related element Goff2 are the distance dy1 between the Zener diode D1 and the on-related element Gon1 and the Zener, respectively. The distance between the diode D1 and the on-related element Gon2 is shorter than the distance dy2.

また、オン関連素子Gon1及びGon2は、先にも述べたように、それぞれ、低インピーダンスノード(例えば電源に繋がる外部端子T2)に接続された素子分離領域(N型半導体領域)で取り囲むことによりフローティング構造としておけばよい。 Further, as described above, the on-related elements Gon1 and Gon2 are each floating by being surrounded by an element separation region (N-type semiconductor region) connected to a low impedance node (for example, an external terminal T2 connected to a power supply). It should be set as a structure.

このようなデバイス構造を採用することにより、外部端子T1に負電圧が発生したときには、ツェナダイオードD1のカソードとオフ関連素子Goff1及びGoff2それぞれのドレインとの間に付随する寄生素子が最先にオンするので、トランジスタM1の誤オンをより確実に防止することが可能となる。 By adopting such a device structure, when a negative voltage is generated in the external terminal T1, the parasitic element attached between the cathode of the Zener diode D1 and the drains of the off-related elements Goff1 and Goff2 is turned on first. Therefore, it is possible to more reliably prevent the transistor M1 from being erroneously turned on.

<半導体装置(第3実施形態)>
図9は、半導体装置の第3実施形態(上段:平面レイアウト、下段:縦断面)を示す図である。本実施形態の半導体装置33は、先出の第1実施形態(図4)ないしは第2実施形態(図7)を基本としつつ、オフ関連素子Goffに付随する寄生素子が動作したときに、異常保護回路(例えば過熱保護回路TSD)を介してトランジスタM1を強制的にオフする構成とされている。この場合、オフ関連素子Goffは、オペアンプAMPの構成要素ではなく、異常保護回路の構成要素として理解すればよい。
<Semiconductor device (third embodiment)>
FIG. 9 is a diagram showing a third embodiment of the semiconductor device (upper row: planar layout, lower row: vertical cross section). The semiconductor device 33 of the present embodiment is based on the first embodiment (FIG. 4) or the second embodiment (FIG. 7) described above, and is abnormal when the parasitic element associated with the off-related element Goff operates. The transistor M1 is forcibly turned off via a protection circuit (for example, an overheat protection circuit TSD). In this case, the off-related element Goff may be understood as a component of the abnormality protection circuit, not as a component of the operational amplifier AMP.

例えば、オフ関連素子Goff(本図ではnpn型バイポーラトランジスタ)が形成される素子形成領域330において、P型半導体基板300には、N型半導体ウェル335が形成されている。N型半導体ウェル335には、N型半導体コンタクト336が形成されている。また、N型半導体ウェル335には、P型半導体ウェル337が形成されている。P型半導体ウェル337には、P型半導体コンタクト338とN型半導体領域339が形成されている。 For example, in the element forming region 330 in which the off-related element Goff (npn-type bipolar transistor in this figure) is formed, the N-type semiconductor well 335 is formed on the P-type semiconductor substrate 300. An N-type semiconductor contact 336 is formed in the N-type semiconductor well 335. Further, a P-type semiconductor well 337 is formed in the N-type semiconductor well 335. A P-type semiconductor contact 338 and an N-type semiconductor region 339 are formed in the P-type semiconductor well 337.

なお、N型半導体ウェル335及びN型半導体コンタクト336は、オフ関連素子Goffのコレクタ(C)に相当し、例えば、過熱保護回路TSDに接続されている。一方、P型半導体ウェル337及びP型半導体コンタクト338は、オフ関連素子Goffのベース(B)に相当する。また、N型半導体領域339は、オフ関連素子Goffのエミッタ(E)に相当する。 The N-type semiconductor well 335 and the N-type semiconductor contact 336 correspond to the collector (C) of the off-related element Goff, and are connected to, for example, the overheat protection circuit TSD. On the other hand, the P-type semiconductor well 337 and the P-type semiconductor contact 338 correspond to the base (B) of the off-related element Goff. Further, the N-type semiconductor region 339 corresponds to the emitter (E) of the off-related element Goff.

上記のデバイス構造を持つ半導体装置33において、寄生トランジスタQ0は、P型半導体基板300をベースとし、N型半導体ウェル311並びにN型半導体コンタクト312及び313(=ツェナダイオードD1のカソード)をエミッタとし、N型半導体ウェル335ないしはN型半導体コンタクト336(=オフ関連素子Goffのコレクタ)をコレクタとするnpn型バイポーラトランジスタとして形成される。 In the semiconductor device 33 having the above device structure, the parasitic transistor Q0 is based on the P-type semiconductor substrate 300, and uses the N-type semiconductor well 311 and the N-type semiconductor contacts 312 and 313 (= cathode of the Zena diode D1) as emitters. It is formed as an npn-type bipolar transistor having an N-type semiconductor well 335 or an N-type semiconductor contact 336 (= collector of the off-related element Goff) as a collector.

なお、過熱保護回路TSDは、半導体装置33のジャンクション温度Tjが過熱保護値Ttsdよりも高くなったときだけでなく、オフ関連素子Goffに付随する寄生トランジスタQ0が動作したときにもトランジスタM1を強制的にオフする機能を備えている。 The superheat protection circuit TSD forces the transistor M1 not only when the junction temperature Tj of the semiconductor device 33 becomes higher than the superheat protection value Ttsd, but also when the parasitic transistor Q0 associated with the off-related element Goff operates. It has a function to turn off the target.

このように、ツェナダイオードD1の近傍に配置すべきオフ関連素子Goffは、必ずしもオペアンプAMPの構成要素である必要はなく、例えば、異常保護回路の構成要素としてもよい。 As described above, the off-related element Goff to be arranged in the vicinity of the Zener diode D1 does not necessarily have to be a component of the operational amplifier AMP, and may be, for example, a component of the abnormality protection circuit.

また、トランジスタM1を強制的にオフする異常保護回路は、過熱保護回路TSDに限定されるものではなく、過電流保護回路OCPや過電圧保護回路OVPであっても構わない。すなわち、自らが監視対象の異常を検出したときだけでなく、寄生トランジスタQ0がオンしたときにも、トランジスタM1を強制的にオフする機能を備えた異常保護回路でありさえすれば、本来の監視対象は不問である。 Further, the abnormality protection circuit for forcibly turning off the transistor M1 is not limited to the overheat protection circuit TSD, and may be an overcurrent protection circuit OCP or an overvoltage protection circuit OVP. That is, the original monitoring is performed as long as the abnormality protection circuit has a function of forcibly turning off the transistor M1 not only when the abnormality to be monitored is detected by itself but also when the parasitic transistor Q0 is turned on. The target is unquestioned.

なお、第3実施形態における負電圧発生時の挙動は、第1実施形態(図6)と全く同様であるため、重複した説明を割愛する。 Since the behavior when a negative voltage is generated in the third embodiment is exactly the same as that in the first embodiment (FIG. 6), a duplicate description is omitted.

<半導体装置(第4実施形態)>
図10は、半導体装置の第4実施形態を示す図である。本実施形態の半導体装置34では、先の第1実施形態(図4)ないしは第2実施形態(図7)を基本としつつ、オペアンプAMPの回路構成例が具体的に明示されている。
<Semiconductor device (fourth embodiment)>
FIG. 10 is a diagram showing a fourth embodiment of the semiconductor device. In the semiconductor device 34 of the present embodiment, a circuit configuration example of the operational amplifier AMP is specifically specified while being based on the first embodiment (FIG. 4) or the second embodiment (FIG. 7).

本図に即して述べると、オペアンプAMPは、電流源CS1及びCS2と、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタM11〜M16(=第1PMOSFET〜第6PMOSFETに相当)と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM21〜M25(=第1NMOSFET〜第5NMOSFETに相当)と、抵抗R4と、を含む。 According to this figure, the operational amplifier AMP includes current sources CS1 and CS2, P-channel type MOS field effect transistors M11 to M16 (= corresponding to the first PMOSFET to the sixth PMOSFET), and an N-channel type MOS field effect transistor M21. ~ M25 (= corresponding to the first NMOSFET to the fifth NMOSFET) and the resistor R4 are included.

トランジスタM11及びM12それぞれのソースは、いずれも電流源CS1に接続されている。トランジスタM11のゲートは、オペアンプAMPの反転入力端(−)として、参照電圧Vrefの入力端(=第1入力端に相当)に接続されている。トランジスタM12のゲートは、オペアンプAMPの非反転入力端(+)として、帰還電圧Vfbの入力端(=第2入力端に相当)に接続されている。 The sources of the transistors M11 and M12 are both connected to the current source CS1. The gate of the transistor M11 is connected to the input end (= corresponding to the first input end) of the reference voltage Vref as the inverting input end (−) of the operational amplifier AMP. The gate of the transistor M12 is connected to the input end (= corresponding to the second input end) of the feedback voltage Vfb as the non-inverting input end (+) of the operational amplifier AMP.

トランジスタM13〜M16それぞれのソースは、いずれもトランジスタM1のソースに接続されている。トランジスタM13〜M15それぞれのゲートは、いずれもトランジスタM13のドレインに接続されている。トランジスタM13のドレインは、トランジスタM11のドレインに接続されている。トランジスタM14のドレインは、トランジスタM12のドレインに接続されている。トランジスタM16のゲートは、トランジスタM14のドレインに接続されている。トランジスタM16のドレインは、トランジスタM1のゲートに接続されている。 The sources of the transistors M13 to M16 are all connected to the source of the transistor M1. The gates of the transistors M13 to M15 are all connected to the drain of the transistor M13. The drain of the transistor M13 is connected to the drain of the transistor M11. The drain of the transistor M14 is connected to the drain of the transistor M12. The gate of the transistor M16 is connected to the drain of the transistor M14. The drain of the transistor M16 is connected to the gate of the transistor M1.

トランジスタM21〜M25それぞれのソースは、いずれも接地端(=基準電位端)に接続されている。トランジスタM21〜M23それぞれのゲートは、いずれもトランジスタM21のドレインに接続されている。トランジスタM21のドレインは、電流源CS2に接続されている。トランジスタM22のドレインは、トランジスタM11のドレインに接続されている。トランジスタM23のドレインは、トランジスタM12のドレインに接続されている。トランジスタM24及びM25それぞれのゲートは、いずれもトランジスタM24のドレインに接続されている。トランジスタM24のドレインは、トランジスタM15のドレインに接続されている。トランジスタM25のドレインは、トランジスタM1のゲートに接続されている。 The sources of the transistors M21 to M25 are all connected to the ground end (= reference potential end). The gates of the transistors M21 to M23 are all connected to the drain of the transistor M21. The drain of the transistor M21 is connected to the current source CS2. The drain of the transistor M22 is connected to the drain of the transistor M11. The drain of the transistor M23 is connected to the drain of the transistor M12. The gates of the transistors M24 and M25 are both connected to the drain of the transistor M24. The drain of the transistor M24 is connected to the drain of the transistor M15. The drain of the transistor M25 is connected to the gate of the transistor M1.

上記構成から成るオペアンプAMPの基本動作について簡単に説明する。Vfb<Vrefであるときには、トランジスタM11のドレイン電流がトランジスタM12のドレイン電流よりも相対的に小さくなる。その結果、トランジスタM13のドレイン電流が大きくなるので、これをミラーしたトランジスタM14のドレイン電流も大きくなり、トランジスタM16のゲート電圧が上昇する。従って、トランジスタM16のオン抵抗値が高くなる。また、トランジスタM13のドレイン電流が大きくなると、これをミラーしたトランジスタM15及びM24のドレイン電流も大きくなるので、これをミラーしたトランジスタM25のドレイン電流が大きくなる。上記一連の動作により、トランジスタM1のゲート信号G1が低下するので、トランジスタM1のオン抵抗値が低くなり、出力電圧VOUT(延いては帰還電圧Vfb)が引き上げられる。 The basic operation of the operational amplifier AMP having the above configuration will be briefly described. When Vfb <Vref, the drain current of the transistor M11 becomes relatively smaller than the drain current of the transistor M12. As a result, the drain current of the transistor M13 becomes large, so that the drain current of the transistor M14 mirroring the drain current also becomes large, and the gate voltage of the transistor M16 rises. Therefore, the on-resistance value of the transistor M16 becomes high. Further, as the drain current of the transistor M13 increases, the drain currents of the transistors M15 and M24 that mirror the transistors M13 also increase, so that the drain current of the transistor M25 that mirrors them also increases. Since the gate signal G1 of the transistor M1 is lowered by the above series of operations, the on-resistance value of the transistor M1 is lowered, and the output voltage VOUT (and the feedback voltage Vfb) is raised.

一方、Vfb>Vrefであるときには、トランジスタM11のドレイン電流がトランジスタM12のドレイン電流よりも相対的に大きくなる。その結果、トランジスタM13のドレイン電流が小さくなるので、これをミラーしたトランジスタM14のドレイン電流も小さくなり、トランジスタM16のゲート電圧が低下する。従って、トランジスタM16のオン抵抗値が低くなる。また、トランジスタM13のドレイン電流が小さくなると、これをミラーしたトランジスタM15及びM24のドレイン電流も小さくなるので、これをミラーしたトランジスタM25のドレイン電流が小さくなる。上記一連の動作により、トランジスタM1のゲート信号G1が上昇するので、トランジスタM1のオン抵抗値が高くなり、出力電圧VOUT(延いては帰還電圧Vfb)が引き下げられる。 On the other hand, when Vfb> Vref, the drain current of the transistor M11 becomes relatively larger than the drain current of the transistor M12. As a result, the drain current of the transistor M13 becomes smaller, so that the drain current of the transistor M14 mirroring the drain current also becomes smaller, and the gate voltage of the transistor M16 decreases. Therefore, the on-resistance value of the transistor M16 becomes low. Further, when the drain current of the transistor M13 becomes small, the drain currents of the transistors M15 and M24 that mirror the transistors M13 also become small, so that the drain current of the transistor M25 that mirrors them also becomes small. Since the gate signal G1 of the transistor M1 rises by the above series of operations, the on-resistance value of the transistor M1 becomes high, and the output voltage VOUT (and thus the feedback voltage Vfb) is lowered.

ところで、上記構成から成るオペアンプAMPにおいて、例えば、トランジスタM25またはトランジスタM22それぞれのドレインとツェナダイオードD1のカソードとの間に付随する寄生素子(npn型バイポーラトランジスタ)がオンした場合、トランジスタM1のゲート信号G1が低下するので、トランジスタM1が誤オンするおそれがある。すなわち、トランジスタM25及びM22は、先述のオン関連素子Gonに相当する。 By the way, in the operational amplifier AMP having the above configuration, for example, when a parasitic element (npn type bipolar transistor) attached between the drain of each of the transistors M25 or M22 and the cathode of the Zener diode D1 is turned on, the gate signal of the transistor M1 Since G1 is lowered, the transistor M1 may be erroneously turned on. That is, the transistors M25 and M22 correspond to the above-mentioned on-related element Gon.

一方、トランジスタM24またはトランジスタM23それぞれのドレインとツェナダイオードD1のカソードとの間に付随する寄生素子(npn型バイポーラトランジスタ)がオンした場合、トランジスタM1のゲート信号G1が上昇するので、トランジスタM1が特段の制御を要することなく自動的にオフする可能性が高い。すなわち、トランジスタM24及びM23は、先述のオフ関連素子Goffに相当する。 On the other hand, when a parasitic element (npn type bipolar transistor) attached between the drain of each of the transistors M24 or M23 and the cathode of the Zener diode D1 is turned on, the gate signal G1 of the transistor M1 rises, so that the transistor M1 is particularly special. It is likely to turn off automatically without the need for control. That is, the transistors M24 and M23 correspond to the above-mentioned off-related element Goff.

そのため、トランジスタM23及びM24は、トランジスタM22及びM25よりもツェナダイオードD1の近くに配置することが望ましい。そこで、本実施形態の半導体装置34では、トランジスタM23及びM24をツェナダイオードD1の近傍に配置し、トランジスタM22及びM25をツェナダイオードD1から離して配置している。以下では、図面を参照しながら具体的に説明する。 Therefore, it is desirable that the transistors M23 and M24 are arranged closer to the Zener diode D1 than the transistors M22 and M25. Therefore, in the semiconductor device 34 of the present embodiment, the transistors M23 and M24 are arranged in the vicinity of the Zener diode D1, and the transistors M22 and M25 are arranged apart from the Zener diode D1. Hereinafter, a specific description will be given with reference to the drawings.

図11は、半導体装置34の平面レイアウト(上段)及び縦断面(下段)を示す図である。本図で示したように、半導体装置34は、第2実施形態(図7)を基本としつつ、素子形成領域320及び330に変更が加えられている。 FIG. 11 is a diagram showing a planar layout (upper row) and a vertical cross section (lower row) of the semiconductor device 34. As shown in this figure, the semiconductor device 34 is based on the second embodiment (FIG. 7), and the element forming regions 320 and 330 have been modified.

第1の変更点として、P型半導体ウェル321には、N型半導体領域323a及び323bと、N型半導体領域324a及び324bが形成されている。N型半導体領域323a及び324aは、トランジスタM22のソース(S)及びドレイン(D)に相当し、相互間のチャネル領域上には、絶縁層を挟んでゲート(G)が形成されている。N型半導体領域323b及び324bは、トランジスタM25のソース(S)及びドレイン(D)に相当し、相互間のチャネル領域上には、絶縁層を挟んでゲート(G)が形成されている。一方、P型半導体ウェル321及びP型半導体コンタクト322は、トランジスタM22及びM25それぞれのバックゲート(BG)に相当する。 As the first change, the N-type semiconductor regions 323a and 323b and the N-type semiconductor regions 324a and 324b are formed in the P-type semiconductor well 321. The N-type semiconductor regions 323a and 324a correspond to the source (S) and drain (D) of the transistor M22, and a gate (G) is formed on the channel region between them with an insulating layer interposed therebetween. The N-type semiconductor regions 323b and 324b correspond to the source (S) and drain (D) of the transistor M25, and a gate (G) is formed on the channel region between them with an insulating layer interposed therebetween. On the other hand, the P-type semiconductor well 321 and the P-type semiconductor contact 322 correspond to the back gates (BG) of the transistors M22 and M25, respectively.

第2の変更点として、P型半導体ウェル331には、N型半導体領域333a及び333bと、N型半導体領域334a及び334bが形成されている。N型半導体領域333a及び334aは、トランジスタM23のソース(S)及びドレイン(D)に相当し、相互間のチャネル領域上には、絶縁層を挟んでゲート(G)が形成されている。N型半導体領域333b及び334bは、トランジスタM24のソース(S)及びドレイン(D)に相当し、相互間のチャネル領域上には、絶縁層を挟んでゲート(G)が形成されている。一方、P型半導体ウェル331及びP型半導体コンタクト332は、トランジスタM23及びM24それぞれのバックゲート(BG)に相当する。 As a second change, the P-type semiconductor well 331 is formed with N-type semiconductor regions 333a and 333b and N-type semiconductor regions 334a and 334b. The N-type semiconductor regions 333a and 334a correspond to the source (S) and drain (D) of the transistor M23, and a gate (G) is formed on the channel region between them with an insulating layer interposed therebetween. The N-type semiconductor regions 333b and 334b correspond to the source (S) and drain (D) of the transistor M24, and a gate (G) is formed on the channel region between them with an insulating layer interposed therebetween. On the other hand, the P-type semiconductor well 331 and the P-type semiconductor contact 332 correspond to the back gates (BG) of the transistors M23 and M24, respectively.

上記のデバイス構造を持つ半導体装置34において、寄生トランジスタQ0は、例えばP型半導体基板300をベースとし、N型半導体ウェル311並びにN型半導体コンタクト312及び313(=ツェナダイオードD1のカソード)をエミッタとし、これに最も近いN型半導体領域334a及び334b(=トランジスタM23及びM24それぞれのドレイン)をコレクタとするnpn型バイポーラトランジスタとして形成される。 In the semiconductor device 34 having the above device structure, the parasitic transistor Q0 is based on, for example, the P-type semiconductor substrate 300, and uses the N-type semiconductor well 311 and the N-type semiconductor contacts 312 and 313 (= cathode of the Zena diode D1) as emitters. , N-type semiconductor regions 334a and 334b (= drains of transistors M23 and M24, respectively) closest to this are used as collectors to form npn-type bipolar transistors.

このようなデバイス構造を採用することにより、外部端子T1に負電圧が発生して寄生トランジスタQ0が動作しても、トランジスタM1がオフするようにオペアンプAMPが誤動作(フェイルセーフ動作)してくれるので、半導体装置34やこれを搭載したセットの破壊を招かずに済む。 By adopting such a device structure, even if a negative voltage is generated in the external terminal T1 and the parasitic transistor Q0 operates, the operational amplifier AMP malfunctions (fail-safe operation) so that the transistor M1 turns off. , The semiconductor device 34 and the set on which the semiconductor device 34 is mounted are not destroyed.

<半導体装置(第5実施形態)>
図12は、半導体装置の第5実施形態を示す図である。本実施形態の半導体装置35では、先の第4実施形態(図10)を基本としつつ、オペアンプAMPの構成要素として、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタM26〜M29(=第6NMOSFET〜第9NMOSFETに相当)が追加されている。以下、変更点を中心に説明する。
<Semiconductor device (fifth embodiment)>
FIG. 12 is a diagram showing a fifth embodiment of the semiconductor device. The semiconductor device 35 of this embodiment is based on the fourth embodiment (FIG. 10), and corresponds to N-channel type MOS field effect transistors M26 to M29 (= 6th NMOSFETs to 9th NMOSFETs) as components of the operational amplifier AMP. ) Has been added. The changes will be mainly described below.

トランジスタM26は、トランジスタM13のドレインとトランジスタM22のドレインとの間に挿入されている。具体的に述べると、トランジスタM26のドレインは、トランジスタM13のドレインに接続されている。トランジスタM26のソースは、トランジスタM22のドレインに接続されている。トランジスタM26のゲートは、クランプ電圧Vclp(<VIN)の印加端(=定電位端に相当)に接続されている。 The transistor M26 is inserted between the drain of the transistor M13 and the drain of the transistor M22. Specifically, the drain of the transistor M26 is connected to the drain of the transistor M13. The source of the transistor M26 is connected to the drain of the transistor M22. The gate of the transistor M26 is connected to the application end (= corresponding to the constant potential end) of the clamp voltage Vclp (<VIN).

トランジスタM27は、トランジスタM14のドレインとトランジスタM23のドレインとの間に挿入されている。具体的に述べると、トランジスタM27のドレインは、トランジスタM14のドレインに接続されている。トランジスタM27のソースは、トランジスタM23のドレインに接続されている。トランジスタM27のゲートは、クランプ電圧Vclpの印加端に接続されている。 The transistor M27 is inserted between the drain of the transistor M14 and the drain of the transistor M23. Specifically, the drain of the transistor M27 is connected to the drain of the transistor M14. The source of the transistor M27 is connected to the drain of the transistor M23. The gate of the transistor M27 is connected to the application end of the clamp voltage Vclp.

トランジスタM28は、トランジスタM15のドレインとトランジスタM24のドレインとの間に挿入されている。具体的に述べると、トランジスタM28のドレインは、トランジスタM15のドレインに接続されている。トランジスタM28のソースは、トランジスタM24のドレインに接続されている。トランジスタM28のゲートは、クランプ電圧Vclpの印加端に接続されている。 The transistor M28 is inserted between the drain of the transistor M15 and the drain of the transistor M24. Specifically, the drain of the transistor M28 is connected to the drain of the transistor M15. The source of the transistor M28 is connected to the drain of the transistor M24. The gate of the transistor M28 is connected to the application end of the clamp voltage Vclp.

トランジスタM29は、トランジスタM16のドレインとトランジスタM25のドレインとの間に挿入されている。具体的に述べると、トランジスタM29のドレインは、トランジスタM16のドレインに接続されている。トランジスタM29のソースは、トランジスタM25のドレインに接続されている。トランジスタM29のゲートは、クランプ電圧Vclpの印加端に接続されている。 The transistor M29 is inserted between the drain of the transistor M16 and the drain of the transistor M25. Specifically, the drain of the transistor M29 is connected to the drain of the transistor M16. The source of the transistor M29 is connected to the drain of the transistor M25. The gate of the transistor M29 is connected to the application end of the clamp voltage Vclp.

このようなトランジスタM26〜M29を設けることにより、トランジスタM21〜M25それぞれのドレイン・ソース間電圧をクランプ電圧Vclp以下に制限することができる。従って、トランジスタM21〜M25として、低耐圧素子(=クランプ電圧Vclpの印加に耐え得る素子)を用いることができるので、カレントミラーのペア性を確保する上で有利となる。なお、トランジスタM26〜M29としては、高耐圧素子(=入力電圧VINの印加に耐え得る素子)を用いる必要がある。 By providing such transistors M26 to M29, the drain-source voltage of each of the transistors M21 to M25 can be limited to the clamp voltage Vclp or less. Therefore, as the transistors M21 to M25, a low withstand voltage element (= an element that can withstand the application of the clamp voltage Vclp) can be used, which is advantageous in ensuring the pairability of the current mirror. As the transistors M26 to M29, it is necessary to use a high withstand voltage element (= an element that can withstand the application of the input voltage VIN).

ところで、上記構成から成るオペアンプAMPにおいて、先述のオン関連素子Gonとしては、トランジスタM25及びM22のほか、トランジスタM29及びM26がこれに相当する。一方、先述のオフ関連素子Goffとしては、トランジスタM24及びM23のほか、トランジスタM27及びM28がこれに相当する。 By the way, in the operational amplifier AMP having the above configuration, the transistors M25 and M22, as well as the transistors M29 and M26, correspond to the above-mentioned on-related element Gon. On the other hand, as the above-mentioned off-related element Goff, in addition to the transistors M24 and M23, the transistors M27 and M28 correspond to this.

なお、トランジスタM21〜M23、並びに、トランジスタM24及びM25は、それぞれカレントミラーを形成しているので、相互間のペア性が重要である。一方、トランジスタM26〜M29については、相互間のペア性がさほど重要でない。 Since the transistors M21 to M23 and the transistors M24 and M25 each form a current mirror, pairing with each other is important. On the other hand, for the transistors M26 to M29, the pairing between them is not so important.

そこで、本実施形態の半導体装置35では、トランジスタM27及びM28をトランジスタM26及びM29よりもツェナダイオードD1の近くに配置し、トランジスタM21〜M25をトランジスタM26及びM29よりもツェナダイオードD1から遠くに配置している。このようなデバイス構造を採用することにより、オペアンプAMPの特性を維持したまま、先述のフェイルセーフ動作を実現することが可能となる。 Therefore, in the semiconductor device 35 of the present embodiment, the transistors M27 and M28 are arranged closer to the Zena diode D1 than the transistors M26 and M29, and the transistors M21 to M25 are arranged farther from the Zena diode D1 than the transistors M26 and M29. ing. By adopting such a device structure, it is possible to realize the above-mentioned fail-safe operation while maintaining the characteristics of the operational amplifier AMP.

このように、複数のオフ関連素子Goff(例えばトランジスタM23、M24、M27、M28)について、必ずしもその全てをツェナダイオードD1の直近に配置する必要はなく、ペア性の必要性やフローティング構造の適用可能性などを考慮して、配置レイアウトを最適化すればよい。 In this way, it is not always necessary to arrange all of the plurality of off-related elements Goff (for example, transistors M23, M24, M27, M28) in the immediate vicinity of the Zener diode D1, and the need for pairing and the applicability of the floating structure are applicable. The layout may be optimized in consideration of the characteristics.

<上位概念化>
これまでに説明してきた第1〜第5実施形態では、負電圧の発生時に出力素子をオフする寄生素子が最先に動作するように素子の配置レイアウトを工夫したが、半導体装置の機能安全に寄与する動作は、必ずしも出力素子のオフに限定されるものではなく、例えば、エラー信号を異常時の論理レベルに切り替えたり、イネーブル信号をディセーブル時の論理レベルに切り替えたりすることも当然に含まれる。すなわち、負電圧の発生時に最先に動作する寄生素子は、半導体装置のフェイルセーフ動作を導くものであればよい。
<Upper conceptualization>
In the first to fifth embodiments described so far, the arrangement layout of the elements has been devised so that the parasitic element that turns off the output element when a negative voltage is generated operates first, but the functional safety of the semiconductor device is improved. The contributing operation is not necessarily limited to turning off the output element, and naturally includes, for example, switching the error signal to the logic level at the time of abnormality and switching the enable signal to the logic level at the time of disabling. Is done. That is, the parasitic element that operates first when a negative voltage is generated may be any one that induces a fail-safe operation of the semiconductor device.

これを鑑みると、半導体装置は、外部端子(例えば先述の外部端子T1)と、寄生要因素子(例えば先述のツェナダイオードD1)と、外部端子に負電圧が発生したときに機能安全を阻害するように動作する寄生素子が自身と寄生要因素子との間に付随する第1素子(例えば先述のオン関連素子Gon)と、外部端子に負電圧が発生したときに機能安全に寄与するように動作する寄生素子が自身と寄生要因素子との間に付随する第2素子(例えば先述のオフ関連素子Goff)と、を有し、第2素子の少なくとも一つは、第1素子よりも寄生要因素子の近くに形成されていれば足り、フェイルセーフ動作の内容については不問である。 In view of this, the semiconductor device impedes functional safety when a negative voltage is generated in the external terminal (for example, the above-mentioned external terminal T1), the parasitic factor element (for example, the above-mentioned Zena diode D1), and the external terminal. The parasitic element that operates in the above operates so as to contribute to functional safety when a negative voltage is generated in the first element (for example, the on-related element Gon described above) attached between itself and the parasitic factor element and the external terminal. The parasitic element has a second element (for example, the above-mentioned off-related element Goff) attached between itself and the parasitic factor element, and at least one of the second elements is a parasitic factor element rather than the first element. It suffices if it is formed nearby, and it does not matter what the fail-safe operation is.

<その他の変形例>
なお、上記実施形態では、LDOレギュレータICへの適用例を挙げたが、適用対象は何らこれに限定されるものではない。このように、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other variants>
In the above embodiment, an example of application to the LDO regulator IC has been given, but the application target is not limited to this. As described above, the various technical features disclosed in the present specification can be modified in addition to the above-described embodiment without departing from the spirit of the technical creation. That is, it should be considered that the above-described embodiment is exemplary in all respects and is not restrictive, and the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and claims for patent It should be understood that the meaning equivalent to the scope of and all changes belonging to the scope are included.

本明細書中に開示されている発明は、寄生素子を持つ半導体装置全般に広く利用することが可能である。 The invention disclosed in the present specification can be widely used in all semiconductor devices having a parasitic element.

31〜35、100 半導体装置
101 P型半導体基板
102、103 N型半導体ウェル
104、105、106 N型半導体コンタクト
107 P型半導体ウェル
108 P型半導体コンタクト
300 P型半導体基板
310 素子形成領域
311 N型半導体ウェル
312、313 N型半導体コンタクト
314 P型半導体ウェル
315 P型半導体コンタクト
320 素子形成領域
321 P型ウェル
322 P型半導体コンタクト
323、324 N型半導体領域
325 N型半導体ウェル(素子分離領域)
326 N型半導体コンタクト
330 素子形成領域
331 P型半導体ウェル
332 P型半導体コンタクト
333、334 N型半導体領域
335 N型半導体ウェル
336 N型半導体コンタクト
337 P型半導体ウェル
338 P型半導体コンタクト
339 N型半導体領域
AMP オペアンプ(出力駆動部)
CS1、CS2 電流源
D1 ツェナダイオード(静電保護素子、寄生要因素子)
Gon、Gon1、Gon2 オン関連素子(第1素子)
Goff、Goff1、Goff2 オフ関連素子(第2素子)
M1 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ(出力素子)
M2 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
M11〜M16 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
M21〜M29 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
OCP 過電流保護回路
Q0 npn型バイポーラトランジスタ(寄生素子)
R1、R2、R4 抵抗
T1、T2 外部端子
TSD 過熱保護回路
31-35, 100 Semiconductor device 101 P-type semiconductor substrate 102, 103 N-type semiconductor well 104, 105, 106 N-type semiconductor contact 107 P-type semiconductor well 108 P-type semiconductor contact 300 P-type semiconductor substrate 310 Element formation region 311 N-type Semiconductor well 312, 313 N-type semiconductor contact 314 P-type semiconductor well 315 P-type semiconductor contact 320 Element formation area 321 P-type well 322 P-type semiconductor contact 323, 324 N-type semiconductor area 325 N-type semiconductor well (element separation area)
326 N-type semiconductor contact 330 Element formation area 331 P-type semiconductor well 332 P-type semiconductor contact 333, 334 N-type semiconductor area 335 N-type semiconductor well 336 N-type semiconductor contact 337 P-type semiconductor well 338 P-type semiconductor contact 339 N-type semiconductor Area AMP optotype (output drive unit)
CS1, CS2 Current source D1 Zener diode (electrostatic protection element, parasitic factor element)
Gon, Gon1, Gon2 on-related element (first element)
Goff, Goff1, Goff2 Off-related element (second element)
M1 P-channel type MOS field effect transistor (output element)
M2 N-channel type MOS field-effect transistor M11-M16 P-channel type MOS field-effect transistor M21-M29 N-channel type MOS field-effect transistor OCP overcurrent protection circuit Q0 npn type bipolar transistor (parasitic element)
R1, R2, R4 Resistor T1, T2 External terminal TSD Overheat protection circuit

Claims (10)

外部端子と、
出力素子と、
寄生要因素子と、
前記外部端子に負電圧が発生したときに前記出力素子をオンするように動作する寄生素子が自身と前記寄生要因素子との間に付随する第1素子と、
前記外部端子に負電圧が発生したときに前記出力素子をオフするように動作する寄生素子が自身と前記寄生要因素子との間に付随する第2素子と、
を有し、
前記第2素子の少なくとも一つは、前記第1素子よりも前記寄生要因素子の近くに形成されていることを特徴とする半導体装置。
With external terminals
Output element and
Parasitic element and
A first element in which a parasitic element that operates to turn on the output element when a negative voltage is generated in the external terminal is attached between itself and the parasitic factor element, and
A second element in which a parasitic element that operates to turn off the output element when a negative voltage is generated in the external terminal is attached between itself and the parasitic factor element, and
Have,
A semiconductor device characterized in that at least one of the second elements is formed closer to the parasitic factor element than the first element.
前記第1素子は、低インピーダンスノードに接続された素子分離領域で囲まれていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first element is surrounded by an element separation region connected to a low impedance node. 自らが監視対象の異常を検出したときだけでなく前記第2素子に付随する寄生素子が動作したときにも前記出力素子を強制的にオフする異常保護回路をさらに有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。 The claim is further characterized by further having an abnormality protection circuit that forcibly turns off the output element not only when it detects an abnormality to be monitored but also when a parasitic element attached to the second element operates. 1 or the semiconductor device according to claim 2. 前記異常保護回路は、過電流保護回路、過熱保護回路、または、過電圧保護回路であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein the abnormality protection circuit is an overcurrent protection circuit, an overheat protection circuit, or an overvoltage protection circuit. 前記第1素子及び前記第2素子は、いずれも前記出力素子を駆動する出力駆動部の構成要素であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein both the first element and the second element are constituent elements of an output drive unit that drives the output element. 前記出力駆動部は、
第1電流源及び第2電流源と、
ソースが前記第1電流源に接続されてゲートが第1入力端に接続された第1PMOSFETと、
ソースが前記第1電流源に接続されてゲートが第2入力端に接続された第2PMOSFETと、
ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲート及びドレインが前記第1PMOSFETのドレインに接続された第3PMOSFETと、
ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲートが前記第3PMOSFETのゲートに接続されてドレインが前記第2PMOSFETのドレインに接続された第4PMOSFETと、
ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲートが前記第3PMOSFETのゲートに接続された第5PMOSFETと、
ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲートが前記第4PMOSFETのドレインに接続されてドレインが前記出力素子の制御端に接続された第6PMOSFETと、
ドレインとゲートが前記第2電流源に接続されてソースが基準電位端に接続された第1NMOSFETと、
ドレインが前記第1PMOSFETのドレインに接続されてゲートが前記第1NMOSFETのゲートに接続されてソースが基準電位端に接続された第2NMOSFETと、
ドレインが前記第2PMOSFETのドレインに接続されてゲートが前記第1NMOSFETのゲートに接続されてソースが基準電位端に接続された第3NMOSFETと、
ドレインとゲートが前記第5PMOSFETのドレインに接続されてソースが基準電位端に接続された第4NMOSFETと、
ドレインが前記出力素子の制御端に接続されてゲートが前記第4NMOSFETのゲートに接続されてソースが基準電位端に接続された第5NMOSFETと、
を含み、
前記第3NMOSFET及び前記第4NMOSFETは、前記第2NMOSFET及び前記第5NMOSFETよりも前記寄生要因素子の近くに形成されていることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
The output drive unit
The first current source and the second current source,
A first PMOSFET whose source is connected to the first current source and whose gate is connected to the first input end,
A second PMOSFET whose source is connected to the first current source and whose gate is connected to the second input end,
A third PMOSFET in which the source is connected to the first end of the output element and the gate and drain are connected to the drain of the first PMOSFET.
A fourth PMOSFET in which the source is connected to the first end of the output element, the gate is connected to the gate of the third PMOSFET, and the drain is connected to the drain of the second PMOSFET.
A fifth PMOSFET whose source is connected to the first end of the output element and whose gate is connected to the gate of the third PMOSFET.
A sixth PMOSFET in which the source is connected to the first end of the output element, the gate is connected to the drain of the fourth PMOSFET, and the drain is connected to the control end of the output element.
A first NMOSFET in which the drain and gate are connected to the second current source and the source is connected to the reference potential end,
A second NMOSFET in which the drain is connected to the drain of the first PMOSFET, the gate is connected to the gate of the first NMOSFET, and the source is connected to the reference potential end.
A third NMOSFET with a drain connected to the drain of the second PMOSFET, a gate connected to the gate of the first NMOSFET, and a source connected to the reference potential end.
A fourth NMOSFET in which the drain and gate are connected to the drain of the fifth PMOSFET and the source is connected to the reference potential end,
A fifth NMOSFET in which the drain is connected to the control end of the output element, the gate is connected to the gate of the fourth NMOSFET, and the source is connected to the reference potential end.
Including
The semiconductor device according to claim 5, wherein the third N MOSFET and the fourth N MOSFET are formed closer to the parasitic factor element than the second N MOSFET and the fifth N MOSFET.
前記出力駆動部は、
第1電流源及び第2電流源と、
ソースが前記第1電流源に接続されてゲートが第1入力端に接続された第1PMOSFETと、
ソースが前記第1電流源に接続されてゲートが第2入力端に接続された第2PMOSFETと、
ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲート及びドレインが前記第1PMOSFETのドレインに接続された第3PMOSFETと、
ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲートが前記第3PMOSFETのゲートに接続されてドレインが前記第2PMOSFETのドレインに接続された第4PMOSFETと、
ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲートが前記第3PMOSFETのゲートに接続された第5PMOSFETと、
ソースが前記出力素子の第1端に接続されてゲートが前記第4PMOSFETのドレインに接続されてドレインが前記出力素子の制御端に接続された第6PMOSFETと、
ドレインとゲートが前記第2電流源に接続されてソースが基準電位端に接続された第1NMOSFETと、
ゲートが前記第1NMOSFETのゲートに接続されてソースが基準電位端に接続された第2NMOSFET及び第3NMOSFETと、
ドレインとゲートが共通接続されてソースが基準電位端に接続された第4NMOSFETと、
ゲートが前記第4NMOSFETのゲートに接続されてソースが基準電位端に接続された第5NMOSFETと、
ドレインが前記第1PMOSFETのドレインに接続されてソースが前記第2NMOSFETのドレインに接続されてゲートが定電位端に接続された第6NMOSFETと、
ドレインが前記第2PMOSFETのドレインに接続されてソースが前記第3NMOSFETのドレインに接続されてゲートが定電位端に接続された第7NMOSFETと、
ドレインが前記第5PMOSFETのドレインに接続されてソースが前記第4NMOSFETのドレインに接続されてゲートが定電位端に接続された第8NMOSFETと、
ドレインが前記出力素子の制御端に接続されてソースが前記第5NMOSFETのドレインに接続されてゲートが定電位端に接続された第9NMOSFETと、
を含み、
前記第7NMOSFET及び前記第8NMOSFETは、前記第6NMOSFET及び前記第9NMOSFETよりも前記寄生要因素子の近くに形成されており、
前記第1NMOSFET、前記第2NMOSFET、前記第3NMOSFET、前記第4NMOSFET、及び、前記第5NMOSFETは、前記第6NMOSFET及び前記第9NMOSFETよりも前記寄生要因素子から遠くに形成されていることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
The output drive unit
The first current source and the second current source,
A first PMOSFET whose source is connected to the first current source and whose gate is connected to the first input end,
A second PMOSFET whose source is connected to the first current source and whose gate is connected to the second input end,
A third PMOSFET in which the source is connected to the first end of the output element and the gate and drain are connected to the drain of the first PMOSFET.
A fourth PMOSFET in which the source is connected to the first end of the output element, the gate is connected to the gate of the third PMOSFET, and the drain is connected to the drain of the second PMOSFET.
A fifth PMOSFET whose source is connected to the first end of the output element and whose gate is connected to the gate of the third PMOSFET.
A sixth PMOSFET in which the source is connected to the first end of the output element, the gate is connected to the drain of the fourth PMOSFET, and the drain is connected to the control end of the output element.
A first NMOSFET in which the drain and gate are connected to the second current source and the source is connected to the reference potential end,
The second NMOSFET and the third NMOSFET in which the gate is connected to the gate of the first NMOSFET and the source is connected to the reference potential end,
The 4th NMOSFET with the drain and gate connected in common and the source connected to the reference potential end,
A fifth NMOSFET whose gate is connected to the gate of the fourth NMOSFET and whose source is connected to the reference potential end,
A sixth NMOSFET in which the drain is connected to the drain of the first PMOSFET, the source is connected to the drain of the second NMOSFET, and the gate is connected to the constant potential end.
A seventh NMOSFET in which the drain is connected to the drain of the second PMOSFET, the source is connected to the drain of the third NMOSFET, and the gate is connected to the constant potential end.
An eighth NMOSFET in which the drain is connected to the drain of the fifth PMOSFET, the source is connected to the drain of the fourth NMOSFET, and the gate is connected to the constant potential end.
A ninth NMOSFET in which the drain is connected to the control end of the output element, the source is connected to the drain of the fifth NMOSFET, and the gate is connected to the constant potential end.
Including
The 7th N MOSFET and the 8th N MOSFET are formed closer to the parasitic factor element than the 6th N MOSFET and the 9th N MOSFET.
A claim, wherein the first N MOSFET, the second N MOSFET, the third N MOSFET, the fourth N MOSFET, and the fifth N MOSFET are formed farther from the parasitic factor element than the sixth N MOSFET and the ninth N MOSFET. 5. The semiconductor device according to 5.
前記寄生要因素子は、前記外部端子に接続された静電保護素子であることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein the parasitic element is an electrostatic protection element connected to the external terminal. 前記外部端子に現れる出力電圧またはこれに応じた帰還電圧と所定の参照電圧とが一致するように、入力電圧の入力端と前記外部端子との間に接続された前記出力素子を駆動する出力駆動部をさらに有することを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の半導体装置。 An output drive that drives the output element connected between the input end of the input voltage and the external terminal so that the output voltage appearing at the external terminal or the feedback voltage corresponding thereto and the predetermined reference voltage match. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, further comprising a part. 外部端子と、
寄生要因素子と、
前記外部端子に負電圧が発生したときに機能安全を阻害するように動作する寄生素子が自身と前記寄生要因素子との間に付随する第1素子と、
前記外部端子に負電圧が発生したときに機能安全に寄与するように動作する寄生素子が自身と前記寄生要因素子との間に付随する第2素子と、
を有し、
前記第2素子の少なくとも一つは、前記第1素子よりも前記寄生要因素子の近くに形成されていることを特徴とする半導体装置。
With external terminals
Parasitic element and
A first element in which a parasitic element that operates so as to impede functional safety when a negative voltage is generated in the external terminal is attached between itself and the parasitic factor element, and
A second element in which a parasitic element that operates so as to contribute to functional safety when a negative voltage is generated in the external terminal is attached between itself and the parasitic factor element, and
Have,
A semiconductor device characterized in that at least one of the second elements is formed closer to the parasitic factor element than the first element.
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