JP4671666B2 - 駆動回路 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の出力バッファを有する駆動回路およびその駆動回路を備えるデータ線ドライバに係わるもので、特にプラズマディスプレイパネル等の高電圧駆動信号で画像を表示するディスプレイパネルを駆動するのに用いる駆動回路およびデータ線ドライバに関する。
近年、薄型で高精細な表示装置として注目されているプラズマディスプレイパネル(以下、PDPと称す)は、マトリクス状に配置されたデータ電極と走査維持電極で構成される複数の放電セルを有する表示装置で、放電セルはデータ電極配線とこれに直交する走査電極配線および維持電極配線によって放電が制御されており、その放電発光および非発光によって所望の表示画像を得るように構成されている。
このようなPDPを駆動するために、デジタルのRGBカラー画像信号を、PDPを駆動可能な高電圧に変換するレベルシフタなどを含む半導体回路装置が用いられる。
以上のような従来の半導体回路装置について以下に図を用いて説明する。
図10は一般的なプラズマディスプレイパネルの概略構成図、図11は従来のPDPを駆動するデータ線ドライバのブロック図、図12は従来の駆動回路の回路構成図、図13は従来の駆動回路の駆動波形図、図14(a)は従来のPDPを駆動する駆動回路の構造を示す概略図、図14(b)は従来のPDPを駆動する駆動回路の断面構造概略図であり、図14(a)のA−B間の断面構造概略図、図15は従来の駆動回路におけるNPN寄生バイポーラトランジスタの電流特性図である。
図10に示すように、表示パネル(PDP)900は、複数の走査電極ライン901に接続される複数の走査線ドライバ902と、複数の表示データ電極ライン903に接続される複数の表示データ線ドライバ904によって駆動されている。カラー表示を行うPDPは、各表示データ電極ラインが、それぞれR(RED:赤)、G(GREEN:緑)、B(BLUE:青)の異なる色の蛍光体を用いた3色の電極を有し、それぞれの表示データ電極ラインを個別に駆動させることにより、カラー表示を行うことができる。
図11に示すように、データ入力端子から入力される画像データは、シフトレジスタ905にシリアルに供給される。シフトレジスタ905により受信されたシリアルデータは、シフトレジスタ905によりパラレルデータに変換された後に、ラッチ回路906で保持される。ラッチ回路906に保持されたパラレルデータは、レベルシフト回路907で電圧変換をされた後に、駆動回路908を介して駆動出力端子O1〜Onから接地電位(GND)または電源電位(VCC)の電位として選択的に出力され表示データ電極903に印加される。
図12は駆動回路908の回路構成の一部を示しており、駆動回路908は、プッシュプル回路が隣接して複数個配置される多出力ドライバとして構成されている。ここで、出力端子Onと出力端子On+1は隣接する駆動出力端子であり、出力端子Onと出力端子On+1に対して、駆動電源端子103および接地端子130が共通に配置されている。このように複数の駆動出力端子が隣接して配置された構成においては図13に示すように、ある出力端子に隣接する駆動出力端子の出力変化に伴う自己ノイズやパネルからの外来ノイズが重畳される。
ここで、図14に示すように、出力バッファを構成するトランジスタの高濃度N型拡散層106及び隣接する高濃度N型拡散層160は接地電位(GND)に固定されたP型ウェル108上に形成されている。これによって任意出力端子OUTn104とその隣接出力端子OUTn+1105の間には、出力端子OUTn104に繋がる高濃度N型拡散層106−GNDに繋がるP型ウェル108−出力端子OUTn+1105に繋がるN型拡散層160の経路でNPN寄生バイポーラトランジスタ102が形成される。
出力端子OUTn104が“電源電位(VCC)”出力状態で出力端子OUTn+1105が“接地電位(GND)”出力状態の時に自己ノイズまたは外来ノイズによって“接地電位(GND)“出力状態のOUTn+1105に繋がるN型拡散層160にP型ウェル108との間のビルトイン電圧以上の電位差が発生すると隣接間に形成されるNPN寄生バイポーラトランジスタ102が動作し始める。
これにより、P型ウェル108からOUTn+1105(本端子に繋がるN型拡散層を以下エミッタ)に向かってエミッタ電流Ieが流れ、接地端子130からP型ウェル108に向かってベース電流Ibが流れるために、出力端子OUTn104(本端子に繋がるN型拡散層を以下コレクタ)からP型ウェル108(以下ベース)に向かってコレクタ電流Icが流れ始める。この時、高電位にバイアスされるコレクタ部に流れるコレクタ電流Icが許容電流値を超えると、コレクタが熱破壊して誤動作の原因になるという問題があった。
図15に示すとおり、NPN寄生バイポーラトランジスタの電流特性は、物理的な構成や拡散濃度、コレクタ−エミッタ間電圧によって決まり、駆動電源電圧(VCC)が高い程、またコレクタ電流が大きいほど、コレクタのジャンクション部に高電界が印加されるため熱破壊に至りやすい。一方、コレクタ電圧はパネル駆動電圧により決まるため、駆動電源電圧を下げずにコレクタ電流を小さくすることが誤動作や破壊に対する耐性を向上する手段となる。
この問題に対して他の駆動回路として、互いに隣接するトランジスタ間の距離を十分に確保する構成や、トランジスタ間をシリコン酸化膜で絶縁したSOI(SilliconOxide Insulated)プロセスを用いる構成として対策していた。
特開2001−053228号公報
しかしながら上記従来の駆動回路では、隣接するトランジスタ間の距離を確保するためにチップサイズが増加したり、寄生トランジスタを形成しない構成とするために特殊なプロセスを必要とするなどコストアップの要因となる問題点があった。
本発明の駆動回路は、上記従来の問題点を解決するもので、通常のCMOSプロセスを用いて、チップサイズを抑制しながら隣接端子間のノイズに対する耐性を向上することのできる駆動回路およびデータ線ドライバを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の駆動回路は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板に形成される第1導電型のウェルと、前記ウェルに形成される第2の導電型の第1の拡散層と、前記第1の拡散層に接続される第1の出力端子と、前記ウェルに形成される第2の導電型の第2の拡散層と、前記第2の拡散層に接続される第2の出力端子と、前記ウェルの前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間に形成される第3の拡散層と、前記第3の拡散層内に形成される第1の導電型の第4の拡散層と、前記第3の拡散層内に形成される第1の導電型の第5の拡散層と、前記第4の拡散層と前記第5の拡散層との間に形成される第2の導電型の第6の拡散層とを有し、前記第6の拡散層には前記ウェルの電圧以上の電圧が印加されることを特徴とする。
また、前記第1の導電型がP型で、前記第2の導電型がN型であっても良い。
以上により、通常のCMOSプロセスを用いて、チップサイズを抑制しながら隣接端子間のノイズに対する耐性を向上することのできる駆動回路およびデータ線ドライバを提供することができる。
分離領域に高濃度N型拡散層を設けることにより、寄生NPNトランジスタのコレクタ電流を削減することができるので、通常のCMOSプロセスを用いて、チップサイズを抑制しながら隣接端子間のノイズに対する耐性を向上することのできる駆動回路およびデータ線ドライバを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態における半導体回路装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1における駆動回路を図1,図2,図3を用いて説明する。
図1(a)は実施の形態1におけるPDPを駆動する駆動回路の構造を示す概略図、図1(b)は実施の形態1におけるPDPを駆動する駆動回路の断面構造概略図であり、駆動回路を上方から見た概略図1(a)のA−B間の断面構造概略図である。
まず、実施の形態1における駆動回路の構成について説明する。
図1(a)において、200は駆動回路を構成するトランジスタのソースドレイン形成パターン、201はゲート形成パターン、202はP型ウェル電位供給用拡散形成パターン、203は分離領域に形成されたコレクタ電流低減用高濃度N型拡散層形成パターンである。また、図1(b)において106は出力端子OUTnに繋がる高濃度N型拡散層、160は出力端子OUTn+1に繋がる高濃度N型拡散層、107は高濃度P型拡散層、116はトランジスタ間の分離領域115に設けられたコレクタ電流低減用高濃度N型拡散層、108はP型ウェル、109はP型基板、104は任意のトランジスタの出力端子OUTn、105はその隣接するトランジスタの出力端子OUTn+1、130は接地端子、131は固定電位供給端子である。ここで、コレクタ電流低減用高濃度N型拡散層116は分離領域115の高濃度P型拡散層107中に形成され、固定電位供給端子131によりP型ウェル108の電位以上の電位に固定される。
次に、この半導体回路装置の動作を説明する。
自己ノイズまたは外来ノイズにより隣接端子間に形成されるNPN寄生バイポーラトランジスタが動作し、異常電流が流れて誤動作や破壊の原因になることは背景技術で述べた通りである。
NPN寄生バイポーラトランジスタ102が動作した時に流れる電流経路は、出力端子OUTn104−高濃度N型拡散層106−P型ウェル108−高濃度N型拡散層160−出力端子OUTn+1105の順である。一方、分離領域115にP型ウェル108の電位以上の電位に固定される固定電位供給端子131をコレクタ電流低減用高濃度N型拡散層116に繋げることにより、NPN寄生バイポーラトランジスタ102のコレクタ電流のパスが高濃度N型拡散層106−P型ウェル108のパスの他にコレクタ電流低減用高濃度N型拡散層116−P型ウェル108のパスも形成されるため、高濃度N型拡散層106−P型ウェル108間に流れるコレクタ電流が低減されるので、隣接端子間のノイズに対する耐性を向上することができる。
以上のように本実施の形態1によれば、駆動回路を構成するトランジスタ間の分離領域115にコレクタ電流低減用高濃度N型拡散層116を設け、コレクタ電流低減用高濃度N型拡散層116をP型ウェル108の電位以上の電位に固定することにより、NPN寄生バイポーラトランジスタのコレクタ電流のパスが追加されるため、高濃度N型拡散層106−P型ウェル108間を流れるコレクタ電流を低く留められ、誤動作または破壊に至る耐性を向上でき、通常のCMOSプロセスを用いて、隣接端子間のノイズに対する耐性を向上することができる。
さらに、図2、図3を用いて詳細に本発明の開発事例を説明する。
図2は実施の形態1の開発事例を説明する断面構造図、図3は実施の形態1の開発事例における破壊耐性の評価結果を説明する図である。
図2において、140は低電圧用N型ウェル、141はN型オフセット拡散層、142はP型オフセット拡散層、143はLOCOS、144は出力取出し用アルミ電極である。
今、P型ウェル108の濃度が2×1015Atoms/cm−3、低電位用N型ウェル140の濃度が5.8×1016Atoms/cm−3、高濃度N型拡散層106、116の濃度が5.0×1020Atoms/cm−3、高濃度P型拡散層107の濃度が5.0×1020Atoms/cm−3、N型オフセット拡散層141の濃度が3.0×1016Atoms/cm−3、P型オフセット拡散層142の濃度が5.0×1016Atoms/cm−3で構成され、対向する分離領域115を54μmの距離で設計されたデバイスについて説明する。
出力端子OUTn104に80V電位を隣接出力端子OUTn+1105に0V電位を供給し、出力端子OUTn+1105に負電位のノイズパルスを入力し、そのノイズレベルを大きくするとやがて寄生バイポーラタランジスタの許容電流を超えて破壊に至る。
図3は、分離領域内に本発明のコレクタ電流低減用高濃度N型拡散層116を挿入した場合の前記破壊に至る耐性の結果を比較したものである。NPN寄生バイポーラトランジスタが動作した時にベース領域に注入される電荷を吸収するコレクタ電流低減用高濃度N型拡散層116が無い場合に比べてそれを挿入した場合、耐性向上の効果が認められる。
この時、従来の分離領域を広くして耐圧の向上を図る構造に比べて、分離領域を小さくすることができるために、チップサイズが大きくなることをおさえながらトランジスタのノイズ耐性を向上することができる。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2における駆動回路を図4,図5,図6を用いて説明する。
図4(a)は実施の形態2におけるPDPを駆動する駆動回路の構造を示す概略図、図4(b)は実施の形態2におけるPDPを駆動する駆動回路の断面構造概略図であり、そのA−B間の断面構造概略図である。実施の形態1との違いは、分離領域115に高濃度N型拡散層を形成するかわりに、隣接するトランジスタそれぞれのドレイン領域の対向する位置に低濃度N型拡散層110を備えることである。
次に、この半導体回路装置の動作を説明する。
自己ノイズまたは外来ノイズにより隣接端子間に形成されるNPN寄生バイポーラトランジスタが動作し、異常電流が流れて誤動作や破壊の原因になることは背景技術で述べた通りである。
ドレインの領域をドレイン領域117とし、ドレイン領域117の対向する位置に低濃度N型拡散層110を有することで、寄生トランジスタが動作した時に流れる電流経路は、出力端子OUTn104−高濃度N型拡散層106−低濃度N型拡散層110−P型ウェル108−低濃度N型拡散層110−高濃度N型拡散層160−出力端子OUTn+1105の順である。
前記電流経路にある低濃度N型拡散層110の抵抗値が高濃度N型拡散層106の抵抗値より高くなるため、高濃度N型拡散層106−低濃度N型拡散層110−P型ウェル108間に流れるコレクタ電流が低減されるので、隣接端子間のノイズに対する耐性を向上することができる。
以上のように本実施の形態2によれば、隣接するトランジスタそれぞれのドレイン領域の対向する位置に低濃度N型拡散層110を設けることにより、コレクタ電流が流れるパスの抵抗が高くなり、NPN寄生バイポーラトランジスタのコレクタ電流を低く留められるので、通常のCMOSプロセスを用いて、チップサイズを抑制しながら隣接端子間のノイズに対する耐性を向上することができる。
さらに図5、図6を用いて詳細に本発明の開発事例を説明する。
図5は実施の形態2の開発事例を説明する断面構造図、図6は実施の形態2の開発事例における破壊耐性の評価結果を説明する図である。
今、P型ウェル108の濃度が2×1015Atoms/cm−3、低電位用N型ウェル140の濃度が5.8×1016Atoms/cm−3、高濃度N型拡散層106の濃度が5.0×1020Atoms/cm−3、高濃度P型拡散層107の濃度が5.0×1020Atoms/cm−3、N型オフセット拡散層141の濃度が3.0×1016Atoms/cm−3、P型オフセット拡散層142の濃度が5.0×1016Atoms/cm−3で構成され、対向するドレイン間の領域である分離領域115を54μmの距離で設計されたデバイスについて説明する。
出力端子OUTn104に80V電位を隣接端子OUTn+1105に0V電位を供給し、出力端子OUTn+1105に負電位のノイズパルスを入力し、そのノイズレベルを大きくするとやがてNPN寄生バイポーラトランジスタの許容電流を超えて破壊に至る。
図6は、本発明のドレイン領域内に形成された低濃度N型拡散層110の濃度を変更して出力取出し用アルミ電極144からドレイン端までの拡散抵抗値を変更した場合の前記破壊に至る耐性の結果を比較したものである。低濃度N型拡散層110の拡散抵抗値を大きくするに従い、耐性向上の効果が認められる。
この時、従来の分離領域を広くして耐圧の向上を図る構造に比べて、分離領域を小さくすることができるために、チップサイズが大きくなることをおさえながらトランジスタのノイズ耐性を向上することができる。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3における駆動回路について図7を用いて説明する。
図7(a)は実施の形態3におけるPDPを駆動する駆動回路の構造を示す概略図、図7(b)は実施の形態3におけるPDPを駆動する駆動回路の断面構造概略図であり、そのA−B間の断面構造概略図である。実施の形態1に対して異なる点は、基板をN型基板113とし、各トランジスタを独立したP型ウェル108に形成し、N基板電位供給端子132によりN型基板113とP型ウェル108の間のビルトイン電圧よりも高い電位に固定可能なN型基板電位供給用のN型拡散層118およびN型基板領域113により各トランジスタの分離領域115を構成する点である。
次に、この半導体回路装置の動作を説明する。
自己ノイズまたは外来ノイズにより隣接端子間に形成されるNPN寄生バイポーラトランジスタが動作し、異常電流が流れて誤動作や破壊の原因になることは背景技術で述べた通りである。
以上のように、隣接するトランジスタを独立したP型ウェルに形成し、さらに、ドレインを形成するN型基板113とP型ウェル108の間のビルトイン電圧よりも高い電位を有するN型拡散層118、およびN型基板113を分離領域115に設けることにより、隣接するトランジスタ間のPウェル領域が離れているので、互いの隣接端子間にNPN寄生バイポーラトランジスタを形成しない構成とすることができ、誤動作または破壊に至る耐性を向上でき、通常のCMOSプロセスを用いて、隣接端子間のノイズに対する耐性を向上することができる。
ここで、分離領域115をN型基板113のみで形成し、N型拡散層118を設けない構成も可能である。
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4における半導体回路装置について図8を用いて説明する。
図8(a)は実施の形態4におけるPDPを駆動する駆動回路の構造を示す概略図、図8(b)は実施の形態4におけるPDPを駆動する駆動回路の断面構造概略図であり、そのA−B間の断面構造概略図である。実施の形態1に対して異なる点は、独立したP型ウェル108に各トランジスタを形成し、各トランジスタの分離領域115をP型ウェル108より低濃度のP型基板109により構成する点である。
次に、この半導体回路装置の動作を説明する。
自己ノイズまたは外来ノイズにより隣接端子間に形成されるNPN寄生バイポーラトランジスタが動作し、異常電流が流れて誤動作や破壊の原因になることは背景技術で述べた通りである。
NPN寄生バイポーラトランジスタ102のベース領域がP型基板109で構成されることによりNPN寄生バイポーラトランジスタ102が動作した時に流れる電流経路は、出力端子OUTn104−高濃度N型拡散層106−P型ウェル108−P型基板109−P型ウェル108−高濃度N型拡散層160−OUTn+1105の順である。
以上のように、NPN寄生バイポーラトランジスタ102のベースに相当する領域に、P型ウェル108より低濃度のP型基板109を設けることで、P型基板109が高抵抗であるために、ベース抵抗を高抵抗にでき、コレクタに相当する高濃度拡散層106に流れるコレクタ電流を低減でき、通常のCMOSプロセスを用いて、隣接端子間のノイズに対する耐性を向上することができる。
(実施の形態5)
本発明の実施の形態5における半導体回路装置について図9を用いて説明する。
図9(a)は実施の形態5におけるPDPを駆動する駆動回路の構造を示す概略図、図9(b)は実施の形態5におけるPDPを駆動する駆動回路の断面構造概略図であり、そのA−B間の断面構造概略図である。実施の形態1に対して異なる点は、独立したP型ウェル108に各トランジスタを形成し、各トランジスタの分離領域115にN型ウェル114を形成する点である。
次に、この半導体回路装置の動作を説明する。
自己ノイズまたは外来ノイズにより隣接端子間に形成されるNPN寄生バイポーラトランジスタが動作し、異常電流が流れて誤動作や破壊の原因になることは背景技術で述べた通りである。
NPN寄生バイポーラトランジスタ102のベース領域にN型ウェル114を形成することによりNPN寄生バイポーラトランジスタ102が動作した時に流れる電流経路は、出力端子OUTn104−高濃度N型拡散層106−P型ウェル108−P型基板109−P型ウェル108−高濃度N型拡散層160−出力端子OUTn+1105の順になる。図に示すように、電流経路がN型ウェル114を迂回するため実効的なベース長が大きくなりベース抵抗が高抵抗化するため、コレクタに相当する高濃度拡散層106に流れるコレクタ電流を低減できる。
以上のように、本実施の形態5によれば、NPN寄生バイポーラトランジスタのベース領域にN型ウェル114を形成することにより、実効的なベース長が大きくなりベース抵抗を高抵抗化するために、NPN寄生バイポーラトランジスタに流れるコレクタ電流を低く留められ、通常のCMOSプロセスを用いて、隣接端子間のノイズに対する耐性を向上することができる。
本発明にかかる半導体回路装置は、通常のCMOSプロセスを用いて、チップサイズを抑制しながら隣接端子間のノイズに対する耐性を向上することができ、複数の出力バッファを有する駆動回路およびその駆動回路を備えるデータ線ドライバに係わるもので、特にプラズマディスプレイパネル等の高電圧駆動信号で画像を表示するディスプレイパネルを駆動するのに用いる駆動回路およびデータ線ドライバ等として有用である。
(a)実施の形態1におけるPDPを駆動する駆動回路の構造を示す概略図 (b)実施の形態1におけるPDPを駆動する駆動回路の断面構造概略図 実施の形態1の開発事例を説明する断面構造図 実施の形態1の開発事例における破壊耐性の評価結果を説明する図 (a)実施の形態2におけるPDPを駆動する駆動回路の構造を示す概略図 (b)実施の形態2におけるPDPを駆動する駆動回路の断面構造概略図 実施の形態2の開発事例を説明する断面構造図 実施の形態2の開発事例における破壊耐性の評価結果を説明する図 (a)実施の形態3におけるPDPを駆動する駆動回路の構造を示す概略図 (b)実施の形態3におけるPDPを駆動する駆動回路の断面構造概略図 (a)実施の形態4におけるPDPを駆動する駆動回路の構造を示す概略図 (b)実施の形態4におけるPDPを駆動する駆動回路の断面構造概略図 (a)実施の形態5におけるPDPを駆動する駆動回路の構造を示す概略図 (b)実施の形態5におけるPDPを駆動する駆動回路の断面構造概略図 一般的なプラズマディスプレイパネルの概略構成図 従来のPDPを駆動するデータ線ドライバのブロック図 従来の駆動回路の回路構成図 従来の駆動回路の駆動波形図 (a)従来のPDPを駆動する駆動回路の構造を示す概略図 (b)従来のPDPを駆動する駆動回路の断面構造概略図 従来の駆動回路におけるNPN寄生バイポーラトランジスタの電流特性図
符号の説明
102 NPN寄生バイポーラトランジスタ
103 駆動電源端子
104 出力端子(OUTn)
105 出力端子(OUTn+1)
106 高濃度N型拡散層
160 高濃度N型拡散層
107 高濃度P型拡散層
108 P型ウェル
109 P型基板
110 低濃度N型拡散層
113 N型基板
114 N型ウェル
115 分離領域
116 コレクタ電流低減用高濃度N型拡散層
117 ドレイン領域
118 N型拡散層
130 接地端子
131 固定電位供給端子
132 N基板電位供給端子
140 低電位用N型ウェル
141 N型オフセット拡散層
142 P型オフセット拡散層
143 LOCOS
144 出力取出し用アルミ電極
200 ソースドレイン形成パターン
201 ゲート形成パターン
202 P型ウェル電位供給用拡散形成パターン
203 高濃度N型拡散層形成パターン
204 低濃度N型拡散層形成パターン
900 PDP
901 走査電極ライン
902 走査線ドライバ
903 表示データ電極ライン
904 表示データ線ドライバ
905 シフトレジスタ
906 ラッチ回路
907 レベルシフト回路
908 駆動回路

Claims (2)

  1. 第1導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板に形成される第1導電型のウェルと、
    前記ウェルに形成される第2の導電型の第1の拡散層と、
    前記第1の拡散層に接続される第1の出力端子と、
    前記ウェルに形成される第2の導電型の第2の拡散層と、
    前記第2の拡散層に接続される第2の出力端子と、
    前記ウェルの前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間に形成される第3の拡散層と、
    前記第3の拡散層内に形成される第1の導電型の第4の拡散層と、
    前記第3の拡散層内に形成される第1の導電型の第5の拡散層と、
    前記第4の拡散層と前記第5の拡散層との間に形成される第2の導電型の第6の拡散層と
    を有し、前記第6の拡散層には前記ウェルの電圧以上の電圧が印加されることを特徴とする駆動回路。
  2. 前記第1の導電型がP型で、前記第2の導電型がN型であることを特徴とする請求項1記載の駆動回路。
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