JP5050628B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、出力段トランジスタと駆動回路とを備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device including an output stage transistor and a drive circuit.
従来から、半導体基板上に平行に配列されたゲート配線に接続されてゲートが設けられ、ゲートに沿ってソースとドレインが設けられ、格子状の複数のトランジスタセルからなる出力段トランジスタを備えた半導体装置が知られている。 Conventionally, a semiconductor device having a gate connected to gate wirings arranged in parallel on a semiconductor substrate, a source and a drain provided along the gate, and an output stage transistor composed of a plurality of lattice-shaped transistor cells The device is known.
かかる半導体装置は、インバータ回路等で構成された駆動回路を備え、駆動回路でオン・オフ信号又はハイレベル信号(高電位信号)・ローレベル信号(低電位信号)によりスイッチング駆動を行うことにより、出力段トランジスタを駆動するのが一般的であり、パワーMOS(Metal Oxcide Semiconductor)トランジスタの駆動に利用されることが多い。 Such a semiconductor device includes a drive circuit composed of an inverter circuit or the like, and performs switching drive by an on / off signal or a high level signal (high potential signal) / low level signal (low potential signal) in the drive circuit, The output stage transistor is generally driven, and is often used to drive a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor.
図5は、従来の半導体装置200を示した図である。図5において、出力段トランジスタQ7のレイアウトと、駆動回路80が示されている。半導体装置200は、これらの出力段トランジスタQ7等の素子及び駆動回路80等の回路を含むIC(Integrated Circuit、集積回路)として構成されている。
FIG. 5 is a diagram showing a
図5において、出力段トランジスタQ7は、平行に配列された複数のゲート配線71と、ゲート配線71に電位を供給するゲート電位供給配線72を備えている。ゲート電位供給配線72は、例えば、アルミ等の良導体が用いられる。ゲート配線71の両側には、ソース73とドレイン74とが交互に配置され、トランジスタセルを形成している。
In FIG. 5, the output stage transistor Q <b> 7 includes a plurality of
トランジスタセルは、ゲート配線71に接続されたゲートに電圧が印加されることにより、オン・オフのスイッチング動作がなされ、出力段トランジスタQ7全体として出力がなされる。
In the transistor cell, when a voltage is applied to the gate connected to the
ゲート配線71は、ゲート電位供給配線72に接続されており、ゲート電位供給配線72は、駆動回路80の出力端子82に接続されている。駆動回路80は、CMOS(Complementaly Metal Oxcide Semiconductor)インバータ回路を構成しており、pチャンネルMOSトランジスタQ8とnチャンネルMOSトランジスタQ9を備えている。トランジスタQ8、Q9のゲートには、入力端子81から信号が入力され、ハイレベルの信号が入力された場合には、トランジスタQ9がオンとなり、駆動回路80の出力端子82からは、低電位(ローレベル)の接地電位0Vが出力される。一方、入力端子81を介してトランジスタQ8、Q9にローレベルの信号が入力された場合には、トランジスタQ8がオンになるので、駆動回路80の出力端子82からは、高電位(ハイレベル)の電源電圧Vddが出力される。
The
このように、駆動回路80は、インバータ回路として構成され、ハイレベル信号が入力されたときにはローレベル信号を出力し、ローレベル信号が入力されたときには、ハイレベル信号を出力する。そして、駆動回路80により、出力段トランジスタQ7の出力駆動制御を行い、所望の出力電流を得ることができる。特に、出力段トランジスタQ7は、パワーMOSトランジスタが適用される場合が多く、かかる駆動回路80及び出力段トランジスタQ7の構成により、所望の電力を得ることができる。
As described above, the
なお、半導体基板上に設けられた平行なゲート配線を有する縦型構造のMOSFETにおいて、ゲート用ワイヤボンディングパッドに接続された周辺ゲート配線が四角状の半導体チップ内の対向する2辺に沿って設けられ、この対向する周辺ゲート配線の片側ずつに平行なゲート配線が交互に接続され、隣接するゲート配線の電流の向きが逆向きになるような配線構造とし、自己インダクタンスにより発生する磁界の向きが隣接するゲート配線同士で逆向きとなるようにしたMOSFETを有する半導体装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上述の図5に示した従来技術の構成では、駆動回路80のオン・オフの切り換え時に発生する自己インダクタンスによる磁界エネルギーの影響により、高速スイッチング動作が妨げられるという問題がある。
However, in the configuration of the conventional technique shown in FIG. 5 described above, there is a problem that high-speed switching operation is hindered by the influence of magnetic field energy due to self-inductance generated when the
図5において、駆動回路80からハイレベル信号を出力した場合を考えると、出力段トランジスタQ7を流れる電流は、破線矢印のように表される。つまり、電源電圧VddがトランジスタQ8を通じてドレイン出力からゲート電位供給配線72の入力側端部72aに流れ込み、ここから上下に分岐して平行に配列されたゲート電位供給配線72に分岐して流れ込む。ゲート電位供給配線72の上下に分岐して流れ込んだ電流は、上下からほぼ対照にゲート配線71に端部から中央部に向かって流れ込む。このとき、アンペール右ねじの法則により、破線の向きに流れる電流の周囲には、電流の進行方向に右回りに磁界が発生する。
In FIG. 5, considering the case where a high level signal is output from the
次に、駆動回路80のオン・オフが切り換わり、トランジスタQ9がオンになり、トランジスタQ8がオフになると、電流は、トランジスタQ9のドレインからグランドに電流が流れ込む。このとき、ゲート配線71を流れる電流は、図5の破線から実線の向きに切り換わり、今までと逆向きに流れるので、ゲート配線71の周りに発生する磁界の向きも反対向きとなる。このとき、磁界はエネルギーを持っているので、切り換わった瞬間に切り換え前の磁界エネルギーが残っており、この磁界エネルギーを打消すエネルギーを余分に必要とする。そのため、高速スイッチング動作が妨げられてしまう。特に、出力段トランジスタQ7にパワーMOSトランジスタが適用され、数アンペア程度の比較的大きな電流が流れる場合には、自己インダクタンスにより発生する磁界エネルギーも大きくなり、高速スイッチング動作を妨げる磁界エネルギーも大きなものとなってしまう。
Next, when the
また、上述の特許文献1に記載の構成では、オン状態及びオフ状態が継続している間においては、隣接するゲート配線が発生する自己インダクタンスが互いに打ち消し合う効果が得られるが、オン・オフの切り換え時には、電流の向きが切り換わるので、やはり切り換え前の磁界エネルギーが切り換え後の電流の流れを妨げる問題を生ずる。
Further, in the configuration described in
そこで、本発明は、駆動回路のオン・オフの切り換えがあっても、自己インダクタンスによる悪影響を除去し、高速スイッチング駆動可能な出力段トランジスタ及び駆動回路を備える半導体装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device including an output stage transistor and a drive circuit that can perform high-speed switching drive, eliminating adverse effects due to self-inductance even when the drive circuit is switched on and off. .
上記目的を達成するため、第1の発明に係る半導体装置(100、100a、100b、100c)は、基板上に平行に配列された複数のゲート配線(11)と、該複数のゲート配線(11)に対して並列接続されたトランジスタセル(14、15)と、前記複数のゲート配線(11)の一端にのみ接続されたゲート高電位供給配線(12)と、前記複数のゲート配線(11)の他端にのみ接続されたゲート低電位供給配線(13)とを含む出力段トランジスタ(Q1、Q5)と、
高電位信号を出力する高電位出力トランジスタ(Q2、Q4)と低電位信号を出力する低電位出力トランジスタ(Q3)とを備え、前記出力段トランジスタ(Q1、Q5)の前記ゲート配線(11)に前記高電位信号又は前記低電位信号を供給することにより、前記出力段トランジスタ(Q1、Q5)の前記トランジスタセル(14、15)をスイッチング駆動する駆動回路(20、20b、20c)とを有し、
前記高電位出力トランジスタ(Q2、Q4)の出力端子(22、22c)は前記ゲート高電位供給配線(12、12a)に接続され、前記低電位出力トランジスタ(Q3)の出力端子(23)は前記ゲート低電位供給配線(13、13a)に接続されたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor device (100, 100a, 100b, 100c) according to a first invention includes a plurality of gate wirings (11) arranged in parallel on a substrate and the plurality of gate wirings (11 ) Transistor cells (14, 15) connected in parallel to each other, a gate high potential supply wiring (12) connected only to one end of the plurality of gate wirings (11), and the plurality of gate wirings (11) Output stage transistors (Q1, Q5) including a gate low potential supply wiring (13) connected only to the other end of
A high potential output transistor (Q2, Q4) for outputting a high potential signal and a low potential output transistor (Q3) for outputting a low potential signal are provided, and the gate wiring (11) of the output stage transistor (Q1, Q5) is provided. A drive circuit (20, 20b, 20c) for switching and driving the transistor cells (14, 15) of the output stage transistors (Q1, Q5) by supplying the high potential signal or the low potential signal; ,
The output terminals (22, 22c) of the high potential output transistors (Q2, Q4) are connected to the gate high potential supply wiring (12, 12a), and the output terminals (23) of the low potential output transistor (Q3) are The gate low potential supply wiring (13, 13a) is connected.
これにより、駆動回路による高電位信号と低電位信号の切り換えがあっても、出力段トランジスタのゲート配線を流れる電流の向きは一定となり、オン・オフ切り換え前後で自己インダクタンスの向きは変化しないので、これにより生じる悪影響を排除でき、高速スイッチング駆動が可能な半導体装置とすることができる。 As a result, even when the high potential signal and low potential signal are switched by the drive circuit, the direction of the current flowing through the gate wiring of the output stage transistor is constant, and the direction of self-inductance does not change before and after switching on / off. The adverse effect caused by this can be eliminated, and a semiconductor device capable of high-speed switching drive can be obtained.
第2の発明は、第1の発明に係る半導体装置(100、100a、100b、100c)において、前記高電位出力トランジスタ(Q2、Q4)の出力端子(22、22c)及び前記低電位出力トランジスタ(Q3)の出力端子(23)は、前記ゲート高電位供給配線(12、12a)と前記ゲート低電位供給配線(13、13a)の対向する位置に各々接続されたことを特徴とする。 According to a second invention, in the semiconductor device (100, 100a, 100b, 100c) according to the first invention, the output terminals (22, 22c) of the high potential output transistors (Q2, Q4) and the low potential output transistors ( The output terminal (23) of Q3) is connected to the opposing position of the gate high potential supply wiring (12, 12a) and the gate low potential supply wiring (13, 13a), respectively.
これにより、各ゲート配線を流れる電流が、高電位の場合でも低電位の場合でも同一となり、高電位と低電位の切り換え時の電流変動を防止できる。 As a result, the current flowing through each gate line is the same regardless of whether it is a high potential or a low potential, and current fluctuation when switching between a high potential and a low potential can be prevented.
第3の発明は、第2の発明に係る半導体装置(100、100a、100b、100c)において、
前記対向する位置は、前記ゲート高電位供給配線(12、12a)及び前記ゲート低電位供給配線(13、13a)の前記駆動回路(20、20b、20c)側の端部(A、B)であることを特徴とする。
A third invention is a semiconductor device according to the second invention (100, 100a, 100b, 100c),
The opposing positions are the ends (A, B) of the gate high potential supply wiring (12, 12a) and the gate low potential supply wiring (13, 13a) on the drive circuit (20, 20b, 20c) side. It is characterized by being.
これにより、駆動回路と出力段トランジスタの接続配線を短くすることができ、出力段トランジスタの駆動速度を速めるとともに、半導体装置内に占めるスペースを小さくする配置とすることができる。 As a result, the connection wiring between the drive circuit and the output stage transistor can be shortened, the drive speed of the output stage transistor can be increased, and the space occupied in the semiconductor device can be reduced.
第4の発明は、第1〜3のいずれか1つの発明に係る半導体装置(100、100a、100b、100c)において、
前記ゲート配線(11)はポリシリコン膜で形成され、
前記ゲート高電位供給配線(12、12a)及び前記ゲート低電位供給配線(13、13a)は、アルミニウムを含む金属で形成されていることを特徴とする。
A fourth invention is a semiconductor device (100, 100a, 100b, 100c) according to any one of the first to third inventions,
The gate wiring (11) is formed of a polysilicon film,
The gate high potential supply wiring (12, 12a) and the gate low potential supply wiring (13, 13a) are formed of a metal containing aluminum.
これにより、良導体のアルミニウムを含む金属によりゲート配線への電位供給を行うので、ゲート配線の配置が離れていても、ほぼ均一にゲート配線に電位供給を行うことができる。 As a result, the potential supply to the gate wiring is performed by the metal containing aluminum, which is a good conductor, so that the potential can be supplied to the gate wiring almost evenly even if the gate wiring is distant.
第5の発明は、第1〜4のいずれか1つの発明に係る半導体装置(100、100a、100b)において、
前記駆動回路(20、20b)はpチャンネルMOSトランジスタとnチャンネルMOSトランジスタとを含み、
前記高電位出力トランジスタ(Q2)の出力端子(22)は前記pチャンネルMOSトランジスタのドレインであり、
前記低電位出力トランジスタ(Q3)の出力端子(23)は前記nチャンネルMOSトランジスタのドレインであることを特徴とする。
A fifth invention is a semiconductor device (100, 100a, 100b) according to any one of the first to fourth inventions,
The drive circuit (20, 20b) includes a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor,
The output terminal (22) of the high potential output transistor (Q2) is the drain of the p-channel MOS transistor,
The output terminal (23) of the low potential output transistor (Q3) is the drain of the n-channel MOS transistor.
これにより、駆動回路をCMOSインバータと同様のトランジスタ構成として、出力段トランジスタの駆動制御を行うことができる。 Thereby, the drive circuit of the output stage transistor can be controlled with the drive circuit having the same transistor structure as that of the CMOS inverter.
第6の発明は、第1〜4のいずれか1つの発明に係る半導体装置(100c)において、
前記駆動回路(20c)は2つのnチャンネルMOSトランジスタを含み、
前記高電位出力トランジスタ(Q4)の出力端子(22c)は一方の前記nチャンネルMOSトランジスタのソースであり、
前記低電位出力トランジスタ(Q3)の出力端子(23)は他方の前記nチャンネルMOSトランジスタのドレインであることを特徴とする。
A sixth invention is a semiconductor device (100c) according to any one of the first to fourth inventions,
The drive circuit (20c) includes two n-channel MOS transistors,
The output terminal (22c) of the high potential output transistor (Q4) is the source of one of the n-channel MOS transistors,
The output terminal (23) of the low potential output transistor (Q3) is the drain of the other n-channel MOS transistor.
これにより、高速動作の可能なnチャンネルMOSトランジスタにより駆動回路を構成できるので、より高速なスイッチング駆動が可能となる。 As a result, a drive circuit can be configured by an n-channel MOS transistor capable of high-speed operation, thereby enabling higher-speed switching drive.
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、図示の態様に限定されるものではない。 Note that the reference numerals in the parentheses are given for easy understanding, are merely examples, and are not limited to the illustrated modes.
本発明によれば、駆動回路の高電位出力と低電位出力の切り換え時に、出力段トランジスタに発生する自己インダクタンスによる悪影響を防止し、高速スイッチング駆動を行うことができる。 According to the present invention, when switching between a high potential output and a low potential output of the drive circuit, adverse effects due to self-inductance generated in the output stage transistor can be prevented, and high-speed switching drive can be performed.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
〔実施例1〕
図1は、本発明を適用した実施例1に係る半導体装置100の構成図である。特に、駆動回路20の回路構成図と出力段トランジスタQ1のレイアウト構成図を示している。
[Example 1]
FIG. 1 is a configuration diagram of a
図1において、実施例1に係る半導体装置100は、出力段トランジスタQ1と、駆動回路を備える。また、半導体装置100は、全体としては半導体チップ又はIC(Integrated Circuit、集積回路)として構成されてよく、他に必要な回路を備えていてよい。
In FIG. 1, a
出力段トランジスタQ1は、最終的な出力電圧及び出力電流を出力するためのトランジスタ素子である。出力段トランジスタQ1は、半導体ウエハ等の半導体基板上に形成され、平行に複数本配列されたゲート配線11を有する。平行に配列されたゲート配線には、ゲート電極が所定の間隔を開けて配列されて形成されてよく(図示せず)、そのゲート電極を挟むように、ソース13とドレイン14が交互に形成されてよい。ゲート電極と、ゲートに隣接して配置されたソース及びドレインで、1組のトランジスタセルを形成する。そして、ゲート配線11を通じて、ゲート電極に電圧を印加することにより、トランジスタセルを駆動制御する。なお、ゲート配線11は、例えばポリシリコン膜で形成され、導体であり、かつゲート配線11として好ましい材質が適用されてよい。このように、出力段トランジスタQ1は、半導体ウエハ等の基板上に、複数のトランジスタセルが形成され、複数個のトランジスタセル全体で1個の出力段トランジスタQ1を構成してよい。
The output stage transistor Q1 is a transistor element for outputting a final output voltage and output current. The output stage transistor Q1 is formed on a semiconductor substrate such as a semiconductor wafer and has a plurality of gate wirings 11 arranged in parallel. The gate wires arranged in parallel may be formed with gate electrodes arranged at predetermined intervals (not shown), and the
出力段トランジスタQ1は、ゲート配線11に接続され、ゲート配線11に電位を供給するゲート電位供給配線12、13を有する。ゲート電位供給配線12、13は、ゲート配線11に高電位信号を供給するゲート高電位供給配線12と、ゲート配線11に低電位信号を供給するゲート低電位供給配線13とからなる。ゲート電位供給配線12、13は、ゲート配線11の平行列に略垂直に配置され、各々がゲート配線11の異なる端部に接続されて構成されている。つまり、ゲート高電位供給配線12は、図1におけるゲート配線11の上側端部にのみ接続され、ゲート低電位供給配線13は、図におけるゲート配線11の下側端部にのみ接続されている。
The output stage transistor Q1 includes gate
ゲート高電位供給配線12及びゲート低電位供給配線13は、例えばアルミニウムのような良導体金属又はこれを含む金属により構成されてよく、なるべく抵抗の少ない金属で構成されてよい。他にも例えば、良導体である金や銅等が利用されてもよい。
The gate high
ゲート高電位供給配線12とゲート低電位供給配線13は、これらが直接的には接続されず、総てゲート配線11を介して接続されている。よって、ゲート配線11に高電位信号が供給される場合には、必ずゲート高電位供給配線12を介して供給され、逆に低電位信号が供給される場合には、必ずゲート低電位供給配線13を介して供給される。図5に示した従来の出力段トランジスタQ7の構成であれば、ゲート電位供給配線72はゲート配線71の両端に接続されているため、両端から電流が流れ込むが、図1の本実施例に係る出力段トランジスタQ1の構成では、電流の供給は常にゲート配線11の一方からになる。
The gate high
なお、出力段トランジスタQ1は、複数の平行に配列されたゲート配線11を有する種々の態様のトランジスタが適用されてよく、例えば、電力出力制御を行うパワーMOSトランジスタが適用されてもよい。パワーMOSトランジスタは、数アンペア程度の比較的大きな電流が流されて使用され、通電時の自己インダクタンスの発生量も大きく、高電位と低電位又はオン・オフの切り換え時に発生する自己インダクタンスの変化量も大きくなるので、本実施例を適用することにより、駆動スイッチング速度を大きく改善することができる。また、他にも、縦型のMOSトランジスタや、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)もゲート配線11が複数本平行に配列されている配線構造であるので、本実施例に係る半導体装置100を好適に適用可能である。図1において、ソース14及びドレイン15は、配線構造の一例として示したものであり、これらが縦型の構成として配置されたり、他の種類の電極の構成要素に置き換わったりしても、ゲート配線11が同様に配置されていれば本実施例を適用してよい。
As the output stage transistor Q1, various types of transistors having a plurality of gate wirings 11 arranged in parallel may be applied. For example, a power MOS transistor that performs power output control may be applied. Power MOS transistors are used with a relatively large current of about several amperes flowing through them. The amount of self-inductance generated during energization is large, and the amount of change in self-inductance that occurs when switching between high and low potentials or on / off Therefore, the driving switching speed can be greatly improved by applying this embodiment. In addition, since the vertical MOS transistor and IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) also have a wiring structure in which a plurality of gate wirings 11 are arranged in parallel, the
出力段トランジスタQ1は、半導体装置100の最終出力を行う電力出力端子16、17を備えてよい。出力段トランジスタQ1は、半導体装置100の最終出力段であるので、これを出力する端子として、高電位側電力出力端子16と低電位側電力出力端子17を有し、これらの端子から電力供給出力を行うようにしてよい。
The output stage transistor Q1 may include
駆動回路20は、出力段トランジスタQ1に高電位信号又は低電子信号を出力し、出力段トランジスタQ1を駆動するためのドライブ回路である。なお、本実施例において、高電位信号というのは、ハイレベル信号又はオン信号と言い換えてもよく、同様に低電位信号というのは、ローレベル信号又はオフ信号と言い換えてもよい。
The
駆動回路20は、2つのトランジスタQ2、Q3を含み、高電位信号を出力する高電位出力トランジスタQ2と低電位信号を出力する低電位出力トランジスタQ3とから構成される。図1においては、高電位出力トランジスタQ2にはpチャンネルMOSトランジスタが適用され、低電位出力トランジスタQ3には、nチャンネルMOSトランジスタが適用されている。これは、CMOSインバータと同じトランジスタ構成である。
The
しかしながら、図5に示したように、従来のCMOSインバータの構成であれば、高電位出力トランジスタQ8のドレインと低電位出力トランジスタQ9のドレインが接続され、共通の出力端子82を有しているが、図1の本実施例に係る駆動回路20においては、高電位出力トランジスタQ2の出力端子(ドレイン)22と低電位出力トランジスタQ3の出力端子(ドレイン)23は直接的には接続されていない。そして、高電位出力トランジスタQ2の出力端子(ドレイン)22はゲート高電位供給配線12にのみ接続され、低電位出力トランジスタQ3の出力端子(ドレイン)23はゲート低電位供給配線13にのみ接続されている。これにより、高電位出力トランジスタQ2がオンとなり、高電位(Vdd)を出力するときには、出力端子22からの高電位信号はゲート高電位供給配線12にのみ直接的に出力される。同様に、低電位出力トランジスタQ3がオンとなり、低電位(接地0V)を出力するときには、出力端子23からの低電位信号は、ゲート低電位供給配線13にのみ出力される。
However, as shown in FIG. 5, in the conventional CMOS inverter configuration, the drain of the high-potential output transistor Q8 and the drain of the low-potential output transistor Q9 are connected and have a
次に、このように構成された駆動回路20の駆動動作について説明する。
Next, the drive operation of the
入力端子21に高電位信号が入力された場合には、トランジスタQ2がオフ、トランジスタQ3がオンとなり、トランジスタQ3の出力端子23から低電位出力信号が出力され、図1においては接地電位0Vが出力される。このとき、出力段トランジスタQ1のゲート配線11を流れる電流は、図1の実線の向きとなり、ゲート配線11からトランジスタQ3を介してグランドに流れ込む下向きの電流が流れる。
When a high potential signal is input to the
一方、入力端子21に低電位信号が入力された場合には、トランジスタQ2がオン、トランジスタQ3がオフとなり、トランジスタQ2の出力端子22からは高電位出力信号である電源電圧Vddが出力され、ゲート高電位供給配線12に供給される。このとき、出力段トランジスタQ1のゲート配線11を流れる電流の向きは、図1の破線の向きとなり、方向的には、ゲート配線11からグランド側に流れ込む下向きの電流となり、破線と一致する向きとなる。
On the other hand, when a low potential signal is input to the
よって、本実施例に係る半導体装置100の駆動回路20及び出力段トランジスタQ1によれば、駆動回路20のオン・オフの切り換えがあっても、出力段トランジスタQ1のゲート配線11を流れる電流の向きは一定となる。従って、アンペール右ねじの法則に従って発生する自己インダクタンス及び磁界エネルギーも、駆動回路20のスイッチング動作に関わらず、常に一定の向きとなる。よって、本実施例に係る駆動回路20及び出力段トランジスタQ1の構成によれば、駆動回路20のスイッチング動作を妨げる逆向きの残存磁界エネルギーを解消し、高速スイッチング動作を行うことが可能となる。
Therefore, according to the
なお、自己インダクタンスの変化は、駆動回路20のスイッチング動作の切り換え時に、ゲート配線11を流れる電流の向きの変化だけではなく、大きさや電流分布の変化によっても生じるので、切り換え前後でゲート配線11を流れる電流の大きさと分布も一定であることが好ましい。このため、駆動回路20の高電位出力トランジスタQ2と低電位出力トランジスタQ3は同じ特性を有するトランジスタを用いることが好ましい。また、高電位出力トランジスタQ2の出力端子22とゲート高電位供給配線12との接続点Aと、低電位出力トランジスタQ3の出力端子23とゲート低電位供給配線13との接続点Bも、ゲート配線11に対して対照となる、対向する位置とすることが好ましい。図1においては、接続点Aと接続点Bはともにゲート配線11を介して対向し、双方とも駆動回路20側の端部に配置されている。このように、高電位出力トランジスタQ2とゲート高電位供給配線12との接続点Aと、低電位出力トランジスタQ3とゲート低電位供給配線13との接続点Bとを対照又は対向する位置に設けることにより、ゲート配線11を流れる電流の電流分布も、スイッチング駆動のオン・オフ切り換え前後で変化が少なくなり、より高速スイッチング駆動を行うことが可能となる。また、接続点A、Bを駆動回路20側端部に設けたことにより、駆動回路20と出力段トランジスタQ1との間の配線を短くすることができるので、オン抵抗を少なくするとともに、半導体装置100内の省スペース化を図ることができる。
The change in the self-inductance is caused not only by the change in the direction of the current flowing through the
なお、電流分布の均一性を優先するのであれば、例えば、ゲート高電位供給配線12の中央付近の接続点Cと、それに対向したゲート低電位供給配線13の中央付近の接続点Dとに、高電位出力トランジスタQ2の出力端子22と低電位出力トランジスタQ3の出力端子23とを各々接続する構成としてもよい。これらの接続点の配置は、用途等に応じて適宜所望の位置に設定してよい。
If priority is given to the uniformity of the current distribution, for example, the connection point C near the center of the gate high
図2は、実施例1の変形例に係る半導体装置100aの回路構成を示した図である。特に、半導体装置100aに適用される駆動回路20の回路図と、出力段トランジスタQ1、Q5のレイアウト構成を示している。
FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration of a
図2において、変形例に係る半導体装置100aは、図1に係る実施例1とは、出力段トランジスタQ1の他に、出力段トランジスタQ5が更に並列に設けられた点で異なっている。駆動回路20により、出力段トランジスタQ1、Q5の2つを駆動制御したい場合には、高電位出力トランジスタQ2の出力端子22に出力段トランジスタQ1、Q5のゲート高電位供給配線12、12aを並列接続し、低電位出力トランジスタQ3の出力端子23に出力段トランジスタQ1、Q5のゲート低電位供給配線13、13aを並列接続してよい。これにより、1つの駆動回路20で2つの出力段トランジスタQ1、Q5を駆動することができ、より大電力を供給できる半導体装置100aとすることができる。
2, the
図3は、図2とは異なる実施例1の変形例に係る半導体装置100bの回路構成を示した図である。特に、半導体装置100bに適用される駆動回路20bの回路図と、出力段トランジスタQ1のレイアウト構成を示している。
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of a
図3において、本変形実施例に係る半導体装置100bは、出力段トランジスタQ1の構成については図1の実施例1に係る半導体装置100と同様である。また、駆動回路20の最終段につき、高電位出力トランジスタQ2にpチャンネルMOSトランジスタが適用され、低電位出力トランジスタQ3にnチャンネルMOSトランジスタが適用されている点においても、実施例1に係る半導体装置100と同様である。しかしながら、本変形実施例に係る半導体装置100bは、駆動回路20bの最終段の前に、2つのインバータ24、25が設けられている点で、図1の実施例1に係る半導体装置100と異なっている。
In FIG. 3, the
図3において、駆動回路20bの最終段は、CMOSインバータ回路の出力端子が分離した変形CMOSインバータ回路とも言うべき駆動回路であるが、入力信号を反転して出力するというインバータの機能はそのまま有している。また、その前段も、インバータ24、25が2段で構成されているので、インバータ24の入力端子21cに入力された信号は、1段目のインバータ24と2段目のインバータ25により反転を2回繰り返し、反転していないのと同様の結果を出力することになる。よって、駆動回路20bは、入力端子21bに入力した電位レベルの信号と、同じ電位レベルの信号が最終段に入力されるように構成されている。そして、駆動回路20bの最終段の構成は、図1の実施例1に係る駆動回路20と同様の構成であるから、本変形実施例に係る半導体装置100bの駆動回路20bは、実施例1に係る半導体装置100の駆動回路20と論理回路上は同一の構成である。
In FIG. 3, the final stage of the
本変形実施例に係る駆動回路20bにおいて、インバータ24、25は、実質的にはインピーダンス変換を行うバッファ回路としての役割を果たしている。このように、論理回路上の構成を実施例1に係る駆動回路20と同一とし、駆動回路20bの最終段の入力の前段にバッファ回路を設けてインピーダンス変換を行い、駆動回路20bの入力信号の電位レベルを安定する機能を付加するようにしてもよい。
In the
このように、出力段トランジスタQ1と、これに接続される駆動回路20bの最終段の高電位出力トランジスタQ2及び低電位出力トランジスタQ3との関係を一定にしておけば、駆動回路20bの前段で、用途に応じて適宜種々の変形を加えることができる。
Thus, if the relationship between the output stage transistor Q1 and the high-potential output transistor Q2 and the low-potential output transistor Q3 in the final stage of the
〔実施例2〕
図4は、実施例2に係る半導体装置100cの出力段トランジスタQ1のレイアウトと駆動回路20cの回路構成を示した図である。なお、実施例1において説明した構成要素と同様の構成要素については、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
[Example 2]
FIG. 4 is a diagram illustrating the layout of the output stage transistor Q1 and the circuit configuration of the
図4において、出力段トランジスタQ1のレイアウト構成は図1の実施例1に係る半導体装置100の出力段トランジスタQ1と同様であるが、駆動回路20cの回路構成が、実施例1に係る半導体装置100の駆動回路20、20bと異なっている。
4, the layout configuration of the output stage transistor Q1 is the same as that of the output stage transistor Q1 of the
実施例2に係る駆動回路20cは、インバータ24と、バッファ26と、インバータ27と、高電位出力トランジスタQ4と、低電位出力トランジスタQ3とから構成される。
The
図4において、低電位出力トランジスタQ3にnチャンネルMOSトランジスタQ3が用いられている点では、実施例1に係る半導体装置100、100a、100bの駆動回路20、20bと同様であるが、高電位出力トランジスタQ4にも、nチャンネルMOSトランジスタが適用されている点で、実施例1に係る半導体装置100、100a、100bの駆動回路20、20bと異なっている。
In FIG. 4, the n-channel MOS transistor Q3 is used as the low-potential output transistor Q3, which is similar to the
nチャンネルMOSトランジスタは、一般的に、pチャンネルMOSトランジスタよりも高速に動作可能である。よって、より高速に動作することが要求され、かつnチャンネルMOSトランジスタが適用可能な場合には、高電位出力トランジスタQ4にも、nチャンネルMOSトランジスタを適用することが好ましい。本実施例においては、駆動回路20cの最終段のインバータ回路をnチャンネルMOSトランジスタのみを2つ用いて実現させている。これにより、より高速なスイッチング駆動が可能となる。
An n-channel MOS transistor can generally operate at a higher speed than a p-channel MOS transistor. Therefore, when it is required to operate at a higher speed and an n-channel MOS transistor is applicable, it is preferable to apply an n-channel MOS transistor to the high potential output transistor Q4. In this embodiment, the inverter circuit at the final stage of the
駆動回路20cにおいて、高電位出力トランジスタQ4にnチャンネルMOSトランジスタを適用したことにより、高電位出力トランジスタQ4の出力端子22cは、ソース電極に変化している。なお、低電位出力トランジスタQ3に出力端子23は、実施例1に係る半導体装置100、100a、100bと同様に、ドレインのままである。
In the
次に、このように構成された駆動回路20cの動作について説明する。
Next, the operation of the
駆動回路20cの入力端子21cに、高電位信号が入力された場合には、インバータ24により低電位信号に反転し、バッファ26及びインバータ27に低電位信号が入力される。バッファ26からは、そのまま低電位信号が出力され、高電位出力トランジスタQ4のゲートに入力される。一方、インバータ27からは反転して高電位信号が出力され、低電位出力トランジスタQ3のゲートに入力される。
When a high potential signal is input to the input terminal 21c of the
高電位出力トランジスタQ4は、低電位信号が入力されてオフとなる。一方、低電位出力トランジスタQ3には、高電位信号が入力されるのでオンとなり、出力端子23からは、接地電位が出力される。従って、ゲート配線11を流れる電流の向きは、下向きである。
The high potential output transistor Q4 is turned off when a low potential signal is input thereto. On the other hand, since the high potential signal is input to the low potential output transistor Q3, it is turned on, and the ground potential is output from the
次に、駆動回路20cの入力端子21cに低電位信号が入力された場合には、インバータ24から高電位信号が出力され、バッファ26及びインバータ27に入力される。バッファ26からは、そのまま高電位信号が出力される。また、インバータ27からは、反転して低電位信号が出力される。
Next, when a low potential signal is input to the input terminal 21 c of the
よって、今度は高電位出力トランジスタQ4のゲートには高電位信号が入力されるので、こちらはオンとなり、低電位出力トランジスタQ3のゲートには低電位信号が入力されるので、こちらはオフとなる。従って、高電位出力トランジスタQ4の出力端子22cから高電位である電源電位Vddが出力され、出力段トランジスタQ1はオン駆動する。このとき、ゲート配線11を流れる電流は、やはり下向きであり、駆動回路20cの出力が高電位に変化しても一定である。よって、自己インダクタンスによるスイッチング動作への悪影響は、やはり防止されている。
Therefore, since the high potential signal is inputted to the gate of the high potential output transistor Q4, this is turned on, and the low potential signal is inputted to the gate of the low potential output transistor Q3, so this is turned off. . Accordingly, the high power supply potential Vdd is output from the
このように、駆動回路20cの最終段のトランジスタをnチャンネルMOSトランジスタで構成しても、本発明を適用することができる。本実施例に係る半導体装置100cによれば、pチャンネルMOSトランジスタよりも高速駆動可能なnチャンネルを駆動回路20cに適用することにより、更に高速スイッチング駆動可能な半導体装置100cとすることができる。
Thus, the present invention can be applied even if the final stage transistor of the
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
11、71 ゲート配線
12 ゲート高電位供給配線
13 ゲート低電位供給配線
14、73 ソース
15、74 ドレイン
16、17 電力出力端子
20、20b、20c 駆動回路
21、21b、21c、81 入力端子
22、22c、23、82 出力端子
24、25、27 インバータ
72、72a ゲート電位供給配線
100、100a、100b、100c、200 半導体装置
11, 71
Claims (6)
高電位信号を出力する高電位出力トランジスタと低電位信号を出力する低電位出力トランジスタとを備え、前記出力段トランジスタの前記ゲート配線に前記高電位信号又は前記低電位信号を供給することにより、前記出力段トランジスタの前記トランジスタセルをスイッチング駆動する駆動回路とを有し、
前記高電位出力トランジスタの出力端子は前記ゲート高電位供給配線に接続され、前記低電位出力トランジスタの出力端子は前記ゲート低電位供給配線に接続されたことを特徴とする半導体装置。 A plurality of gate lines arranged in parallel on the substrate; transistor cells connected in parallel to the plurality of gate lines; a gate high-potential supply line connected only to one end of the plurality of gate lines; An output stage transistor including a gate low potential supply line connected only to the other end of the plurality of gate lines;
A high potential output transistor that outputs a high potential signal and a low potential output transistor that outputs a low potential signal, and supplying the high potential signal or the low potential signal to the gate wiring of the output stage transistor, A drive circuit for switching and driving the transistor cell of the output stage transistor,
An output terminal of the high potential output transistor is connected to the gate high potential supply wiring, and an output terminal of the low potential output transistor is connected to the gate low potential supply wiring.
前記ゲート高電位供給配線及び前記ゲート低電位供給配線は、アルミニウムを含む金属で形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の半導体装置。 The gate wiring is formed of a polysilicon film,
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate high potential supply wiring and the gate low potential supply wiring are formed of a metal containing aluminum. 5.
前記高電位出力トランジスタの出力端子は前記pチャンネルMOSトランジスタのドレインであり、
前記低電位出力トランジスタの出力端子は前記nチャンネルMOSトランジスタのドレインであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の半導体装置。 The driving circuit includes a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor,
The output terminal of the high potential output transistor is the drain of the p-channel MOS transistor,
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the output terminal of the low potential output transistor is a drain of the n-channel MOS transistor.
前記高電位出力トランジスタの出力端子は一方の前記nチャンネルMOSトランジスタのソースであり、
前記低電位出力トランジスタの出力端子は他方の前記nチャンネルMOSトランジスタのドレインであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の半導体装置。 The drive circuit includes two n-channel MOS transistors,
The output terminal of the high potential output transistor is the source of one of the n-channel MOS transistors,
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein an output terminal of the low potential output transistor is a drain of the other n-channel MOS transistor.
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