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KREUZVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-077602, eingereicht am 4. April 2014, deren Inhalt hiermit zur Bezugnahme übernommen wird, und beansprucht ihre Priorität.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltung.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Es sind integrierte Halbleiterschaltungen (IC) bekannt, die einen nicht flüchtigen Speicher enthalten, wie etwa einen löschbaren programmierbaren Festspeicher (EPROM) oder einen elektrisch löschbaren programmierbaren Festspeicher (EEPROM), die mit einer Funktion versehen sind, um den nicht flüchtigen Speicher vor einer externen Stoßspannung oder einer Überspannung zu schützen. Es folgt eine Beschreibung eines Beispiels einer Überspannungsschutzschaltung für eine Schreibklemme für einen nicht flüchtigen Speicher einer derartigen herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltung. 6 ist ein Schaltschema, das den Aufbau einer herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltung zeigt. 7 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines Musters der Halbleiter-IC aus 6 zeigt.
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Wie in 6 und 7 gezeigt, weist eine herkömmliche integrierte Halbleiterschaltung einen nicht flüchtigen Speicher 103 und eine Zener-Diode 104 zum Schutz des nicht flüchtigen Speichers 103, die zwischen einer Schreibklemme 101 und einer Masseklemme 102 parallel geschaltet sind, mit unabhängigen Leitungsdrähten einer Schreibklemmenleitung 111, einer ersten Masseleitung 112 und einer zweiten Masseleitung 113 auf. Der nicht flüchtige Speicher 103 ist über die Schreibklemmenleitung 111 an die Schreibklemme 101 angeschlossen und über die erste Masseleitung 112, bei der es sich um eine Massekontaktfläche handelt, an die Masseklemme 102 angeschlossen. Die Kathode der Zener-Diode 104 ist an einem Knoten 111a an die Schreibklemmenleitung 111 angeschlossen, und die Anode der Zener-Diode 104 ist über die zweite Masseleitung 113 an die Masseklemme 102 angeschlossen. Die erste Masseleitung 112 weist einen parasitären Widerstand r12 auf, und die zweite Masseleitung 113 weist einen parasitären Widerstand r11 auf.
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Die Patentschrift 1 offenbart eine integrierte Halbleiterschaltung, die mit einer Schutzfunktion gegen eine Stoßspannung versehen ist, die eine erste Diode und einen p-leitenden Metalloxid-Halbleiter-(MOS)Transistor aufweist, der zwischen einer Schreibklemme und einer Vcc-Leitung in Reihe geschaltet ist, und eine zweite Diode aufweist, die zwischen der Schreibklemme und einer Masseleitung angeschlossen ist. Der p-leitende MOS-Transistor in der Patentschrift 1 ist in einem n-Wannen-Diffusionsbereich gebildet, der auf einem Substrat p-leitender Art gebildet ist. Der n-Wannen-Diffusionsbereich des p-leitenden MOS-Transistors ist elektrisch unabhängig bzw. massefrei gegenüber den anderen Schaltungsbauteilen. Dieser Aufbau ermöglicht es, gleichzeitig eine elektrostatische Stehspannung sicherzustellen und eine Hochspannungs-Schreibklemme zu ermöglichen.
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Die Patentschrift 2 offenbart eine andere integrierte Halbleiterschaltung, die eine erste Energieversorgungsleitung, die an eine erste externe Energieversorgungsklemme angeschlossen ist, und eine zweite Energieversorgungsleitung, die an eine zweite externe Energieversorgungsklemme angeschlossen ist, aufweist. Die erste Energieversorgungsleitung führt einer ersten Schaltung eine Betriebsspannung zu, und die zweite Energieversorgungsleitung führt einer zweiten Schaltung eine Betriebsspannung zu. Die erste externe Energieversorgungsklemme und die zweite externe Energieversorgungsklemme weisen eine Schutzschaltung für eine elektrostatische Entladung (ESD) auf die entsprechenden Energieversorgungsleitungen auf, und Brückenschaltungen für die ESD sind zwischen der ersten Energieversorgungsleitung und der zweiten Energieversorgungsleitung angeordnet. Die Schaltung aus der Patentschrift 2 schränkt die Übertragung von Energieversorgungsrauschen ein und verbessert die Stoßstehspannung, indem sie die Stoßspannung, die an eine Seite der Energieversorgungsklemme angelegt wird, auf die andere Energieversorgungsleitung über die Brückenschaltung für die ESD überträgt.
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Die Patentschrift 3 offenbart noch eine andere integrierte Halbleiterschaltung, die Folgendes umfasst: einen nicht flüchtigen Speicher, eine Schreibsteuerleitung, die eine Schreibspannung für den nicht flüchtigen Speicher empfängt, einen ersten Knoten, der an die Schreibsteuerleitung angeschlossen ist, eine externe Klemme, die über einen Schalter an den ersten Knoten angeschlossen ist, eine ESD-Schutzschaltung, die ohne Einsatz des Schalters an die externe Klemme angeschlossen ist, und eine Steuerschaltung, um den Schalter einem Betriebsmodus entsprechend ein-/auszuschalten. Bei der Schaltung aus der Patentschrift 3 wird ein Schalter zwischen dem nicht flüchtigen Speicher und einer Schreibklemme bereitgestellt, wobei es sich um die Schreibsteuerleitung handelt. Der Schalter wird in einem Testmodus eingeschaltet, um die Kennlinien des nicht flüchtigen Speichers zu testen, und in einem Benutzermodus ausgeschaltet, um in den nicht flüchtigen Speicher zu schreiben, wodurch ein Überspannungsschutz für den nicht flüchtigen Speicher erfolgt.
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Die Patentschrift 4 offenbart eine andere integrierte Halbleiterschaltung, die Folgendes umfasst: einen Ring aus einer Masseleitung entlang dem äußeren Umfang eines Halbleitersubstrats und einen Ring aus einer ersten Energieversorgungsleitung innerhalb der Masseleitung. Ein Ring aus einer zweiten Energieversorgungsleitung wird innerhalb der ersten Energieversorgungsleitung bereitgestellt. Innerhalb der zweiten Energieversorgungsleitung werden interne Schaltungen, die einen nicht flüchtigen Speicher umfassen, bereitgestellt. An den vier Seiten der ersten und zweiten Energieversorgungsleitungen und der Masseleitungen werden Energieversorgungszellen bereitgestellt. Die Energieversorgungszellen umfassen eine Energieversorgungsklemme und eine Schutzschaltung. Die Schaltung aus der Patentschrift 4 umfasst eine Schutzschaltung, die zwischen der ersten Energieversorgungsleitung und der Masseleitung angeschlossen ist, wobei die Schutzleitung einen Stoßstrom freisetzt, der in die erste Energieversorgungsleitung zur Masseleitung einfließt, wodurch ein Überspannungsschutz der internen Schaltungsbauteile erfolgt.
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Patentschrift 1
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Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2009-231650
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Patentschrift 2
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Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2005-026307
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Patentschrift 3
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Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2012-209526
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Patentschrift 4
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Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2012-160611
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Bei der herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltung, wie in 6 und 7 gezeigt, fließt jedoch ein Durchschlagstrom von der Zener-Diode 104 zur Masseklemme 102 über die zweite Masseleitung 113, wenn eine Stoßspannung, die höher als die Durchschlagspannung Vr der Zener-Diode 104 ist, die für eine Schutzvorrichtung verwendet wird, angelegt wird. Dieser Durchschlagstrom ist ein Anoden-Kathoden-Strom Iak über die Zener-Diode 104, wenn eine Spannung Vak, die zwischen der Anode und Kathode der Zener-Diode 104 angelegt wird, über die Durchschlagspannung Vr der Zener-Diode 104 hinausgeht. Der Durchschlagstrom Iak der Zener-Diode 104 nimmt im Allgemeinen proportional zum Inkrement der Spannung ΔVd zu, die zwischen der Masseklemme 102 und der Schreibklemme 101 angelegt wird (siehe 3).
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Auf Grund der Kennlinie der Zener-Diode 104 erhöht eine hohe Stoßspannung, die an die Schreibklemme 101 angelegt wird, den Durchschlagstrom Iak, der wiederum auf Grund des Anoden-Kathoden-Widerstands Rvr, der gleich ΔVak/ΔIak ist, die Spannung an der Schreibklemme 101 anhebt. Da der nicht flüchtige Speicher 103 zur Zener-Diode 104 parallel geschaltet ist, wird die angehobene Spannung an der Schreibklemme 101 direkt an den nicht flüchtigen Speicher 103 angelegt. Trotz des Überspannungsschutzes durch die Zener-Diode 104 wird der Spannungsanstieg an der Schreibklemme 101 für den Fall einer hohen Stoßspannung, die an die Schreibklemme 101 angelegt wird, kaum unterdrückt, was eine höhere Spannung als die Stoßstehspannung oder die Stoßdurchschlagspannung Vbm auf den nicht flüchtigen Speicher 3 einprägt und zum Durchschlag desselben führt.
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Die Vorrichtung aus der Patentschrift 1 umfasst die Schutzvorrichtungselemente einer Diode und eines p-leitenden MOS-Transistors, die einen finiten Widerstandswert ungleich null aufweisen, der zur Größe der Vorrichtung beim Durchschlag der Vorrichtungselemente proportional ist. Die Widerstände sind ein Widerstand zwischen der Anode und der Kathode der Diode und ein Widerstand zwischen der Source und dem Drain des p-leitenden MOS-Transistors. Wenn folglich eine hohe externe Stoßspannung gegeben ist, steigt die Klemmenspannung auf Grund des Widerstands beim Durchschlag des Schutzvorrichtungselements plötzlich an. Somit gibt es bei den Schutzvorrichtungselementen eine obere Grenze des Überspannungsschutzes, und eine Stoßspannung, die über diesen oberen Grenzwert hinausgeht, kann den nicht flüchtigen Speicher zum Durchschlag bringen. Eine Verbesserung des oberen Grenzwertes des Überspannungsschutzes mit einem Schutzvorrichtungselement wird nur dadurch erreicht, dass das Schutzvorrichtungselement größer gemacht wird. Somit besteht ein Kompromiss zwischen der Verbesserung der Stoßstehspannung und der Reduzierung der Chipfläche.
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Bei der Vorrichtung aus der Patentschrift 2 wird die Stoßstehspannung des nicht flüchtigen Speichers mit dem Schutzvorrichtungselement dadurch verbessert, dass die Stoßspannung, die an die Schreibklemme angelegt wird, auf die andere Klemme übertragen wird, die für den nicht flüchtigen Speicher ohne Belang ist. Somit wird verhindert, dass die Fläche, die von dem Schutzvorrichtungselement eingenommen wird, zunimmt, und das Problem der Chipfläche, das ein Problem in der Patentschrift 1 war, kann einigermaßen gemindert werden. Andererseits wird die Stoßspannung, die auf eine Klemme, die für den nicht flüchtigen Speicher ohne Belang ist, übertragen wird, auch an die Schreibklemme gesendet, was bedeutet, dass es weiterhin zahlreiche Faktoren gibt, welche das Versagen des nicht flüchtigen Speichers auf Grund der Überspannung verursachen können. Für den Fall, dass die integrierte Halbleiterschaltung in einer stark verrauschten Umgebung und mit instabilem Massepotenzial verwendet wird, beispielsweise insbesondere für eine bordeigene Anwendung, würde der Vorrichtungsaufbau aus der Patentschrift 2, der eine Vielzahl von Überspannungsübertragungswegen umfasst, das Ausfallrisiko erhöhen.
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Die Spannung, die an die Schreibklemme angelegt wird, ist im Allgemeinen höher als die Spannung, die anderen integrierten Schaltungen eingeprägt wird. Somit löst der Aufbau der Patentschrift 3 das Problem, das bei den Technologien der Patentschriften 1 und 2 gegeben ist. Der nicht flüchtige Speicher ist jedoch nach dem Schreiben in den nicht flüchtigen Speicher isoliert. Somit dringt möglicherweise ein Rauschen in den nicht flüchtigen Speicher ein. Zusätzlich wird in einer Vorrichtung, die durch gewisse Herstellungsprozesse erreicht wird, kaum eine hohe Stehspannung erreicht. Daher weist die Technologie der Patentschrift 3 die Nachteile auf, ein Vorrichtungselement mit einer hohen Stehspannung für den Schalter zu benötigen, um die Verbindung zwischen dem nicht flüchtigen Speicher und der Schreibklemme zu wechseln, und der Notwendigkeit eines kostspieligen Herstellungsprozesses, um das Vermeiden des Stoßstromverlustes über einen parasitären Stromverlauf in das Substrat zu berücksichtigen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor beschriebenen Probleme von herkömmlichen Technologien zu lösen und eine integrierte Halbleiterschaltung bereitzustellen, die eine verbesserte Stoßstehspannung aufweist. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die zuvor beschriebenen Probleme von herkömmlichen Technologien zu lösen und eine integrierte Halbleiterschaltung bereitzustellen, die eine reduzierte Chipfläche aufweist.
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Um die obigen Probleme zu lösen und die Aufgabe der Erfindung umzusetzen, umfasst eine integrierte Halbleiterschaltung der Erfindung eine Schreibklemme, an die eine vorgegebene Spannung angelegt wird. Die integrierte Halbleiterschaltung umfasst eine Masseklemme, der ein Massepotenzial zugeführt wird. Die integrierte Halbleiterschaltung umfasst eine nicht flüchtige Speicherschaltung, die zwischen der Schreibklemme und der Masseklemme angeschlossen ist und durch einen elektrischen Schreibvorgang basierend auf der vorgegebenen Spannung spezifische Daten speichert. Die integrierte Halbleiterschaltung umfasst ein Schutzvorrichtungselement, das zwischen der Schreibklemme und der Masseklemme parallel zur Speicherschaltung geschaltet ist und die Speicherschaltung vor einer Überspannung schützt. Eine erste Masseleitung verbindet die Masseklemme und die Speicherschaltung. Eine zweite Masseleitung verbindet die Masseklemme und das Schutzvorrichtungselement. Die erste Masseleitung und die zweite Masseleitung umfassen eine gemeinsame Masseleitung von der Masseklemme zu einem vorgegebenen Verbindungspunkt. Ein parasitärer Widerstand r1 der gemeinsamen Masseleitung weist einen Widerstandswert auf, der eine Ungleichung erfüllt: r1v > (Vd – Vbm)/Iak wobei r1v ein Widerstandswert des parasitären Widerstands r1 ist, Vd eine Spannung ist, die an die Schreibklemme angelegt wird, Vbm eine Durchschlagspannung der Speicherschaltung ist, und Iak ein Strom ist, der von dem Schutzvorrichtungselement zu der zweiten Masseleitung fließt, wenn eine Überspannung an die Schreibklemme angelegt wird.
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Die integrierte Halbleiterschaltung ist die integrierte Halbleiterschaltung wie zuvor angegeben, bei welcher der parasitäre Widerstand r1 der gemeinsamen Masseleitung einen Widerstandswert aufweist, der eine Ungleichung erfüllt: r1v > (Vd – Vbm – r2v × Im)/(Iak + Im) wobei Im ein Strom ist, der von der Speicherschaltung zu der ersten Masseleitung fließt, wenn eine Überspannung an die Schreibklemme angelegt wird, und r2v ein Widerstandswert eines parasitären Widerstands r2 eines Teils der ersten Masseleitung von der Speicherschaltung zu dem vorgegebenen Verbindungspunkt ist.
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Die integrierte Halbleiterschaltung ist die integrierte Halbleiterschaltung wie zuvor angegeben, bei welcher der parasitäre Widerstand r1 der gemeinsamen Masseleitung einen Widerstandswert aufweist, der eine Ungleichung erfüllt: r1 < (Vd' – Vwm – r2 × Im')/Im' wobei Vd' eine Schreibspannung, um einen Schreibvorgang in die Speicherschaltung zu erlauben, ist, die an die Schreibklemme angelegt wird, Vwm eine Spannung ist, die notwendig ist, um in die Speicherschaltung zu schreiben, und Im' ein Strom ist, der von der Speicherschaltung zu der ersten Masseleitung fließt, wenn die Schreibspannung an die Schreibklemme angelegt wird, und r2 ein Widerstandswert eines parasitären Widerstands von der Speicherschaltung zu dem vorgegebenen Verbindungspunkt ist.
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Die integrierte Halbleiterschaltung ist die integrierte Halbleiterschaltung wie zuvor angegeben, bei welcher der parasitäre Widerstand der gemeinsamen Masseleitung einen Widerstandswert r1v aufweist, der eine Ungleichung erfüllt: r1v < (Vd' – Vwm – r2v × Im')/(Iak' + Im') wobei Iak' ein Strom ist, der von dem Schutzvorrichtungselement zu der zweiten Masseleitung fließt, wenn die Schreibspannung an die Schreibklemme angelegt wird.
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Bei der integrierten Halbleiterschaltung der Erfindung weist die Spannung, die an die Speicherschaltung angelegt wird, wenn eine Überspannung an die Schreibklemme angelegt wird, eine Größenordnung der Überspannung auf, die an die Schreibklemme angelegt wird, abzüglich des Spannungsabfalls, der über die gemeinsame Masseleitung entsteht. Somit wird die Spannung, die an die Speicherschaltung angelegt wird, eingeschränkt, wodurch ein Durchschlagen der Speicherschaltung auf Grund einer Überspannung verhindert wird. Zusätzlich verbessert die Erfindung die Durchschlagspannung mit einer geringen Zunahme der Fläche eines Schutzvorrichtungselements und der Masseleitungen.
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Die vorliegende Erfindung weist eine Wirkung auf, dass eine integrierte Halbleiterschaltung der Erfindung die Stoßstehspannung eines nicht flüchtigen Speichers verbessert. Die vorliegende Erfindung weist auch eine Wirkung auf, dass eine integrierte Halbleiterschaltung der Erfindung die Chipfläche reduziert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1 ein Schaltschema, das einen Schaltungsaufbau einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine Draufsicht, die ein Beispiel eines IC-Musters der integrierten Halbleiterschaltung aus 1 zeigt;
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3 eine Kennlinie einer Zener-Diode, die für ein Schutzvorrichtungselement verwendet wird;
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4 eine Spannungs-/Strom-Kennlinie einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Draufsicht, die ein Beispiel des gesamten Aufbaus eines IC-Musters einer integrierten Halbleiterschaltung, die auf einem Halbleiterchip gebildet ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ein Schaltschema, das einen Schaltungsaufbau einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer herkömmlichen Technologie zeigt; und
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7 eine Draufsicht, die ein Beispiel eines IC-Musters zeigt, das der integrierten Halbleiterschaltung aus 6 entspricht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. In der Beschreibung bezüglich der Ausführungsform der Erfindung und den beiliegenden Zeichnungen erhalten die gleichen Strukturen die gleichen Bezugszeichen, und eine wiederholte Beschreibung derselben entfällt.
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Ausführungsbeispiel
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Es folgt eine Beschreibung bezüglich des Aufbaus einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 ist ein Schaltschema, das einen Schaltungsaufbau einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines IC-Musters der integrierten Halbleiterschaltung aus 1 zeigt. In 2 und auch in 5 geben die schraffierten Teile elektrische Leitungsdrähte an. Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst die integrierte Halbleiterschaltung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung einen nicht flüchtigen Speicher 3 und eine Zener-Diode 4, die zwischen einer Schreibklemme 1 und einer Masseklemme 2, bei der es sich um eine Massekontaktfläche handelt, parallel geschaltet sind, und zwar mit den Leitungsdrähten der Schreibklemmenleitung 11, der ersten Masseleitung 12 und der zweiten Masseleitung 13. Der nicht flüchtige Speicher 3 ist eine Speicherschaltung, wie etwa ein PROM (programmierbarer Festspeicher), ein EPROM oder ein EEPROM. Die Zener-Diode 4 ist ein Schutzvorrichtungselement, um den nicht flüchtigen Speicher 3 vor einer Stoßspannung oder einer Überspannung zu schützen. Die Schreibklemme 1 ist eine Klemme, die eine Schreibspannung empfängt, um einen Schreibvorgang in den nicht flüchtigen Speicher 3 zu ermöglichen.
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Der nicht flüchtige Speicher 3 ist über die Schreibklemmenleitung 11 an die Schreibklemme 1 angeschlossen und über die erste Masseleitung 12 an die Masseklemme 2 angeschlossen. Genauer gesagt besteht der nicht flüchtige Speicher 3 aus einer Vielzahl von Speicherzellen, wobei jede Zelle ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor (MOSFET) ist, der Ein-Bit-Daten speichert. Der Drain jeder Speicherzelle des nicht flüchtigen Speichers 3 ist an die Schreibklemmenleitung 11 angeschlossen. Die Kathode der Zener-Diode 4 ist an die Schreibklemmenleitung 11 an einem Anschlusspunkt 11a auf der Schreibklemmenleitung 11 angeschlossen. Die Anode der Zener-Diode 4 ist über die zweite Masseleitung 13 an die Masseklemme 2 angeschlossen. Die erste Masseleitung 12, die den nicht flüchtigen Speicher 3 und die Masseklemme 2 verbindet, und die zweite Masseleitung 13, welche die Zener-Diode 4 und die Masseklemme 2 verbindet, weisen eine gemeinsame Masseleitung 15 auf, wobei es sich um ein Teil zwischen der Masseklemme 2 und einem vorgegebenen Anschlusspunkt 14 zwischen der ersten Masseleitung 12 und der zweiten Masseleitung 13 handelt.
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Wie in 2 gezeigt, ist die Schreibklemmenleitung 11 entlang der Seitenfläche des nicht flüchtigen Speichers 3 angeordnet und an jede Speicherzelle (in 2 nicht abgebildet) des nicht flüchtigen Speichers 3 angeschlossen. Die erste Masseleitung 12 ist entlang der Seitenfläche des nicht flüchtigen Speichers 3 gegenüber der Schreibklemmenleitung 11 angeordnet und an jede Speicherzelle des nicht flüchtigen Speichers 3 angeschlossen. Die gemeinsame Masseleitung 15 weist einen parasitären Widerstand r1 auf. Der Teil der ersten Masseleitung 12 von dem nicht flüchtigen Speicher 3 an der Speicherzelle, die der Schreibklemme 1 am nächsten liegt, beispielsweise zum Anschlusspunkt 14 zwischen der ersten Masseleitung 12 und der zweiten Masseleitung 13, weist einen parasitären Widerstand r2 auf. Der Teil der zweiten Masseleitung 13 von der Zener-Diode 4 zum Anschlusspunkt 14 zwischen der ersten Masseleitung 12 und der zweiten Masseleitung 13 weist einen parasitären Widerstand r3 auf. Die erste Masseleitung 12 und die zweite Masseleitung 13, welche die gemeinsame Masseleitung 15 umfassen, können ein Leitungsdraht sein, der hauptsächlich aus Aluminium oder Polysilizium-Draht besteht. Die Masseleitungen können auch ein Diffusionswiderstand sein, der beispielsweise in dem Substrat gebildet ist, für den Fall, dass jedes der einzelnen Vorrichtungselemente der integrierten Halbleiterschaltung isoliert ist.
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Nun wird mit Bezug auf 1 und 3 die Funktionsweise der integrierten Halbleiterschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wenn eine Stoßspannung angelegt wird. 3 zeigt eine Kennlinie einer Zener-Diode, die als Schutzvorrichtungselement verwendet wird. Wenn eine Spannung Vd, bei der es sich um eine Stoßspannung handelt, die über die Spannung (Vr + r3v × Iak + r1v × (Im + Iak)) hinausgeht, an die Schreibklemme 1 angelegt wird, fließt ein Durchschlagstrom von der Zener-Diode 4 zu der Masseklemme 2. Dieser Durchschlagstrom ist der Strom Iak, der zwischen der Anode und der Kathode der Zener-Diode 4 fließt, wenn die Spannung Vak, die zwischen der Anode und der Kathode der Zener-Diode 4 angelegt wird, über die Durchschlagspannung Vr hinausgeht. Wie in 3 gezeigt, steigt die Spannung Vd an der Schreibklemme 1 auf Grund der Wirkung der Kennlinie der Zener-Diode 4 an, die einen Anoden/Kathoden-Widerstandswert Rvr = ΔVak/ΔIak aufweist.
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Der Durchschlagstrom Iak, der von der Zener-Diode 4 zur Masseklemme 2 fließt, erzeugt einen Spannungsabfall V1 auf Grund des parasitären Widerstands r1 auf der gemeinsamen Masseleitung 15, wie nachstehend durch die Formel (1) dargestellt. Wenn eine Stoßspannung an die Schreibklemme 1 angelegt wird, fließt ein Strom Im von dem nicht flüchtigen Speicher 3 zur Masseklemme 2. Dieser Strom Im erzeugt einen Spannungsabfall V2 auf Grund des parasitären Widerstands r2 in der ersten Masseleitung 12, wie durch die Formel (2) dargestellt. Daraufhin wird die Spannung V3, die zwischen den beiden Klemmen des nicht flüchtigen Speichers 3 angelegt wird, wie durch die Formel (3) dargestellt, zu einem Wert gleich der Spannung Vd, die an die Schreibklemme 1 angelegt wird, der sich auf Grund der Wirkung der Stoßspannung erhöht, abzüglich der Summe der beiden Spannungsabfälle V1 und V2. Somit wird der Anstieg der Spannung V3 durch die Spannungsabfälle V1 und V2 auf Grund der parasitären Widerstände r1 und r2 jeweils der gemeinsamen Masseleitung 15 und der ersten Masseleitung 12 eingeschränkt. V1 = r1v × (Iak + Im) (1) V2 = r2v × Im (2) V3 = Vd – [r1v × (Iak + Im) + r2v × Im] (3)
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Damit die Stoßstehspannung Vbm des nicht flüchtigen Speichers 3 nicht überschritten wird, kann die untere Grenze des parasitären Widerstands r1 der gemeinsamen Masseleitung 15 aus der Bedingung berechnet werden, dass die Spannung V3, die zwischen den beiden Klemmen des nicht flüchtigen Speichers 3 angelegt wird, nicht über die Stoßstehspannung Vbm des nicht flüchtigen Speichers 3 hinausgeht. Die Bedingung ist folgende: Vbm > die rechte Seite der Formel (3). Diese Ungleichung wird in eine Ungleichung umgewandelt, die direkt eine Bedingung für den parasitären Widerstand r1 der gemeinsamen Masseleitung 15 darstellt. Damit die Spannung V3, die zwischen den beiden Klemmen des nicht flüchtigen Speichers 3 angelegt wird, somit nicht über die Stoßstehspannung Vbm des nicht flüchtigen Speichers 3 hinausgeht, erfüllt der parasitäre Widerstand r1 der gemeinsamen Masseleitung 15 bevorzugt die nachstehende Formel (4). Folglich ist das IC-Muster derart ausgelegt, dass die Formel (4) durch die parasitären Widerstände r1 und r2 jeweils der gemeinsamen Masseleitung 15 und der ersten Masseleitung 12 erfüllt wird. Genauer gesagt sind die Widerstandswerte der parasitären Widerstände r1 und r2 jeweils der gemeinsamen Masseleitung 15 und der ersten Masseleitung 12 bevorzugt ausgelegt, um die Formel (4) zu erfüllen, so dass die Speicherzelle des nicht flüchtigen Speichers 3, die der Schreibklemme 1 am nächsten liegt, keiner Spannung ausgesetzt wird, die über die Stoßstehspannung Vbm des nicht flüchtigen Speichers 3 hinausgeht. r1v > (Vd – Vbm – r2v × Im)/(Iak + Im) (4)
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Der Durchschlagstrom Iak, der von der Zener-Diode 4 zur Masseklemme 2 fließt, wenn eine Stoßspannung an die Schreibklemme 1 angelegt wird, ist ein Stromwert im Milliampere-(mA) bis Ampere-(A)Bereich. Andererseits ist der Strom Im, der von dem nicht flüchtigen Speicher 3 zu der Masseklemme 2 fließt, wenn eine Stoßspannung an die Schreibklemme 1 angelegt wird, ein Stromwert im Mikroampere-(μA) Bereich und weist im Allgemeinen einen sehr geringen Wert von weniger als 1/1000 des Durchschlagstroms Iak auf. Folglich kann der Term, der den Strom Im umfasst, der von dem nicht flüchtigen Speicher 3 zu der Masseklemme 2 fließt, in der Formel (4) vernachlässigt werden.
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Wenn der Term, der den Strom Im umfasst, der von dem nicht flüchtigen Speicher 3 zu der Masseklemme 2 fließt, aus der Formel (4) eliminiert wird, kann auch der Term, der den Widerstandswert r2v des parasitären Widerstands r2 der ersten Masseleitung 12 umfasst, vernachlässigt werden, wodurch die Formel (4), die den unteren Grenzwert des Widerstandswerts r1v des parasitären Widerstands r1 der gemeinsamen Masseleitung 15 darstellt, auf die nachstehende Formel (5) gekürzt wird. Die Formel (5) zeigt, dass der Widerstandswert r1v des parasitären Widerstands r1 der gemeinsamen Masseleitung 15 und der Durchschlagstrom Iak, der von der Zener-Diode 4 zur Masseklemme 2 fließt, dominante Terme sind, um den nicht flüchtigen Speicher 3 vor einer Stoßspannung in der integrierten Halbleiterschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel zu schützen. Der Widerstandswert r1v des parasitären Widerstands r1 der gemeinsamen Masseleitung 15 kann in dem Bereich von 10 Ohm pro Flächenquadrat (10 Ω/☐) bis 100 Ω/☐ liegen. r1v > (Vd – Vbm)/Iak (5)
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Es wird hier ein oberer Grenzwert des Widerstandswerts r1v des parasitären Widerstands r1 der gemeinsamen Masseleitung 15 beschrieben. Um den nicht flüchtigen Speicher 3 vor einer Stoßspannung zu schützen, ist es wie zuvor beschrieben erwünscht, den Widerstandswert r1v der gemeinsamen Masseleitung 15 zu erhöhen und die Spannung Vd, die an die Schreibklemme 1 angelegt wird, zu verringern. Es gibt jedoch tatsächlich eine obere Grenze für einen günstigen Wert des Widerstandswerts r1v der gemeinsamen Masseleitung 15 auf Grund eines Kompromisses. Wenn genauer gesagt der Wert des Widerstandswerts r1v der gemeinsamen Masseleitung 15 erhöht wird, nimmt die Spannung V3, die an den nicht flüchtigen Speicher 3 angelegt wird, ab, was das Problem einer Verschlechterung der Schreibleistung in den nicht flüchtigen Speicher 3 aufwirft. Somit besteht ein Kompromiss zwischen dem Überspannungsschutz des nicht flüchtigen Speichers 3 und der Schreibleistung in den nicht flüchtigen Speicher 3. Somit wird der Widerstandswert r1v der gemeinsamen Masseleitung 15 bevorzugt ausgelegt, um die folgende Formel (6) zu erfüllen, um die Schreibleistung in den nicht flüchtigen Speicher 3 nicht zu verschlechtern. r1v < (Vd' – Vwm – r2 × Im')/(Iak' + Im') (6)
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In der obigen Formel (6) stellt Vd' eine Schreibspannung dar, die an die Schreibklemme 1 angelegt wird, bei der es sich um eine Spannung handelt, um einen Schreibvorgang in den nicht flüchtigen Speicher 3 zu ermöglichen. Vwm ist eine Spannung, die notwendig ist, um Daten in den nicht flüchtigen Speicher 3 zu schreiben. Iak' ist der Strom, der von der Zener-Diode 4 zu der zweiten Masseleitung 13 fließt, wenn eine Schreibspannung Vd' an die Schreibklemme 1 für den nicht flüchtigen Speicher 3 bei dem Prozess des Schreibens in den nicht flüchtigen Speicher 3 angelegt wird. Im' ist ein Strom, der von dem nicht flüchtigen Speicher 3 zu der ersten Masseleitung 12 bei dem Prozess des Schreibens in den nicht flüchtigen Speicher 3 fließt.
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Der parasitäre Widerstand r1 der gemeinsamen Masseleitung 15 wird auf einem derartigen Wert bestimmt, dass die Schreibspannung Vd', die an die Schreibklemme 1 angelegt wird, abzüglich der Summe des Spannungsabfalls V1' auf Grund des parasitären Widerstands r1 der gemeinsamen Masseleitung 15, der gleich r1v × (Iak' + Im') ist, und des Spannungsabfalls V2' auf Grund des parasitären Widerstands r2 der ersten Masseleitung 12, der gleich r2v × Im' ist, größer ist als die Spannung Vwm, die notwendig ist, um Daten in den nicht flüchtigen Speicher 3 zu schreiben. Genauer gesagt sind die Widerstandswerte der parasitären Widerstände r1 und r2 jeweils der gemeinsamen Masseleitung 15 und der ersten Masseleitung 12 ausgelegt, um die obige Formel (6) zu erfüllen, so dass die Spannung Vwm, die notwendig ist, um Daten in den nicht flüchtigen Speicher 3 zu schreiben, an die Speicherzelle in der Position des nicht flüchtigen Speichers angelegt wird, die am weitesten von der Schreibklemme 1 entfernt ist.
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Wie zuvor beschrieben, wird die Stoßstehspannung des nicht flüchtigen Speichers 3 verbessert, und das Schreiben in den nicht flüchtigen Speicher 3 wird durch das Auslegen des Widerstandswerts r1v des parasitären Widerstands r1 der gemeinsamen Masseleitung 15, um die beiden Formeln (6) und (4) zu erfüllen, nicht behindert.
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Da eine Schreibspannung, die an die Schreibklemme 1 angelegt wird, im Allgemeinen kleiner als die Spannung (Vr + r3v × Iak + r1v × (Im + Iak)) ist, erfolgt kein Durchschlag der Zener-Diode 4 bei dem Prozess des Schreibens in den nicht flüchtigen Speicher 3. Daraufhin ist der Strom Iak', der von der Zener-Diode 4 zu der zweiten Masseleitung 13 bei dem Prozess des Schreibens in den nicht flüchtigen Speicher 2 fließt, ein sehr kleiner Wert im Nanoampere-(nA)Bereich. Genauer gesagt ist der Strom Iak', der von der Zener-Diode 4 zu der zweiten Masseleitung 13 bei dem Prozess des Schreibens in den nicht flüchtigen Speicher 3 fließt, im Allgemeinen geringer als 1/1000 des Stroms Im', der von dem nicht flüchtigen Speicher 3 zu der ersten Masseleitung 12 bei dem Prozess des Schreibens in den nicht flüchtigen Speicher 3 fließt. Somit kann der Term in der Formel (6), der den Strom Iak' umfasst, der von der Zener-Diode 4 zu der zweiten Masseleitung 13 fließt, vernachlässigt werden. Folglich kann der Widerstandswert r1v des parasitären Widerstands r1 der gemeinsamen Masseleitung 15 bestimmt werden, um die folgende Formel (7) zu erfüllen. r1v < (Vd' – Vwm – r2v × Im')/Im' (7)
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Es folgt eine Beschreibung der Beziehung zwischen dem Anoden-Kathoden-Strom Iak durch die Zener-Diode 4 und der Spannung V3 über den nicht flüchtigen Speicher 3, wenn eine Spannung Vd an die Schreibklemme 1 angelegt wird. 4 zeigt eine Spannungs-/Strom-Kennlinie einer integrierten Halbleiterschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt auch die Spannungs-/Strom-Kennlinie der herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltung, die in 6 und 7 abgebildet ist, zum Vergleich mit der Spannungs-/Strom-Kennlinie der integrierten Halbleiterschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel, die in 1 und 2 abgebildet ist. Die Abszisse aus 4 stellt den Anoden-Kathoden-Strom Iak dar, der durch die Zener-Diode 4 fließt, wenn eine Spannung Vd an die Schreibklemme 1 angelegt wird. Die Ordinate aus 4 stellt die Spannung V3 dar, die über den nicht flüchtigen Speicher 3 angelegt wird, wenn eine Spannung Vd an die Schreibklemme 1 angelegt wird.
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Wie in 4 gezeigt, ist bei der herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltung die Spannung V3, die über den nicht flüchtigen Speicher 103 angelegt wird, ungefähr wie die Spannung Vd, die an die Schreibklemme 101 angelegt wird. Wenn daraufhin Vd, die an die Schreibklemme 101 angelegt wird, über die Spannung (Vr + r3v × Iak + r1v × (Im + Iak)) hinausgeht, nimmt die Spannung V3 über den nicht flüchtigen Speicher 103 proportional zum Inkrement des Anoden-Kathoden-Stroms Iak der Zener-Diode 104 oder proportional zum Inkrement der Spannung Vd, die an die Schreibklemme 101 angelegt wird, zu.
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Bei der integrierten Halbleiterschaltung gemäß der Ausführungsform der Erfindung dagegen ist die Spannung V3, die über den nicht flüchtigen Speicher 3 angelegt wird, gleich der Spannung Vd, die an die Schreibklemme 1 angelegt wird, abzüglich des Spannungsabfalls V1 = r1v × (Iak + Im) auf Grund des parasitären Widerstands der gemeinsamen Masseleitung 15. Obwohl daher die Spannung Vd, die an die Schreibklemme 1 angelegt wird, über die Durchschlagspannung Vr der Zener-Diode 4 hinausgeht, wird die Spannung V3 über den nicht flüchtigen Speicher 3 ungefähr auf der Durchschlagspannung Vr der Zener-Diode 4 gehalten.
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Es folgt eine Beschreibung eines Beispiels des gesamten Aufbaus eines IC-Musters einer integrierten Halbleiterschaltung, die auf einem Halbleiterchip gebildet ist, bei der zwei nicht flüchtige Speicher 3 auf dem Halbleiterchip angeordnet sind. 5 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel des gesamten Aufbaus eines IC-Musters einer integrierten Halbleiterschaltung, die auf einem Halbleiterchip gebildet ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 5 gezeigt, ist jeder der beiden nicht flüchtigen Speicher 3 in der Nähe des Umfangs eines rechteckigen Halbleiterchips 10 entlang einer ersten Seite 10a und einer dritten Seite 10c des Halbleiterchips 10, die einander gegenüberliegen, angeordnet. Jede von einer Schreibklemme 1, bei der es sich um eine Schreibkontaktfläche handelt, und einer Masseklemme 2, bei der es sich um eine Massekontaktfläche handelt, ist in der Nähe des Umfangs des Halbleiterchips 10 auf der gegenüberliegenden zweiten Seite 10b und der vierten Seite 10d angeordnet, wo die beiden nicht flüchtigen Speicher 3 nicht angeordnet sind. Zwei Zener-Dioden 4 sind entlang der vierten Seite 10d des Halbleiterchips 10 angeordnet, wobei die Schreibklemme 1 dazwischen eingeschoben ist.
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Eine zweite Masseleitung 13 und eine gemeinsame Masseleitung 15 aus einer ersten Masseleitung 12 und der zweiten Masseleitung 13 sind um den äußeren Umfang des nicht flüchtigen Speichers 3 und der Zener-Diode 4 herum entlang den ersten, zweiten, dritten und vierten Seiten 10a, 10b, 10c und 10d des Halbleiterchips 10 von der Masseklemme 2 zu der Zener-Diode 4 eingezeichnet. Die gemeinsame Masseleitung 15 ist entlang den ersten, zweiten und dritten Seiten 10a, 10b und 10c des Halbleiterchips 10, wo die Masseklemme 2 und die nicht flüchtigen Speicher 3 angeordnet sind, ohne Kontakt mit den nicht flüchtigen Speichern 3 angeordnet. Der Abschnitt der zweiten Masseleitung 13, der den Teil der gemeinsamen Masseleitung 15 ausschließt, ist entlang der vierten Seite 10d des Halbleiterchips 10 in der Verlängerung der gemeinsamen Masseleitung 15 angeordnet. Die zweite Masseleitung 13 ist in Kontakt mit der Zener-Diode 4 außerhalb der Zener-Diode 4 angeordnet.
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Der Teil der ersten Masseleitung 12, der die gemeinsame Masseleitung 15 ausschließt, ist L-förmig angeordnet und besteht aus einem geradlinigen Abschnitt, der entlang dem Äußeren des nicht flüchtigen Speichers 3 angeordnet ist und in Kontakt mit dem nicht flüchtigen Speicher 3 steht, und aus einem anderen geradlinigen Abschnitt, der sich im rechten Winkel zu dem ersten geradlinigen Abschnitt erstreckt und an die gemeinsame Masseleitung 15 angeschlossen ist. Eine Schreibklemmenleitung 11 ist von der Schreibklemme 1 durch die Zener-Diode 4 zu dem nicht flüchtigen Speicher 3 in Kontakt mit dem Inneren der Zener-Diode 4 und dem nicht flüchtigen Speicher 3 eingezeichnet. Die Schreibklemmenleitung 11 ist L-förmig angeordnet und besteht aus einem geradlinigen Abschnitt, der von der Schreibklemme 1 aus in Kontakt mit dem Inneren der Zener-Diode 4 und den nicht flüchtigen Speicher 3 erreichend angeordnet ist, und aus einem anderen geradlinigen Abschnitt, der sich im rechten Winkel zu dem ersten geradlinigen Abschnitt entlang dem Inneren des nicht flüchtigen Speichers 3 erstreckt.
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Wie bisher beschrieben, werden bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Abschnitt der ersten Masseleitung, der den nicht flüchtigen Speicher mit der Masseklemme verbindet, und ein Abschnitt der zweiten Masseleitung, der die Zener-Diode und die Masseklemme verbindet, in eine gemeinsame Masseleitung zusammengelegt. Bei diesem Aufbau erreicht die Spannung, die an den nicht flüchtigen Speicher angelegt wird, wenn eine Überspannung an die Schreibklemme angelegt wird, eine Größenordnung der Überspannung, die an die Schreibklemme angelegt wird, abzüglich des Spannungsabfalls, der in der gemeinsamen Masseleitung erzeugt wird. Somit ist die Spannung, die an den nicht flüchtigen Speicher angelegt wird, eingeschränkt, selbst wenn eine Stoßspannung an die Schreibklemme angelegt wird, was verhindert, dass die Daten, die in dem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, durch die Stoßspannung gelöscht werden. Ferner wird der nicht flüchtige Speicher vor einer Zerstörung durch die Stoßspannung geschützt.
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Die gemeinsame Masseleitung 15, die aus einem Abschnitt der ersten Masseleitung 12 und einem Abschnitt der zweiten Masseleitung 13 bei der Ausführungsform der Erfindung besteht, verbessert die Stoßstehspannung mit einer geringen Vergrößerung der Fläche eines Schutzvorrichtungselements und einer Masseleitung. Somit kann eine Vergrößerung der Chipfläche vermieden werden, was den Kompromiss zwischen der Verbesserung der Stoßstehspannung und der Reduzierung der Chipfläche verbessert. Die Ausführungsform der Erfindung, welche die gemeinsame Masseleitung aufweist, die aus einem Abschnitt der ersten Masseleitung und einem Abschnitt der zweiten Masseleitung besteht, vermeidet die Notwendigkeit von Herstellungsprozessen zum Verbessern der Stehspannung der Vorrichtungselemente, die in einer integrierten Halbleiterschaltung verwendet werden, und zum Vermeiden des Stoßstromflusses über einen parasitären Stromweg, die bei herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltungen notwendig sind. Folglich können die Herstellungskosten gering bleiben. Ferner kann eine integrierte Halbleiterschaltung mit einer dünnen Struktur und einer geringen Fläche ausgebildet werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die bisher beschriebene Ausführungsform eingeschränkt, sondern es sind eventuelle Variationen und Modifikationen im Rahmen von Geist und Umfang der Erfindung möglich. Beispielsweise kann eine Anordnung des nicht flüchtigen Speichers, der Zener-Diode und der Klemmen und der zusammenschaltenden Leitungsdrähte gemäß den Konstruktionsbedingungen geändert werden, solange ein IC-Muster eine gemeinsame Masseleitung aufweist, die aus einem Abschnitt der ersten Masseleitung von dem nicht flüchtigen Speicher zu der Masseklemme und einem Abschnitt der zweiten Masseleitung von der Zener-Diode zur Masseklemme besteht. Die bisher beschriebene Ausführungsform verwendet eine Zener-Diode 4 als Schutzvorrichtungselement, um den nicht flüchtigen Speicher vor einer Stoßspannung oder einer Überspannung zu schützen. Die Zener-Diode kann jedoch durch einen MOSFET oder einen bipolaren Transistor ersetzt werden. Obwohl das Ausführungsbeispiel einen Aufbau aufweist, um den Drain eines nicht flüchtigen Speichers zu schützen, kann die vorliegende Erfindung auf einen Aufbau angewendet werden, um das Gate des nicht flüchtigen Speichers zu schützen.
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Eine integrierte Halbleiterschaltung der vorliegenden Erfindung ist bei Vorrichtungen für Fahrzeuge, medizinische Geräte und industrielle Anlagen nützlich, und ist für integrierte Halbleiterschaltungen, die mit einem nicht flüchtigen Speicher, wie etwa einem EPROM oder einem EEPROM, versehen sind, besonders günstig.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schreibklemme
- 2
- Masseklemme
- 3
- Nicht flüchtiger Speicher
- 4
- Zener-Diode
- 11
- Schreibklemmenleitung
- 11a
- Knoten zwischen einer Schreibklemmenleitung und einer Zener-Diode
- 12
- Erste Masseleitung
- 13
- Zweite Masseleitung
- 14
- Verbindungspunkt zwischen der ersten Masseleitung und der zweiten Masseleitung
- 15
- Gemeinsame Masseleitung
- r1
- Parasitärer Widerstand der gemeinsamen Masseleitung
- r2
- Parasitärer Widerstand der ersten Masseleitung
- r3
- Parasitärer Widerstand der zweiten Masseleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2009-231650 [0009]
- JP 2005-026307 [0010]
- JP 2012-209526 [0011]
- JP 2012-160611 [0012]
