DE69104642T2

DE69104642T2 - Ein-/Ausgangsschutzschaltung und Halbleiterbauelement mit dieser Schaltung.

Info

Publication number: DE69104642T2
Application number: DE69104642T
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Gotoh; Osamu Kobayashi; Toru Mizutani
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-04-26
Filing date: 1991-04-24
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2011-04-25
Also published as: EP0454091A2; KR910019332A; EP0454091A3; JPH048003A; KR950003910B1; EP0454091B1; US5650652A; DE69104642D1; JP2838836B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein integrierte Halbleiterschaltungen, und insbesondere eine Schutzschaltung, die eine auf einem LSI-Chip ausgebildete interne Schaltung vor einer unnormalen Spannung schützt.
Eine Schutzschaltung ist beispielsweise im Japanischen Patentauszug, Band 113, Nr. 186 [E752] (JP 1012606) offenbart. Darin umfaßt die Schutzschaltung erste und zweite Schutzwiderstände und -dioden. Der erste Schutzzweig liegt zwischen einem Ausgangsanschluß eines Verstärkers und einem externen Verbindungsanschluß, der zweite Schutzzweig liegt zwischen einem Eingangsanschluß des Verstärkers und dem externen Verbindungsanschluß. Zwei Schutzdioden sind in jedem Zweig vorgesehen, wobei eine Diode mit Masse und eine Diode mit der Versorgungsspannung verbunden ist.
Es ist notwendig, interne Schaltungen von LSI-Schaltungen, die beispielsweise in tragbaren elektronischen Geräten eingesetzt werden, vor einer unnormalen Spannung zu schützen, die normalerweise plötzlich auftritt. Gewöhnlich wird eine Spannungsfolgerschaltung, die als ein Pufferverstärker zur Benutzung bei einem analogen Signal dient, in tragbaren analogen Geräten eingesetzt. Eine solche Spannungsfolgerschaltung umfaßt einen Operationsverstärker, dessen nicht-invertierender Anschluß und dessen Ausgangsanschluß im Kurzschlußzustand mit einem Anschluß verbunden sein mussen. Die Spannungsfolgerschaltung muß ein Element mit niederer Impedanz sein, womit eine Schutzschaltung mit einem niederen Widerstand vorgesehen wird, um die elektrostatische Durchbruchspannung der Spannungsfolgerschaltung zu vergrößern.
Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm einer entsprechenden analogen Spannungsausgangsschaltung, die einen externen Verbindungsanschluß 1, beispielsweise einen Anschlußkontakt, einen internen Verstärker 2, der von einem Operationsverstärker gebildet wird und als Spannungsfolgerscha1tung dient, und eine Ausgangsschutzschaltung 3 umfaßt. Die Spannungsausgangsschaltung, die in Fig. 1 gezeigt ist, dient zum Empfang einer Eingangsspannung Ei von einer Schaltung (nicht gezeigt), die eine hohe Impedanz aufweist, und zum Ausgeben einer Ausgangsspannung Eo an eine Schaltung mit niederer Impedanz, so daß die Verstärkung des Verstärkers eins beträgt, d.h. Eo=Ei. Die Spannungsausgangsschaltung, die in Fig. 1 gezeigt ist, dient als Spannungsfolgerschaltung, die eine hohe Eingangsimpedanz in eine niedere Ausgangsimpedanz ohne Spannungsänderung umwandelt. Zu diesem Zweck sind der Ausgangsanschluß OT und der invertierende Eingangsanschluß EIN(-) des internen Verstärkers (Operationsverstärker) 2 mit dem Anschluß 1 verbunden, wobei Ausgangsanschluß und invertierender Eingangsanschluß kurzgeschlossen sind.
Da es notwendig ist, die niedere Ausgangsimpedanz der Spannungsausgangsschaltung zu verwirklichen, ist die Ausgangsschutzschaltung 3 vorgesehen, die den internen Verstärker 2 vor einer unnormalen Spannung Eh schützt, die unerwartet dem Anschluß 1 zugeführt wird. Die Ausgangsschutzschaltung 3 hat zwei Dioden Da und Db und zwei Widerstände Ra und Rb. Die in Reihe liegenden Widerstände Ra und Rb, die beide einen geringen Widerstand aufweisen, liegen zwischen dem Anschluß 1 und dem Ausgangsanschluß des internen Verstärkers 2. Die Diode Da verbindet den Widerstand Ra mit Masse GND, und die Diode Db verbindet den Widerstand Rb mit einer Spannungsversorgungsleitung, die mit einer Spannung Vcc beaufschlagt ist, deren Potential größer als das Massepotential ist.
Fig. 2 stellt ein Muster der Ausgangsschutzschaltung 3 dar. Der Widerstand Ra ist aus einem n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet 4, das in einem Siliziumsubstrat 7 beispielsweise vom n-Typ ausgebildet ist, gebildet. Der Widerstand Rb ist in einer p-Typ Senke ausgebildet, die in einem n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet 5 gebildet ist, das wiederum im Siliziumsubstrat 7 liegt. Die Diffusionsgebiete 4 und 5 sind mit einer Verdrahtungs(Verbindungs)-Schicht 6 über Kontaktierungslöcher 8 verbunden. Die Diode Da ist an einem pn-Übergang zwischen dem Störstoffdiffusionsgebiet 4 und dem Siliziumsubstrat 7 ausgebildet, und die Diode Db ist an einem pn-Übergang zwischen dem Störstoffdiffusionsgebiet 5 und der p-Typ Senke im Siliziumsubstrat 7 ausgebildet.
Die an den Anschluß 1 angelegte unnormale Spannung Eh wird von einem Widerstand RA gedämpft, und anschließend über die Diode Da zur Masse GND entladen. Des weiteren wird die gedämpfte unnormale Spannung Eh durch den Widerstand Rb gedämpft und dann über die Diode Db zur Vcc-Leitung entladen. Auf diese Weise besitzt die interne Verstärkerschaltung 2 eine hohe elektrostatische Durchbruchspannung.
Da der interne Verstärker 2 eine niedere Ausgangsimpedanz aufweisen muß, ist es unmöglich, jeden der Widerstände Ra und Rb mit einem Widerstand auszubilden, der größer ist als beispielsweise 100 Ohm. Aus diesem Grund ergibt sich die Möglichkeit, daß eine Ladung q, die nicht über die Dioden Da und Db abgeflossen ist und die nicht durch die Widerstände Ra und Rb gedämpft wurde, den invertierenden Eingangsanschluß EIN(-) des internen Verstärkers 2 erreicht. Die Ladung q fließt zum internen Verstärker 2 und kann dort den pn-Übergang eines bipolaren Transistors, der den invertierenden Eingangsanschluß bildet, oder ein Gate eines Feldeffekttransistors des internen Verstärkers 2, der den invertierenden Eingangsanschluß bildet, zerstören. Das zuvor genannte Problem tritt umso häufiger auf, als die Größe der Halbleiterelemente klein werden oder der Gate-Isolierfilm dünner wird.
Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schaltung vorzusehen, in der die zuvor genannten Probleme beseitigt sind.
Eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Eingangs- /Ausgangsschutzschaltung vorzusehen, mit der eine hohe elektrostatische Durchbruchspannung in einer internen Schaltung verwirklicht werden kann, während die Ausgangsimpedanz klein gehalten wird.
Die zuvor genannten Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch eine Schutzschaltung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich.
Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm einer entsprechenden Analog-Spannungsausgangsschaltung;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das ein Muster der Widerstände, wie in Fig. 1 gezeigt, auf einem integrierten Schaltungschip darstellt;
Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm einer Spannungsfolgerschaltung mit einer Eingangs- /Ausgangsschutzschaltung entsprechend einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das ein Muster der in Fig. 3 gezeigten Eingangs- /Ausgangsschutzschaltung darstellt;
Fig. 5 ist ein Schaltungsdiagramm einer Abänderung der in Fig. 3 gezeigten Eingangs-/Ausgangsschutzschaltung;
Fig. 6A ist eine Draufsicht der in Fig. 3 gezeigten Eingangs-/Ausgangsschutzschaltung;
Fig. 6B ist ein Querschnitt, der längs der Linie VIB-VIB, wie in Fig. 6A gezeigt, gemacht ist; und
Fig. 7 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Nun folgt eine Beschreibung einer Schutzschaltung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 3 zeigt eine Spannungsfolgerschaltung mit einer Eingangs-/Ausgangsschutzschaltung 15, die eine erste Schutzschaltung 13 und eine zweite Schutzschaltung 14 aufweist. Zusätzlich zu der Eingangs- /Ausgangsschutzschaltung 15, besitzt die Spannungsfolgerschaltung, die in Fig.3 gezeigt ist, einen externen Verbindungsanschluß 11, beispielsweise einen Anschlußkontakt, und einen internen Verstärker 12. Der interne Verstärker 12 besteht beispielsweise aus einem Operationsverstärker, der bipolare Transistoren Q1 und Q2 oder Feldeffekttransistoren T1 und T2 aufweist. Eine Basis B1 des Bipolartransistors Q1 dient als invertierender Eingangsanschluß EIN(-) des internen Verstärkers, und eine Basis B2 des Bipolarransistors Q2 dient als ein nicht-invertierender Eingangsanschluß EIN(+). Falls der interne Verstärker 12 Feldeffekttransistoren umfaßt, dient ein Gate G1 des Feldeffekttransistors T1 als invertierender Eingangsanschluß EIN(-) des Operationsverstärkers 12 und ein Gate G2 des Feldeffekttransistors T2 dient als nicht invertierender Anschluß EIN(+). Ein bestimmtes Signal wird dem nicht-invertierenden Anschluß EIN(+) des internen Verstärkers 12 zugeführt. Der Operationsverstärker 12 liegt zwischen der Vcc-Leitung und Masse GND.
Die erste Schutzschaltung 13 weist einen Eingangsanschluß, der mit dem Ausgangsanschluß OT der internen Schaltung 12 verbunden ist, auf und einen Ausgangsanschluß, der mit dem Anschluß 11 verbunden ist. Die zweite Schutzschaltung umfaßt einen Eingangsanschluß, der mit dem Anschluß 11 verbunden ist, und einen Ausgangsanschluß, der mit dem invertierenden Eingangsanschluß EIN(-) des internen Verstärkers 12 verbunden ist. Die erste Schutzschaltung 13 setzt sich aus zwei Dioden D11 und D12 und zwei Widerständen R11 und R12 zusammen. Die Diode D11 hat eine geerdete Anode und eine mit dem Widerstand R11 verbundene Kathode. Die Diode D12 hat eine mit dem Widerstand R12 verbundene Anode und eine mit der Vcc-Leitung verbundene Kathode. Widerstände R11 und R12 liegen in Serie zwischen dem Ausgangsanschluß OT des internen Verstärkers 12 und dem Anschluß 11. Es ist möglich, die Widerstände R11 und R12 wegzulassen, falls parasitäre Lasten zwischen dem Ausgangsanschluß OT des internen Verstärkers 12 und dem Anschluß 11 gekoppelt sind. Solche parasitäre Lasten können durch leitungselektroden der Dioden D11 und D12 oder den Verdrahtungsleitungen gebildet sein.
Die zweite Schutzschaltung 14 besteht aus zwei Dioden D21 und D22 und zwei Widerständen R21 und R22. Die Diode D21 hat eine auf Erde gelegte Anode und mit dem Widerstand R21 verbundene Kathode. Die Diode D22 besitzt eine mit dem Widerstand R22 verbundene Anode und eine mit der Vcc-leitung verbundene Kathode. Die Widerstände R21 und R22 liegen in Serie zwischen dem Anschluß 11 und dem invertierenden Eingangsanschluß EIN(-) des internen Verstärkers 12.
Bevorzugterweise ist die Summe der Widerstandswerte der Widerstände R11 und R12 zwischen Null Ohm und wenigen zig Ohm. Die Summe der Widerstandswerte der Widerstände R21 und R22 muß größer sein als die Summe der Widerstandswerte der Widerstände R11 und R12. Vorzugsweise hat jeder der Widerstände R21 und R22 einen Widerstand von zumindest dem zehn- bis hundertfachen des Widerstands der Widestände R11 und R12.
Der interne Verstärker 12 kann als Spannungsfolgerschaltung arbeiten. Eine Eingangsspannung Ei, die von einer Schaltung mit hoher Impedanz (aus Vereinfachungsgründen nicht gezeigt) erzeugt und ausgegeben wird, wird dem nicht-invertierenden Eingangsanschluß EIN(+) des internen Verstärkers 12 zugeführt, der die Eingangsspannung Ei verstärkt und eine Ausgangsspannung Eo zu den Widerständen R12 und R11 ausgibt. Die Verstärkung AV des internen Verstärkers 12 beträgt Av=[∞ +(R21 +R22)]/∞ = 1. Die Ausgangsspannung wird dann dem Anschluß 11 über die Schaltung mit niederer Impedanz, die die Widerstände R12 und R11 umfaßt, zugeführt. Der zuvor genannte Zustand entspricht einem äquivalenten Zustand, bei dem der Ausgangsanschluß und der invertierende Eingangsanschluß EIN(-) des internen Verstärkers 12 kurzgeschlossen sind.
Die erste Schutzschaltung 13 schützt einen Ausgangstransistor des Operationsverstärkers 12, der den Ausgangsanschluß OT bildet vor der unnormalen Spannung Eh. Die ladung der unnormalen Spannung Eh kann zur Vcc-leitung oder zur Masse über die Dioden D12 oder D11 fließen. Die zweite Schutzschaltung 14 schützt den Transistor Q1 oder T1 des internen Verstärkers 12 vor der unnormalen Spannung Eh. Die Iadung der unnormalen Spannung Eh wird durch die Widerstände R21 und R22 gedämpft und kann zur Vcc-Leitung oder zur Masse über die Dioden D21 oder D22 fließen. Somit gelangt keine unnormale Spannung zum invertierenden Eingangsanschluß EIN(-) des internen Verstärkers 12.
Das am Anschluß 11 gewonnene Signal wird zum invertierenden Eingangsanschluß EIN(-) des internen Verstärkers 12 zurückgeführt. Somit werden jeweilige Spannungsabfälle an den Widerständen R11 und R12 ausgelöscht. Andererseits wird das Signal des Ausgangsanschlusses OT des in Fig. 1 gezeigten Verstärkers 2 zum invertierenden Eingangsanschluß EIN(-) des internen Verstärkers 2 zurückgeführt. Somit wird die Spannung des externen Anschlusses 1 durch die Spannungsabfälle, die an den Widerständen Ra bzw. Rb entstehen, beeinflußt.
An dieser Stelle soll erwähnt werden, daß ein kleiner Strom durch die zweite Schutzschaltung 14 fließt, so daß die Impedanz des Anschlusses 11 ohne Beeinflussung durch die zweite Schutzschaltung 14, reduziert werden kann.
Fig. 4 zeigt ein Muster bzw. Leitungsmuster von Widerständen, die die Widerstände R11, R12, R21 und R22 der Eingangs-/Ausgangsschutzschaltung 15 umfassen. Die Muster der ersten und zweiten Schutzschaltung 13 und 14 liegen nahe dem Anschluß 11. Falls diese Muster näher an dem Anschluß 11 liegen, kann die unnormale Spannung schneller gelöscht werden.
Die erste und die zweite Schutzschaltung 13 bzw. 14 sind in einem Siliziumsubstrat 25 ausgebildet. Die erste Schutzschaltung 13 hat ein p-Typ Störstoffdiftusionsgebiet P1 und ein n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet N1. Das p-Typ Störstoffdiffusionsgebiet P1 befindet sich in elektrischem Kontakt mit Aluminiumverdrahtungs(verbindungs)-Schichten H1 und H2 über Kontaktierungslöcher J1 und J2, die jeweils in einem Isolierfilm (nicht gezeigt) ausgebildet sind. Die Verdrahtungsschicht H1 ist mit dem Anschluß 11 verbunden. Das n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet N1 befindet sich in elektrischem Kontakt mit Verdrahtungsschichten H2 und H3 über Kontaktierungslöcher J3 und J4, die jeweils im Isolierfilm ausgebildet sind. Die Verdrahtungsschicht H2 verbindet elektrisch das p-Typ Störstoffdiffusionsgebiet P1 mit dem n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet N1. Die Verdrahtungsschicht H3 ist mit dem Ausgangsanschluß OT des internen Verstärkers 12 verbunden.
Die zweite Schutzschaltung 14 besitzt ein p-Typ Störstoffdiffüsionsgebiet P2, ein n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet N2 und ein Gebiet 26 mit hohem Widerstand. Das p-Typ Störstoffdiffusionsgebiet P2 ist in elektrischem Kontakt mit der Verdrathungsschicht H1 über ein Kontaktloch J5, das in der Isolierschicht ausgebildet ist, und ist in Kontakt mit einer Aluminiumverdrahtungsschicht H4 über ein Kontaktloch 16. Die n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet N2 ist in elektrischem Kontakt mit der Verdrahtungsschicht H4 über ein Kontäktloch J7 sowie mit einer Aluminiumverdrahtungsschicht H5 über ein Kontaktloch J8. Die Schicht 26 mit hohem Widerstand ist in elektrischem Kontakt mit der Verdrahtungsschicht H5 über ein Kontaktloch J9 als auch mit einer Aluminiumverdrahtungsschicht H6 über ein Kontaktloch J10. Die Verdrahtungsschicht H6 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluß EIN(-) des internen Verstärkers 12 verbunden. Aus dem zuvor gesagten ist ersichtlich, daß die zweite Schutzschaltung 14 drei in Serie verbundene Widerstände aufweist.
Der Abstand L1 zwischen den Kontaktierungslöchern J1 und J2 und der Abstand L2 zwischen den Kontaktierungslöchern J3 und J4 ist geringer als der Abstand L3 zwischen den Kontaktierungslöchern J5 und J6, der Abstand L4 zwischen den Kontaktierungslöchern J7 und J8 und der Abstand zwischen den Kontaktierungslöchern J9 und J10. Mit dieser Anordnung ist es möglich, den Widerstand der zweiten Schutzschaltung 14 größer zu machen als denjenigen der ersten Schutzschaltung 13, trotz identischer Maske. Die Widerstände R11 und R12 können identische oder unterschiedliche Widerstände aufweisen. Ebenso können die Widerstände R21 und R22 identische oder unterschiedliche Widerstände aufweisen.
Die Diode D11 wird durch einen Übergang zwischen der p-Typ Störstoffdiffusionsschicht P1 und dem Siliziumsubstrat 25 gebildet, und die Diode D12 wird von einem Übergang zwischen der n-Typ Störstoffdiffusionsschicht N1 und einer p-Typ Senke (aus Vereinfachungsgründen nicht gezeigt) im Siliziumsubstrat 25 gebildet, falls es vom n-Typ ist. Die Diode D21 wird an einem Übergang zwischen der p-Typ Störstoffdiffusionsschicht P2 und dem Siliziumsubstrat 25 gebildet die Diode D22 wird an einem Übergang zwischen dem n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet N2 und der p-Typ Senke gebildet.
Die unnormale Spannung Eh, die dem Anschluß 11 zugeführt ist, wird den p-Typ Störstoffdiffusionsgebieten P1 und P2 über die Verdrahtungsleitung H1 übertragen und dort gedämpft (absorbiert). Zusätzlich fließen die Iadungen der unnormalen Spannung Eh über die Dioden D11 und D21 zur Masse. Die restlichen Ladungen werden zu den n-Typ Störstoffdiffusionsgebieten N1 und N2 übertragen und dort gedämpft. Zusätzlich fließen die übrigen Ladungen über die Dioden D12 und D22 zur Vcc-Leitung. Die dann noch übrigen Ladungen werden in dem Gebiet 26 mit hohem Widerstand gedämpft. Daraus ergibt sich, daß der invertierende Eingangsanschluß und der Ausgangsanschluß des internen Verstärkers 12 von der unnormalen Spannung Eh nicht beeinflußt werden.
Die erste Schutzschaltung 13 kann aus einer beliebigen Anzahl von Widerständen und Dioden bestehen. Gleichermaßen kann die zweite Schutzschaltung 14 aus einer beliebigen Anzahl von Widerständen und Dioden bestehen. Wie in Fig. 5 gezeigt, besteht die erste Schutzschaltung 13 aus m Widerständen R 31, R32, ..., R3m, und in Dioden D31, D32, ..., D3m, wobei in eine ganze Zahl ist. In gleicher Weise besteht die zweite Schutzschaltung 14 aus n WiderständenR41, R42, ..., R4n, und n Dioden D41, D42,..., D4n, wobei n eine ganze Zah1 ist. Die Dioden D32, ..., D3m der ersten Schutzschaltung 13 haben geerdete Anoden und mit den Widerständen R32, ..., R3m verbundene Kathoden. In gleicher Weise besitzen die Dioden D42, ,,,. D4n der zweiten Schutzschaltung 14 geerdete Anoden und mit den Widerständen R42, ..., bzw. R4n verbundene Kathoden. Die Anzahl der Widerstände in der ersten bzw. zweiten Schutzschaltung 13 bzw. 14 kann sich von der Anzahl der Dioden unterscheiden.
Fig. 6A zeigt ein anderes Muster der ersten und der zweiten Schutzschaltung 13 und 14, die in Fig.3 gezeigt sind, und Fig. 6B ist ein Querschnitt längs der in Fig. 6A gezeigten Linie VIB-VIB. Die erste Schutzschaltung 13 hat ein p-Typ Störstoffdiffusionsgebiet P11, das in einem n-Typ Siliziumsubstrat 25 ausgebildet ist, und ein n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet N11, das in einer im Siliziumsubstrat 25 ausgebildeten p-Typ Senke 41 ausgebildet ist. Eine Aluminium-Verdrahtungsschicht H11, die mit dem Anschluß (Kontaktanschluß) 11 verbunden ist, ist in Kontakt mit dem p-Typ Störstoffdiffusionsgebiet P11 über Kontaktierungslöcher J11, die in einem Isolierfilm 32 ausgebildet sind. Das p-Typ Störstoffdiffusionsgebiet P11 und das n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet N11 sind elektrisch über eine Aluminium- Verdrahtungsleitung H12 verbunden, die in elektrischem Kontakt mit dem p-Typ Störstoffdiffusionsgebiet P11 über Kontaktierungslöcher J12, die im Isolierfilm 32 ausgebildet sind, und dem n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet NI 1 über Kontaktierungslöcher J13, die darin ausgebildet sind, in Kontakt sind. Das n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet N11 ist elektrisch mit dem Ausgangsanschluß OT des internen Verstärkers 12 über eine Aluminium- Verdrahtungsschicht H13 verbunden, die mit dem n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet N11 über Kontaktierungslöcher J14, die im Isolierfilm 32 ausgebildet sind, elektrisch verbunden ist.
Die zweite Schutzschaltung 14 hat ein p-Typ Störstoffdiffusionsgebiet P12, das im Siliziumsubstrat 25 ausgebildet ist, und ein n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet N12, das in der p-Typ Senke 41 ausgebildet ist. Die Verdrahtungsschicht H11 verbindet den Anschluß 11 mit dem p-Typ Störstoffdiffüsionsgebiet P12, das elektrisch mit der Verdrahtungsschicht H11 über Kontaktierungslöcher J15 verbunden ist. Eine Aluminiumverdrahtungsleitung H14, die elektrisch mit dem p-Typ Störstoffdiffusionsgebiet P12 über Kontaktierungslöcher J16 in Kontakt ist, ist mit dem n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet N12 über Kontaktierungslöcher J17 verbunden. Eine Aluminiumverdrahtungsleitung H15, die in Kontakt mit dem n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet N12 ist, ist mit dem invertierenden Eingangsanschluß des internen Verstärkers 12 verbunden. Ein Bezugszeichen 31 zeigt einen Senkenkontakt an. Ein p-Typ Störstoffdiffusionsgebiet (GND) ist in der p-Typ Senke 41, wie in Fig.6B gezeigt, vorgesehen. Ein n-Typ Störstoffdiffusionsgebiet (Vcc) ist im Siliziumsubstrat 25, wie in Fig. 6B gezeigt, vorgesehen. Wie in Fig. 6B gezeigt, sind die Dioden an den pn-Übergängen ausgebildet.
Nun wird ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Fig.7 beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel, das in Fig. 7 gezeigt ist, umfaßt einen Digital-Analog-(D/A)-Wandler 50, eine Schaltung 60 zur Erzeugung einer konstanten Spannung, und die zuvor erwähnte Eingangs-/Ausgangsschutzschaltung 15. Der D/A-Wandler 50 besteht aus Widerständen 51&sub1; - 51&sub8;, die in Serie liegen, einem Schalter SW und einem Operationsverstärker 52. Der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 52 ist direkt mit seinem Ausgangsanschluß verbunden. Ein Steuerungssignal, das von einer internen Schaltung (nicht gezeigt) des D/A-Wandlers 50 erzeugt wird, wird dem Schalter SW zugeführt, so daß der Schalter SW einen der stationären Kontakte auswählt, die mit den jeweiligen Knoten verbunden sind, an denen benachbarte Widerstände verbunden sind. Die Schaltung 60 zur Erzeugung einer konstanten Spannung umfaßt einen Widerstand 61 und eine Zehnerdiode 62, die in Serie zwischen der Vcc-Leitung und Masse liegen. Herkömmlicherweise wird eine konstante Spannung direkt zum nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 52 geführt. Um zu prüfen, ob die Schaltung 60 zur Erzeugung einer konstanten Spannung eine bestimmte konstante Spannung erzeugt, wird normalerweise der Anschluß 11 direkt mit der Schaltung 60 zur Erzeugung einer konstanten Spannung und dem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 52 verbunden.
Andererseits besitzt das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Eingangs-/Ausgangsschutzschaltung 15, die zwischen dem Anschluß 11 und der Schaltung 60 zur Erzeugung einer konstanten Spannung verbunden ist, und ebenso zwischen dem Anschluß 11 und dem nicht-invertierenden Anschluß des Operationsverstärkers 52. Eine unnormale Spannung, die am Anschluß 11 anliegt, wird durch die Eingangs- /Ausgangsschutzschaltung 15 gelöscht, so daß der Operationsverstärker nicht von der unnormalen Spannung beeinflußt wird.

Claims

1. Schutzschaltung mit

einer ersten Sehutzvorrichtung (13), die einen Signalausgangsanschluß (OT) einer internen Schaltung mit einem externen Verbindungsanschluß (11) koppelt, um zu verhindern, daß eine anomale Spannung, die am externen Verbindungsanschluß anliegt, an den Signalausgangsanschluß gelangt, und

einer zweiten Schutzschaltung (14), die einen Signaleingangsanschluß (IN(-)) der internen Schaltung mit dem externen Verbindungsanschluß koppelt, um zu verhindern, daß die anomale Spannung, die am externen Verbindungsanschluß anliegt, an den Signaleingangsanschluß gelangt, wobei der Signaleingangsanschluß mit dem Signalausgangsanschluß über die erste und die zweite Schutzvorrichtung gekoppelt ist und eine Impedanz besitzt, die größer ist als diejenige des Signalausgangsanschlusses;

wobei die erste Schutzvorrichtung ein erstes Widerstandselement (R11-R12, R31-R3m) aufweist, das den externen Verbindungsanschluß mit dem Signalausgangsanschluß koppelt;

wobei die zweite Schutzschaltung ein zweites Widerstandselement (R21, R22; R41-R4n) aufweist, das den externen Verbindungsanschluß mit dem Signaleingangsanschluß koppelt,

dadurch gekennzeichnet, daß

das zweite Widerstandselement einen Widerstand besitzt, der größer ist als deijenige des ersten Widerstandselements.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schutzvorrichtung umfaßt:

einen Widerstand (R21), der den externen Verbindungsanschluß mit dem Signaleingangsanschluß koppelt; und

eine Diode (D21) mit einer Kathode, die mit dem Widerstand gekoppelt ist, und einer Anode, die mit einer bestimmten Spannung (GND) verbunden ist.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schutzvorrichtung umfaßt:

einen Widerstand (R22), der den externen Verbindungsanschluß mit dem Signaleingangsanschluß koppelt; und

eine Diode (D22) mit einer Kathode, die an eine bestimmte Spannung (Vcc) angeschlossen ist, und einer Anode, die mit dem Widerstand gekoppelt ist.

4. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schutzvorrichtung umfaßt:

einen ersten Widerstand (R21) und einen zweiten Widerstand (R22), die in Reihe liegen und den externen Verbindungsanschluß mit dem Signaleingangsanschluß koppeln;

eine erste Diode (D21) mit einer Kathode, die mit dem ersten Widerstand gekoppelt ist, und einer Anode, die an eine erste bestimmte Spannung (GND) angeschlossen ist; und

eine zweite Diode (D22) mit einer Kathode, die an eine zweite bestimmte Spannung (Vcc) angeschlossen ist, und einer Anode, die mit dem zweiten Widerstand gekoppelt ist.

5. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schutzvorrichtung umfaßt:

einen ersten Widerstand (R11) und einen zweiten Widerstand (R12), die in Reihe liegen und den externen Verbindungsanschluß mit dem Signalausgangsanschluß koppeln;

eine erste Diode (D11) mit einer Kathode, die mit dem ersten Widerstand gekoppelt ist, und einer Anode, die an eine erste bestimmte Spannung (GND) angeschlossen ist; und

eine zweite Diode (D12) mit einer Kathode, die an eine zweite bestimmte Spannung (Vcc) angeschlossen ist, und einer Anode, die mit dem zweiten Widerstand gekoppelt ist.

6. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die interne Schaltung einen Operationsverstärker (12) mit einem ersten Eingangsanschluß (IN(-)), einem zweiten Eingangsanschluß (IN(+)) und einem Ausgangsanschluß (OT) aufweist;

einer der beiden ersten und zweiten Eingangsanschlüsse dem Signaleingangsanschluß entspricht;

der andere der beiden Eingangsanschlüsse ein bestimmtes Eingangssignal empfängt und

der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers dem Signalausgangsanschluß entspricht.

7. Schutzschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker einen Bipolartransistor (Q1) mit einer Basis (B1) aufweist, die als Signaleingangsanschluß dient.

8. Schutzschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker einen Feldeffekttransistor mit einem Gate (G1) aufweist, das als Signaleingangsanschluß dient.

9. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schutzvorrichtung umfaßt:

ein Halbleitersubstrat (25) eines ersten Leitfähigkeitstyps (N);

ein erstes Störstoff-Diffusionsgebiet (P2, P12), das im Halbleitersubstrat ausgebildet ist, wobei das erste Störstoff-Diffusionsgebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp (P) ist, der vom ersten Leitfähigkeitstyp (N) verschieden ist, wobei das erste Störstoff-Diffusionsgebiet einen Widerstand (R21) bildet und eine Verbindung zwischen dem Halbleitersubstrat und dem zweiten Störstoff-Diffusionsgebiet eine Diode (D21) bildet;

eine erste Verbindungsleitung (H1, H11), die das erste Störstoff-Diffüsionsgebiet kontaktiert und mit dem externen Verbindungsanschluß gekoppelt ist; und

eine zweite Verbindungsleitung (H4, H5, H6; H14, H15), die das erste Störstoff-Diffusionsgebiet kontaktiert und elektrisch mit dem Signaleingangsanschluß gekoppelt ist.

10. Schutzschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schutzvorrichtung umfaßt:

ein Senkengebiet (41), das im Halbleitersubstrat ausgebildet ist, wobei das Senkengebiet von einem zweiten leitfähigkeitstyp (P) ist, der vom ersten Leitfähigkeitstyp (N) unterschiedlich ist, und

ein zweites Störstoff-Diffusionsgebiet (N2, N12), das im Senkengebiet (41) ausgebildet ist, wobei das zweite Störstoff-Diffusionsgebiet einen Widerstand (R22) bildet und eine Verbindung zwischen dem Senkengebiet und dem zweiten Störstoff-Diffüsionsgebiet eine Diode (D22) bildet, und

daß die zweite Yerbindungsleitung (H4, H5; H14, H15) das zweite Störstoff-Diffusionsgebiet kontaktiert.

11. Schutzschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Störstoff-Diffusionsgebiet und das zweite Störstoff-Diffusionsgebiet von unterschiedlichen Leitfähigkeitstypen sind; und

eine dritte Verbindungsleitung (HS, H6; H15) vorgesehen ist, um das zweite Störstoff-Diffusionsgebiet mit dem Signaleingangsanschluß elektrisch zu verbinden, wobei die zweite Verbindungsleitung (H4, H14) das erste Störstoff-Diffusionsgebiet mit dem zweiten Störstoff-Diffusionsgebiet verbindet.

12. Schutzschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schutzvorrichtung umfaßt:

ein drittes Störstoff-Diffusionsgebiet (P1, P11) und ein viertes Störstoff-Diffusionsgebiet (N1, N11) mit voneinander unterschiedlichen Leitfähigkeitstypen, wobei eines der beiden dritten und vierten Störstoff-Diffusionsgebiete im Senkengebiet ausgebildet ist, und das andere der beiden dritten und vierten Störstoff-Diffusionsgebiete direkt im Halbleitersubstrat, das gemeinsam fuhr die erste und die zweite Schutzvorrichtung vorgesehen ist, ausgebildet ist;

eine vierte Verbindungsleitung (H1, H11), die den externen Verbindungsanschluß mit dem dritten Störstoff-Diffusionsgebiet verbindet;

eine fünften Verbindungsleitung (H2, H12), die das dritte Störstoff-Diffusionsgebiet mit dem vierten Störstoff-Diffusionsgebiet verbindet; und

eine sechste Verbindungsleitung (H3 H13) die das vierte Störstoff-Diffusionsgebiet mit dem Signalausgangsanschluß elektrisch verbindet.

13. Schutzschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungsleitung (H1; H11) mit der vierten Verbindungsleitung (H1; H11) identisch ist.

14. Schutzschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste wie auch das zweite Störstoff-Diffusionsgebiet (P2, N2, P12, N12) größer ist als das dritte oder das vierte Störstoff-Diffusionsgebiet (P1, N1, P11, N11).

15. Schutzschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Störstoff-Diffusionsgebiet (P2, P12) und das dritte Störstoff-Diffusionsgebiet (P1, P11) nahe dem externen Verbindungsanschluß liegen.