JP2001044374A - 外部端子保護回路および半導体集積回路 - Google Patents
外部端子保護回路および半導体集積回路Info
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- JP2001044374A JP2001044374A JP11220111A JP22011199A JP2001044374A JP 2001044374 A JP2001044374 A JP 2001044374A JP 11220111 A JP11220111 A JP 11220111A JP 22011199 A JP22011199 A JP 22011199A JP 2001044374 A JP2001044374 A JP 2001044374A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 外部端子にサージ電流が印加されても内部回
路や隣接する外部端子の保護ダイオードを誤動作するこ
とがない外部端子保護回路を提供する。 【解決手段】 バイポーラ・トランジスタのベースとエ
ミッタを結合してアノードとしかつコレクタをカソード
とするように接続して、当該トランジスタ(QN1,Q
N2)を保護ダイオードとして作用させるようにした外
部端子保護回路(10)に、通常の入力振幅の範囲内の
入力信号には応答せず負のサージ電流や静電パルスが印
加されたときにのみ動作する電流供給源回路(20;Q
P1,QN3)を付加するようにした。
路や隣接する外部端子の保護ダイオードを誤動作するこ
とがない外部端子保護回路を提供する。 【解決手段】 バイポーラ・トランジスタのベースとエ
ミッタを結合してアノードとしかつコレクタをカソード
とするように接続して、当該トランジスタ(QN1,Q
N2)を保護ダイオードとして作用させるようにした外
部端子保護回路(10)に、通常の入力振幅の範囲内の
入力信号には応答せず負のサージ電流や静電パルスが印
加されたときにのみ動作する電流供給源回路(20;Q
P1,QN3)を付加するようにした。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路技
術さらには外部端子保護回路に適用して有効な技術に関
し、例えば自動車用半導体集積回路に利用して有効な技
術に関する。
術さらには外部端子保護回路に適用して有効な技術に関
し、例えば自動車用半導体集積回路に利用して有効な技
術に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車に使用される半導体集積回路(以
下、車載用ICと称する)は、使用環境が劣悪であるた
め、各外部端子に+100〜200mAまたは−100
〜200mAの電流パルスを印加した時に当該外部端子
以外の外部端子が誤動作しないか否か検査する電流サー
ジ試験が行なわれている。
下、車載用ICと称する)は、使用環境が劣悪であるた
め、各外部端子に+100〜200mAまたは−100
〜200mAの電流パルスを印加した時に当該外部端子
以外の外部端子が誤動作しないか否か検査する電流サー
ジ試験が行なわれている。
【0003】従来、バイポーラ・トランジスタで構成さ
れている車載用ICにおいては、各外部端子に、電源電
圧端子(VccおよびGND)との間に逆方向接続され
たダイオードからなる外部端子保護回路が設けられてい
た(特開平3―214656号公報)。なお、ダイオー
ドは、図12に示すように内部回路を構成するトランジ
スタと同一構造のトランジスタQ1,Q2のベースとエ
ミッタを結合してアノードとしコレクタをカソードし
て、保護ダイオードとして作用させるようにしたものが
用いられることもある(特開平2−252261号公
報)。
れている車載用ICにおいては、各外部端子に、電源電
圧端子(VccおよびGND)との間に逆方向接続され
たダイオードからなる外部端子保護回路が設けられてい
た(特開平3―214656号公報)。なお、ダイオー
ドは、図12に示すように内部回路を構成するトランジ
スタと同一構造のトランジスタQ1,Q2のベースとエ
ミッタを結合してアノードとしコレクタをカソードし
て、保護ダイオードとして作用させるようにしたものが
用いられることもある(特開平2−252261号公
報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】トランジスタを保護ダ
イオードとした従来の外部端子保護回路は、負のサージ
電流が流れると、その外部端子の電位はICの最も低い
電源電圧(通常は接地電位)よりもさらに低い約−2V
のような負電位にされてしまう。これによって、隣接す
るトランジスタのN型島領域からも電流が流れてしま
う。すなわち、図12の保護ダイオードとしてのトラン
ジスタQ2の断面構造を示す図13において、トランジ
スタQ2のコレクタ引き出し領域16の電位がベース領
域13からの電流I1により−2Vに下がると、拡散層
からなるP型分離領域12からも電流I2が流れる。
イオードとした従来の外部端子保護回路は、負のサージ
電流が流れると、その外部端子の電位はICの最も低い
電源電圧(通常は接地電位)よりもさらに低い約−2V
のような負電位にされてしまう。これによって、隣接す
るトランジスタのN型島領域からも電流が流れてしま
う。すなわち、図12の保護ダイオードとしてのトラン
ジスタQ2の断面構造を示す図13において、トランジ
スタQ2のコレクタ引き出し領域16の電位がベース領
域13からの電流I1により−2Vに下がると、拡散層
からなるP型分離領域12からも電流I2が流れる。
【0005】これによって、トランジスタQ2のN型島
領域11aと拡散層からなるP型分離領域12と隣接す
るトランジスタのN型島領域11bによって構成されP
型分離領域12をベース領域とする寄生バイポーラ・ト
ランジスタQ3がオン状態になって隣接する外部端子の
保護ダイオードを誤動作させたり、基板に電流が流れて
内部回路を構成する素子構造に寄生するサイリスタをオ
ンさせてラッチアップに至らしめてしまうことがあっ
た。
領域11aと拡散層からなるP型分離領域12と隣接す
るトランジスタのN型島領域11bによって構成されP
型分離領域12をベース領域とする寄生バイポーラ・ト
ランジスタQ3がオン状態になって隣接する外部端子の
保護ダイオードを誤動作させたり、基板に電流が流れて
内部回路を構成する素子構造に寄生するサイリスタをオ
ンさせてラッチアップに至らしめてしまうことがあっ
た。
【0006】そこで、その対策として保護ダイオードと
内部素子とをレイアウト的に離すことも行なわれている
が、感度の高い回路ではそのような対策を行なっても誤
動作が発生してしまうことがあり、決定的な対策とはな
り得ないのが実状であった。
内部素子とをレイアウト的に離すことも行なわれている
が、感度の高い回路ではそのような対策を行なっても誤
動作が発生してしまうことがあり、決定的な対策とはな
り得ないのが実状であった。
【0007】この発明の目的は、外部端子にサージ電流
が印加されても内部回路や隣接する外部端子の保護ダイ
オードを誤動作させることがない外部端子保護回路を提
供することにある。
が印加されても内部回路や隣接する外部端子の保護ダイ
オードを誤動作させることがない外部端子保護回路を提
供することにある。
【0008】この発明の他の目的は、外部端子に印加さ
れるサージ電流に対するラッチアップ強度の高い半導体
集積回路を提供することにある。
れるサージ電流に対するラッチアップ強度の高い半導体
集積回路を提供することにある。
【0009】この発明の前記ならびにそのほかの目的と
新規な特徴については、本明細書の記述および添附図面
から明らかになるであろう。
新規な特徴については、本明細書の記述および添附図面
から明らかになるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。
【0011】すなわち、バイポーラ・トランジスタのベ
ースとエミッタを結合してアノードとしかつコレクタを
カソードとするように接続して、当該トランジスタを保
護ダイオードとして作用させるようにした外部端子保護
回路に、通常の入力振幅の範囲内の入力信号には応答せ
ず負のサージ電流や静電パルスが印加されたときにのみ
動作する電流供給源回路を付加するようにしたものであ
る。
ースとエミッタを結合してアノードとしかつコレクタを
カソードとするように接続して、当該トランジスタを保
護ダイオードとして作用させるようにした外部端子保護
回路に、通常の入力振幅の範囲内の入力信号には応答せ
ず負のサージ電流や静電パルスが印加されたときにのみ
動作する電流供給源回路を付加するようにしたものであ
る。
【0012】上記した手段によれば、外部端子に負のサ
ージ電流が印加されると電流供給源回路から電流が供給
され、外部端子の電位の低下が抑制されるため、隣接す
るトランジスタの島領域との間に寄生するトランジスタ
がオンされにくくなり、回路の誤動作を防止できるとと
もに、基板に流れる電流も小さくなるため内部回路に寄
生するサイリスタがラッチアップを起こしにくくなる。
ージ電流が印加されると電流供給源回路から電流が供給
され、外部端子の電位の低下が抑制されるため、隣接す
るトランジスタの島領域との間に寄生するトランジスタ
がオンされにくくなり、回路の誤動作を防止できるとと
もに、基板に流れる電流も小さくなるため内部回路に寄
生するサイリスタがラッチアップを起こしにくくなる。
【0013】上記電流供給源回路としては、例えばイン
バーテッド・ダーリントン回路を使用するとよい。これ
によって、外部端子の電位を監視しそれが所定の電位以
下になると自動的にトランジスタがオンして、外部端子
へ電流を供給することができ、外部端子の電位の低下が
抑制される。
バーテッド・ダーリントン回路を使用するとよい。これ
によって、外部端子の電位を監視しそれが所定の電位以
下になると自動的にトランジスタがオンして、外部端子
へ電流を供給することができ、外部端子の電位の低下が
抑制される。
【0014】さらに、上記外部端子保護回路を構成する
バイポーラ・トランジスタのうち、少なくとも保護ダイ
オードとして作用する接地電位側のバイポーラ・トラン
ジスタは、それら以外のトランジスタに挟まれるように
配置するようにするとよい。これによって、隣接する外
部端子の保護用トランジスタの島領域との間に電位の安
定な島領域が介在されるようになるため、寄生トランジ
スタがオンされにくくなる。
バイポーラ・トランジスタのうち、少なくとも保護ダイ
オードとして作用する接地電位側のバイポーラ・トラン
ジスタは、それら以外のトランジスタに挟まれるように
配置するようにするとよい。これによって、隣接する外
部端子の保護用トランジスタの島領域との間に電位の安
定な島領域が介在されるようになるため、寄生トランジ
スタがオンされにくくなる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を図
面に基づいて説明する。
面に基づいて説明する。
【0016】図1は本発明に係る外部端子保護回路の第
1の実施例を示す。
1の実施例を示す。
【0017】本実施例の外部端子保護回路は、バイポー
ラ・トランジスタのベースとエミッタを結合してアノー
ドとしコレクタをカソードした保護ダイオードQN1,
QN2を、外部端子PINとしてのボンディングパッド
PADと電源電圧端子Vccとの間および外部端子PI
Nと接地端子GNDとの間にそれぞれ逆バイアスとなる
ように接続した一般的な静電保護回路10に、インバー
テッド・ダーリントン回路20を接続したものである。
ラ・トランジスタのベースとエミッタを結合してアノー
ドとしコレクタをカソードした保護ダイオードQN1,
QN2を、外部端子PINとしてのボンディングパッド
PADと電源電圧端子Vccとの間および外部端子PI
Nと接地端子GNDとの間にそれぞれ逆バイアスとなる
ように接続した一般的な静電保護回路10に、インバー
テッド・ダーリントン回路20を接続したものである。
【0018】インバーテッド・ダーリントン回路20
は、コレクタが電源電圧端子Vccに、またエミッタが
外部端子PINに接続されたNPNバイポーラ・トラン
ジスタQN3と、エミッタが接地端子GNDに、またベ
ースが外部端子PINに接続されたNPNバイポーラ・
トランジスタQP1とにより構成され、トランジスタQ
P1のコレクタがQN3のベースに接続され、通常の入
力振幅の範囲内の入力信号には応答せず負のサージ電流
や静電パルスが印加されたときにのみ動作する電流供給
源回路として機能する。
は、コレクタが電源電圧端子Vccに、またエミッタが
外部端子PINに接続されたNPNバイポーラ・トラン
ジスタQN3と、エミッタが接地端子GNDに、またベ
ースが外部端子PINに接続されたNPNバイポーラ・
トランジスタQP1とにより構成され、トランジスタQ
P1のコレクタがQN3のベースに接続され、通常の入
力振幅の範囲内の入力信号には応答せず負のサージ電流
や静電パルスが印加されたときにのみ動作する電流供給
源回路として機能する。
【0019】すなわち、この実施例の回路は、外部端子
PINに負のサージ電流が印加され、外部端子PINの
電位が−0.7V以下に下がると、トランジスタQP1
がオンされてQN3にベース電流が供給されてコレクタ
電流が流れ、これが外部端子に対するサージ電流の供給
源となる。そして、このとき、外部端子の電位は、トラ
ンジスタQP1のコレクタ−エミッタ間電圧VCE(約
0.2V)とQN3のベース−エミッタ間電圧VBE(約
0.7V)とを加算した−0.9Vにクランプされる。
PINに負のサージ電流が印加され、外部端子PINの
電位が−0.7V以下に下がると、トランジスタQP1
がオンされてQN3にベース電流が供給されてコレクタ
電流が流れ、これが外部端子に対するサージ電流の供給
源となる。そして、このとき、外部端子の電位は、トラ
ンジスタQP1のコレクタ−エミッタ間電圧VCE(約
0.2V)とQN3のベース−エミッタ間電圧VBE(約
0.7V)とを加算した−0.9Vにクランプされる。
【0020】前述したように、ダイオードとして作用す
る保護用のトランジスタQN1,QN2のみからなる保
護回路では、−100〜200mAの負のサージ電流が
外部端子に印加されたときに外部端子が−2Vのような
電位に下がることにより隣接する外部端子のトランジス
タの島領域との間に寄生するトランジスタに比較的大き
な電流が流れてしまっていた。これに対し、本実施例の
保護回路では、外部端子に負のサージ電流が印加されて
も外部端子の電位は−0.9V以下に下がらない。その
ため、隣接する外部端子のトランジスタの島領域との間
に寄生するトランジスタのベース・エミッタ間電圧が1
V以上小さくなり、寄生トランジスタに電流が流れにく
くなって内部回路の誤動作を減らすことができるととも
に、ラッチアップも防止することができる。
る保護用のトランジスタQN1,QN2のみからなる保
護回路では、−100〜200mAの負のサージ電流が
外部端子に印加されたときに外部端子が−2Vのような
電位に下がることにより隣接する外部端子のトランジス
タの島領域との間に寄生するトランジスタに比較的大き
な電流が流れてしまっていた。これに対し、本実施例の
保護回路では、外部端子に負のサージ電流が印加されて
も外部端子の電位は−0.9V以下に下がらない。その
ため、隣接する外部端子のトランジスタの島領域との間
に寄生するトランジスタのベース・エミッタ間電圧が1
V以上小さくなり、寄生トランジスタに電流が流れにく
くなって内部回路の誤動作を減らすことができるととも
に、ラッチアップも防止することができる。
【0021】なお、上記実施例の説明においては、イン
バーテッド・ダーリントン回路20を構成するトランジ
スタQN3のコレクタが電源電圧端子Vccに接続され
ていると説明したが、外部端子に入力される信号の最大
電圧がトランジスタQN3のエミッタ・コレクタ間耐圧
BVECOを超えないことを条件に、トランジスタQN
3のコレクタを接地端子GNDに接続することも可能で
ある。トランジスタQN3のコレクタが接地端子GND
に接続されている状態で外部端子にトランジスタQN3
のエミッタ・コレクタ間耐圧BVECOを超えるように
電圧が入力されると、QN3のPN接合がブレークダウ
ンして逆方向電流が流れてしまうからである。
バーテッド・ダーリントン回路20を構成するトランジ
スタQN3のコレクタが電源電圧端子Vccに接続され
ていると説明したが、外部端子に入力される信号の最大
電圧がトランジスタQN3のエミッタ・コレクタ間耐圧
BVECOを超えないことを条件に、トランジスタQN
3のコレクタを接地端子GNDに接続することも可能で
ある。トランジスタQN3のコレクタが接地端子GND
に接続されている状態で外部端子にトランジスタQN3
のエミッタ・コレクタ間耐圧BVECOを超えるように
電圧が入力されると、QN3のPN接合がブレークダウ
ンして逆方向電流が流れてしまうからである。
【0022】特に制限されないが、上記インバーテッド
・ダーリントン回路20を構成するトランジスタのうち
NPNトランジスタQN3は、QN1,QN2と同様に
図13に示すような構造の縦型トランジスタとして形成
されるのに対し、PNPトランジスタQP1はラテラル
(横型)トランジスタとして形成することができる。す
なわち、PNPラテラルトランジスタのP型コレクタ領
域およびエミッタ領域は縦型バイポーラ・トランジスタ
のベース領域と同一工程で、またPNPラテラルトラン
ジスタのN型ベース領域は縦型バイポーラ・トランジス
タのエミッタ領域と同一工程で形成する。これによっ
て、何ら工程を付加することなく内部回路が縦型バイポ
ーラ・トランジスタのみで構成されている回路に、本実
施例の保護回路を付加することができる。ただし、トラ
ンジスタQP1は、ラテラルトランジスタでなく縦型ト
ランジスタとして形成することも可能である。
・ダーリントン回路20を構成するトランジスタのうち
NPNトランジスタQN3は、QN1,QN2と同様に
図13に示すような構造の縦型トランジスタとして形成
されるのに対し、PNPトランジスタQP1はラテラル
(横型)トランジスタとして形成することができる。す
なわち、PNPラテラルトランジスタのP型コレクタ領
域およびエミッタ領域は縦型バイポーラ・トランジスタ
のベース領域と同一工程で、またPNPラテラルトラン
ジスタのN型ベース領域は縦型バイポーラ・トランジス
タのエミッタ領域と同一工程で形成する。これによっ
て、何ら工程を付加することなく内部回路が縦型バイポ
ーラ・トランジスタのみで構成されている回路に、本実
施例の保護回路を付加することができる。ただし、トラ
ンジスタQP1は、ラテラルトランジスタでなく縦型ト
ランジスタとして形成することも可能である。
【0023】図2は本発明に係る外部端子保護回路の第
2の実施例を示す。
2の実施例を示す。
【0024】本実施例の外部端子保護回路は、バイポー
ラ・トランジスタQP1とQN3とからなるインバーテ
ッド・ダーリントン回路20のトランジスタQP1のベ
ースに、接地電位(0V)の代わりにバイアス電圧VB
1(例えば0.7V)を印加するようにしたものであ
る。図1の実施例の回路では、負のサージ電流が印加さ
れたときに外部端子を−0.9Vの電位にクランプする
ことで寄生トランジスタに流れる電流を抑制している
が、外部端子の電位は寄生トランジスタのベース電位に
相当するので、−0.9Vでは若干寄生トランジスタに
電流が流れることとなる。しかし、これを−0.9Vで
なく−0.7V以上になるようにしてやれば、寄生トラ
ンジスタを完全にオフさせることができる。
ラ・トランジスタQP1とQN3とからなるインバーテ
ッド・ダーリントン回路20のトランジスタQP1のベ
ースに、接地電位(0V)の代わりにバイアス電圧VB
1(例えば0.7V)を印加するようにしたものであ
る。図1の実施例の回路では、負のサージ電流が印加さ
れたときに外部端子を−0.9Vの電位にクランプする
ことで寄生トランジスタに流れる電流を抑制している
が、外部端子の電位は寄生トランジスタのベース電位に
相当するので、−0.9Vでは若干寄生トランジスタに
電流が流れることとなる。しかし、これを−0.9Vで
なく−0.7V以上になるようにしてやれば、寄生トラ
ンジスタを完全にオフさせることができる。
【0025】そこで、この第2の実施例では、インバー
テッド・ダーリントン回路20のトランジスタQP1の
ベースにバイアス電圧VB1を印加するようにしてい
る。トランジスタQP1のベース・エミッタ間電圧VBE
が0.7Vの場合、上記バイアス電圧VB1を0.2V
以上にすれば、負のサージ電流が印加されても寄生トラ
ンジスタに電流が流れないようにすることができる。た
だし、バイアス電圧VB1を高くしすぎると通常の電圧
範囲の入力信号が入力されたときにも電流が流されてし
まう。従って、バイアス電圧VB1の上限値は0.9V
である。0.2V〜0.9Vの範囲のバイアス電圧VB
1をトランジスタQP1のベースに印加することによ
り、第2の実施例の回路は、第1の実施例の回路よりも
隣接する外部端子のトランジスタの島領域との間に寄生
するトランジスタに流れる電流を減らすことができる。
テッド・ダーリントン回路20のトランジスタQP1の
ベースにバイアス電圧VB1を印加するようにしてい
る。トランジスタQP1のベース・エミッタ間電圧VBE
が0.7Vの場合、上記バイアス電圧VB1を0.2V
以上にすれば、負のサージ電流が印加されても寄生トラ
ンジスタに電流が流れないようにすることができる。た
だし、バイアス電圧VB1を高くしすぎると通常の電圧
範囲の入力信号が入力されたときにも電流が流されてし
まう。従って、バイアス電圧VB1の上限値は0.9V
である。0.2V〜0.9Vの範囲のバイアス電圧VB
1をトランジスタQP1のベースに印加することによ
り、第2の実施例の回路は、第1の実施例の回路よりも
隣接する外部端子のトランジスタの島領域との間に寄生
するトランジスタに流れる電流を減らすことができる。
【0026】図3は本発明に係る外部端子保護回路の第
3の実施例を示す。
3の実施例を示す。
【0027】本実施例の外部端子保護回路は、バイポー
ラ・トランジスタQP1とQN3とからなるインバーテ
ッド・ダーリントン回路20のトランジスタQN3のエ
ミッタとQP1のベースとの間に、抵抗R1を接続する
ようにしたものである。この抵抗R1を挿入すること
で、トランジスタQP1が過度な飽和状態になるのを防
止してトランジスタQN3のベースに対する電流を安定
化させることができるとともに、内部回路の入力素子お
よびQP1自身を静電破壊から保護する保護抵抗として
も機能する。
ラ・トランジスタQP1とQN3とからなるインバーテ
ッド・ダーリントン回路20のトランジスタQN3のエ
ミッタとQP1のベースとの間に、抵抗R1を接続する
ようにしたものである。この抵抗R1を挿入すること
で、トランジスタQP1が過度な飽和状態になるのを防
止してトランジスタQN3のベースに対する電流を安定
化させることができるとともに、内部回路の入力素子お
よびQP1自身を静電破壊から保護する保護抵抗として
も機能する。
【0028】ただし、内部回路の仕様によっては、図3
のような位置に抵抗R1を挿入できない場合もある。そ
の場合には、符号Aで示す位置に抵抗R1を挿入するよ
うにしてもよい。また、トランジスタQN3のエミッタ
とQP1のベースとの間に挿入される上記抵抗R1を、
電源電圧Vccが印加されたN型島領域の表面に形成し
たP型拡散層により構成するような場合には、この抵抗
の拡散層とN型島領域との間のPN接合が、トランジス
タQN1と同様に電源電圧端子Vccと外部端子PIN
との間に逆方向接続されたダイオードとして機能するの
で、トランジスタQN1を省略することも可能である。
のような位置に抵抗R1を挿入できない場合もある。そ
の場合には、符号Aで示す位置に抵抗R1を挿入するよ
うにしてもよい。また、トランジスタQN3のエミッタ
とQP1のベースとの間に挿入される上記抵抗R1を、
電源電圧Vccが印加されたN型島領域の表面に形成し
たP型拡散層により構成するような場合には、この抵抗
の拡散層とN型島領域との間のPN接合が、トランジス
タQN1と同様に電源電圧端子Vccと外部端子PIN
との間に逆方向接続されたダイオードとして機能するの
で、トランジスタQN1を省略することも可能である。
【0029】図4は本発明に係る外部端子保護回路の第
4の実施例を示す。
4の実施例を示す。
【0030】本実施例の外部端子保護回路は、バイポー
ラ・トランジスタQP1とQN3とからなるインバーテ
ッド・ダーリントン回路20のトランジスタQN3のコ
レクタと電源電圧端子Vccとの間に、バイアス電圧V
B2が印加されたトランジスタQN4をQN3と直列と
なるように接続したものである。
ラ・トランジスタQP1とQN3とからなるインバーテ
ッド・ダーリントン回路20のトランジスタQN3のコ
レクタと電源電圧端子Vccとの間に、バイアス電圧V
B2が印加されたトランジスタQN4をQN3と直列と
なるように接続したものである。
【0031】この実施例は、電源電圧端子Vccと外部
端子PIN間の電圧がトランジスタQN3のコレクタ・
エミッタ間耐圧BVCEOを超える場合に有効である。
挿入されたトランジスタQN4のベースに、QN3のコ
レクタ・エミッタ間耐圧BVCEO+QN4のベース・
エミッタ間電圧VBE以下の電圧を印加しておくことで、
QN3に耐圧以上の電圧が印加されないようにすること
ができるとともに、QN3がオンするとQN4もオンし
て図1の実施例回路と同様に、サージ電流が印加された
ときに電流供給源として動作する。
端子PIN間の電圧がトランジスタQN3のコレクタ・
エミッタ間耐圧BVCEOを超える場合に有効である。
挿入されたトランジスタQN4のベースに、QN3のコ
レクタ・エミッタ間耐圧BVCEO+QN4のベース・
エミッタ間電圧VBE以下の電圧を印加しておくことで、
QN3に耐圧以上の電圧が印加されないようにすること
ができるとともに、QN3がオンするとQN4もオンし
て図1の実施例回路と同様に、サージ電流が印加された
ときに電流供給源として動作する。
【0032】なお、図4のように回路を構成しても、ト
ランジスタQN4のコレクタ・エミッタ間にかかる電圧
が耐圧を超えるような場合には、さらに1個または2個
以上のトランジスタを直列に接続すればよい。
ランジスタQN4のコレクタ・エミッタ間にかかる電圧
が耐圧を超えるような場合には、さらに1個または2個
以上のトランジスタを直列に接続すればよい。
【0033】図5は本発明に係る外部端子保護回路の第
5の実施例を示す。
5の実施例を示す。
【0034】本実施例の外部端子保護回路は、静電保護
回路10をベースとエミッタが結合されたバイポーラ・
トランジスタQN1,QN2の代わりにゲートとソース
が結合されたMOSFET MP2,MN2により構成
するとともに、電流供給源回路20を、バイポーラ・ト
ランジスタQP1とQN3とからなるインバーテッド・
ダーリントン回路ではなく、MOSFET MP1,M
N3と抵抗R1を用いて構成したものである。
回路10をベースとエミッタが結合されたバイポーラ・
トランジスタQN1,QN2の代わりにゲートとソース
が結合されたMOSFET MP2,MN2により構成
するとともに、電流供給源回路20を、バイポーラ・ト
ランジスタQP1とQN3とからなるインバーテッド・
ダーリントン回路ではなく、MOSFET MP1,M
N3と抵抗R1を用いて構成したものである。
【0035】上記MOSFETのうち、MP1,MP2
はPチャネル型であり、MN1,MN2はNチャネル型
である。MOSFET MP1のソースは、外部端子P
INに負のサージ電流が印加されるとMOSFET M
P1がオンするような範囲で任意に設定されたバイアス
電位点に接続される。この実施例の回路は、前記実施例
と同様に外部端子PINに負のサージ電流が印加される
とMOSFET MP1がオンしてドレイン電流が抵抗
R1に流れ、これによってMOSFET MN3がオン
して電流を供給することで、外部端子の電位が下がり過
ぎないようにする。
はPチャネル型であり、MN1,MN2はNチャネル型
である。MOSFET MP1のソースは、外部端子P
INに負のサージ電流が印加されるとMOSFET M
P1がオンするような範囲で任意に設定されたバイアス
電位点に接続される。この実施例の回路は、前記実施例
と同様に外部端子PINに負のサージ電流が印加される
とMOSFET MP1がオンしてドレイン電流が抵抗
R1に流れ、これによってMOSFET MN3がオン
して電流を供給することで、外部端子の電位が下がり過
ぎないようにする。
【0036】本実施例の回路は、耐圧の高いMOSFE
Tを用いることにより、図1〜図4のバイポーラ・トラ
ンジスタからなる保護回路に比べて保護回路を構成する
素子の静電破壊耐圧を高めることができる。
Tを用いることにより、図1〜図4のバイポーラ・トラ
ンジスタからなる保護回路に比べて保護回路を構成する
素子の静電破壊耐圧を高めることができる。
【0037】図6および図7は、それぞれ図1と図5の
実施例回路の変形例を示すもので、トランジスタQN3
とMN4の電流をそれぞれカレントミラー回路でMP3
からMP2へ転写し、その電流を抵抗R1に流してMO
SFET MN3をオンさせ、サージ電流を逃がすよう
に構成したものである。図6および図7ではカレントミ
ラー回路をMOSFETにより構成しているが、バイポ
ーラ・トランジスタにより構成することも可能である。
MOSFET MP2,MP3のソースは、外部端子P
INに負のサージ電流が印加されてトランジスタQP1
に電流が流れたときに抵抗R1に電流を流すことができ
るような範囲で任意の電圧点に接続される。
実施例回路の変形例を示すもので、トランジスタQN3
とMN4の電流をそれぞれカレントミラー回路でMP3
からMP2へ転写し、その電流を抵抗R1に流してMO
SFET MN3をオンさせ、サージ電流を逃がすよう
に構成したものである。図6および図7ではカレントミ
ラー回路をMOSFETにより構成しているが、バイポ
ーラ・トランジスタにより構成することも可能である。
MOSFET MP2,MP3のソースは、外部端子P
INに負のサージ電流が印加されてトランジスタQP1
に電流が流れたときに抵抗R1に電流を流すことができ
るような範囲で任意の電圧点に接続される。
【0038】図8は、図1の実施例回路の変形例を示す
もので、電流供給源回路としてのインバーテッド・ダー
リントン回路20を構成するバイポーラ・トランジスタ
QN3のベース・エミッタ間にベースとエミッタが結合
されダイオードとして作用するトランジスタQN5を接
続したものである。図1の回路においては、トランジス
タQN3のエミッタが外部端子PINに接続されている
ため、外部端子に正の静電パルスが印加された場合にQ
N3のベース・エミッタ接合が静電破壊されてしまうお
それがある。これに対し、図8の回路においては、外部
端子に正の静電パルスが印加されたときにトランジスタ
QN5を通して電流が流れて、トランジスタQN3のベ
ース・エミッタ接合の静電破壊を防止することができ
る。
もので、電流供給源回路としてのインバーテッド・ダー
リントン回路20を構成するバイポーラ・トランジスタ
QN3のベース・エミッタ間にベースとエミッタが結合
されダイオードとして作用するトランジスタQN5を接
続したものである。図1の回路においては、トランジス
タQN3のエミッタが外部端子PINに接続されている
ため、外部端子に正の静電パルスが印加された場合にQ
N3のベース・エミッタ接合が静電破壊されてしまうお
それがある。これに対し、図8の回路においては、外部
端子に正の静電パルスが印加されたときにトランジスタ
QN5を通して電流が流れて、トランジスタQN3のベ
ース・エミッタ接合の静電破壊を防止することができ
る。
【0039】以上、外部端子に負のサージ電流が印加さ
れたときの保護回路の実施例を図1〜図8に示して説明
したが、正のサージ電流が印加された場合の保護回路と
して、図9に示すように、トランジスタQP2とQN6
とからなるインバーテッド・ダーリントン回路を外部端
子と接地端子との間に設けるようにしても良い。なお、
図9の回路は図1の回路に対応するものであり、正のサ
ージ電流に対する保護回路として図2〜図8の回路に対
応する構成を有する回路を用いることももちろん可能で
ある。
れたときの保護回路の実施例を図1〜図8に示して説明
したが、正のサージ電流が印加された場合の保護回路と
して、図9に示すように、トランジスタQP2とQN6
とからなるインバーテッド・ダーリントン回路を外部端
子と接地端子との間に設けるようにしても良い。なお、
図9の回路は図1の回路に対応するものであり、正のサ
ージ電流に対する保護回路として図2〜図8の回路に対
応する構成を有する回路を用いることももちろん可能で
ある。
【0040】さらに、上記実施例においては、サージ電
流に対する保護回路として回路的に工夫を加えた実施例
を説明したが、上記回路構成に加えて以下に述べるよう
なレイアウト的な工夫をすることにより、さらに内部回
路や隣接する外部端子の保護ダイオードを誤動作させに
くくなるとともに、外部端子に印加されるサージ電流に
対するラッチアップ強度を高めることができる。
流に対する保護回路として回路的に工夫を加えた実施例
を説明したが、上記回路構成に加えて以下に述べるよう
なレイアウト的な工夫をすることにより、さらに内部回
路や隣接する外部端子の保護ダイオードを誤動作させに
くくなるとともに、外部端子に印加されるサージ電流に
対するラッチアップ強度を高めることができる。
【0041】先ず第1に、保護回路を構成するトランジ
スタQN1〜QN3,QP1等を、図10に示すよう
に、外部端子としてのボンディングパッドPDの外側す
なわち半導体チップの周縁部に配置する。これによっ
て、保護回路と内部回路との距離が遠くなり、内部回路
部分に寄生するサイリスタがラッチアップを起こしにく
くなる。
スタQN1〜QN3,QP1等を、図10に示すよう
に、外部端子としてのボンディングパッドPDの外側す
なわち半導体チップの周縁部に配置する。これによっ
て、保護回路と内部回路との距離が遠くなり、内部回路
部分に寄生するサイリスタがラッチアップを起こしにく
くなる。
【0042】第2に、図11に示すように、保護回路を
構成するトランジスタのうちQN2とQP1を、QN1
とQN3で挟むように各素子を配置する。前述したよう
に、隣接する外部端子の保護用トランジスタの島領域と
の間に寄生するトランジスタがオンする原因は、負のサ
ージ電流が流れるときに負電位となる島領域すなわち図
1の実施例の回路ではトランジスタQN2のコレクタ引
き出し領域が形成されている島領域11aと、QP1が
ラテラルトランジスタである場合におけるそのベースが
形成されている島領域である。したがって、これらの島
領域を負のサージ電流が流れても負電位とならないトラ
ンジスタN1,QN3の島領域によって挟むことによっ
て、隣接する外部端子の保護用トランジスタの島領域と
の間に電位の安定な島領域が介在されるようになるた
め、寄生トランジスタがオンされにくくなる。
構成するトランジスタのうちQN2とQP1を、QN1
とQN3で挟むように各素子を配置する。前述したよう
に、隣接する外部端子の保護用トランジスタの島領域と
の間に寄生するトランジスタがオンする原因は、負のサ
ージ電流が流れるときに負電位となる島領域すなわち図
1の実施例の回路ではトランジスタQN2のコレクタ引
き出し領域が形成されている島領域11aと、QP1が
ラテラルトランジスタである場合におけるそのベースが
形成されている島領域である。したがって、これらの島
領域を負のサージ電流が流れても負電位とならないトラ
ンジスタN1,QN3の島領域によって挟むことによっ
て、隣接する外部端子の保護用トランジスタの島領域と
の間に電位の安定な島領域が介在されるようになるた
め、寄生トランジスタがオンされにくくなる。
【0043】なお、トランジスタQN2とQP1をQN
1とQN3で挟むように配置すれば良く、QN2とQP
1の位置は入れ替えてもよいし、QN1とQN3を入れ
替えても同様の効果を得ることができる。また、PNP
トランジスタQP1が縦型トランジスタとして形成され
る場合には、トランジスタQN2のみをQN1とQN3
で挟むように配置すれば良い。図11において、符号B
が付されているのはそれぞれ各トランジスタのベース領
域、符号Eが付されているのは各トランジスタのエミッ
タ領域、符号Cが付されているのは各トランジスタのコ
レクタ領域である。
1とQN3で挟むように配置すれば良く、QN2とQP
1の位置は入れ替えてもよいし、QN1とQN3を入れ
替えても同様の効果を得ることができる。また、PNP
トランジスタQP1が縦型トランジスタとして形成され
る場合には、トランジスタQN2のみをQN1とQN3
で挟むように配置すれば良い。図11において、符号B
が付されているのはそれぞれ各トランジスタのベース領
域、符号Eが付されているのは各トランジスタのエミッ
タ領域、符号Cが付されているのは各トランジスタのコ
レクタ領域である。
【0044】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。
【0045】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である車載用
ICに適用した場合について説明したが、本発明はそれ
に限定されるものでなく、半導体集積回路一般に利用す
ることができる。
なされた発明をその背景となった利用分野である車載用
ICに適用した場合について説明したが、本発明はそれ
に限定されるものでなく、半導体集積回路一般に利用す
ることができる。
【0046】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。
【0047】すなわち、本発明に従うと、外部端子にサ
ージ電流が印加されても内部回路や隣接する外部端子の
保護ダイオードを誤動作させることがない外部端子保護
回路を実現することができる。
ージ電流が印加されても内部回路や隣接する外部端子の
保護ダイオードを誤動作させることがない外部端子保護
回路を実現することができる。
【0048】また、本発明に従うと、外部端子に印加さ
れるサージ電流に対するラッチアップ強度の高い半導体
集積回路が得られる。
れるサージ電流に対するラッチアップ強度の高い半導体
集積回路が得られる。
【図1】本発明に係る外部端子保護回路の第1の実施例
を示す回路図。
を示す回路図。
【図2】本発明に係る外部端子保護回路の第2の実施例
を示す回路図。
を示す回路図。
【図3】本発明に係る外部端子保護回路の第3の実施例
を示す回路図。
を示す回路図。
【図4】本発明に係る外部端子保護回路の第4の実施例
を示す回路図。
を示す回路図。
【図5】本発明に係る外部端子保護回路の第5の実施例
を示す回路図。
を示す回路図。
【図6】本発明に係る外部端子保護回路の第6の実施例
を示す回路図。
を示す回路図。
【図7】本発明に係る外部端子保護回路の第1の実施例
の変形例を示す回路図。
の変形例を示す回路図。
【図8】本発明に係る外部端子保護回路の第5の実施例
の変形例を示す回路図。
の変形例を示す回路図。
【図9】本発明に係る外部端子保護回路のさらに他6の
実施例を示す回路図。
実施例を示す回路図。
【図10】本発明に係る外部端子保護回路の半導体チッ
プ上でのレイアウトの例を示す平面図。
プ上でのレイアウトの例を示す平面図。
【図11】本発明に係る外部端子保護回路を構成する素
子のレイアウト例を示す平面図。
子のレイアウト例を示す平面図。
【図12】従来の外部端子保護回路の構成例を示す回路
図。
図。
【図13】従来の外部端子保護回路の保護トランジスタ
の構造を示す断面図。
の構造を示す断面図。
10 静電保護回路 20 電流供給源回路 PAD(PIN) ボンディングパッド(外部端子) QN1,QN2 静電保護回路を構成する保護用トラン
ジスタ QN3,QP1 電流供給源回路を構成するトランジス
タ
ジスタ QN3,QP1 電流供給源回路を構成するトランジス
タ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 正志 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 (72)発明者 赤松 由規 東京都小平市上水本町5丁目22番1号 株 式会社日立超エル・エス・アイ・システム ズ内 Fターム(参考) 5F038 BH04 BH05 BH06 BH07 BH13 BH18 BH19 CA02 CA03 CA09 CA10 DF01 EZ20 5F082 AA27 AA33 AA36 BA02 BC03 BC09 FA02 FA12 FA16 FA20 GA02 GA04
Claims (9)
- 【請求項1】 バイポーラ・トランジスタのベースとエ
ミッタを結合してアノードとしかつコレクタをカソード
とするように接続して、当該トランジスタを保護ダイオ
ードとして作用させるようにした外部端子保護回路にお
いて、負のサージ電流または静電パルスが印加されたと
きに動作する電流供給源回路を上記外部端子に接続した
ことを特徴とする外部端子保護回路。 - 【請求項2】 上記電流供給源回路は、PNPバイポー
ラ・トランジスタとNPNバイポーラ・トランジスタと
からなるインバーテッド・ダーリントン回路であること
を特徴とする請求項1に記載の外部端子保護回路。 - 【請求項3】 上記PNPバイポーラ・トランジスタ
は、そのエミッタに第1のバイアス電位が印加されてい
ることを特徴とする請求項2に記載の外部端子保護回
路。 - 【請求項4】 上記PNPバイポーラ・トランジスタの
ベースとコレクタとの間に抵抗が接続されていることを
特徴とする請求項2または3に記載の外部端子保護回
路。 - 【請求項5】 上記NPNバイポーラ・トランジスタと
直列に第2のNPNバイポーラ・トランジスタが接続さ
れていることを特徴とする請求項2、3または4に記載
の外部端子保護回路。 - 【請求項6】 内部回路と、該内部回路の入出力端子が
接続された外部端子とを備えた半導体集積回路であっ
て、上記外部端子には請求項1〜5のいずれかに記載の
外部端子保護回路が接続されてなることを特徴とする半
導体集積回路。 - 【請求項7】 上記外部端子保護回路を構成するバイポ
ーラ・トランジスタは、外部端子としてのボンディング
パッドの外側配置されていることを特徴とする請求項6
に記載の半導体集積回路。 - 【請求項8】 上記外部端子保護回路を構成するバイポ
ーラ・トランジスタのうち、少なくとも保護ダイオード
として作用する接地電位側のバイポーラ・トランジスタ
は、それら以外のトランジスタに挟まれるように配置さ
れていることを特徴とする請求項6または7に記載の半
導体集積回路。 - 【請求項9】 上記インバーテッド・ダーリントン回路
を構成するPNPトランジスタが横型トランジスタによ
り構成されている場合に、該トランジスタおよび上記保
護ダイオードとして作用する接地電位側のバイポーラ・
トランジスタは、それら以外のトランジスタに挟まれる
ように配置されていることを特徴とする請求項6または
7に記載の半導体集積回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11220111A JP2001044374A (ja) | 1999-08-03 | 1999-08-03 | 外部端子保護回路および半導体集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11220111A JP2001044374A (ja) | 1999-08-03 | 1999-08-03 | 外部端子保護回路および半導体集積回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001044374A true JP2001044374A (ja) | 2001-02-16 |
Family
ID=16746095
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11220111A Withdrawn JP2001044374A (ja) | 1999-08-03 | 1999-08-03 | 外部端子保護回路および半導体集積回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001044374A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003007380A1 (en) * | 2001-07-13 | 2003-01-23 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor apparatus with improved esd withstanding voltage |
JP2009212169A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Fujitsu Ten Ltd | 集積回路装置および電子機器 |
JP2018101808A (ja) * | 2018-03-12 | 2018-06-28 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
-
1999
- 1999-08-03 JP JP11220111A patent/JP2001044374A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003007380A1 (en) * | 2001-07-13 | 2003-01-23 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor apparatus with improved esd withstanding voltage |
JP2003031669A (ja) * | 2001-07-13 | 2003-01-31 | Ricoh Co Ltd | 半導体装置 |
US6744100B2 (en) | 2001-07-13 | 2004-06-01 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor apparatus with improved ESD withstanding voltage |
US6946708B2 (en) | 2001-07-13 | 2005-09-20 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor apparatus with improved ESD withstanding voltage |
CN1319171C (zh) * | 2001-07-13 | 2007-05-30 | 株式会社理光 | 具有改进的静电放电耐压的半导体装置 |
US7242062B2 (en) | 2001-07-13 | 2007-07-10 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor apparatus with improved ESD withstanding voltage |
US7638848B2 (en) | 2001-07-13 | 2009-12-29 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor apparatus with improved ESD withstanding voltage |
JP2009212169A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Fujitsu Ten Ltd | 集積回路装置および電子機器 |
JP2018101808A (ja) * | 2018-03-12 | 2018-06-28 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20061003 |