JP2001077307A - Input protective circuit - Google Patents

Input protective circuit

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JP2001077307A
JP2001077307A JP25355599A JP25355599A JP2001077307A JP 2001077307 A JP2001077307 A JP 2001077307A JP 25355599 A JP25355599 A JP 25355599A JP 25355599 A JP25355599 A JP 25355599A JP 2001077307 A JP2001077307 A JP 2001077307A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To lower the trigger voltage of the snap back of an n-type MOSFET used in an input protective circuit without breaking a protective element itself. SOLUTION: An input protective circuit is provided with an n-type MOSFET 1 the drain D of which is connected to an input terminal Vin for an internal element, and the source S of which is connected to a ground GND together with a substrate B and a first diode row 2 which are successively connected in series between the input terminal Vin and ground GND. In addition, the gate G of the MOSFET 1 is connected to a junction N1 which divides the first diode row 2 into tow parts.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、保護素子自身の
破壊を生じることなく、入力端子における過電圧を短絡
することによって、内部素子を保護するための入力保護
回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an input protection circuit for protecting an internal element by short-circuiting an overvoltage at an input terminal without causing destruction of the protection element itself.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の入力端子にサージ電圧等の
過大電圧が印加された場合に、内部素子が破壊されて、
半導体装置が動作できなくなることを防止するため、入
力保護回路が必要となる。図5は、従来の一般的な入力
保護回路の構成を示したものである。この従来回路は、
ドレインDが保護対象である内部素子に対する入力端子
Vinに接続され、ソースSと、ゲートGとが、基板B
とともにグランドGNDに接続された、nMOSFET
(n type Metal Oxide Semiconductor Field Effect Tr
ansistor)101から構成されている。このような入力
保護回路の入力端子Vinに、負の過電圧が印加される
と、nMOSFET101のドレインD−基板B間のp
n接合が順方向にバイアスされて、電流がグランドGN
Dへ流れるので、内部素子の破壊が防止される。一方、
正の過電圧が印加された場合には、nMOSFET10
1が寄生バイポーラ動作を行って、電流がグランドGN
Dへ流れるので、内部素子の破壊が防止される。寄生パ
イポーラ動作は、基板を電流が流れると、基板抵抗によ
って電圧降下が生じ、ソースS−基板B−ドレインDか
らなる寄生バイポーラトランジスタが導通するために起
こる現象であって、図7に示すような、スナップバック
と呼ばれる電流−電圧特性を有している。ここで、高抵
抗領域から低抵抗領域に移行する電圧Vt1をトリガー
電圧といい、このトリガー電圧を、内部素子の破壊電圧
(通常はゲート酸化膜の耐圧)よりも、低く設定するこ
とが必要である。
2. Description of the Related Art When an excessive voltage such as a surge voltage is applied to an input terminal of a semiconductor device, internal elements are destroyed,
To prevent the semiconductor device from becoming inoperable, an input protection circuit is required. FIG. 5 shows a configuration of a conventional general input protection circuit. This conventional circuit,
The drain D is connected to the input terminal Vin for the internal element to be protected, and the source S and the gate G are connected to the substrate B
, NMOSFET connected to ground GND
(N type Metal Oxide Semiconductor Field Effect Tr
ansistor) 101. When a negative overvoltage is applied to the input terminal Vin of such an input protection circuit, the voltage between the drain D of the nMOSFET 101 and the substrate B is increased.
The n-junction is forward biased and the current is
Since the current flows to D, destruction of the internal element is prevented. on the other hand,
When a positive overvoltage is applied, the nMOSFET 10
1 performs a parasitic bipolar operation, and the current is
Since the current flows to D, destruction of the internal element is prevented. The parasitic bipolar operation is a phenomenon that occurs when a current flows through a substrate, a voltage drop occurs due to a substrate resistance, and a parasitic bipolar transistor composed of a source S-substrate B-drain D conducts, and as shown in FIG. Has a current-voltage characteristic called snapback. Here, the voltage Vt1 that shifts from the high resistance region to the low resistance region is called a trigger voltage, and this trigger voltage needs to be set lower than the breakdown voltage of the internal element (normally, the breakdown voltage of the gate oxide film). is there.

【0003】図5に示されたような、従来の入力保護回
路は、素子の微細化とともに、その欠点が顕著になって
きた。すなわち、MOSFETのゲート酸化膜厚は、ゲ
ート長が0.35μmの世代では7〜8nm、ゲート長
が0.25μmの世代では5〜6nm、ゲート長が0.
18μmの世代では3.5〜4nmというように、世代
を経るごとに薄くなっている。ゲート酸化膜の絶縁破壊
耐圧は、電界換算でおよそ15MV/cmなので、ゲー
ト長が0.35μmの世代で10〜12V、ゲート長が
0.25μmの世代で7〜9V、ゲート長が0.18μ
mの世代で5〜6V程度である。入力端子に印加される
過電圧は瞬間的なものなので、上述の耐圧以上の電圧が
加わったとしても、直ちにゲート酸化膜が破壊されるわ
けではないが、特性変動等、信頼度の低下につながるこ
とには変わりがない。このため、図5に示された従来技
術の入力保護回路では、スナップバックのトリガー電圧
が高いため、素子の微細化とともに、内部素子を保護し
きれなくなるという問題が生じていた。
The disadvantages of the conventional input protection circuit as shown in FIG. That is, the gate oxide film thickness of the MOSFET is 7 to 8 nm in the generation with a gate length of 0.35 μm, 5 to 6 nm in the generation with a gate length of 0.25 μm, and the gate length is 0 to 0 nm.
In the 18 μm generation, the thickness becomes smaller with each generation, such as 3.5 to 4 nm. Since the dielectric breakdown voltage of the gate oxide film is approximately 15 MV / cm in terms of electric field, it is 10 to 12 V for the generation with the gate length of 0.35 μm, 7 to 9 V for the generation with the gate length of 0.25 μm, and the gate length is 0.18 μm.
It is about 5-6V for m generations. Since the overvoltage applied to the input terminal is instantaneous, even if a voltage higher than the above-mentioned breakdown voltage is applied, the gate oxide film will not be destroyed immediately, but it will lead to deterioration in reliability due to characteristic fluctuations etc. Is no different. For this reason, in the conventional input protection circuit shown in FIG. 5, since the trigger voltage of snapback is high, there has been a problem that the internal elements cannot be completely protected with miniaturization of the elements.

【0004】このような問題を解決するものとして、図
5の構成から改良された入力保護回路が提案されている
(Charvaka Duvvury and Carlos Diaz:"Dynamic gate c
oupling of nMOS for efficient output ESD protectio
n",IEEE International Reliability Physics Symposiu
m Proceedings,pp.141-150 (1992))。図6は、従来の改
良された入力保護回路の構成を示したものである。この
従来回路では、ドレインDが保護対象である内部素子に
対する入力端子Vinに接続され、ソースSが基板Bと
ともにグランドGNDに接続された、nMOSFET1
01に対して、ドレインDがnMOSFET101のゲ
ートGに接続され、ゲートGが入力端子Vinに接続さ
れ、ソースSが基板BとともにグランドGNDに接続さ
れた、フィールド酸化膜で形成されたMOSFET(以
下、フィールドMOSFETという)102を備えた構
成を有している。
To solve such a problem, an input protection circuit improved from the configuration shown in FIG. 5 has been proposed (Charvaka Duvvury and Carlos Diaz: "Dynamic gate c").
oupling of nMOS for efficient output ESD protectio
n ", IEEE International Reliability Physics Symposiu
m Proceedings, pp. 141-150 (1992)). FIG. 6 shows a configuration of a conventional improved input protection circuit. In this conventional circuit, an nMOSFET 1 having a drain D connected to an input terminal Vin for an internal element to be protected and a source S connected to a ground GND together with a substrate B
01, a MOSFET formed of a field oxide film (hereinafter referred to as a MOSFET) having a drain D connected to the gate G of the nMOSFET 101, a gate G connected to the input terminal Vin, and a source S connected to the ground GND together with the substrate B. Field MOSFET 102).

【0005】図6に示された入力保護回路の入力端子V
inに、負の過電圧が印加された場合は、図5に示され
た従来回路と同様に、nMOSFET101のドレイン
D−基板Bを経て電流がグランドGNDへ流れるので、
入力端子Vinに接続された内部素子の破壊が防止され
る。一方、正の過電圧が印加された場合には、フィール
ドMOSFET102のゲート電圧が上昇し、フィール
ドMOSFET102のゲートGと、nMOSFET1
01のゲートのそれぞれの容量分割比で定まる電圧が、
nMOSFET101のゲートGにかかる。その結果、
nMOSFET101のチャネルが開き、スナップバッ
クのトリガー電圧が、図7にVt1’で示すように低下
するので、よりゲート酸化膜が薄い内部素子に対して
も、その破壊を防止することができるようになる。
The input terminal V of the input protection circuit shown in FIG.
When a negative overvoltage is applied to in, a current flows to the ground GND via the drain D-substrate B of the nMOSFET 101 as in the conventional circuit shown in FIG.
The destruction of the internal element connected to the input terminal Vin is prevented. On the other hand, when a positive overvoltage is applied, the gate voltage of the field MOSFET 102 increases, and the gate G of the field MOSFET 102 and the nMOSFET 1
The voltage determined by the capacitance division ratio of each of the gates 01 is
It affects the gate G of the nMOSFET 101. as a result,
Since the channel of the nMOSFET 101 opens and the trigger voltage of snapback decreases as indicated by Vt1 'in FIG. 7, it is possible to prevent the destruction of the internal element having a thinner gate oxide film. .

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6に
示された入力保護回路では、フィールドMOSFET1
02が破壊されやすいという問題がある。すなわち、異
常入力時には、フィールドMOSFET102のゲート
と、nMOSFET101のゲートとの容量分割で定ま
る電圧が、それぞれのゲートに加わるが、ゲート容量
は、nMOSFET101の方が圧倒的に大きい(フィ
ールド酸化膜よりもゲート酸化膜の方が圧倒的に薄い)
ため、結果的に、大部分の電圧がフィールドMOSFE
T102のゲートにかかることになる。ところが、フィ
ールドMOSFETのゲートとソース,ドレインとのオ
ーバーラップ領域では、酸化膜が薄くなっているのが普
通である。フィールドがLOCOS(Local Oxidation
Of Silicon)によって形成されている場合には、その両
端部で酸化膜が徐々に薄くなっているし、フィールドが
トレンチによって形成されている場合には、ソース,ド
レインとのオーバーラップ領域は、ゲート酸化膜そのも
のである。従って、いずれの場合も、この部分で酸化膜
の絶縁破壊が生じやすくなることを避けられない。
However, in the input protection circuit shown in FIG.
02 is easily broken. That is, at the time of abnormal input, a voltage determined by the capacitance division between the gate of the field MOSFET 102 and the gate of the nMOSFET 101 is applied to each gate. However, the gate capacitance of the nMOSFET 101 is overwhelmingly larger (the gate capacitance is larger than that of the field oxide film). (The oxide film is overwhelmingly thin.)
Therefore, as a result, most of the voltage is
It will be at the gate of T102. However, the oxide film is generally thin in the overlap region between the gate and the source and drain of the field MOSFET. If the field is LOCOS (Local Oxidation
Of silicon, the oxide film is gradually thinned at both ends, and when the field is formed by a trench, the overlap region between the source and the drain is the gate. The oxide film itself. Therefore, in any case, it is unavoidable that dielectric breakdown of the oxide film easily occurs in this portion.

【0007】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
ものであって、フィールドMOSFETを使用しないで
も、異常入力時に入力保護回路に用いられているMOS
FETのチャネルを開いて、そのスナップバックのトリ
ガー電圧を低下させることによって、ゲート酸化膜が薄
い内部素子の破壊を防止することが可能な、入力保護回
路を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and a MOS transistor used in an input protection circuit at the time of abnormal input without using a field MOSFET.
An object of the present invention is to provide an input protection circuit capable of preventing the destruction of an internal element having a thin gate oxide film by opening a channel of an FET and reducing a trigger voltage of snapback thereof.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1記載の発明は、入力保護回路に係り、ドレ
インが内部素子に対する入力端子に接続され、ソースが
基板とともに電源の負側に接続されたnMOSFET
と、上記入力端子と電源の負側間に順方向に順次、直列
に接続された第1のダイオード列とを備えるとともに、
上記nMOSFETのゲートが、上記第1のダイオード
列を分割する接続点に接続されていることを特徴として
いる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an input protection circuit, wherein a drain is connected to an input terminal for an internal element, and a source is connected to a negative side of a power supply together with a substrate. NMOSFET connected
And a first diode row connected in series between the input terminal and the negative side of the power supply in the forward direction.
A gate of the nMOSFET is connected to a connection point dividing the first diode row.

【0009】また、請求項2記載の発明は、入力保護回
路に係り、ドレインが内部素子に対する入力端子に接続
され、ソースが基板とともに電源の正側に接続されたp
MOSFETと、上記電源の正側と入力端子間に順方向
に順次、直列に接続された第2のダイオード列とを備え
るとともに、上記pMOSFETのゲートが、上記第2
のダイオード列を分割する接続点に接続されていること
を特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an input protection circuit, wherein a drain is connected to an input terminal for an internal element, and a source is connected to a positive side of a power supply together with a substrate.
A second diode array connected in series between the positive side of the power supply and the input terminal in the forward direction, and the gate of the pMOSFET is connected to the second
Is connected to a connection point for dividing the diode row.

【0010】また、請求項3記載の発明は、入力保護回
路に係り、ドレインが内部素子に対する入力端子に接続
され、ソースが基板とともに電源の負側に接続されたn
MOSFETと、上記入力端子と電源の負側間に順方向
に順次、直列に接続された第1のダイオード列とを備え
るとともに、上記nMOSFETのゲートが、上記第1
のダイオード列を分割する接続点に接続されている回路
と、ドレインが内部素子に対する入力端子に接続され、
ソースが基板とともに電源の正側に接続されたpMOS
FETと、上記電源の正側と入力端子間に順方向に順
次、直列に接続された第2のダイオード列とを備えると
ともに、上記pMOSFETのゲートが、上記第2のダ
イオード列を分割する接続点に接続されている回路とか
らなることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an input protection circuit, wherein a drain is connected to an input terminal for an internal element, and a source is connected to a negative side of a power supply together with a substrate.
A first diode array connected in series between the input terminal and the negative side of the power supply in the forward direction, and the gate of the nMOSFET is connected to the first
A circuit connected to a connection point that divides the diode string of the above, and a drain connected to an input terminal for the internal element,
PMOS whose source is connected to the positive side of the power supply together with the substrate
A connection point between the positive side of the power supply and the input terminal, the second diode string being connected in series in the forward direction, and the gate of the pMOSFET dividing the second diode string. And a circuit connected to the circuit.

【0011】また、請求項4記載の発明は、請求項1又
は3記載の入力保護回路に係り、電源電圧以下の入力電
圧に対して、上記第1のダイオード列を構成する各ダイ
オードの電圧降下が、該ダイオードの順方向電圧よりも
低い電圧になるように、上記ダイオードの個数を設定し
てなることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the input protection circuit according to the first or third aspect, wherein a voltage drop of each diode constituting the first diode string with respect to an input voltage equal to or lower than a power supply voltage. However, the number of the diodes is set so as to be lower than the forward voltage of the diode.

【0012】また、請求項5記載の発明は、請求項1又
は3記載の入力保護回路に係り、電源電圧以下の入力電
圧に対して、上記nMOSFETのゲートにかかる電圧
が、該nMOSFETのしきい値電圧以下となるよう
に、上記第1のダイオード列を構成するダイオードの個
数を設定してなることを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the input protection circuit according to the first or third aspect, wherein a voltage applied to a gate of the nMOSFET for an input voltage equal to or lower than a power supply voltage is a threshold of the nMOSFET. The number of diodes constituting the first diode row is set so as to be equal to or lower than the value voltage.

【0013】また、請求項6記載の発明は、請求項2又
は3記載の入力保護回路に係り、電源電圧以下の入力電
圧に対して、上記第2のダイオード列を構成する各ダイ
オードの電圧降下が、該ダイオードの順方向電圧よりも
低い電圧になるように、上記ダイオードの個数を設定し
てなることを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the input protection circuit according to the second or third aspect, wherein a voltage drop of each of the diodes constituting the second diode row with respect to an input voltage equal to or lower than a power supply voltage. However, the number of the diodes is set so as to be lower than the forward voltage of the diode.

【0014】また、請求項7記載の発明は、請求項2又
は3記載の入力保護回路に係り、電源電圧以下の入力電
圧に対して、上記pMOSFETのゲートにかかる電圧
が、該pMOSFETのしきい値電圧以下となるよう
に、上記第2のダイオード列を構成するダイオードの個
数を設定してなることを特徴としている。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the input protection circuit according to the second or third aspect, wherein a voltage applied to a gate of the pMOSFET for an input voltage equal to or lower than a power supply voltage is a threshold of the pMOSFET. It is characterized in that the number of diodes constituting the second diode row is set so as to be equal to or lower than the value voltage.

【0015】[0015]

【作用】この発明のうちnMOSFETのみによる構
成、またはnMOSFETとpMOSFETを用いた構
成で電源の正側を開放した状態では、入力端子に負の過
電圧が印加された場合には、nMOSFETのドレイン
−基板間のpn接合が順方向にバイアスされるため、電
流が電源の負側方向に流れて、内部素子の破壊が防止さ
れるとともに、入力端子に正の過電圧が印加された場合
には、nMOSFETが寄生バイポーラ動作を行うの
で、電流が電源の負側に流れて、内部素子の破壊が防止
されるが、このとき、第1のダイオード列を分割する接
続点の電圧がnMOSFETのゲートにかかり、その結
果、nMOSFETのチャネルが開き、電流が流れて、
スナップバックのトリガー電圧が低下するので、よりゲ
ート酸化膜が薄い内部素子の破壊を防止することが可能
になる。またこの発明のうちpMOSFETのみによる
構成、またはnMOSFETとpMOSFETを用いた
構成で電源の負側を開放した状態では、入力端子に正の
過電圧が印加された場合には、pMOSFETのドレイ
ン−基板間のpn接合が順方向にバイアスされるため、
電流が電源の正側方向に流れて、内部素子の破壊が防止
されるとともに、入力端子に負の過電圧が印加された場
合には、pMOSFETが寄生バイポーラ動作を行うの
で、電流が電源の正側に流れて、内部素子の破壊が防止
されるが、このとき、第2のダイオード列を分割する接
続点の電圧がpMOSFETのゲートにかかり、その結
果、pMOSFETのチャネルが開き、電流が流れて、
スナップバックのトリガー電圧が低下するので、よりゲ
ート酸化膜が薄い内部素子の破壊を防止することが可能
になる。
According to the present invention, in a configuration using only an nMOSFET or a configuration using an nMOSFET and a pMOSFET, in a state where a positive side of a power supply is opened, when a negative overvoltage is applied to an input terminal, a drain-substrate of the nMOSFET is applied. Since the pn junction between them is forward-biased, current flows in the negative direction of the power supply to prevent the destruction of the internal elements, and when a positive overvoltage is applied to the input terminal, the nMOSFET is turned off. Since the parasitic bipolar operation is performed, a current flows to the negative side of the power supply and the destruction of the internal element is prevented. At this time, the voltage at the connection point dividing the first diode row is applied to the gate of the nMOSFET, and As a result, the channel of the nMOSFET opens, a current flows,
Since the snap-back trigger voltage is reduced, it is possible to prevent the destruction of the internal element having a thinner gate oxide film. Further, in the present invention, when the negative side of the power supply is opened in the configuration using only the pMOSFET or the configuration using the nMOSFET and the pMOSFET, when the positive overvoltage is applied to the input terminal, the drain-substrate between the pMOSFET and the substrate is formed. Because the pn junction is forward biased,
When a current flows in the positive direction of the power supply to prevent the destruction of the internal elements and, when a negative overvoltage is applied to the input terminal, the pMOSFET performs a parasitic bipolar operation, so that the current flows to the positive side of the power supply. And the internal element is prevented from being destroyed. At this time, the voltage of the connection point dividing the second diode row is applied to the gate of the pMOSFET, and as a result, the channel of the pMOSFET is opened and the current flows,
Since the snap-back trigger voltage is reduced, it is possible to prevent the destruction of the internal element having a thinner gate oxide film.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。 ◇第1実施例 図1は、この発明の第1実施例である入力保護回路の構
成を示す回路図、図2は、本実施例の入力保護回路の半
導体基板上への形成例を示す断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The description will be specifically made using an embodiment. FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an input protection circuit according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of forming an input protection circuit of the present embodiment on a semiconductor substrate. FIG.

【0017】この例の入力保護回路は、図1に示すよう
に、ドレインDが保護対象である内部素子に対する入力
端子Vinに接続され、ソースSが基板Bとともにグラ
ンドGNDに接続されたnMOSFET1と、入力端子
VinとグランドGND間に順方向に順次、直列に接続
されたダイオード列2とを備えるとともに、nMOSF
ET1のゲートGが、ダイオード列2を、入力端子Vi
n側から順次、n1個とn2個のダイオード3に分割す
る接続点N1に接続された構成を有している。
As shown in FIG. 1, the input protection circuit of this embodiment includes an nMOSFET 1 having a drain D connected to an input terminal Vin for an internal element to be protected and a source S connected to a ground GND together with a substrate B; A diode array 2 connected in series between the input terminal Vin and the ground GND in the forward direction,
The gate G of ET1 connects the diode row 2 to the input terminal Vi.
It has a configuration in which it is connected to a connection point N1 that is divided into n1 and n2 diodes 3 sequentially from the n side.

【0018】次に、図2を参照して、この例の入力保護
回路の、半導体基板上における形成例を説明する。p型
半導体基板11中に、フィールド酸化膜12で分離され
た、pウエル13と、複数のnウエル14が形成されて
いる。pウエル13中には、n型高濃度領域からなるソ
ース16と、ドレイン17とが形成されているととも
に、その上部に形成されたゲート電極15によって、n
MOSFET1が形成されている。さらにpウエル13
中には、グランドGNDに接続するためのコンタクト領
域19が、nMOSFET1とフィールド酸化膜12で
分離して、設けられている。一方、複数のnウエル14
中には、それぞれ、ダイオードのp型高濃度領域20
と、フィールド酸化膜12で分離された、nウエル14
のコンタクト領域18とが設けられていて、複数個のダ
イオード3が形成されいてる。ゲート電極15,n型高
濃度領域からなるソース16,ドレイン17,コンタク
ト領域18,19、及び各ダイオード3のp型高濃度領
域20の表面には、シリサイド層21が形成されている
とともに、金属配線によって、隣接する各ダイオード間
のコンタクト領域18と高濃度領域20とを順次直列に
接続し、nMOSFET1のドレイン17とダイオード
列の一端の高濃度領域20とを入力端子Vinに接続
し、ゲート電極15をダイオード列の接続点N1に接続
し、nMOSFET1のソース16とコンタクト領域1
9とダイオード列の他端のコンタクト領域18とをグラ
ンドGNDに接続している。
Next, an example of forming the input protection circuit of this embodiment on a semiconductor substrate will be described with reference to FIG. In a p-type semiconductor substrate 11, a p-well 13 and a plurality of n-wells 14 separated by a field oxide film 12 are formed. In the p-well 13, a source 16 and a drain 17 formed of an n-type high-concentration region are formed, and n-type is formed by a gate electrode 15 formed on the source 16 and the drain 17.
MOSFET 1 is formed. Further p-well 13
Inside, a contact region 19 for connecting to the ground GND is provided separately from the nMOSFET 1 and the field oxide film 12. On the other hand, a plurality of n-wells 14
In each of the p-type high concentration regions 20 of the diode,
And the n-well 14 separated by the field oxide film 12
And a plurality of diodes 3 are formed. A silicide layer 21 is formed on the surface of the gate electrode 15, the source 16, the drain 17 composed of an n-type high-concentration region, the contact regions 18 and 19, and the p-type high-concentration region 20 of each diode 3. The contact region 18 between adjacent diodes and the high-concentration region 20 are sequentially connected in series by wiring, the drain 17 of the nMOSFET 1 and the high-concentration region 20 at one end of the diode row are connected to the input terminal Vin, and the gate electrode is connected. 15 is connected to the connection point N1 of the diode row, and the source 16 of the nMOSFET 1 and the contact region 1
9 and the contact region 18 at the other end of the diode row are connected to the ground GND.

【0019】以下、図1,図2を参照して、この例の入
力保護回路の動作を説明する。入力端子Vinに負の過
電圧が印加された場合には、nMOSFET1のドレイ
ンD−基板B間のpn接合が順方向にバイアスされるた
め、電流がグランドGND方向に流れて、内部素子の破
壊が防止される。一方、入力端子Vinに正の過電圧が
印加された場合には、nMOSFET1が寄生バイポー
ラ動作を行うので、電流がグランドGNDに流れて、内
部素子の破壊が防止される。このときは、まず、過電圧
をn1個とn2個のダイオード3で分配した接続点N1
の電圧が、nMOSFET1のゲートGにかかる。その
結果、nMOSFET1のチャネルが開き、電流が流れ
て、図6に示された従来例の場合と同様に、スナップバ
ックのトリガー電圧が低下するので、ゲート酸化膜が薄
い内部素子の破壊を防止することが可能になる。この例
の入力保護回路では、異常入力時に、電圧の大部分を受
ける素子が、pn接合によって構成されたダイオードな
ので、図6に示された従来例の場合と異なり、保護素子
自身の破壊が生じることがないという利点がある。
The operation of the input protection circuit of this embodiment will be described below with reference to FIGS. When a negative overvoltage is applied to the input terminal Vin, the pn junction between the drain D and the substrate B of the nMOSFET 1 is biased in the forward direction, so that a current flows in the direction of the ground GND and the internal element is prevented from being destroyed. Is done. On the other hand, when a positive overvoltage is applied to the input terminal Vin, the nMOSFET 1 performs a parasitic bipolar operation, so that a current flows to the ground GND and the internal elements are prevented from being destroyed. At this time, first, a connection point N1 where the overvoltage is distributed by n1 and n2 diodes 3
Is applied to the gate G of the nMOSFET 1. As a result, the channel of the nMOSFET 1 is opened, a current flows, and the trigger voltage of snapback is reduced as in the case of the conventional example shown in FIG. 6, so that the internal element having a thin gate oxide film is prevented from being destroyed. It becomes possible. In the input protection circuit of this example, the element that receives most of the voltage at the time of an abnormal input is a diode constituted by a pn junction, so that the protection element itself is destroyed unlike the conventional example shown in FIG. There is an advantage that there is no.

【0020】この例における、ダイオード3の接続個数
n1,n2は、ダイオードの順方向電圧をVf,nMO
SFET1のしきい値電圧をVth、電源電圧をVdd
として、 Vdd/(n1+n2)<Vf …(1) {n2/(n1+n2)}Vdd<Vth …(2) を満たすように設定する。(1)式は、通常動作時に、
ダイオード3を通じて流れるリーク電流を抑圧するため
の条件である。通常動作時には、(n1+n2)個の直
列接続されたダイオード3の両端には、最大でVddの
電圧がかかるため、各ダイオードに分配された電圧Vd
d/(n1+n2)が、各ダイオードの順方向電圧Vf
に比べて低ければ、ダイオードのリーク電流が抑えられ
ることになる。(2)式は、通常動作時に、nMOSF
ET1を通じて流れるリーク電流を抑圧するための条件
である。通常動作時には、nMOSFET1のゲートG
には、最大で{n2/(n1+n2)}Vddの電圧が
かかるため、この値が、nMOSFET1のしきい値電
圧Vthよりも小さければ、nMOSFET1のソース
S−ドレインD間のリーク電流が抑えられることになる。
In this example, the number of connections n1 and n2 of the diode 3 is such that the forward voltage of the diode is Vf, nMO
The threshold voltage of SFET1 is Vth and the power supply voltage is Vdd
Vdd / (n1 + n2) <Vf (1) {n2 / (n1 + n2)} Vdd <Vth (2) Equation (1) is obtained during normal operation.
This is a condition for suppressing a leak current flowing through the diode 3. At the time of normal operation, a voltage of Vdd is applied to both ends of the (n1 + n2) series-connected diodes 3 at the maximum, so that the voltage Vd distributed to each diode is applied.
d / (n1 + n2) is the forward voltage Vf of each diode.
If it is lower than the above, the leakage current of the diode can be suppressed. Equation (2) indicates that during normal operation, nMOSF
This is a condition for suppressing a leak current flowing through ET1. During normal operation, the gate G of the nMOSFET 1
, A voltage of {n2 / (n1 + n2)} Vdd is applied at the maximum. If this value is smaller than the threshold voltage Vth of nMOSFET1, the source of nMOSFET1
The leakage current between the S and the drain D is suppressed.

【0021】一例として、電源電圧Vddが1.8Vの
場合について説明すると、いま、ダイオード3の順方向
電圧Vfが0.3V、nMOSFET1のしきい値電圧
Vthが0.3Vのとき、(1)式から(n1+n2)
>6が導かれ、(2)式からn1/n2>5が導かれ
る。従って、例えば、n1=6,n2=1に設定すれば
よい。この場合、通常動作時に各ダイオードに分配され
る最大電圧と、nMOSFET1のゲートGにかかる最
大電圧は、ともに、0.26Vとなるので、それぞれダ
イオードの順方向電圧Vf,nMOSFET1のしきい
値電圧Vthよりも、0.04Vほど小さい値となる。
nMOSFET1のしきい値電圧Vthのばらつきが
0.04V以上である場合は、n1とn2の比を、さら
に大きくすればよい。
As an example, the case where the power supply voltage Vdd is 1.8 V will be described. Now, when the forward voltage Vf of the diode 3 is 0.3 V and the threshold voltage Vth of the nMOSFET 1 is 0.3 V, (1) From the formula, (n1 + n2)
> 6 is derived, and n1 / n2> 5 is derived from equation (2). Therefore, for example, n1 = 6 and n2 = 1 may be set. In this case, the maximum voltage distributed to each diode during normal operation and the maximum voltage applied to the gate G of the nMOSFET 1 are both 0.26 V, so that the forward voltage Vf of the diode and the threshold voltage Vth of the nMOSFET 1, respectively. The value is smaller by about 0.04 V.
When the variation of the threshold voltage Vth of the nMOSFET 1 is 0.04 V or more, the ratio between n1 and n2 may be further increased.

【0022】次に、図2を参照して、この例の入力保護
回路の半導体基板上の形成方法を説明する。まず、p型
基板11中に、深さ450nmの素子分離酸化膜(フィ
ールド酸化膜)12を形成したのち、フォトレジストを
マスクにして、ボロン(B)を、300keVで2×1
13cm−2,200keVで4×1012
−2,30keVで5×1012cm−2と連続して
注入して、pウエル13を形成する。次に、フォトレジ
ストをマスクにして、リン(P)を、700keVで2
×1013cm−2,500keVで4×1012cm
−2と連続して注入し、さらに、ヒ素(As)を100
keVで5×1012cm−2注入して、nウエル14
を形成する。次に、厚さ3.5nmのゲート酸化膜を介
して、厚さ150nm,ゲート長0.18nmの多結晶
シリコンのゲート電極15を形成する。次に、フォトレ
ジストをマスクにして、ヒ素を10keVで3×10
14cm−2注入して、ソース,ドレインのn型低濃度
領域(不図示)を形成したのち、幅100nmの酸化膜
のゲート側壁(不図示)を形成する。次に、フォトレジ
ストをマスクにして、ヒ素を50keVで3×1015
cm−2注入して、n型高濃度領域からなるソース1
6,ドレイン17を形成して、nMOSFET1を形成
するとともに、nウエル14のコンタクト領域18を形
成する。次に、フォトレジストをマスクにして、二フッ
化ボロン(BF)を30keVで3×1015cm
−2注入して、pウエル13のコンタクト領域19を形
成するとともに、p型高濃度領域20を形成して、pn
接合によるダイオード3を複数個、形成する。その後、
ゲート電極15と、n型高濃度領域からなるソース1
6,ドレイン17と、各コンタクト領域18,19及び
ダイオード3のp型高濃度領域20のそれぞれの表面
に、厚さ30nmのコバルト(Co)シリサイド層21
を形成し、層間絶縁膜(不図示)を形成したのち、金属
配線で所要の各部を接続する。
Next, a method for forming the input protection circuit of this embodiment on a semiconductor substrate will be described with reference to FIG. First, an element isolation oxide film (field oxide film) 12 having a depth of 450 nm is formed in a p-type substrate 11, and then, using a photoresist as a mask, boron (B) is applied at 2 × 1 at 300 keV.
0 13 cm −2 , 4 × 10 12 c at 200 keV
The p-well 13 is formed by continuously implanting 5 × 10 12 cm −2 at m −2 and 30 keV. Next, using a photoresist as a mask, phosphorus (P) is applied at 700 keV for 2 hours.
× 10 13 cm −2 , 4 × 10 12 cm at 500 keV
-2, and further, arsenic (As) was
5 × 10 12 cm −2 is implanted at keV, and n well 14 is injected.
To form Next, a gate electrode 15 of polycrystalline silicon having a thickness of 150 nm and a gate length of 0.18 nm is formed through a gate oxide film having a thickness of 3.5 nm. Next, arsenic is applied at 10 keV and 3 × 10
After implanting 14 cm −2 to form n-type low concentration regions of source and drain (not shown), a gate sidewall (not shown) of an oxide film having a width of 100 nm is formed. Next, arsenic is applied at 3 × 10 15 at 50 keV using a photoresist as a mask.
cm −2 implanted into a source 1 comprising an n-type high concentration region
6, the drain 17 is formed, the nMOSFET 1 is formed, and the contact region 18 of the n-well 14 is formed. Next, using a photoresist as a mask, boron difluoride (BF 2 ) is applied at 30 keV to 3 × 10 15 cm.
-2 implantation to form a contact region 19 of the p-well 13 and a p-type high concentration region 20 to form a pn
A plurality of junction diodes 3 are formed. afterwards,
Gate electrode 15 and source 1 comprising n-type high concentration region
6, a 30 nm-thick cobalt (Co) silicide layer 21 on the surface of each of the drain 17 and each of the contact regions 18 and 19 and the p-type high concentration region 20 of the diode 3.
After forming an interlayer insulating film (not shown), necessary parts are connected by metal wiring.

【0023】このように、この例の入力保護回路によれ
ば、異常入力時に、保護素子自身の破壊を生じさせるこ
となく、入力保護回路に使用されているnMOSFET
のスナップバックのトリガー電圧を低下させることがで
き、これによって、より薄いゲート酸化膜を有する内部
素子の破壊を防止することが可能になる。
As described above, according to the input protection circuit of this example, the nMOSFET used in the input protection circuit can be used without causing damage to the protection element itself at the time of abnormal input.
The trigger voltage of the snapback can be reduced, thereby preventing the destruction of the internal element having the thinner gate oxide film.

【0024】◇第2実施例 図3は、この発明の第2実施例である入力保護回路の構
成を示す回路図、図4は、本実施例の入力保護回路の半
導体基板上への形成例を示す図である。この例の入力保
護回路は、図3に示すように、ドレインDが保護対象で
ある内部素子に対する入力端子Vinに接続され、ソー
スSが基板BとともにグランドGNDに接続されたnM
OSFET1と、入力端子VinとグランドGND間に
順方向に順次、直列に接続されたダイオード列2とを備
えるとともに、nMOSFET1のゲートGが、ダイオ
ード列2を、入力端子Vin側から順次、n1個とn2
個のダイオード3に分割する接続点N1に接続されてい
る回路と、ドレインDが保護対象である内部素子に対す
る入力端子Vinに接続され、ソースSが基板Bととも
に電源Vddに接続されたpMOSFET(p type Met
al Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)4
と、電源Vddと入力端子Vin間に順方向に順次、直
列に接続されたダイオード列5とを備えるとともに、p
MOSFET4のゲートGが、ダイオード列5を、入力
端子Vin側から順次、n3個とn4個のダイオード6
に分割する接続点N2に接続されている回路とからなっ
ている。
Second Embodiment FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of an input protection circuit according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an example of forming the input protection circuit of this embodiment on a semiconductor substrate. FIG. As shown in FIG. 3, the input protection circuit of this example has an nM in which the drain D is connected to the input terminal Vin for the internal element to be protected, and the source S is connected to the ground GND together with the substrate B.
An OSFET 1 and a diode row 2 connected in series between the input terminal Vin and the ground GND in the forward direction are sequentially provided. The gate G of the nMOSFET 1 is connected to the diode row 2 by n1 pieces sequentially from the input terminal Vin side. n2
A circuit connected to a connection point N1 that divides a diode 3 into a diode 3, a drain D is connected to an input terminal Vin for an internal element to be protected, and a source S is connected to a power supply Vdd together with a substrate B. type Met
al Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 4
And a diode array 5 connected in series between the power supply Vdd and the input terminal Vin in the forward direction.
The gate G of the MOSFET 4 is connected to the diode row 5 in order from the input terminal Vin side.
And a circuit connected to a connection point N2.

【0025】この例の入力保護回路における、nMOS
FET1とダイオード列2の部分の、半導体基板上にお
ける形成例は、図2に示された第1実施例の場合と同様
である。以下、図4を参照して、この例の入力保護回路
におけるpMOSFET4とダイオード列6の部分の、
半導体基板上における形成例を説明する。p型半導体基
板31中に、フィールド酸化膜32で分離された、nウ
エル33と、複数のnウエル34が形成されている。n
ウエル33中には、p型高濃度領域からなるソース36
と、ドレイン37とが形成されているとともに、その上
部に形成されたゲート電極35によって、pMOSFE
T4が形成されている。さらにnウエル33中には、グ
ランドGNDに接続するためのコンタクト領域39が、
pMOSFET4とフィールド酸化膜32で分離して、
設けられている。一方、複数のnウエル34中には、そ
れぞれダイオードのp型高濃度領域40と、フィールド
酸化膜32で分離された、nウエル34のコンタクト領
域38が設けられていて、複数個のダイオード6が形成
されいてる。ゲート電極35,p型高濃度領域からなる
ソース36,ドレイン37,コンタクト領域38,3
9、及び各ダイオード6のp型高濃度領域40の表面に
は、シリサイド層41が形成されているとともに、金属
配線によって、隣接する各ダイオード間のコンタクト領
域38と高濃度領域40とを順次直列に接続し、pMO
SFET4のドレイン37とダイオード列の一端のコン
タクト領域38とを入力端子Vinに接続し、ゲート電
極35をダイオード列の接続点N2に接続し、pMOS
FET4のソース36とコンタクト領域39とダイオー
ド列の他端の高濃度領域40とを電源Vddに接続して
いる。
In the input protection circuit of this example, the nMOS
An example of forming the FET1 and the diode array 2 on the semiconductor substrate is the same as that of the first embodiment shown in FIG. Hereinafter, referring to FIG. 4, the pMOSFET 4 and the diode row 6 in the input protection circuit of this example will be described.
An example of formation on a semiconductor substrate will be described. In a p-type semiconductor substrate 31, an n-well 33 and a plurality of n-wells 34 separated by a field oxide film 32 are formed. n
In the well 33, a source 36 composed of a p-type high concentration region is provided.
And a drain 37 are formed, and a pMOSFE is formed by the gate electrode 35 formed thereon.
T4 is formed. Further, in the n-well 33, a contact region 39 for connecting to the ground GND is provided.
Separated by the pMOSFET 4 and the field oxide film 32,
Is provided. On the other hand, in the plurality of n-wells 34, a p-type high-concentration region 40 of the diode and a contact region 38 of the n-well 34 separated by the field oxide film 32 are provided. It is formed. A gate electrode 35, a source 36 comprising a p-type high concentration region, a drain 37, and contact regions 38, 3
9, a silicide layer 41 is formed on the surface of the p-type high-concentration region 40 of each diode 6, and the contact region 38 between adjacent diodes and the high-concentration region 40 are sequentially connected in series by metal wiring. Connect to pMO
The drain 37 of the SFET 4 and the contact region 38 at one end of the diode row are connected to the input terminal Vin, the gate electrode 35 is connected to the connection point N2 of the diode row, and the pMOS
The source 36 of the FET 4, the contact region 39, and the high concentration region 40 at the other end of the diode row are connected to the power supply Vdd.

【0026】この例において、異常入力時にnMOSF
ET1側において内部素子を保護する場合の動作は、第
1実施例の場合と同様である。pMOSFET4の側に
おいて、入力端子Vinに正の過電圧(電源Vddより
高い)が印加された場合には、pMOSFET4のドレ
インD−基板B間のpn接合が順方向にバイアスされる
ため、電流が電源Vdd方向に流れて、内部素子の破壊
が防止される。一方、入力端子Vinに負の過電圧が印
加された場合には、pMOSFET4が寄生バイポーラ
動作を行うので、電流が電源Vddに流れて、内部素子
の破壊が防止される。このときは、まず、過電圧をn3
個とn4個のダイオード6で分割した接続点N2の電圧
がpMOSFET4のゲートGにかかる。その結果、p
MOSFET4のチャネルが開き、電流が流れて、スナ
ップバックのトリガー電圧が低下するので、ゲート酸化
膜が薄い内部素子の破壊を防止することが可能になる。
この例の入力保護回路では、pMOSFET側において
も、異常入力時に、電圧の大部分を受ける素子が、pn
接合によって構成されたダイオードなので、保護素子自
身の破壊を生じることがない。
In this example, the nMOSF
The operation for protecting the internal elements on the ET1 side is the same as that of the first embodiment. When a positive overvoltage (higher than the power supply Vdd) is applied to the input terminal Vin on the pMOSFET 4 side, the pn junction between the drain D and the substrate B of the pMOSFET 4 is biased in the forward direction, so that the current is reduced to the power supply Vdd. Flow in the direction to prevent the destruction of the internal element. On the other hand, when a negative overvoltage is applied to the input terminal Vin, the pMOSFET 4 performs a parasitic bipolar operation, so that a current flows to the power supply Vdd and the internal elements are prevented from being destroyed. In this case, first, the overvoltage is set to n3
The voltage at the connection point N2 divided by the n and n4 diodes 6 is applied to the gate G of the pMOSFET 4. As a result, p
Since the channel of the MOSFET 4 opens, a current flows, and the snap-back trigger voltage decreases, it is possible to prevent the destruction of the internal element having a thin gate oxide film.
In the input protection circuit of this example, even on the pMOSFET side, the element that receives most of the voltage at the time of abnormal input is pn
Since the diode is formed by the junction, the protection element itself is not destroyed.

【0027】図3,図4に示された回路における、ダイ
オード6の接続個数n3,n4の設定は、(1)式及び
(2)式において、n1をn3に置き替え、n2をn4
に置き替えることによって、図1に示された第1実施例
の場合と全く同様にして行うことができる。例えば、電
源電圧Vdd=1.8V,ダイオード6の順方向電圧V
f=0.3V,pMOSFET4のしきい値電圧が‐
0.3Vの場合、n3=6,n2=1にすればよい。p
MOSFET4のしきい値電圧のばらつきが大きい場合
に、n3とn4の比をさらに大きくすることも、第1実
施例の場合と同様である。
In the circuits shown in FIGS. 3 and 4, the connection numbers n3 and n4 of the diodes 6 are set by replacing n1 with n3 and replacing n2 with n4 in the equations (1) and (2).
Can be performed in exactly the same manner as in the case of the first embodiment shown in FIG. For example, power supply voltage Vdd = 1.8 V, forward voltage V of diode 6
f = 0.3V, the threshold voltage of pMOSFET4 is-
In the case of 0.3 V, n3 = 6 and n2 = 1 may be set. p
When the variation in the threshold voltage of the MOSFET 4 is large, the ratio between n3 and n4 is further increased, similarly to the first embodiment.

【0028】次に、図2, 図4を参照して、この例の入
力保護回路の半導体基板上における形成方法を説明す
る。まず、p型基板11,31中に、深さ450nmの
素子分離酸化膜(フィールド酸化膜)12,32を形成
したのち、フォトレジストをマスクにして、ボロン
(B)を、300keVで2×1013cm−2,20
0keVで4×1012cm−2,30keVで5×1
12cm−2と連続して注入して、pウエル13を形
成する。次に、フォトレジストをマスクにして、リン
(P)を、700keVで2×1013cm−2,50
0keVで4×1012cm−2注入し、さらに、ヒ素
(As)を100keVで5×1012cm−2注入し
て、nウエル14,33,34を形成する。次に、厚さ
3.5nmのゲート酸化膜を介して、厚さ150nm,
ゲート長0.18nmの多結晶シリコンのゲート電極1
5,35を形成する。次に、フォトレジストをマスクに
して、ヒ素を10keVで3×1014cm−2注入し
て、ソース,ドレインのn型低濃度領域(不図示)を形
成し、フォトレジストをマスクにして、二フッ化ボロン
(BF)を10keVで3×1014cm‐2注入し
て、ソース、ドレインのp型低濃度領域(不図示)を形
成したのち、幅100nmの酸化膜のゲート側壁(不図
示)を形成する。次に、フォトレジストをマスクにし
て、ヒ素を50keVで3×1015cm−2注入し
て、n型高濃度領域からなるソース16,ドレイン17
を形成して、nMOSFET1を形成するとともに、n
ウエル14のコンタクト領域18と、nウエル34のコ
ンタクト領域38とを形成する。次に、フォトレジスト
をマスクとして、二フッ化ボロン(BF)を30ke
Vで3×1015cm−2注入して、pウエル13のコ
ンタクト領域19を形成するとともに、p型高濃度領域
20,40を形成して、pn接合によるダイオード3,
6をそれぞれ複数個、形成し、さらに、p型高濃度領域
からなるソース36,ドレイン37を形成して、pMO
SFET4を形成する。その後、ゲート電極15と、n
型高濃度領域からなるソース16,ドレイン17と、各
コンタクト領域18,19及びダイオード3のp型高濃
度領域20のそれぞれの表面に、厚さ30nmのコバル
ト(Co)シリサイド層21を形成し、また、ゲート電
極35と、p型高濃度領域からなるソース36,ドレイ
ン37と、各コンタクト領域38,39及びダイオード
6のp型高濃度領域40のそれぞれの表面に、厚さ30
nmのコバルトシリサイド層41を形成し、層間絶縁膜
(不図示)を形成したのち、金属配線で所要の各部を接
続する。
Next, a method of forming the input protection circuit of this embodiment on a semiconductor substrate will be described with reference to FIGS. First, after device isolation oxide films (field oxide films) 12 and 32 having a depth of 450 nm are formed in the p-type substrates 11 and 31, boron (B) is deposited at 300 keV and 2 × 10 4 using a photoresist as a mask. 13 cm -2 , 20
4 × 10 12 cm −2 at 0 keV, 5 × 1 at 30 keV
The p-well 13 is formed by continuously implanting 0 12 cm −2 . Next, using a photoresist as a mask, phosphorus (P) is added at 2 × 10 13 cm −2 , 50 at 700 keV.
4 × 10 12 cm −2 is implanted at 0 keV, and arsenic (As) is further implanted at 5 × 10 12 cm −2 at 100 keV to form n-wells 14, 33, and 34. Next, through a 3.5 nm-thick gate oxide film, a 150 nm-thick
Polycrystalline silicon gate electrode 1 having a gate length of 0.18 nm
5, 35 are formed. Then, using a photoresist as a mask, arsenic is implanted at 3 × 10 14 cm −2 at 10 keV to form n-type low concentration regions of source and drain (not shown). After boron fluoride (BF 2 ) is implanted at 3 × 10 14 cm −2 at 10 keV to form p-type low concentration regions of source and drain (not shown), a gate sidewall (not shown) of an oxide film having a width of 100 nm is formed. ) Is formed. Then, using a photoresist as a mask, arsenic is implanted at 3 × 10 15 cm −2 at 50 keV to form a source 16 and a drain 17 composed of an n-type high concentration region.
To form nMOSFET 1 and n
A contact region 18 of the well 14 and a contact region 38 of the n-well 34 are formed. Next, using a photoresist as a mask, boron difluoride (BF 2 ) is deposited for 30 ke.
3 × 10 15 cm −2 is implanted with V to form the contact region 19 of the p-well 13 and the p-type high-concentration regions 20 and 40 to form the diode 3 by the pn junction.
6 are formed, and a source 36 and a drain 37 made of a p-type high concentration region are formed.
The SFET 4 is formed. Thereafter, the gate electrode 15 and n
A cobalt (Co) silicide layer 21 having a thickness of 30 nm is formed on each surface of the source 16 and the drain 17 composed of the high-concentration type regions, the contact regions 18 and 19 and the p-type high concentration region 20 of the diode 3. The thickness of the gate electrode 35, the source 36 and the drain 37 made of a p-type high concentration region, the contact regions 38 and 39, and the surface of the p-type high concentration region 40
After forming a cobalt silicide layer 41 nm and an interlayer insulating film (not shown), necessary parts are connected by metal wiring.

【0029】このように、この例の入力保護回路によれ
ば、異常入力時に、保護素子自身の破壊を生じさせるこ
となく、入力保護回路に使用されているnMOSFET
及びpMOSFETのスナップバックのトリガー電圧を
低下させることができ、これによって、より薄いゲート
酸化膜を有する内部素子の破壊を防止することが可能に
なる。
As described above, according to the input protection circuit of this example, the nMOSFET used in the input protection circuit can be used without causing damage to the protection element itself at the time of abnormal input.
In addition, the trigger voltage of the snapback of the pMOSFET can be reduced, thereby preventing the destruction of the internal element having the thinner gate oxide film.

【0030】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られたもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、この発明
は、入力保護回路において、nMOSFETのみを有す
る場合と、nMOSFETとpMOSFETとを有する
場合に限らず、pMOSFETのみを有する場合にも適
用することが可能である。
Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there may be design changes within the scope of the present invention. Even this is included in the present invention. For example, the present invention can be applied not only to the case where the input protection circuit has only the nMOSFET and the case where the input protection circuit has the nMOSFET and the pMOSFET, but also to the case where only the pMOSFET is provided.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、この発明の入力保
護回路によれば、入力保護回路を形成するnMOSFE
T及び/又はpMOSFETのゲート入力における電圧
分割回路にダイオード列を用いるようにしたので、異常
入力時に、保護素子自身の破壊を生じさせることなく、
入力保護回路に使用されているnMOSFET及び/又
はpMOSFETのスナップバックのトリガー電圧を低
下させることができ、従って、より薄いゲート酸化膜を
有する内部素子の破壊を防止することが可能になる。
As described above, according to the input protection circuit of the present invention, the nMOSFE forming the input protection circuit is provided.
The diode array is used for the voltage dividing circuit at the gate input of the T and / or pMOSFET, so that the protection element itself is not destroyed at the time of abnormal input.
The snap-back trigger voltage of the nMOSFET and / or the pMOSFET used in the input protection circuit can be reduced, and therefore, it is possible to prevent the destruction of the internal device having the thinner gate oxide film.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1実施例である入力保護回路の構
成を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an input protection circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本実施例の入力保護回路の半導体基板上への形
成例を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of forming the input protection circuit of the present embodiment on a semiconductor substrate.

【図3】この発明の第2実施例である入力保護回路の構
成を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of an input protection circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本実施例の入力保護回路の半導体基板上への形
成例を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of forming the input protection circuit of the present embodiment on a semiconductor substrate.

【図5】従来の一般的な入力保護回路の構成を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional general input protection circuit.

【図6】従来の改良された入力保護回路の構成を示す図
である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a conventional improved input protection circuit.

【図7】MOSFETのスナップバック動作を示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing a snapback operation of the MOSFET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 nMOSFET 2 ダイオード列 3 ダイオード 4 pMOSFET 5 ダイオード列 6 ダイオード DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 nMOSFET 2 diode string 3 diode 4 pMOSFET 5 diode string 6 diode

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ドレインが内部素子に対する入力端子に
接続され、ソースが基板とともに電源の負側に接続され
たnMOSFETと、前記入力端子と電源の負側間に順
方向に順次、直列に接続された第1のダイオード列とを
備えるとともに、前記nMOSFETのゲートが、前記
第1のダイオード列を分割する接続点に接続されている
ことを特徴とする入力保護回路。
1. An nMOSFET having a drain connected to an input terminal to an internal element and a source connected to a negative side of a power supply together with a substrate, and an nMOSFET connected in series in a forward direction between the input terminal and the negative side of the power supply. An input protection circuit, comprising: a first diode row; and a gate of the nMOSFET connected to a connection point dividing the first diode row.
【請求項2】 ドレインが内部素子に対する入力端子に
接続され、ソースが基板とともに電源の正側に接続され
たpMOSFETと、前記電源の正側と入力端子間に順
方向に順次、直列に接続された第2のダイオード列とを
備えるとともに、前記pMOSFETのゲートが、前記
第2のダイオード列を分割する接続点に接続されている
ことを特徴とする入力保護回路。
2. A pMOSFET having a drain connected to an input terminal to an internal element and a source connected to the positive side of a power supply together with a substrate, and a pMOSFET connected in series in a forward direction between the positive side of the power supply and the input terminal. An input protection circuit, comprising: a second diode row; and a gate of the pMOSFET connected to a connection point dividing the second diode row.
【請求項3】 ドレインが内部素子に対する入力端子に
接続され、ソースが基板とともに電源の負側に接続され
たnMOSFETと、前記入力端子と電源の負側間に順
方向に順次、直列に接続された第1のダイオード列とを
備えるとともに、前記nMOSFETのゲートが、前記
第1のダイオード列を分割する接続点に接続されている
回路と、ドレインが内部素子に対する入力端子に接続さ
れ、ソースが基板とともに電源の正側に接続されたpM
OSFETと、前記電源の正側と入力端子間に順方向に
順次、直列に接続された第2のダイオード列とを備える
とともに、前記pMOSFETのゲートが、前記第2の
ダイオード列を分割する接続点に接続されている回路と
からなることを特徴とする入力保護回路。
3. An nMOSFET having a drain connected to an input terminal for the internal element and a source connected to the negative side of the power supply together with the substrate, and serially connected in series in a forward direction between the input terminal and the negative side of the power supply. A circuit in which a gate of the nMOSFET is connected to a connection point dividing the first diode row, a drain is connected to an input terminal for an internal element, and a source is a substrate. And pM connected to the positive side of the power supply
An OSFET, and a second diode row connected in series between the positive side of the power supply and the input terminal in the forward direction, and a gate of the pMOSFET is connected to a node for dividing the second diode row. And a circuit connected to the input protection circuit.
【請求項4】 電源電圧以下の入力電圧に対して、前記
第1のダイオード列を構成する各ダイオードの電圧降下
が、該ダイオードの順方向電圧よりも低い電圧になるよ
うに、前記ダイオードの個数を設定してなることを特徴
とする請求項1又は3記載の入力保護回路。
4. The number of the diodes so that a voltage drop of each diode constituting the first diode row is lower than a forward voltage of the diode with respect to an input voltage equal to or lower than a power supply voltage. The input protection circuit according to claim 1 or 3, wherein
【請求項5】 電源電圧以下の入力電圧に対して、前記
nMOSFETのゲートにかかる電圧が、該nMOSF
ETのしきい値電圧以下となるように、前記第1のダイ
オード列を構成するダイオードの個数を設定してなるこ
とを特徴とする請求項1又は3記載の入力保護回路。
5. An input voltage equal to or lower than a power supply voltage, the voltage applied to the gate of the nMOSFET is changed to the nMOSF.
4. The input protection circuit according to claim 1, wherein the number of diodes constituting the first diode row is set so as to be equal to or lower than a threshold voltage of ET.
【請求項6】 電源電圧以下の入力電圧に対して、前記
第2のダイオード列を構成する各ダイオードの電圧降下
が、該ダイオードの順方向電圧よりも低い電圧になるよ
うに、前記ダイオードの個数を設定してなることを特徴
とする請求項2又は3記載の入力保護回路。
6. The number of the diodes so that a voltage drop of each diode constituting the second diode row is lower than a forward voltage of the diode with respect to an input voltage equal to or lower than a power supply voltage. 4. The input protection circuit according to claim 2, wherein
【請求項7】 電源電圧以下の入力電圧に対して、前記
pMOSFETのゲートにかかる電圧が、該pMOSF
ETのしきい値電圧以下となるように、前記第2のダイ
オード列を構成するダイオードの個数を設定してなるこ
とを特徴とする請求項2又は3記載の入力保護回路。
7. An input voltage equal to or lower than a power supply voltage, the voltage applied to the gate of the pMOSFET is changed to the pMOSF.
4. The input protection circuit according to claim 2, wherein the number of diodes constituting the second diode row is set so as to be equal to or lower than a threshold voltage of ET.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012142502A (en) * 2011-01-05 2012-07-26 Sony Corp Protection element, and semiconductor device having protection element
JP2015507851A (en) * 2012-01-17 2015-03-12 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 Electrostatic discharge protection circuit with buffer stage FET with thicker gate oxide than common source FET

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