JP2002076271A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JP2002076271A
JP2002076271A JP2000252595A JP2000252595A JP2002076271A JP 2002076271 A JP2002076271 A JP 2002076271A JP 2000252595 A JP2000252595 A JP 2000252595A JP 2000252595 A JP2000252595 A JP 2000252595A JP 2002076271 A JP2002076271 A JP 2002076271A
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decoupling capacitor
transistor
power supply
ground
nmos transistor
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JP2000252595A
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English (en)
Inventor
Daisaku Sudo
大策 須藤
Akira Miyoshi
明 三好
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のデカップリングコンデンサは、ショー
トが発生した場合、電源とグラウンドが直接ショートし
てしまうため、チップ自体が使い物にならなくなってい
た。 【解決手段】 MOSトランジスタで構成されたデカッ
プリングコンデンサ201と、このデカップリングコン
デンサ201と電源間に接続されたpMOSトランジス
タ202と、デカップリングコンデンサ201とグラウ
ンド間に接続されたnMOSトランジスタ203とを備
えている。また、pMOSトランジスタ202のゲート
端子は、nMOSトランジスタ203のドレイン端子と
デカップリングコンデンサ201との接続点Vbに接続
され、nMOSトランジスタ203のゲート端子はpM
OSトランジスタ202のドレイン端子とデカップリン
グコンデンサ201との接続点Vaに接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、デカップリングコ
ンデンサを備えた半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】電源電圧の急激な変動により、論理回路
が誤作動を起こす場合がある。また、局所的により多く
の電流が消費される回路がある場合、その周辺の電源電
圧が低下するため、動作速度が低下する。このような現
象を防ぐため、電源とグラウンド間にコンデンサを挿入
することで電源電圧の急激な変動を抑えたり、局所的に
電源電圧が低下することを防ぐ。このような電源とグラ
ウンドにはさまれた絶縁物による容量のことをデカップ
リングコンデンサという。デカップリングコンデンサの
容量が大きい程、電源電圧の変動も少なく、電流供給量
も大きい。
【0003】デカップリングコンデンサの1つの例とし
ては、MOSトランジスタのゲート酸化膜を利用する方
法があげられる。例えば、nMOSトランジスタのゲー
ト端子を電源に接続し、ソースとドレインとウェルをグ
ラウンドに接続することでデカップリングコンデンサを
形成できる。このような構成とした場合、デカップリン
グコンデンサの容量を大きくするためには、ゲート酸化
膜を薄くし、面積を大きくしなければならない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ゲート
酸化膜を薄くして、面積を大きくすると、ゲート酸化膜
にピンホールができる確率が高くなる。また、電気的絶
縁能力も低下して、わずかな静電気が発生しても絶縁破
壊を起こす確率が高くなる。ピンホールや絶縁破壊がひ
とたび発生すると電源とグラウンドとがショートするた
め、チップそのものが不良となり使い物にならなくなっ
てしまう。
【0005】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、デカップリングコンデンサにショー
トが発生した場合でも、電源とグラウンドのショートを
防ぐことができる半導体集積回路を提供することであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体集
積回路は、電源とグラウンドとの間に挿入したデカップ
リングコンデンサを備えた半導体集積回路であって、デ
カップリングコンデンサにショートが発生した際に、電
源とグラウンド間の抵抗となる保護回路を設けたことを
特徴とする。
【0007】この構成により、デカップリングコンデン
サがショートを発生した場合でも、電源とグラウンドの
ショートを防ぐことができる。
【0008】請求項2記載の半導体集積回路は、請求項
1記載の半導体集積回路において、保護回路は、電源と
デカップリングコンデンサとの間に接続した第1の抵抗
と、デカップリングコンデンサとグラウンドとの間に接
続した第2の抵抗とからなることを特徴とする。
【0009】このように第1と第2の抵抗により、デカ
ップリングコンデンサがショートを発生した場合でも、
電源とグラウンドのショートを防ぐことができる。
【0010】請求項3記載の半導体集積回路は、請求項
1記載の半導体集積回路において、保護回路は、電源と
デカップリングコンデンサとの間に挿入されソース端子
を電源と接続しドレイン端子をデカップリングコンデン
サと接続したpMOSトランジスタと、デカップリング
コンデンサとグラウンドとの間に挿入されソース端子を
グラウンドと接続しドレイン端子をデカップリングコン
デンサと接続したnMOSトランジスタとを設け、pM
OSトランジスタのゲート端子をnMOSトランジスタ
のドレイン端子と接続し、nMOSトランジスタのゲー
ト端子をpMOSトランジスタのドレイン端子に接続し
たことを特徴とする。
【0011】この構成により、pMOSトランジスタお
よびnMOSトランジスタの保護回路は、デカップリン
グコンデンサにショートが発生していない場合には低抵
抗、ショートが発生した場合には高抵抗となり、電源と
グラウンド間のショートを防ぐことができる。また、デ
カップリングコンデンサにショートが発生していない場
合には保護回路自体がデカップリングコンデンサとして
働く。
【0012】請求項4記載の半導体集積回路は、請求項
3記載の半導体集積回路において、デカップリングコン
デンサはソース端子およびドレイン端子間を接続したデ
プレッション型MOSトランジスタであることを特徴と
する。
【0013】これにより、デカップリングコンデンサの
ゲート電極の直下でショートが発生しても、ゲート電極
と基板が直接ショートせず、保護回路が正常に動作する
ことができる。
【0014】請求項5記載の半導体集積回路は、請求項
3記載の半導体集積回路において、デカップリングコン
デンサはソース端子およびドレイン端子間を接続したM
OSトランジスタからなり、保護回路を構成するpMO
SトランジスタおよびnMOSトランジスタのゲート酸
化膜の膜厚を、デカップリングコンデンサを構成するM
OSトランジスタのゲート酸化膜の膜厚より厚くしたこ
とを特徴とする。
【0015】これにより、保護回路自体にショートが発
生しにくくなる。また、デカップリングコンデンサでシ
ョートが発生した場合、保護回路による抵抗成分が大き
くなり、電源とグラウンド間のリーク電流の低減を図る
ことができる。
【0016】請求項6記載の半導体集積回路は、請求項
3,4または5記載の半導体集積回路において、保護回
路を構成するpMOSトランジスタおよびnMOSトラ
ンジスタを電源投入時にオンさせる回路を付加したこと
を特徴とする。
【0017】これにより、デカップリングコンデンサが
電源投入時に正常に動作しないことを防止できる。
【0018】
【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)図1は本発
明の第1の実施の形態の半導体集積回路の要部回路図で
ある。この図1に示すように、MOSトランジスタで構
成されたデカップリングコンデンサ101と、このデカ
ップリングコンデンサ101と電源間に接続された抵抗
102と、デカップリングコンデンサ101とグラウン
ド間に接続された抵抗103とを備えている。抵抗10
2、103は十分大きな抵抗値とする。
【0019】デカップリングコンデンサ101は、ここ
ではnMOSトランジスタを用い、そのソース端子とド
レイン端子とを接続し、その接続点に抵抗103を接続
し、ゲート端子に抵抗102を接続している。また、p
型基板の表面にソースドレインのn型拡散層が形成さ
れ、p型基板はグラウンドに接続されている。
【0020】このような回路構成において、デカップリ
ングコンデンサ101にゲート端子とドレイン端子間、
ゲート端子とソース端子間、ゲート端子と基板間のいず
れかにショートが発生した場合を考える。このとき、電
源とグラウンド間にパスができるが、抵抗102、10
3を介しているため、この抵抗102、103が十分大
きな値であれば流れる電流量を少なくすることができ
る。この流れる電流が、チップの使用条件より許容され
る量であればデカップリングコンデンサ101にショー
トが発生してもチップを使用することができる。
【0021】(第2の実施の形態)図2は本発明の第2
の実施の形態の半導体集積回路の要部回路図である。こ
の図2に示すように、MOSトランジスタで構成された
デカップリングコンデンサ201と、このデカップリン
グコンデンサ201と電源間に接続されたpMOSトラ
ンジスタ202と、デカップリングコンデンサ201と
グラウンド間に接続されたnMOSトランジスタ203
とを備えている。また、pMOSトランジスタ202の
ゲート端子は、nMOSトランジスタ203のドレイン
端子とデカップリングコンデンサ201との接続点Vb
に接続され、nMOSトランジスタ203のゲート端子
はpMOSトランジスタ202のドレイン端子とデカッ
プリングコンデンサ201との接続点Vaに接続されて
いる。デカップリングコンデンサ201は、ここではn
MOSトランジスタを用いた図1のデカップリングコン
デンサ101と同じ構成である。
【0022】デカップリングコンデンサ201が正常動
作しているとき、pMOSトランジスタ202およびn
MOSトランジスタ203はそれぞれのゲート端子に接
続された接続点Va,Vbの電位によってオン状態とな
り、やがて接続点Vaは電源電位、Vbはグラウンド電
位に落ち着く。この定常状態においては、pMOSトラ
ンジスタ202およびnMOSトランジスタ203は完
全にオン状態となり低抵抗となる。
【0023】一方、デカップリングコンデンサ201に
ショートが発生した場合を考える。この場合の等価回路
を図3に示す。デカップリングコンデンサ201で絶縁
破壊等によるショートが発生した場合、図3に示すよう
に、接続点Va,Vbが同電位となる。このときの電位
は、グラウンドから電源までの間の電位となるので、p
MOSトランジスタ202およびnMOSトランジスタ
203のオン抵抗は、ショートが発生する以前に比べて
大きくなる。pMOSトランジスタ202とnMOSト
ランジスタ203のW/L(Wはチャネル幅,Lはチャ
ネル長)を極力小さくしておくことで、オン抵抗をさら
に高くすることができる。この高いオン抵抗によって、
電源とグラウンド間を流れるリーク電流を低減すること
ができる。このように、pMOSトランジスタ202お
よびnMOSトランジスタ203は、デカップリングコ
ンデンサ201のショートが発生した場合に電源とグラ
ウンド間のショートを回避するための保護回路である。
【0024】また、図2の回路構成とすることで、デカ
ップリングコンデンサ201のショートが発生していな
いときは、pMOSトランジスタ202、nMOSトラ
ンジスタ203がそれぞれデカップリングコンデンサと
なる。図2において、デカップリングコンデンサ20
1、pMOSトランジスタ202、nMOSトランジス
タ203にショートが発生していないとする。さきほど
説明した定常状態では、接続点Va,Vbはそれぞれ電
源電位,グラウンド電位となる。すなわち、pMOSト
ランジスタ202は、そのドレイン端子とソース端子が
電源電位となり、ゲート端子がグラウンド電位となるの
で、デカップリングコンデンサとなる。同様にnMOS
トランジスタ203は、そのドレイン端子とソース端子
がグラウンド電位、ゲート端子が電源電位になるので、
デカップリングコンデンサとなる。このように、pMO
Sトランジスタ202およびnMOSトランジスタ20
3は、保護回路として働くだけでなく、ショートが発生
していないときにはデカップリングコンデンサとしても
働く。デカップリングコンデンサの容量が大きくなれ
ば、それだけ雑音による影響を受けにくくなる。
【0025】図2の回路構成において、デカップリング
コンデンサ201にショートが発生し、pMOSトラン
ジスタ202とnMOSトランジスタ203が動作した
場合を考える。図3に回路図を、図4に断面図を示す。
ここでは、デカップリングコンデンサ201はゲート端
子とドレイン端子またはゲート端子とソース端子がショ
ートしている。デカップリングコンデンサ201による
容量はなくなってしまうが、pMOSトランジスタ20
2とnMOSトランジスタ203が動作することでドレ
イン容量404と405が電源とグラウンド間にあらわ
れる。このドレイン容量404および405がデカップ
リングコンデンサとなる。これらの容量はデカップリン
グコンデンサ201の容量よりは少ないが、全く無いよ
りは良い。また、スクリーニングすることで、デカップ
リングコンデンサ201でショートが発生したチップで
も、比較的雑音が少ない環境では使用可能となる。
【0026】図2の回路構成において、デカップリング
コンデンサ201のショート箇所によっては、pMOS
トランジスタ202およびnMOSトランジスタ203
の保護回路が働かない場合もある。図5に本実施の形態
におけるnMOSトランジスタで構成したデカップリン
グコンデンサ201の断面図を示す。デカップリングコ
ンデンサのショートが、ゲート端子とドレイン端子間ま
たはゲート端子とソース端子間でおこった場合(図中の
黒矢印)、保護回路が正常に働くが、ゲート電極と基板
の間でショートがおこった場合(図中の白矢印)には、
基板を介してグラウンドに直接接続されるため、保護回
路を介さず電源とグラウンドがショートしてしまい、チ
ップ自体が使い物にならなくなる。ゲート端子とドレイ
ン端子間、ゲート端子とソース端子間には、ゲート酸化
膜の境界が存在し特異点となっているため、ショートの
発生確率がその他の場所に比べて高い。保護回路を用い
ないデカップリングコンデンサのみの構成(従来)と比
べると、ゲート端子とドレイン端子間、ゲート端子とソ
ース端子間のショートに対しては回避できるのでチップ
の救済を行うことができる。
【0027】ただし、基板ではなく分離されたウェル上
にデカップリングコンデンサを形成し、このウェルとデ
カップリングコンデンサのソース端子とドレイン端子を
接続しておけば、ゲート電極の直下でショートが発生し
ても保護回路は正常に動作することができる。
【0028】なお、第1,第2の実施の形態において、
デカップリングコンデンサ101,201にpMOSト
ランジスタを用いてもよく、その場合、MOSトランジ
スタの電源側とソース側の配置を逆にする。すなわち、
pMOSトランジスタのソース端子とドレイン端子とを
接続し、その接続点を抵抗102を介して電源に接続
し、ゲート端子を抵抗103を介してグラウンドに接続
する。また、表面にソースドレインのp型拡散層が形成
されるn型基板を電源に接続する。あるいは表面にソー
スドレインのp型拡散層が形成されるn型領域を、電源
に接続されたp型基板上に形成したn型ウェル領域とす
ることで、前述のように、ゲート電極の直下でショート
が発生しても保護回路は正常に動作することができる。
【0029】(第3の実施の形態)第2の実施の形態で
は、デカップリングコンデンサに、エンハンスメント型
のMOSトランジスタを使用したが、本実施の形態で
は、デプレッション型のMOSトランジスタを使用する
ものであり、他の構成は第2の実施の形態と同様であ
る。図6にデプレッション型のnMOSトランジスタを
使用したデカップリングコンデンサの断面図を示す。エ
ンハンスメント型のnMOSトランジスタとの相違点
は、ゲート電極の直下に最初から反転層としてN型領域
が存在していることである。この反転層が存在すること
でゲート電極の直下でショートが発生しても(図中の白
矢印)、ゲート電極と基板が直接ショートせず、保護回
路を介する。そのため、デカップリングコンデンサのど
こでショートが発生しても保護回路は正常に動作するこ
とができる。
【0030】なお、デプレッション型のpMOSトラン
ジスタで構成したデカップリングコンデンサでも同様で
ある。
【0031】(第4の実施の形態)第2の実施の形態お
よび第3の実施の形態では、デカップリングコンデンサ
に使用しているMOSトランジスタも、保護回路に使用
しているMOSトランジスタもすべて同じゲート酸化膜
厚としてきた。しかし、保護回路自体にショートが発生
しては、チップの救済ができなくなる。そこで図7に示
すように、デカップリングコンデンサ701に使用して
いるMOSトランジスタよりも、保護回路に使用してい
るpMOSトランジスタ702とnMOSトランジスタ
703のゲート酸化膜厚を厚くする。実際にはマスクを
1枚増やすことになるが、最初から酸化膜厚を二種類も
つプロセスならマスクを増やすことなく対応できる。な
お、デカップリングコンデンサ701とpMOSトラン
ジスタ702とnMOSトランジスタ703の接続関係
は、図2のデカップリングコンデンサ201とpMOS
トランジスタ202とnMOSトランジスタ203の接
続関係と同じである。
【0032】このようにすることで、保護回路で使用し
ているpMOSトランジスタ702、nMOSトランジ
スタ703で発生するかもしれない絶縁破壊の発生確率
を抑えることができ、保護回路が正常に動作する確率が
増える。
【0033】また、デカップリングコンデンサ701で
ショートが発生した場合、pMOSトランジスタ702
とnMOSトランジスタ703が動作するが、ゲート酸
化膜が厚いためにオン抵抗が高くなる。ゆえに、電源と
グラウンド間に流れる電流量が、ゲート酸化膜が厚くな
い場合に比べて減るため、リーク電流の低減を行うこと
ができる。
【0034】(第5の実施の形態)第2の実施の形態で
説明した図2の回路構成では、電源投入時に接続点Va
がグラウンド電位、接続点Vbが電源電位という初期値
であった場合、pMOSトランジスタ202およびnM
OSトランジスタ203はオフ状態となるため、デカッ
プリングコンデンサ201が正常に働かない可能性があ
る。これを防ぐために本実施の形態では図8の回路構成
とする。
【0035】本実施の形態では、図2の回路に、pMO
Sトランジスタ202に並列接続されたpMOSトラン
ジスタ804と、nMOSトランジスタ203に並列接
続されゲートにリセット信号が入力されるnMOSトラ
ンジスタ805と、リセット信号reset を論理反転して
pMOSトランジスタ804のゲートへ出力するインバ
ータとを追加している。
【0036】電源投入時にリセット信号reset を論理
“1”にしておく。リセット信号reset が論理“1”と
なることで、pMOSトランジスタ804とnMOSト
ランジスタ805がON(オン)状態となり、pMOS
トランジスタ202およびnMOSトランジスタ203
もON状態となる。pMOSトランジスタ202および
nMOSトランジスタ203がON状態となれば、接続
点Vaが電源電位、接続点Vbがグラウンド電位の定常
状態となるので、その後、リセット信号reset を論理
“0”とすることで、pMOSトランジスタ202およ
びnMOSトランジスタ203の保護回路が正常に働く
ことができる。
【0037】なお、図8では、pMOSトランジスタ8
04およびnMOSトランジスタ805を追加している
が、図2の回路に、pMOSトランジスタ804のみを
追加し、それを電源投入時にON状態とし、前述の定常
状態となった後、OFFさせるようにしてもよい。ある
いは、nMOSトランジスタ805のみを追加し、それ
を電源投入時にON状態とし、前述の定常状態となった
後、OFF(オフ)させるようにしてもよい。
【0038】また、本実施の形態においても、デカップ
リングコンデンサとして、前述の実施の形態で説明した
構成のものを用いることができるのは言うまでもない。
【0039】
【発明の効果】本発明の請求項1によれば、デカップリ
ングコンデンサにショートが発生した際に、電源とグラ
ウンド間の抵抗となる保護回路を設けたことにより、デ
カップリングコンデンサがショートを発生した場合で
も、電源とグラウンドのショートを防ぐことができる。
【0040】請求項2のように、保護回路は、電源とデ
カップリングコンデンサとの間に接続した第1の抵抗
と、デカップリングコンデンサとグラウンドとの間に接
続した第2の抵抗とで構成できる。
【0041】また、請求項3のように、保護回路は、電
源とデカップリングコンデンサとの間に挿入したpMO
Sトランジスタと、デカップリングコンデンサとグラウ
ンドとの間に挿入したnMOSトランジスタとで構成で
き、この場合、保護回路は、デカップリングコンデンサ
にショートが発生していない場合には低抵抗、ショート
が発生した場合には高抵抗となり、電源とグラウンド間
のショートを防ぐことができる。また、デカップリング
コンデンサにショートが発生していない場合には保護回
路自体がデカップリングコンデンサとして働く。
【0042】また、請求項4のように、デカップリング
コンデンサにデプレッション型MOSトランジスタを用
いることにより、デカップリングコンデンサのゲート電
極の直下でショートが発生しても、ゲート電極と基板が
直接ショートせず、保護回路が正常に動作することがで
きる。
【0043】また、請求項5のように、保護回路を構成
するpMOSトランジスタおよびnMOSトランジスタ
のゲート酸化膜の膜厚を、デカップリングコンデンサを
構成するMOSトランジスタのゲート酸化膜の膜厚より
厚くしたことにより、保護回路自体にショートが発生し
にくくなる。また、デカップリングコンデンサでショー
トが発生した場合、保護回路による抵抗成分が大きくな
り、電源とグラウンド間のリーク電流の低減を図ること
ができる。
【0044】また、請求項6のように、保護回路を構成
するpMOSトランジスタおよびnMOSトランジスタ
を電源投入時にオンさせる回路を付加したことにより、
デカップリングコンデンサが電源投入時に正常に動作し
ないことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の半導体集積回路の
要部回路図。
【図2】本発明の第2の実施の形態の半導体集積回路の
要部回路図。
【図3】図2においてデカップリングコンデンサにショ
ートが発生した場合の回路図。
【図4】図2においてデカップリングコンデンサにショ
ートが発生した場合の断面図。
【図5】本発明の第2の実施の形態におけるデカップリ
ングコンデンサの断面図。
【図6】本発明の第3の実施の形態におけるデカップリ
ングコンデンサの断面図。
【図7】本発明の第4の実施の形態の半導体集積回路の
要部断面図。
【図8】本発明の第5の実施の形態の半導体集積回路の
要部回路図。
【符号の説明】
101 デカップリングコンデンサ 102 抵抗 103 抵抗 201 デカップリングコンデンサ 202 pMOSトランジスタ 203 nMOSトランジスタ 701 デカップリングコンデンサ 702 pMOSトランジスタ 703 nMOSトランジスタ 804 pMOSトランジスタ 805 nMOSトランジスタ 806 インバータ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源とグラウンドとの間に挿入したデカ
    ップリングコンデンサを備えた半導体集積回路であっ
    て、 前記デカップリングコンデンサにショートが発生した際
    に、前記電源と前記グラウンド間の抵抗となる保護回路
    を設けたことを特徴とする半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 保護回路は、電源とデカップリングコン
    デンサとの間に接続した第1の抵抗と、前記デカップリ
    ングコンデンサとグラウンドとの間に接続した第2の抵
    抗とからなることを特徴とする請求項1記載の半導体集
    積回路。
  3. 【請求項3】 保護回路は、電源とデカップリングコン
    デンサとの間に挿入されソース端子を前記電源と接続し
    ドレイン端子をデカップリングコンデンサと接続したp
    MOSトランジスタと、前記デカップリングコンデンサ
    とグラウンドとの間に挿入されソース端子を前記グラウ
    ンドと接続しドレイン端子を前記デカップリングコンデ
    ンサと接続したnMOSトランジスタとを設け、前記p
    MOSトランジスタのゲート端子を前記nMOSトラン
    ジスタのドレイン端子と接続し、前記nMOSトランジ
    スタのゲート端子を前記pMOSトランジスタのドレイ
    ン端子に接続したことを特徴とする請求項1記載の半導
    体集積回路。
  4. 【請求項4】 デカップリングコンデンサはソース端子
    およびドレイン端子間を接続したデプレッション型MO
    Sトランジスタであることを特徴とする請求項3記載の
    半導体集積回路。
  5. 【請求項5】 デカップリングコンデンサはソース端子
    およびドレイン端子間を接続したMOSトランジスタか
    らなり、保護回路を構成するpMOSトランジスタおよ
    びnMOSトランジスタのゲート酸化膜の膜厚を、前記
    デカップリングコンデンサを構成するMOSトランジス
    タのゲート酸化膜の膜厚より厚くしたことを特徴とする
    請求項3記載の半導体集積回路。
  6. 【請求項6】 保護回路を構成するpMOSトランジス
    タおよびnMOSトランジスタを電源投入時にオンさせ
    る回路を付加したことを特徴とする請求項3,4または
    5記載の半導体集積回路。
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