JP2005057138A - Protection circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、保護回路に関し、特に半導体集積回路の静電破壊対策の為の保護回路に関する。 The present invention relates to a protection circuit, and more particularly to a protection circuit for measures against electrostatic breakdown of a semiconductor integrated circuit.
従来より、半導体集積回路の入力回路には静電破壊防止用の保護回路が設けられている。 Conventionally, an input circuit of a semiconductor integrated circuit has been provided with a protection circuit for preventing electrostatic breakdown.
図4は、そのような保護回路の一例を示す回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of such a protection circuit.
図4において、10は入力信号が印加される電極パッド、11はポリシリコン抵抗であり、その一端が電極パッド10に接続されている。12はインバータであり、前記入力信号がポリシリコン抵抗11を介して入力される。
In FIG. 4, 10 is an electrode pad to which an input signal is applied, 11 is a polysilicon resistor, and one end thereof is connected to the
M1はPチャンネル型MOSトランジスタであり、そのドレインは電極パッド10とポリシリコン抵抗11との接続点に接続されゲート及びソースは共通接続され電源電圧Vccが印加されている。M2はNチャンネル型MOSトランジスタであり、そのドレインは電極パッド10とポリシリコン抵抗11との接続点に接続されゲート及びソースは接地されている。ポリシリコン抵抗11の他端はインバータ12に接続されている。
M1 is a P-channel MOS transistor, its drain is connected to the connection point between the
また、M3はNチャンネル型MOSトランジスタであり、そのドレインはポリシリコン抵抗11の他端に接続されゲート及びソースは接地されている。
M3 is an N-channel MOS transistor whose drain is connected to the other end of the
この保護回路において、ポリシリコン抵抗11は、電極パッド10に印加されるサージ電流を制限するとともに、Nチャンネル型MOSトランジスタM3のドレインに過大な電圧が印加されるのを抑制している。一般に、ポリシリコン抵抗11は、フィールド酸化膜上に形成されるので、このフィールド酸化膜の破壊を防止するためにポリシリコン抵抗11の手前に保護素子が必要である。
In this protection circuit, the
そこで、この保護回路ではそのような保護素子として、Pチャンネル型MOSトランジスタM1、Nチャンネル型MOSトランジスタM2を設けている。 Therefore, in this protection circuit, a P-channel MOS transistor M1 and an N-channel MOS transistor M2 are provided as such protection elements.
なお、先行技術文献として以下の特許文献1、2、3がある。
ところで、静電破壊対策の効果を確認するための静電破壊試験には人体モデル(MIL規格、100PF、1.5kΩ、強度2000V以上)とマシンモデル(EIAJ規格、200PF、0Ω、強度200V以上)とがある。しかしながら、図4の保護回路において、人体モデルによる静電破壊試験を行うと、Pチャンネル型MOSトランジスタM1、Nチャンネル型MOSトランジスタM2の破壊が起こるという問題があった。 By the way, the human body model (MIL standard, 100 PF, 1.5 kΩ, strength 2000 V or more) and the machine model (EIAJ standard, 200 PF, 0 Ω, strength 200 V or more) are used for the electrostatic breakdown test to confirm the effect of countermeasures against electrostatic breakdown. There is. However, when the electrostatic breakdown test using the human body model is performed in the protection circuit of FIG. 4, there is a problem that the P-channel MOS transistor M1 and the N-channel MOS transistor M2 are destroyed.
また、ポリシリコン抵抗11の静電破壊を防止するためには、Pチャンネル型MOSトランジスタM1、Nチャンネル型MOSトランジスタM2のサイズを非常に大きくしなければならず、保護回路のパターン面積の増大を招いていた。
In order to prevent electrostatic breakdown of the
そこで、本発明は、人体モデルとマシンモデルの両方の静電破壊試験をパスするとともにパターン面積の小さな保護回路を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a protection circuit that passes the electrostatic breakdown test of both the human body model and the machine model and has a small pattern area.
本発明の保護回路は、電極パッドと、この電極パッドに一端が接続されたポリシリコン抵抗と、このポリシリコン抵抗の他端にドレインが接続されソース及びゲートが接地されたNチャンネル型MOSトランジスタと、前記電極パッドと前記ポリシリコン抵抗との接続点に接続されたNPN型のバイポーラトランジスタとを有することを特徴とする。 The protection circuit of the present invention includes an electrode pad, a polysilicon resistor having one end connected to the electrode pad, an N-channel MOS transistor having a drain connected to the other end of the polysilicon resistor, and a source and a gate grounded. And an NPN bipolar transistor connected to a connection point between the electrode pad and the polysilicon resistor.
本発明によれば、ポリシリコン抵抗とNチャンネル型MOSトランジスタに加えてポリシリコン抵抗を保護するためのNPN型のバイポーラトランジスタを設けたので、人体モデルとマシンモデルの両方の静電破壊試験をパスするとともにパターン面積の小さな保護回路を提供することが可能になる。 According to the present invention, an NPN bipolar transistor for protecting the polysilicon resistance is provided in addition to the polysilicon resistance and the N-channel type MOS transistor, so that both the human body model and the machine model pass the electrostatic breakdown test. In addition, a protection circuit with a small pattern area can be provided.
次に本発明の実施形態について、図面を参照しながら、詳しく説明する。図1は第1の実施形態に係る保護回路の回路図である。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of a protection circuit according to the first embodiment.
図1において、10は入力信号が印加される電極パッド、11はポリシリコン抵抗であり、その一端が電極パッド10に接続されている。12はインバータであり、前記入力信号がポリシリコン抵抗11を介して入力される。インバータ12は、例えば、CMOSインバータである。
In FIG. 1, 10 is an electrode pad to which an input signal is applied, 11 is a polysilicon resistor, and one end thereof is connected to the
B1はNPN型の第1のバイポーラトランジスタであり、そのコレクタは電源電圧Vccが印加されベース及びエミッタは共通接続され電極パッド10とポリシリコン抵抗11との接続点に接続されている。B2はNPN型の第2のバイポーラトランジスタであり、そのコレクタは電極パッド10とポリシリコン抵抗11との接続点に接続されベース及びエミッタは接地されている。ポリシリコン抵抗11の他端はインバータ12の入力端子に接続されている。
B1 is an NPN-type first bipolar transistor, the collector of which is applied with the power supply voltage Vcc, the base and the emitter are connected in common and connected to the connection point between the
また、M3はNチャンネル型MOSトランジスタであり、そのドレインはポリシリコン抵抗11の他端に接続されゲート及びソースは接地されている。
M3 is an N-channel MOS transistor whose drain is connected to the other end of the
本実施形態によれば、電極パッド10に直接第1のNPN型のバイポーラトランジスタB1と第2のNPN型のバイポーラトランジスタB2を接続したので、人体モデルによる静電破壊強度を確保できる。これは、NPN型のバイポーラトランジスタはゲート酸化膜がないので、酸化膜破壊が起こらないからである。
According to this embodiment, since the first NPN type bipolar transistor B1 and the second NPN type bipolar transistor B2 are directly connected to the
また、NPN型のバイポーラトランジスタは、MOSトランジスタに比べて小さなパターン面積で大きな電流を流すことができる。 In addition, an NPN-type bipolar transistor can pass a large current with a small pattern area as compared with a MOS transistor.
本実施形態の保護回路の動作を説明すると、電極パッド10にサージ電圧が印加されると、第1のNPN型のバイポーラトランジスタB1、または、第2のNPN型のバイポーラトランジスタB2に電流が流れ、ポリシリコン抵抗11に印加されるサージ電圧が減衰され、後述するポリシリコン抵抗11の下方のフィールド酸化膜の破壊が防止される。
The operation of the protection circuit according to the present embodiment will be described. When a surge voltage is applied to the
そして、ポリシリコン抵抗11によって、さらに、サージ電圧が減衰されるとともに電流も制限される。ポリシリコン抵抗11の抵抗値は1kΩが適当である。
Then, the
また、Nチャンネル型MOSトランジスタM3のソース・ドレイン間耐圧BVDSをインバータ12のMOSトランジスタのゲート酸化膜破壊電圧よりも低く設定することが好ましい。これにより、ゲート酸化膜破壊が起こる前にNチャンネル型MOSトランジスタに電流が流れるので、ゲート酸化膜の破壊を防止することができる。
The source-drain breakdown voltage BVDS of the N-channel MOS transistor M3 is preferably set lower than the gate oxide breakdown voltage of the MOS transistor of the
ここで、ゲート酸化膜破壊電圧17Vの場合ソース・ドレイン間耐圧BVDSは、10V程度であることが好ましい。 Here, when the gate oxide breakdown voltage is 17V, the source-drain breakdown voltage BVDS is preferably about 10V.
次に、本発明の第2の実施形態について、図2を参照して説明する。この保護回路は、図1の保護回路にPチャンネル型MOSトランジスタM4を追加したものである。これにより、インバータ12のMOSトランジスタのゲート酸化膜破壊強度がさらに向上する
図3は第1及び第2の実施形態に係る保護回路を半導体集積回路として構成した場合の断面図である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This protection circuit is obtained by adding a P-channel MOS transistor M4 to the protection circuit of FIG. Thereby, the gate oxide breakdown strength of the MOS transistor of the
図3において、NPN型のバイポーラトランジスタB2、Nチャンネル型MOSトランジスタM3、及びポリシリコン抵抗11の断面構造が示されている。
FIG. 3 shows a cross-sectional structure of an NPN-type bipolar transistor B2, an N-channel MOS transistor M3, and a
まず、NPN型のバイポーラトランジスタB2について説明する。 First, the NPN bipolar transistor B2 will be described.
20は、P型シリコン基板であり、P型シリコン基板20上にN型エピタキシャル層23が形成されている。22−1は、第1のP+型下方分離層、22−2は第2のP+型下方分離層、21はN+型埋め込み層であり、P型シリコン基板20とN型エピタキシャル層23の間に埋め込まれている。24−1は第1のP+型上方分離層であり、第1のP+型下方分離層22−1の上に接触されている。24−2は第2のP+型上方分離層であり、第2のP+型下方分離層22−2の上に接触されている。25はコレクタ層であり、N型エピタキシャル層23の表面に形成されている。コレクタ層25は電極パッド10に接続され、入力信号が印加される。26はベース層であり、N型エピタキシャル層23の表面に形成されている。27はエミッタ層であり、ベース層26内に形成されている。ベース層26、及び、エミッタ層27は、接地されている。
このように、NPN型のバイポーラトランジスタB2は、縦型バイポーラトランジスタ構成を有しており、大きな電流容量を有している。 Thus, the NPN bipolar transistor B2 has a vertical bipolar transistor configuration and a large current capacity.
次に、Nチャンネル型MOSトランジスタM3について説明する。 Next, the N channel type MOS transistor M3 will be described.
22−3はP+型下方分離層であり、P型シリコン基板20上に形成されている。24−3は、P+型ウェルであり、P+型下方分離層22−3の上に形成されている。29はドレインであり、P+型ウェル24−3の表面に形成されている。ドレイン29は、インバータ12に接続されている。30はソースであり、P+型ウェル24−3の表面に形成されている。28はゲート電極であり、ゲート酸化膜の上に形成されている。ソース30、及び、ゲート電極28は接地されている。
Reference numeral 22-3 denotes a P + type lower separation layer, which is formed on the P
32は、フィールド酸化膜であり、トランジスタ間を分離している。11は、ポリシリコン抵抗であり、フィールド酸化膜32の上に形成されている。ポリシリコン抵抗11の一端は、電極パッド10とコレクタ層25の接続点に接続されている。また、ポリシリコン抵抗11の他端は、インバータ12とドレイン29の接続点に接続されている。
A field oxide film 32 separates the transistors.
31は、P+層であり、P+型ウェル24−3の表面に形成され、P+層31は、P+型ウェル24−3の電位設定用の拡散層である。なお、第1及び第2の実施形態において、インバータ12の代わりに、入力信号をゲートで受けるような他の入力回路を用いてもよい。
31 is a P + layer formed on the surface of the P + type well 24-3, and the P + layer 31 is a diffusion layer for setting the potential of the P + type well 24-3. In the first and second embodiments, instead of the
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