JP2006121014A - Electrostatic protection circuit and semiconductor integrated circuit employing same - Google Patents
Electrostatic protection circuit and semiconductor integrated circuit employing same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006121014A JP2006121014A JP2004310110A JP2004310110A JP2006121014A JP 2006121014 A JP2006121014 A JP 2006121014A JP 2004310110 A JP2004310110 A JP 2004310110A JP 2004310110 A JP2004310110 A JP 2004310110A JP 2006121014 A JP2006121014 A JP 2006121014A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- type
- terminal
- diffusion layer
- thyristor
- cathode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、静電保護回路およびそれを用いた半導体集積装置に係り、特に十分な保護電圧を有し、集積化するのに好適な構造を備えた静電保護回路およびそれを用いた半導体集積装置に関する。 The present invention relates to an electrostatic protection circuit and a semiconductor integrated device using the electrostatic protection circuit, and more particularly to an electrostatic protection circuit having a sufficient protection voltage and having a structure suitable for integration, and a semiconductor integrated circuit using the same. Relates to the device.
従来、半導体素子、特にCMOS(相補型MOS)トランジスタを有する半導体装置においては、外部からの静電気による静電放電(ESD:Electrostatic Discharge)から半導体素子を保護するために、静電保護素子を有する静電保護回路が用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor device having a semiconductor element, in particular, a CMOS (complementary MOS) transistor, in order to protect the semiconductor element from electrostatic discharge (ESD) due to external static electricity, an electrostatic protection element having an electrostatic protection element is provided. An electric protection circuit is used.
静電保護素子の1つに、一旦オン状態になると高い放電能力を保持し続けるサイリスタがある。しかし、サイリスタ自身のターンオン電圧は、例えば40V程度と高いので、静電保護素子であるサイリスタがターンオンする前に内部回路の半導体素子が破壊されてしまう問題がある。 One of the electrostatic protection elements is a thyristor that keeps a high discharge capability once it is turned on. However, since the turn-on voltage of the thyristor itself is as high as about 40 V, for example, there is a problem that the semiconductor element of the internal circuit is destroyed before the thyristor as the electrostatic protection element is turned on.
これに対して、サイリスタ自身のターンオン電圧よりも低い電圧で、サイリスタをターンオンさせる静電保護回路が知られている(例えば、非特許文献1参照。)。 On the other hand, an electrostatic protection circuit that turns on the thyristor with a voltage lower than the turn-on voltage of the thyristor itself is known (see, for example, Non-Patent Document 1).
非特許文献1に開示された静電保護回路は、アノード、カソード、第1および第2ゲートを有し、アノードが第1端子に接続され、カソードが第2端子に接続され、第1ゲートが抵抗を介して第2端子に接続されたサイリスタと、複数のpn接合ダイオードが順方向に直列接続され、pn接合ダイオードのアノードがサイリスタの第2ゲートに接続され、pn接合ダイオードのカソードがサイリスタのカソードに接続されたトリガ整流素子とを有している。
The electrostatic protection circuit disclosed in Non-Patent
第1端子に、pn接合ダイオードの順方向電圧VFと直列接続段数Nの積で表される整流回路の順方向電圧N×VFとサイリスタのアノードと第2ゲートの順方向電圧の和より大きな正極性のサージが印加されると、整流回路が導通し、順方向電流が流れる。
この電流がトリガとなってサイリスタがターンオンするので、第1端子に印加されたサージがサイリスタのアノードからカソードを通して第2端子に放電される。
The first terminal has a positive electrode larger than the sum of the forward voltage N × VF of the rectifier circuit expressed by the product of the forward voltage VF of the pn junction diode and the number N of series connection stages, and the forward voltage of the anode and second gate of the thyristor. When a positive surge is applied, the rectifier circuit becomes conductive and a forward current flows.
Since this current triggers the thyristor to turn on, the surge applied to the first terminal is discharged from the anode of the thyristor through the cathode to the second terminal.
即ち、順方向に直列接続されたpn接合ダイオードの接続段数を適宜選択することによりサイリスタ自身のターンオン電圧より低いターンオン電圧を得ている。 That is, a turn-on voltage lower than the turn-on voltage of the thyristor is obtained by appropriately selecting the number of connection stages of pn junction diodes connected in series in the forward direction.
近年、半導体装置の高集積化・低電圧化が進み、半導体素子であるMOSトランジスタのゲート酸化膜の破壊耐圧が低下している。そのため、サイリスタがターンオンする電圧は酸化膜の耐圧より低く設定する必要がある。
一方、半導体装置は出荷検査として高温・高電圧下で通電する、所謂バーンイン試験を受けるので、サイリスタがターンオンする電圧はバーンイン試験時に印加される高電圧によりサイリスタがターンオンしてラッチアップを起こす電圧より高く設定する必要がある。
In recent years, semiconductor devices have become more highly integrated and lower in voltage, and the breakdown voltage of the gate oxide film of a MOS transistor, which is a semiconductor element, has decreased. Therefore, the voltage at which the thyristor is turned on needs to be set lower than the breakdown voltage of the oxide film.
On the other hand, the semiconductor device undergoes a so-called burn-in test, which is energized at high temperature and high voltage as a shipping inspection, so the voltage at which the thyristor is turned on is higher than the voltage at which the thyristor is turned on by the high voltage applied during the burn-in test and causes latch-up. It needs to be set high.
即ち、静電保護素子であるサイリスタがターンオンする電圧は、半導体装置の仕様から決まる種々の制約に合せてきめ細かく調整する必要があり、その許容される幅は、例えば0.5V程度と年々狭くなっている。 In other words, the voltage at which the thyristor, which is an electrostatic protection element, is turned on must be finely adjusted in accordance with various constraints determined by the specifications of the semiconductor device. ing.
然しながら、非特許文献1に開示された静電保護回路では、ターンオン電圧はpn接合ダイオードの順方向電圧に応じたステップで調整するので、ターンオン電圧を許容幅に調整しきれない問題がある。その結果、半導体装置が破壊される恐れがある。
本発明は、サージおよびラッチアップの両方に対して十分な保護電圧を有し、集積化するのに好適な構造を備えた静電保護回路およびそれを用いた半導体集積装置を提供する。 The present invention provides an electrostatic protection circuit having a sufficient protection voltage against both surge and latch-up and having a structure suitable for integration, and a semiconductor integrated device using the same.
上記目的を達成するために、本発明の一態様の静電保護回路では、所定の電位が与えられる第1端子と、前記所定の電位より低い電位が与えられる第2端子と、アノード、カソード、第1および第2ゲートを有し、アノードが前記第1端子に接続され、カソードが前記第2端子に接続されたサイリスタと、第1の順方向電圧を有する第1整流素子と、前記第1の順方向電圧と異なる第2の順方向電圧を有する第2整流素子とが順方向に直列接続され、前記サイリスタの第2ゲートに一方の前記整流素子のアノードが接続され、前記サイリスタのカソードに他方の前記整流素子のカソードが接続された整流回路と、を具備することを特徴としている。 In order to achieve the above object, in an electrostatic protection circuit of one embodiment of the present invention, a first terminal to which a predetermined potential is applied, a second terminal to which a potential lower than the predetermined potential is provided, an anode, a cathode, A thyristor having first and second gates, an anode connected to the first terminal, and a cathode connected to the second terminal; a first rectifying device having a first forward voltage; and the first A second rectifying element having a second forward voltage different from the forward voltage of the thyristor is connected in series in the forward direction, the anode of one of the rectifying elements is connected to the second gate of the thyristor, and the cathode of the thyristor And a rectifier circuit to which the cathode of the other rectifier element is connected.
また、本発明の一態様の半導体集積装置では、半導体基板と、前記半導体基板の主面に形成され、所定の電位が与えられる第1端子と、前記所定の電位より低い電位が与えられる第2端子と、前記半導体基板の主面に形成されたn型第1ウェル領域にp型第1拡散層と前記第1拡散層と離間して対向したn型第2拡散層とが形成され、前記第1ウェル領域の一側に隣接したp型第2ウェル領域にp型第3拡散層と前記第3拡散層と離間して対向したn型第4拡散層とが形成され、前記第1拡散層が前記第1端子に接続され、前記第3および第4拡散層がそれぞれ前記第2端子に接続されたサイリスタと、前記第1ウェル領域の他側に隣接したp型第3ウェル領域に形成され、前記第2拡散層をドレインとして、前記ドレインとゲートが接続されたn型MOSトランジスタを有する第1整流素子と、前記半導体基板の主面に形成され、アノードが前記MOSトランジスタのソースに接続され、カソードが前記第2端子に接続された第2整流素子と、を具備することを特徴としている。 In the semiconductor integrated device of one embodiment of the present invention, a semiconductor substrate, a first terminal formed on a main surface of the semiconductor substrate, to which a predetermined potential is applied, and a second terminal to which a potential lower than the predetermined potential is applied. A terminal, and a p-type first diffusion layer and an n-type second diffusion layer facing and spaced apart from the first diffusion layer in an n-type first well region formed on a main surface of the semiconductor substrate, A p-type third diffusion layer and an n-type fourth diffusion layer facing and spaced apart from the third diffusion layer are formed in a p-type second well region adjacent to one side of the first well region, and the first diffusion A layer is connected to the first terminal, and the third and fourth diffusion layers are respectively formed in a thyristor connected to the second terminal, and a p-type third well region adjacent to the other side of the first well region. The drain and the gate are connected using the second diffusion layer as a drain. A first rectifying element having an n-type MOS transistor, a second rectifying element formed on a main surface of the semiconductor substrate, having an anode connected to a source of the MOS transistor, and a cathode connected to the second terminal; It is characterized by comprising.
本発明によれば、順方向電圧の異なる第1および第2整流素子を順方向に直列接続したので、サイリスタのターンオン電圧を第1および第2の順方向電圧に応じたステップの組み合わせで調整することができる。 According to the present invention, since the first and second rectifying elements having different forward voltages are connected in series in the forward direction, the turn-on voltage of the thyristor is adjusted by a combination of steps corresponding to the first and second forward voltages. be able to.
従って、サイリスタのターンオン電圧を半導体装置の仕様に合せてきめ細かく設定することができるので、サージおよびラッチアップの両方に対して十分な保護電圧を有する静電保護回路が得られる。
その結果、高集積・低電圧駆動で信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
Therefore, since the turn-on voltage of the thyristor can be finely set in accordance with the specifications of the semiconductor device, an electrostatic protection circuit having a sufficient protection voltage against both surge and latch-up can be obtained.
As a result, a highly integrated semiconductor device with high integration and low voltage driving can be provided.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例1に係る静電保護回路を示す回路図である。本実施例は電源Vddラインに侵入した正極性のサージから内部回路を保護する静電保護回路の例である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an electrostatic protection circuit according to
本明細書では、pnpn接合を有するサイリスタにおいて、等価的に形成されるnpn型トランジスタのベースを第1ゲート、pnp型トランジスタのベースを第2ゲートと称している。 In this specification, in a thyristor having a pnpn junction, the base of an npn transistor that is equivalently formed is referred to as a first gate, and the base of a pnp transistor is referred to as a second gate.
図1に示すように、本実施例の静電保護回路10は、アノードA、カソードK、第1および第2ゲートG1、G2を有するサイリスタ11と、第1の順方向電圧VF1を有する第1整流素子D1と、第1の順方向電圧VF1と異なる第2の順方向電圧VF2を有する第2整流素子D2とが順方向に直列接続された整流回路12とを具備している。
As shown in FIG. 1, the
サイリスタ11のアノードAが第1端子P1に接続され、カソードKが第1端子P1と電気的に絶縁された第2端子P2に接続され、第1ゲートG1が抵抗R1を介して第2端子P2に接続されている。
また、整流回路12の第1整流素子D1のアノードA1がサイリスタ11の第2ゲートG2に接続され、第2整流素子D2のカソードK2がサイリスタ11のカソードKに接続されている。
The anode A of the thyristor 11 is connected to the first terminal P1, the cathode K is connected to the second terminal P2 that is electrically insulated from the first terminal P1, and the first gate G1 is connected to the second terminal P2 via the resistor R1. It is connected to the.
The anode A1 of the first rectifier element D1 of the
第1端子P1は、例えば正電源Vddに接続された端子であり、第2端子P2は、例えば接地GNDに接続された端子である。 The first terminal P1 is a terminal connected to, for example, the positive power supply Vdd, and the second terminal P2 is a terminal connected to, for example, the ground GND.
サイリスタ11のターンオン電圧Vtは、電源電圧Vdd、例えば1.2Vより高く設定されているので、通常動作時にはサイリスタ11および整流回路12はともにオフ状態にある。
Since the turn-on voltage Vt of the thyristor 11 is set higher than the power supply voltage Vdd, for example, 1.2 V, both the thyristor 11 and the
第1端子P1に正極性のサージが侵入し、サイリスタ11のアノードAの電圧がサイリスタ11のターンオン電圧Vtより高くなると整流回路12はオン状態になり、順方向電流が流れる。
この電流がトリガとなってサイリスタ11がターンオンするので、第1端子P1に印加されたサージがサイリスタ11のアノードAからカソードKを通って第2端子P2に放電される。
サージが放電されて、サイリスタ11のアノードAの電圧がサイリスタ11のターンオン電圧Vtより低くなると、サイリスタ11および整流回路12はともにオフ状態に復帰する。
When a positive surge enters the first terminal P1 and the voltage of the anode A of the thyristor 11 becomes higher than the turn-on voltage Vt of the thyristor 11, the
Since this current triggers the thyristor 11 to turn on, the surge applied to the first terminal P1 is discharged from the anode A of the thyristor 11 through the cathode K to the second terminal P2.
When the surge is discharged and the voltage at the anode A of the thyristor 11 becomes lower than the turn-on voltage Vt of the thyristor 11, both the thyristor 11 and the
抵抗R1は、サイリスタ11に電流が流れはじめたときに、抵抗R1に流れる電流による電圧降下分だけ第1ゲートG1の電位を上げ、サイリスタ11がターンオンし易くしている。 The resistor R1 increases the potential of the first gate G1 by a voltage drop due to the current flowing through the resistor R1 when the current starts to flow through the thyristor 11, so that the thyristor 11 is easily turned on.
サイリスタ11は、周知のようにpnpn接合を有し、等価的にpnp型トランジスタQ1のエミッタがnpn型トランジスタQ2のベースに接続され、npn型トランジスタQ2のコレクタがpnp型トランジスタQ1のベースに接続された正帰還ループを構成している。
第2ゲートG2にゲート電流を流し込むことにより、サイリスタ11がターンオンし、ターンオンするとトランジスタQ1、Q2が相互にベース電流を供給し合うので、ターンオン状態が維持される。
第1整流素子D1は、例えばゲートg1がドレインd1に接続されたn型MOSトランジスタM1を有している。n型MOSトランジスタM1の閾値電圧Vthは、ゲートチャンネルの不純物濃度を変えることにより調整でき、例えば0.3〜0.5V程度に設定することができる。
従って、第1整流素子D1の第1の順方向電圧VF1はn型MOSトランジスタM1の閾値電圧Vthに等しく、例えば0.3V程度に設定することができる。
As is well known, the thyristor 11 has a pnpn junction, and equivalently, the emitter of the pnp transistor Q1 is connected to the base of the npn transistor Q2, and the collector of the npn transistor Q2 is connected to the base of the pnp transistor Q1. Constitutes a positive feedback loop.
By flowing a gate current into the second gate G2, the thyristor 11 is turned on. When the thyristor 11 is turned on, the transistors Q1 and Q2 supply base currents to each other, so that the turn-on state is maintained.
The first rectifier element D1 includes, for example, an n-type MOS transistor M1 having a gate g1 connected to the drain d1. The threshold voltage Vth of the n-type MOS transistor M1 can be adjusted by changing the impurity concentration of the gate channel, and can be set to about 0.3 to 0.5 V, for example.
Accordingly, the first forward voltage VF1 of the first rectifying element D1 is equal to the threshold voltage Vth of the n-type MOS transistor M1, and can be set to, for example, about 0.3V.
第2整流素子D2は、例えば2個のpn接合ダイオード13を有している。pn接合ダイオード13の順方向電圧は1V程度である。
従って、第2整流素子D2の第2の順方向電圧VF2はpn接合ダイオード13の順方向電圧の2倍に等しく、2V程度に設定することができる。
The second rectifier element D2 has, for example, two
Therefore, the second forward voltage VF2 of the second rectifier element D2 is equal to twice the forward voltage of the
その結果、整流回路12の順方向電圧VF3は第1整流素子D1の第1の順方向電圧VF1と第2整流素子D2の第2の順方向電圧VF2との和に等しく、2.3V程度に設定することができる。
As a result, the forward voltage VF3 of the
サイリスタ11のターンオン電圧Vtは整流回路12の順方向電圧(VF1+VF2)と、サイリスタ11のアノードAと第2ゲートG2間のpn接合の順方向電圧VF3、たとえば1V程度との和に等しく、3.3V程度に設定することができる。
2. The turn-on voltage Vt of the thyristor 11 is equal to the sum of the forward voltage (VF1 + VF2) of the
図2はMOSトランジスタのゲート酸化膜の破壊電圧Vesdとバーンイン試験電圧Vbinとサイリスタ11の設定可能なターンオン電圧Vtとの関係を、従来例と比較して模式的に示したもので、図中の白丸aが本実施例による場合、黒丸bが従来例による場合である。 FIG. 2 schematically shows the relationship between the breakdown voltage Vesd of the gate oxide film of the MOS transistor, the burn-in test voltage Vbin, and the turn-on voltage Vt that can be set by the thyristor 11 as compared with the conventional example. The white circle a is according to the present embodiment, and the black circle b is according to the conventional example.
図2から明らかなように、本実施例では1個のn型MOSトランジスタM1と2個のpn接合ダイオード13を組み合わせたので、MOSトランジスタのゲート酸化膜の破壊電圧Vesd、例えば3.5Vより低く、且つバーンイン試験電圧Vbin、例えば3Vより高いターンオン電圧Vt、例えば3.3Vが得られている。
従って、半導体装置の仕様から決まる種々の制約に合せて、ターンオン電圧Vtをきめ細かく設定することが可能である。
As is apparent from FIG. 2, in this embodiment, since one n-type MOS transistor M1 and two
Therefore, it is possible to finely set the turn-on voltage Vt in accordance with various restrictions determined by the specifications of the semiconductor device.
一方、従来の静電保護回路では2個のpn接合ダイオード13の組み合わせなので、ターンオン電圧Vtは、例えば3Vとなり、MOSトランジスタのゲート酸化膜の破壊電圧Vesdより低く、且つバーンイン試験電圧Vbinより高いターンオン電圧を設定することができない。
On the other hand, since the conventional electrostatic protection circuit is a combination of two
図3は静電保護回路10を半導体基板上に集積した半導体集積装置を示す断面図である。図3に示すように、本実施例の半導体集積装置20はp型シリコン基板21の主面に、サイリスタ11が形成される第1素子形成領域Aと、n型MOSトランジスタM1が形成される第2素子形成領域Bと、2個のpn接合ダイオード13が順方向に直列接続された第2整流素子D2が形成される第3素子形成領域(図示せず)が形成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a semiconductor integrated device in which the
第1素子形成領域Aには、等価的にpnp型トランジスタQ1が形成されるn型第1ウェル領域22と等価的にnpn型トランジスタQ2が形成されるp型第2ウェル領域23とが接して形成されている。第2素子形成領域Bには、p型第3ウェル領域24が形成されている。
The first element formation region A is in contact with the n-type
n型第1ウェル領域22には、p型第1拡散層25と、Shallow Trench Isolation(以下STIという)26によりp型第1拡散層25と離間して対向したn型第2拡散層27とが形成されている。また、n型第2拡散層27の一部はp型第3ウェル領域24に延伸して形成されている。
The n-type
p型第2ウェル領域23には、p型第3拡散層28と、STI29によりp型第3拡散層28と離間して対向したn型第4拡散層30とが形成されている。また、n型第4拡散層30はSTI31によりp型第1拡散層25と離間して対向している。
In the p-type
これにより、p型第1拡散層25とn型第1ウェル22とp型第2ウェル23によりpnp型トランジスタQ1が、n型第1ウェル22とp型第2ウェル23とn型第4拡散層30によりnpn型トランジスタQ2が、それぞれ等価的に構成され、p型第1拡散層25をアノードA、n型第4拡散層30をカソードKとするサイリスタ11が形成されている。
As a result, the p-type
アノードAのp型第1拡散層25が第1端子P1に接続され、カソードKのn型第4拡散層30がそれぞれ第2端子P2に接続されている。第1ゲートG1のp型第2ウェル23はp型第2ウェル23のシリーズ抵抗R1を介してカソードKのn型第4拡散層30に接続されている。
The p-type
p型第3ウェル領域24には、n型第2拡散層27と離間して対向したn型第5拡散層32と、STI33によりn型第5拡散層32と離間して対向したp型第6拡散層34と、n型第2拡散層27とn型第5拡散層32との間にゲート電極35が形成されている。
The p-type
これにより、n型第2拡散層27の一部をドレインd1、n型第5拡散層32をソースs1、ゲート電極35をゲートg1として、ドレインd1とゲートg1が接続されたn型MOSトランジスタM1が構成され、第1整流素子D1が形成されている。
Thus, an n-type MOS transistor M1 in which a part of the n-type
n型第5拡散層32は第2整流素子D2のアノードA2に接続され、p型第6拡散層34は第2整流素子D2のカソードKに接続されている。
The n-type
図4は、静電保護回路10を用いた半導体装置、例えばCMOSインバータ装置を示すブロック図で、電源Vddラインに侵入した両極性のサージ、および入力端子に侵入した両極性のサージから内部回路を保護する半導体装置の例である。
FIG. 4 is a block diagram showing a semiconductor device using the
図4に示すように、本実施例の半導体装置40は、第1端子P1、例えば正電源Vddと第2端子P2、例えば負電源Vssと、第3端子P3、例えば入力Vinに接続された内部回路41を有し、第1静電保護回路42と第3pn接合ダイオードD3の並列回路が第1端子P1と第2端子P2の間に接続されている。
As shown in FIG. 4, the semiconductor device 40 of this embodiment includes an internal terminal connected to a first terminal P1, for example, a positive power supply Vdd and a second terminal P2, for example, a negative power supply Vss, and a third terminal P3, for example, an input Vin. A
更に、第2静電保護回路43と第4pn接合ダイオードD4の並列回路が、第1端子P1と第3端子P3との間に接続され、第3静電保護回路44と第5pn接合ダイオードD5の並列回路が第3端子P3と第2端子P2との間に接続されている。
Further, a parallel circuit of the second
第1静電保護回路42のターンオン電圧は、例えば3.3Vに設定され、第3pn接合ダイオードD3のターンオン電圧は、例えば3Vに設定されている。
The turn-on voltage of the first
これにより、電源Vddラインに侵入したサージが、正極性の場合には第1静電保護回路42により内部回路41が保護され、負極性の場合には第3pn接合ダイオードD3により内部回路41が保護される。
Thereby, when the surge that has entered the power supply Vdd line is positive, the
バーンイン試験では正極性の高電圧のみが印加されるので、第1静電保護回路42によりラッチアップが防止され、内部回路41が保護される。
即ち、バーンイン試験では正極性の高電圧に対して第3pn接合ダイオードD3は常時逆バイアスになるので、ターンオン電圧を調整する必要がない。
In the burn-in test, since only a positive high voltage is applied, the first
That is, in the burn-in test, since the third pn junction diode D3 is always reverse-biased with respect to the positive high voltage, it is not necessary to adjust the turn-on voltage.
第2静電保護回路43と第4pn接合ダイオードD4、および第3静電保護回路44と第5pn接合ダイオードD5は、例えば第1静電保護回路42と第3pn接合ダイオードD3と同じターンオン電圧に設定されている。
The second
これにより、入力ラインに侵入したサージが第2端子P2に対して正極性の場合には、第3静電保護回路44により内部回路41が保護され、負極性の場合には第3pn接合ダイオードD3により内部回路41が保護される。
また、第1端子P1に対して正極性の場合には、第4pn接合ダイオードD4により内部回路41が保護され、負極性の場合には第2静電保護回路43により内部回路41が保護される。
Thus, when the surge that has entered the input line is positive with respect to the second terminal P2, the
When the first terminal P1 is positive, the
バーンイン試験では第3端子P3に第2端子P2に対して正極性の高電圧のみが印加されるので、第3静電保護回路44によりラッチアップが防止され、内部回路41が保護される。
即ち、第3pn接合ダイオードD3および第4pn接合ダイオードD4は常時逆バイアスになるので、ターンオン電圧を調整する必要がない。
In the burn-in test, only the positive high voltage with respect to the second terminal P2 is applied to the third terminal P3, so that the third
That is, since the third pn junction diode D3 and the fourth pn junction diode D4 are always reverse biased, it is not necessary to adjust the turn-on voltage.
以上説明したように、本発明の実施例1によれば、順方向電圧の異なる第1および第2整流素子D1、D2を順方向に直列接続したので、サイリスタのターンオン電圧Vtを第1および第2の順方向電圧VF1、VF2に応じたステップの組み合わせで調整することができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, since the first and second rectifying elements D1 and D2 having different forward voltages are connected in series in the forward direction, the turn-on voltage Vt of the thyristor is set to the first and second rectifiers. It can be adjusted by a combination of steps corresponding to the two forward voltages VF1 and VF2.
従って、サイリスタのターンオン電圧を半導体装置の仕様に合せてきめ細かく設定することができるので、サージおよびラッチアップの両方に対して十分な保護電圧を有する静電保護回路が得られる。その結果、高集積・低電圧駆動で信頼性の高い半導体装置を提供することができる。 Therefore, since the turn-on voltage of the thyristor can be finely set in accordance with the specifications of the semiconductor device, an electrostatic protection circuit having a sufficient protection voltage against both surge and latch-up can be obtained. As a result, a highly integrated semiconductor device with high integration and low voltage driving can be provided.
ここでは、第1整流素子D1が1個のn型MOSトランジスタM1を有し、第2整流素子D2が2個のpn接合ダイオード13を有する場合について説明したが、所定のターンオン電圧が得られる範囲で、n型MOSトランジスタM1とpn接合ダイオード13を適宜有していても構わない。
Although the case where the first rectifier element D1 has one n-type MOS transistor M1 and the second rectifier element D2 has two
例えば、第1整流素子D1が4個のn型MOSトランジスタM1を有し、第2整流素子D2が1個のpn接合ダイオード13を有する整流回路12であっても構わない。これによれば、サイリスタ11のターンオン電圧Vtとして、3.2Vが得られる。
For example, the first rectifying element D1 may include four n-type MOS transistors M1, and the second rectifying element D2 may be the rectifying
また、第1整流素子D1のアノードA1を第2ゲートG2に接続し、第2整流素子D2のカソードK2をサイリスタ11のカソードKに接続した場合について説明したが、第1および第2ダイオードD1、D2の接続順を入れ替えても構わない。 In addition, the case where the anode A1 of the first rectifier element D1 is connected to the second gate G2 and the cathode K2 of the second rectifier element D2 is connected to the cathode K of the thyristor 11 has been described, but the first and second diodes D1, The connection order of D2 may be changed.
即ち、第2整流素子D2のアノードA2を第2ゲートG2に接続し、第1整流素子D1のカソードK1をサイリスタ11のカソードKに接続しても構わない。 That is, the anode A2 of the second rectifying element D2 may be connected to the second gate G2, and the cathode K1 of the first rectifying element D1 may be connected to the cathode K of the thyristor 11.
更に、内部回路がCMOSインバータの場合について説明したが、MOSトランジスタを有するどのような構成の内部回路であっても構わない。また、第3端子P3が出力端子であっても構わない。 Furthermore, although the case where the internal circuit is a CMOS inverter has been described, an internal circuit having any configuration having a MOS transistor may be used. Further, the third terminal P3 may be an output terminal.
抵抗R1が第1ゲートG1と第2端子P2の間に接続された場合について説明したが、抵抗R1は接続されていなくても構わない。 Although the case where the resistor R1 is connected between the first gate G1 and the second terminal P2 has been described, the resistor R1 may not be connected.
図5は本発明の実施例2に係る静電保護回路を示す回路図である。本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
FIG. 5 is a circuit diagram showing an electrostatic protection circuit according to
本実施例が実施例1と異なる点は、整流回路を第1端子とサイリスタの第1ゲートとの間に接続したことにある。 The present embodiment is different from the first embodiment in that a rectifier circuit is connected between the first terminal and the first gate of the thyristor.
即ち、図5に示すように、本実施例の静電保護回路50は、アノードAが第1端子P1に接続され、カソードKが第1端子P1と電気的に絶縁された第2端子P2に接続され、第2ゲートG2が抵抗R2を介して第1端子P1に接続されたサイリスタ51と、第2整流素子D2のアノードA2が第1端子P1に接続され、第1整流素子D1のカソードK1がサイリスタ51の第1ゲートG1に接続された整流回路52とを有している。
また、第1整流素子D1はゲートg2がソースs2に接続されたp型MOSトランジスタM2を有している。
That is, as shown in FIG. 5, in the electrostatic protection circuit 50 of this embodiment, the anode A is connected to the first terminal P1, and the cathode K is connected to the second terminal P2, which is electrically insulated from the first terminal P1. The
The first rectifier element D1 includes a p-type MOS transistor M2 having a gate g2 connected to the source s2.
図6は静電保護回路50を半導体基板上に集積した半導体集積装置を示す断面図である。図6に示すように、本実施例の半導体集積装置60はn型シリコン基板61の主面に、サイリスタ51が形成される第1素子形成領域Aとp型MOSトランジスタM2が形成される第2素子形成領域Cと、2個のpn接合ダイオード13が順方向に直列接続された第2整流素子D2が形成される第3素子形成領域(図示せず)が形成されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a semiconductor integrated device in which the electrostatic protection circuit 50 is integrated on a semiconductor substrate. As shown in FIG. 6, in the semiconductor integrated
第2素子形成領域Cにはn型第4ウェル領域64が形成され、n型第4ウェル領域64には延伸されたp型第3拡散層28と離間して対抗したp型第7拡散層72と、STI73によりp型第7拡散層72と離間して対抗したn型第8拡散層74と、p型第3拡散層28とp型第7拡散層72との間にゲート電極75が形成されている。
An n-type
これにより、p型第3拡散層28の一部をドレインd2、p型第7拡散層72をソースs2、ゲート電極75をゲートg2とし、ドレインd2とゲートg2が接続されたp型MOSトランジスタM2が構成され、第1整流素子D1が形成されている。
Thus, a part of the p-type
p型第1拡散層25およびn型第2拡散層27がそれぞれ第1端子P1に接続され、n型第4拡散層30が第2端子P2に接続され、p型第7拡散層72は第2整流素子D2のカソードK2に接続されている。
The p-type
以上説明したように、本発明の実施例2によれば、サイリスタ11のターンオン電圧を半導体装置の仕様に合せてきめ細かく設定することができるとともに、n型シリコン基板を用いた半導体装置の静電保護回路として適している。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, the turn-on voltage of the thyristor 11 can be finely set in accordance with the specifications of the semiconductor device, and the electrostatic protection of the semiconductor device using the n-type silicon substrate is possible. Suitable as a circuit.
ここでは、第2整流素子D2のアノードA2をサイリスタ11のアノードAに接続し、第1整流素子D1のカソードK1をサイリスタ11の第1ゲートG1に接続した場合について説明したが、第1および第2ダイオードD1、D2の接続順を入れ替えても構わない。 Here, the case where the anode A2 of the second rectifier element D2 is connected to the anode A of the thyristor 11 and the cathode K1 of the first rectifier element D1 is connected to the first gate G1 of the thyristor 11 has been described. The connection order of the two diodes D1 and D2 may be switched.
即ち、第1整流素子D1のアノードA1をサイリスタ11のアノードAに接続し、第2整流素子D2のカソードK2をサイリスタ11の第1ゲートG1に接続しても構わない。 That is, the anode A1 of the first rectifier element D1 may be connected to the anode A of the thyristor 11, and the cathode K2 of the second rectifier element D2 may be connected to the first gate G1 of the thyristor 11.
上述した実施例において、第1整流素子D1がダイオード接続されたMOSトランジスタ、第2整流素子がpn接合ダイオードの場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、所定のターンオン電圧が得られる範囲内であれば、その他の整流素子、例えばショットキーダイオード、あるいはベースがコレクタに接続されたバイポーラトランジスタであっても構わない。
ショットキーダイオードであれば、さらに低い順方向電圧、例えば0.2V程度が得られるので、よりきめ細かにターンオン電圧を設定できる利点がある。
In the above-described embodiments, the case where the first rectifying element D1 is a diode-connected MOS transistor and the second rectifying element is a pn junction diode has been described. However, the present invention is not limited to this, and a predetermined turn-on voltage is used. May be another rectifying element such as a Schottky diode or a bipolar transistor having a base connected to the collector.
In the case of a Schottky diode, an even lower forward voltage, for example, about 0.2 V can be obtained. Therefore, there is an advantage that the turn-on voltage can be set more finely.
10、50 静電保護回路
11、51 サイリスタ
12、52 整流回路
13 pn接合ダイオード
20、60 半導体集積装置
21 p型シリコン基板
22 n型第1ウェル領域
23 p型第2ウェル領域
24 p型第3ウェル領域
25 p型第1拡散層
26、29、31、33、73 STI(shallow Trench Isolation)
27 n型第2拡散層
28 p型第3拡散層
30 n型第4拡散層
32 n型第5拡散層
34 p型第6拡散層
35、75 ゲート電極
41 内部回路
42 第1静電保護回路
43 第2静電保護回路
44 第3静電保護回路
61 n型シリコン基板
64 n型第4ウェル領域
72 p型第7拡散層
74 n型第8拡散層
P1 第1端子
P2 第2端子
P3 第3端子
D1 第1整流素子
D2 第2整流素子
D3 第3ダイオード
D4 第4ダイオード
D5 第5ダイオード
M1 n型MOSトランジスタ
M2 p型MOSトランジスタ
Q1 pnp型トランジスタ
Q2 npn型トランジスタ
R1、R2 抵抗
10, 50
27 n-type second diffusion layer 28 p-type third diffusion layer 30 n-type fourth diffusion layer 32 n-type fifth diffusion layer 34 p-type sixth diffusion layers 35 and 75
Claims (5)
前記所定の電位より低い電位が与えられる第2端子と、
アノード、カソード、第1および第2ゲートを有し、アノードが前記第1端子に接続され、カソードが前記第2端子に接続されたサイリスタと、
第1の順方向電圧を有する第1整流素子と、前記第1の順方向電圧と異なる第2の順方向電圧を有する第2整流素子とが順方向に直列接続され、前記サイリスタの第2ゲートに一方の前記整流素子のアノードが接続され、前記サイリスタのカソードに他方の前記整流素子のカソードが接続された整流回路と
を具備することを特徴とする静電保護回路。 A first terminal to which a predetermined potential is applied;
A second terminal to which a potential lower than the predetermined potential is applied;
A thyristor having an anode, a cathode, a first and a second gate, the anode connected to the first terminal, and the cathode connected to the second terminal;
A first rectifier element having a first forward voltage and a second rectifier element having a second forward voltage different from the first forward voltage are connected in series in the forward direction, and the second gate of the thyristor And a rectifier circuit in which the anode of one of the rectifier elements is connected, and the cathode of the other rectifier element is connected to the cathode of the thyristor.
前記所定の電位より低い電位が与えられる第2端子と、
アノード、カソード、第1および第2ゲートを有し、アノードが前記第1端子に接続され、カソードが前記第2端子に接続されたサイリスタと、
第1の順方向電圧を有する第1整流素子と、前記第1の順方向電圧と異なる第2の順方向電圧を有する第2整流素子とが順方向に直列接続され、前記サイリスタの第1ゲートに一方の前記整流素子のカソードが接続され、前記サイリスタのアノードに他方の前記整流素子のアノードが接続された整流回路と
を具備することを特徴とする静電保護回路。 A first terminal to which a predetermined potential is applied;
A second terminal to which a potential lower than the predetermined potential is applied;
A thyristor having an anode, a cathode, a first and a second gate, the anode connected to the first terminal, and the cathode connected to the second terminal;
A first rectifier element having a first forward voltage and a second rectifier element having a second forward voltage different from the first forward voltage are connected in series in the forward direction, and the first gate of the thyristor And a rectifier circuit in which the cathode of one of the rectifying elements is connected, and the anode of the other rectifying element is connected to the anode of the thyristor.
前記半導体基板の主面に形成され、所定の電位が与えられる第1端子と、
前記所定の電位より低い電位が与えられる第2端子と、
前記半導体基板の主面に形成されたn型第1ウェル領域にp型第1拡散層と前記第1拡散層と離間して対向したn型第2拡散層とが形成され、前記第1ウェル領域の一側に隣接したp型第2ウェル領域にp型第3拡散層と前記第3拡散層と離間して対向したn型第4拡散層とが形成され、前記第1拡散層が前記第1端子に接続され、前記第3および第4拡散層がそれぞれ前記第2端子に接続されたサイリスタと、
前記第1ウェル領域の他側に隣接したp型第3ウェル領域に形成され、前記第2拡散層をドレインとして、前記ドレインとゲートが接続されたn型MOSトランジスタを有する第1整流素子と、
前記半導体基板の主面に形成され、アノードが前記MOSトランジスタのソースに接続され、カソードが前記第2端子に接続された第2整流素子と
を具備することを特徴とする半導体集積装置。 A semiconductor substrate;
A first terminal formed on a main surface of the semiconductor substrate and applied with a predetermined potential;
A second terminal to which a potential lower than the predetermined potential is applied;
A p-type first diffusion layer and an n-type second diffusion layer facing and spaced apart from the first diffusion layer are formed in an n-type first well region formed on the main surface of the semiconductor substrate, and the first well A p-type third diffusion layer and an n-type fourth diffusion layer facing and spaced apart from the third diffusion layer are formed in a p-type second well region adjacent to one side of the region, and the first diffusion layer is A thyristor connected to the first terminal, wherein the third and fourth diffusion layers are each connected to the second terminal;
A first rectifier element formed in a p-type third well region adjacent to the other side of the first well region, and having an n-type MOS transistor in which the second diffusion layer is a drain and the drain and the gate are connected;
A semiconductor integrated device comprising: a second rectifier element formed on a main surface of the semiconductor substrate, having an anode connected to a source of the MOS transistor, and a cathode connected to the second terminal.
前記半導体基板の主面に形成され、所定の電位が与えられる第1端子と、
前記所定の電位より低い電位が与えられる第2端子と、
前記第1素子形成領域に形成されたp型第2ウェル領域にp型第3拡散層と前記第3拡散層と離間して対向したn型第4拡散層とが形成され、前記第2ウェル領域の一側に隣接したn型第1ウェル領域にp型第1拡散層と前記第1拡散層と離間して対向したn型第2拡散層とが形成され、前記第4拡散層が前記第2端子に接続され、前記第1および第2拡散層がそれぞれ前記第1端子に接続されたサイリスタと、
前記第2ウェル領域の他側に隣接したn型第4ウェル領域に形成され、前記第3拡散層をドレインとして、前記ドレインとゲートが接続されたp型MOSトランジスタを有する第1整流素子と、
前記半導体基板の主面に形成され、アノードが前記第1端子に接続され、カソードが前記MOSトランジスタのソースに接続された第2整流素子と
を具備することを特徴とする半導体集積装置。 A semiconductor substrate;
A first terminal formed on a main surface of the semiconductor substrate and applied with a predetermined potential;
A second terminal to which a potential lower than the predetermined potential is applied;
In the p-type second well region formed in the first element formation region, a p-type third diffusion layer and an n-type fourth diffusion layer spaced apart and opposed to the third diffusion layer are formed, and the second well A p-type first diffusion layer and an n-type second diffusion layer facing and spaced apart from the first diffusion layer are formed in an n-type first well region adjacent to one side of the region, and the fourth diffusion layer is A thyristor connected to a second terminal, wherein the first and second diffusion layers are each connected to the first terminal;
A first rectifying element formed in an n-type fourth well region adjacent to the other side of the second well region and having a p-type MOS transistor having the third diffusion layer as a drain and the drain and gate connected to each other;
A semiconductor integrated device comprising: a second rectifier element formed on a main surface of the semiconductor substrate, having an anode connected to the first terminal and a cathode connected to a source of the MOS transistor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004310110A JP2006121014A (en) | 2004-10-25 | 2004-10-25 | Electrostatic protection circuit and semiconductor integrated circuit employing same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004310110A JP2006121014A (en) | 2004-10-25 | 2004-10-25 | Electrostatic protection circuit and semiconductor integrated circuit employing same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006121014A true JP2006121014A (en) | 2006-05-11 |
Family
ID=36538578
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004310110A Pending JP2006121014A (en) | 2004-10-25 | 2004-10-25 | Electrostatic protection circuit and semiconductor integrated circuit employing same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006121014A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014154883A (en) * | 2013-02-13 | 2014-08-25 | Analog Devices Inc | Device for transceiver signal insulating and voltage fixing method and method of forming the same |
KR101986711B1 (en) * | 2017-12-12 | 2019-09-30 | (주) 트리노테크놀로지 | ESD protected power semiconductor device |
-
2004
- 2004-10-25 JP JP2004310110A patent/JP2006121014A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014154883A (en) * | 2013-02-13 | 2014-08-25 | Analog Devices Inc | Device for transceiver signal insulating and voltage fixing method and method of forming the same |
KR101986711B1 (en) * | 2017-12-12 | 2019-09-30 | (주) 트리노테크놀로지 | ESD protected power semiconductor device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8039899B2 (en) | Electrostatic discharge protection device | |
US7106562B2 (en) | Protection circuit section for semiconductor circuit system | |
US7525779B2 (en) | Diode strings and electrostatic discharge protection circuits | |
US6236087B1 (en) | SCR cell for electrical overstress protection of electronic circuits | |
US7106568B2 (en) | Substrate-triggered ESD circuit by using triple-well | |
JP2959528B2 (en) | Protection circuit | |
US9627372B2 (en) | Electrostatic discharge protection device | |
KR102462819B1 (en) | Semiconductor device | |
US6215135B1 (en) | Integrated circuit provided with ESD protection means | |
US11699697B2 (en) | Electrostatic protection circuit | |
US7023676B2 (en) | Low-voltage triggered PNP for ESD protection in mixed voltage I/O interface | |
US6624479B2 (en) | Semiconductor device having a protective circuit | |
US20060249792A1 (en) | Electrostatic discharge protection circuit and integrated circuit having the same | |
US7782579B2 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
JP4763324B2 (en) | Electrostatic protection circuit and semiconductor device including the electrostatic protection circuit | |
JPH07193195A (en) | Cmos integrated circuit device | |
KR20040090480A (en) | Semiconductor device having protection circuit for protecting internal circuit | |
US6894320B2 (en) | Input protection circuit | |
US6707653B2 (en) | Semiconductor controlled rectifier for use in electrostatic discharge protection circuit | |
US6084272A (en) | Electrostatic discharge protective circuit for semiconductor device | |
JP2007227697A (en) | Semiconductor device, and semiconductor integrated device | |
US6583475B2 (en) | Semiconductor device | |
JP2006121014A (en) | Electrostatic protection circuit and semiconductor integrated circuit employing same | |
US20080121925A1 (en) | Low voltage triggered silicon controlled rectifier | |
CN109979929B (en) | High-voltage electrostatic discharge clamping protection element and integrated circuit chip |