JP2008227369A

JP2008227369A - 静電破壊保護回路

Info

Publication number: JP2008227369A
Application number: JP2007066747A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shiura; 洋四浦
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】小型で静電耐量の高い静電破壊保護回路を提供すること。
【解決手段】本静電破壊保護回路は、入力端子、出力端子、入出力端子の何れかの端子であるＰＡＤ１０と電源端子Ｖｄｄ，Ｖｓｓとの間に寄生抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を介して第１のダイオード２１，２２を接続し、ＰＡＤ１０を介して印加された静電気を第１のダイオード２１，２２を介して電源端子Ｖｄｄ，Ｖｓｓへ流す１次静電破壊保護回路３１と、ＰＡＤ１０と電源端子Ｖｄｄ，Ｖｓｓとの間に更に寄生抵抗Ｒ２３，Ｒ２４を介して第２のダイオード２３，２４を接続した２次静電破壊保護回路３２とを備えて成り、２次静電破壊保護回路３２の寄生抵抗Ｒ２３，Ｒ２４が、１次静電破壊保護回路３１の寄生抵抗Ｒ２１，Ｒ２２より小さくされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の静電破壊保護回路に関し、特に静電気の流入による素子の破壊を防止する静電破壊保護回路に関する。

半導体装置は静電気による素子の破壊防止のため、素子の入力及び出力端子（以下ＰＡＤという）の内部又は外部に静電破壊保護回路を備えている。その例を図３及び図４を参照して説明する。
図３は、半導体装置内の静電破壊保護回路の構成を示す概略レイアウト図、図４は図３に示す静電破壊保護回路の等価回路である。

従来の静電破壊保護回路は、ＰＡＤ１０と正負の電源電圧ＶＤＤ，ＶＳＳにそれぞれ逆方向にダイオード１，２を接続したものである。すなわち、図４に示すように、正（＋）極性の電源端子Ｖｄｄにダイオード１のカソード端子を寄生抵抗Ｒ１を介して接続し、そのアノード端子（Ａ点）をＰＡＤ１０に接続する。更に、ダイオード１のアノード端子が連結されたＰＡＤ１０にダイオード２のカソード端子を接続し、そのアノード端子を寄生抵抗Ｒ２を介して負（−）極性の電源端子Ｖｓｓに接続する。ダイオード１は、正極性を有する静電気から内部回路１１を保護するためのものであり、ダイオード２は、負極性を有する静電気から内部回路１１を保護するためのものである。ダイオード１，２は、Ｐ導電型とＮ導電型が接合されたＰＮ接合ダイオードである。（例えば特許文献１参照。）

上記した従来の静電破壊保護回路の動作を、図４を参照して説明する。ＰＡＤ１０を通じて静電気が印加されると、正極性の静電気の場合、ノードＡ点の電位が上昇する。その印加された静電気によってＡ点の電位が、Ｖｄｄより、ダイオード１のターン−オン電圧（Ｖｏｎ）まで上昇すると、ダイオード１は導通状態となる。従って、Ａ点の電位が、Ｖｄｄ＋Ｖｏｎとなると、ダイオード１と寄生抵抗Ｒ１を通じてＶｄｄへバイパスされるので、Ａ点の電位の上昇が抑えられ、内部回路１１が静電破壊から保護される。

逆に、ＰＡＤ１０を通じて印加された静電気が負極性を有する場合は、Ａ点の電位は下降する。その印加された静電気によって、Ａ点の電位がＶｓｓより、ダイオード２のターン−オン電圧（Ｖｏｎ）まで下降すると、ダイオード２はターン−オンする。従って、Ａ点の電位が、Ｖｓｓ−Ｖｏｎ以下となると、ダイオード２と寄生抵抗Ｒ２を通じてＶｓｓへバイパスされるので、Ａ点の電位の下降が抑えられ内部回路１１が静電破壊から保護される。

また、ＰＡＤ１０からＡ点までのノードの電圧上昇（又は下降）によって、隣接ノードとの間で静電破壊が生じるため、通常、ダイオード１，２はＰＡＤ１０に隣接する場所に配置する必要がある。
特開平１０−１６３４２３号公報

しかし、従来の静電破壊保護回路においては、素子の多機能化に伴うピン数の増加等によって、ダイオードを介したＰＡＤと電源端子との距離が大きくなり、図３に示すようなレイアウトとなる。このため、ダイオード１，２と電源端子Ｖｄｄ，Ｖｓｓ間の寄生抵抗Ｒ１，Ｒ２が大きくなる傾向にある。このような静電破壊保護回路に、瞬間的に過度な静電気が印加されると、寄生抵抗Ｒ１，Ｒ２のためにダイオード１，２による電位の抑制が間に合わず、内部回路１１が破壊されることがある。

そこで、静電耐量を高めるためには、ダイオード１，２のサイズを大きくするか、ダイオード１，２と電源端子Ｖｄｄ，Ｖｓｓ間の電源ラインを太くして寄生抵抗Ｒ１，Ｒ２を小さくするか、特許文献１のように１個目のダイオードが破壊された場合にこれをフォローするために、第２、ダイオードを余分に並べておくといった構成により対応しなければならない。しかし、それらの構成を採った場合、その分、回路面積が大きくなるので結果的に静電破壊保護回路全体が大きくなるという問題がある。これは現在、素子の集積度及び小型化の趨勢から外れることになって好ましくない。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、小型で静電耐量の高い静電破壊保護回路を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１による静電破壊保護回路は、入力端子、出力端子、入出力端子の何れかの端子と電源端子との間に寄生抵抗を介して第1のダイオードを接続し、前記端子を介して印加された静電気を前記第１のダイオードを介して前記電源端子へ流す静電破壊保護回路において、前記端子と前記電源端子との間に更に寄生抵抗を介して第２のダイオードを接続し、前記第２のダイオードと前記電源端子との間の寄生抵抗が、前記第1のダイオードと前記電源端子との間の寄生抵抗より小さくされていることを特徴とする。
また、本発明の請求項２による静電破壊保護回路は、請求項１において、前記第２のダイオードは、前記第1のダイオードよりも前記電源端子に隣接していることを特徴とする。

また、本発明の請求項３による静電破壊保護回路は、請求項１または２において、前記第２のダイオードは、前記第１のダイオードよりもサイズが小さいことを特徴とする。
これらの構成によれば、入力端子、出力端子、入出力端子の何れかの端子を介して印加された静電気が正極性を有し、かつ第1のダイオードと前記電源端子Ｖｄｄとの間の寄生抵抗が大きい場合、端子と第１のダイオードのアノードとの間の電位（Ａ点の電位）が電源電圧＋ターン−オン電圧より上昇し、同端子と第２のダイオードのアノードとの間の電位（Ｂ点の電位）も同様に上昇しようとするが、第２のダイオードが第１のダイオードと同様に導通してＢ点の電位の上昇を抑える。更に、第２のダイオードと電源端子Ｖｄｄの間の寄生抵抗が、第1のダイオードと前記電源端子Ｖｄｄとの間のより小さいため、Ｂ点の電位の上昇がＡ点の電位の上昇に比べて抑えられ、これにより内部回路の静電破壊が防止される。また、端子を介して印加される静電気が負極性の場合も、上記の正極性の場合と同様に、第２のダイオードにより内部回路の静電破壊が防止される。
第２のダイオードは、第１のダイオードよりも電源端子の近くに配置されているので、第２のダイオード側の寄生抵抗が、第１のダイオード側の寄生抵抗よりも小さくなる。従って、第２のダイオードを第１のダイオードよりも小型で済ませることができる。

以上説明したように本発明によれば、小型で静電耐量の高い静電破壊保護回路を提供することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置内の静電破壊保護回路の構成を示す概略レイアウト図である。図２は図１に示す静電破壊保護回路の等価回路である。
本実施の形態の静電破壊保護回路は、図２に判り易く示すように、ＰＡＤ１０と内部回路１１との間に、電源電圧端子Ｖｄｄ，Ｖｓｓ間に並列接続関係にある１次静電破壊保護回路３１と２次静電破壊保護回路３２とを接続して構成したものである。

１次静電破壊保護回路３１は、正極性の電源端子ＶｄｄとＰＡＤ１１との間にダイオード２１を寄生抵抗Ｒ２１を介して接続し、ダイオード２１のアノード端子が連結されたＰＡＤ１０と負極性の電源端子Ｖｓｓとの間にダイオード２２を寄生抵抗Ｒ２２を介して接続構成されている。なお、ダイオード２１，２２は、第１のダイオードを構成する。
２次静電破壊保護回路３２は、ダイオード２１及び寄生抵抗Ｒ２１と並列に、すなわち、ＰＡＤ１０とＶｄｄとの間にダイオード２３を寄生抵抗Ｒ２３を介して接続すると共に、ダイオード２２及び寄生抵抗Ｒ２２と並列に、すなわちＰＡＤ１０とＶｓｓとの間にダイオード２４を寄生抵抗Ｒ２４を介して接続構成されている。なお、ダイオード２３，２４は、第２のダイオードを構成する。

更に、１次静電破壊保護回路３１と２次静電破壊保護回路３２とは、ダイオード２１のアノード端子（Ａ点）とダイオード２３のアノード端子（Ｂ点）とが寄生抵抗Ｒ２５を介して接続されることによって接続されている。
ここで、図１に示すように、ダイオード２３，２４をダイオード２１，２２よりも電源端子Ｖｄｄ，Ｖｓｓの近くに配置することにより、寄生抵抗Ｒ２３，Ｒ２４を寄生抵抗Ｒ２１，Ｒ２２よりもそれぞれ小さくしている。

このような構成の本実施の形態の静電破壊保護回路の動作を説明する。但し、ダイオード２１，２２に関しては、従来の静電破壊保護回路のダイオードと同様のため省略し、寄生抵抗Ｒ２１，２２が大きい場合のダイオード２３，２４の動作について説明する。
ＰＡＤ１０を通じて印加された静電気が正極性を有し、かつ寄生抵抗Ｒ２１が大きい場合、Ａ点の電位がＶｄｄ＋Ｖｏｎ（ターン−オン電圧）より上昇する。このとき寄生抵抗Ｒ２５を介してＢ点の電位もＶｄｄ＋Ｖｏｎより上昇しようとするが、ダイオード２３がダイオード２１と同様に導通してＢ点の電位の上昇を抑える。更に、ダイオード２３とＶｄｄの間の寄生抵抗Ｒ２３はＲ２１より小さいため、Ｂ点の電位の上昇はＡ点の電位の上昇に比べて抑えられ、これにより内部回路１１の静電破壊が防止される。

同様に、ＰＡＤ１０を通じて印加された静電気が負極性を有し、かつ寄生抵抗Ｒ２２が大きい場合も、上記の正極性の場合と同様に、ダイオード２４により内部回路１１の静電破壊が防止される。
ダイオード２３，２４は、寄生抵抗Ｒ２３，２４がＲ２１，２２よりそれぞれ小さいため、そのサイズはダイオード２１，２２よりそれぞれ小さくて済む。
従って、本実施の形態によれば、小型で静電耐量の高い静電破壊保護回路を提供することができる。

この他、上記ではダイオードにＰＮ接合ダイオードを用いたケースについて説明したが、ダイオードの一部又は全部にトランジスタを使用しても同様の効果を得る事ができる。
また、ダイオードは半導体装置の外部に設置しても良い。更に、２次静電破壊保護回路３２に並列に３次、４次、…ｎ次静電破壊保護回路を接続しても良い。
更には、ＰＡＤ１０の種類は入力、出力、入出力を問わず、何に使われるものであっても良い。また、ダイオードはＶｄｄ側のみ、Ｖｓｓ側のみ等、片側だけであっても良い。

本発明の実施の形態に係る半導体装置内の静電破壊保護回路の構成を示す概略レイアウト図である。図１に示す静電破壊保護回路の等価回路である。従来の半導体装置内の静電破壊保護回路の構成を示す概略レイアウト図である。図３に示す静電破壊保護回路の等価回路である。

符号の説明

１０ＰＡＤ
１１内部回路
１，２１ダイオード
２，２２ダイオード
２３ダイオード
２４ダイオード
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４，Ｒ２５寄生抵抗
Ｖｄｄ正極性の電源端子
Ｖｓｓ負極性の電源端子
３１１次静電破壊保護回路
３２２次静電破壊保護回路

Claims

入力端子、出力端子、入出力端子の何れかの端子と電源端子との間に寄生抵抗を介して第1のダイオードを接続し、前記端子を介して印加された静電気を前記第１のダイオードを介して前記電源端子へ流す静電破壊保護回路において、
前記端子と前記電源端子との間に更に寄生抵抗を介して第２のダイオードを接続し、前記第２のダイオードと前記電源端子との間の寄生抵抗が、前記第1のダイオードと前記電源端子との間の寄生抵抗より小さくされていることを特徴とする静電破壊保護回路。
前記第２のダイオードは、前記第1のダイオードよりも前記電源端子に隣接していることを特徴とする請求項１に記載の静電破壊保護回路。
前記第２のダイオードは、前記第１のダイオードよりもサイズが小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の静電破壊保護回路。