JP2010205871A - Electrostatic protection circuit, and semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To protect static electricity applied between terminals striding over an electrical power system by ensuring sufficient discharging ability while compressing a packaging area by combining semiconductor layers with one another in a semiconductor device including a plurality of electrical power systems. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes: a first diode portion having a first P-type semiconductor layer, a second N-type semiconductor layer disposed within the first semiconductor layer, and a third N-type semiconductor layer surrounding the first semiconductor layer; and a second diode portion having a fourth P-type semiconductor layer, a fifth N-type semiconductor layer disposed within the fourth semiconductor layer, and a sixth N-type semiconductor layer surrounding the fourth semiconductor layer. In connection among the semiconductor layers, the first and fifth semiconductor layers are connected with a first reference voltage, the second and fourth semiconductor layers are connected with a second reference voltage, the third semiconductor layer is connected with a second supply voltage, and the sixth semiconductor layer is connected with a first supply voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、静電気保護回路および半導体装置に関するものである。   The present invention relates to an electrostatic protection circuit and a semiconductor device.

特許文献1に開示されている半導体装置では、複数の電源系の間で生じる静電破壊を防止することを目的として、クランプ回路[1]〜[3]を備えている。クランプ回路[1]は、電源電圧Vdd1と基準電圧Vss2の間をクランプする。クランプ回路[2]は、電源電圧Vdd2と基準電圧Vss1の間をクランプする。クランプ回路[3]は、基準電圧Vss1と基準電圧Vss2の間をクランプする。クランプ回路[1]〜[3]は、例えば、ダイオード等で構成される。   The semiconductor device disclosed in Patent Document 1 includes clamp circuits [1] to [3] for the purpose of preventing electrostatic breakdown that occurs between a plurality of power supply systems. The clamp circuit [1] clamps between the power supply voltage Vdd1 and the reference voltage Vss2. The clamp circuit [2] clamps between the power supply voltage Vdd2 and the reference voltage Vss1. The clamp circuit [3] clamps between the reference voltage Vss1 and the reference voltage Vss2. The clamp circuits [1] to [3] are configured with, for example, diodes.

また、その他の関連文献として、特許文献2が開示される。   Further, Patent Document 2 is disclosed as another related document.

特開2006−100606号公報JP 2006-100606 A 特開2004−146440号公報JP 2004-146440 A

しかしながら、従来技術には、静電破壊保護用のクランプ回路をダイオードで構成する場合、当該ダイオードのデバイス構造については、何ら開示・示唆がされていない。   However, in the related art, when a clamp circuit for protecting against electrostatic breakdown is formed of a diode, there is no disclosure or suggestion about the device structure of the diode.

静電保護回路は、端子に印加される静電気を短時間で効率よく放電する必要がある。そのため、放電電流経路の放電能力が重要である。電流経路の放電能力が不十分である場合、静電気が印加され発生した電圧が被保護回路の耐圧を上回ってしまうおそれがあるからである。印加電圧が被保護回路の耐圧を上回れば、半導体装置の内部に絶縁破壊や耐圧特性の劣化といった回復不可能なダメージを与えてしまうおそれがある。   The electrostatic protection circuit needs to efficiently discharge static electricity applied to the terminals in a short time. Therefore, the discharge capability of the discharge current path is important. This is because when the discharge capability of the current path is insufficient, the voltage generated by applying static electricity may exceed the withstand voltage of the protected circuit. If the applied voltage exceeds the withstand voltage of the protected circuit, there is a risk of causing irreparable damage such as dielectric breakdown or deterioration of the withstand voltage characteristics inside the semiconductor device.

こうしたダメージが防止され十分な静電気保護機能が実現されるために、静電気保護回路を構成するダイオードは、放電経路の放電能力が十分に確保されたデバイス構造である必要がある。   In order to prevent such damage and realize a sufficient electrostatic protection function, the diode constituting the electrostatic protection circuit needs to have a device structure in which the discharge capability of the discharge path is sufficiently ensured.

ダイオードのデバイス構造について開示・示唆がない背景技術では、静電気保護回路に構成して好適なダイオードを備えることができない。   In the background art that does not disclose or suggest the device structure of the diode, it is impossible to provide a suitable diode configured in an electrostatic protection circuit.

本願に開示した静電気保護回路は、第1の電源電圧および第1の基準電圧を備える第1の電源系統と、第2の電源電圧および第2の基準電圧を備える第2の電源系統とを含む半導体装置に搭載されるものであり、該静電気保護回路は、P型の第1の半導体層と、第1の半導体層内に配置されるN型の第2の半導体層と、第1の半導体層を囲むN型の第3の半導体層とを備える第1のダイオード部と、P型の第4の半導体層と、第4の半導体層内に配置されるN型の第5の半導体層と、第4の半導体層を囲むN型の第6の半導体層とを備える第2のダイオード部とを備えている。半導体層間の接続は、第1の半導体層および第5の半導体層は、第1の基準電圧に接続され、第2の半導体層および第4の半導体層は、第2の基準電圧に接続され、第3の半導体層は、第2の電源電圧に接続され、第6の半導体層は、第1の電源電圧に接続されている。   The electrostatic protection circuit disclosed in the present application includes a first power supply system including a first power supply voltage and a first reference voltage, and a second power supply system including a second power supply voltage and a second reference voltage. The electrostatic protection circuit is mounted on a semiconductor device, and includes a P-type first semiconductor layer, an N-type second semiconductor layer disposed in the first semiconductor layer, and a first semiconductor. A first diode portion comprising an N-type third semiconductor layer surrounding the layer, a P-type fourth semiconductor layer, an N-type fifth semiconductor layer disposed in the fourth semiconductor layer, And a second diode portion including an N-type sixth semiconductor layer surrounding the fourth semiconductor layer. As for the connection between the semiconductor layers, the first semiconductor layer and the fifth semiconductor layer are connected to the first reference voltage, the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are connected to the second reference voltage, The third semiconductor layer is connected to the second power supply voltage, and the sixth semiconductor layer is connected to the first power supply voltage.

本願に開示の静電気保護回路によれば、静電気保護回路を構成するダイオードを、放電能力を確保しながら実装面積を圧縮して配置することができる。   According to the electrostatic protection circuit disclosed in the present application, the diode constituting the electrostatic protection circuit can be disposed with the mounting area compressed while securing the discharge capability.

実施形態の静電気保護回路を含む半導体装置の構成例である。1 is a configuration example of a semiconductor device including an electrostatic protection circuit of an embodiment. 実施形態の静電気保護回路の断面構造である。It is a cross-sectional structure of the electrostatic protection circuit of the embodiment. 静電気保護回路を構成する第1および第2のダイオード部の平面図である。It is a top view of the 1st and 2nd diode part which comprises an electrostatic protection circuit. 静電気保護回路を構成する第1および第2のダイオード部の平面図(第1の変形例)である。It is a top view (1st modification) of the 1st and 2nd diode part which comprises an electrostatic protection circuit. 実施形態の静電気保護回路の断面構造(第2の変形例)である。It is sectional structure (2nd modification) of the electrostatic protection circuit of embodiment.

図1は、第1の電源系統1と第2の電源系統2を有する半導体装置の構成例である。第1の電源系統1と第2の電源系統2とは、各々、電源電圧と基準電圧とを個別に備えている。すなわち、第1の電源系統1では、第1の電源電圧VDD1と第1の基準電圧VSS1とで構成され、第2の電源系統2では、第2の電源電圧VDD2と第2の基準電圧VSS2とで構成されている。   FIG. 1 is a configuration example of a semiconductor device having a first power supply system 1 and a second power supply system 2. Each of the first power supply system 1 and the second power supply system 2 includes a power supply voltage and a reference voltage individually. That is, the first power supply system 1 includes the first power supply voltage VDD1 and the first reference voltage VSS1, and the second power supply system 2 includes the second power supply voltage VDD2 and the second reference voltage VSS2. It consists of

図1に示す複数の電源系統1、2を備える半導体装置に対する静電気保護については、各電源系統1、2に属する端子間で保護回路を備えると共に、電源系統を跨ぐ端子間での静電気保護回路3が必要である。   As for electrostatic protection for a semiconductor device including a plurality of power supply systems 1 and 2 shown in FIG. 1, a protection circuit is provided between terminals belonging to each of the power supply systems 1 and 2, and an electrostatic protection circuit 3 is provided between terminals straddling the power supply system. is required.

静電気保護回路3は、電源系統1、2を跨ぐ端子間の各組み合わせに対して4種類のダイオード素子を備えて構成されている。   The electrostatic protection circuit 3 includes four types of diode elements for each combination between terminals across the power supply systems 1 and 2.

第1の電源系統1の第1の基準電圧VSS1と、第2の電源系統2の第2の基準電圧VSS2との間には、ダイオード素子D11とダイオード素子D21とが互いに反対方向に接続されている。これにより、第1の基準電圧VSS1と第2の基準電圧VSS2との間に印加される静電気の放電経路が確保される。   The diode element D11 and the diode element D21 are connected in opposite directions between the first reference voltage VSS1 of the first power supply system 1 and the second reference voltage VSS2 of the second power supply system 2. Yes. Thereby, a discharge path of static electricity applied between the first reference voltage VSS1 and the second reference voltage VSS2 is ensured.

また、第1の電源系統1の第1の基準電圧VSS1と、第2の電源系統2の第2の電源電圧VDD2との間には、第1の基準電圧VSS1をアノード端子とし第2の電源電圧VDD2をカソード端子とするダイオード素子D12が接続されている。これにより、第2の電源電圧VDD2に対して第1の基準電圧VSS1に印加される正の電圧の静電気の放電経路が確保される。尚、第2の電源電圧VDD2に対して第1の基準電圧VSS1に印加される負の電圧の静電気については、第2の電源電圧VDD2から不図示の静電保護回路を介して第2の基準電圧VSS2に抜け、第2の基準電圧VSS2からダイオード素子D21を介する放電経路が確保される。   In addition, between the first reference voltage VSS1 of the first power supply system 1 and the second power supply voltage VDD2 of the second power supply system 2, the first reference voltage VSS1 is used as an anode terminal and the second power supply A diode element D12 having the voltage VDD2 as a cathode terminal is connected. As a result, a positive voltage electrostatic discharge path applied to the first reference voltage VSS1 with respect to the second power supply voltage VDD2 is secured. In addition, regarding the negative static electricity applied to the first reference voltage VSS1 with respect to the second power supply voltage VDD2, the second reference is supplied from the second power supply voltage VDD2 via an electrostatic protection circuit (not shown). The voltage VSS2 is discharged, and a discharge path from the second reference voltage VSS2 through the diode element D21 is secured.

また、第2の電源系統2の第2の基準電圧VSS2と第1の電源系統1の第1の電源電圧VDD1との間には、第2の基準電圧VSS2をアノード端子とし第1の電源電圧VDD1をカソード端子とするダイオード素子D22が接続されている。これにより、第1の電源電圧VDD1に対して第2の基準電圧VSS2に印加される正の電圧の静電気の放電経路が確保される。尚、第1の電源電圧VDD1に対して第2の基準電圧VSS2に印加される負の電圧の静電気については、第1の電源電圧VDD1から不図示の静電保護回路を介して第1の基準電圧VSS1に抜け、第1の基準電圧VSS1からダイオード素子D11を介する放電経路が確保される。   In addition, between the second reference voltage VSS2 of the second power supply system 2 and the first power supply voltage VDD1 of the first power supply system 1, the second reference voltage VSS2 is used as an anode terminal and the first power supply voltage is set. A diode element D22 having VDD1 as a cathode terminal is connected. As a result, an electrostatic discharge path of positive voltage applied to the second reference voltage VSS2 with respect to the first power supply voltage VDD1 is secured. Regarding the negative static electricity applied to the second reference voltage VSS2 with respect to the first power supply voltage VDD1, the first reference is supplied from the first power supply voltage VDD1 via an electrostatic protection circuit (not shown). The voltage VSS1 is discharged, and a discharge path from the first reference voltage VSS1 through the diode element D11 is secured.

静電気保護回路3により、第1の電源系統1に備えられる第1の電源電圧VDD1および第1の基準電圧VSS1と、第2の電源系統2に備えられる第2の電源電圧VDD2および第2の基準電圧VSS2との間の如何なる組み合わせに対しても静電気の印加に対する放電経路が確保される。2つの電源系統を備える半導体装置において、電源系統を跨ぐ端子間に印加される静電気に対して放電経路が確保される。   By the electrostatic protection circuit 3, the first power supply voltage VDD1 and the first reference voltage VSS1 provided in the first power supply system 1, and the second power supply voltage VDD2 and the second reference provided in the second power supply system 2 are provided. For any combination with voltage VSS2, a discharge path for the application of static electricity is ensured. In a semiconductor device including two power supply systems, a discharge path is secured against static electricity applied between terminals straddling the power supply system.

図2には、静電気保護回路3を実現する半導体装置内でのデバイス構造の構成例を示す。図2に示すデバイス構造は、P型基板上に形成されることが好都合である。P型基板上に形成することにより静電保護回路3を面積効率よく配置することができるからである。   FIG. 2 shows a configuration example of a device structure in a semiconductor device that realizes the electrostatic protection circuit 3. The device structure shown in FIG. 2 is conveniently formed on a P-type substrate. This is because the electrostatic protection circuit 3 can be arranged with high area efficiency by being formed on the P-type substrate.

4種類のダイオード素子D11、D12、D21、D22は、アノード端子の接続先ごとに2つのダイオード部に分離して構成される。第1のダイオード部D1にはダイオード素子D11、D12を備える。第2のダイオード部D2にはダイオード素子D21、D22を備える。P型基板上に第1、第2のダイオード部D1、D2を構成するためには、P型基板から電気的に絶縁された領域を形成しその領域内にダイオード素子を配置する必要がある。この内部領域をP型基板から絶縁するのはN型半導体層である。図2に示すNウェル領域14、15、24、25がこれに対応する。Nウェル領域14、15、24、25を、P型基板からダイオード素子D11、D12、D21、D22が配置される内部領域を絶縁するN型半導体層であると共に、ダイオード素子D12、D22のカソード端子とするN型半導体層として兼用することができる。   The four types of diode elements D11, D12, D21, and D22 are configured to be separated into two diode portions for each connection destination of the anode terminal. The first diode portion D1 includes diode elements D11 and D12. The second diode portion D2 includes diode elements D21 and D22. In order to configure the first and second diode portions D1 and D2 on the P-type substrate, it is necessary to form a region electrically insulated from the P-type substrate and to dispose the diode element in the region. It is the N-type semiconductor layer that insulates this internal region from the P-type substrate. N well regions 14, 15, 24 and 25 shown in FIG. 2 correspond to this. The N well regions 14, 15, 24, and 25 are N type semiconductor layers that insulate the internal regions where the diode elements D11, D12, D21, and D22 are disposed from the P type substrate, and the cathode terminals of the diode elements D12 and D22. It can also be used as an N-type semiconductor layer.

第1のダイオード部D1と第2のダイオード部D2とは、同じデバイス構造を有している。概略次の手順で形成する。先ず、P型基板上にディープNウェル領域14(24)を形成する。次に、下端がディープNウェル領域14(24)と重なると共に、ディープNウェル領域14(24)の直上領域を周辺のP型基板領域と電気的に絶縁するNウェル領域15(25)を形成する。合わせて、ディープNウェル領域14(24)とNウェル領域15(25)で囲まれた内部領域にPウェル領域11(21)を形成する。Pウェル領域11(21)の内部には、P型拡散領域12(22)と、N型拡散領域13(23)とを形成する。ここで、P型拡散領域12(22)は、N型拡散領域13(23)を挟んで形成される。また、Nウェル領域15(25)には、N型拡散領域16(26)が形成される。ここで、P型拡散領域12(22)、N型拡散領域13(23)、16(26)は、金属配線層とのオーミック接続をとるために配置される。   The first diode part D1 and the second diode part D2 have the same device structure. The general procedure is as follows. First, a deep N well region 14 (24) is formed on a P-type substrate. Next, an N well region 15 (25) is formed which overlaps with the deep N well region 14 (24) at the lower end and electrically insulates the region directly above the deep N well region 14 (24) from the surrounding P-type substrate region. To do. In addition, a P well region 11 (21) is formed in an inner region surrounded by the deep N well region 14 (24) and the N well region 15 (25). A P-type diffusion region 12 (22) and an N-type diffusion region 13 (23) are formed inside the P well region 11 (21). Here, the P-type diffusion region 12 (22) is formed with the N-type diffusion region 13 (23) interposed therebetween. An N-type diffusion region 16 (26) is formed in the N well region 15 (25). Here, the P-type diffusion region 12 (22), the N-type diffusion regions 13 (23), and 16 (26) are arranged for ohmic connection with the metal wiring layer.

P型拡散領域12とN型拡散領域23とは、第1の基準電圧VSS1に接続される。N型拡散領域13とP型拡散領域22とは、第2の基準電圧VSS2に接続される。また、N型拡散領域16は、第2の電源電圧VDD2に接続される。N型拡散領域26は、第1の電源電圧VDD1に接続される。   The P-type diffusion region 12 and the N-type diffusion region 23 are connected to the first reference voltage VSS1. The N-type diffusion region 13 and the P-type diffusion region 22 are connected to the second reference voltage VSS2. The N-type diffusion region 16 is connected to the second power supply voltage VDD2. The N-type diffusion region 26 is connected to the first power supply voltage VDD1.

これにより、P型拡散領域12をアノード端子としN型拡散領域13をカソード端子とするダイオード素子D11が、第1の基準電圧VSS1をアノード端子とし第2の基準電圧VSS2をカソード端子として接続される。また、P型拡散領域22をアノード端子としN型拡散領域23をカソード端子とするダイオード素子D21が、第2の基準電圧VSS2をアノード端子とし第1の基準電圧VSS1をカソード端子として接続される。   Accordingly, the diode element D11 having the P-type diffusion region 12 as an anode terminal and the N-type diffusion region 13 as a cathode terminal is connected to the first reference voltage VSS1 as an anode terminal and the second reference voltage VSS2 as a cathode terminal. . The diode element D21 having the P-type diffusion region 22 as an anode terminal and the N-type diffusion region 23 as a cathode terminal is connected to the second reference voltage VSS2 as an anode terminal and the first reference voltage VSS1 as a cathode terminal.

また、P型拡散領域12をアノード端子としNウェル領域15およびN型拡散領域16をカソード端子とするダイオード素子D12が、第1の基準電圧VSS1をアノード端子とし第2の電源電圧VDD2をカソード端子として接続される。また、P型拡散領域22をアノード端子としNウェル領域25およびN型拡散領域26をカソード端子とするダイオード素子D22が、第2の基準電圧VSS2をアノード端子とし第1の電源電圧VDD1をカソード端子として接続される。   In addition, the diode element D12 having the P-type diffusion region 12 as an anode terminal and the N-well region 15 and the N-type diffusion region 16 as a cathode terminal, the first reference voltage VSS1 as an anode terminal, and the second power supply voltage VDD2 as a cathode terminal. Connected as Further, the diode element D22 having the P-type diffusion region 22 as an anode terminal and the N-well region 25 and the N-type diffusion region 26 as a cathode terminal, the second reference voltage VSS2 as an anode terminal, and the first power supply voltage VDD1 as a cathode terminal. Connected as

第1のダイオード部D1にはダイオード素子D11、D12が備えられ、第2のダイオード部D2にはダイオード素子D21、D22が備えられる。   The first diode part D1 is provided with diode elements D11 and D12, and the second diode part D2 is provided with diode elements D21 and D22.

図3は、第1、第2のダイオード部D1、D2の平面図である。N型拡散領域13(23)を囲んでP型拡散領域12(22)が配置されている。ここで、N型拡散領域13(23)およびP型拡散領域12(22)はPウェル領域11(21)内に配置されている。P型拡散領域12(22)の外周には、P型拡散領域12(22)を囲むようにNウェル領域15(25)およびN型拡散領域16(26)が配置されている。   FIG. 3 is a plan view of the first and second diode portions D1 and D2. A P-type diffusion region 12 (22) is disposed surrounding the N-type diffusion region 13 (23). Here, the N type diffusion region 13 (23) and the P type diffusion region 12 (22) are arranged in the P well region 11 (21). An N well region 15 (25) and an N type diffusion region 16 (26) are arranged on the outer periphery of the P type diffusion region 12 (22) so as to surround the P type diffusion region 12 (22).

これらの半導体層のうち、N型拡散領域13(23)、P型拡散領域12(22)、およびN型拡散領域16(26)には、金属配線層とのオーミック接続をするためのコンタクト層Cが備えられている。コンタクト層Cを介して、不図示の金属配線層とN型拡散領域13(23)、P型拡散領域12(22)、およびN型拡散領域16(26)とがオーミック接続される。   Of these semiconductor layers, the N-type diffusion region 13 (23), the P-type diffusion region 12 (22), and the N-type diffusion region 16 (26) have contact layers for ohmic connection with the metal wiring layer. C is provided. Via the contact layer C, an unillustrated metal wiring layer and the N-type diffusion region 13 (23), the P-type diffusion region 12 (22), and the N-type diffusion region 16 (26) are ohmically connected.

図3の平面図では、P型拡散領域12(21)がPウェル領域11(21)の中に配置されているので、ダイオード素子D11(D21)を構成するPN接合は、Pウェル領域11(21)に接触しているN型拡散領域13(23)の全体に存在するものではある。ダイオード素子D12(D22)についても同様である。静電保護回路3を構成するダイオード素子D11(D12)、D12(D22)においては、静電気を迅速に放電するために素子を流れる許容電流能力が確保されなければならない。ここで、素子を流れる電流は、電流を流す場合の抵抗値が小さい経路に集中して流れる。   In the plan view of FIG. 3, since the P-type diffusion region 12 (21) is disposed in the P well region 11 (21), the PN junction constituting the diode element D11 (D21) is connected to the P well region 11 ( It exists in the whole of the N-type diffusion region 13 (23) in contact with 21). The same applies to the diode element D12 (D22). In the diode elements D11 (D12) and D12 (D22) constituting the electrostatic protection circuit 3, an allowable current capability of flowing through the elements must be ensured in order to quickly discharge static electricity. Here, the current flowing through the element flows in a concentrated manner in a path having a small resistance value when the current flows.

ダイオード素子D11(D12)については、P型拡散領域12(22)のコンタクト層CとN型拡散領域13(23)のコンタクト層Cとが、領域L1において互いに対向した状態で近接配置されている。領域L1において抵抗値が小さくなっており、領域L1において主な電流経路が形成される。静電気の際の放電電流は、領域L1を中心に流れる。   In the diode element D11 (D12), the contact layer C of the P-type diffusion region 12 (22) and the contact layer C of the N-type diffusion region 13 (23) are arranged close to each other in the region L1. . The resistance value is small in the region L1, and a main current path is formed in the region L1. The discharge current during static electricity flows around the region L1.

同様に、ダイオード素子D12(D22)については、P型拡散領域12(22)のコンタクト層CとN型拡散領域16(26)のコンタクト層Cとが、領域L2において互いに対向した状態で近接配置されている。領域L2において抵抗値が小さくなっており、領域L2において主な電流経路が形成される。静電気の際の放電電流は、領域L2を中心に流れる。   Similarly, in the diode element D12 (D22), the contact layer C of the P-type diffusion region 12 (22) and the contact layer C of the N-type diffusion region 16 (26) are arranged close to each other in the region L2. Has been. The resistance value is small in the region L2, and a main current path is formed in the region L2. The discharge current during static electricity flows around the region L2.

ここで、領域L1とL2とは、P型拡散領域12(22)のコンタクト層Cを共通にしているので、両領域L1、L2の長さは略同じである。ダイオード素子D11(D21)とダイオード素子D12(D22)とで、略同じ許容電流能力を有している。静電気に対して同等の放電能力を確保することができる。   Here, since the regions L1 and L2 share the contact layer C of the P-type diffusion region 12 (22), the lengths of both the regions L1 and L2 are substantially the same. The diode element D11 (D21) and the diode element D12 (D22) have substantially the same allowable current capability. Equivalent discharge capacity against static electricity can be ensured.

図4では、第1の変形例としてダイオード素子の平面形状が図3とは異なっている。N型拡散領域13(23)の形状は図3と同じとしながら、その他の半導体層について、左右方向それぞれにΔLだけ伸長した形状である。更に、伸長したP型拡散領域12a(22a)およびN型拡散領域16a(26a)において、伸長された領域(ΔL)にコンタクト層Cを配置した形状である。   In FIG. 4, as a first modification, the planar shape of the diode element is different from that in FIG. The shape of the N-type diffusion region 13 (23) is the same as that in FIG. 3, but the other semiconductor layers are extended by ΔL in the left-right direction. Further, in the extended P-type diffusion region 12a (22a) and the N-type diffusion region 16a (26a), the contact layer C is disposed in the extended region (ΔL).

これにより、ダイオード素子D11(D21)については、P型拡散領域12a(22a)のコンタクト層CとN型拡散領域13(23)のコンタクト層Cとの対向領域L1は、N型拡散領域13(23)のコンタクト層Cに制限されて、図3の場合と同等の対向長となる。   Thus, for the diode element D11 (D21), the opposing region L1 between the contact layer C of the P-type diffusion region 12a (22a) and the contact layer C of the N-type diffusion region 13 (23) is the N-type diffusion region 13 ( 23) is limited to the contact layer C and has the same opposing length as in FIG.

これに対して、ダイオード素子D12(D22)については、P型拡散領域12a(22a)のコンタクト層CとN型拡散領域13(23)のコンタクト層Cとの対向領域L2aは、共に伸長された領域(ΔL)に新たにコンタクト層Cを配置しているので、領域L2aの対向長は、図3の場合に比して(2・ΔL)だけ長い対向長を有している。   On the other hand, in the diode element D12 (D22), the opposing region L2a between the contact layer C of the P-type diffusion region 12a (22a) and the contact layer C of the N-type diffusion region 13 (23) is extended. Since the contact layer C is newly arranged in the region (ΔL), the facing length of the region L2a is longer by (2 · ΔL) than in the case of FIG.

静電保護回路3を構成するダイオード素子D11(D12)、D12(D22)において、静電気を迅速に放電するためには、電流経路の抵抗値が小さいコンタクト層Cの対向領域が重要な領域であることは前述した。これに加えて、ダイオード素子D11(D12)、D12(D22)を構成するP型半導体層または/およびN型半導体層の不純物濃度が影響する場合も考えられる。一般的に、ダイオード素子においては、PN接合を構成する不純物濃度が濃くなるにつれて、順方向バイアスに対して急峻に立ち上がる電流特性を示す性質が知られている。   In the diode elements D11 (D12) and D12 (D22) constituting the electrostatic protection circuit 3, the opposing region of the contact layer C having a small resistance value of the current path is an important region in order to quickly discharge static electricity. That was mentioned above. In addition to this, the impurity concentration of the P-type semiconductor layer and / or the N-type semiconductor layer constituting the diode elements D11 (D12) and D12 (D22) may be affected. In general, a diode element is known to have a property of showing a current characteristic that rises sharply with respect to a forward bias as the concentration of impurities constituting the PN junction increases.

図4において、ダイオード素子D11(D12)、D12(D22)は、P型拡散領域12a(22a)およびPウェル領域11(21)は両ダイオード素子で共通である。これに対してN型拡散領域が異なっている。ダイオード素子D11(D12)ではN型拡散領域13(23)であり、ダイオード素子D12(D22)ではN型ウェル領域15(25)およびN型拡散領域16(26)である。この場合、直接に接触してPN接合を形成している半導体層に注目すると、P型半導体層はPウェル領域11(21)で共通である。一方、N型半導体層は、ダイオード素子D11(D12)ではN型拡散領域13(23)であり、ダイオード素子D12(D22)ではN型ウェル領域15(25)である。N型拡散領域13(23)の不純物濃度とN型ウェル領域15(25)の不純物濃度とを比較すると、後者の方が低濃度であることが考えられる。この濃度差がダイオード素子間の許容電流能力の差異として有意な濃度差である場合、ダイオード素子D11(D12)に比してダイオード素子D12(D22)の放電能力が小さい場合が考えられる。   In FIG. 4, diode elements D11 (D12) and D12 (D22) have a P-type diffusion region 12a (22a) and a P well region 11 (21) common to both diode elements. On the other hand, the N-type diffusion region is different. The diode element D11 (D12) is an N-type diffusion region 13 (23), and the diode element D12 (D22) is an N-type well region 15 (25) and an N-type diffusion region 16 (26). In this case, when attention is paid to a semiconductor layer that is in direct contact and forms a PN junction, the P-type semiconductor layer is common to the P well region 11 (21). On the other hand, the N-type semiconductor layer is the N-type diffusion region 13 (23) in the diode element D11 (D12), and the N-type well region 15 (25) in the diode element D12 (D22). Comparing the impurity concentration of the N-type diffusion region 13 (23) with the impurity concentration of the N-type well region 15 (25), the latter is considered to have a lower concentration. When this density difference is a significant density difference as a difference in the allowable current capability between the diode elements, it can be considered that the discharge capability of the diode element D12 (D22) is smaller than that of the diode element D11 (D12).

図4に示す第1の変形例では、デバイス構造に起因したダイオード素子間の許容電流能力の差異を解消するための構成例を示すものである。すなわち、単位対向長当たりの許容電流能力の差異を相殺するために、対向長に差異を設ける。すなわち、N型拡散領域13(23)を除く半導体層について、左右方向にΔLだけ伸長した形状を備え、伸長した領域(2・ΔL)にコンタクト層Cを備えることにより、ダイオード素子D11(D12)の対向領域L1に比してダイオード素子D12(D22)の対向領域L2を対向長にして(2・ΔL)長くする。これにより、ダイオード素子D12(D22)の許容電流能力の増大を図り、ダイオード素子D11(D12)の放電能力とのバランスを図るものである。   The first modification shown in FIG. 4 shows a configuration example for eliminating the difference in allowable current capability between diode elements due to the device structure. That is, in order to offset the difference in allowable current capacity per unit facing length, a difference is provided in the facing length. That is, the semiconductor layer excluding the N-type diffusion region 13 (23) has a shape extended by ΔL in the left-right direction, and a contact layer C is provided in the extended region (2 · ΔL), whereby the diode element D11 (D12). The opposing region L2 of the diode element D12 (D22) is made to be the opposing length (2 · ΔL) longer than the opposing region L1. As a result, the allowable current capability of the diode element D12 (D22) is increased and the discharge capability of the diode element D11 (D12) is balanced.

不純物濃度に応じて伸長させる対向長を伸縮することにより、ダイオード素子間の放電電流能力のバランスを図ることができる。   By expanding and contracting the opposing length to be extended according to the impurity concentration, it is possible to balance the discharge current capability between the diode elements.

図5に示す第2の変形例では、第1のダイオード部D1と第2のダイオード部D2との間に、Pウェル領域31およびその中にP型拡散領域32を備えている。また、P型拡散領域32は第3の基準電圧VSS3にバイアスされている。これにより、第1のダイオード部D1と第2のダイオード部D2との間を確実に絶縁することができる。静電気の印加に伴う放電時にノイズの混入を抑制することができる。ノイズの混入が抑制されることによりノイズに敏感な回路の不測のご動作を防止することができる。   In the second modification shown in FIG. 5, a P well region 31 and a P type diffusion region 32 are provided between the first diode portion D1 and the second diode portion D2. The P-type diffusion region 32 is biased to the third reference voltage VSS3. Thereby, between the 1st diode part D1 and the 2nd diode part D2 can be insulated reliably. It is possible to suppress noise from being mixed during discharge due to application of static electricity. By suppressing the mixing of noise, unexpected operation of a circuit sensitive to noise can be prevented.

ここで、第1のダイオード部D1において、P型拡散領域11、12は、P型の第1の半導体層の一例である。N型拡散領域13は、N型の第2の半導体層の一例である。ディープNウェル領域14、Nウェル領域15、およびN型拡散領域16は、N型の第3の半導体層の一例である。   Here, in the first diode portion D1, the P-type diffusion regions 11 and 12 are an example of a P-type first semiconductor layer. The N-type diffusion region 13 is an example of an N-type second semiconductor layer. The deep N well region 14, the N well region 15, and the N type diffusion region 16 are an example of an N type third semiconductor layer.

また、第2のダイオード部D2において、P型拡散領域21、22は、P型の第4の半導体層の一例である。N型拡散領域23は、N型の第5の半導体層の一例である。ディープNウェル領域24、Nウェル領域25、およびN型拡散領域26は、N型の第6の半導体層の一例である。   In the second diode portion D2, the P-type diffusion regions 21 and 22 are an example of a P-type fourth semiconductor layer. The N-type diffusion region 23 is an example of an N-type fifth semiconductor layer. The deep N well region 24, the N well region 25, and the N type diffusion region 26 are an example of an N type sixth semiconductor layer.

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、第1のダイオード部D1および第2のダイオード部D2は、各々2種類のダイオード素子D11、D12、およびD21、D22を備えている。このうち2つのダイオード素子D11、D21は、第1の電源系統1にある第1の基準電圧VSS1と第2の電源系統2にある第2の基準電圧VSS2とを各々の方向に接続する。残りの2つのダイオード素子D12、D22は、第1の基準電圧VSS1から第2の電源電圧VDD2に向かう方向と第2の基準電圧VSS2から第1の電源電圧VDD1に向かう方向との各々に接続される。この場合、N型拡散領域13、23はPウェル領域11、21およびP型拡散領域12、22に囲まれて配置される。   As described above in detail, according to the present embodiment, the first diode part D1 and the second diode part D2 each include two types of diode elements D11 and D12, and D21 and D22. Of these, the two diode elements D11 and D21 connect the first reference voltage VSS1 in the first power supply system 1 and the second reference voltage VSS2 in the second power supply system 2 in the respective directions. The remaining two diode elements D12 and D22 are connected to each of a direction from the first reference voltage VSS1 to the second power supply voltage VDD2 and a direction from the second reference voltage VSS2 to the first power supply voltage VDD1. The In this case, the N type diffusion regions 13 and 23 are disposed so as to be surrounded by the P well regions 11 and 21 and the P type diffusion regions 12 and 22.

また、Pウェル領域11、21およびP型拡散領域12、22はディープNウェル領域14、24、Nウェル領域15、25、およびN型拡散領域16、26に囲まれて配置される。   The P well regions 11 and 21 and the P type diffusion regions 12 and 22 are disposed so as to be surrounded by the deep N well regions 14 and 24, the N well regions 15 and 25, and the N type diffusion regions 16 and 26.

更に、半導体装置としてP型基板を使用する際、P型基板からダイオード素子D11、D12、D21、D22が配置される内部領域を絶縁するN型半導体層であるディープNウェル領域14、24、Nウェル領域15、25、およびN型拡散領域16、26を、ダイオード素子D12、D22のカソード端子としても兼用することができる。   Further, when a P-type substrate is used as a semiconductor device, deep N well regions 14, 24, N, which are N-type semiconductor layers that insulate internal regions where the diode elements D11, D12, D21, D22 are disposed from the P-type substrate. The well regions 15 and 25 and the N-type diffusion regions 16 and 26 can also be used as cathode terminals of the diode elements D12 and D22.

第1のダイオード部D1および第2のダイオード部D2において、各々2種類のダイオード素子D11、D12、およびD21、D22は、配置関係が包含関係にある半導体層を利用してコンパクトに配置されている。第1の電源系統1および第2の電源系統2の2つの電源系統を備える半導体装置において、静電保護回路3を、十分な放電能力を確保しながら実装面積を圧縮して配置することができる。   In the first diode part D1 and the second diode part D2, each of the two types of diode elements D11, D12, and D21, D22 is arranged in a compact manner using a semiconductor layer in which the arrangement relation is inclusive. . In a semiconductor device provided with two power supply systems of the first power supply system 1 and the second power supply system 2, the electrostatic protection circuit 3 can be disposed with a reduced mounting area while ensuring sufficient discharge capability. .

また、図3の平面図に示すように、静電保護回路3を構成するダイオード素子D11(D12)、D12(D22)の放電能力は、素子を流れる電流の経路の抵抗値が小さいことが重要である。これに鑑み、ダイオード素子D11(D12)について、P型拡散領域12(22)のコンタクト層CとN型拡散領域13(23)のコンタクト層Cとが、領域L1において互いに対向した状態で近接配置されている。これにより、領域L1において抵抗値が小さくなり主な電流経路が形成される。静電気の際の放電電流は、領域L1を中心に流れる。同様に、ダイオード素子D12(D22)については、領域L2においてコンタクト層Cが互いに対向した状態で近接配置されている。領域L2において抵抗値が小さくなり主な電流経路が形成される。静電気の際の放電電流は、領域L1を中心に流れる。   Further, as shown in the plan view of FIG. 3, it is important that the discharge capacity of the diode elements D11 (D12) and D12 (D22) constituting the electrostatic protection circuit 3 is small in the resistance value of the current path flowing through the elements. It is. In view of this, in the diode element D11 (D12), the contact layer C of the P-type diffusion region 12 (22) and the contact layer C of the N-type diffusion region 13 (23) are arranged close to each other in the region L1. Has been. As a result, the resistance value is reduced in the region L1, and a main current path is formed. The discharge current during static electricity flows around the region L1. Similarly, the diode elements D12 (D22) are arranged close to each other with the contact layers C facing each other in the region L2. In the region L2, the resistance value becomes small and a main current path is formed. The discharge current during static electricity flows around the region L1.

また、別の観点から、静電保護回路3を構成するダイオード素子D11(D12)、D12(D22)の許容電流能力は、PN接合を形成する半導体層の不純物濃度が影響する場合がある。このことに鑑み図4の平面図に示すように、不純物濃度に応じてコンタクト層が対向する対向長を調整することで、ダイオード素子間の放電能力のバランスを図ることができる。   From another viewpoint, the allowable current capability of the diode elements D11 (D12) and D12 (D22) constituting the electrostatic protection circuit 3 may be influenced by the impurity concentration of the semiconductor layer forming the PN junction. In view of this, as shown in the plan view of FIG. 4, the discharge capacity between the diode elements can be balanced by adjusting the facing length in which the contact layers face each other according to the impurity concentration.

なお、上述の実施形態によれば、第1のダイオード部および第2のダイオード部は、各々2種類のダイオードを備えており、第1のダイオード部と第2のダイオード部とで合わせて4種類のダイオードが備えられている。このうち2つのダイオードは、第1の電源系統にある第1の基準電圧と第2の電源系統にある第2の基準電圧とを各々の方向に接続する。残りの2つのダイオードは、第1の基準電圧から第2の電源電圧に向かう方向と第2の基準電圧から第1の電源電圧に向かう方向との各々に接続される。この場合、N型の第2の半導体層はP型の第1の半導体層に囲まれ、さらにP型の第1の半導体層はN型の第3の半導体層に囲まれて配置される。同様に、N型の第5の半導体層はP型の第4の半導体層に囲まれ、さらにP型の第4の半導体層はN型の第6の半導体層に囲まれて配置される。第1のダイオード部に備えられる2種類のダイオード、および第2のダイオード部に備えられる2種類のダイオードは、各々、包含関係にある半導体層を利用してコンパクトに配置されている。   According to the above-described embodiment, each of the first diode unit and the second diode unit includes two types of diodes, and the first diode unit and the second diode unit have four types in total. Diodes are provided. Two of these diodes connect the first reference voltage in the first power supply system and the second reference voltage in the second power supply system in each direction. The remaining two diodes are connected to each of a direction from the first reference voltage toward the second power supply voltage and a direction from the second reference voltage toward the first power supply voltage. In this case, the N-type second semiconductor layer is surrounded by the P-type first semiconductor layer, and the P-type first semiconductor layer is further surrounded by the N-type third semiconductor layer. Similarly, the N-type fifth semiconductor layer is surrounded by the P-type fourth semiconductor layer, and the P-type fourth semiconductor layer is also surrounded by the N-type sixth semiconductor layer. The two kinds of diodes provided in the first diode part and the two kinds of diodes provided in the second diode part are each compactly arranged using a semiconductor layer in an inclusion relationship.

以上に述べたことから、第1の電源系統および第2の電源系統の2つの電源系統を備える半導体装置において、電源系統を跨ぐ端子間に印加される静電気保護を、半導体層の組み合わせにより実装面積を圧縮しながら十分な放電能力を確保できる。   As described above, in the semiconductor device including the two power supply systems, the first power supply system and the second power supply system, the electrostatic protection applied between the terminals straddling the power supply system can be achieved by combining the semiconductor layers. Sufficient discharge capacity can be secured while compressing.

尚、本実施形態に限定されるものではなく、本願の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、本実施形態では、第1および第2のダイオード部D1、D2におけるN型拡散領域13、23が、各々1つ配置され、それを囲むようにP型/N型半導体層が配置される場合について記載したが、これに限定されるものではない。第1および第2のダイオード部D1、D2の中心に配置されるN型拡散領域は複数配置されてもよく、これに応じて、その周辺に配置される半導体層も複数配置してもよいことは言うまでもない。
Needless to say, the present invention is not limited to this embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present application.
For example, in the present embodiment, one N-type diffusion region 13 and 23 is disposed in each of the first and second diode portions D1 and D2, and a P-type / N-type semiconductor layer is disposed so as to surround it. Although the case has been described, the present invention is not limited to this. A plurality of N-type diffusion regions arranged at the center of the first and second diode portions D1 and D2 may be arranged, and accordingly, a plurality of semiconductor layers arranged around the N-type diffusion regions may be arranged. Needless to say.

1 第1の電源系統
2 第2の電源系統
3 静電気保護回路
11、21、31 Pウェル領域
12、12a、22、22a、32 P型拡散領域
13、16、16a、23、26、26a N型拡散領域
14、24 ディープNウェル領域
15、25 Nウェル領域
C コンタクト層
D1 第1のダイオード部
D2 第2のダイオード部
D11、D12、D21、D22 ダイオード素子
VDD1 第1の電源電圧
VDD2 第2の電源電圧
VSS1 第1の基準電圧
VSS2 第2の基準電圧
VSS3 第3の基準電圧


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st power supply system 2 2nd power supply system 3 Static electricity protection circuit 11, 21, 31 P well area | region 12, 12a, 22, 22a, 32 P type diffusion area | region 13, 16, 16a, 23, 26, 26a N type Diffusion region 14, 24 Deep N well region 15, 25 N well region C Contact layer D1 First diode part D2 Second diode part D11, D12, D21, D22 Diode element VDD1 First power supply voltage VDD2 Second power supply Voltage VSS1 First reference voltage VSS2 Second reference voltage VSS3 Third reference voltage


Claims (7)

第1の電源電圧および第1の基準電圧を備える第1の電源系統と、第2の電源電圧および第2の基準電圧を備える第2の電源系統とを含む半導体装置に搭載される静電気保護回路であって、
P型の第1の半導体層と、前記第1の半導体層内に配置されるN型の第2の半導体層と、前記第1の半導体層を囲むN型の第3の半導体層とを備える第1のダイオード部と、
P型の第4の半導体層と、前記第4の半導体層内に配置されるN型の第5の半導体層と、前記第4の半導体層を囲むN型の第6の半導体層とを備える第2のダイオード部とを備え、
前記第1の半導体層および前記第5の半導体層は、前記第1の基準電圧に接続され、
前記第2の半導体層および前記第4の半導体層は、前記第2の基準電圧に接続され、
前記第3の半導体層は、前記第2の電源電圧に接続され、
前記第6の半導体層は、前記第1の電源電圧に接続されてなることを特徴とする静電気保護回路。
An electrostatic protection circuit mounted on a semiconductor device including a first power supply system having a first power supply voltage and a first reference voltage, and a second power supply system having a second power supply voltage and a second reference voltage Because
A P-type first semiconductor layer; an N-type second semiconductor layer disposed in the first semiconductor layer; and an N-type third semiconductor layer surrounding the first semiconductor layer. A first diode portion;
A P-type fourth semiconductor layer; an N-type fifth semiconductor layer disposed in the fourth semiconductor layer; and an N-type sixth semiconductor layer surrounding the fourth semiconductor layer. A second diode part;
The first semiconductor layer and the fifth semiconductor layer are connected to the first reference voltage;
The second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are connected to the second reference voltage,
The third semiconductor layer is connected to the second power supply voltage;
6. The electrostatic protection circuit according to claim 6, wherein the sixth semiconductor layer is connected to the first power supply voltage.
前記第1および第4の半導体層はPウェルであり、前記第3および第6の半導体層はNウェルであることを特徴とする請求項1に記載の静電気保護回路。   The electrostatic protection circuit according to claim 1, wherein the first and fourth semiconductor layers are P-wells, and the third and sixth semiconductor layers are N-wells. 前記第1の半導体層と前記第3の半導体層との対向幅は、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との対向幅より長く、前記第4の半導体層と前記第6の半導体層との対向幅は、前記第4の半導体層と前記第5の半導体層との対向幅より長いことを特徴とする請求項1または2に記載の静電気保護回路。   The facing width between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer is longer than the facing width between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and the fourth semiconductor layer and the sixth semiconductor layer are 3. The electrostatic protection circuit according to claim 1, wherein a facing width of the semiconductor layer is longer than a facing width of the fourth semiconductor layer and the fifth semiconductor layer. 前記対向幅とは、2つの半導体層が対向する領域のうち、前記半導体装置の表面に沿った長さであることを特徴とする請求項3に記載の静電気保護回路。   The electrostatic protection circuit according to claim 3, wherein the facing width is a length along a surface of the semiconductor device in a region where two semiconductor layers face each other. 前記対向幅は、互いに対向する2つの半導体層において、該半導体層を他の層と接続するコンタクト層が対向している領域の長さであることを特徴とする請求項4に記載の静電気保護回路。   5. The electrostatic protection according to claim 4, wherein the facing width is a length of a region in which two contact layers facing each other face a contact layer connecting the semiconductor layer with another layer. 6. circuit. 前記第1および第2の基準電圧とは系統の異なる第3の基準電圧を備え、
前記第3の基準電圧は、前記第1のダイオード部と前記第2のダイオード部とに挟まれたP型半導体層に接続されてなることを特徴とする請求項1乃至5の少なくとも何れか1項に記載の静電気保護回路。
A third reference voltage of a different system from the first and second reference voltages;
6. The at least one of claims 1 to 5, wherein the third reference voltage is connected to a P-type semiconductor layer sandwiched between the first diode portion and the second diode portion. The electrostatic protection circuit described in the section.
第1の電源電圧および第1の基準電圧を備える第1の電源系統と、
第2の電源電圧および第2の基準電圧を備える第2の電源系統と、
前記第1の基準電圧から前記第2の電源電圧に向かう方向、前記第2の基準電圧から前記第1の電源電圧に向かう方向、および前記第1の基準電圧と前記第2の基準電圧との間の双方向、の各々にダイオードを備える静電気保護回路とを備え、
前記静電気保護回路は、
P型の第1の半導体層と、前記第1の半導体層内に配置されるN型の第2の半導体層と、前記第1の半導体層を囲むN型の第3の半導体層とを備える第1のダイオード部と、
P型の第4の半導体層と、前記第4の半導体層内に配置されるN型の第5の半導体層と、前記第4の半導体層を囲むN型の第6の半導体層とを備える第2のダイオード部とを備え、
前記第1の半導体層および前記第5の半導体層は、前記第1の基準電圧に接続され、
前記第2の半導体層および前記第4の半導体層は、前記第2の基準電圧に接続され、
前記第3の半導体層は、前記第2の電源電圧に接続され、
前記第6の半導体層は、前記第1の電源電圧に接続されてなることを特徴とする半導体装置。

A first power supply system comprising a first power supply voltage and a first reference voltage;
A second power supply system comprising a second power supply voltage and a second reference voltage;
A direction from the first reference voltage toward the second power supply voltage, a direction from the second reference voltage toward the first power supply voltage, and the first reference voltage and the second reference voltage. With a static electricity protection circuit with a diode in each of the two-way between,
The electrostatic protection circuit is
A P-type first semiconductor layer; an N-type second semiconductor layer disposed in the first semiconductor layer; and an N-type third semiconductor layer surrounding the first semiconductor layer. A first diode portion;
A P-type fourth semiconductor layer; an N-type fifth semiconductor layer disposed in the fourth semiconductor layer; and an N-type sixth semiconductor layer surrounding the fourth semiconductor layer. A second diode part;
The first semiconductor layer and the fifth semiconductor layer are connected to the first reference voltage;
The second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer are connected to the second reference voltage,
The third semiconductor layer is connected to the second power supply voltage;
The semiconductor device, wherein the sixth semiconductor layer is connected to the first power supply voltage.

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