JP2012174740A - Esd protection circuit of semiconductor integrated circuit and esd protection element thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control the holding voltage Vh to a proper voltage equal to or higher than the power supply voltage without causing significant decrease of the protection capability by suppressing increase in the layout area when compared with a conventional structure.SOLUTION: The ESD protection element 21 includes an SCR element as a snapback characteristic element having the snapback characteristics, and a diode 13 connected with the SCR element as a voltage addition element for adding the snapback start voltage Vt1 by an amount of the element voltage and bringing the hold voltage Vh twice as high as the element voltage. The hold voltage Vh is adjusted between the power supply voltage Vcc and the withstand voltage of a protected element by adjusting the element voltage of the diode 13.

Description

本発明は、サージ電圧によりブレイクダウンが開始すると電流が流れて電圧が急激に低下するスナップバック特性を有し、被保護素子に対してESD保護を行う半導体集積回路のESD保護回路およびそのESD保護素子に関する。   The present invention relates to an ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit having a snapback characteristic in which a current flows when a breakdown starts due to a surge voltage, and the voltage rapidly decreases, and performs ESD protection on a protected element, and its ESD protection It relates to an element.

半導体素子を有する従来の半導体装置では、外部からの静電気による静電放電(以下、ESD:Electro Static Dischargeという)から半導体素子を保護するために半導体集積回路のESD保護素子およびそのESD保護回路が用いられている。   In a conventional semiconductor device having a semiconductor element, the ESD protection element of the semiconductor integrated circuit and its ESD protection circuit are used to protect the semiconductor element from electrostatic discharge (hereinafter referred to as ESD: Electro Static Discharge) due to external static electricity. It has been.

一般にESD保護素子にはNMOSトランジスタのゲート及びソースを接地電位(GND)に接続したGate Grounded NMOS(ggNMOS)トランジスタや、SCRのように、バイポーラトランジスタ動作によるスナップバック現象を利用したESD保護素子が用いられる。例えばggNMOS構造ESD保護素子では、接地電位を基準とし、ドレインに接続された端子にプラスサージ電圧が印加されると、NMOSトランジスタのドレイン端がブレイクダウンする。このブレイクダウンにより発生したアバランシェ電流と基板抵抗との積が、PN接合の拡散障壁電圧(約0.6V)を超えると、寄生のNPNバイポーラトランジスタが動作する。寄生バイポーラトランジスタの動作により、ドレイン−ソース間に低インピーダンス電流パスが形成され、電流が流れ、コレクタ・エミッタ間抵抗とコレクタ電流の積で決まる保持電圧Vhまで降下する。これをスナップバック現象と言う。その後、コレクタ・エミッタ間の電流、電圧共に上昇し、大電流が流れ、シリコン内部の発熱がシリコンの融点である摂氏1420度に達すると素子破壊する(破壊電圧Vt2、破壊電流It2)。   In general, an ESD protection element is a gate grounded NMOS (ggNMOS) transistor in which the gate and source of an NMOS transistor are connected to a ground potential (GND), or an ESD protection element using a snapback phenomenon by a bipolar transistor operation such as an SCR. It is done. For example, in a ggNMOS structure ESD protection element, when a positive surge voltage is applied to a terminal connected to the drain with reference to the ground potential, the drain end of the NMOS transistor breaks down. When the product of the avalanche current generated by the breakdown and the substrate resistance exceeds the diffusion barrier voltage (about 0.6 V) of the PN junction, the parasitic NPN bipolar transistor operates. Due to the operation of the parasitic bipolar transistor, a low-impedance current path is formed between the drain and source, current flows, and drops to a holding voltage Vh determined by the product of the collector-emitter resistance and the collector current. This is called a snapback phenomenon. Thereafter, both the current and voltage between the collector and the emitter rise, a large current flows, and when the heat generation inside the silicon reaches 1420 degrees Celsius, which is the melting point of silicon, the device is destroyed (breakdown voltage Vt2, breakdown current It2).

SCR(Silicon Controlled Rectifier)構造ESD保護素子では、接地電位を基準とし、アノードに接続された端子にプラスサージ電圧が印加されると、低濃度N型不純物拡散層とP型シリコン基板のPN接合がブレイクダウンする。このブレイクダウンによって発生したアバランシェ電流と低濃度N型不純物拡散層の抵抗との積が、PN接合の拡散障壁電圧(約0.6V)を超えると、PNPバイポーラトランジスタがオンする。さらに、PNPバイポーラトランジスタのコレクタ電流がNPNバイポーラトランジスタのベース電流となり、NPNバイポーラトランジスタも続いてオンする。   In an SCR (Silicon Controlled Rectifier) structure ESD protection element, when a positive surge voltage is applied to a terminal connected to an anode with a ground potential as a reference, a PN junction between a low-concentration N-type impurity diffusion layer and a P-type silicon substrate is formed. Break down. When the product of the avalanche current generated by the breakdown and the resistance of the low-concentration N-type impurity diffusion layer exceeds the diffusion barrier voltage (about 0.6 V) of the PN junction, the PNP bipolar transistor is turned on. Further, the collector current of the PNP bipolar transistor becomes the base current of the NPN bipolar transistor, and the NPN bipolar transistor is subsequently turned on.

また、アバランシェ電流と、NPNバイポーラトランジスタのベースを形成するP型シリコン基板や低濃度P型不純物拡散層の抵抗との積が、PN接合の拡散障壁電圧(約0.6V)を超えた場合にも、NPNバイポーラトランジスタのコレクタ電流がPNPバイポーラトランジスタのベース電流となり、PNPバイポーラトランジスタも続いてオンする。このようなバイポーラトランジスタの動作により、アノード−カソード間に低インピーダンス電流パスが形成され、電流が流れ、保持電圧Vhまで降下する。その後、アノード−カソード間の電流、電圧ともに上昇し、大電流が流れ、シリコン内部の発熱がシリコンの融点である1420℃に達すると素子破壊する(破壊電圧Vt2、破壊電流It2)。
このようなスナップバック現象を利用したESD保護素子は、低耐圧回路の保護素子としては非常に有効であるが、高耐圧回路の保護素子として用いる場合には、次の問題が生じる。
Further, when the product of the avalanche current and the resistance of the P-type silicon substrate or the low-concentration P-type impurity diffusion layer forming the base of the NPN bipolar transistor exceeds the diffusion barrier voltage (about 0.6 V) of the PN junction. However, the collector current of the NPN bipolar transistor becomes the base current of the PNP bipolar transistor, and the PNP bipolar transistor is subsequently turned on. By such an operation of the bipolar transistor, a low impedance current path is formed between the anode and the cathode, current flows, and the voltage drops to the holding voltage Vh. Thereafter, both the current and voltage between the anode and the cathode increase, a large current flows, and the device breaks down when the heat generation inside the silicon reaches 1420 ° C., which is the melting point of silicon (breakdown voltage Vt2, breakdown current It2).
An ESD protection element using such a snapback phenomenon is very effective as a protection element for a low breakdown voltage circuit, but the following problems arise when it is used as a protection element for a high breakdown voltage circuit.

高耐圧MOSトランジスタから構成される高耐圧ggNMOSトランジスタで構成したESD保護素子は、非常に破壊しやすいという問題がある。ゲート電極端部がLOCOS(local oxidation of silicon)酸化膜などの厚い酸化膜上に配置されており、ゲート電極端部の厚い酸化膜端部が高電界になることによって厚い酸化膜端部の欠陥層に電子が大量にトラップされ、局所的なリークや破壊を引き起こしてしまい、スナップバック現象直後に素子が破壊してしまう。また、スナップバック現象直後に素子が破壊しなくとも、寄生バイポーラトランジスタの動作により、ドレイン−ソース間のインピーダンスが急激に低下し、保護素子にかかる電圧は保持電圧Vhまで降下する。この時の保持電圧Vhは最大動作電圧以下まで低下し、内部回路の電源から保護素子へ過剰電流が流れ、保護素子内部の発熱で素子破壊する。   There is a problem that an ESD protection element constituted by a high voltage ggNMOS transistor constituted by a high voltage MOS transistor is very easily broken. The gate electrode end portion is disposed on a thick oxide film such as a LOCOS (local oxidation of silicon) oxide film, and the thick oxide film end portion at the gate electrode end portion becomes a high electric field, thereby causing a defect in the thick oxide film end portion. A large amount of electrons are trapped in the layer, causing local leakage and destruction, and the device is destroyed immediately after the snapback phenomenon. Even if the element does not break down immediately after the snapback phenomenon, the drain-source impedance rapidly decreases due to the operation of the parasitic bipolar transistor, and the voltage applied to the protective element drops to the holding voltage Vh. At this time, the holding voltage Vh is lowered to the maximum operating voltage or less, an excessive current flows from the power supply of the internal circuit to the protection element, and the element is destroyed due to heat generation inside the protection element.

また、SCR構造ESD保護素子でも同様に、保持電圧Vhは最大動作電圧以下まで低下し、内部回路の電源から保護素子へ過剰電流が流れ、保護素子内部の発熱で素子破壊する。   Similarly, in the SCR structure ESD protection element, the holding voltage Vh is lowered to the maximum operating voltage or less, an excessive current flows from the power supply of the internal circuit to the protection element, and the element is destroyed due to heat generation inside the protection element.

さらに、スナップバック現象を利用しないESD保護素子として、ダイオードが用いられることもあるが、ダイオードを保護素子として用いた場合には、動作時のオン抵抗が非常に大きいため、内部回路を保護するために十分な電流を流そうとすると、非常に大きなレイアウト面積が必要になるという問題がある。   Furthermore, a diode may be used as an ESD protection element that does not use the snapback phenomenon. However, when a diode is used as a protection element, the on-resistance during operation is very large, so that the internal circuit is protected. However, if a sufficient current is supplied, a very large layout area is required.

このような問題の解決のために下記のような特許文献1、2が提案されている。   In order to solve such problems, the following Patent Documents 1 and 2 have been proposed.

図18は、特許文献1に開示されている従来の高耐圧ESD保護素子構造を模式的に示す要部縦断面図である。   FIG. 18 is a longitudinal sectional view of a main part schematically showing a conventional high voltage ESD protection element structure disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.

図18に示すように、バイポーラトランジスタ型ESD保護素子100において、P型基板101上に形成されたコレクタのN型エピタキシャル層102と、N型エピタキシャル層102に形成されたベースの低濃度および高濃度P型拡散層103、104と、高濃度P型拡散層104に形成されたエミッタのN型拡散層105と、N型エピタキシャル層102のコレクタコンタクト領域106にN型エピタキシャル層102より浅く、かつ低濃度P型拡散層103より深く形成された高濃度N型シンク層107と、低濃度P型拡散層103とコレクタコンタクト領域106の間でN型エピタキシャル層102の表面に形成されたフィールド酸化膜108とを備え、高濃度N型シンク層107はコレクタコンタクト領域106からフィールド酸化膜108下の領域に拡張している。   As shown in FIG. 18, in the bipolar transistor type ESD protection element 100, the collector N-type epitaxial layer 102 formed on the P-type substrate 101 and the low and high concentrations of the base formed in the N-type epitaxial layer 102. The P-type diffusion layers 103 and 104, the emitter N-type diffusion layer 105 formed in the high-concentration P-type diffusion layer 104, and the collector contact region 106 of the N-type epitaxial layer 102 are shallower and lower than the N-type epitaxial layer 102. A high concentration N type sink layer 107 formed deeper than the concentration P type diffusion layer 103 and a field oxide film 108 formed on the surface of the N type epitaxial layer 102 between the low concentration P type diffusion layer 103 and the collector contact region 106. The high-concentration N-type sink layer 107 is a field from the collector contact region 106. Monolayer 108 is extended to the area below.

このように、従来の高耐圧ESD保護素子構造は、高濃度の第4拡散層である高濃度N型シンク層107をコレクタコンタクト領域106から絶縁膜であるフィールド酸化膜108下の領域まで拡げること、即ち、フィールド酸化膜108下の高濃度N型シンク層107の領域の幅Xを広げることにより、高濃度の高濃度N型シンク層107の内蔵抵抗が形成されて電圧降下が生じるため、フィールド酸化膜108下に高濃度N型シンク層107の領域がない場合に比べて、保持電圧Vhの高電圧化を実現することができる。   Thus, the conventional high breakdown voltage ESD protection element structure extends the high concentration N-type sink layer 107, which is a high concentration fourth diffusion layer, from the collector contact region 106 to the region under the field oxide film 108, which is an insulating film. That is, by increasing the width X of the region of the high-concentration N-type sink layer 107 under the field oxide film 108, a built-in resistor of the high-concentration high-concentration N-type sink layer 107 is formed, causing a voltage drop. The holding voltage Vh can be increased as compared with the case where there is no region of the high-concentration N-type sink layer 107 under the oxide film 108.

図19は、特許文献2に開示されている従来のESD保護回路の回路図である。   FIG. 19 is a circuit diagram of a conventional ESD protection circuit disclosed in Patent Document 2. In FIG.

図19に示すように、ESD保護回路200において、ドレインD1が第1電位Voに負荷201を介して接続され、ゲートG1が駆動回路202に接続され、ソースS1が第2電位GNDに接続された第1MOSトランジスタM1と、コレクタC1が第1電位Voに負荷201を介して接続され、ベースB1が開放されたバイポーラトランジスタQ1および、ドレインD2がバイポーラトランジスタQ1のエミッタE1に接続され、ゲートG2がソースS2に接続され、ソースS2が第2電位GNDに接続された第2MOSトランジスタM2を有する静電保護回路203とを具備している。   As shown in FIG. 19, in the ESD protection circuit 200, the drain D1 is connected to the first potential Vo via the load 201, the gate G1 is connected to the drive circuit 202, and the source S1 is connected to the second potential GND. The first MOS transistor M1, the collector C1 is connected to the first potential Vo through the load 201, the bipolar transistor Q1 with the base B1 open, the drain D2 is connected to the emitter E1 of the bipolar transistor Q1, and the gate G2 is the source And an electrostatic protection circuit 203 having a second MOS transistor M2 connected to S2 and having a source S2 connected to the second potential GND.

静電保護回路203のブレークダウン電圧はバイポーラトランジスタQ1と第2MOSトランジスタM2のブレークダウン電圧の和となり、第1MOSトランジスタM1のブレークダウン電圧より小さく、且つ最大動作電圧より大きいブレークダウン電圧を得ることができる。   The breakdown voltage of the electrostatic protection circuit 203 is the sum of the breakdown voltages of the bipolar transistor Q1 and the second MOS transistor M2, and a breakdown voltage smaller than the breakdown voltage of the first MOS transistor M1 and larger than the maximum operating voltage can be obtained. it can.

このように、ESD保護回路200において、バイポーラトランジスタQ1と第2MOSトランジスタM2を直列に接続し、ブレークダウン電圧を制御している。このブレークダウン電圧は、バイポーラトランジスタQ1と第2MOSトランジスタM2のブレークダウン電圧との和になっている。   As described above, in the ESD protection circuit 200, the bipolar transistor Q1 and the second MOS transistor M2 are connected in series to control the breakdown voltage. This breakdown voltage is the sum of the breakdown voltage of the bipolar transistor Q1 and the second MOS transistor M2.

ここでは、PNPバイポーラとNPNバイポーラを組み合わせた一般的なSCR構造のESD保護素子も示されている。   Here, an ESD protection element having a general SCR structure in which a PNP bipolar and an NPN bipolar are combined is also shown.

特開2007−242923号公報JP 2007-242923 A 特開2007−227697号公報JP 2007-227697 A

上記スナップバック特性により、サージ電圧でブレイクダウンが開始すると、スナップバック動作開始電圧で電圧が急激に低下した後に保持電圧から保護素子に大電流が流れるが、そのスナップバック動作により低下した保持電圧が電源電圧以下の電圧になってしまうと、電源側から保護素子側に大電流が流れて素子破壊に至ってしまう。   Due to the above snapback characteristics, when breakdown starts with a surge voltage, a large current flows from the holding voltage to the protective element after the voltage suddenly drops at the snapback operation starting voltage. When the voltage is lower than the power supply voltage, a large current flows from the power supply side to the protection element side, leading to element destruction.

特許文献1では、図20のサージ電流・サージ電圧特性に示すように、フィールド酸化膜108下の高濃度N型シンク層107の領域の幅Xを増加させることにより、保持電圧Vh1から保持電圧Vh3へと高電圧化を実現することができる。ところが、特許文献1では、高濃度の第4拡散層である高濃度N型シンク層107をコレクタコンタクト領域106から絶縁膜であるフィールド酸化膜108下の領域まで拡げること(Xサイズの拡大)により、コレクタに直列抵抗を付加し、保持電圧Vh1から保持電圧Vh2や保持電圧Vh3へと高電圧化を図って電源電圧より高くしているため、図20の特性直線が保護能力が高いが、高濃度N型シンク層107の領域の幅Xの増加により図20の特性直線が傾いて保護能力が低下し、内部回路を保護するために十分なサージ電流を流そうとしても、高濃度N型シンク層107の領域の幅Xによって、ESD保護素子のレイアウト面積が大きくなってしまう。   In Patent Document 1, as shown in the surge current / surge voltage characteristics of FIG. 20, by increasing the width X of the region of the high-concentration N-type sink layer 107 under the field oxide film 108, the holding voltage Vh3 is changed from the holding voltage Vh1. High voltage can be realized. However, in Patent Document 1, the high-concentration N-type sink layer 107 that is a high-concentration fourth diffusion layer is expanded from the collector contact region 106 to a region under the field oxide film 108 that is an insulating film (enlargement of X size). Since a series resistance is added to the collector and the holding voltage Vh1 is increased to the holding voltage Vh2 and holding voltage Vh3 so as to be higher than the power supply voltage, the characteristic straight line in FIG. When the width X of the region of the concentration N-type sink layer 107 is increased, the characteristic straight line in FIG. 20 is inclined to reduce the protection capability, and even if a surge current sufficient to protect the internal circuit is applied, a high concentration N-type sink is provided. The layout area of the ESD protection element is increased depending on the width X of the region of the layer 107.

特許文献2では、ブレークダウン電圧の制御のために素子を直列に二つ接続しており、図21のサージ電流・サージ電圧特性に示すように、例えば、素子のブレイクダウン開始電圧が10V、スナップバック動作開始電圧が11V、保持電圧が9Vおよび特性直線の傾きαとしたとき、素子を直列に二つ接続した場合には、それぞれ値が2倍になって、ブレイクダウン開始電圧が20V、スナップバック動作開始電圧が22V、保持電圧が18Vとなり、特性直線の傾きは傾きαよりも小さい。この結果、高い保持電圧Vhを確保できるが、ESD保護素子領域のサイズが2倍になってESD保護素子領域の拡大を招いてコスト増加にもつながると共に、図21の特性直線も傾いて保護能力(電流を流す能力)が低下する。   In Patent Document 2, two devices are connected in series for controlling the breakdown voltage. As shown in the surge current / surge voltage characteristics of FIG. 21, for example, the breakdown start voltage of the device is 10 V, and the snap When the back operation start voltage is 11 V, the holding voltage is 9 V, and the slope of the characteristic line is α, when two elements are connected in series, the value is doubled, the breakdown start voltage is 20 V, and the snap The back operation start voltage is 22 V, the holding voltage is 18 V, and the slope of the characteristic line is smaller than the slope α. As a result, a high holding voltage Vh can be ensured, but the size of the ESD protection element region is doubled, leading to an increase in the ESD protection element region, leading to an increase in cost, and the characteristic straight line in FIG. (Ability to flow current) decreases.

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、従来構造に比べて、レイアウト面積の増加を抑え、保護能力の大幅な低下を招くことなく、保持電圧Vhを電源電圧以上の適正な電圧に制御できる半導体集積回路のESD保護回路およびそのESD保護素子を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and suppresses an increase in layout area as compared with the conventional structure, and the holding voltage Vh is set to an appropriate voltage that is equal to or higher than the power supply voltage without causing a significant decrease in protection capability. An object of the present invention is to provide an ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit that can be controlled and an ESD protection element thereof.

本発明の半導体集積回路のESD保護回路は、サージ電圧によりブレイクダウン開始してスナップバック開始電圧から保持電圧まで電圧が急激に低下した後に大電流が流れるスナップバック特性を有するスナップバック特性素子と、該スナップバック特性素子に接続されて、該スナップバック開始電圧を素子電圧分だけ加算すると共に該保持電圧を電源電圧よりも高くする電圧加算素子とを有し、該電圧加算素子の素子電圧を調整して、該保持電圧を電源電圧以上で被保護素子の耐電圧以下に調整するものであり、そのことにより上記目的が達成される。   An ESD protection circuit of a semiconductor integrated circuit according to the present invention includes a snapback characteristic element having a snapback characteristic in which a large current flows after a breakdown is started due to a surge voltage and the voltage rapidly decreases from a snapback start voltage to a holding voltage; A voltage adding element connected to the snapback characteristic element for adding the snapback start voltage by an amount corresponding to the element voltage and making the holding voltage higher than the power supply voltage, and adjusting the element voltage of the voltage adding element Then, the holding voltage is adjusted to be equal to or higher than the power supply voltage and lower than the withstand voltage of the protected element, whereby the above object is achieved.

また、好ましくは、本発明の半導体集積回路のESD保護回路における電圧加算素子は、前記保持電圧を前記素子電圧の2倍高くする。   Preferably, the voltage adding element in the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention makes the holding voltage twice as high as the element voltage.

さらに、好ましくは、本発明の半導体集積回路のESD保護回路におけるスナップバック特性素子は、サイリスタ素子、バイポーラトランジスタおよびMOSトランジスタのいずれかである。   Further preferably, the snapback characteristic element in the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention is any one of a thyristor element, a bipolar transistor and a MOS transistor.

さらに、好ましくは、本発明の半導体集積回路のESD保護回路における電圧加算素子は、一または複数のダイオード素子または、制御端子が出力端子に接続された一または複数のトランジスタである。   Further preferably, the voltage adding element in the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention is one or a plurality of diode elements or one or a plurality of transistors having a control terminal connected to the output terminal.

さらに、好ましくは、本発明の半導体集積回路のESD保護回路において、高電位端子がPNPバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第1抵抗体を介して該PNPバイポーラトランジスタのベースとNPNバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、低電位端子がダイオード素子を順方向に介して該NPNバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第2抵抗体を介して該PNPバイポーラトランジスタのコレクタと該NPNバイポーラトランジスタのベースに接続されている。   Further preferably, in the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit according to the present invention, the high potential terminal is connected to the emitter of the PNP bipolar transistor, and the base of the PNP bipolar transistor and the NPN bipolar transistor are connected via the first resistor. The low potential terminal is connected to the collector of the NPN bipolar transistor via the diode element in the forward direction, and connected to the collector of the PNP bipolar transistor and the base of the NPN bipolar transistor via the second resistor. It is connected.

さらに、好ましくは、本発明の半導体集積回路のESD保護回路において、高電位端子がダイオード素子を逆方向に介してPNPバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第1抵抗体を介して該PNPバイポーラトランジスタのベースとNPNバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、低電位端子が該NPNバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に第2抵抗体を介して該PNPバイポーラトランジスタのコレクタと該NPNバイポーラトランジスタのベースに接続されている。   Further preferably, in the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit according to the present invention, the high potential terminal is connected to the emitter of the PNP bipolar transistor through the diode element in the reverse direction, and the PNP bipolar is connected through the first resistor. The base of the transistor is connected to the collector of the NPN bipolar transistor, and the low potential terminal is connected to the emitter of the NPN bipolar transistor and to the collector of the PNP bipolar transistor and the base of the NPN bipolar transistor through a second resistor. Has been.

さらに、好ましくは、本発明の半導体集積回路のESD保護回路において、高電位端子がNPNバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第1抵抗体を介して該NPNバイポーラトランジスタのベースとPNPバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、低電位端子がダイオード素子を順方向に介して該PNPバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第2抵抗体を介して該NPNバイポーラトランジスタのコレクタと該PNPバイポーラトランジスタのベースに接続されている。   Further preferably, in the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention, the high potential terminal is connected to the emitter of the NPN bipolar transistor, and the base of the NPN bipolar transistor and the PNP bipolar transistor are connected via the first resistor. The low potential terminal is connected to the collector of the PNP bipolar transistor via a diode element in the forward direction, and connected to the collector of the NPN bipolar transistor and the base of the PNP bipolar transistor via a second resistor. It is connected.

さらに、好ましくは、本発明の半導体集積回路のESD保護回路において、高電位端子がダイオード素子を逆方向に介してNPNバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第1抵抗体を介して該NPNバイポーラトランジスタのベースとPNPバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、低電位端子が該PNPバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に第2抵抗体を介して該NPNバイポーラトランジスタのコレクタと該PNPバイポーラトランジスタのベースに接続されている。   Further preferably, in the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention, the high potential terminal is connected to the emitter of the NPN bipolar transistor through the diode element in the reverse direction, and the NPN bipolar is connected through the first resistor. The base of the transistor is connected to the collector of the PNP bipolar transistor, and the low potential terminal is connected to the emitter of the PNP bipolar transistor and connected to the collector of the NPN bipolar transistor and the base of the PNP bipolar transistor through a second resistor. Has been.

さらに、好ましくは、本発明の半導体集積回路のESD保護回路において、NPNバイポーラトランジスタのコレクタが高電位端子に接続され、該NPNバイポーラトランジスタのベースが第1抵抗体を介して低電位端子に接続され、該NPNバイポーラトランジスタのエミッタがダイオード素子のカソードに接続され、該ダイオード素子のアノードが該低電位端子に接続されている。   Further preferably, in the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit according to the present invention, the collector of the NPN bipolar transistor is connected to the high potential terminal, and the base of the NPN bipolar transistor is connected to the low potential terminal via the first resistor. The emitter of the NPN bipolar transistor is connected to the cathode of the diode element, and the anode of the diode element is connected to the low potential terminal.

さらに、好ましくは、本発明の半導体集積回路のESD保護回路において、PNPバイポーラトランジスタのコレクタが高電位端子に接続され、該PNPバイポーラトランジスタのベースが第1抵抗体を介して低電位端子に接続され、該PNPバイポーラトランジスタのエミッタがダイオード素子のカソードに接続され、該ダイオード素子のアノードが該低電位端子に接続されている。   Further preferably, in the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention, the collector of the PNP bipolar transistor is connected to the high potential terminal, and the base of the PNP bipolar transistor is connected to the low potential terminal through the first resistor. The emitter of the PNP bipolar transistor is connected to the cathode of the diode element, and the anode of the diode element is connected to the low potential terminal.

さらに、好ましくは、本発明の半導体集積回路のESD保護回路において、MOSトランジスタのドレインが高電位端子に接続され、該MOSトランジスタのボディーが第1抵抗体を介して低電位端子に接続され、該MOSトランジスタのゲートが低電位端子に接続され、該MOSトランジスタのソースがダイオード素子のカソードに接続され、該ダイオードのアノードが該低電位端子に接続されている。   Further preferably, in the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention, the drain of the MOS transistor is connected to the high potential terminal, the body of the MOS transistor is connected to the low potential terminal through the first resistor, The gate of the MOS transistor is connected to the low potential terminal, the source of the MOS transistor is connected to the cathode of the diode element, and the anode of the diode is connected to the low potential terminal.

さらに、好ましくは、本発明の半導体集積回路のESD保護回路において、前記素子電圧は前記ダイオード素子の逆方向接合耐圧である。   Still preferably, in an ESD protection circuit of a semiconductor integrated circuit according to the present invention, the element voltage is a reverse junction breakdown voltage of the diode element.

本発明の半導体集積回路のESD保護素子は、本発明の上記半導体集積回路のESD保護回路からなるものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The ESD protection element of the semiconductor integrated circuit of the present invention is composed of the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention, and thereby the above object is achieved.

また、好ましくは、本発明の上記半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、前記NPNバイポーラトランジスタのエミッタを形成する拡散層と、前記ダイオード素子のカソードを形成する拡散層とが共通である。   Preferably, the ESD protection element of the semiconductor integrated circuit comprises the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention, wherein a diffusion layer forming an emitter of the NPN bipolar transistor and a cathode of the diode element are formed. The diffusion layer is common.

さらに、好ましくは、本発明の上記半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、前記PNPバイポーラトランジスタのエミッタを形成する拡散層と、前記ダイオード素子のカソードを形成する拡散層とが共通である。   Furthermore, it is preferable that the ESD protection element of the semiconductor integrated circuit comprises the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention, wherein a diffusion layer forming an emitter of the PNP bipolar transistor and a cathode of the diode element are formed. The diffusion layer is common.

さらに、好ましくは、本発明の上記半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、前記PNPバイポーラトランジスタのエミッタを形成する拡散層と、前記ダイオード素子のアノードを形成する拡散層とが共通である。   Still preferably, in an ESD protection element of a semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention, a diffusion layer forming an emitter of the PNP bipolar transistor and an anode of the diode element are formed. The diffusion layer is common.

さらに、好ましくは、本発明の上記半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、前記NPNバイポーラトランジスタのエミッタを形成する拡散層と、前記ダイオード素子のアノードを形成する拡散層とが共通である。   Still preferably, in an ESD protection element of a semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention, a diffusion layer forming an emitter of the NPN bipolar transistor and an anode of the diode element are formed. The diffusion layer is common.

さらに、好ましくは、本発明の上記半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、前記MOSトランジスタのソースを形成する拡散層と、前記ダイオード素子のカソードを形成する拡散層とが共通である。   Furthermore, it is preferable that the ESD protection element of the semiconductor integrated circuit includes the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit according to the present invention, wherein the diffusion layer forms the source of the MOS transistor and the diffusion forms the cathode of the diode element. The layer is common.

さらに、好ましくは、本発明の上記半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、前記PNPバイポーラトランジスタのベースと、前記NPNバイポーラトランジスタのエミッタおよび前記ダイオード素子のカソードとが同時に形成されている。   Further preferably, an ESD protection element of a semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention, comprising: a base of the PNP bipolar transistor; an emitter of the NPN bipolar transistor; and a cathode of the diode element. Are formed at the same time.

さらに、好ましくは、本発明の上記半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、前記NPNバイポーラトランジスタのベースと、前記PNPバイポーラトランジスタのエミッタおよび前記ダイオード素子のカソードとが同時に形成されている。   Further preferably, an ESD protection element of a semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention, comprising: a base of the NPN bipolar transistor; an emitter of the PNP bipolar transistor; and a cathode of the diode element. Are formed at the same time.

さらに、好ましくは、本発明の上記半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、前記NPNバイポーラトランジスタのコレクタと、前記NPNバイポーラトランジスタのエミッタおよび前記ダイオード素子のカソードとが同時に形成されている。   Further preferably, the ESD protection element of the semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention, comprising: a collector of the NPN bipolar transistor; an emitter of the NPN bipolar transistor; and a cathode of the diode element. Are formed at the same time.

さらに、好ましくは、本発明の上記半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、前記PNPバイポーラトランジスタのコレクタと、前記PNPバイポーラトランジスタのエミッタおよび前記ダイオード素子のカソードとが同時に形成されている。   Further preferably, the ESD protection element of the semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of the present invention, comprising: a collector of the PNP bipolar transistor; an emitter of the PNP bipolar transistor; and a cathode of the diode element. Are formed at the same time.

さらに、好ましくは、本発明の上記半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、前記MOSトランジスタのドレインと、前記MOSトランジスタのソースおよび前記ダイオード素子のカソードとが同時に形成されている。   Furthermore, it is preferable that the ESD protection element of the semiconductor integrated circuit comprises the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit according to the present invention, wherein the drain of the MOS transistor, the source of the MOS transistor, and the cathode of the diode element are simultaneously provided. Is formed.

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。   With the above configuration, the operation of the present invention will be described below.

本発明においては、サージ電圧によりブレイクダウン開始してスナップバック開始電圧から保持電圧まで電圧が急激に低下した後に大電流が流れるスナップバック特性を有するスナップバック特性素子と、スナップバック特性素子に接続されて、スナップバック開始電圧を素子電圧分だけ加算すると共に保持電圧を素子電圧の2倍高くする電圧加算素子とを有し、電圧加算素子の素子電圧を調整して、保持電圧を電源電圧以上で被保護素子の耐電圧以下に調整する。   In the present invention, a snapback characteristic element having a snapback characteristic in which a large current flows after a breakdown is started due to a surge voltage and a voltage rapidly decreases from the snapback start voltage to the holding voltage, and is connected to the snapback characteristic element. A voltage adding element for adding the snapback start voltage by the element voltage and making the holding voltage twice as high as the element voltage, and adjusting the element voltage of the voltage adding element so that the holding voltage is equal to or higher than the power supply voltage. Adjust to the withstand voltage of the protected element or less.

これによって、電圧加算素子により、スナップバック開始電圧を素子電圧分だけ加算すると共に保持電圧を素子電圧の2倍高くするので、従来構造に比べて、レイアウト面積の増加を抑え、保護能力の大幅な低下を招くことなく、保持電圧Vhを電源電圧以上の適正な電圧に制御することが可能となる。   As a result, the voltage adding element adds the snapback start voltage by the element voltage and makes the holding voltage twice as high as the element voltage. Therefore, compared to the conventional structure, the increase in layout area is suppressed and the protection capability is greatly increased. The holding voltage Vh can be controlled to an appropriate voltage equal to or higher than the power supply voltage without causing a decrease.

以上により、本発明によれば、電圧加算素子により、スナップバック開始電圧を素子電圧分だけ加算すると共に保持電圧を素子電圧の2倍高くするため、従来構造に比べて、レイアウト面積の増加を抑え、保護能力の大幅な低下を招くことなく、保持電圧Vhを電源電圧以上の適正な電圧に制御できる。   As described above, according to the present invention, the voltage adding element adds the snapback start voltage by the element voltage and makes the holding voltage twice as high as the element voltage. Thus, the holding voltage Vh can be controlled to an appropriate voltage that is equal to or higher than the power supply voltage without causing a significant decrease in the protection capability.

本発明の実施形態1における半導体集積回路のESD保護回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit in Embodiment 1 of this invention. 図1の半導体集積回路のESD保護回路と共にこれに対応した半導体集積回路のESD保護素子の縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an ESD protection element of a semiconductor integrated circuit corresponding to the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of FIG. 1. 図1の半導体集積回路のESD保護回路におけるサージ電流・サージ電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the surge current and surge voltage characteristic in the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of FIG. サイリスタ構造を概略的に示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a thyristor structure roughly. 図4のサイリスタ構造に対応したサイリスタ素子の縦断面図である。FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a thyristor element corresponding to the thyristor structure of FIG. 4. 図1の半導体集積回路のESD保護回路から各抵抗を省略した一例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example in which each resistor is omitted from the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of FIG. 1. 図6の回路に対応した半導体集積回路のESD保護素子の一例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example of the ESD protection element of the semiconductor integrated circuit corresponding to the circuit of FIG. 図6のNPNバイポーラトランジスタおよびダイオードだけを取り出した回路の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of a circuit in which only the NPN bipolar transistor and the diode of FIG. 6 are extracted. 従来の半導体集積回路のESD保護回路におけるサージ電流・サージ電圧特性と、図1の半導体集積回路のESD保護回路におけるサージ電流・サージ電圧特性とを示す図である。It is a figure which shows the surge current and surge voltage characteristic in the ESD protection circuit of the conventional semiconductor integrated circuit, and the surge current and surge voltage characteristic in the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of FIG. 図2のESD保護素子構成上に層間絶縁膜、アノード端子およびカソード端子を形成したESD保護素子の縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an ESD protection element in which an interlayer insulating film, an anode terminal, and a cathode terminal are formed on the ESD protection element configuration of FIG. 2. 本発明の実施形態2における半導体集積回路のESD保護回路の製造の簡略化を説明するための半導体集積回路のESD保護素子の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the ESD protection element of a semiconductor integrated circuit for demonstrating simplification of manufacture of the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3における半導体集積回路のESD保護回路を構成するESD保護素子の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the ESD protection element which comprises the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態4における半導体集積回路のESD保護回路を構成するESD保護素子の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the ESD protection element which comprises the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態5における半導体集積回路のESD保護回路の製造の簡略化を説明するための半導体集積回路のESD保護素子の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the ESD protection element of a semiconductor integrated circuit for demonstrating simplification of manufacture of the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施形態6における半導体集積回路のESD保護回路を構成するESD保護素子の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the ESD protection element which comprises the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施形態6における半導体集積回路のESD保護回路を構成するESD保護素子の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the ESD protection element which comprises the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit in Embodiment 6 of this invention. 本発明の半導体集積回路のESD保護回路のダイオードの代わりに用いるトランジスタの回路図である。It is a circuit diagram of the transistor used instead of the diode of the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of this invention. 特許文献1に開示されている従来の高耐圧ESD保護素子構造を模式的に示す要部縦断面図である。It is a principal part longitudinal cross-sectional view which shows typically the conventional high voltage | pressure-resistant ESD protection element structure currently disclosed by patent document 1. FIG. 特許文献2に開示されている従来のESD保護回路の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a conventional ESD protection circuit disclosed in Patent Document 2. 図18の従来の高耐圧ESD保護素子構造におけるサージ電流・サージ電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the surge current and surge voltage characteristic in the conventional high voltage | pressure-resistant ESD protection element structure of FIG. 図19の従来のESD保護回路におけるサージ電流・サージ電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the surge current and surge voltage characteristic in the conventional ESD protection circuit of FIG.

以下に、本発明の半導体集積回路のESD保護回路およびそのESD保護素子における実施形態1〜7について図面を参照しながら詳細に説明する。   Embodiments 1 to 7 of the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit and the ESD protection element of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1における半導体集積回路のESD保護回路の構成例を示す回路図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of an ESD protection circuit of a semiconductor integrated circuit according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、本実施形態1の半導体集積回路のESD保護回路11は、アノード端子Aとカソード端子C間に、抵抗R1、NPNバイポーラトランジスタ12および、逆接続のダイオード13の直列回路と、PNPバイポーラトランジスタ14および抵抗R2の直列回路との直列回路が並列接続され、NPNバイポーラトランジスタ12のベースは抵抗R2とPNPバイポーラトランジスタ14との接続点に構成され、PNPバイポーラトランジスタ14のベースは抵抗R1とNPNバイポーラトランジスタ12との接続点に構成されている。、半導体集積回路のESD保護回路11が被保護素子に並列に接続され、被保護素子をESD保護する。   In FIG. 1, the ESD protection circuit 11 of the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment includes a resistor R1, an NPN bipolar transistor 12 and a reverse-connected diode 13 in series between an anode terminal A and a cathode terminal C, and a PNP bipolar circuit. A series circuit of the transistor 14 and the resistor R2 is connected in parallel, and the base of the NPN bipolar transistor 12 is formed at the connection point between the resistor R2 and the PNP bipolar transistor 14, and the base of the PNP bipolar transistor 14 is the resistor R1 and the NPN. It is configured at a connection point with the bipolar transistor 12. The ESD protection circuit 11 of the semiconductor integrated circuit is connected in parallel to the protected element, and protects the protected element by ESD.

即ち、本実施形態1の半導体集積回路のESD保護回路11は、高電位端子としてのアノード端子AがPNPバイポーラトランジスタ14のエミッタに接続されると共に、第1抵抗体としての抵抗R1を介してPNPバイポーラトランジスタ14のベースとNPNバイポーラトランジスタ12のコレクタに接続され、低電位端子としてのカソード端子Cがダイオード13(ダイオード素子)を順方向に介してNPNバイポーラトランジスタ12のエミッタに接続されると共に、第2抵抗体としての抵抗R2を介してPNPバイポーラトランジスタ14のコレクタとNPNバイポーラトランジスタ12のベースに接続されている。   That is, in the ESD protection circuit 11 of the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment, the anode terminal A as the high potential terminal is connected to the emitter of the PNP bipolar transistor 14 and the PNP is connected via the resistor R1 as the first resistor. The base of the bipolar transistor 14 and the collector of the NPN bipolar transistor 12 are connected, and the cathode terminal C as a low potential terminal is connected to the emitter of the NPN bipolar transistor 12 through the diode 13 (diode element) in the forward direction. It is connected to the collector of the PNP bipolar transistor 14 and the base of the NPN bipolar transistor 12 through a resistor R2 as a two-resistor.

要するに、本実施形態1の半導体集積回路のESD保護回路11は、サージ電圧によりブレイクダウン開始してスナップバック開始電圧から保持電圧まで電圧が急激に低下した後に大電流が流れるスナップバック特性を有するスナップバック特性素子と、このスナップバック特性素子に接続されて、スナップバック開始電圧Vt1を素子電圧分(ダイオード逆方向接合耐圧)だけ加算すると共に保持電圧Vhを素子電圧(ダイオード逆方向接合耐圧)の2倍だけ高くする電圧加算素子とを有し、電圧加算素子の素子電圧を調整して、保持電圧Vhを電源電圧以上で被保護素子の耐電圧以下に調整する。   In short, the ESD protection circuit 11 of the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment has a snapback characteristic in which a large current flows after a breakdown starts due to a surge voltage and the voltage rapidly decreases from the snapback start voltage to the holding voltage. The buck characteristic element and the snap back characteristic element are connected, and the snapback start voltage Vt1 is added by the element voltage (diode reverse junction breakdown voltage), and the holding voltage Vh is 2 of the element voltage (diode reverse junction breakdown voltage). A voltage adding element that is increased by a factor of two, and adjusting the element voltage of the voltage adding element to adjust the holding voltage Vh above the power supply voltage and below the withstand voltage of the protected element.

本実施形態1では、スナップバック特性素子はサイリスタ素子(SCR)であり、電圧加算素子は、ダイオード13に対応している。サイリスタ素子は、PNPバイポーラトランジスタ14、NPNバイポーラトランジスタ12および抵抗R1、R2により構成されている。   In the first embodiment, the snapback characteristic element is a thyristor element (SCR), and the voltage adding element corresponds to the diode 13. The thyristor element includes a PNP bipolar transistor 14, an NPN bipolar transistor 12, and resistors R1 and R2.

図2は、図1の半導体集積回路のESD保護回路と共にこれに対応した半導体集積回路のESD保護素子の縦断面図である。   FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit corresponding to the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of FIG.

図2において、本実施形態1の半導体集積回路のESD保護回路11を構成するESD保護素子21は、第1導電型(ここではP型)の半導体基板1上に形成された第2導電型の低濃度拡散層4と、この低濃度拡散層4の表面側に形成された第1導電型の高濃度拡散層3および第2導電型(ここではN型)の高濃度拡散層5と、第1導電型の高濃度拡散層3に対して、第2導電型の高濃度拡散層5とは反対側の位置に第2導電型の低濃度拡散層4と隣接して第1導電型の半導体基板1上に形成された第1導電型の低濃度拡散層2と、第1導電型の低濃度拡散層2の表面側に形成された第2導電型の拡散層6と、第2導電型の拡散層6に対して低濃度拡散層4とは反対の位置に離間して形成された第1導電型の高濃度拡散層3と、第2導電型の拡散層6の表面側に形成された第1導電型の高濃度拡散層3とを有している。このESD保護素子21は、これらの第1導電型の高濃度拡散層3、第2導電型の低濃度拡散層4および第1導電型の低濃度拡散層2を有するPNPバイポーラ14と、第2導電型の低濃度拡散層4、第1導電型の低濃度拡散層2および第2導電型の拡散層6を有するNPNバイポーラ12と、第2導電型の拡散層6および第1導電型の高濃度拡散層3からなるダイオード13とを備えている。   In FIG. 2, an ESD protection element 21 constituting the ESD protection circuit 11 of the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment is a second conductivity type formed on a first conductivity type (here, P type) semiconductor substrate 1. A low-concentration diffusion layer 4, a first-conductivity-type high-concentration diffusion layer 3 and a second-conductivity-type (N-type) high-concentration diffusion layer 5 formed on the surface side of the low-concentration diffusion layer 4; The first conductivity type semiconductor is adjacent to the second conductivity type low concentration diffusion layer 4 at a position opposite to the second conductivity type high concentration diffusion layer 5 with respect to the one conductivity type high concentration diffusion layer 3. First conductivity type low concentration diffusion layer 2 formed on substrate 1, second conductivity type diffusion layer 6 formed on the surface side of first conductivity type low concentration diffusion layer 2, and second conductivity type A high-concentration diffusion layer 3 of the first conductivity type formed at a position opposite to the low-concentration diffusion layer 4 with respect to the diffusion layer 6 of the second conductivity type, And a high-concentration diffusion layer 3 of the first conductivity type formed on the surface side of the goldenrod 6. The ESD protection element 21 includes a PNP bipolar 14 having the first conductivity type high concentration diffusion layer 3, the second conductivity type low concentration diffusion layer 4, and the first conductivity type low concentration diffusion layer 2, and a second conductivity type. An NPN bipolar 12 having a conductivity type low concentration diffusion layer 4, a first conductivity type low concentration diffusion layer 2 and a second conductivity type diffusion layer 6, and a second conductivity type diffusion layer 6 and a first conductivity type high concentration. And a diode 13 made of the concentration diffusion layer 3.

PNPバイポーラトランジスタ14のエミッタが高電位端子(アノード端子A)に接続され、PNPバイポーラトランジスタ14のベースが、NPNバイポーラトランジスタ12のコレクタに接続され、PNPバイポーラトランジスタ14のベースおよびNPNバイポーラトランジスタ12のコレクタが第2導電型の低濃度拡散層4の抵抗成分からなる第1抵抗体R1を介して高電位端子(アノード端子A)に接続されている。また、PNPバイポーラトランジスタ14のコレクタが、NPNバイポーラトランジスタ12のベースに接続され、PNPバイポーラトランジスタ14のコレクタおよびNPNバイポーラトランジスタ12のベースが第1導電型の半導体基板1および第1導電型の低濃度拡散層2の抵抗成分からなる第2抵抗体R2を介して低電位端子(カソード端子C)に接続されている。さらに、NPNバイポーラトランジスタ12のエミッタがダイオード13のカソードに接続され、ダイオード13のアノードが低電位端子(カソード端子C)に接続されている。これらのNPNバイポーラトランジスタ12およびPNPバイポーラトランジスタ14によりサイリスタ構造であり、サイリスタ構造にダイオード13が逆接続されて、バイポーラ動作を利用したESD保護素子21が構成されている。   The emitter of the PNP bipolar transistor 14 is connected to the high potential terminal (anode terminal A), the base of the PNP bipolar transistor 14 is connected to the collector of the NPN bipolar transistor 12, the base of the PNP bipolar transistor 14 and the collector of the NPN bipolar transistor 12 Is connected to the high potential terminal (anode terminal A) via the first resistor R1 made of the resistance component of the low-concentration diffusion layer 4 of the second conductivity type. The collector of the PNP bipolar transistor 14 is connected to the base of the NPN bipolar transistor 12, and the collector of the PNP bipolar transistor 14 and the base of the NPN bipolar transistor 12 are the first conductive type semiconductor substrate 1 and the first conductive type low concentration. It is connected to a low potential terminal (cathode terminal C) via a second resistor R2 made of a resistance component of the diffusion layer 2. Further, the emitter of the NPN bipolar transistor 12 is connected to the cathode of the diode 13, and the anode of the diode 13 is connected to the low potential terminal (cathode terminal C). The NPN bipolar transistor 12 and the PNP bipolar transistor 14 have a thyristor structure, and a diode 13 is reversely connected to the thyristor structure to constitute an ESD protection element 21 utilizing a bipolar operation.

図3は、図1の半導体集積回路のESD保護回路におけるサージ電流・サージ電圧特性を示す図である。図4は、サイリスタ構造を概略的に示す回路図である。図5は、図4のサイリスタ構造に対応したサイリスタ素子の縦断面図である。図6は、図1の半導体集積回路のESD保護回路11から抵抗R1,R2を省略した一例を示す回路図である。図7は、図6の回路に対応した半導体集積回路のESD保護素子21の一例を示す縦断面図である。   FIG. 3 is a diagram showing surge current / surge voltage characteristics in the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of FIG. FIG. 4 is a circuit diagram schematically showing a thyristor structure. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a thyristor element corresponding to the thyristor structure of FIG. FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an example in which the resistors R1 and R2 are omitted from the ESD protection circuit 11 of the semiconductor integrated circuit of FIG. FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing an example of the ESD protection element 21 of the semiconductor integrated circuit corresponding to the circuit of FIG.

図3に示すように、スナップバック特性により、サージ電圧でブレイクダウンが開始すると、スナップバック動作開始電圧(スナップバック動作電圧Vt1)から電流が増加し、電圧が急激に低下した後に保持電圧VhからESD保護素子21に大電流が流れる。点線は従来構造のESD保護素子であり、実線は本発明構造のESD保護素子21である。従来構造の図4および図5のサイリスタ構造のESD保護素子に対して、本発明構造の図6および図7のように電圧加算素子としてのダイオード13を追加することにより、前述したが、スナップバック開始電圧Vt1を素子電圧分(ダイオード逆方向接合耐圧)だけ加算すると共に保持電圧Vhを素子電圧(ダイオード逆方向接合耐圧)の2倍だけ従来構造の図4および図5のESD保護素子に比べて高くすることができる。   As shown in FIG. 3, due to the snapback characteristic, when breakdown starts with a surge voltage, the current increases from the snapback operation start voltage (snapback operation voltage Vt1), and then from the holding voltage Vh after the voltage suddenly decreases. A large current flows through the ESD protection element 21. The dotted line is the ESD protection element having the conventional structure, and the solid line is the ESD protection element 21 having the structure of the present invention. As described above, the diode 13 as a voltage adding element is added as shown in FIGS. 6 and 7 of the structure of the present invention to the ESD protection element of the thyristor structure of FIGS. The start voltage Vt1 is added by the element voltage (diode reverse junction withstand voltage) and the holding voltage Vh is twice the element voltage (diode reverse junction withstand voltage) compared to the ESD protection elements of FIGS. 4 and 5 having the conventional structure. Can be high.

このように、図4および図5のサイリスタ構造のNPNバイポーラトランジスタ12のエミッタと低電位端子(カソード端子C)間に、図6および図7のようにダイオード13を追加することで、次の式1に示すように、スナップバック電圧がダイオード13の逆方向接合耐圧分だけ増加することができる。
Vsn = Vsn’−VB ・・・ (式1)
Vsn : 本実施形態1のスナップバック電圧
Vsn’ : 従来構造のスナップバック電圧
(スナップバック電圧:スナップバック動作電圧Vt1−保持電圧Vh)
VB : ダイオード13の逆方向接合耐圧
また、式2に示すように、スナップバック動作電圧についても、スナップバック電圧と同様にダイオード逆方向接合耐圧分だけ増加する。
Vt1 = Vt1’ + VB ・・・ (式2)
Vt1 : 本実施形態1のスナップバック動作電圧
Vt1’ : 従来構造のスナップバック動作電圧
VB : ダイオード13の逆方向接合耐圧
よって、上記式1および上記式2により、本実施形態1の保持電圧Vhは、次の式3に示すように、従来構造の保持電圧Vh‘に対して、ダイオード13の逆方向接合耐圧の2倍の電圧分だけ上昇させることができる。
Vh = Vt1 - Vsn
= ( Vt1’ + VB )-( Vsn’ - VB )
= Vt1’-Vsn’+2×VB ・・・ (式3)
ここで、繰り返し前述しているが、電圧加算素子としてのダイオード13の追加により、スナップバック開始電圧Vt1を素子電圧分(ダイオード逆方向接合耐圧)だけ加算すると共に保持電圧Vhを素子電圧(ダイオード逆方向接合耐圧)の2倍だけ従来構造のESD保護素子に比べて高くすることができる点について、さらに具体的に説明する。
Thus, by adding the diode 13 as shown in FIGS. 6 and 7 between the emitter and the low potential terminal (cathode terminal C) of the NPN bipolar transistor 12 having the thyristor structure shown in FIGS. As shown in FIG. 1, the snapback voltage can be increased by the reverse junction breakdown voltage of the diode 13.
Vsn = Vsn′−VB (Formula 1)
Vsn: Snapback voltage Vsn ′ of the first embodiment: Snapback voltage of conventional structure (snapback voltage: snapback operating voltage Vt1−holding voltage Vh)
VB: Reverse junction withstand voltage of diode 13 Further, as shown in Equation 2, the snapback operating voltage also increases by the diode reverse junction withstand voltage in the same manner as the snapback voltage.
Vt1 = Vt1 ′ + VB (Formula 2)
Vt1: Snapback operating voltage Vt1 ′ of the first embodiment: Snapback operating voltage VB of conventional structure VB: Due to the reverse junction breakdown voltage of the diode 13, the holding voltage Vh of the first embodiment is given by the above formulas 1 and 2. As shown in the following Expression 3, the voltage can be increased by twice the reverse junction breakdown voltage of the diode 13 with respect to the holding voltage Vh ′ of the conventional structure.
Vh = Vt1-Vsn
= (Vt1 '+ VB)-(Vsn'-VB)
= Vt1′−Vsn ′ + 2 × VB (Formula 3)
Here, as described above repeatedly, by adding the diode 13 as a voltage adding element, the snapback start voltage Vt1 is added by the element voltage (diode reverse junction breakdown voltage) and the holding voltage Vh is added to the element voltage (diode reverse voltage). The point that it can be made higher than the ESD protection element of the conventional structure by twice as much as the direction junction breakdown voltage) will be described more specifically.

図8は、図6のNPNバイポーラトランジスタ12およびダイオード13だけを取り出した回路の回路図である。図9は、従来の半導体集積回路のESD保護回路におけるサージ電流・サージ電圧特性と、図1の半導体集積回路のESD保護回路におけるサージ電流・サージ電圧特性とを示す図である。   FIG. 8 is a circuit diagram of a circuit in which only the NPN bipolar transistor 12 and the diode 13 in FIG. 6 are taken out. FIG. 9 is a diagram showing surge current / surge voltage characteristics in an ESD protection circuit of a conventional semiconductor integrated circuit and surge current / surge voltage characteristics in an ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit of FIG.

図8に示すように、NPNバイポーラトランジスタ12のベース・エミッタ間に0.6Vを印加するとオン状態になるが、NPNバイポーラトランジスタ12のエミッタ側に、順方向電圧が10Vのダイオード13を加えると、NPNバイポーラトランジスタ12のベースに10.6Vの電圧を印加するとオンする。つまり、NPNバイポーラトランジスタ12は、ダイオード13を加えた10V分だけ電圧がアップしないと、オン状態にはならない。したがって、図9に示すように、ブレイクダウン開始電圧から、スナップバック動作開始電圧(スナップバック動作電圧Vt1)が従来構造の場合よりも10Vアップする。さらに、保持電圧Vhは、従来構造の場合に比べて10V分だけ平行移動したものに更に10V高くなるので、2×10Vだけ高くなる。ESD保護素子21は被保護素子が破壊されるまでに動作しなければならないので、保持電圧Vhが電源電圧以上で被保護素子の耐圧以下の電圧に制御する必要がある。   As shown in FIG. 8, when 0.6V is applied between the base and emitter of the NPN bipolar transistor 12, the transistor is turned on, but when a diode 13 having a forward voltage of 10V is applied to the emitter side of the NPN bipolar transistor 12, It is turned on when a voltage of 10.6 V is applied to the base of the NPN bipolar transistor 12. That is, the NPN bipolar transistor 12 is not turned on unless the voltage is increased by 10 V including the diode 13. Therefore, as shown in FIG. 9, the snapback operation start voltage (snapback operation voltage Vt1) is increased by 10 V from the breakdown start voltage as compared with the conventional structure. Further, the holding voltage Vh is higher by 10V than that of the conventional structure, and is increased by 2 × 10V. Since the ESD protection element 21 must operate until the protected element is destroyed, it is necessary to control the holding voltage Vh to a voltage not lower than the power supply voltage and not higher than the withstand voltage of the protected element.

このように、ダイオード13の逆方向接合耐圧を制御することにより、保持電圧Vhを制御することができて、ダイオード13の逆方向接合耐圧の制御に関しては、図2に記載の距離Aおよび第1導電型の拡散層6の拡散濃度により自由に制御可能である。   In this way, the holding voltage Vh can be controlled by controlling the reverse junction withstand voltage of the diode 13. With respect to the control of the reverse junction withstand voltage of the diode 13, the distance A shown in FIG. It can be freely controlled by the diffusion concentration of the conductive type diffusion layer 6.

また、特許文献1の保持電圧Vhの上昇に伴い、ESD保護素子のレイアウト面積が大きくなる問題についても、本発明では生じない。   Further, the problem that the layout area of the ESD protection element increases as the holding voltage Vh of Patent Document 1 increases does not occur in the present invention.

以上により、本実施形態1によれば、ESD保護素子21は、スナップバック特性を有するスナップバック特性素子としてのSCR素子と、このSCR素子に接続されて、スナップバック開始電圧Vt1を素子電圧分(ダイオード逆方向接合耐圧)だけ加算すると共に保持電圧Vhを素子電圧の2倍高くする電圧加算素子としてのダイオード13とを有して、ダイオード13の素子電圧を調整して、保持電圧Vhを電源電圧Vcc以上で被保護素子の耐電圧以下に調整する。   As described above, according to the first embodiment, the ESD protection element 21 is connected to the SCR element as the snapback characteristic element having the snapback characteristic, and the snapback start voltage Vt1 is equal to the element voltage ( Diode reverse junction breakdown voltage) and a diode 13 as a voltage adding element for increasing the holding voltage Vh twice as high as the element voltage, and adjusting the element voltage of the diode 13 so that the holding voltage Vh is the power supply voltage. Adjust to Vcc or higher and withstand voltage of the protected element.

これによって、レイアウト面積の増加を抑え、従来構造に比べて特性直線の傾斜がダイオード13の追加で大幅に小さくなることもなく、従来構造に比べて保護能力の大幅な低下を招くことなく、保持電圧Vhを電源電圧以上の適正な電圧に制御できる。   As a result, the increase in layout area is suppressed, and the slope of the characteristic line is not significantly reduced by the addition of the diode 13 as compared with the conventional structure, and is maintained without causing a significant decrease in the protection capability as compared with the conventional structure. The voltage Vh can be controlled to an appropriate voltage equal to or higher than the power supply voltage.

なお、図10に示すように、図2の構成上に層間絶縁膜8が形成され、層間絶縁膜8上にアノード端子9とカソード端子10とが形成されている。7は、素子分離絶縁膜である。   As shown in FIG. 10, an interlayer insulating film 8 is formed on the configuration of FIG. 2, and an anode terminal 9 and a cathode terminal 10 are formed on the interlayer insulating film 8. Reference numeral 7 denotes an element isolation insulating film.

(実施形態2)
上記実施形態1では、第2導電型(N型)の拡散層6のイオン注入工程を別途行ったが、本実施形態2では、第2導電型(N型)の拡散層6のイオン注入工程を第2導電型(N型)の低濃度拡散層4のイオン注入工程時に行うことにより、第2導電型(N型)の拡散層6のイオン注入工程を別途行う必要がない場合について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the ion implantation process for the second conductivity type (N-type) diffusion layer 6 is performed separately. In the second embodiment, the ion implantation process for the second conductivity type (N-type) diffusion layer 6 is performed. The case where the ion implantation process of the second conductivity type (N-type) diffusion layer 6 is not required separately by performing the ion implantation process of the second conductivity type (N-type) low-concentration diffusion layer 4 will be described. .

図11は、本発明の実施形態2における半導体集積回路のESD保護回路の製造の簡略化を説明するための半導体集積回路のESD保護素子の縦断面図である。なお、図11では、図2の部材と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。   FIG. 11 is a vertical cross-sectional view of an ESD protection element of a semiconductor integrated circuit for explaining the simplification of the production of the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit in Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 11, members having the same functions and effects as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図11において、本実施形態2の半導体集積回路のESD保護素子21Aは、図2の第2導電型(ここではN型)の拡散層6の直下の第1導電型の低濃度拡散層2を形成せず、第2導電型の拡散層6を形成した領域に第2導電型の低濃度拡散層4を形成することにより、第2導電型(N型)の拡散層6のイオン注入工程を第2導電型(N型)の低濃度拡散層4のイオン注入工程時に同時に行うことで、半導体集積回路のESD保護回路11に対応したESD保護素子21Aの製造の簡略化を図ることができる。   11, the ESD protection element 21A of the semiconductor integrated circuit according to the second embodiment includes the first conductivity type low-concentration diffusion layer 2 immediately below the second conductivity type (here, N type) diffusion layer 6 of FIG. The second conductivity type low-concentration diffusion layer 4 is formed in the region where the second conductivity type diffusion layer 6 is formed without forming the second conductivity type (N type) diffusion layer 6. By simultaneously performing the ion implantation step of the second conductivity type (N-type) low-concentration diffusion layer 4, it is possible to simplify the manufacture of the ESD protection element 21A corresponding to the ESD protection circuit 11 of the semiconductor integrated circuit.

このような構造でも、上記実施形態1で示した保持電圧Vhの制御が可能であり、上記実施形態1で示した同様な効果を得ることができる。ダイオード13の逆方向接合耐圧(加算電圧)の制御に関しては、図2に記載の距離Aにより自由に制御可能である。また、上記実施形態1で示した第2導電型の拡散層6が不要となるため、従来の半導体基板作成に必要とする工程のみで実現可能であり、ESD保護素子21Aの製造の簡略化を図ることができる。   Even with such a structure, the holding voltage Vh shown in the first embodiment can be controlled, and the same effect as shown in the first embodiment can be obtained. The control of the reverse junction breakdown voltage (added voltage) of the diode 13 can be freely controlled by the distance A shown in FIG. In addition, since the second conductivity type diffusion layer 6 shown in the first embodiment is not necessary, it can be realized only by a process necessary for manufacturing a conventional semiconductor substrate, and the manufacturing of the ESD protection element 21A can be simplified. Can be planned.

なお、上記実施形態1、2では、半導体集積回路のESD保護回路11において、P型半導体基板1を用い、高電位端子(アノード端子A)がPNPバイポーラトランジスタ14のエミッタに接続されると共に、第1抵抗体R1を介してPNPバイポーラトランジスタ14のベースとNPNバイポーラトランジスタ12のコレクタに接続され、低電位端子(カソード端子C)がダイオード13を順方向に介してNPNバイポーラトランジスタ12のエミッタに接続されると共に、第2抵抗体R2を介してPNPバイポーラトランジスタ14のコレクタとNPNバイポーラトランジスタ12のベースに接続されている場合について説明したが、これに限らず、半導体集積回路のESD保護回路11の変形例としてN型半導体基板を用いた場合、高電位端子(アノード端子A)がNPNバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第1抵抗体R1を介してNPNバイポーラトランジスタのベースとPNPバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、低電位端子(カソード端子C)がダイオード13を順方向に介してPNPバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第2抵抗体R2を介してNPNバイポーラトランジスタのコレクタとPNPバイポーラトランジスタのベースに接続されていてもよい。   In the first and second embodiments, the P-type semiconductor substrate 1 is used in the ESD protection circuit 11 of the semiconductor integrated circuit, the high potential terminal (anode terminal A) is connected to the emitter of the PNP bipolar transistor 14, and the first One resistor R1 is connected to the base of the PNP bipolar transistor 14 and the collector of the NPN bipolar transistor 12, and the low potential terminal (cathode terminal C) is connected to the emitter of the NPN bipolar transistor 12 through the diode 13 in the forward direction. In addition, the case where the PNP bipolar transistor 14 is connected to the collector of the PNP bipolar transistor 14 and the base of the NPN bipolar transistor 12 via the second resistor R2 has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the ESD protection circuit 11 of the semiconductor integrated circuit is modified. When an N-type semiconductor substrate is used as an example, The potential terminal (anode terminal A) is connected to the emitter of the NPN bipolar transistor, and is connected to the base of the NPN bipolar transistor and the collector of the PNP bipolar transistor via the first resistor R1, and the low potential terminal (cathode terminal C). May be connected to the emitter of the PNP bipolar transistor via the diode 13 in the forward direction, and may be connected to the collector of the NPN bipolar transistor and the base of the PNP bipolar transistor via the second resistor R2.

(実施形態3)
上記実施形態1では、低電位端子としてのカソード端子Cがダイオード13(ダイオード素子)を順方向に介してNPNバイポーラトランジスタ12のエミッタに接続される場合について説明したが、これに限らず、本実施形態3では、高電位端子としてのアノード端子Aがダイオード13(ダイオード素子)を逆方向に介してPNPバイポーラトランジスタ14のエミッタに接続される場合について説明する。
(Embodiment 3)
In the first embodiment, the case where the cathode terminal C as the low potential terminal is connected to the emitter of the NPN bipolar transistor 12 through the diode 13 (diode element) in the forward direction has been described. In the third embodiment, a case where the anode terminal A as a high potential terminal is connected to the emitter of the PNP bipolar transistor 14 through the diode 13 (diode element) in the reverse direction will be described.

図12は、本発明の実施形態3における半導体集積回路のESD保護回路を構成するESD保護素子の縦断面図である。なお、図12では、図2の部材と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付して説明する。   FIG. 12 is a longitudinal sectional view of an ESD protection element constituting the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 12, members having the same effects as the members in FIG.

図12において、本実施形態3の半導体集積回路のESD保護素子21Bは、第1導電型(ここではP型)の半導体基板1上に形成された第2導電型(ここではN型)の低濃度拡散層4と、低濃度拡散層4の表面側に形成された第2導電型の高濃度拡散層5および第1導電型の拡散層6Bと、第1導電型の拡散層6Bの表面に形成された第2導電型の高濃度拡散層5と、第1導電型の拡散層6Bに対して、第2導電型の低濃度拡散層4の表面に形成された第2導電型の高濃度拡散層5とは反対側の位置に第2導電型の低濃度拡散層4と隣接して第1導電型の半導体基板1上に形成された第1導電型の低濃度拡散層2と、第1導電型の低濃度拡散層2の表面に形成された第2導電型の高濃度拡散層5と、第1導電型の低濃度拡散層2の表面に形成された第2導電型の高濃度拡散層5に対して、第2導電型の低濃度拡散層4とは反対側の位置に形成された第1導電型の高濃度拡散層3とを有している。   In FIG. 12, the ESD protection element 21B of the semiconductor integrated circuit according to the third embodiment is a low-conductivity type (here, N-type) low-resistance formed on the first-conductivity-type (here, P-type) semiconductor substrate 1. The concentration diffusion layer 4, the second conductivity type high concentration diffusion layer 5 and the first conductivity type diffusion layer 6B formed on the surface side of the low concentration diffusion layer 4, and the surface of the first conductivity type diffusion layer 6B The second conductivity type high concentration diffusion layer 5 formed on the surface of the second conductivity type low concentration diffusion layer 4 with respect to the formed second conductivity type high concentration diffusion layer 5 and the first conductivity type diffusion layer 6B. A first conductivity type low concentration diffusion layer 2 formed on the first conductivity type semiconductor substrate 1 adjacent to the second conductivity type low concentration diffusion layer 4 at a position opposite to the diffusion layer 5; A second conductivity type high concentration diffusion layer 5 formed on the surface of the one conductivity type low concentration diffusion layer 2 and a shape formed on the surface of the first conductivity type low concentration diffusion layer 2. The first conductivity type high concentration diffusion layer 3 formed at a position opposite to the second conductivity type low concentration diffusion layer 4 with respect to the second conductivity type high concentration diffusion layer 5. ing.

ESD保護素子21Bは、第1導電型の拡散層6Bと、第2導電型の低濃度拡散層4および第1導電型の低濃度拡散層2からなるPNPバイポーラ14と、第2導電型の低濃度拡散層4、第1導電型の低濃度拡散層2および第2導電型の高濃度拡散層5からなるNPNバイポーラ12と、第1導電型の拡散層6Bおよび第2導電型の高濃度拡散層5からなるダイオード13とを備えている。   The ESD protection element 21B includes a first conductivity type diffusion layer 6B, a PNP bipolar layer 14 composed of the second conductivity type low concentration diffusion layer 4 and the first conductivity type low concentration diffusion layer 2, and a second conductivity type low concentration layer. An NPN bipolar 12 comprising a concentration diffusion layer 4, a first conductivity type low concentration diffusion layer 2 and a second conductivity type high concentration diffusion layer 5, a first conductivity type diffusion layer 6B and a second conductivity type high concentration diffusion. And a diode 13 composed of the layer 5.

半導体集積回路のESD保護回路11Bにおいて、NPNバイポーラトランジスタ12のエミッタが低電位端子(カソード端子C)に接続され、NPNバイポーラトランジスタ12のベースが、PNPバイポーラトランジスタ14のコレクタに接続され、NPNバイポーラトランジスタ12のベースおよびPNPバイポーラトランジスタ14のコレクタが、第1導電型の半導体基板1および第1導電型の低濃度拡散層2の抵抗成分からなる第2抵抗体R2を介して低電位端子(カソード端子C)に接続され、NPNバイポーラトランジスタ12のコレクタおよびPNPバイポーラトランジスタ14のベースが、第2導電型の低濃度拡散層4の抵抗成分からなる第1抵抗体R1を介して高電位端子(アノード端子A)に接続され、PNPバイポーラトランジスタ14のエミッタがダイオード13のアノードに接続され、ダイオード13のカソードが高電位端子(アノード端子A)に接続されている。
本実施形態3のESD保護素子21Bにおけるサージ電流印加時のI−V特性および効果については、上記実施形態1の場合と同様であり、ダイオード13の逆方向接合耐圧(電圧加算分)の制御に関して、図2の距離Aおよび第2導電型の拡散層6Bの拡散濃度により自由に制御可能である。
In the ESD protection circuit 11B of the semiconductor integrated circuit, the emitter of the NPN bipolar transistor 12 is connected to the low potential terminal (cathode terminal C), the base of the NPN bipolar transistor 12 is connected to the collector of the PNP bipolar transistor 14, and the NPN bipolar transistor The bases of 12 and the collector of the PNP bipolar transistor 14 are connected to a low potential terminal (cathode terminal) via a second resistor R2 made of resistance components of the first conductive type semiconductor substrate 1 and the first conductive type low concentration diffusion layer 2. C), and the collector of the NPN bipolar transistor 12 and the base of the PNP bipolar transistor 14 are connected to the high potential terminal (anode terminal) via the first resistor R1 made of the resistance component of the low-concentration diffusion layer 4 of the second conductivity type. A) connected to the PNP bipo The emitter of La transistor 14 is connected to the anode of the diode 13, the cathode of the diode 13 is connected to the high potential terminal (anode terminal A).
About the IV characteristic and effect at the time of the surge current application in the ESD protection element 21B of this Embodiment 3, it is the same as that of the said Embodiment 1, About the control of the reverse junction withstand voltage (voltage addition part) of the diode 13. The distance A in FIG. 2 and the diffusion concentration of the second conductivity type diffusion layer 6B can be freely controlled.

なお、上記実施形態1または2のダイオード13と本実施形態3のダイオード13とを組み合わせることにより保持電圧Vhの上昇効果を2倍にすることもできる。   The effect of increasing the holding voltage Vh can be doubled by combining the diode 13 of the first or second embodiment and the diode 13 of the third embodiment.

なお、本実施形態3では、半導体集積回路のESD保護回路11Bにおいて、P型半導体基板1を用い、高電位端子(アノード端子A)がダイオード13を逆方向に介してPNPバイポーラトランジスタ14のエミッタに接続されると共に、第1抵抗体R1を介してPNPバイポーラトランジスタ14のベースとNPNバイポーラトランジスタ12のコレクタに接続され、低電位端子(カソード端子C)がNPNバイポーラトランジスタ12のエミッタに接続されると共に、第2抵抗体R2を介してPNPバイポーラトランジスタ14のコレクタとNPNバイポーラトランジスタ12のベースに接続された場合について説明したが、これに限らず、半導体集積回路のESD保護回路11Bの変形例として、N型半導体基板を用い、高電位端子(アノード端子A)がダイオード13を逆方向に介してNPNバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第1抵抗体R1を介してNPNバイポーラトランジスタのベースとPNPバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、低電位端子(カソード端子C)がPNPバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第2抵抗体R2を介してNPNバイポーラトランジスタのコレクタとPNPバイポーラトランジスタのベースに接続されていてもよい。   In the third embodiment, in the ESD protection circuit 11B of the semiconductor integrated circuit, the P-type semiconductor substrate 1 is used, and the high potential terminal (anode terminal A) is connected to the emitter of the PNP bipolar transistor 14 through the diode 13 in the reverse direction. As well as being connected to the base of the PNP bipolar transistor 14 and the collector of the NPN bipolar transistor 12 via the first resistor R1, the low potential terminal (cathode terminal C) is connected to the emitter of the NPN bipolar transistor 12. The case where the collector of the PNP bipolar transistor 14 and the base of the NPN bipolar transistor 12 are connected via the second resistor R2 has been described. However, the present invention is not limited to this, and as a modified example of the ESD protection circuit 11B of the semiconductor integrated circuit, High potential terminal using N-type semiconductor substrate The anode terminal A) is connected to the emitter of the NPN bipolar transistor via the diode 13 in the reverse direction, and is connected to the base of the NPN bipolar transistor and the collector of the PNP bipolar transistor via the first resistor R1. (Cathode terminal C) may be connected to the emitter of the PNP bipolar transistor and may be connected to the collector of the NPN bipolar transistor and the base of the PNP bipolar transistor via the second resistor R2.

(実施形態4)
上記実施形態1〜3では、スナップバック特性素子としてサイリスタ素子(SCR)を用い、電圧加算素子としてダイオード素子を用いた場合について説明したが、本実施形態4では、スナップバック特性素子としてバイポーラトランジスタを用い、電圧加算素子としてダイオード素子を用いた場合について説明する。
(Embodiment 4)
In the first to third embodiments, the case where a thyristor element (SCR) is used as a snapback characteristic element and a diode element is used as a voltage adding element has been described. In the fourth embodiment, a bipolar transistor is used as a snapback characteristic element. A case where a diode element is used as the voltage adding element will be described.

図13は、本発明の実施形態4における半導体集積回路のESD保護回路を構成するESD保護素子の縦断面図である。なお、図13では、図2の部材と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付して説明する。   FIG. 13 is a longitudinal sectional view of an ESD protection element constituting the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 13, members having the same effects as those of the member of FIG.

図13において、本実施形態4の半導体集積回路のESD保護素子21Cは、第1導電型(ここではP型)の半導体基板1上に形成された第2導電型(ここではN型)の低濃度拡散層4と、低濃度拡散層4の表面側に形成された第2導電型の高濃度拡散層5と、第2導電型の低濃度拡散層4と隣接して第1導電型の半導体基板1上に形成された第1導電型の低濃度拡散層2と、第1導電型の低濃度拡散層2の表面に形成された第2導電型の拡散層6と、第2導電型の拡散層6に対して低濃度拡散層4とは反対の位置に離間して形成された第1導電型の高濃度拡散層3と、第2導電型の拡散層6の表面に形成された第1導電型の高濃度拡散層3とを有している。   In FIG. 13, the ESD protection element 21 </ b> C of the semiconductor integrated circuit according to the fourth embodiment is a second conductivity type (here, N type) low-resistance formed on a first conductivity type (here, P type) semiconductor substrate 1. The first conductivity type semiconductor adjacent to the concentration diffusion layer 4, the second conductivity type high concentration diffusion layer 5 formed on the surface side of the low concentration diffusion layer 4, and the second conductivity type low concentration diffusion layer 4. A first conductivity type low concentration diffusion layer 2 formed on the substrate 1, a second conductivity type diffusion layer 6 formed on the surface of the first conductivity type low concentration diffusion layer 2, and a second conductivity type The first conductivity type high concentration diffusion layer 3 formed at a position opposite to the low concentration diffusion layer 4 with respect to the diffusion layer 6 and the second conductivity type diffusion layer 6 formed on the surface of the diffusion layer 6. 1 conductivity type high concentration diffusion layer 3.

本実施形態4の半導体集積回路のESD保護素子21Cは、第2導電型の低濃度拡散層4、第1導電型の低濃度拡散層2および第1導電型の拡散層6からなるNPNバイポーラトランジスタ15と、第1導電型の拡散層6および第1導電型の高濃度拡散層3からなるダイオード13とを備えている。
NPNバイポーラトランジスタ15のコレクタが高電位端子に接続され、NPNバイポーラトランジスタ15のベースが第1導電型の半導体基板1および第1導電型の低濃度拡散層2の抵抗成分からなる第1抵抗体R1を介して低電位端子に接続され、NPNバイポーラトランジスタ15のエミッタがダイオード13のカソードに接続され、ダイオード13のアノードが低電位端子に接続されて、バイポーラ動作を利用したESD保護素子が構成されている。
The ESD protection element 21C of the semiconductor integrated circuit according to the fourth embodiment includes an NPN bipolar transistor including a second conductivity type low concentration diffusion layer 4, a first conductivity type low concentration diffusion layer 2, and a first conductivity type diffusion layer 6. 15 and a diode 13 composed of the first conductivity type diffusion layer 6 and the first conductivity type high-concentration diffusion layer 3.
The collector of the NPN bipolar transistor 15 is connected to the high potential terminal, and the base of the NPN bipolar transistor 15 is composed of the first conductive type semiconductor substrate 1 and the first conductive type low concentration diffusion layer 2 and the first resistor R1. Is connected to the low potential terminal, the emitter of the NPN bipolar transistor 15 is connected to the cathode of the diode 13, the anode of the diode 13 is connected to the low potential terminal, and an ESD protection element utilizing bipolar operation is configured. Yes.

以上により、本実施形態4の半導体集積回路のESD保護素子21Cによれば、サージ電流印加時のI−V特性および効果については、上記実施形態1の場合と同様であり、ダイオード13の逆方向接合耐圧の制御に関しては、図13に記載の距離Aおよび第1導電型の拡散層6の拡散濃度により自由に制御可能である。   As described above, according to the ESD protection element 21 </ b> C of the semiconductor integrated circuit of the fourth embodiment, the IV characteristics and effects at the time of applying the surge current are the same as those in the first embodiment, and the reverse direction of the diode 13. The control of the junction breakdown voltage can be freely controlled by the distance A shown in FIG. 13 and the diffusion concentration of the diffusion layer 6 of the first conductivity type.

なお、本実施形態4では、半導体集積回路のESD保護素子21Cにおいて、P型半導体基板1を用いNPNバイポーラトランジスタ15のコレクタが高電位端子に接続され、該NPNバイポーラトランジスタ15のベースが第1抵抗体R1を介して低電位端子に接続され、該NPNバイポーラトランジスタ15のエミッタがダイオード13のカソードに接続され、該ダイオード13のアノードが低電位端子に接続された場合について説明したが、これに限らず、半導体集積回路のESD保護素子21Cの変形例としてN型半導体基板を用いた場合、PNPバイポーラトランジスタのコレクタが高電位端子に接続され、PNPバイポーラトランジスタのベースが第1抵抗体R1を介して低電位端子に接続され、該PNPバイポーラトランジスタのエミッタがダイオード13のカソードに接続され、該ダイオード13のアノードが低電位端子に接続されていてもよい。   In the fourth embodiment, in the ESD protection element 21C of the semiconductor integrated circuit, the collector of the NPN bipolar transistor 15 is connected to the high potential terminal using the P-type semiconductor substrate 1, and the base of the NPN bipolar transistor 15 is the first resistor. Although the case where the NPN bipolar transistor 15 is connected to the low potential terminal via the body R1, the emitter of the NPN bipolar transistor 15 is connected to the cathode of the diode 13, and the anode of the diode 13 is connected to the low potential terminal has been described. When an N-type semiconductor substrate is used as a modification of the ESD protection element 21C of the semiconductor integrated circuit, the collector of the PNP bipolar transistor is connected to the high potential terminal, and the base of the PNP bipolar transistor is connected via the first resistor R1. Connected to a low potential terminal, the PNP bipolar transistor The emitter is connected to the cathode of the diode 13, the anode of the diode 13 may be connected to the low potential terminal.

(実施形態5)
上記実施形態4では、第2導電型(N型)の拡散層6のイオン注入工程を別途行ったが、本実施形態5では、第2導電型(N型)の拡散層6のイオン注入工程を第2導電型(N型)の低濃度拡散層4のイオン注入工程時に行うことにより、第2導電型(N型)の拡散層6のイオン注入工程を別途行う必要がない場合について説明する。
(Embodiment 5)
In the fourth embodiment, the ion implantation process for the second conductivity type (N-type) diffusion layer 6 is performed separately. In the fifth embodiment, the ion implantation process for the second conductivity type (N-type) diffusion layer 6 is performed. The case where the ion implantation process of the second conductivity type (N-type) diffusion layer 6 is not required separately by performing the ion implantation process of the second conductivity type (N-type) low-concentration diffusion layer 4 will be described. .

図14は、本発明の実施形態5における半導体集積回路のESD保護回路の製造の簡略化を説明するための半導体集積回路のESD保護素子の縦断面図である。なお、図14では、図13の部材と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付して説明する。   FIG. 14 is a vertical cross-sectional view of an ESD protection element of a semiconductor integrated circuit for explaining the simplification of the manufacture of the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit in Embodiment 5 of the present invention. In FIG. 14, members having the same effects as those of the members in FIG.

図14において、本実施形態5の半導体集積回路のESD保護素子21Dは、図13の第2導電型(ここではN型)の拡散層6の直下の第1導電型の低濃度拡散層2を形成せず、第2導電型の拡散層6を形成した領域に第2導電型の低濃度拡散層4を形成することにより、第2導電型(N型)の拡散層6のイオン注入工程を第2導電型(N型)の低濃度拡散層4のイオン注入工程時に同時に行うことで、半導体集積回路のESD保護回路11Dに対応したESD保護素子21Dの製造において製造の簡略化を図ることができる。   In FIG. 14, the ESD protection element 21D of the semiconductor integrated circuit according to the fifth embodiment includes the first-conductivity-type low-concentration diffusion layer 2 directly below the second-conductivity-type (here, N-type) diffusion layer 6 in FIG. The second conductivity type low-concentration diffusion layer 4 is formed in the region where the second conductivity type diffusion layer 6 is formed without forming the second conductivity type (N type) diffusion layer 6. By simultaneously performing the ion implantation step of the second conductivity type (N-type) low-concentration diffusion layer 4, manufacturing can be simplified in the manufacture of the ESD protection element 21D corresponding to the ESD protection circuit 11D of the semiconductor integrated circuit. it can.

このような構造であっても、上記実施形態1で示した保持電圧Vhの制御が可能であり、上記実施形態1の場合と同様な効果を得ることができる。ダイオードの逆方向接合耐圧の制御に関しては、図14に記載の距離Aにより自由に制御可能である。また、本実施形態5で示した第2導電型の拡散層6が不要となるため、従来の半導体基板作成に必要とする工程のみで実現可能である。   Even with such a structure, the holding voltage Vh shown in the first embodiment can be controlled, and the same effect as in the first embodiment can be obtained. The control of the reverse junction withstand voltage of the diode can be freely controlled by the distance A shown in FIG. In addition, since the second conductivity type diffusion layer 6 shown in the fifth embodiment is not necessary, it can be realized only by a process necessary for manufacturing a conventional semiconductor substrate.

(実施形態6)
上記実施形態1〜3では、スナップバック特性素子としてサイリスタ素子(SCR)を用い、上記実施形態4、5では、スナップバック特性素子としてバイポーラトランジスタ15を用いたが、本実施形態6では、スナップバック特性素子としてMOSトランジスタを用い、電圧加算素子としてダイオード素子を用いた場合について説明する。
(Embodiment 6)
In the first to third embodiments, a thyristor element (SCR) is used as the snapback characteristic element. In the fourth and fifth embodiments, the bipolar transistor 15 is used as the snapback characteristic element. In the sixth embodiment, the snapback characteristic element is used. A case where a MOS transistor is used as the characteristic element and a diode element is used as the voltage adding element will be described.

図15は、本発明の実施形態6における半導体集積回路のESD保護回路を構成するESD保護素子の縦断面図である。なお、図15では、図2の部材と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付して説明する。   FIG. 15 is a longitudinal sectional view of an ESD protection element constituting an ESD protection circuit of a semiconductor integrated circuit according to Embodiment 6 of the present invention. In FIG. 15, members having the same effects as those of the member of FIG.

図15において、本実施形態6の半導体集積回路のESD保護素子21Eは、第1導電型(ここではP型)の半導体基板1上に形成された第2導電型(ここではN型)の低濃度拡散層4と、低濃度拡散層4の表面側に形成された第2導電型の高濃度拡散層5と、第2導電型の低濃度拡散層4と隣接して第1導電型の半導体基板1上に形成された第1導電型の低濃度拡散層2と、第1導電型の低濃度拡散層2の表面に形成された第2導電型の拡散層6と、第2導電型の拡散層6に対して低濃度拡散層4とは反対の位置に離間して形成された第1導電型の高濃度拡散層3と、第2導電型の拡散層6の表面に形成された第1導電型の高濃度拡散層3と、第2導電型の低濃度拡散層4の一部、第2導電型の拡散層6の一部、および第2導電型の低濃度拡散層4と第2導電型の拡散層6に挟まれた領域に形成された第1導電型の低濃度拡散層2の表面側にゲート酸化膜17を介して形成されたゲート電極18とを有している。   In FIG. 15, the ESD protection element 21E of the semiconductor integrated circuit according to the sixth embodiment is a low-conductivity type (here, N-type) low-level semiconductor substrate 1 formed on a first-conductivity-type (here, P-type) semiconductor substrate 1. The first conductivity type semiconductor adjacent to the concentration diffusion layer 4, the second conductivity type high concentration diffusion layer 5 formed on the surface side of the low concentration diffusion layer 4, and the second conductivity type low concentration diffusion layer 4. A first conductivity type low concentration diffusion layer 2 formed on the substrate 1, a second conductivity type diffusion layer 6 formed on the surface of the first conductivity type low concentration diffusion layer 2, and a second conductivity type The first conductivity type high concentration diffusion layer 3 formed at a position opposite to the low concentration diffusion layer 4 with respect to the diffusion layer 6 and the second conductivity type diffusion layer 6 formed on the surface of the diffusion layer 6. High conductivity diffusion layer 3 of one conductivity type, part of low concentration diffusion layer 4 of second conductivity type, part of diffusion layer 6 of second conductivity type, and low concentration of second conductivity type A gate electrode 18 formed via a gate oxide film 17 on the surface side of the first conductivity type low concentration diffusion layer 2 formed in a region sandwiched between the diffusion layer 4 and the second conductivity type diffusion layer 6. Have.

本実施形態6の半導体集積回路のESD保護素子21Eは、第2導電型の低濃度拡散層4、第1導電型の低濃度拡散層2、第1導電型の拡散層6およびゲート電極8とを有するMOSトランジスタ16と、第1導電型の拡散層6および第1導電型の高濃度拡散層3とを有するダイオード13とを備えている。
本実施形態6の半導体集積回路のESD保護回路11Eにおいて、MOSトランジスタ16のドレインが高電位端子に接続され、MOSトランジスタ16のボディーが第1導電型の半導体基板1および第1導電型の低濃度拡散層2の抵抗成分からなる第1抵抗体R1を介して低電位端子に接続され、MOSトランジスタ16のソースがダイオード13のカソードに接続され、ダイオード13のアノードが低電位端子に接続されている。半導体集積回路のESD保護素子21Eは、MOSトランジスタ16の寄生バイポーラ動作を利用したESD保護素子である。
The ESD protection element 21E of the semiconductor integrated circuit according to the sixth embodiment includes a second conductivity type low concentration diffusion layer 4, a first conductivity type low concentration diffusion layer 2, a first conductivity type diffusion layer 6, and a gate electrode 8. And a diode 13 having a first conductivity type diffusion layer 6 and a first conductivity type high-concentration diffusion layer 3.
In the ESD protection circuit 11E of the semiconductor integrated circuit according to the sixth embodiment, the drain of the MOS transistor 16 is connected to the high potential terminal, and the body of the MOS transistor 16 has the first conductivity type semiconductor substrate 1 and the first conductivity type low concentration. The first resistor R1 made of the resistance component of the diffusion layer 2 is connected to the low potential terminal, the source of the MOS transistor 16 is connected to the cathode of the diode 13, and the anode of the diode 13 is connected to the low potential terminal. . The ESD protection element 21E of the semiconductor integrated circuit is an ESD protection element using the parasitic bipolar operation of the MOS transistor 16.

以上により、本実施形態6の半導体集積回路のESD保護素子21Eによれば、サージ電流印加時のI−V特性および効果については、上記実施形態1の場合と同様であり、ダイオード13の逆方向接合耐圧の制御に関しては、図15に記載の距離Aおよび第1導電型の拡散層6の拡散濃度により自由に制御可能である。   As described above, according to the ESD protection element 21E of the semiconductor integrated circuit of the sixth embodiment, the IV characteristics and effects at the time of applying the surge current are the same as those in the first embodiment, and the reverse direction of the diode 13 The control of the junction breakdown voltage can be freely controlled by the distance A shown in FIG. 15 and the diffusion concentration of the diffusion layer 6 of the first conductivity type.

(実施形態7)
上記実施形態6では、第2導電型(N型)の拡散層6のイオン注入工程を別途行ったが、本実施形態7では、第2導電型(N型)の拡散層6のイオン注入工程を第2導電型(N型)の低濃度拡散層4のイオン注入工程時に行うことにより、第2導電型(N型)の拡散層6のイオン注入工程を別途行う必要がない場合について説明する。
(Embodiment 7)
In the sixth embodiment, the ion implantation process for the second conductivity type (N-type) diffusion layer 6 is performed separately. In the seventh embodiment, the ion implantation process for the second conductivity type (N-type) diffusion layer 6 is performed. The case where the ion implantation process of the second conductivity type (N-type) diffusion layer 6 is not required separately by performing the ion implantation process of the second conductivity type (N-type) low-concentration diffusion layer 4 will be described. .

図16は、本発明の実施形態7における半導体集積回路のESD保護回路の製造の簡略化を説明するための半導体集積回路のESD保護素子の縦断面図である。なお、図16では、図15の部材と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付して説明する。   FIG. 16 is a vertical cross-sectional view of an ESD protection element of a semiconductor integrated circuit for explaining the simplification of the production of the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit in Embodiment 7 of the present invention. In FIG. 16, members having the same functions and effects as those in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals.

図16において、本実施形態7の半導体集積回路のESD保護素子21Fは、図15の第2導電型(ここではN型)の拡散層6の直下の第1導電型の低濃度拡散層2を形成せず、第2導電型の拡散層6を形成した領域に第2導電型の低濃度拡散層4を形成することにより、第2導電型(N型)の拡散層6のイオン注入工程を第2導電型(N型)の低濃度拡散層4のイオン注入工程時に同時に行うことで、半導体集積回路のESD保護回路11Fに対応したESD保護素子21Fの製造において製造の簡略化を図ることができる。   In FIG. 16, the ESD protection element 21F of the semiconductor integrated circuit according to the seventh embodiment includes the first conductivity type low-concentration diffusion layer 2 immediately below the second conductivity type (N type) diffusion layer 6 in FIG. The second conductivity type low-concentration diffusion layer 4 is formed in the region where the second conductivity type diffusion layer 6 is formed without forming the second conductivity type (N type) diffusion layer 6. By simultaneously performing the ion implantation step of the second conductivity type (N-type) low-concentration diffusion layer 4, manufacturing can be simplified in the manufacture of the ESD protection element 21F corresponding to the ESD protection circuit 11F of the semiconductor integrated circuit. it can.

このような構造であっても、上記実施形態1で示した保持電圧Vhの制御が可能であり、上記実施形態1の場合と同様な効果を得ることができる。ダイオードの逆方向接合耐圧の制御に関しては、図16に記載の距離Aにより自由に制御可能である。また、上記実施形態6で示した第2導電型の拡散層6が不要となるため、従来の半導体基板作成に必要とする工程のみで実現可能である。   Even with such a structure, the holding voltage Vh shown in the first embodiment can be controlled, and the same effect as in the first embodiment can be obtained. The control of the reverse junction breakdown voltage of the diode can be freely controlled by the distance A shown in FIG. Further, since the second conductivity type diffusion layer 6 shown in the sixth embodiment is not necessary, it can be realized only by a process necessary for manufacturing a conventional semiconductor substrate.

以上により、上記実施形態1〜7によれば、ダイオード13が持つ逆方向接合耐圧により、従来構造に比べて、レイアウト面積の増加を抑え、保護能力の大幅な低下を招くことなく、保持電圧Vhを容易に適正な電圧に制御することが可能となり、さまざまな電源電圧に最適なESD保護素子を実現できる。   As described above, according to the first to seventh embodiments, the reverse junction withstand voltage of the diode 13 suppresses an increase in layout area as compared with the conventional structure, and does not cause a significant decrease in protection capability. Can be easily controlled to an appropriate voltage, and an ESD protection element optimal for various power supply voltages can be realized.

なお、上記実施形態1〜7では、スナップバック開始電圧Vt1を素子電圧分だけ加算すると共に保持電圧を該素子電圧の2倍高くする電圧加算素子としてダイオード13を用いたが、これに限らず、図17に示すように、一または複数のダイオード13の代わりに、制御端子(ゲートまたはベース)が出力端子(ソースまたはドレイン端子、または、コレクタまたはエミッタ端子)に接続された一または複数のトランジスタ19を用いることもできる。この場合、保持電圧が素子電圧(例えばソース・ドレイン間電圧)の2倍高くなる。   In the first to seventh embodiments, the diode 13 is used as the voltage adding element that adds the snapback start voltage Vt1 by the element voltage and raises the holding voltage twice as much as the element voltage. As shown in FIG. 17, instead of one or more diodes 13, one or more transistors 19 having a control terminal (gate or base) connected to an output terminal (source or drain terminal or collector or emitter terminal). Can also be used. In this case, the holding voltage is twice as high as the element voltage (for example, source-drain voltage).

以上のように、本発明の好ましい実施形態1〜7を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態1〜7に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態1〜7の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。   As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable Embodiment 1-7 of this invention, this invention should not be limited and limited to this Embodiment 1-7. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments 1 to 7 of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.

本発明は、サージ電圧によりブレイクダウンが開始すると電流が流れて電圧が急激に低下するスナップバック特性を有し、被保護素子に対してESD保護を行う半導体集積回路のESD保護回路およびそのESD保護素子の分野において、電圧加算素子により、スナップバック開始電圧を素子電圧分だけ加算すると共に保持電圧を素子電圧の2倍高くするため、従来構造に比べて、レイアウト面積の増加を抑え、保護能力の大幅な低下を招くことなく、保持電圧Vhを電源電圧以上の適正な電圧に制御できる。   The present invention relates to an ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit having a snapback characteristic in which a current flows when a breakdown starts due to a surge voltage, and the voltage rapidly decreases, and performs ESD protection on a protected element, and its ESD protection In the element field, the voltage adding element adds the snapback start voltage by the element voltage and makes the holding voltage twice as high as the element voltage, thereby suppressing an increase in layout area and protecting capability compared to the conventional structure. The holding voltage Vh can be controlled to an appropriate voltage equal to or higher than the power supply voltage without causing a significant decrease.

1 第1導電型の半導体基板
2 第1導電型の低濃度拡散層
3 第1導電型の高濃度拡散層
4 第2導電型の低濃度拡散層
5 第2導電型の高濃度拡散層
6 第2導電型の拡散層
7 素子分離絶縁膜
8 層間絶縁膜
9 アノード端子(高電位端子)
10 カソード端子(低電位端子)
11、11B、11E 半導体集積回路のESD保護回路
12 NPNバイポーラトランジスタ
13 ダイオード(ダイオード素子)
14 PNPバイポーラトランジスタ
15 NPNバイポーラトランジスタ
16 MOSトランジスタ部
17 ゲート酸化膜
18 ゲート電極
19 トランジスタ
21、21A〜21F ESD保護素子
VB ダイオードの逆方向接合耐圧(素子電圧)
A アノード端子(高電位端子)
C カソード端子(低電位端子)
R1、R2 抵抗
Vt1 スナップバック開始電圧(スナップバック動作電圧)
Vh 保持電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st conductivity type semiconductor substrate 2 1st conductivity type low concentration diffusion layer 3 1st conductivity type high concentration diffusion layer 4 2nd conductivity type low concentration diffusion layer 5 2nd conductivity type high concentration diffusion layer 6 1st 2 conductivity type diffusion layer 7 element isolation insulating film 8 interlayer insulating film 9 anode terminal (high potential terminal)
10 Cathode terminal (low potential terminal)
11, 11B, 11E Semiconductor integrated circuit ESD protection circuit 12 NPN bipolar transistor 13 Diode (diode element)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 PNP bipolar transistor 15 NPN bipolar transistor 16 MOS transistor part 17 Gate oxide film 18 Gate electrode 19 Transistor 21, 21A-21F ESD protection element VB Reverse junction breakdown voltage (element voltage)
A Anode terminal (high potential terminal)
C Cathode terminal (low potential terminal)
R1, R2 resistance Vt1 Snapback start voltage (Snapback operating voltage)
Vh holding voltage

Claims (23)

サージ電圧によりブレイクダウン開始してスナップバック開始電圧から保持電圧まで電圧が急激に低下した後に大電流が流れるスナップバック特性を有するスナップバック特性素子と、該スナップバック特性素子に接続されて、該スナップバック開始電圧を素子電圧分だけ加算すると共に該保持電圧を電源電圧よりも高くする電圧加算素子とを有し、該電圧加算素子の素子電圧を調整して、該保持電圧を電源電圧以上で被保護素子の耐電圧以下に調整する半導体集積回路のESD保護回路。   A snapback characteristic element having a snapback characteristic in which a large current flows after the breakdown starts due to a surge voltage and the voltage suddenly drops from the snapback start voltage to the holding voltage; and the snapback characteristic element is connected to the snapback characteristic element. A voltage adding element for adding the back start voltage by the element voltage and making the holding voltage higher than the power supply voltage; adjusting the element voltage of the voltage adding element; An ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit, which is adjusted to be equal to or lower than a withstand voltage of a protection element. 前記電圧加算素子は、前記保持電圧を前記素子電圧の2倍高くする請求項1に記載の半導体集積回路のESD保護回路。   The ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the voltage adding element makes the holding voltage twice as high as the element voltage. 前記スナップバック特性素子は、サイリスタ素子、バイポーラトランジスタおよびMOSトランジスタのいずれかである請求項1に記載の半導体集積回路のESD保護回路。   2. The ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the snapback characteristic element is any one of a thyristor element, a bipolar transistor, and a MOS transistor. 前記電圧加算素子は、一または複数のダイオード素子または、制御端子が出力端子に接続された一または複数のトランジスタである請求項1に記載の半導体集積回路のESD保護回路。   2. The ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the voltage adding element is one or a plurality of diode elements or one or a plurality of transistors having a control terminal connected to an output terminal. 高電位端子がPNPバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第1抵抗体を介して該PNPバイポーラトランジスタのベースとNPNバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、低電位端子がダイオード素子を順方向に介して該NPNバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第2抵抗体を介して該PNPバイポーラトランジスタのコレクタと該NPNバイポーラトランジスタのベースに接続された請求項1に記載の半導体集積回路のESD保護回路。   The high potential terminal is connected to the emitter of the PNP bipolar transistor, and is connected to the base of the PNP bipolar transistor and the collector of the NPN bipolar transistor via the first resistor, and the low potential terminal is connected to the diode element in the forward direction. 2. The ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the ESD protection circuit is connected to an emitter of the NPN bipolar transistor and is connected to a collector of the PNP bipolar transistor and a base of the NPN bipolar transistor through a second resistor. 高電位端子がダイオード素子を逆方向に介してPNPバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第1抵抗体を介して該PNPバイポーラトランジスタのベースとNPNバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、低電位端子が該NPNバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に第2抵抗体を介して該PNPバイポーラトランジスタのコレクタと該NPNバイポーラトランジスタのベースに接続された請求項1に記載の半導体集積回路のESD保護回路。   The high potential terminal is connected to the emitter of the PNP bipolar transistor through the diode element in the reverse direction, and is connected to the base of the PNP bipolar transistor and the collector of the NPN bipolar transistor through the first resistor. 2. The ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the ESD protection circuit is connected to an emitter of the NPN bipolar transistor and is connected to a collector of the PNP bipolar transistor and a base of the NPN bipolar transistor through a second resistor. 高電位端子がNPNバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第1抵抗体を介して該NPNバイポーラトランジスタのベースとPNPバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、低電位端子がダイオード素子を順方向に介して該PNPバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第2抵抗体を介して該NPNバイポーラトランジスタのコレクタと該PNPバイポーラトランジスタのベースに接続された請求項1に記載の半導体集積回路のESD保護回路。   The high potential terminal is connected to the emitter of the NPN bipolar transistor, and is connected to the base of the NPN bipolar transistor and the collector of the PNP bipolar transistor through the first resistor, and the low potential terminal is connected to the diode element in the forward direction. 2. The ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the ESD protection circuit is connected to an emitter of the PNP bipolar transistor and is connected to a collector of the NPN bipolar transistor and a base of the PNP bipolar transistor through a second resistor. 高電位端子がダイオード素子を逆方向に介してNPNバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に、第1抵抗体を介して該NPNバイポーラトランジスタのベースとPNPバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、低電位端子が該PNPバイポーラトランジスタのエミッタに接続されると共に第2抵抗体を介して該NPNバイポーラトランジスタのコレクタと該PNPバイポーラトランジスタのベースに接続された請求項1に記載の半導体集積回路のESD保護回路。   The high potential terminal is connected to the emitter of the NPN bipolar transistor via the diode element in the reverse direction, and is connected to the base of the NPN bipolar transistor and the collector of the PNP bipolar transistor via the first resistor. 2. The ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the ESD protection circuit is connected to an emitter of the PNP bipolar transistor and is connected to a collector of the NPN bipolar transistor and a base of the PNP bipolar transistor through a second resistor. NPNバイポーラトランジスタのコレクタが高電位端子に接続され、該NPNバイポーラトランジスタのベースが第1抵抗体を介して低電位端子に接続され、該NPNバイポーラトランジスタのエミッタがダイオード素子のカソードに接続され、該ダイオード素子のアノードが該低電位端子に接続された請求項1に記載の半導体集積回路のESD保護回路。   The collector of the NPN bipolar transistor is connected to the high potential terminal, the base of the NPN bipolar transistor is connected to the low potential terminal through the first resistor, the emitter of the NPN bipolar transistor is connected to the cathode of the diode element, 2. The ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein an anode of a diode element is connected to the low potential terminal. PNPバイポーラトランジスタのコレクタが高電位端子に接続され、該PNPバイポーラトランジスタのベースが第1抵抗体を介して低電位端子に接続され、該PNPバイポーラトランジスタのエミッタがダイオード素子のカソードに接続され、該ダイオード素子のアノードが該低電位端子に接続された請求項1に記載の半導体集積回路のESD保護回路。   The collector of the PNP bipolar transistor is connected to the high potential terminal, the base of the PNP bipolar transistor is connected to the low potential terminal through the first resistor, the emitter of the PNP bipolar transistor is connected to the cathode of the diode element, 2. The ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein an anode of a diode element is connected to the low potential terminal. MOSトランジスタのドレインが高電位端子に接続され、該MOSトランジスタのボディーが第1抵抗体を介して低電位端子に接続され、該MOSトランジスタのゲートが低電位端子に接続され、該MOSトランジスタのソースがダイオード素子のカソードに接続され、該ダイオードのアノードが該低電位端子に接続された請求項1に記載の半導体集積回路のESD保護回路。   The drain of the MOS transistor is connected to the high potential terminal, the body of the MOS transistor is connected to the low potential terminal via the first resistor, the gate of the MOS transistor is connected to the low potential terminal, and the source of the MOS transistor 2. The ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the diode is connected to a cathode of a diode element, and an anode of the diode is connected to the low potential terminal. 前記素子電圧は前記ダイオード素子の逆方向接合耐圧である請求項4に記載の半導体集積回路のESD保護回路。 The ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 4, wherein the element voltage is a reverse junction breakdown voltage of the diode element. 請求項1〜12のいずれかに記載の半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子。 An ESD protection element for a semiconductor integrated circuit, comprising the ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 1. 請求項5または9に記載の半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、
前記NPNバイポーラトランジスタのエミッタを形成する拡散層と、前記ダイオード素子のカソードを形成する拡散層とが共通である半導体集積回路のESD保護素子。
An ESD protection element for a semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 5 or 9,
An ESD protection element of a semiconductor integrated circuit, wherein a diffusion layer forming an emitter of the NPN bipolar transistor and a diffusion layer forming a cathode of the diode element are common.
請求項7または10に記載の半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、
前記PNPバイポーラトランジスタのエミッタを形成する拡散層と、前記ダイオード素子のカソードを形成する拡散層とが共通である半導体集積回路のESD保護素子。
An ESD protection element for a semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 7 or 10,
An ESD protection element of a semiconductor integrated circuit, wherein a diffusion layer forming an emitter of the PNP bipolar transistor and a diffusion layer forming a cathode of the diode element are common.
請求項6に記載の半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、
前記PNPバイポーラトランジスタのエミッタを形成する拡散層と、前記ダイオード素子のアノードを形成する拡散層とが共通である半導体集積回路のESD保護素子。
An ESD protection element of a semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit according to claim 6,
An ESD protection element of a semiconductor integrated circuit, wherein a diffusion layer forming an emitter of the PNP bipolar transistor and a diffusion layer forming an anode of the diode element are common.
請求項8に記載の半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、
前記NPNバイポーラトランジスタのエミッタを形成する拡散層と、前記ダイオード素子のアノードを形成する拡散層とが共通である半導体集積回路のESD保護素子。
An ESD protection element of a semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit according to claim 8,
An ESD protection element of a semiconductor integrated circuit, wherein a diffusion layer forming an emitter of the NPN bipolar transistor and a diffusion layer forming an anode of the diode element are common.
請求項11に記載の半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、
前記MOSトランジスタのソースを形成する拡散層と、前記ダイオード素子のカソードを形成する拡散層とが共通である半導体集積回路のESD保護素子。
An ESD protection element for a semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 11,
An ESD protection element of a semiconductor integrated circuit, wherein a diffusion layer forming a source of the MOS transistor and a diffusion layer forming a cathode of the diode element are common.
請求項5に記載の半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、
前記PNPバイポーラトランジスタのベースと、前記NPNバイポーラトランジスタのエミッタおよび前記ダイオード素子のカソードとが同時に形成されている半導体集積回路のESD保護素子。
An ESD protection element of a semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit according to claim 5,
An ESD protection element for a semiconductor integrated circuit, wherein a base of the PNP bipolar transistor, an emitter of the NPN bipolar transistor, and a cathode of the diode element are formed simultaneously.
請求項7に記載の半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、
前記NPNバイポーラトランジスタのベースと、前記PNPバイポーラトランジスタのエミッタおよび前記ダイオード素子のカソードとが同時に形成されている半導体集積回路のESD保護素子。
An ESD protection element of a semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit according to claim 7,
An ESD protection element for a semiconductor integrated circuit, wherein a base of the NPN bipolar transistor and an emitter of the PNP bipolar transistor and a cathode of the diode element are formed simultaneously.
請求項9に記載の半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、
前記NPNバイポーラトランジスタのコレクタと、前記NPNバイポーラトランジスタのエミッタおよび前記ダイオード素子のカソードとが同時に形成されている半導体集積回路のESD保護素子。
An ESD protection element of a semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit according to claim 9,
An ESD protection element for a semiconductor integrated circuit, wherein a collector of the NPN bipolar transistor, an emitter of the NPN bipolar transistor, and a cathode of the diode element are formed simultaneously.
請求項10に記載の半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、
前記PNPバイポーラトランジスタのコレクタと、前記PNPバイポーラトランジスタのエミッタおよび前記ダイオード素子のカソードとが同時に形成されている半導体集積回路のESD保護素子。
An ESD protection element of a semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit of the semiconductor integrated circuit according to claim 10,
An ESD protection element for a semiconductor integrated circuit, wherein a collector of the PNP bipolar transistor, an emitter of the PNP bipolar transistor, and a cathode of the diode element are formed simultaneously.
請求項11に記載の半導体集積回路のESD保護回路からなる半導体集積回路のESD保護素子であって、
前記MOSトランジスタのドレインと、前記MOSトランジスタのソースおよび前記ダイオード素子のカソードとが同時に形成されている半導体集積回路のESD保護素子。
An ESD protection element for a semiconductor integrated circuit comprising the ESD protection circuit for a semiconductor integrated circuit according to claim 11,
An ESD protection element of a semiconductor integrated circuit, wherein the drain of the MOS transistor, the source of the MOS transistor, and the cathode of the diode element are formed simultaneously.
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