JP2014053497A - Esd protection circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ESD protection circuit that protects a semiconductor integrated circuit by few elements.SOLUTION: An ESD protection circuit includes an SCR 21 formed from bipolar transistors 11 and 12, and a trigger circuit 20 formed from field-effect transistors MPH and MPL and outputting a trigger for the SCR 21. A gate of the field-effect transistor MPH is connected to a first node, one end of a current path of the field-effect transistor MPH is connected to a fourth node, and the other end of the current path of the field-effect transistor MPH is connected to one end of a current path of the field-effect transistor MPL. A gate of the field-effect transistor MPL is connected to a third node, and the one end of the current path of the field-effect transistor MPL is connected to the SCR 21.

Description

本発明の実施形態は、ESD(Electro Static Discharge)保護回路に関する。   Embodiments described herein relate generally to an ESD (Electro Static Discharge) protection circuit.

半導体回路のESD破壊を防ぐために、ESD保護回路が、半導体回路内に設けられている。   In order to prevent ESD destruction of the semiconductor circuit, an ESD protection circuit is provided in the semiconductor circuit.

半導体回路を形成する素子(例えば、電界効果トランジスタ)の微細化が推進される中、ESD保護回路の回路構成に関して、様々な提案がなされている。   While miniaturization of elements (for example, field effect transistors) forming a semiconductor circuit is promoted, various proposals have been made regarding the circuit configuration of an ESD protection circuit.

特許第4008744号公報Japanese Patent No. 4008744

少ない素子数で、半導体集積回路を保護することが可能なESD保護回路を提案する。   An ESD protection circuit capable of protecting a semiconductor integrated circuit with a small number of elements is proposed.

本実施形態のESD保護回路は、第1のノードと、第2のノードと、第3のノードと、第4のノードと、前記第4のノードに接続された第1のエミッタと、前記第2のノードに接続された第1のコレクタと、第1のベースとを有する第1導電型の第1のバイポーラトランジスタ、及び、前記第2のノードに接続された第2のエミッタと、前記第1のベースに接続された第2のコレクタと、前記第1のコレクタに接続された第2のベースとを有する第2の導電型の第2のバイポーラトランジスタ、を含むシリコン制御整流素子と、前記第1のノードに接続された第1のゲートと、前記第4のノードに接続された第1の電流経路の一端とを有する第3導電型の第1の電界効果トランジスタ、及び、前記第3のノードに接続された第2のゲートと、前記第1の電界効果トランジスタの第1の電流経路の他端に接続された第2の電流経路の一端と、前記第2のベースに接続された前記第2の電流経路の他端とを有する前記第3導電型の第2の電界効果トランジスタ、及び、前記第1及び第2の電界効果トランジスタのバックゲートにカソードが接続され、前記第4のノードにアノードが接続された第1のダイオード、を含むトリガ回路と、を含む。   The ESD protection circuit of the present embodiment includes a first node, a second node, a third node, a fourth node, a first emitter connected to the fourth node, and the first node. A first bipolar transistor of a first conductivity type having a first collector connected to a second node and a first base; a second emitter connected to the second node; A silicon-controlled rectifier element including a second bipolar transistor of a second conductivity type having a second collector connected to a first base and a second base connected to the first collector; A first field effect transistor of a third conductivity type having a first gate connected to a first node and one end of a first current path connected to the fourth node; and A second gate connected to the node of One end of a second current path connected to the other end of the first current path of the first field-effect transistor and the other end of the second current path connected to the second base A second diode of the third conductivity type, and a first diode having a cathode connected to a back gate of the first and second field effect transistors and an anode connected to the fourth node; Including a trigger circuit.

ESD保護回路を含む半導体回路の一例を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a semiconductor circuit including an ESD protection circuit. 第1の実施形態のESD保護回路の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the ESD protection circuit of 1st Embodiment. 第1の実施形態のESD保護回路の動作を説明するための図。The figure for demonstrating operation | movement of the ESD protection circuit of 1st Embodiment. 第2の実施形態のESD保護回路の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the ESD protection circuit of 2nd Embodiment. 実施形態のESD保護回路の変形例を示す図。The figure which shows the modification of the ESD protection circuit of embodiment.

[実施形態]
以下、図面を参照しながら、本実施形態について詳細に説明する。以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複する説明は必要に応じて行う。
[Embodiment]
Hereinafter, this embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, elements having the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given as necessary.

(1) 第1の実施形態
図1乃至図3を参照して、第1の実施形態のESD(Electro Static Discharge)保護回路について説明する。
(1) First embodiment
An ESD (Electro Static Discharge) protection circuit according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

(構成)
図1及び図2を用いて、第1の実施形態のESD保護回路の構成について、説明する。
(Constitution)
The configuration of the ESD protection circuit according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図1は、本実施形態のESD回路が用いられる半導体回路(例えば、半導体集積回路)を模式的に示す図である。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a semiconductor circuit (for example, a semiconductor integrated circuit) in which the ESD circuit of this embodiment is used.

図1に示されるように、半導体集積回路(以下、LSIと表記する)100の内部回路5には、複数のパッド(外部接続端子)60,61,62,63が接続されている。   As shown in FIG. 1, a plurality of pads (external connection terminals) 60, 61, 62, 63 are connected to the internal circuit 5 of a semiconductor integrated circuit (hereinafter referred to as LSI) 100.

内部回路5は、所定の動作又は機能が実行可能なように、複数のN型(第4導電型)の電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)T1、及び、複数のP型(第3導電型)の電界効果トランジスタT2を用いて、形成されている。
複数のパッド60,61,62,63のうち、パッド60,62,63は、外部からの電源電圧及びグランド電圧を内部回路5に供給するためのパッドである。複数のパッド60,61,62,63のうち、パッド61は、内部回路5に対する信号の入出力用のI/Oパッドである。
The internal circuit 5 includes a plurality of N-type (fourth conductivity type) field effect transistors (FETs) T1 and a plurality of P-type (third conductivity types) so that a predetermined operation or function can be executed. Type) field effect transistor T2.
Among the plurality of pads 60, 61, 62, 63, the pads 60, 62, 63 are pads for supplying an external power supply voltage and ground voltage to the internal circuit 5. Of the plurality of pads 60, 61, 62, 63, the pad 61 is an I / O pad for inputting / outputting signals to / from the internal circuit 5.

パッド60,62,63は、電源線及びグランド線70,72,73を介して、内部回路5に接続されている。パッド61は、信号線71を介して、内部回路5に接続されている。   The pads 60, 62, 63 are connected to the internal circuit 5 through power supply lines and ground lines 70, 72, 73. The pad 61 is connected to the internal circuit 5 via the signal line 71.

以下では、電源電圧が印加されるパッド(電源パッド)と電源線とから形成されるノードを、電源ノードとそれぞれよぶ。グランド電圧が印加されるパッド(グランドパッド)とグランド線とから形成されるノードのことを、グランドノードとよぶ。また、信号の入出力用のパッド61と信号線71とから形成されるノードのことを、信号ノード(又はI/Oノード)とよぶ。   Hereinafter, nodes formed from pads (power supply pads) to which power supply voltage is applied and power supply lines are referred to as power supply nodes. A node formed from a pad (ground pad) to which a ground voltage is applied and a ground line is called a ground node. A node formed by the signal input / output pad 61 and the signal line 71 is called a signal node (or I / O node).

電源ノード60,62,70,72は、例えば、内部回路5に接続されている。信号ノード61,71は、例えば、内部回路5内の入出力回路51に接続されている。例えば、内部回路5は、電源ノードからの電源電圧が印加される電源回路を含む場合がある。   The power supply nodes 60, 62, 70 and 72 are connected to the internal circuit 5, for example. The signal nodes 61 and 71 are connected to the input / output circuit 51 in the internal circuit 5, for example. For example, the internal circuit 5 may include a power supply circuit to which a power supply voltage from a power supply node is applied.

本実施形態のESD保護回路1は、内部回路5と共通のチップ上に設けられている。ESD保護回路1は、内部回路5と共通のパッド60,61,62,63に接続されている。   The ESD protection circuit 1 of the present embodiment is provided on a common chip with the internal circuit 5. The ESD protection circuit 1 is connected to pads 60, 61, 62, 63 that are common to the internal circuit 5.

図1において、図示の簡略化のため、1つの内部回路5がLSI100内に設けられた例が示されているが、2以上の内部回路5が、1つのLSI100内に設けられてもよい。図1において、図示の簡略化のため、4つのパッド60,61,62,63が1つの内部回路5に対して設けられた例が示されているが、内部回路5の構成に応じて、異なる機能を有する5つ以上のパッドが設けられてもよい。また、図1において、1つのESD保護回路1が、1つの内部回路5に設けられた例が示されているが、内部回路5及びパッド60,61,62,63の構成に応じて、複数のESD保護回路1が、1つの内部回路5に設けられてもよい。   In FIG. 1, an example in which one internal circuit 5 is provided in the LSI 100 is shown for simplification of illustration, but two or more internal circuits 5 may be provided in one LSI 100. In FIG. 1, an example in which four pads 60, 61, 62, 63 are provided for one internal circuit 5 is shown for simplification of illustration, but depending on the configuration of the internal circuit 5, Five or more pads having different functions may be provided. FIG. 1 shows an example in which one ESD protection circuit 1 is provided in one internal circuit 5, but there are a plurality of ESD protection circuits 1 depending on the configuration of the internal circuit 5 and the pads 60, 61, 62, 63. The ESD protection circuit 1 may be provided in one internal circuit 5.

図2は、本実施形態のESD保護回路1の回路構成を示す等価回路図である。   FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing a circuit configuration of the ESD protection circuit 1 of the present embodiment.

例えば、LSI100の通常動作時、パッド60に、電源電圧VDDHが印加され、パッド62に、電圧VDDHとは異なる大きさの電圧VDDLが印加される。これらの0Vより大きい電源電圧VDDH,VDDLが、LSI100がユーザーによって駆動されているとき(LSI100の通常動作時)、内部回路5を駆動させるための電圧として、ESD保護回路1が接続された電源線70,72に印加される。   For example, during the normal operation of the LSI 100, the power supply voltage VDDH is applied to the pad 60, and the voltage VDDL having a magnitude different from the voltage VDDH is applied to the pad 62. When the LSI 100 is driven by the user (when the LSI 100 is in a normal operation), the power supply line to which the ESD protection circuit 1 is connected as a voltage for driving the internal circuit 5 when these power supply voltages VDDH and VDDL greater than 0V are driven. 70, 72.

また、パッド63には、グランド電圧が印加され、内部回路3の駆動時に、ESD保護回路1が接続された信号線73に印加されている。   A ground voltage is applied to the pad 63 and applied to the signal line 73 to which the ESD protection circuit 1 is connected when the internal circuit 3 is driven.

本実施形態のESD保護回路1は、シリコン制御整流素子(SCR: Silicon Controlled Rectifier)を用いたESD保護回路である。   The ESD protection circuit 1 of the present embodiment is an ESD protection circuit using a silicon controlled rectifier (SCR).

本実施形態のESD保護回路1は、トリガ回路20とSCR21とから形成されている。トリガ回路20は、第1及び第2の電界効果トランジスタMPH,MPL及びダイオード19を含んでいる。SCR21は、第1及び第2のバイポーラトランジスタ(BJT:Bipolar Junction Transistor)11,12を含んでいる。また、本実施形態において、ESD保護回路1が、抵抗素子RNW,RBとダイオード15とをさらに含む回路構成について説明する。   The ESD protection circuit 1 of this embodiment is formed of a trigger circuit 20 and an SCR 21. The trigger circuit 20 includes first and second field effect transistors MPH and MPL and a diode 19. The SCR 21 includes first and second bipolar transistors (BJT: Bipolar Junction Transistors) 11 and 12. In the present embodiment, a circuit configuration in which the ESD protection circuit 1 further includes resistance elements RNW and RB and a diode 15 will be described.

トリガ回路20を形成する2つの電界効果トランジスタMPH,MPLは、P型のMOSトランジスタMPH,MPLである。例えば、電界効果トランジスタMPH,MPLは、エンハンスメント型である。   The two field effect transistors MPH and MPL forming the trigger circuit 20 are P-type MOS transistors MPH and MPL. For example, the field effect transistors MPH and MPL are enhancement type.

第1のP型MOSトランジスタMPHのゲートは、電源電圧VDDHが印加される第1の電源ノード(第1のノード)60,70に、接続されている。第1のP型MOSトランジスタMPHの電流経路の一端(ソース)は、信号ノード(第4のノード)61,71に直接接続されている。   The gate of the first P-type MOS transistor MPH is connected to first power supply nodes (first nodes) 60 and 70 to which the power supply voltage VDDH is applied. One end (source) of the current path of the first P-type MOS transistor MPH is directly connected to signal nodes (fourth nodes) 61 and 71.

第2のP型MOSトランジスタMPLのゲートは、電源電圧VDDHより低い電源電圧VDDLが印加される第2の電源ノード(第3のノード)62,72に、接続されている。第2のP型MOSトランジスタMPLの電流経路の一端(ソース)は、第1のP型MOSトランジスタMPHの電流経路の他端(ドレイン)に接続されている。
第2のP型MOSトランジスタMPLの電流経路の他端(ドレイン)は、抵抗素子RBを経由して、グランドノード(第2のノード)63,73に接続されている。また、第2のP型MOSトランジスタMPLの電流経路の他端は、後述のSCR21に接続されている。
The gate of the second P-type MOS transistor MPL is connected to second power supply nodes (third nodes) 62 and 72 to which a power supply voltage VDDL lower than the power supply voltage VDDH is applied. One end (source) of the current path of the second P-type MOS transistor MPL is connected to the other end (drain) of the current path of the first P-type MOS transistor MPH.
The other end (drain) of the current path of the second P-type MOS transistor MPL is connected to the ground nodes (second nodes) 63 and 73 via the resistance element RB. The other end of the current path of the second P-type MOS transistor MPL is connected to the SCR 21 described later.

第1及び第2のP型MOSトランジスタMPH,MPLが設けられるウェル領域(図示せず)は、リミッタ抵抗としての抵抗素子RNWを経由して、電源ノード60,70に接続される。抵抗素子RNWは、第1及び第2のP型MOSトランジスタMPH,MPLのバックゲート(基板端子)と電源ノード60,70との間に接続されている。   Well regions (not shown) in which the first and second P-type MOS transistors MPH and MPL are provided are connected to power supply nodes 60 and 70 via a resistance element RNW as a limiter resistor. The resistance element RNW is connected between the back gates (substrate terminals) of the first and second P-type MOS transistors MPH and MPL and the power supply nodes 60 and 70.

抵抗素子RNWは、例えば、ウェル領域(又は半導体基板)内の拡散層(不純物半導体層)や半導体基板上のシリコン層によって、形成される。   The resistance element RNW is formed by, for example, a diffusion layer (impurity semiconductor layer) in the well region (or semiconductor substrate) or a silicon layer on the semiconductor substrate.

また、第1のP型MOSトランジスタMPHが設けられるN型ウェル領域と第1のP型MOSトランジスタMPHのソース/ドレインとしてのP型拡散層との間に、ダイオード19が形成される。   A diode 19 is formed between the N-type well region where the first P-type MOS transistor MPH is provided and the P-type diffusion layer as the source / drain of the first P-type MOS transistor MPH.

このように、ESD保護回路1内のトリガ回路20は、スタックされた(電流経路が直列接続された)2つのP型MOSトランジスタMPH,MPLを用いて形成されている。
トリガ回路20内のP型MOSトランジスタMPH,MPLの耐圧(絶対値)は、LSI100の通常動作時に高電圧側の電源ノード60,70に印加される電源電圧VDDHの大きさより小さい。
Thus, the trigger circuit 20 in the ESD protection circuit 1 is formed by using two P-type MOS transistors MPH and MPL that are stacked (current paths are connected in series).
The withstand voltages (absolute values) of the P-type MOS transistors MPH and MPL in the trigger circuit 20 are smaller than the power supply voltage VDDH applied to the power supply nodes 60 and 70 on the high voltage side during the normal operation of the LSI 100.

SCR21は、PNP型(第1導電型)バイポーラトランジスタ11とNPN型(第2導電型)バイポーラトランジスタ12とを含んでいる。   The SCR 21 includes a PNP type (first conductivity type) bipolar transistor 11 and an NPN type (second conductivity type) bipolar transistor 12.

PNP型バイポーラトランジスタ11のエミッタは、信号ノード61,71に接続されている。
PNP型バイポーラトランジスタ11のベースは、NPN型バイポーラトランジスタ12のコレクタに接続されている。PNP型バイポーラトランジスタ11のベースとNPN型バイポーラトランジスタ12のコレクタとによって、接続ノード(接続点)nd2が形成される。
The emitter of the PNP bipolar transistor 11 is connected to the signal nodes 61 and 71.
The base of the PNP bipolar transistor 11 is connected to the collector of the NPN bipolar transistor 12. A connection node (connection point) nd2 is formed by the base of the PNP type bipolar transistor 11 and the collector of the NPN type bipolar transistor 12.

PNP型バイポーラトランジスタ11のコレクタは、NPN型バイポーラトランジスタのベースに接続されている。PNP型バイポーラトランジスタ11のコレクタとNPN型バイポーラトランジスタ12のベースとによって、接続ノード(接続点)nd1が形成される。
PNP型バイポーラトランジスタ11のコレクタは、P型MOSトランジスタMPLのドレインに接続されている。PNP型バイポーラトランジスタ11のコレクタは、抵抗素子RBを経由して、グランドノード63,73に接続されている。
The collector of the PNP bipolar transistor 11 is connected to the base of the NPN bipolar transistor. A connection node (connection point) nd1 is formed by the collector of the PNP bipolar transistor 11 and the base of the NPN bipolar transistor 12.
The collector of the PNP-type bipolar transistor 11 is connected to the drain of the P-type MOS transistor MPL. The collector of the PNP bipolar transistor 11 is connected to the ground nodes 63 and 73 via the resistance element RB.

ここで、抵抗素子RBは、ESD保護回路1内又は内部回路5に対するノイズを低減できるように、及び、ESD保護回路1内の素子のラッチアップを抑制できるように、所定の大きさの抵抗値を有するように形成される。これによって、ESD保護回路1及び内部回路5の動作を安定化できる。例えば、抵抗素子RBは、SCR21及び内部回路5の特性に応じて、100Ω程度(例えば、90Ω〜110Ω程度)の抵抗値を有している。抵抗素子RBは、例えば、半導体基板内の拡散層、又は、半導体基板上のポリシリコン層によって、形成されている。   Here, the resistance element RB has a resistance value of a predetermined magnitude so that noise in the ESD protection circuit 1 or the internal circuit 5 can be reduced, and latch-up of the element in the ESD protection circuit 1 can be suppressed. Is formed. As a result, the operations of the ESD protection circuit 1 and the internal circuit 5 can be stabilized. For example, the resistance element RB has a resistance value of about 100Ω (for example, about 90Ω to 110Ω) according to the characteristics of the SCR 21 and the internal circuit 5. The resistance element RB is formed by, for example, a diffusion layer in the semiconductor substrate or a polysilicon layer on the semiconductor substrate.

SCR21は、トリガ回路20からSCR21に供給される電流(トリガ電流)によって、アクティブ状態にされる、又は、非アクティブ状態が維持される。   The SCR 21 is activated or maintained in an inactive state by a current (trigger current) supplied from the trigger circuit 20 to the SCR 21.

また、ESD保護回路1において、ダイオード15が、信号ノード61,71とグランドノード63,73との間に接続されている。ダイオード15は、SCR21に対して並列に接続されている。ダイオード15のカソードが信号ノード61,71に接続され、ダイオード15のアノードがグランドノード63,73に接続されている。
ダイオード15は、ESD保護用のダイオードである。以下では、ダイオード15のことを、ESD保護ダイオードともよぶ。
In the ESD protection circuit 1, the diode 15 is connected between the signal nodes 61 and 71 and the ground nodes 63 and 73. The diode 15 is connected in parallel to the SCR 21. The cathode of the diode 15 is connected to the signal nodes 61 and 71, and the anode of the diode 15 is connected to the ground nodes 63 and 73.
The diode 15 is an ESD protection diode. Hereinafter, the diode 15 is also referred to as an ESD protection diode.

ESD保護回路1内のP型MOSトランジスタMPH,MPLは、内部回路5内の構成要素としてのMOSトランジスタT1,T2と共通の製造工程で、同じ半導体基板上に、実質的に同時に形成される。ESD保護回路1内のMOSトランジスタMPH,MPLは、内部回路5内のMOSトランジスタT1,T2と同じ耐圧(絶縁耐圧、表面耐圧、又は、接合耐圧など)を有している。例えば、内部回路5内のトランジスタT1,T2が、1.8V程度の耐圧を有する場合、ESD保護回路1内のP型MOSトランジスタMPH,MPLも1.8V程度の耐圧を有している。内部回路5において、1.8Vの耐圧を有するトランジスタは、1.8V以下の電圧で駆動される。   The P-type MOS transistors MPH and MPL in the ESD protection circuit 1 are formed on the same semiconductor substrate substantially simultaneously in the same manufacturing process as the MOS transistors T1 and T2 as components in the internal circuit 5. The MOS transistors MPH and MPL in the ESD protection circuit 1 have the same breakdown voltage (insulation breakdown voltage, surface breakdown voltage, or junction breakdown voltage) as the MOS transistors T1 and T2 in the internal circuit 5. For example, when the transistors T1 and T2 in the internal circuit 5 have a withstand voltage of about 1.8V, the P-type MOS transistors MPH and MPL in the ESD protection circuit 1 also have a withstand voltage of about 1.8V. In the internal circuit 5, a transistor having a withstand voltage of 1.8V is driven with a voltage of 1.8V or less.

内部回路5が、2種類以上の耐圧のMOSトランジスタを用いて形成されている場合、トリガ回路20内のMOSトランジスタMPH,MPLの耐圧が、内部回路5内のMOSトランジスタの耐圧と同じ大きさであれば、トリガ回路20内のMOSトランジスタMPH,MPLの耐圧は、互いに異なっていてもよい。   When the internal circuit 5 is formed using two or more types of withstand voltage MOS transistors, the withstand voltages of the MOS transistors MPH and MPL in the trigger circuit 20 are the same as the withstand voltage of the MOS transistors in the internal circuit 5. If present, the breakdown voltages of the MOS transistors MPH and MPL in the trigger circuit 20 may be different from each other.

例えば、LSIの製造コストの低減のために、1.8V程度の電圧で駆動されるMOSトランジスタ(1.8V程度の耐圧のトランジスタ)が、3.3Vの電圧で駆動される入出力回路に設けられる場合がある。   For example, in order to reduce the manufacturing cost of LSI, a MOS transistor (withstand voltage of about 1.8V) driven by a voltage of about 1.8V is provided in an input / output circuit driven by a voltage of 3.3V. May be.

例えば、高電源電圧側のパッド60に印加される電源電圧VDDHとして、3.3V程度の電圧が用いられ、低電源電圧側のパッド62に印加される電源電圧VDDLとして、1.8V程度の電圧が用いられている。電源電圧VDDLの大きさは、ESD保護回路及び入出力回路のMOSトランジスタの耐圧と実質的に同じ大きさである。   For example, a voltage of about 3.3V is used as the power supply voltage VDDH applied to the pad 60 on the high power supply voltage side, and a voltage of about 1.8V is used as the power supply voltage VDDL applied to the pad 62 on the low power supply voltage side. Is used. The magnitude of the power supply voltage VDDL is substantially the same as the breakdown voltage of the MOS transistors of the ESD protection circuit and the input / output circuit.

LSIの通常動作時、ESD保護回路1内の電界効果トランジスタMPH,MPLの耐圧より大きい電源電圧VDDHが、ESD保護回路1内の少なくとも1つの電界効果トランジスタMPH,MPLに印加される。   During normal operation of the LSI, a power supply voltage VDDH greater than the withstand voltage of the field effect transistors MPH and MPL in the ESD protection circuit 1 is applied to at least one field effect transistor MPH and MPL in the ESD protection circuit 1.

本実施形態のESD保護回路1は、トレラント型I/O保護回路であり、I/Oパッド61に生じたESDから内部回路5及び入出力回路51を保護するために、LSI100内に設けられている。   The ESD protection circuit 1 of the present embodiment is a tolerant I / O protection circuit, and is provided in the LSI 100 in order to protect the internal circuit 5 and the input / output circuit 51 from ESD generated on the I / O pad 61. Yes.

(動作)
図3を用いて、第1の実施形態のESD保護回路1の動作について、説明する。図3は、本実施形態のESD保護回路の動作を説明するための模式図である。
(Operation)
The operation of the ESD protection circuit 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation of the ESD protection circuit of the present embodiment.

図3の(a)を用いて、ESDがパッドに印加された場合における本実施形態のESD保護回路1の動作(ESD保護動作)を説明する。   The operation (ESD protection operation) of the ESD protection circuit 1 of this embodiment when ESD is applied to the pad will be described with reference to FIG.

図3の(a)に示されるように、半導体集積回路100のチップがリードフレーム又はプリント基板に実装される前又は実装される時において、電源電圧及び信号電圧は、各パッド60,61,62,63に印加されていない。そして、LSI100のチップに対してESDが発生した場合、ESD電圧VESD(例えば、6V以上の電圧)がパッド60,61,62,63に印加される可能性がある。 As shown in FIG. 3A, before or when the chip of the semiconductor integrated circuit 100 is mounted on the lead frame or the printed board, the power supply voltage and the signal voltage are set to the pads 60, 61, 62. , 63 is not applied. When ESD occurs in the LSI 100 chip, an ESD voltage V ESD (for example, a voltage of 6 V or more) may be applied to the pads 60, 61, 62, 63.

正のESD電圧VESDがI/Oパッド61に印加された場合、ESD電流IESDが信号ノード61,71に発生する。 When a positive ESD voltage V ESD is applied to the I / O pad 61, an ESD current I ESD is generated at the signal nodes 61 and 71.

電源電圧VDDH,VDDLは電源パッド60,62に印加されていないため、トリガ回路20内の2つのP型MOSトランジスタMPH,MPLにおいて、第1のP型MOSトランジスタMPHのゲートに、0Vが印加された状態であり、第2のP型MOSトランジスタMPLのゲートには、0Vが印加された状態である。   Since the power supply voltages VDDH and VDDL are not applied to the power supply pads 60 and 62, 0V is applied to the gates of the first P-type MOS transistors MPH in the two P-type MOS transistors MPH and MPL in the trigger circuit 20. In this state, 0V is applied to the gate of the second P-type MOS transistor MPL.

ESD電圧VESDが信号線71に印加された場合、信号線71側の第1のP型MOSトランジスタMPHのソースにESD電圧VESDが印加される。また、信号ノード61,71側のP型MOSトランジスタの寄生ダイオード19が、順バイアス状態となり、ウェル領域の電位が上昇する。この結果として、P型MOSトランジスタMPH,MPLにバックバイアスが印加される。 When the ESD voltage V ESD is applied to the signal line 71, the ESD voltage V ESD is applied to the source of the first P-type MOS transistor MPH on the signal line 71 side. Further, the parasitic diode 19 of the P-type MOS transistor on the signal nodes 61 and 71 side is in a forward bias state, and the potential of the well region rises. As a result, a back bias is applied to the P-type MOS transistors MPH and MPL.

第1のP型MOSトランジスタMPHのゲート−ソース間に、P型MOSトランジスタMPHのしきい値電圧(絶対値)より大きい電圧が、印加される。これによって、ESD電圧VESDが信号ノード61,71に印加された場合、信号線71側のP型MOSトランジスタMPHは、オンする。尚、ダイオード19に起因するバックバイアスの印加に依存せずに、第1のP型MOSトランジスタMPHのゲート−ソース間の電位差によって、オンする場合もある。 A voltage larger than the threshold voltage (absolute value) of the P-type MOS transistor MPH is applied between the gate and source of the first P-type MOS transistor MPH. Thereby, when the ESD voltage V ESD is applied to the signal nodes 61 and 71, the P-type MOS transistor MPH on the signal line 71 side is turned on. Note that, depending on the potential difference between the gate and the source of the first P-type MOS transistor MPH without depending on the application of the back bias caused by the diode 19, there is a case where the transistor is turned on.

バックバイアスが印加されるとともに、オン状態の第1のP型MOSトランジスタMPHを経由して、第2のP型MOSトランジスタMPLのソースに、信号ノード61,71の電圧が印加される。P型MOSトランジスタMPLのゲートの電位が0Vであるのに対して、第2のP型MOSトランジスタMPLのソースの電位は、上昇する。   A back bias is applied, and the voltages of the signal nodes 61 and 71 are applied to the source of the second P-type MOS transistor MPL via the first P-type MOS transistor MPH in the on state. While the gate potential of the P-type MOS transistor MPL is 0V, the potential of the source of the second P-type MOS transistor MPL rises.

そのため、第2のP型MOSトランジスタMPLに関しても、第2のP型MOSトランジスタMPLのゲート−ソース間に、MOSトランジスタMPLのしきい値電圧の絶対値よりも大きい電圧が印加される。これによって、第2のP型MOSトランジスタMPLがオンする。   Therefore, also for the second P-type MOS transistor MPL, a voltage larger than the absolute value of the threshold voltage of the MOS transistor MPL is applied between the gate and source of the second P-type MOS transistor MPL. As a result, the second P-type MOS transistor MPL is turned on.

このように、信号ノード61,71におけるESDの発生時、エンハンスメント型の第1及び第2のP型MOSトランジスタMPH,MPLは、オフ状態からオン状態へ移行する。この結果として、ESD保護回路1内のトリガ回路20が、ESDの発生と実質的に同時に、駆動される。   As described above, when ESD occurs in the signal nodes 61 and 71, the enhancement type first and second P-type MOS transistors MPH and MPL shift from the off state to the on state. As a result, the trigger circuit 20 in the ESD protection circuit 1 is driven substantially simultaneously with the occurrence of ESD.

トリガ回路20内のオン状態のP型MOSトランジスタMPH,MPLのチャネルを経由して、ESD電流IESDの一部の電流Iが、SCR21内のNPN型バイポーラトランジスタ12のベースに、供給される。 P-type MOS transistor MPH ON state in the trigger circuit 20, via the channel of MPL, a portion of the current I 1 of the ESD current I ESD is, the base of the NPN bipolar transistor 12 in the SCR21, supplied .

トリガ回路20内のオン状態のP型MOSトランジスタMPH,MPLからSCR21に供給された電流I2が、SCR21のトリガ電流となって、SCR21の駆動が開始する。 The current I 2 supplied from the P-type MOS transistors MPH, MPL in the trigger circuit 20 to the SCR 21 becomes the trigger current of the SCR 21, and the driving of the SCR 21 is started.

駆動状態(アクティブ状態)のSCR21は、信号ノード61,71のESD電流IESDを取り込む。SCR21を形成する2つのバイポーラトランジスタ11,12の駆動力によって、ESD電流IESDの大部分の電流I1が、SCR21内に形成されたクランプパスを経由して、信号線71からグランド線73に放出される。それゆえ、ESD保護回路1によって、ESD電圧VESD及びESD電流IESDが、内部回路5内に供給されるのを、防止できる。
したがって、内部回路5が、信号ノード61,71に生じた正電圧のESDから保護される。
The SCR 21 in the driving state (active state) takes in the ESD current I ESD of the signal nodes 61 and 71. By the driving force of the two bipolar transistors 11 and 12 forming the SCR21, most of the current I 1 of the ESD current I ESD is via a clamp path formed in SCR21, the ground line 73 from the signal line 71 Released. Therefore, the ESD protection circuit 1 can prevent the ESD voltage V ESD and the ESD current I ESD from being supplied into the internal circuit 5.
Therefore, internal circuit 5 is protected from positive voltage ESD generated at signal nodes 61 and 71.

I/Oパッド61及び信号線71に負のESD電圧が印加された場合、ダイオード15に順方向のバイアスが印加され、ダイオード15がオンする。これによって、ダイオード15を介して、信号ノード61,71とグランドノード63,73が導通する。オン状態(順バイアス状態)のダイオード15によって、負のESD電圧VESDに起因するESD電流IESDが、信号線71からグランド線73に放出される。
これによって、内部回路5が、負電圧のESDから保護される。
When a negative ESD voltage is applied to the I / O pad 61 and the signal line 71, a forward bias is applied to the diode 15 and the diode 15 is turned on. As a result, the signal nodes 61 and 71 and the ground nodes 63 and 73 become conductive through the diode 15. The ESD current I ESD caused by the negative ESD voltage V ESD is discharged from the signal line 71 to the ground line 73 by the diode 15 in the on state (forward bias state).
As a result, the internal circuit 5 is protected from negative voltage ESD.

尚、ESDは数nsec〜数百nsec程度の時間の瞬間現象である。また、ESD電流IESDの大部分は、SCR21によってグランド線73に放出される。そのため、発生したESD電圧VESD及びそれに起因するESD電流IESDが、ESD保護回路1内のP型MOSトランジスタMPH,MPLの耐圧以上の大きさであっても、MOSトランジスタMPH,MPLがESDによって破壊されることはほとんど無い。 Note that ESD is an instantaneous phenomenon with a time of about several nsec to several hundred nsec. Further, most of the ESD current I ESD is discharged to the ground line 73 by the SCR 21. Therefore, even if the generated ESD voltage V ESD and the resulting ESD current I ESD are larger than the breakdown voltage of the P-type MOS transistors MPH and MPL in the ESD protection circuit 1, the MOS transistors MPH and MPL are caused by ESD. There is almost no destruction.

図3の(a)に示されるように、本実施形態のESD保護回路1は、LSI100内の内部回路5がESDによって破壊されるのを、防止できる。   As shown in FIG. 3A, the ESD protection circuit 1 of this embodiment can prevent the internal circuit 5 in the LSI 100 from being destroyed by ESD.

図3の(b)は、LSI100及び内部回路5が駆動されている場合(例えば、ユーザーの使用時)における本実施形態のESD保護回路1の動作を説明するための図である。   FIG. 3B is a diagram for explaining the operation of the ESD protection circuit 1 of the present embodiment when the LSI 100 and the internal circuit 5 are driven (for example, when used by a user).

ユーザーの使用時などのLSI100の通常動作において、電源ノード60,70には、電源電圧VDDHが印加され、電源ノード62,72には、電源電圧VDDLが印加されている。グランドノード63,73に、グランド電圧VSS(=0V)が印加されている。   In a normal operation of the LSI 100 such as when the user is using, the power supply voltage VDDH is applied to the power supply nodes 60 and 70, and the power supply voltage VDDL is applied to the power supply nodes 62 and 72. A ground voltage VSS (= 0 V) is applied to the ground nodes 63 and 73.

信号ノード61,71には、チップの外部から内部回路5への信号/データ、内部回路5からチップの外部への信号/データに応じて、Hレベル又はLレベルに対応した電圧が印加されている。   A voltage corresponding to the H level or the L level is applied to the signal nodes 61 and 71 according to the signal / data from the outside of the chip to the internal circuit 5 and the signal / data from the internal circuit 5 to the outside of the chip. Yes.

ここで、LSI100の電源電圧VDDHに、3.3Vの電圧が用いられ、電源電圧VDDLに、1.8Vの電圧が用いられた場合について、述べる。例えば、信号ノード61,71に供給される信号レベルにおいて、Hレベルの信号レベルは、1.8V〜3.3Vの電圧に対応し、Lレベルの信号レベルは、0V〜1.8Vの電圧に対応している。P型MOSトランジスタMPH,MPLの耐圧は、1.8V程度とする。   Here, a case where a voltage of 3.3 V is used as the power supply voltage VDDH of the LSI 100 and a voltage of 1.8 V is used as the power supply voltage VDDL will be described. For example, in the signal levels supplied to the signal nodes 61 and 71, the H level signal level corresponds to a voltage of 1.8V to 3.3V, and the L level signal level is set to a voltage of 0V to 1.8V. It corresponds. The breakdown voltage of the P-type MOS transistors MPH and MPL is about 1.8V.

信号ノード61,71に、Hレベルの信号(ここでは、3.3Vの電圧)が供給されている場合、トリガ回路20のP型MOSトランジスタMPHのゲートに印加されている電圧VDDHが3.3Vであるため、信号線71側のP型MOSトランジスタMPHのゲート−ソース間の電位差は、実質的にゼロである。また、Hレベルの信号レベルが、3.3Vの電源電圧VDDHより小さい1.8Vとした場合、P型MOSトランジスタMPHのゲート−ソース間の電位差は、1.5V程度である。   When an H level signal (here, a voltage of 3.3V) is supplied to the signal nodes 61 and 71, the voltage VDDH applied to the gate of the P-type MOS transistor MPH of the trigger circuit 20 is 3.3V. Therefore, the potential difference between the gate and the source of the P-type MOS transistor MPH on the signal line 71 side is substantially zero. When the H level signal level is 1.8 V, which is smaller than the 3.3 V power supply voltage VDDH, the potential difference between the gate and source of the P-type MOS transistor MPH is about 1.5 V.

したがって、Hレベルの信号が信号ノードに印加されている場合、P型MOSトランジスタMPHのゲート−ソース間に印加される電位差(3.3V−3.3V)は、P型MOSトランジスタMPHの耐圧の範囲内に収まっている。   Therefore, when an H level signal is applied to the signal node, the potential difference (3.3V-3.3V) applied between the gate and source of the P-type MOS transistor MPH is equal to the breakdown voltage of the P-type MOS transistor MPH. It is within the range.

P型MOSトランジスタMPHに、バックバイアスとしての電源電圧VDDHが、抵抗素子RNWを経由して、印加されている。ウェル抵抗RNWの抵抗値が調整されることによって、P型MOSトランジスタMPHのゲート−バックゲート(ウェル領域/半導体基板)間の電位差は、トランジスタMPHの耐圧の範囲内に収まるように、小さくされている。例えば、抵抗素子RNWの電圧降下を無視した場合、P型MOSトランジスタMPHが設けられたウェル領域には、3.3Vの電圧が、トランジスタに対するバックバイアスとして印加される。それゆえ、P型MOSトランジスタMPHのゲート−バックゲートの電位差(3.3V−3.3V)は、トランジスタMPHの耐圧の範囲内に収まる。   A power supply voltage VDDH as a back bias is applied to the P-type MOS transistor MPH via the resistance element RNW. By adjusting the resistance value of the well resistor RNW, the potential difference between the gate and the back gate (well region / semiconductor substrate) of the P-type MOS transistor MPH is reduced so as to be within the breakdown voltage range of the transistor MPH. Yes. For example, when the voltage drop of the resistance element RNW is ignored, a voltage of 3.3 V is applied as a back bias to the transistor in the well region where the P-type MOS transistor MPH is provided. Therefore, the gate-back gate potential difference (3.3V-3.3V) of the P-type MOS transistor MPH falls within the breakdown voltage range of the transistor MPH.

第2のP型MOSトランジスタMPLのゲートに、1.8V程度の電源電圧VDDLが印加される。第2のP型MOSトランジスタMPLに印加されるバックバイアスは、第1のP型MOSトランジスタMPHに印加されるバックバイアスと同程度の大きさである。それゆえ、P型MOSトランジスタMPLのゲート−バックゲート間の電位差(例えば、3.3V−1.8V)は、P型MOSトランジスタMPLの耐圧の範囲内に収まっている。尚、P型MOSトランジスタMPLのゲート−バックゲート間の電位差によって、MOSトランジスタMPLがオンする場合がある。   A power supply voltage VDDL of about 1.8 V is applied to the gate of the second P-type MOS transistor MPL. The back bias applied to the second P-type MOS transistor MPL has the same magnitude as the back bias applied to the first P-type MOS transistor MPH. Therefore, the potential difference (for example, 3.3V-1.8V) between the gate and the back gate of the P-type MOS transistor MPL is within the breakdown voltage range of the P-type MOS transistor MPL. The MOS transistor MPL may be turned on by a potential difference between the gate and the back gate of the P-type MOS transistor MPL.

グランドノード63,73にドレインが接続された第2のP型MOSトランジスタMPLにおいて、第2のP型MOSトランジスタMPLのゲート−ドレイン間の電位差は、1.8V程度である。それゆえ、MOSトランジスタMPLのゲート−ドレイン間の電位差は、MOSトランジスタMPLの耐圧の範囲内に収まっている。   In the second P-type MOS transistor MPL having the drain connected to the ground nodes 63 and 73, the potential difference between the gate and drain of the second P-type MOS transistor MPL is about 1.8V. Therefore, the potential difference between the gate and drain of the MOS transistor MPL is within the breakdown voltage range of the MOS transistor MPL.

ここで、本実施形態のESD保護回路1において、第1のP型MOSトランジスタMPHのドレインとグランドノード63,73との間の第2のP型MOSトランジスタMPLに関して、P型MOSトランジスタMPLのソースの電位は、LSI100の通常動作時、電圧VDDLとトランジスタMPLのしきい値電圧VthPとの和に実質的に等しい電圧(VDDL+|VthP|)程度に浮く(上昇する)。   Here, in the ESD protection circuit 1 of the present embodiment, the source of the P-type MOS transistor MPL is related to the second P-type MOS transistor MPL between the drain of the first P-type MOS transistor MPH and the ground nodes 63 and 73. Of the LSI 100 floats (increases) to a voltage (VDDL + | VthP |) substantially equal to the sum of the voltage VDDL and the threshold voltage VthP of the transistor MPL during normal operation of the LSI 100.

それゆえ、P型MOSトランジスタMPHのドレインの電位は、VDDL+|VthP|程度の電圧となり、P型MOSトランジスタMPHのドレインは、例えば、1.8V以上の大きさになる。
この結果として、第1のP型MOSトランジスタMPHのゲート−ドレイン間の電位差、及び、第1のP型MOSトランジスタMPHのソース−ドレイン間の電位差(3.3V−1.8V)は、トランジスタMPHの耐圧の範囲内に収まる。例えば、MOSトランジスタMPLのしきい値電圧VthPが0.3V(絶対値)である場合、P型MOSトランジスタMPHのゲート−ドレイン間の電位差は、3.3V−(1.8V+0.3V)=1.5Vとなり、トランジスタの耐圧(1.8V)の範囲内に収まる。
Therefore, the potential of the drain of the P-type MOS transistor MPH is about VDDL + | VthP |, and the drain of the P-type MOS transistor MPH is, for example, 1.8 V or more.
As a result, the potential difference between the gate and the drain of the first P-type MOS transistor MPH and the potential difference between the source and the drain of the first P-type MOS transistor MPH (3.3V-1.8V) It is within the range of pressure resistance. For example, when the threshold voltage VthP of the MOS transistor MPL is 0.3V (absolute value), the potential difference between the gate and the drain of the P-type MOS transistor MPH is 3.3V− (1.8V + 0.3V) = 1. .5V, which is within the range of the breakdown voltage (1.8V) of the transistor.

また、第2のP型MOSトランジスタMPLのゲート−ソース間の電位差(1.8V−1.8V)及びソース−ドレイン間の電位差(1.8V−0V)に関しても、トランジスタMPLの耐圧の範囲内に収まる。   Further, the gate-source potential difference (1.8V-1.8V) and the source-drain potential difference (1.8V-0V) of the second P-type MOS transistor MPL are also within the breakdown voltage range of the transistor MPL. Fits in.

このように、Hレベルの信号が信号ノード61,71に供給されている状態において、ESD保護回路1内のトランジスタMPH,MPLの端子間の電位差のそれぞれは、各端子に直接印加されている電圧より小さくなり、各トランジスタの耐圧の範囲内に収まる。   As described above, in the state where the H level signal is supplied to the signal nodes 61 and 71, the potential difference between the terminals of the transistors MPH and MPL in the ESD protection circuit 1 is the voltage applied directly to each terminal. It becomes smaller and falls within the breakdown voltage range of each transistor.

また、信号線71側の第1のP型MOSトランジスタMPHがオフ状態であるため、Hレベルの信号線71とLレベルのグランド線73との間に電位差があっても、SCR21がオンする大きさの電流(トリガ電流)は、SCR21に供給されない。
それゆえ、LSI100の通常動作時、信号ノード61,71の信号レベルが、“H”レベルである場合、SCR21が駆動することは無い。
Further, since the first P-type MOS transistor MPH on the signal line 71 side is in the off state, the SCR 21 is turned on even if there is a potential difference between the H level signal line 71 and the L level ground line 73. This current (trigger current) is not supplied to the SCR 21.
Therefore, when the signal levels of the signal nodes 61 and 71 are “H” level during normal operation of the LSI 100, the SCR 21 is not driven.

信号ノード61,71にLレベルの信号(例えば、0Vの電圧)が供給されている場合、信号ノード61,71側のP型MOSトランジスタMPHのゲート−ソース間の電位差は、3.3V程度の電圧になる。但し、ゲートに印加された電圧によってP型MOSトランジスタMPHは、フルバイアスのアキュムレート状態になっている。そのため、動作時にESD(又は、ノイズによる過大な電圧)が生じなければ、P型MOSトランジスタMPHの耐圧は、保障される。   When an L level signal (for example, a voltage of 0V) is supplied to the signal nodes 61 and 71, the potential difference between the gate and the source of the P-type MOS transistor MPH on the signal nodes 61 and 71 side is about 3.3V. Become a voltage. However, the P-type MOS transistor MPH is in a full bias accumulation state by the voltage applied to the gate. Therefore, if ESD (or excessive voltage due to noise) does not occur during operation, the breakdown voltage of the P-type MOS transistor MPH is guaranteed.

アキュムレート状態の第1のP型MOSトランジスタMPHを経由して、第2のP型MOSトランジスタMPLの電流経路が、信号ノード61,71に接続される。
第2のP型MOSトランジスタMPLにおいて、電源電圧VDDL(1.8V程度)がトランジスタMPLのゲートに印加された電源電圧VDDLとバックバイアス(3.3V程度)との電位差に応じて、第2のP型MOSトランジスタMPLが、オンする可能性がある。
The current path of the second P-type MOS transistor MPL is connected to the signal nodes 61 and 71 via the accumulated first P-type MOS transistor MPH.
In the second P-type MOS transistor MPL, the second power supply voltage VDDL (about 1.8V) is set according to the potential difference between the power supply voltage VDDL applied to the gate of the transistor MPL and the back bias (about 3.3V). There is a possibility that the P-type MOS transistor MPL is turned on.

トリガ回路20内の2つのP型MOSトランジスタMPH,MPLを経由して、信号ノード61,71とグランドノード62,63とが導通状態となる可能性がある。しかし、信号ノード63,73の電位は、Lレベルであるため、信号ノード61,71とグランドノード62,63との電位差は小さい(実質的にゼロである)。   There is a possibility that the signal nodes 61 and 71 and the ground nodes 62 and 63 become conductive via the two P-type MOS transistors MPH and MPL in the trigger circuit 20. However, since the potentials of the signal nodes 63 and 73 are at the L level, the potential difference between the signal nodes 61 and 71 and the ground nodes 62 and 63 is small (substantially zero).

それゆえ、信号ノード61,71の信号レベルがLレベルである場合、信号ノードの信号レベルがHレベルである場合と同様に、SCR21に対するトリガとなる電流は、SCR21に供給されず、SCR21はオンしない。   Therefore, when the signal levels of the signal nodes 61 and 71 are L level, as in the case where the signal level of the signal node is H level, the current that triggers the SCR 21 is not supplied to the SCR 21, and the SCR 21 is turned on. do not do.

尚、LSI100の通常動作時、ESD保護回路1において、信号ノード61,71とグランドノード63,73との間のダイオード15の電位差は、逆バイアス状態又は等電位状態となる。それゆえ、ダイオード15を介して信号ノード61,71とグランドノード63,73との間を流れる電流は、非常に小さい。   In the normal operation of the LSI 100, in the ESD protection circuit 1, the potential difference of the diode 15 between the signal nodes 61 and 71 and the ground nodes 63 and 73 is in a reverse bias state or an equipotential state. Therefore, the current flowing between the signal nodes 61 and 71 and the ground nodes 63 and 73 via the diode 15 is very small.

図3の(b)に示されるように、LSI100の通常動作時(ユーザー使用時)において、ESD保護回路1内のトリガ回路20が接続された各ノードに電圧が印加された状態であっても、トリガ回路20は、SCR21を駆動させるトリガ電流を、SCR21に供給しない。
それゆえ、本実施形態のESD保護回路1が、LSI100の通常動作時に、内部回路5の動作に対して悪影響を及ぼすことはない。
As shown in FIG. 3B, during normal operation of the LSI 100 (when used by a user), even when a voltage is applied to each node to which the trigger circuit 20 in the ESD protection circuit 1 is connected. The trigger circuit 20 does not supply the SCR 21 with a trigger current that drives the SCR 21.
Therefore, the ESD protection circuit 1 of the present embodiment does not adversely affect the operation of the internal circuit 5 during the normal operation of the LSI 100.

本実施形態のESD保護回路1は、LSI100の通常動作時、ESD保護回路1のトリガ回路20を形成するP型MOSトランジスタMPH,MPLの少なくとも1つに、トランジスタMPH,MPLの耐圧より大きい電圧が印加される。   In the ESD protection circuit 1 of the present embodiment, during the normal operation of the LSI 100, a voltage larger than the breakdown voltage of the transistors MPH and MPL is applied to at least one of the P-type MOS transistors MPH and MPL forming the trigger circuit 20 of the ESD protection circuit 1. Applied.

本実施形態のESD保護回路1において、トリガ回路20内のP型MOSトランジスタMPH,MPLにおける各端子間の電位差がMOSトランジスタの耐圧の範囲内に収まるように、複数のP型MOSトランジスタMPH,MPLの各端子間、及び、電源ノード60,70,62,72及びP型MOSトランジスタMPH,MPL間が、接続されている。   In the ESD protection circuit 1 of the present embodiment, a plurality of P-type MOS transistors MPH and MPL are arranged so that the potential difference between the terminals of the P-type MOS transistors MPH and MPL in the trigger circuit 20 falls within the breakdown voltage range of the MOS transistor. And the power supply nodes 60, 70, 62, 72 and the P-type MOS transistors MPH, MPL are connected.

これによって、ESD保護回路1内のMOSトランジスタMPH,MPLの耐圧が保障され、MOSトランジスタMPH,MPLが、トランジスタの耐圧より大きい電源電圧によって、破壊されるのを防止できる。この結果として、ESD保護回路1の破壊に起因した内部回路5及びLSI100の動作不良が、防止される。   As a result, the breakdown voltage of the MOS transistors MPH and MPL in the ESD protection circuit 1 is ensured, and the MOS transistors MPH and MPL can be prevented from being destroyed by a power supply voltage higher than the breakdown voltage of the transistors. As a result, malfunction of the internal circuit 5 and the LSI 100 due to the destruction of the ESD protection circuit 1 is prevented.

以上のように、本実施形態のESD保護回路1において、ESD保護動作時(ESDの発生時)、トリガ回路20を形成するP型電界効果トランジスタMPH,MPLは、ESD電圧によってオンされ、ESD電圧VESDによって生じた電流IESDの一部をトリガ電流として、SCR21に供給する。このトリガ電流によって、SCR21がアクティブ状態(オン状態)となり、SCR21は、信号ノード61,71に生じたESD電圧/電流を、グランドノード63,73に放電させる。
これによって、本実施形態のESD保護回路1をLSI100は、ESDから保護される。
As described above, in the ESD protection circuit 1 of the present embodiment, during the ESD protection operation (when ESD is generated), the P-type field effect transistors MPH and MPL forming the trigger circuit 20 are turned on by the ESD voltage. A part of the current I ESD generated by V ESD is supplied to the SCR 21 as a trigger current. The trigger current causes the SCR 21 to be in an active state (on state), and the SCR 21 discharges the ESD voltage / current generated at the signal nodes 61 and 71 to the ground nodes 63 and 73.
As a result, the LSI 100 of the ESD protection circuit 1 of this embodiment is protected from ESD.

本実施形態のESD保護回路1において、LSI100の通常動作時、ESD保護回路1のP型MOSトランジスタMPH,MPLの耐圧より大きい電圧がESD保護回路1に印加されていても、トリガ回路20のP型電界効果トランジスタMPH,MPLは、上述の素子間の接続関係によって、MOSトランジスタの耐圧の範囲内に収まる電圧印加状態となる。また、ESD保護回路1のP型MOSトランジスタMPH,MPLからなるトリガ回路20は、SCR21をオンさせるトリガ電流を、SCR21に出力しない。
これによって、本実施形態のESD保護回路1内のSCR21は、LSI100の通常動作時、非アクティブ状態(オフ状態)が維持される。
In the ESD protection circuit 1 of the present embodiment, even when a voltage larger than the withstand voltage of the P-type MOS transistors MPH and MPL of the ESD protection circuit 1 is applied to the ESD protection circuit 1 during the normal operation of the LSI 100, the P of the trigger circuit 20 The type field effect transistors MPH and MPL are in a voltage application state that falls within the breakdown voltage range of the MOS transistor due to the connection relationship between the elements described above. The trigger circuit 20 including the P-type MOS transistors MPH and MPL of the ESD protection circuit 1 does not output a trigger current for turning on the SCR 21 to the SCR 21.
Thereby, the SCR 21 in the ESD protection circuit 1 of the present embodiment is maintained in an inactive state (off state) during the normal operation of the LSI 100.

したがって、本実施形態のESD保護回路1は、LSI100の内部回路5をESDから保護でき、且つ、LSI100及び内部回路5の通常動作に悪影響を及ぼさない。   Therefore, the ESD protection circuit 1 of the present embodiment can protect the internal circuit 5 of the LSI 100 from ESD and does not adversely affect the normal operation of the LSI 100 and the internal circuit 5.

LSIは、外部装置に接続されるため、外部装置に応じて、3.3V、2.5V又は1.8Vなど、様々な大きさの電圧が、LSIの電源電圧として、LSIに印加される。
LSIを形成する電界効果トランジスタが微細化された場合、電界効果トランジスタの耐圧は低下する傾向がある。
Since the LSI is connected to an external device, a voltage of various magnitudes such as 3.3 V, 2.5 V, or 1.8 V is applied to the LSI as a power supply voltage of the LSI depending on the external device.
When a field effect transistor forming an LSI is miniaturized, the breakdown voltage of the field effect transistor tends to decrease.

LSI内の電界効果トランジスタの微細化が推進される状況において、3.3V以上の電源電圧に対応するように、LSIの内部回路のトランジスタと別途の工程で、ESD保護回路のために耐圧の大きい電界トランジスタを形成することは、LSIの製造コストの増大を招く可能性がある。   In a situation where miniaturization of field effect transistors in LSIs is promoted, a large withstand voltage is provided for the ESD protection circuit in a separate process from the transistors in the LSI internal circuit so as to correspond to a power supply voltage of 3.3 V or more. Forming an electric field transistor may increase the manufacturing cost of LSI.

また、トランジスタの耐圧より小さい電圧をESD保護回路内のトランジスタに印加するために、抵抗素子などをESD保護回路内に追加した場合、ESD保護回路の内部構成の複雑化、ESD保護回路の面積増大及びESD保護回路に起因する寄生容量/寄生抵抗の増大が生じる可能性がある。   Further, when a resistance element or the like is added in the ESD protection circuit in order to apply a voltage smaller than the breakdown voltage of the transistor to the transistor in the ESD protection circuit, the internal configuration of the ESD protection circuit is complicated and the area of the ESD protection circuit is increased. And parasitic capacitance / parasitic resistance may increase due to the ESD protection circuit.

本実施形態のESD保護回路1を形成する電界効果トランジスタ(例えば、P型MOSトランジスタ)MPH,MPLは、内部回路5を形成する電界効果トランジスタT1,T2と、共通の工程で同時に形成され、実質的に同じ特性(耐圧)を有する。例えば、1.8V以下の耐圧を有する電界効果トランジスタを用いて、ESD保護回路1及び内部回路5が形成される。   The field effect transistors (for example, P-type MOS transistors) MPH and MPL that form the ESD protection circuit 1 of the present embodiment are formed simultaneously with the field effect transistors T1 and T2 that form the internal circuit 5 in a common process. Have the same characteristics (withstand voltage). For example, the ESD protection circuit 1 and the internal circuit 5 are formed using a field effect transistor having a breakdown voltage of 1.8 V or less.

本実施形態のESD保護回路1において、SCR21に対するトリガ回路20を形成する複数のP型電界効果トランジスタMPH,MPLに関して、LSI100及び内部回路5の通常動作時、ゲート−ソース間及びゲート−ドレイン間などのP型電界効果トランジスタMPH,MPLの各端子間の電位差が、P型電界効果トランジスタMPH,MPLの耐圧より大きくならないように、P型電界効果トランジスタMPH,MPLと電源ノード、及び、2つのP型電界効果トランジスタMPH,MPLの各端子(ソース/ドレイン間)が、接続されている。   In the ESD protection circuit 1 of the present embodiment, regarding the plurality of P-type field effect transistors MPH and MPL forming the trigger circuit 20 for the SCR 21, during normal operation of the LSI 100 and the internal circuit 5, between the gate and the source, between the gate and the drain, etc. P-type field effect transistors MPH, MPL, power supply nodes, and two P-type field effect transistors MPH, MPL so that the potential difference between the terminals of P-type field effect transistors MPH, MPL does not become larger than the breakdown voltage of P-type field effect transistors MPH, MPL Each terminal (between source / drain) of the type field effect transistors MPH and MPL is connected.

これによって、LSIの通常動作時に、ESD保護回路1内のP型電界効果トランジスタMPH,MPLの耐圧以上(より大きい)の電源電圧がESD保護回路1に印加された場合において、本実施形態のESD保護回路1の破壊及び誤動作が、P型電界効果トランジスタMPH,MPLの耐圧以上の電源電圧の印加によって引き起こされるのを、抑制できる。   As a result, when the power supply voltage equal to or higher than the withstand voltage of the P-type field effect transistors MPH and MPL in the ESD protection circuit 1 is applied to the ESD protection circuit 1 during the normal operation of the LSI, It is possible to suppress the destruction and malfunction of the protection circuit 1 from being caused by the application of a power supply voltage that exceeds the breakdown voltage of the P-type field effect transistors MPH and MPL.

それゆえ、本実施形態のESD保護回路1は、ESD保護回路1を形成するP型電界効果トランジスタMPH,MPLの耐圧が確保されるように、ESD保護回路の電界効果トランジスタと内部回路5の電界効果トランジスタとを作り分けなくともよい。   Therefore, the ESD protection circuit 1 of the present embodiment is configured so that the field effect transistors of the ESD protection circuit and the electric field of the internal circuit 5 are secured so that the withstand voltages of the P-type field effect transistors MPH and MPL forming the ESD protection circuit 1 are ensured. There is no need to make a separate effect transistor.

その結果として、本実施形態のESD保護回路1を含む半導体集積回路の製造コストの増加を、抑制できる。   As a result, an increase in manufacturing cost of the semiconductor integrated circuit including the ESD protection circuit 1 of the present embodiment can be suppressed.

本実施形態のESD保護回路1は、比較的少ない素子数によって簡素な回路を形成できる。ESD保護回路1を形成する素子数が少なくなる結果として、ESD保護回路1内における各トランジスタMPH,MPL,11,12の拡散層と半導体基板(ウェル領域)との接合容量を、小さくできる。   The ESD protection circuit 1 of the present embodiment can form a simple circuit with a relatively small number of elements. As a result of the reduction in the number of elements forming the ESD protection circuit 1, the junction capacitance between the diffusion layers of the transistors MPH, MPL, 11, and 12 in the ESD protection circuit 1 and the semiconductor substrate (well region) can be reduced.

数Gbps帯域のデータの入出力を行うLSIにおいて、信号波形のパルス形状(例えば、台形波)を考慮すると、動作の安定性及び信頼性を得るために、2倍〜4倍程度の帯域マージンが確保されることが好ましい。このような、数Gbps帯域に対するマージンを考慮した場合において、信号ノードに接続されるESD保護回路のインピーダンスのキャパシタ成分の許容範囲は、キャパシタ(C)と1/(2πf)との関係に基づくと、10fF〜40fF程度となる。   In an LSI that inputs and outputs data of several Gbps band, considering the pulse shape of the signal waveform (for example, trapezoidal wave), a band margin of about 2 to 4 times is required to obtain operational stability and reliability. It is preferable to ensure. When such a margin for a several Gbps band is considered, the allowable range of the capacitor component of the impedance of the ESD protection circuit connected to the signal node is based on the relationship between the capacitor (C) and 1 / (2πf). 10 fF to 40 fF.

本実施形態のように、少ない素子数でESD保護回路が形成されることによって、ESD保護回路のキャパシタ成分が、高速インターフェイスを有するLSIの動作を劣化させるのを抑制できる。   By forming the ESD protection circuit with a small number of elements as in this embodiment, it is possible to suppress the capacitor component of the ESD protection circuit from deteriorating the operation of the LSI having the high-speed interface.

それゆえ、本実施形態のESD保護回路1をLSIに用いることによって、高速なデータ転送の可能なLSIを提供できる。   Therefore, an LSI capable of high-speed data transfer can be provided by using the ESD protection circuit 1 of the present embodiment for an LSI.

また、本実施形態において、ESD保護回路を形成する素子数の低減によって、チップ内におけるESD保護回路の面積を低減できる。この結果として、LSIの製造コストを低減できる。   In this embodiment, the area of the ESD protection circuit in the chip can be reduced by reducing the number of elements forming the ESD protection circuit. As a result, LSI manufacturing costs can be reduced.

以上のように、第1の実施形態によれば、少ない素子数で、ESDから半導体集積回路を保護できるESD保護回路を提供できる。   As described above, according to the first embodiment, an ESD protection circuit capable of protecting a semiconductor integrated circuit from ESD can be provided with a small number of elements.

(2) 第2の実施形態
図4を参照して、第2の実施形態のESD保護回路について説明する。尚、第1の実施形態のESD保護回路と実質的に同じ構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は、必要に応じて行う。
(2) Second embodiment
The ESD protection circuit according to the second embodiment will be described with reference to FIG. Note that substantially the same components as those of the ESD protection circuit of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be given as necessary.

図4は、第2の実施形態のESD保護回路1Xの回路構成を示す等価回路図である。   FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing a circuit configuration of the ESD protection circuit 1X of the second embodiment.

図4に示されるように、第2の実施形態のESD保護回路1Xは、高電源電圧VDDH側の電源ノード60,70とSCR21との間に、抵抗素子RAが接続されている点が、第1の実施形態のESD保護回路と異なっている。   As shown in FIG. 4, the ESD protection circuit 1X of the second embodiment is that the resistance element RA is connected between the power supply nodes 60 and 70 on the high power supply voltage VDDH side and the SCR 21. This is different from the ESD protection circuit of the first embodiment.

本実施形態のESD保護回路1Xにおいて、抵抗素子RAの一端は、電源ノード60,70に接続され、抵抗素子RAの他端は、PNP型バイポーラトランジスタ11のベースとNPN型バイポーラトランジスタ12のエミッタとの接続ノードnd2に、接続されている。   In the ESD protection circuit 1X of the present embodiment, one end of the resistor element RA is connected to the power supply nodes 60 and 70, and the other end of the resistor element RA is the base of the PNP bipolar transistor 11 and the emitter of the NPN bipolar transistor 12. To the connection node nd2.

電源ノード60,70の電源電圧VDDHが、抵抗素子RAを介して、PNP型バイポーラトランジスタ11のベース(N型不純物領域)及びNPN型バイポーラトランジスタ12のコレクタ(N型不純物領域)に、印加される。   The power supply voltage VDDH of the power supply nodes 60 and 70 is applied to the base (N-type impurity region) of the PNP bipolar transistor 11 and the collector (N-type impurity region) of the NPN bipolar transistor 12 through the resistance element RA. .

SCR21のバイポーラトランジスタ11,12を形成するための拡散層及びウェル領域のレイアウトに応じて、寄生トランジスタや寄生サイリスタが形成される場合がある。これらの寄生素子によって、SCR21に対してラッチアップが生じる可能性がある。   A parasitic transistor or a parasitic thyristor may be formed depending on the layout of the diffusion layer and well region for forming the bipolar transistors 11 and 12 of the SCR 21. These parasitic elements can cause latch-up on the SCR 21.

本実施形態のESD保護回路1Xのように、電源電圧VDDHが、抵抗素子RAを介して、PNP型及びNPN型バイポーラトランジスタ11,12のN型不純物領域に印加されることによって、SCR21のラッチアップを抑制できる。   As in the ESD protection circuit 1X of the present embodiment, the power supply voltage VDDH is applied to the N-type impurity regions of the PNP-type and NPN-type bipolar transistors 11 and 12 via the resistance element RA, thereby latching up the SCR 21. Can be suppressed.

抵抗素子RA,RBの抵抗値の大きさを調整することによって、ESD保護回路1の回路定数、及び、ラッチアップ電流の大きさを制御できる。例えば、抵抗素子RA,RBの抵抗値を小さくすると、ラッチアップ電流は増加し、抵抗素子RA,RBの抵抗値を大きくすると、ラッチアップ電流は減少する。   The circuit constants of the ESD protection circuit 1 and the magnitude of the latch-up current can be controlled by adjusting the resistance values of the resistance elements RA and RB. For example, when the resistance values of the resistance elements RA and RB are decreased, the latch-up current is increased, and when the resistance values of the resistance elements RA and RB are increased, the latch-up current is decreased.

尚、抵抗素子RAを介して電源ノード60,70とSCR21とを接続する代わりに、SCR21の形成領域を、Deep N型ウェル領域内に設け、SCR21の形成領域に電源電圧VDDHを印加してもよい。このように、Deep N型ウェル領域の配置及び電源電圧の印加によって、SCR21のラッチアップを抑制できる。   Instead of connecting the power supply nodes 60 and 70 and the SCR 21 via the resistor element RA, a region where the SCR 21 is formed is provided in the Deep N-type well region, and the power supply voltage VDDH is applied to the region where the SCR 21 is formed. Good. Thus, the latch-up of the SCR 21 can be suppressed by the arrangement of the Deep N-type well region and the application of the power supply voltage.

以上のように、第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同じ効果が得られるとともに、半導体基板内に設けられるウェル領域や拡散層に起因した寄生素子が、ESD保護回路及び内部回路の動作に、悪影響を及ぼすのを防止できる。   As described above, according to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the parasitic element caused by the well region and the diffusion layer provided in the semiconductor substrate can be used as an ESD protection circuit and an internal circuit. It is possible to prevent the circuit operation from being adversely affected.

(3) 変形例
図5を参照して、実施形態のESD保護回路の変形例について、説明する。尚、第1及び第2の実施形態と共通の構成及び動作に関する説明は、必要に応じて行う。
(3) Modification
A modification of the ESD protection circuit of the embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the description regarding a structure and operation | movement common to 1st and 2nd embodiment is given as needed.

本実施形態のESD保護回路において、2つのMOSトランジスタ(電界効果トランジスタ)を用いて、トリガ回路が形成される例を示しているが、内部回路に印加される電源電圧の数に応じて、3つ以上の電界効果トランジスタを用いて、トリガ回路が形成されてもよい。   In the ESD protection circuit of the present embodiment, an example is shown in which a trigger circuit is formed using two MOS transistors (field effect transistors), but depending on the number of power supply voltages applied to the internal circuit, 3 The trigger circuit may be formed using two or more field effect transistors.

この場合、各MOSトランジスタのゲートに、それぞれ異なる電源電圧が印加される。ESD保護回路のトリガ回路内において、信号線側のMOSトランジスタからグランド線側の電界効果トランジスタに向かう順序で、ゲートに印加される電源電圧の大きさが小さくなるように、MOSトランジスタと電源電圧との対応関係が設定されている。   In this case, different power supply voltages are applied to the gates of the MOS transistors. In the trigger circuit of the ESD protection circuit, the MOS transistor and the power supply voltage are reduced so that the magnitude of the power supply voltage applied to the gate decreases in the order from the MOS transistor on the signal line side to the field effect transistor on the ground line side. The correspondence of is set.

例えば、図5は、3つの異なる大きさの電源電圧VDDH,VDDM,VDDLがLSI100に印加される場合におけるESD保護回路1Zの構成例を示している。   For example, FIG. 5 shows a configuration example of the ESD protection circuit 1Z when three different power supply voltages VDDH, VDDM, and VDDL are applied to the LSI 100.

図5に示されるように、5V、3.3V及び1.8Vの電源電圧VDDH,VDDM,VDDLが、内部回路5に印加される場合、3つのP型MOSトランジスタMPH,MPM,MPLによって、トリガ回路20Zが形成される。   As shown in FIG. 5, when the power supply voltages VDDH, VDDM, and VDDL of 5V, 3.3V, and 1.8V are applied to the internal circuit 5, they are triggered by the three P-type MOS transistors MPH, MPM, and MPL. A circuit 20Z is formed.

LSI100の通常動作時、信号ノード側のP型MOSトランジスタMPHのゲートに、5Vの電源電圧(高電位)が印加され、グランドノード側のP型MOSトランジスタMPLのゲートに、1.8Vの電源電圧(低電位)が印加される。2つのP型MOSトランジスタMPH,MPL間のP型MOSトランジスタMPMのゲートに、3.3Vの電源電圧(中間電位)が印加される。   During normal operation of the LSI 100, a power supply voltage (high potential) of 5V is applied to the gate of the P-type MOS transistor MPH on the signal node side, and a power supply voltage of 1.8V is applied to the gate of the P-type MOS transistor MPL on the ground node side. (Low potential) is applied. A power supply voltage (intermediate potential) of 3.3 V is applied to the gate of the P-type MOS transistor MPM between the two P-type MOS transistors MPH and MPL.

LSI及び内部回路の通常動作時、トリガ回路20Zにおいて、信号ノードに直接接続されたP型MOSトランジスタMPHのソースの電位は、ソース側に隣接するP型MOSトランジスタMPMに印加される電圧VDDMとMOSトランジスタのしきい値電圧Vthとの和の大きさ(3.3+|Vth|)程度に、浮く。このため、P型MOSトランジスタMPHのゲート−ソース間の電位差は、MOSトランジスタの耐圧の範囲内に収まる。   During normal operation of the LSI and internal circuit, in the trigger circuit 20Z, the potential of the source of the P-type MOS transistor MPH directly connected to the signal node is the voltage VDDM and MOS applied to the P-type MOS transistor MPM adjacent to the source side. It floats to the magnitude of the sum (3.3+ | Vth |) of the threshold voltage Vth of the transistor. For this reason, the potential difference between the gate and source of the P-type MOS transistor MPH falls within the range of the breakdown voltage of the MOS transistor.

また、P型MOSトランジスタMPMのソースの電位は、グランドノード側のP型MOSトランジスタMPLに印加される電圧VDDLとMOSトランジスタのしきい値電圧Vthとの羅の大きさ(1.8V+|Vth|)程度に浮く。このため、P型MOSトランジスタMPMのゲート−ソース間の電位差は、MOSトランジスタの耐圧の範囲内に収まる。   The potential of the source of the P-type MOS transistor MPM is a magnitude (1.8V + | Vth |) between the voltage VDDL applied to the P-type MOS transistor MPL on the ground node side and the threshold voltage Vth of the MOS transistor. ) Float to the extent. For this reason, the potential difference between the gate and source of the P-type MOS transistor MPM falls within the range of the breakdown voltage of the MOS transistor.

このように、MOSトランジスタの耐圧より大きい電源電圧がゲートに印加されているトリガ回路内のP型MOSトランジスタMPH,MPMにおいて、耐圧を満たす電源電圧がゲートに印加されたMOSトランジスタMPLがトリガ回路20内でスタックされたMOSトランジスタMPH,MPM,MPLの最終段(SCR21側)に接続されていることによって、P型MOSトランジスタMPH,MPMのゲート−ソース間の電位差、及び、P型MOSトランジスタMPH,MPMのソース−ドレイン間の電位差は、トランジスタの耐圧の範囲内に収まる。   As described above, in the P-type MOS transistors MPH and MPM in the trigger circuit in which the power supply voltage larger than the breakdown voltage of the MOS transistor is applied to the gate, the MOS transistor MPL in which the power supply voltage satisfying the breakdown voltage is applied to the gate is the trigger circuit 20. Are connected to the last stage (SCR 21 side) of the MOS transistors MPH, MPM, and MPL stacked in the gate, thereby the potential difference between the gate and source of the P-type MOS transistors MPH and MPM, and the P-type MOS transistors MPH, MPH, The potential difference between the source and the drain of the MPM is within the breakdown voltage range of the transistor.

尚、本変形例のESD保護回路1Zにおいて、ESDの発生時の動作は、第1の実施形態において図3の(a)で述べた動作と実質的に同じである。   In the ESD protection circuit 1Z of the present modification, the operation at the time of occurrence of ESD is substantially the same as the operation described in FIG. 3A in the first embodiment.

ここでは、5V、3.3V及び1.8Vの電源電圧VDDH,VDDM,VDDLが内部回路に印加された場合について述べているが、電源電圧VDDH,VDDM,VDDLの大きさは、これに限定されない。例えば、3.3V、2.5V及び1.8Vが、電源電圧VDDH,VDDM,VDDLとして用いられてもよい。   Although the case where the power supply voltages VDDH, VDDM, and VDDL of 5V, 3.3V, and 1.8V are applied to the internal circuit is described here, the magnitudes of the power supply voltages VDDH, VDDM, and VDDL are not limited thereto. . For example, 3.3V, 2.5V, and 1.8V may be used as the power supply voltages VDDH, VDDM, and VDDL.

本変形例のように、3以上の電源電圧VDDH,VDDM,VDDLが印加されるLSI100において、3つ以上のP型MOSトランジスタMPH,MPM,MPLを用いて、トリガ回路20Zを形成することによって、第1及び第2の実施形態と同じ動作を実行でき、信号ノードに印加されたESD電圧から内部回路5を保護できる。   As in this modification, in the LSI 100 to which three or more power supply voltages VDDH, VDDM, and VDDL are applied, the trigger circuit 20Z is formed using three or more P-type MOS transistors MPH, MPM, and MPL. The same operation as in the first and second embodiments can be performed, and the internal circuit 5 can be protected from the ESD voltage applied to the signal node.

以上のように、図5に示される変形例のESD保護回路1によれば、第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。   As described above, according to the ESD protection circuit 1 of the modification shown in FIG. 5, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.

[その他]
実施形態のESD保護回路は、例えば、システムLSI、イメージセンサ、フラッシュメモリなどの、半導体集積回路のチップに搭載することができる。
[Others]
The ESD protection circuit of the embodiment can be mounted on a chip of a semiconductor integrated circuit such as a system LSI, an image sensor, or a flash memory.

上述の実施形態において、信号ノード61,71に発生したESDから内部回路を保護する例について説明した。ただし、ノード61,71は電源ノードでもよく、上述の各例のESD保護回路1,1X,1Zを用いて、電源ノードとしてのパッド/配線61,71に生じたESDから内部回路5(電源回路)を保護してもよい。この場合において、ノード61,71に印加される電圧は、ノード61,71に直接接続されたMOSトランジスタMPHのゲートに印加される電圧以下であれば、トリガ回路を形成するMOSトランジスタの各端子に印加される電圧は、トランジスタの耐圧の範囲内に収まる。   In the above-described embodiment, the example in which the internal circuit is protected from the ESD generated in the signal nodes 61 and 71 has been described. However, the nodes 61 and 71 may be power supply nodes. Using the ESD protection circuits 1, 1X, and 1Z of the above-described examples, the internal circuit 5 (power supply circuit) is generated from the ESD generated in the pads / wirings 61 and 71 as power supply nodes. ) May be protected. In this case, if the voltage applied to the nodes 61 and 71 is equal to or lower than the voltage applied to the gate of the MOS transistor MPH directly connected to the nodes 61 and 71, the voltage applied to each terminal of the MOS transistor forming the trigger circuit. The applied voltage is within the breakdown voltage range of the transistor.

尚、実施形態のESD保護回路において、トリガ回路は、エンハンスメント型の電界効果トランジスタを用いて形成された例が示されているが、デプレッション型の電界効果トランジスタを用いて形成されてもよい。   In the ESD protection circuit of the embodiment, an example is shown in which the trigger circuit is formed using an enhancement type field effect transistor. However, the trigger circuit may be formed using a depletion type field effect transistor.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1:ESD保護回路、20:トリガ回路、21:SCR、MPH,MPL:電界効果トランジスタ、11,12:バイポーラトランジスタ、15:ダイオード、5:内部回路、100:半導体集積回路。   1: ESD protection circuit, 20: trigger circuit, 21: SCR, MPH, MPL: field effect transistor, 11, 12: bipolar transistor, 15: diode, 5: internal circuit, 100: semiconductor integrated circuit.

Claims (5)

第1の電源電圧が印加される第1のノードと、
前記第1の電源電圧より低い第2の電源電圧が印加される第2のノードと、
前記第1の電源電圧と前記第2の電源電圧との間の大きさの第3の電源電圧が印加される第3のノードと、
信号が供給される第4のノードと、
前記第4のノードに接続された第1のエミッタと、第1のコレクタと、第1のベースとを有する第1導電型の第1のバイポーラトランジスタ、及び、前記第2のノードに接続された第2のエミッタと、前記第1のベースに接続された第2のコレクタと、前記第1のコレクタに接続された第2のベースを有する第2の導電型の第2のバイポーラトランジスタ、を含むシリコン制御整流素子と、
前記第1のノードに接続された第1のゲートと、前記第4のノードに接続された第1の電流経路の一端とを有する第3導電型の第1の電界効果トランジスタ、及び、前記第3のノードに接続された第2のゲートと、前記第1の電界効果トランジスタの第1の電流経路の他端に接続された第2の電流経路の一端と、前記第2のベースに接続された前記第2の電流経路の他端を有する前記第3導電型の第2の電界効果トランジスタ、及び、前記第1及び第2の電界効果トランジスタのバックゲートにカソードが接続され、前記第4のノードにアノードが接続された第1のダイオード、を含むトリガ回路と、
前記第1及び第2の電界効果トランジスタのバックゲートと前記第1のノードとの間に接続される第1の抵抗素子と、
前記第2のノード及び前記第2のベース間に接続される第2の抵抗素子と、
前記第2のノードに接続されるアノード及び前記第4のノードに接続されるカソードを有する第2のダイオードを
を具備し、
前記第1の電源電圧は、前記第1及び前記第2の電界効果トランジスタの耐圧より大きいことを特徴とするESD保護回路。
A first node to which a first power supply voltage is applied;
A second node to which a second power supply voltage lower than the first power supply voltage is applied;
A third node to which a third power supply voltage having a magnitude between the first power supply voltage and the second power supply voltage is applied;
A fourth node to which the signal is supplied;
A first bipolar transistor of a first conductivity type having a first emitter connected to the fourth node, a first collector, and a first base; and connected to the second node A second bipolar transistor of a second conductivity type having a second emitter, a second collector connected to the first base, and a second base connected to the first collector. A silicon controlled rectifier,
A first field effect transistor of a third conductivity type having a first gate connected to the first node and one end of a first current path connected to the fourth node; and A second gate connected to the third node, one end of the second current path connected to the other end of the first current path of the first field effect transistor, and the second base. A cathode connected to the second field effect transistor of the third conductivity type having the other end of the second current path, and back gates of the first and second field effect transistors; A trigger circuit including a first diode having an anode connected to the node;
A first resistance element connected between a back gate of the first and second field effect transistors and the first node;
A second resistance element connected between the second node and the second base;
A second diode having an anode connected to the second node and a cathode connected to the fourth node;
The ESD protection circuit according to claim 1, wherein the first power supply voltage is larger than a withstand voltage of the first and second field effect transistors.
第1のノードと、
第2のノードと、
第3のノードと、
第4のノードと、
前記第4のノードに接続された第1のエミッタと、前記第2のノードに接続された第1のコレクタと、第1のベースとを有する第1導電型の第1のバイポーラトランジスタ、及び、前記第2のノードに接続された第2のエミッタと、前記第1のベースに接続された第2のコレクタと、前記第1のコレクタに接続された第2のベースとを有する第2の導電型の第2のバイポーラトランジスタ、を含むシリコン制御整流素子と、
前記第1のノードに接続された第1のゲートと、前記第4のノードに接続された第1の電流経路の一端とを有する第3導電型の第1の電界効果トランジスタ、及び、前記第3のノードに接続された第2のゲートと、前記第1の電界効果トランジスタの第1の電流経路の他端に接続された第2の電流経路の一端と、前記第2のベースに接続された前記第2の電流経路の他端とを有する前記第3導電型の第2の電界効果トランジスタ、及び、前記第1及び第2の電界効果トランジスタのバックゲートにカソードが接続され、前記第4のノードにアノードが接続された第1のダイオード、を含むトリガ回路と、
を具備することを特徴とするESD保護回路。
A first node;
A second node;
A third node;
A fourth node;
A first bipolar transistor of a first conductivity type having a first emitter connected to the fourth node, a first collector connected to the second node, and a first base; and Second conductivity having a second emitter connected to the second node, a second collector connected to the first base, and a second base connected to the first collector. A silicon controlled rectifier element comprising a second bipolar transistor of the type;
A first field effect transistor of a third conductivity type having a first gate connected to the first node and one end of a first current path connected to the fourth node; and A second gate connected to the third node, one end of the second current path connected to the other end of the first current path of the first field effect transistor, and the second base. A cathode connected to a second field effect transistor of the third conductivity type having the other end of the second current path, and back gates of the first and second field effect transistors; A trigger circuit including a first diode having an anode connected to the node of
An ESD protection circuit comprising:
前記第1及び第2の電源効果トランジスタの耐圧は、前記第1のノードに印加される第1の電源電圧より小さいことを特徴とする請求項2に記載のESD保護回路。   3. The ESD protection circuit according to claim 2, wherein the first and second power supply effect transistors have a withstand voltage lower than a first power supply voltage applied to the first node. 前記第1及び第2の電界効果トランジスタのバックゲートと前記第1のノードとの間に接続される第1の抵抗素子と、
前記第2のベースと前記第2のノードとの間に接続される第2の抵抗素子と、
前記第1のベースと前記第1のノードとの間に接続される第3の抵抗素子を、
さらに具備することを特徴とする請求項2又は3に記載のESD保護回路。
A first resistance element connected between a back gate of the first and second field effect transistors and the first node;
A second resistance element connected between the second base and the second node;
A third resistance element connected between the first base and the first node;
The ESD protection circuit according to claim 2, further comprising:
前記第2のノードに接続されるアノード及び前記第4のノードに接続されるカソードを有する第2のダイオードを、さらに具備することを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載のESD保護回路。   5. The device according to claim 2, further comprising a second diode having an anode connected to the second node and a cathode connected to the fourth node. 6. ESD protection circuit.
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CN112952789A (en) * 2021-03-31 2021-06-11 上海华虹宏力半导体制造有限公司 High Latch up capability fail safe IO circuit

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