JP2020053689A - ESD protection circuit - Google Patents

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Abstract

To provide an ESD protection circuit capable of reducing power consumption while maintaining discharge performance.SOLUTION: In a semiconductor integrated circuit 1, an ESD protection circuit 100 is connected between a first power supply wiring LVDD and a second power supply wiring LVSS, and comprises an RC trigger circuit RCT1, a shunt nMOS transistor Mn, a diode D, a capacitor C2, and a resistor R2. In the diode D, an anode is connected to the first power supply wiring LVDD, and a cathode is connected to the second power supply wiring LVSS. A source and a drain of the shunt nMOS transistor Mn are connected in series to the diode D between the first power supply wiring LVDD and the second power supply wiring LVSS. In other words, the source of the shunt nMOS transistor is connected to the anode of the diode D, and the drain of the shunt nMOS transistor is connected to the first power supply wiring LVDD. The cathode of the diode D is connected to the second power supply wiring.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、半導体集積回路においてESD(Electrostatic Discharge)に
起因するサージから内部回路を保護するESD保護回路に関する。
Embodiments described herein relate generally to an ESD protection circuit that protects an internal circuit in a semiconductor integrated circuit from a surge caused by an ESD (Electrostatic Discharge).

電源端子等からのESDにより発生したサージから、半導体装置内の内部回路を保護す
るためにESD保護回路が用いられる。ESD保護回路では、サージによる電源配線の電
圧上昇を検知して、電源配線と接地配線との間に接続されたシャントMOS(Metal Oxid
e Semiconductor)トランジスタを導通状態にして、サージによる電荷を接地配線へ放出
する。サージによる電圧上昇を検知してシャントMOSトランジスタを導通状態にする手
段として、抵抗(R)とコンデンサ(C)の直列接合を利用してトリガー信号を発生させ
るRCトリガー回路が用いられる。
An ESD protection circuit is used to protect an internal circuit in a semiconductor device from a surge generated by an ESD from a power supply terminal or the like. The ESD protection circuit detects a voltage increase in a power supply line due to a surge and detects a shunt MOS (Metal Oxid) connected between the power supply line and the ground line.
e Semiconductor) to make the transistor conductive, and discharge the charges due to the surge to the ground wiring. An RC trigger circuit that generates a trigger signal by using a series junction of a resistor (R) and a capacitor (C) is used as a means for detecting a voltage increase due to a surge to make a shunt MOS transistor conductive.

特開2015−46507号公報JP-A-2005-46507

ESD保護回路内のサージにより発生した電荷を放流するためのシャントトランジスタ
は、駆動力が大きいことが望まれるが、駆動力が大きいほど非道通状態でのリーク電流が
大きくなり、半導体装置の消費電力が高くなる。一方、リーク電流を抑制して半導体装置
の消費電力を低減すると、シャントトランジスタの駆動電力が下がりESD保護回路の放
電性が低下して、シャントトランジスタが破壊される恐れがある。ESD保護回路の放電
性能を維持しつつ、消費電力を低減することが望まれる。
It is desired that the shunt transistor for discharging the charge generated by the surge in the ESD protection circuit has a large driving force. However, the larger the driving force is, the larger the leakage current in the non-conductive state is, and the power consumption of the semiconductor device is increased. Will be higher. On the other hand, when the power consumption of the semiconductor device is reduced by suppressing the leakage current, the driving power of the shunt transistor is reduced, the discharge performance of the ESD protection circuit is reduced, and the shunt transistor may be destroyed. It is desired to reduce power consumption while maintaining the discharge performance of the ESD protection circuit.

実施形態のESD保護回路は、第1電源配線と第2電源配線との間に接続され、第1コ
ンデンサと、第1抵抗体と、ダイオードと、MOSトランジスタと、第2抵抗体と、第2
コンデンサと、第1インバータ回路とを備える。前記第1コンデンサは、一端が前記第1
電源配線に接続される。前記第1抵抗体は、一端が接続点を介して前記第1コンデンサの
他端に接続され、他端が前記第2電源配線に接続される。前記ダイオードはカソードが前
記第2電源配線に接続される。前記MOSトランジスタは、ソースが前記ダイオードのア
ノードに接続され、ドレインが前記第1電源配線に接続され、ウェル領域が前記接続点に
接続される。前記第2抵抗体は、一端が前記第1電源配線に接続される。前記第2コンデ
ンサは、一端が前記第2抵抗体の他端に接続される。前記第1インバータ回路は、入力端
子が前記第2抵抗体の前記他端に接続され、出力端子が前記MOSトランジスタのゲート
に接続される。
The ESD protection circuit according to the embodiment is connected between a first power supply line and a second power supply line, and includes a first capacitor, a first resistor, a diode, a MOS transistor, a second resistor, and a second resistor.
A capacitor and a first inverter circuit; The first capacitor has one end connected to the first capacitor.
Connected to power supply wiring. The first resistor has one end connected to the other end of the first capacitor via a connection point, and the other end connected to the second power supply line. The diode has a cathode connected to the second power supply line. The MOS transistor has a source connected to the anode of the diode, a drain connected to the first power supply line, and a well region connected to the connection point. One end of the second resistor is connected to the first power supply line. One end of the second capacitor is connected to the other end of the second resistor. The first inverter circuit has an input terminal connected to the other end of the second resistor, and an output terminal connected to the gate of the MOS transistor.

実施形態1に係るESD保護回路の構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the ESD protection circuit according to the first embodiment. 実施形態1に係るRCトリガー回路の構成の一例を示す図。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of an RC trigger circuit according to the first embodiment. 比較例に係るESD保護回路の構成を示す図。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an ESD protection circuit according to a comparative example. 比較例に係るESD保護回路の動作を説明する図。FIG. 9 is a diagram illustrating an operation of the ESD protection circuit according to the comparative example. 実施形態1に係るESD保護回路の動作を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating an operation of the ESD protection circuit according to the first embodiment. 基板バイアス効果を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a substrate bias effect. 基板バイアス効果を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a substrate bias effect. 実施形態2に係るESD保護回路の構成を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an ESD protection circuit according to a second embodiment. 実施形態2に係るRCトリガー回路の構成の一例を示す図。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration of an RC trigger circuit according to the second embodiment. 実施形態3に係るESD保護回路の構成を説明する図。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an ESD protection circuit according to a third embodiment.

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。実施例中の説明で使用す
る図は、説明を容易にするための模式的なものであり、図中の各要素の形状、寸法、大小
関係などは、実際の実施においては必ずしも図に示されたとおりとは限らず、本発明の効
果が得られる範囲内で適宜変更可能である。同様な性質、機能、又は特徴を有する要素は
、同一参照番号又は同一参照記号を用い説明は省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings used in the description of the embodiments are schematic for ease of description, and the shapes, dimensions, size relationships, etc. of the respective elements in the drawings are not necessarily shown in the drawings in actual implementation. The present invention is not limited to the above, and can be appropriately changed within a range in which the effects of the present invention can be obtained. Elements having similar properties, functions, or characteristics are denoted by the same reference numerals or the same reference symbols, and description thereof is omitted.

(実施形態1)
図1及び図2を用いて、本発明の実施形態1を説明する。図1は、半導体集積回路にお
ける本発明の第1の実施形態にかかるESD保護回路の構成を示す図である。図2は、R
Cトリガー回路の構成例の一例である。
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an ESD protection circuit in a semiconductor integrated circuit according to a first embodiment of the present invention. FIG.
5 is an example of a configuration example of a C trigger circuit.

図1に示すように、半導体集積回路1は、第1電位VDDを供給する第1電源(図示せ
ず)に接続された第1電源端子TVDD、及び第1電位VDDよりも電位が低い第2電位
SSを供給する第2電源(図示せず)に接続された第2電源端子TVSSを備える。な
お、ここでは、第2電源は接地として、第2電位VSSは接地電位として実施形態1を説
明する。また、第1電源は単に電源として、第1電位VDDは電源電位として実施形態1
を説明する。
As shown in FIG. 1, the semiconductor integrated circuit 1 has a first power supply terminal TVDD connected to a first power supply (not shown) that supplies a first potential VDD , and a potential lower than the first potential V DD. a second power supply terminal TVSS connected to the second power source (not shown) for supplying a second electric potential V SS. Here, the first embodiment is described with the second power supply being ground and the second potential VSS being ground potential. The first power supply is simply a power supply, and the first potential V DD is a power supply potential.
Will be described.

半導体集積回路1は、第1電源配線LVDD、第2電源配線LVSS、ESD保護回路
100、及び内部回路101を備える。内部回路101とは、半導体集積回路1を構成す
るCPU(Central Processing Unit)、及びメモリ等を含んだコア部分である。
The semiconductor integrated circuit 1 includes a first power supply line LVDD, a second power supply line LVSS, an ESD protection circuit 100, and an internal circuit 101. The internal circuit 101 is a core part including a CPU (Central Processing Unit) constituting the semiconductor integrated circuit 1 and a memory.

第1電源配線LVDDは、第1電源端子TVDDと内部回路の一端とを電気的に接続し
、第1電源端子TVDDに供給される電源電位VDDを内部回路101の一端に供給する
。第2電源配線LVSSは、第2電源端子TVSSと内部回路101の他端とを電気的に
接続し、第2電源端子TVSSに供給される接地電位を内部回路101の他端に供給する
The first power supply line LVDD electrically connects the first power supply terminal TVDD to one end of the internal circuit, and supplies the power supply potential VDD supplied to the first power supply terminal TVDD to one end of the internal circuit 101. The second power supply line LVSS electrically connects the second power supply terminal TVSS to the other end of the internal circuit 101, and supplies the ground potential supplied to the second power supply terminal TVSS to the other end of the internal circuit 101.

ESD保護回路100は、第1電源配線LVDDと第2電源配線LVSSとの間に接続
される。ESDによるサージが第1電源端子TVDDから半導体集積回路1内に入った場
合、ESD保護回路100が作動し、ESDによるサージにより発生した電荷を第2電源
配線LVSSに放流することにより、サージにより発生した大量の電荷が内部回路101
に侵入して内部回路101を破壊することを防ぐ。
The ESD protection circuit 100 is connected between the first power supply line LVDD and the second power supply line LVSS. When a surge due to ESD enters the semiconductor integrated circuit 1 from the first power supply terminal TVDD, the ESD protection circuit 100 operates and discharges the charge generated by the surge due to ESD to the second power supply line LVSS, thereby generating the surge. The large amount of electric charges
To prevent the internal circuit 101 from being destroyed.

ESD保護回路100は、RCトリガー回路RCT1、シャントnMOSトランジスタ
(nチャネルMOSトランジスタ)Mn、ダイオードD、コンデンサC2、及び抵抗体R
2を有する。ダイオードDは、アノードが第1電源配線(LVDD)に接続され、カソー
ドが第2電源配線LVSSに接続される。シャントnMOSトランジスタMnのソース及
びドレインは、第1電源配線LVDDと第2電源配線LVSSとの間で、ダイオードDと
直列に接続される。すなわち、シャントnMOSトランジスタのソースがダイオードDの
アノードに接続され、シャントnMOSトランジスタのドレインが第1電源配線LVDD
に接続される。ダイオードDのカソードは第2電源配線に接続される。
The ESD protection circuit 100 includes an RC trigger circuit RCT1, a shunt nMOS transistor (n-channel MOS transistor) Mn, a diode D, a capacitor C2, and a resistor R
2 The diode D has an anode connected to the first power supply line (LVDD) and a cathode connected to the second power supply line LVSS. The source and the drain of the shunt nMOS transistor Mn are connected in series with the diode D between the first power supply wiring LVDD and the second power supply wiring LVSS. That is, the source of the shunt nMOS transistor is connected to the anode of the diode D, and the drain of the shunt nMOS transistor is connected to the first power supply line LVDD.
Connected to. The cathode of the diode D is connected to the second power supply wiring.

ここで、ダイオードDは、たとえば、n形半導体とp形半導体とが接合したpn接合型
ダイオードである。本実施形態では、pn接合が一段の場合で説明するが、多段のpn接
合を用いることも可能である。ダイオードDは、pn接合型ダイオードに限られることは
なく、MOSトランジスタの寄生ダイオード、又は、ダイオード接続されたバイポーラト
ランジスタなどであってもよい。
Here, the diode D is, for example, a pn junction type diode in which an n-type semiconductor and a p-type semiconductor are joined. In the present embodiment, the case where the number of pn junctions is one is described, but it is also possible to use multi-stage pn junctions. The diode D is not limited to a pn junction type diode, but may be a parasitic diode of a MOS transistor, a diode-connected bipolar transistor, or the like.

MOSトランジスタの寄生ダイオードは、例えば、nMOSトランジスタの場合は、ゲ
ートとドレインとバックゲートが接続されてアノードとして機能し、ソースがカソードと
して機能する。pMOSトランジスタ(pチャネルトランジスタ)の場合は、ゲートとド
レインとバックゲートが接続されてカソードとして機能し、ソースがアノードとして機能
する。
For example, in the case of an nMOS transistor, the parasitic diode of the MOS transistor has a gate, a drain, and a back gate connected to function as an anode, and the source functions as a cathode. In the case of a pMOS transistor (p-channel transistor), the gate, the drain, and the back gate are connected and function as a cathode, and the source functions as an anode.

また、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタとは、npnトランジスタの場合
は、ベースがアノードとして機能し、エミッタとコレクタが接続されてカソードとして機
能する。pnpトランジスタの場合は、ベースがカソードとして機能し、エミッタとコレ
クタが接続されてアノードとして機能する。
In the case of an npn transistor, a diode-connected bipolar transistor has a base functioning as an anode, and an emitter and a collector connected to function as a cathode. In the case of a pnp transistor, the base functions as a cathode, and the emitter and the collector are connected to function as an anode.

シャントnMOSトランジスタのソースとドレインはn型半導体でありp型半導体のウ
ェル領域に形成されている。ゲート電極は、ゲート絶縁膜を介してソース、ウェル領域、
及びドレイン上に設けられる。バックゲート電極(図示しない)は、ウェル領域に電気的
に接続するように設けられており、バックゲート電極を介してウェル領域の電位が調節さ
れる。
The source and drain of the shunt nMOS transistor are an n-type semiconductor and are formed in a well region of a p-type semiconductor. The gate electrode has a source, a well region,
And on the drain. The back gate electrode (not shown) is provided so as to be electrically connected to the well region, and the potential of the well region is adjusted via the back gate electrode.

コンデンサC2が第1電源配線LVDDと第2電源配線LVSSとの間に接続される。
抵抗体R2が第1電源配線LVDDと第2電源配線LVSSとの間に、コンデンサC2と
直列接続するように接続される。すなわち、コンデンサC2の一端が第1電源配線LVD
Dに接続され、コンデンサC2の他端は接続点n2で抵抗体R2の一端に接続される。抵
抗体R2の他端は、第2電源配線LVSSに接続される。接続点n2は、シャントnMO
Sトランジスタのウェル領域にバックゲート電極を介して接続される。接続点n2の電位
がウェル領域に供給される。
The capacitor C2 is connected between the first power supply line LVDD and the second power supply line LVSS.
The resistor R2 is connected between the first power supply line LVDD and the second power supply line LVSS so as to be connected in series with the capacitor C2. That is, one end of the capacitor C2 is connected to the first power supply line LVD.
D, and the other end of the capacitor C2 is connected to one end of the resistor R2 at a connection point n2. The other end of the resistor R2 is connected to the second power supply line LVSS. The connection point n2 is a shunt nMO
It is connected to the well region of the S transistor via a back gate electrode. The potential at the connection point n2 is supplied to the well region.

図2に示したように、RCトリガー回路RCT1は、第1抵抗体R1、第1コンデンサ
C1、及び第1インバータ回路INV1を有する。第1抵抗体は一端が第1電源配線LV
DDに接続され、他端が接続点n1で第1コンデンサC1の一端に接続される。第1コン
デンサC1の他端は第2電源配線LVSSに接続される。第1抵抗体R1と第1コンデン
サC1は、第1電源配線LVDDと第2電源配線LVSSとの間で直列に接続される。
As shown in FIG. 2, the RC trigger circuit RCT1 has a first resistor R1, a first capacitor C1, and a first inverter circuit INV1. One end of the first resistor has a first power supply line LV.
DD, and the other end is connected to one end of the first capacitor C1 at a connection point n1. The other end of the first capacitor C1 is connected to the second power line LVSS. The first resistor R1 and the first capacitor C1 are connected in series between the first power supply wiring LVDD and the second power supply wiring LVSS.

第1抵抗体R1の他端は、第1インバータ回路INV1の入力端子に接続される。第1
インバータINV1の出力端子は、シャントnMOSトランジスタのゲートに接続される
。第1電源端子TVDDにサージが印加されると、第1電源配線LVDDの電位VDD
上昇し、これに同期してRCトリガー回路の第1インバータ回路INV1からシャントn
MOSトランジスタを導通状態にするトリガー信号SC1が出力される(詳細は後述)。
The other end of the first resistor R1 is connected to an input terminal of the first inverter circuit INV1. First
The output terminal of the inverter INV1 is connected to the gate of the shunt nMOS transistor. When a surge is applied to the first power supply terminal TVDD, the potential VDD of the first power supply line LVDD rises, and in synchronization with this, the shunt n from the first inverter circuit INV1 of the RC trigger circuit.
A trigger signal SC1 for turning on the MOS transistor is output (details will be described later).

次に、本実施形態に係るESD保護回路の動作について比較例と比べて説明する。図3
に比較例に係るESD保護回路2000を説明する。比較例においても、ESD保護回路
2000は、本実施形態と同様に半導体集積回路1000内において、第1電源配線LV
DD及び第2電源配線LVSSとの間に接合される。内部回路101は、第1電源配線L
VDDと第2電源配線LVSSとの間に接続される。ESDによるサージが第1電源端子
TVDDから半導体集積回路1000内に進入すると、ESD保護回路2000が作動し
、サージにより発生した電荷はESD保護回路2000を介して第1電源配線から第2電
源配線に放流される。これによって、サージにより発生した電荷が内部回路101に進入
することを防止する。
Next, the operation of the ESD protection circuit according to the present embodiment will be described in comparison with a comparative example. FIG.
Next, an ESD protection circuit 2000 according to a comparative example will be described. Also in the comparative example, the ESD protection circuit 2000 includes the first power supply line LV in the semiconductor integrated circuit 1000 as in the present embodiment.
DD and the second power supply line LVSS. The internal circuit 101 includes a first power supply line L
It is connected between VDD and the second power supply wiring LVSS. When a surge due to ESD enters the semiconductor integrated circuit 1000 from the first power supply terminal TVDD, the ESD protection circuit 2000 is activated, and charges generated by the surge are transferred from the first power supply wiring to the second power supply wiring via the ESD protection circuit 2000. Released. This prevents the charge generated by the surge from entering the internal circuit 101.

比較例に係る保護回路2000は、RCトリガー回路RCT1、シャントnMOSトラ
ンジスタMn、ダイオードDを、本実施形態に係るESD保護回路100と同様に備える
。比較例に係るESD保護回路2000と本実施形態に係るESD保護回路100とは、
次の点で異なる。比較例に係るESD保護回路2000のシャントnMOSトランジスタ
のバックゲートは第2電源配線に接続される。すなわち、シャントnMOSトランジスタ
Mnのウェル領域の電位は接地電位に固定される。
The protection circuit 2000 according to the comparative example includes an RC trigger circuit RCT1, a shunt nMOS transistor Mn, and a diode D, similarly to the ESD protection circuit 100 according to the present embodiment. The ESD protection circuit 2000 according to the comparative example and the ESD protection circuit 100 according to the present embodiment include:
They differ in the following points. The back gate of the shunt nMOS transistor of the ESD protection circuit 2000 according to the comparative example is connected to the second power supply line. That is, the potential of the well region of the shunt nMOS transistor Mn is fixed to the ground potential.

図4を参照しながら、比較例に係るESD保護回路2000の動作を説明する。図4は
、ESDによるサージが第1電源端子から半導体集積回路1000内に侵入した時の、シ
ャントnMOSトランジスタのゲート電位、シャントnMOSトランジスタのドレイン電
流、シャントnMOSトランジスタのドレイン電位(図中に第1電源配線に印加された電
源電位VDDで記述)、シャントnMOSトランジスタのソース電位、及びシャントnM
OSトランジスタのバックゲート電位の時間変化を示す。左側の縦軸は、比較例にかかる
ESD保護回路のドレイン電位の最大値を基準に規格化した電位を示す。右側の縦軸は、
比較例に係るESD保護回路2000のドレイン電流の最大値を基準に規格化した電流を
示す。横軸は、時間変化を示す。
The operation of the ESD protection circuit 2000 according to the comparative example will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the gate potential of the shunt nMOS transistor, the drain current of the shunt nMOS transistor, and the drain potential of the shunt nMOS transistor when the surge due to the ESD enters the semiconductor integrated circuit 1000 from the first power supply terminal. Power supply potential VDD applied to the power supply wiring), the source potential of the shunt nMOS transistor, and the shunt nM
5 shows a change over time in a back gate potential of an OS transistor. The vertical axis on the left side shows the potential normalized on the basis of the maximum value of the drain potential of the ESD protection circuit according to the comparative example. The vertical axis on the right is
7 shows a current normalized based on the maximum value of the drain current of the ESD protection circuit 2000 according to the comparative example. The horizontal axis indicates a time change.

ESDに起因したサージが半導体集積回路内の第1電源配線LVDDに印加されると、
第1電源配線LVDDの電位(ドレイン電位)VDDがサージにより発生した電荷量によ
り増加する。RCトリガー回路RCT1内では、第1抵抗体R1と第1コンデンサC1と
の抵抗・容量積の時定数R1×C1の時間内では、第1抵抗体R1と第1コンデンサC1
の接続点n1の電位は、第1電源配線LVDDの電位より低い状態となる。
When a surge caused by ESD is applied to the first power supply wiring LVDD in the semiconductor integrated circuit,
The potential (drain potential) VDD of the first power supply wiring LVDD increases due to the amount of charge generated by the surge. In the RC trigger circuit RCT1, the first resistor R1 and the first capacitor C1 are set within a time constant R1 × C1 of the resistance-capacity product of the first resistor R1 and the first capacitor C1.
Is at a lower level than the potential of the first power supply line LVDD.

第1インバータ回路INV1の電源は、第1電源配線LVDDと同じ電源電位VDD
供給されるため、RCトリガー回路の時定数に相当する時間内では、第1インバータ回路
INV1の入力の電位は、第1インバータ回路内のpチャネルMOSトランジスタのソー
ス電位よりも低くなる。この結果、pチャネルMOSトランジスタがオン(導通)となり
、第1インバータ回路INV1は、ハイレベルを出力し、この出力がRCトリガー回路R
CT1から出力されるトリガー信号SC1となる。
Since the power supply of the first inverter circuit INV1 is supplied with the same power supply potential VDD as the first power supply line LVDD, the potential of the input of the first inverter circuit INV1 is within the time corresponding to the time constant of the RC trigger circuit. It becomes lower than the source potential of the p-channel MOS transistor in the first inverter circuit. As a result, the p-channel MOS transistor is turned on (conducting), the first inverter circuit INV1 outputs a high level, and this output is output to the RC trigger circuit R
The trigger signal SC1 is output from CT1.

サージが印加される前は、第1抵抗体R1と第1コンデンサC1との接続点n1の電位
は、第1電源配線LVDDの電位と同じである。この場合は、第1インバータ回路INV
1のpチャネルMOSトランジスタはオフ(非導通)となり、第1インバータ回路INV
1はトリガー信号SC1としてロウレベルを出力する。
Before the surge is applied, the potential of the connection point n1 between the first resistor R1 and the first capacitor C1 is the same as the potential of the first power supply line LVDD. In this case, the first inverter circuit INV
The first p-channel MOS transistor is turned off (disconnected), and the first inverter circuit INV
1 outputs a low level as the trigger signal SC1.

このトリガー信号SC1は、シャントnMOSトランジスタMnのゲートに供給される
。図4に示すように、サージが第1電源配線LVDDに印加されてからRCトリガー回路
RCT1の時定数に相当する時間内だけ、トリガー信号がハイレベルとなるので、シャン
トnMOSトランジスタのゲート電位が上昇してシャントnMOSトランジスタがオン状
態を維持する。
This trigger signal SC1 is supplied to the gate of the shunt nMOS transistor Mn. As shown in FIG. 4, since the trigger signal goes high only within a time period corresponding to the time constant of the RC trigger circuit RCT1 after the surge is applied to the first power supply line LVDD, the gate potential of the shunt nMOS transistor rises. As a result, the shunt nMOS transistor maintains the ON state.

シャントnMOSトランジスタがオン状態となると、シャントnMOSトランジスタの
ドレイン・ソース間にドレイン電流が流れて、第1電源配線LVDD内のサージにより発
生した電荷を第2電源配線LVSSを介して接地に放出する。
When the shunt nMOS transistor is turned on, a drain current flows between the drain and the source of the shunt nMOS transistor, and discharges a charge generated by a surge in the first power supply line LVDD to the ground via the second power supply line LVSS.

ダイオードDのアノードがシャントnMOSトランジスタのソースと第2電源配線LV
SSとの間に接続されている。サージが第1電源配線LVDDに印加されない定常状態で
は、トリガー信号SC1はロウレベルのためシャントnMOSトランジスタはオフ状態と
なる。このとき、シャントnMOSトランジスタのゲートは接地電位である。また、シャ
ントnMOSトランジスタのバックゲートは、接地されているため、常時接地電位を有す
る。すなわちウェル領域の電位は接地電位を常に維持する。
The anode of the diode D is connected to the source of the shunt nMOS transistor and the second power supply line LV.
Connected to SS. In a steady state in which no surge is applied to the first power supply line LVDD, the shunt nMOS transistor is turned off because the trigger signal SC1 is at a low level. At this time, the gate of the shunt nMOS transistor is at the ground potential. In addition, the back gate of the shunt nMOS transistor is always grounded because it is grounded. That is, the potential of the well region always maintains the ground potential.

シャントnMOSトランジスタはオフ状態でもドレイン・ソース間にリーク電流が生じ
る。ここで、シャントnMOSトランジスタのソースにダイオードDが接続されることで
、ダイオードDの順バイアス電圧分だけソース電位が接地電位より高くなる。この結果、
ゲート・ソース間電圧は、ダイオードDがない場合に比べてさらに負の電圧になるので、
シャントnMOSトランジスタのリーク電流が抑制されている。
Even when the shunt nMOS transistor is off, a leak current occurs between the drain and the source. Here, since the diode D is connected to the source of the shunt nMOS transistor, the source potential becomes higher than the ground potential by the forward bias voltage of the diode D. As a result,
The voltage between the gate and the source is more negative than when there is no diode D.
The leakage current of the shunt nMOS transistor is suppressed.

しかしながら、比較例に係るESD保護回路2000では、ドレイン電流を流すことに
よりサージにより発生した電荷を放出する際にも、ゲート・ソース間電圧がダイオードD
の順方向バイアス電圧分だけ減少する。このため、シャントnMOSトランジスタのオン
状態での駆動力が減少する。その結果、図4に示すようにサージが印加された直後にシャ
ントnMOSトランジスタがオン状態になっても、第1電源配線LVDD内にサージによ
り大量に発生した電荷がすぐに放出されにくくなり、第1電源配線LVDDの電源電位V
DDは急激に上昇してオーバーシュートを引き起こす。この結果、ドレイン電流が流れ始
める際に、第1電源配線LVDDの電位VDDが大きくオーバーシュートしてしまう。
However, in the ESD protection circuit 2000 according to the comparative example, even when the charge generated by the surge is released by flowing the drain current, the voltage between the gate and the source is reduced by the diode D.
In the forward bias voltage. For this reason, the driving force in the ON state of the shunt nMOS transistor decreases. As a result, even if the shunt nMOS transistor is turned on immediately after the application of the surge as shown in FIG. 4, a large amount of electric charges generated by the surge in the first power supply wiring LVDD is less likely to be immediately released, and Power supply potential V of one power supply line LVDD
DD rises rapidly causing overshoot. As a result, when the drain current starts to flow, the potential VDD of the first power supply wiring LVDD greatly overshoots.

以上説明したように、比較例に係るESD保護回路2000は、ダイオードDがシャン
トnMOSトランジスタに接続されていることにより、オフ状態のリーク電流を抑制する
ことが可能である一方で、ESD保護回路2000の動作時においては、シャントnMO
SトランジスタMnの駆動力を低下させるため、サージ印加時の第1電源配線LVDDの
電位のオーバーシュートが極めて大きい。これが原因で、シャントnMOSトランジスタ
Mnが破壊されやすい。すなわち、ESD保護回路2000の放電性が低下することによ
り、シャントnMOSトランジスタが破壊される恐れがある。
As described above, in the ESD protection circuit 2000 according to the comparative example, since the diode D is connected to the shunt nMOS transistor, it is possible to suppress the off-state leakage current. During operation, the shunt nMO
In order to reduce the driving force of the S transistor Mn, the overshoot of the potential of the first power supply line LVDD when a surge is applied is extremely large. Due to this, the shunt nMOS transistor Mn is easily broken. That is, there is a possibility that the shunt nMOS transistor may be destroyed due to a decrease in the discharge performance of the ESD protection circuit 2000.

これに対して、本実施形態に係るESD保護回路100では、シャントnMOSトラン
ジスタのバックゲート電極VがコンデンサC2と抵抗体R2との接続点n2に接続され
ている。そのため、シャントnMOSトランジスタMnのウェル領域の電位は接地電位に
固定されず、コンデンサC2と抵抗体R2との接続点n2の電位とともに変動する。
In contrast, in the ESD protection circuit 100 according to the present embodiment, the back gate electrode V B of the shunt nMOS transistor is connected to a connection point n2 of the capacitor C2 and the resistor R2. Therefore, the potential of the well region of the shunt nMOS transistor Mn is not fixed to the ground potential, but varies with the potential of the connection point n2 between the capacitor C2 and the resistor R2.

第1電源配線LVDDにサージが印加されると、サージによる電荷量により第1電源配
線LVDDの電位VDDが急激に上昇する。このとき、コンデンサC2が充電されるよう
にコンデンサC2と抵抗体R2による時定数R2×C2に相当する時間の間、抵抗体R2
に電流が流れるため、接続点n2は接地電位から接地電位より高い正電位を有することと
なる。したがって、シャントnMOSトランジスタMnのウェル領域には正電位が印加さ
れる。すなわち、シャントnMOSトランジスタMnのウェル領域はp形半導体であり、
ソースはn形半導体なので、シャントnMOSトランジスタMnのウェル領域とソースと
のpn接合に順方向電圧がかかる。
When a surge is applied to the first power supply line LVDD, the potential VDD of the first power supply line LVDD sharply increases due to the amount of charge due to the surge. At this time, the resistor R2 is charged for a time corresponding to a time constant R2 × C2 by the capacitor C2 and the resistor R2 so that the capacitor C2 is charged.
, The connection point n2 has a positive potential higher than the ground potential from the ground potential. Therefore, a positive potential is applied to the well region of the shunt nMOS transistor Mn. That is, the well region of the shunt nMOS transistor Mn is a p-type semiconductor,
Since the source is an n-type semiconductor, a forward voltage is applied to the pn junction between the well region of the shunt nMOS transistor Mn and the source.

図6はシャントnMOSトランジスタの動作を説明するための簡単な断面図である。V
は、ゲート電位、Vはドレイン電位、Vはソース電位、及びVはバックゲート電
位を示す。上述の通り、本実施形態に係るESD保護回路100のバックゲート電位V
は、サージ印加直後に接地電位から正電位に上昇する。
FIG. 6 is a simple cross-sectional view for explaining the operation of the shunt nMOS transistor. V
G is the gate voltage, V D is the drain potential, V S is the source potential, and V B indicates the back gate potential. As described above, the back gate potential V B of the ESD protection circuit 100 according to the present embodiment.
Rises from the ground potential to the positive potential immediately after the application of the surge.

図7を用いて、nMOSトランジスタのバックゲート効果を説明する。図7は、nMO
Sトランジスタのドレイン電流とゲート電位(ゲート・ソース間電圧)との関係の、バッ
クゲート・ソース間電圧VBS依存性を示す。nMOSトランジスタのバックゲート・ソ
ース間電圧VBSが正電圧になるとバックゲート・ソース間電圧VBSがゼロ(バックゲ
ートが接地)の場合に比べて閾値Vthが低下し、nMOSトランジスタのドレイン電流
が増加して駆動力が増大する。すなわち、ウェル領域とソースのpn接合に順方向電圧が
印加されると、nMOSトランジスタのドレイン電流が増加してnMOSトランジスタの
駆動力が増大する。一方、nMOSトランジスタのバックゲート・ソース間電圧VBS
負電圧になるとバックゲート・ソース間電圧VBSがゼロ(バックゲートが接地)の場合
に比べて閾値Vthが上昇し、nMOSトランジスタのドレイン電流が減少し駆動力が減
少する。すなわち、ウェル領域とソースのpn接合に逆方向電圧が印加されると、nMO
Sトランジスタのドレイン電流が減少してnMOSトランジスタの駆動力が減少する。
The back gate effect of the nMOS transistor will be described with reference to FIG. FIG.
The relationship between the S transistor drain current and the gate potential of (the gate-source voltage), indicating between the back gate and source voltage V BS dependence. When the back gate-source voltage V BS of the nMOS transistor becomes a positive voltage, the threshold value V th decreases as compared with the case where the back gate-source voltage V BS is zero (the back gate is grounded), and the drain current of the nMOS transistor becomes lower. The driving force increases. That is, when a forward voltage is applied to the pn junction between the well region and the source, the drain current of the nMOS transistor increases, and the driving force of the nMOS transistor increases. On the other hand, when the back gate-source voltage V BS of the nMOS transistor becomes a negative voltage, the threshold V th increases as compared with the case where the back gate-source voltage V BS is zero (the back gate is grounded), and the drain of the nMOS transistor is drained. The current decreases and the driving force decreases. That is, when a reverse voltage is applied to the pn junction between the well region and the source, nMO
The drain current of the S transistor decreases, and the driving force of the nMOS transistor decreases.

図5に示したように、本実施形態に係るESD保護回路100では、サージが印加され
るとシャントnMOSトランジスタMnのバックゲート・ソース間電位VBSが正電位と
なるためシャントnMOSトランジスタの駆動力が増大する。これにより、比較例にかか
るESD保護回路2000に比べて、サージ印加直後にシャントnMOSトランジスタに
よるサージ電荷の放出が効率よく実施される。その結果、本実施形態のESD保護回路1
00では、サージ印加直後の第1電源配線LVDDの電位VDDのオーバーシュートが比
較例に係るESD保護回路2000よりも抑制される。ESD保護回路100の放電性が
向上することにより、シャントnMOSトランジスタMnの破壊を防止することができる
As shown in FIG. 5, in the ESD protection circuit 100 according to the present embodiment, when a surge is applied, the back gate-source potential V BS of the shunt nMOS transistor Mn becomes positive, so that the driving force of the shunt nMOS transistor is increased. Increase. As a result, compared with the ESD protection circuit 2000 according to the comparative example, the discharge of the surge charge by the shunt nMOS transistor is performed more efficiently immediately after the application of the surge. As a result, the ESD protection circuit 1 of the present embodiment
In 00, the overshoot of the potential VDD of the first power supply line LVDD immediately after the application of the surge is suppressed more than in the ESD protection circuit 2000 according to the comparative example. By improving the discharge performance of the ESD protection circuit 100, it is possible to prevent the shunt nMOS transistor Mn from being destroyed.

なお、サージが印加された直後から、ESD保護回路100のトリガー回路RCT1内
の第1抵抗体R1と第1コンデンサC1の直列回路の時定数R1×C1に相当する時間の
間、トリガー信号SC1はハイレベルとなり、シャントnMOSトランジスタMnのゲー
ト電位が正電位となって、シャントnMOSトランジスタはオン状態を維持する。同時に
、サージ印加直後から抵抗体R2及びコンデンサC2の直列回路の時定数R2×C2に相
当する時間の間、抵抗体R2及びコンデンサC2の接続点n2が正電位を維持するので、
バックゲート・ソース間電圧VBSが正電圧を維持する。すなわち、バックゲート・ソー
ス間には順方向電圧が維持される。
Immediately after the surge is applied, the trigger signal SC1 is maintained for a time corresponding to the time constant R1 × C1 of the series circuit of the first resistor R1 and the first capacitor C1 in the trigger circuit RCT1 of the ESD protection circuit 100. High level, the gate potential of the shunt nMOS transistor Mn becomes positive potential, and the shunt nMOS transistor maintains the ON state. At the same time, the connection point n2 of the resistor R2 and the capacitor C2 maintains a positive potential for a time corresponding to the time constant R2 × C2 of the series circuit of the resistor R2 and the capacitor C2 immediately after the application of the surge.
The back gate-source voltage V BS maintains a positive voltage. That is, a forward voltage is maintained between the back gate and the source.

(実施形態2)
次に本実施形態2に係るESD保護回路200を図8を用いて説明する。本実施形態に
係るESD保護回路200は、以下の点で、実施形態1に係るESD保護回路100と相
異する。
(Embodiment 2)
Next, an ESD protection circuit 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The ESD protection circuit 200 according to the present embodiment is different from the ESD protection circuit 100 according to the first embodiment in the following points.

本実施形態に係るESD保護回路200は、nチャネルのシャントnMOSトランジス
タMnに替えてpチャネルのシャントpMOSトランジスタMpを有する。ダイオードD
は、アノードが第1電源配線LVDDに接続され、カソードが第2電源配線LVSSとの
間に接続されること、シャントpMOSトランジスタMpのソース及びドレインは、第1
電源配線LVDDと第2電源配線LVSSとの間で、ダイオードDと直列に接続されるこ
とは、実施形態1と同様である。シャントpMOSトランジスタのソースがダイオードD
のカソードに接続され、シャントpMOSトランジスタMpのドレインが第2電源配線L
VSSに接続される点で、本実施形態に係るESD保護回路200は実施形態1に係るE
SD保護回路と相異する。また、シャントpMOSトランジスタMpのウェル領域はn形
半導体であり、ソース及びドレインはp形半導体である。
The ESD protection circuit 200 according to the present embodiment includes a p-channel shunt pMOS transistor Mp instead of the n-channel shunt nMOS transistor Mn. Diode D
Has an anode connected to the first power supply line LVDD, a cathode connected to the second power supply line LVSS, and a source and a drain of the shunt pMOS transistor Mp
The connection between the power supply line LVDD and the second power supply line LVSS in series with the diode D is the same as in the first embodiment. The source of the shunt pMOS transistor is diode D
And the drain of the shunt pMOS transistor Mp is connected to the second power supply line L
The ESD protection circuit 200 according to the present embodiment differs from the ESD protection circuit 200 according to the first embodiment in that it is connected to VSS.
Different from SD protection circuit. The well region of the shunt pMOS transistor Mp is an n-type semiconductor, and the source and drain are p-type semiconductors.

また、コンデンサC2が第1電源配線LVDDと第2電源配線LVSSとの間に接続さ
れ、抵抗体R2が第1電源配線LVDDと第2電源配線LVSSとの間に、コンデンサC
2と直列接続するように接続されることは、本実施形態に係るESD保護回路200と実
施形態1に係るESD保護回路100は同じである。しかしながら、本実施形態に係るE
SD保護回路200では、以下の点で実施形態1に係るESD保護回路100と相異する
。すなわち、抵抗体R2の一端が第1電源配線LVDDに接続され、抵抗体R2の他端は
接続点n2でコンデンサC2の一端に接続される。コンデンサC2の他端は、第2電源配
線LVSSに接続される。接続点n2は、シャントpMOSトランジスタMpのウェル領
域にバックゲート電極を介して接続される。接続点n2の電位がウェル領域に供給される
Further, the capacitor C2 is connected between the first power line LVDD and the second power line LVSS, and the resistor R2 is connected between the first power line LVDD and the second power line LVSS.
2 is the same as the ESD protection circuit 200 according to the present embodiment and the ESD protection circuit 100 according to the first embodiment. However, according to the present embodiment,
The SD protection circuit 200 differs from the ESD protection circuit 100 according to the first embodiment in the following points. That is, one end of the resistor R2 is connected to the first power supply line LVDD, and the other end of the resistor R2 is connected to one end of the capacitor C2 at the connection point n2. The other end of the capacitor C2 is connected to the second power line LVSS. The connection point n2 is connected to the well region of the shunt pMOS transistor Mp via a back gate electrode. The potential at the connection point n2 is supplied to the well region.

図9に、本実施形態に係るESD保護回路200中のRCトリガー回路RCT2の具体
的な一例を示す。図9に示すように、RCトリガー回路RCT2は、第1抵抗体R1、第
1コンデンサC1、及び第1インバータ回路INV1を実施形態1に係るESD保護回路
と同様に有する。以下の点で、本実施形態に係るESD保護回路200と実施形態1に係
るESD保護回路とは相異する。第1コンデンサC1は一端が第1電源配線LVDDに接
続され、他端が接続点n1で第1抵抗体R1の一端に接続される。第1抵抗体R1の他端
は第2電源配線LVSSに接続される。第1抵抗体R1と第1コンデンサC1は、第1電
源配線LVDDと第2電源配線LVSSとの間で直列に接続される。
FIG. 9 shows a specific example of the RC trigger circuit RCT2 in the ESD protection circuit 200 according to the present embodiment. As shown in FIG. 9, the RC trigger circuit RCT2 has a first resistor R1, a first capacitor C1, and a first inverter circuit INV1, similarly to the ESD protection circuit according to the first embodiment. The ESD protection circuit 200 according to the present embodiment is different from the ESD protection circuit according to the first embodiment in the following points. One end of the first capacitor C1 is connected to the first power supply line LVDD, and the other end is connected to one end of the first resistor R1 at a connection point n1. The other end of the first resistor R1 is connected to the second power supply line LVSS. The first resistor R1 and the first capacitor C1 are connected in series between the first power supply wiring LVDD and the second power supply wiring LVSS.

第1コンデンサC1の他端は、第1インバータ回路INV1の入力端子に接続される。
第1インバータINV1の出力端子は、シャントpMOSトランジスタのゲートに接続さ
れる。第1電源端子TVDDにサージが印加されると、第1電源配線LVDDの電位V
が上昇し、これに同期してRCトリガー回路RCT2の第1インバータ回路INV1か
らシャントpMOSトランジスタを導通状態にするトリガー信号SC2が出力される(詳
細は後述)。
The other end of the first capacitor C1 is connected to an input terminal of the first inverter circuit INV1.
The output terminal of the first inverter INV1 is connected to the gate of the shunt pMOS transistor. When a surge is applied to the first power supply terminal TVDD, the potential V D of the first power supply wiring LVDD is applied.
D rises, and in synchronization with this, a trigger signal SC2 for turning on the shunt pMOS transistor is output from the first inverter circuit INV1 of the RC trigger circuit RCT2 (details will be described later).

次に実施形態2に係るESD保護回路200の動作について説明する。 ESDに起因
したサージが半導体集積回路内の第1電源配線LVDDに印加されると、第1電源配線L
VDDの電位(ドレイン電位)VDDがサージにより大量に発生した電荷により増加する
。RCトリガー回路RCT2内では、第1抵抗体R1と第1コンデンサC1の抵抗・容量
積の時定数R1×C1に相当する時間内では、第1抵抗体R1と第1コンデンサC1の接
続点n1の電位は、第2電源配線LVSSの電位すなわち接地電位VSSから接地電位V
SSより高くなる。この結果、第1インバータ回路INV1から出力されるトリガー信号
SC2はロウレベルとなる。すなわち、シャントpMOSトランジスタMpのゲートにロ
ウレベルの信号が入力され、シャントpMOSトランジスタはオン状態になる。なお、サ
ージが第1電源配線LVDDに印加される前は、第1インバータ回路INV1は、接地電
位が入力されてハイレベルを出力し、ゲート電圧が閾値より高いので、シャントpMOS
トランジスタMpはオフ状態である。
Next, the operation of the ESD protection circuit 200 according to the second embodiment will be described. When a surge caused by ESD is applied to the first power supply line LVDD in the semiconductor integrated circuit, the first power supply line LVDD
VDD potential (drain potential) V DD is increased by the electric charge generated in large quantities by the surge. In the RC trigger circuit RCT2, the connection point n1 between the first resistor R1 and the first capacitor C1 is within a time corresponding to the time constant R1 × C1 of the resistance-capacity product of the first resistor R1 and the first capacitor C1. potential, a ground potential V from the potential or ground potential V SS of the second power line LVSS
Higher than SS . As a result, the trigger signal SC2 output from the first inverter circuit INV1 becomes low level. That is, a low-level signal is input to the gate of the shunt pMOS transistor Mp, and the shunt pMOS transistor is turned on. Before the surge is applied to the first power supply line LVDD, the first inverter circuit INV1 outputs a high level by inputting the ground potential and the gate voltage is higher than the threshold value.
The transistor Mp is off.

シャントpMOSトランジスタMpがオン状態となると、シャントpMOSトランジス
タMpのドレイン・ソース間にドレイン電流が流れて、第1電源配線LVDD内のサージ
による電荷を第2電源配線LVSSを介して接地に放出する。第1抵抗体R1と第1コン
デンサC1との直列回路の時定数R1×C1に相当する時間の間、シャントpMOSトラ
ンジスタがオン状態となりサージにより発生した電荷が接地に放出される。
When the shunt pMOS transistor Mp is turned on, a drain current flows between the drain and the source of the shunt pMOS transistor Mp, and discharges a charge due to a surge in the first power supply line LVDD to the ground via the second power supply line LVSS. During a time corresponding to the time constant R1 × C1 of the series circuit of the first resistor R1 and the first capacitor C1, the shunt pMOS transistor is turned on, and charges generated by the surge are discharged to the ground.

サージが印加された直後に、抵抗体R2とコンデンサC2の接続点n2の電位は、コン
デンサC2を充電する電流が抵抗体R2を流れることにより、第2電源配線LVDDの電
VDDよりも低い電位となる。このため、シャントpMOSトランジスタのウェル領域
はソース電位に対して負にバイアスされた状態となる。すなわち、ウェル領域とソースの
pn接合に順方向電圧が印加された状態になる。
Immediately after the surge is applied, the potential at the connection point n2 between the resistor R2 and the capacitor C2 becomes lower than the potential VDD of the second power supply line LVDD due to the current for charging the capacitor C2 flowing through the resistor R2. Become. Therefore, the well region of the shunt pMOS transistor is in a state of being negatively biased with respect to the source potential. That is, a forward voltage is applied to the pn junction between the well region and the source.

pMOSトランジスタのバックゲート効果はバックゲート・ソース間電圧VBSに関し
てnMOSトランジスタとは逆の特性になる。すなわちバックゲート・ソース間電圧V
が負になると、ウェル領域とソースとのpn接合に順方向電圧がかかり、シャントpM
OSトランジスタの駆動力が増大する。そのため、本実施形態に係るESD保護回路20
0においても、実施形態に1に係るESD保護回路100と同様に、サージ印加直後の第
1電源配線LVDDの電位VDDのオーバーシュートを抑制することができる。この結果
、ESD保護回路200の放電性を向上し、ESD保護回路200内のシャントpMOS
トランジスタの破壊を防止することができる。
the back gate effect of the pMOS transistor becomes opposite characteristics to the nMOS transistor with respect to the voltage V BS between the back gate and source. That is, the back gate-source voltage V B
When S becomes negative, a forward voltage is applied to the pn junction between the well region and the source, and the shunt pM
The driving force of the OS transistor increases. Therefore, the ESD protection circuit 20 according to the present embodiment
Even at 0, as in the ESD protection circuit 100 according to the first embodiment, it is possible to suppress the overshoot of the potential VDD of the first power supply line LVDD immediately after the application of the surge. As a result, the discharge performance of the ESD protection circuit 200 is improved, and the shunt pMOS in the ESD protection circuit 200 is improved.
Destruction of the transistor can be prevented.

実施形態1と同様に、本実施形態においてもサージ印加直後から抵抗体R2及びコンデ
ンサC2の直列回路の時定数R2×C2に相当する時間の間、抵抗体R2及びコンデンサ
C2の接続点n2が第1電源配線LVDDの電位より低い電位を維持する。これにより、
バックゲート・ソース間電圧VBSが負電圧を維持する。すなわち、シャントpMOSト
ランジスタのウェル領域はn形半導体であり、ソースはp形半導体なので、シャントpM
OSトランジスタMpのウェル領域とソースとのpn接合に順方向電圧がかかる。この間
、シャントpMOSトランジスタMpの駆動力が増大し、ESD保護回路200の放電性
が向上する。
Similarly to the first embodiment, in the present embodiment, the connection point n2 between the resistor R2 and the capacitor C2 is set to the second point during a time corresponding to the time constant R2 × C2 of the series circuit of the resistor R2 and the capacitor C2 immediately after the application of the surge. A potential lower than the potential of one power supply line LVDD is maintained. This allows
The back gate-source voltage V BS maintains a negative voltage. That is, the well region of the shunt pMOS transistor is an n-type semiconductor and the source is a p-type semiconductor.
A forward voltage is applied to the pn junction between the well region and the source of the OS transistor Mp. During this time, the driving force of the shunt pMOS transistor Mp increases, and the discharge performance of the ESD protection circuit 200 improves.

(実施形態3)
次に、実施形態3に係るESD保護回路300を図10を用いて説明する。図10は、
実施形態3のESD保護回路300の構成を示す。実施形態3に係るESD保護回路30
0は、実施形態1に係るESD保護回路100と同様にシャントnMOSトランジスタM
n、ダイオードD、コンデンサC2、抵抗体R2、及びRCトリガー回路RCT1を備え
る。本実施形態に係るESD保護回路300は、第2インバータ回路INV2が2段直列
にシャントnMOSトランジスタMnのバックゲートと、コンデンサC2と抵抗体R2と
の接続点n2と、の間に接続される点で、実施形態に係るESD保護回路100と相異す
る。
(Embodiment 3)
Next, an ESD protection circuit 300 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG.
9 shows a configuration of an ESD protection circuit 300 according to a third embodiment. ESD protection circuit 30 according to the third embodiment
0 is the shunt nMOS transistor M as in the ESD protection circuit 100 according to the first embodiment.
n, a diode D, a capacitor C2, a resistor R2, and an RC trigger circuit RCT1. The ESD protection circuit 300 according to the present embodiment is configured such that the second inverter circuit INV2 is connected in series between two stages between the back gate of the shunt nMOS transistor Mn and the connection point n2 between the capacitor C2 and the resistor R2. This is different from the ESD protection circuit 100 according to the embodiment.

本実施形態に係るESD保護回路300においても、実施形態1に係るESD保護回路
100と同様に、シャントnMOSトランジスタのウェル領域にコンデンサC2と抵抗体
R2との接続点n2の電位を供給することにより、サージ印加直後からコンデンサC2と
抵抗体R2との直列回路の時定数R2×C2に相当する時間の間、シャントnMOSトラ
ンジスタMnのバックゲート・ソース間電圧VBSを正電圧にする。これにより、ウェル
領域とソースとのpn接合に順方向電圧がかかり、シャントnMOSトランジスタMnの
駆動力を増大して、第1電源配線LVDDの電位VDDのオーバーシュートを抑制し、シ
ャントnMOSトランジスタの破壊を防止する。
In the ESD protection circuit 300 according to the present embodiment, similarly to the ESD protection circuit 100 according to the first embodiment, by supplying the potential of the connection point n2 between the capacitor C2 and the resistor R2 to the well region of the shunt nMOS transistor. The voltage VBS between the back gate and the source of the shunt nMOS transistor Mn is set to a positive voltage for a time corresponding to the time constant R2 × C2 of the series circuit of the capacitor C2 and the resistor R2 immediately after the application of the surge. As a result, a forward voltage is applied to the pn junction between the well region and the source, the driving force of the shunt nMOS transistor Mn is increased, the overshoot of the potential VDD of the first power supply line LVDD is suppressed, and the shunt nMOS transistor Prevent destruction.

さらに、本実施形態に係るESD保護回路300では、シャントnMOSトランジスタ
Mnのバックゲート電位と、コンデンサC2と抵抗体R2との接続点n2と、の間に第2
インバータ回路INV2を2段直列に備えることにより、サージが印加されたときに、よ
り安定にバックゲート・ソース間電圧VBSを正電圧に維持することができる効果がさら
にある。本実施形態では、第2インバータ回路は2段で説明しているが、偶数段であれば
2段に限定されない。
Furthermore, in the ESD protection circuit 300 according to the present embodiment, the second between the back gate potential of the shunt nMOS transistor Mn and the connection point n2 between the capacitor C2 and the resistor R2.
By providing the inverter circuit INV2 in two stages in series, there is an effect that the back gate-source voltage V BS can be more stably maintained at a positive voltage when a surge is applied. In the present embodiment, the second inverter circuit is described in two stages, but is not limited to two stages as long as it is an even number stage.

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 provided by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These new embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and their equivalents.

1、1000 半導体集積回路、
100、200、300、2000 ESD保護回路、101 内部回路、
C1、C2 コンデンサ
D ダイオード、
LVDD 第1電源配線、
LVSS 第2電源配線、
Mn シャントnMOSトランジスタ、
MP シャントpMOSトランジスタ、
n1、n2 接続点、
R1、R2 抵抗体、
RCT1、RCT2 トリガー回路、
SC1、SC2 トリガー信号、
TVDD 第1電源端子、
TVSS 第2電源端子、
バックゲート電位、
BS バックゲート・ソース電圧
ドレイン電位、
DD 第1電源電位、
ゲート電位、
GS ゲート・ソース間電圧、
ソース電位、
SS 第2電源電位、
1, 1000 semiconductor integrated circuits,
100, 200, 300, 2000 ESD protection circuit, 101 internal circuit,
C1, C2 capacitor D diode,
LVDD first power supply wiring,
LVSS second power supply wiring,
Mn shunt nMOS transistor,
MP shunt pMOS transistor,
n1, n2 connection points,
R1, R2 resistor,
RCT1, RCT2 trigger circuit,
SC1, SC2 trigger signal,
TVD first power supply terminal,
TVSS second power supply terminal,
V B back gate potential,
VBS back gate / source voltage V D drain potential,
V DD first power supply potential,
V G gate potential,
V GS gate-source voltage,
V S source potential,
VSS second power supply potential,

Claims (6)

第1電源から第1電位を半導体集積回路の内部回路の一端に供給する第1電源配線と、
第2電源から前記第1電位より低い第2電位を前記内部回路の他端に供給する第2電源配
線との間に接続されたESD保護回路であって、
一端が前記第1電源配線に接続された第1コンデンサと、
一端が接続点を介して前記第1コンデンサの他端に接続され、他端が前記第2電源配線
に接続された第1抵抗体と、
カソードが前記第2電源配線に接続されたダイオードと、
ソースが前記ダイオードのアノードに接続され、ドレインが前記第1電源配線に接続さ
れ、前記ソースと前記ドレインが形成されるウェル領域が前記接続点に接続されたnチャ
ネルMOSトランジスタと、
一端が前記第1電源配線に接続された第2抵抗体と、
一端が前記第2抵抗体の他端に接続され、他端が前記第2電源配線に接続された第2コ
ンデンサと、
入力端子が前記第2抵抗体の前記他端に接続され、出力端子が前記nチャネルMOSト
ランジスタのゲートに接続された第1インバータ回路と、を備えた、ESD保護回路。
A first power supply line for supplying a first potential from a first power supply to one end of an internal circuit of the semiconductor integrated circuit;
An ESD protection circuit connected between a second power supply and a second power supply line that supplies a second potential lower than the first potential to the other end of the internal circuit from a second power supply,
A first capacitor having one end connected to the first power supply wiring;
A first resistor having one end connected to the other end of the first capacitor via a connection point and the other end connected to the second power supply wiring;
A diode having a cathode connected to the second power supply line;
An n-channel MOS transistor having a source connected to the anode of the diode, a drain connected to the first power supply line, and a well region where the source and the drain are formed connected to the connection point;
A second resistor having one end connected to the first power supply wiring;
A second capacitor having one end connected to the other end of the second resistor and the other end connected to the second power supply wiring;
A first inverter circuit having an input terminal connected to the other end of the second resistor and an output terminal connected to the gate of the n-channel MOS transistor.
第1電源から第1電位を半導体集積回路の内部回路の一端に供給する第1電源配線と、
第2電源から前記第1電位より低い第2電位を前記内部回路の他端に供給する第2電源配
線との間に接続されたESD保護回路であって、
一端が前記第1電源配線に接続された第1抵抗体と、
一端が接続点を介して前記第1抵抗体の他端に接続され、他端が前記第2電源配線に接
続された第1コンデンサと、
アノードが前記第1電源配線に接続されダイオードと、
ソースが前記ダイオードのカソードに接続され、ドレインが前記第2電源配線に接続さ
れ、前記ソースと前記ドレインが形成されるウェル領域が、前記接続点に接続されたpチ
ャネルMOSトランジスタと、
一端が前記第1電源配線に接続された第2コンデンサと、
一端が前記第2コンデンサの他端に接続され、他端が前記第2電源配線に接続された第
2抵抗体と、
入力端子が前記第2コンデンサの前記他端に接続され、出力端子が前記pチャネルMO
Sトランジスタのゲートに接続された第1インバータ回路と、を備えた、ESD保護回路
A first power supply line for supplying a first potential from a first power supply to one end of an internal circuit of the semiconductor integrated circuit;
An ESD protection circuit connected between a second power supply and a second power supply line that supplies a second potential lower than the first potential to the other end of the internal circuit from a second power supply,
A first resistor having one end connected to the first power supply wiring;
A first capacitor having one end connected to the other end of the first resistor via a connection point and the other end connected to the second power supply wiring;
An anode connected to the first power supply line, and a diode;
A p-channel MOS transistor having a source connected to the cathode of the diode, a drain connected to the second power supply line, and a well region where the source and the drain are formed, connected to the connection point;
A second capacitor having one end connected to the first power supply wiring;
A second resistor having one end connected to the other end of the second capacitor and the other end connected to the second power supply wiring;
An input terminal is connected to the other end of the second capacitor, and an output terminal is connected to the p-channel MO.
And a first inverter circuit connected to the gate of the S transistor.
前記ダイオードは、pn接合ダイオードである請求項1または請求項2に記載のESD
保護回路。
The ESD according to claim 1, wherein the diode is a pn junction diode.
Protection circuit.
前記ダイオードは、MOSトランジスタの寄生ダイオードである請求項1または請求項
2に記載のESD保護回路。
The ESD protection circuit according to claim 1, wherein the diode is a parasitic diode of a MOS transistor.
前記ダイオードは、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタである請求項1また
は請求項2に記載のESD保護回路。
The ESD protection circuit according to claim 1, wherein the diode is a diode-connected bipolar transistor.
前記ウェル領域と前記接続点の間に、さらに偶数個の第2インバータ回路が接続されて
いる請求項1から請求項5のいずれか1つに記載のESD保護回路。
The ESD protection circuit according to claim 1, wherein an even number of second inverter circuits are further connected between the well region and the connection point.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113422503A (en) * 2021-06-25 2021-09-21 深圳木芯科技有限公司 Power supply clamping circuit and ESD protection circuit
CN116073768A (en) * 2023-03-20 2023-05-05 成都明夷电子科技有限公司 Electrostatic protection circuit of radio frequency low noise amplifier chip and radio frequency amplifying circuit

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113422503A (en) * 2021-06-25 2021-09-21 深圳木芯科技有限公司 Power supply clamping circuit and ESD protection circuit
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