JP2023141490A - ESD protection circuit and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ESD保護回路及び半導体装置に関する。 The present invention relates to an ESD protection circuit and a semiconductor device.
半導体集積回路は、静電気放電(ESD:Electro-Static Discharge)に弱く、容易に破壊されるおそれがある。このため、半導体集積回路は、静電気放電から内部回路を保護するためのESD保護回路を備えることが多い。 Semiconductor integrated circuits are susceptible to electrostatic discharge (ESD) and may be easily destroyed. For this reason, semiconductor integrated circuits often include an ESD protection circuit to protect internal circuits from electrostatic discharge.
このESD保護回路は、電源線などに静電気放電によるサージ電圧が印加されて初めて動作するようにし、かつサージ電流が内部回路に流れる前に自身が破壊されることなく迅速にそのサージ電流を接地線などに流して内部回路を保護する。
具体的には、静電気放電の発生源が人体の場合には、ESD保護回路は、静電気放電による数千ボルトのサージ電圧が内部回路の破壊電圧に到達する前に、数アンペアのサージ電流を接地電位などに流す動作を行う。
This ESD protection circuit operates only when a surge voltage due to electrostatic discharge is applied to a power supply line, etc., and quickly removes the surge current from the grounding wire without destroying itself before the surge current flows to the internal circuit. etc. to protect internal circuits.
Specifically, if the source of the electrostatic discharge is the human body, the ESD protection circuit will ground the surge current of several amps before the surge voltage of several thousand volts due to the electrostatic discharge reaches the breakdown voltage of the internal circuitry. Performs the action of flowing electrical potential.
このようなESD保護回路の例としては、降伏現象を利用したダイオード型ESD保護回路、寄生バイポーラトランジスタによるスナップバック動作を利用したGG(Gate Grounded)-MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)型ESD保護回路、立ち上がり時間が短い電圧が印加された場合にMOSトランジスタがオンする容量結合MOS型ESD保護回路などが挙げられる。 Examples of such ESD protection circuits include a diode-type ESD protection circuit that utilizes a breakdown phenomenon, and a GG (Gate Grounded)-MOS (Metal-Oxide-Semiconductor)-type ESD protection circuit that utilizes a snapback operation using a parasitic bipolar transistor. , a capacitively coupled MOS type ESD protection circuit in which a MOS transistor is turned on when a voltage with a short rise time is applied.
容量結合MOS型ESD保護回路の一例として、MOSトランジスタのドレイン及びソースの各端子をVSS端子を除く各端子(VDD端子、入力端子もしくは出力端子など)とVSS端子との間に接続するGG-MOS型ESD保護回路において、ゲート端子をVSS端子を除く各端子とキャパシタを介して接続するものが提案されている(例えば、特許文献1など参照)。
この容量結合MOS型ESD保護回路は、VSS端子を除く各パッドとゲート端子との間のキャパシタがハイパスフィルタとして機能するため、VSS端子を除く各パッドに静電気が放電されると、立ち上がり時間が短いサージ電圧の高周波成分がキャパシタを通過してゲート端子に達する。すると、ゲートの電位が変動してMOSトランジスタがオン状態になり、VSS端子側にサージ電流を流すことにより内部回路を静電気放電から保護する。
As an example of a capacitively coupled MOS type ESD protection circuit, the drain and source terminals of a MOS transistor are connected between each terminal (V DD terminal, input terminal or output terminal, etc.) except the V SS terminal and the V SS terminal. A GG-MOS type ESD protection circuit has been proposed in which the gate terminal is connected to each terminal other than the V SS terminal via a capacitor (see, for example, Patent Document 1).
In this capacitively coupled MOS type ESD protection circuit, the capacitor between each pad except the V SS terminal and the gate terminal functions as a high-pass filter, so when static electricity is discharged to each pad except the V SS terminal, the rise time The high frequency component of the short surge voltage passes through the capacitor and reaches the gate terminal. Then, the potential of the gate changes and the MOS transistor turns on, and a surge current flows to the VSS terminal side, thereby protecting the internal circuit from electrostatic discharge.
本発明の一つの側面では、レイアウト面積を小さくでき、かつリーク電流を低減できるとともに誤動作を防止することができるESD保護回路を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention is to provide an ESD protection circuit that can reduce the layout area, reduce leakage current, and prevent malfunctions.
本発明の一実施形態におけるESD保護回路は、
第1の端子と第2の端子との間に、所定の動作電圧で動作する被保護回路と並列に接続するESD保護回路であって、
前記第1の端子にドレインが接続され、ゲートがフローティング状態であり、前記第2の端子にソースが接続されているNMOSトランジスタを有し、
前記NMOSトランジスタは、寄生ダイオードのアバランシェ降伏電圧及び寄生バイポーラトランジスタのトリガ電圧が、前記動作電圧よりも高く、かつ前記被保護回路の破壊電圧よりも低い。
The ESD protection circuit in one embodiment of the invention includes:
An ESD protection circuit connected in parallel with a protected circuit operating at a predetermined operating voltage between a first terminal and a second terminal,
an NMOS transistor having a drain connected to the first terminal, a gate in a floating state, and a source connected to the second terminal;
In the NMOS transistor, an avalanche breakdown voltage of a parasitic diode and a trigger voltage of a parasitic bipolar transistor are higher than the operating voltage and lower than a breakdown voltage of the protected circuit.
本発明の一つの側面によれば、レイアウト面積を小さくでき、かつリーク電流を低減できるとともに誤動作を防止することができるESD保護回路を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide an ESD protection circuit that can reduce the layout area, reduce leakage current, and prevent malfunctions.
本発明は、従来のGG-MOS型ESD保護回路のように接地電位などの低電位端子にゲートを接続するのではなく、静電気が放電される高電位端子にゲートを接続しても内部回路を保護できるという知見に基づくものである。
これにより、本発明の一実施態様では、従来のダイオード型ESD保護回路よりもレイアウト面積を小さくでき、GG-MOS型ESD保護回路よりもリーク電流を低減できるとともに、容量結合MOS型ESD保護回路で発生するような誤動作を防止することができる。
The present invention does not connect the gate to a low potential terminal such as ground potential as in the conventional GG-MOS type ESD protection circuit, but connects the gate to a high potential terminal from which static electricity is discharged. This is based on the knowledge that it can be protected.
As a result, in one embodiment of the present invention, the layout area can be made smaller than that of a conventional diode type ESD protection circuit, and the leakage current can be reduced more than that of a GG-MOS type ESD protection circuit. Such malfunctions can be prevented.
まず、従来の技術として、ダイオード型ESD保護回路、GG-MOS型ESD保護回路及び容量結合MOS型ESD保護回路について、図4Aから図6Bを参照しながら説明する。
以下では、静電気放電による電圧及び電流を単に「サージ電圧」及び「サージ電流」と称する場合がある。
First, as conventional techniques, a diode type ESD protection circuit, a GG-MOS type ESD protection circuit, and a capacitively coupled MOS type ESD protection circuit will be described with reference to FIGS. 4A to 6B.
Below, the voltage and current due to electrostatic discharge may be simply referred to as "surge voltage" and "surge current."
図4Aは、従来のダイオード型ESD保護回路の一例を示す回路図である。
図4Aに示すように、このダイオード型ESD保護回路500は、VDD端子とVSS端子との間にダイオード510が接続されている回路である。ダイオード型ESD保護回路500は、VDD端子にサージ電圧が印加されると、降伏現象を利用してダイオード510にサージ電流を流すことにより、内部回路Cを静電気放電から保護する。
ダイオード510は、PN接合部の不純物濃度を調整することにより耐圧を調整できるため、様々な半導体集積回路の動作電圧に対応しやすく、構造もシンプルなために特性ばらつきも少ない上に、絶縁膜を用いていないために絶縁膜が破壊することもない。
FIG. 4A is a circuit diagram showing an example of a conventional diode type ESD protection circuit.
As shown in FIG. 4A, this diode type
The
図4Bは、従来のダイオード型ESD保護回路の電流-電圧特性(ダイオードの接合面積別)の一例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸はVDD端子の電圧であり、縦軸はダイオード型ESD保護回路に流れるサージ電流である。また、実線が接合面積の大きいダイオードの電流-電圧特性を示し、点線が接合面積の小さいダイオードの電流-電圧特性を示す。
なお、図4Bのグラフのみならず、図5B、図5C、図5D及び図6Bのグラフでは、人体に帯電した2,000Vの静電気がVDD端子に印加された場合、いわゆる2,000VのHBM(Human Body Model)を想定している。2,000VのHBMによって内部回路が破壊されないためには、内部回路にサージ電流が流入する前に、内部回路と並列に接続されているESD保護回路がおおよそ1アンペアのサージ電流をVSS端子に流す必要がある。
FIG. 4B is a graph showing an example of current-voltage characteristics (by diode junction area) of a conventional diode-type ESD protection circuit. In this graph, the horizontal axis is the voltage at the V DD terminal, and the vertical axis is the surge current flowing through the diode type ESD protection circuit. Further, the solid line shows the current-voltage characteristics of a diode with a large junction area, and the dotted line shows the current-voltage characteristics of a diode with a small junction area.
Note that not only the graph in FIG. 4B but also the graphs in FIGS. 5B, 5C, 5D, and 6B show that when 2,000V static electricity charged to the human body is applied to the VDD terminal, the so-called 2,000V HBM ( Human Body Model). In order to prevent the internal circuit from being destroyed by the 2,000V HBM, the ESD protection circuit connected in parallel with the internal circuit must prevent the surge current of approximately 1 ampere from flowing into the VSS terminal before the surge current flows into the internal circuit. It needs to flow.
図4Bの点線で示した電流-電圧特性においては、ダイオードの接合面積が小さく寄生抵抗の抵抗値が高いため、1アンペアのサージ電流をVSS端子に流す前にサージ電圧が内部回路の破壊電圧に達してしまう。一方、図5Aの実線で示した電流-電圧特性においては、ダイオードの接合面積が大きく寄生抵抗の抵抗値が低いため、サージ電圧が内部回路の破壊電圧に達する前に1アンペアのサージ電流をVSS端子に流すことができる。
したがって、ダイオード型ESD保護回路が2,000VのHBMから内部回路を守るためには、ダイオードの接合面積が大きくせざるを得なく、半導体集積回路でのレイアウト面積が大きくなってしまう。
In the current-voltage characteristics shown by the dotted line in Figure 4B, since the junction area of the diode is small and the resistance value of the parasitic resistance is high, the surge voltage rises to the breakdown voltage of the internal circuit before a 1-amp surge current flows to the VSS terminal. It reaches . On the other hand, in the current-voltage characteristics shown by the solid line in Figure 5A, the junction area of the diode is large and the resistance value of the parasitic resistance is low, so the surge current of 1 ampere can be reduced to V before the surge voltage reaches the breakdown voltage of the internal circuit. It can be passed to the SS terminal.
Therefore, in order for the diode-type ESD protection circuit to protect the internal circuit from the 2,000V HBM, the junction area of the diode must be increased, resulting in an increase in the layout area of the semiconductor integrated circuit.
半導体集積回路でのレイアウト面積を小さくすることに関しては、スナップバック動作を利用したGG-MOS型ESD保護回路のほうがダイオード型ESD保護回路よりも有利である。 In terms of reducing the layout area of a semiconductor integrated circuit, a GG-MOS type ESD protection circuit using snapback operation is more advantageous than a diode type ESD protection circuit.
次に、従来のGG-MOS型ESD保護回路について説明する。 Next, a conventional GG-MOS type ESD protection circuit will be explained.
図5Aは、従来のGG-MOS型ESD保護回路の一例を示す回路図である。
図5Aに示すように、GG-MOS型ESD保護回路600は、MOSトランジスタ610のドレイン及びソースの各端子がVDD端子及びVSS端子にそれぞれ接続され、ゲート端子がVSS端子と接続されている回路である。
FIG. 5A is a circuit diagram showing an example of a conventional GG-MOS type ESD protection circuit.
As shown in FIG. 5A, the GG-MOS type
図5Bは、従来のダイオード型ESD保護回路と従来のGG-MOS型ESD保護回路の電流-電圧特性を比較したグラフである。このグラフにおいて、横軸はVDD端子の電圧であり、縦軸は各ESD保護回路に流れるサージ電流である。また、実線がレイアウト面積の小さいGG-MOS型ESD保護回路の電流-電圧特性を示し、点線が図4Bの点線と同様のレイアウト面積の小さいダイオード型ESD保護回路の電流-電圧特性を示す。つまり、図5Bにおいては、従来のGG-MOS型ESD保護回路のレイアウト面積は、従来のダイオード型ESD保護回路のレイアウト面積と同様である。 FIG. 5B is a graph comparing the current-voltage characteristics of a conventional diode type ESD protection circuit and a conventional GG-MOS type ESD protection circuit. In this graph, the horizontal axis is the voltage at the V DD terminal, and the vertical axis is the surge current flowing through each ESD protection circuit. Further, the solid line shows the current-voltage characteristics of a GG-MOS type ESD protection circuit with a small layout area, and the dotted line shows the current-voltage characteristics of a diode-type ESD protection circuit with a small layout area similar to the dotted line in FIG. 4B. That is, in FIG. 5B, the layout area of the conventional GG-MOS type ESD protection circuit is similar to the layout area of the conventional diode type ESD protection circuit.
図5Bの実線で示したGG-MOS型ESD保護回路の電流-電圧特性においては、サージ電圧が印加されると、MOSトランジスタ610において、寄生ダイオードでアバランシェ降伏が生じた後、VDD端子電圧はトリガ電圧に達する。ここで、トリガ電圧は寄生バイポーラトランジスタのトリガ電圧のことであり、寄生バイポーラトランジスタがオフからオンに切り替わる電圧のことである。寄生バイポーラトランジスタがオンすることにより、オフ時に比べてドレインからソースに流れる電流経路が増える為、少ないドレイン電圧で同じ電流を流すことができ、図5Bに示す様にトリガ電圧到達後に電圧が下がる現象(スナップバック動作)がみられる。
このスナップバック動作により、従来のGG-MOS型ESD保護回路は、サージ電圧が内部回路の破壊電圧に達する前に1アンペアのサージ電流をVSS端子に流すことができる。
In the current-voltage characteristics of the GG-MOS type ESD protection circuit shown by the solid line in FIG. 5B, when a surge voltage is applied, after avalanche breakdown occurs in the parasitic diode in the
This snapback operation allows the conventional GG-MOS type ESD protection circuit to pass one ampere of surge current to the V SS terminal before the surge voltage reaches the breakdown voltage of the internal circuitry.
このGG-MOS型ESD保護回路のリーク電流やブレイクダウン電圧は、MOSトランジスタのゲート長、ゲート絶縁膜厚、チャネル不純物濃度、ドレイン近傍の低濃度領域の不純物濃度などの複数のパラメータに影響されてしまうため、ダイオード型よりも複雑ではあるが、ドレイン領域近傍に注入する不純物の濃度調整により所望の特性に微調整が可能である。 The leakage current and breakdown voltage of this GG-MOS type ESD protection circuit are influenced by multiple parameters such as the gate length of the MOS transistor, the gate insulating film thickness, the channel impurity concentration, and the impurity concentration of the low concentration region near the drain. Although it is more complicated than the diode type because of the small size, it is possible to finely adjust the characteristics to desired characteristics by adjusting the concentration of impurities implanted near the drain region.
しかしながら、内部回路の動作電圧が2V程度であると、ダイオード型やGG-MOS型では調整が困難になる。
一般的に、2V程度を動作電圧とする内部回路では、最低動作電圧を下げる必要があり、内部回路で使用するMOSトランジスタのオンオフ比を向上させるために、内部回路のMOSトランジスタのゲート絶縁膜厚を4nm~5nmに設定する。ゲート絶縁膜が上記の様に薄いシリコン酸化膜の場合、真性耐圧は10MV/cmを若干超えるため、内部回路のMOSトランジスタのゲート絶縁膜の真性耐圧が5.5V程度になることが多い。このため、ESD保護回路は、VDD端子電圧が2Vから5.5Vの範囲内で保護動作を行わなければならない。
ダイオード型ESD保護回路やGG-MOS型ESD保護回路において、保護動作を上記範囲に収めようとすると、図5Dに示す様に動作電圧2Vでのリーク電流が大きくなってしまう。逆に、上記リーク電流を抑えようとすると、図5Cに示す様に保護動作が上記範囲で完結せず、1アンペアのサージ電流を流すまでに5.5Vを越えてしまい、内部回路を破壊される。
However, when the operating voltage of the internal circuit is about 2V, it becomes difficult to adjust the diode type or GG-MOS type.
Generally, in an internal circuit whose operating voltage is about 2V, it is necessary to lower the minimum operating voltage, and in order to improve the on-off ratio of the MOS transistor used in the internal circuit, the gate insulating film thickness of the MOS transistor in the internal circuit must be is set to 4 nm to 5 nm. When the gate insulating film is a thin silicon oxide film as described above, the intrinsic breakdown voltage slightly exceeds 10 MV/cm, so the intrinsic breakdown voltage of the gate insulating film of the MOS transistor in the internal circuit is often about 5.5V. Therefore, the ESD protection circuit must perform a protection operation when the V DD terminal voltage is within the range of 2V to 5.5V.
In a diode type ESD protection circuit or a GG-MOS type ESD protection circuit, when trying to keep the protection operation within the above range, the leakage current at an operating voltage of 2V increases as shown in FIG. 5D. Conversely, when trying to suppress the leakage current, the protection operation is not completed within the above range as shown in Figure 5C, and the voltage exceeds 5.5V before a surge current of 1 ampere flows, destroying the internal circuit. Ru.
このように、ダイオード型ESD保護回路やGG-MOS型ESD保護回路では、内部回路の動作電圧が2V近傍になると、リーク電流と保護動作電圧(すなわちオフ電流とオン電圧)のトレードオフ関係によってESD保護機能を満たせなくなる。
このトレードオフを解消したものが、次に説明する容量結合MOS型ESD保護回路になる。
In this way, in diode-type ESD protection circuits and GG-MOS type ESD protection circuits, when the operating voltage of the internal circuit approaches 2V, ESD occurs due to the trade-off relationship between leakage current and protection operating voltage (i.e., off-current and on-voltage). Protective function cannot be fulfilled.
A capacitively coupled MOS type ESD protection circuit that eliminates this trade-off will be described below.
図6Aは、従来の容量結合MOS型ESD保護回路の一例を示す回路図である。図6Bは、従来の容量結合MOS型ESD保護回路の電流-電圧特性(サージ電圧の立ち上がり時間別)の一例を示すグラフである。 FIG. 6A is a circuit diagram showing an example of a conventional capacitively coupled MOS type ESD protection circuit. FIG. 6B is a graph showing an example of current-voltage characteristics (by rise time of surge voltage) of a conventional capacitively coupled MOS type ESD protection circuit.
図6Aに示すように、容量結合MOS型ESD保護回路700は、MOSトランジスタ710のドレイン及びソースの各端子がVDD端子及びVSS端子にそれぞれ接続される点ではGG-MOS型と同様であるが、キャパシタ720を介してVDD端子にゲートを接続するとともに、抵抗素子730を介してVSS端子にも接続する点で異なる。また、MOSトランジスタ710のしきい値電圧は2V以下で設定している。
As shown in FIG. 6A, the capacitively coupled MOS type
容量結合MOS型ESD保護回路700は、サージ電圧の立ち上がり時間が長い場合には、容量結合されたゲートの電位が変動しにくく、同ESD保護回路は電流を流さない。つまり、この場合には、容量結合MOS型ESD保護回路700は、2V~5.5Vの範囲で保護動作を行わずに図6Bの実線で示すような電流-電圧特性となりリーク電流を低減できる。一方、サージ電圧の立ち上がり時間が短いときには、容量結合されたゲートの電位が変動し、2V以下のしきい値電圧に設定したMOSトランジスタ710がチャネルに電流を流すことで保護動作を行い、サージ電流を放電させる。
In the capacitively coupled MOS type
このように、この容量結合MOS型ESD保護回路700は、容量結合によりオンとオフの特性を切り替えることによりダイオード型ESD保護回路やGG-MOS型ESD保護回路のトレードオフを解消している。
In this way, the capacitively coupled MOS type
しかしながら、容量結合MOS型ESD保護回路は、静電気放電と同等の立ち上がり時間が短い信号を入力又は出力して動作させる端子に対して用いると誤動作してしまうため、限られた端子にのみにしか用いることができない。
また、容量結合MOS型ESD保護回路は、動作時にゲートに高い電圧が印加されることから、寄生バイポーラトランジスタの動作の起因となるアバランシェ降伏が生じにくい。このため、容量結合MOS型ESD保護回路の電流-電圧特性は、図6Bの実線に示す様に、図4Bの点線で示したダイオード型ESD保護回路のような電流-電圧特性になり、大きな電流を流そうとすると図4Bの実線で示す様にレイアウト面積を大きくせざるを得なくなる。
However, capacitively coupled MOS type ESD protection circuits will malfunction if used for terminals that operate by inputting or outputting signals with a short rise time equivalent to electrostatic discharge, so they are only used for a limited number of terminals. I can't.
Furthermore, since a high voltage is applied to the gate of the capacitively coupled MOS type ESD protection circuit during operation, avalanche breakdown, which causes the operation of a parasitic bipolar transistor, is less likely to occur. Therefore, the current-voltage characteristics of the capacitively coupled MOS type ESD protection circuit, as shown by the solid line in Figure 6B, are similar to those of the diode type ESD protection circuit shown by the dotted line in Figure 4B, and a large current If you try to make it flow, you will have to increase the layout area as shown by the solid line in FIG. 4B.
そこで、本発明は上記課題を解決するために以下のようにした。
本発明の一実施形態におけるESD保護回路は、第1の端子と第2の端子との間に、所定の動作電圧で動作する被保護回路と並列に接続されており、NMOSトランジスタを有する。このNMOSトランジスタは、第1の端子にドレインが接続され、ゲートがフローティング状態であり、第2の端子にソースが接続されており、寄生ダイオードのアバランシェ降伏電圧及び寄生バイポーラトランジスタのトリガ電圧が、被保護回路の動作電圧よりも高く、かつ被保護回路の破壊電圧よりも低い。
これにより、このESD保護回路は、従来のダイオード型や容量結合MOS型ESD保護回路よりもレイアウト面積を小さくでき、ダイオード型やGG-MOS型ESD保護回路よりもリーク電流を低減できるとともに、容量結合MOS型ESD保護回路のように誤動作せず、立ち上がり時間の短い電圧を入出力する端子にも使用することができる。
なお、所定の動作電圧とは、被保護回路が動作できる所定の電圧であり、被保護回路の最小動作電圧から最大動作電圧までの範囲である。
Therefore, in order to solve the above problems, the present invention has been made as follows.
The ESD protection circuit in one embodiment of the present invention is connected between a first terminal and a second terminal in parallel with a protected circuit that operates at a predetermined operating voltage, and includes an NMOS transistor. This NMOS transistor has a drain connected to a first terminal, a gate in a floating state, and a source connected to a second terminal, and the avalanche breakdown voltage of the parasitic diode and the trigger voltage of the parasitic bipolar transistor are Higher than the operating voltage of the protection circuit and lower than the breakdown voltage of the protected circuit.
As a result, this ESD protection circuit can have a smaller layout area than conventional diode-type or capacitively coupled MOS-type ESD protection circuits, and can reduce leakage current more than diode-type or GG-MOS type ESD protection circuits. It does not malfunction like a MOS type ESD protection circuit and can also be used as a terminal for inputting/outputting a voltage with a short rise time.
Note that the predetermined operating voltage is a predetermined voltage at which the protected circuit can operate, and is in the range from the minimum operating voltage to the maximum operating voltage of the protected circuit.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、図面においては、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
また、図面において、X方向、Y方向及びZ方向は、互いに直交する。X方向と、当該X方向の反対の方向(-X方向)とを含む方向を「X軸方向」といい、Y方向と、当該Y方向の反対の方向(-Y方向)とを含む方向を「Y軸方向」といい、Z方向と、当該Z方向の反対の方向(-Z方向)とを含む方向を「Z軸方向」(高さ方向、厚さ方向)という。この点、以下の各実施形態において、各膜のZ方向側の面を「表面」と称する場合がある。
図面は模式的なものであり、幅、長さ及び奥行きの比率などは図面で示したとおりではない。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
In addition, in the drawings, the same components are given the same reference numerals, and redundant explanations may be omitted.
Furthermore, in the drawings, the X direction, Y direction, and Z direction are orthogonal to each other. The direction including the X direction and the direction opposite to the X direction (-X direction) is referred to as the "X-axis direction", and the direction including the Y direction and the direction opposite to the Y direction (-Y direction) is referred to as the "X-axis direction". The "Y-axis direction" is referred to as the "Z-axis direction" (height direction, thickness direction), and the direction including the Z direction and the direction opposite to the Z direction (-Z direction) is referred to as the "Z-axis direction" (height direction, thickness direction). In this regard, in the following embodiments, the Z-direction side surface of each film may be referred to as a "surface."
The drawings are schematic and the proportions of width, length and depth are not as shown in the drawings.
(実施形態の一例)
図1は、本発明の一実施形態におけるESD保護回路及び半導体装置を示す回路図である。
図1に示すように、半導体装置10は、第1の端子としてのVDD端子と第2の端子としてのVSS端子との間に内部回路Cが接続されている。
内部回路Cは、VDD端子と接地電位のVSS端子との間に印加されている動作電圧で動作する。
ESD保護回路100は、静電気放電による破壊から保護すべき被保護回路である内部回路Cと並列に接続されている。
ESD保護回路100は、VDD端子にドレイン110Dが電気的に接続され、ゲート110Gがフローティング状態であり、VSS端子にソース110Sが電気的に接続されているNMOS(NチャネルMOS)トランジスタ110である。
上記内部回路Cの動作電圧は目的に応じて変化すが、本実施形態ではこの動作電圧を2Vとし、VDD端子には2Vが印加されることとする。
一般に、内部回路の動作電圧が2Vの場合には、内部回路に含まれるMOSトランジスタのゲート絶縁膜の真性破壊電圧は5.5V程度となる。このため、ESD保護回路が存在しなければ、VDD端子に静電気が放電された場合、内部回路に含まれるMOSトランジスタのゲート絶縁膜に5.5V以上の電圧が印加され破壊してしまう。
つまり、ESD保護回路100は、VDD端子の電圧が5.5V以上になる前に保護動作をし、VDD端子に内部回路Cの動作電圧の2Vが印加されている場合には保護動作しないようにすればよい。また、NMOSトランジスタ110のゲート絶縁膜の真性耐圧も5.5Vとなるように絶縁膜の膜厚を設定すればよい。
(Example of embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing an ESD protection circuit and a semiconductor device in one embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, in the
The internal circuit C operates with an operating voltage applied between the V DD terminal and the V SS terminal at ground potential.
The
The
The operating voltage of the internal circuit C changes depending on the purpose, but in this embodiment, the operating voltage is 2V, and 2V is applied to the VDD terminal.
Generally, when the operating voltage of the internal circuit is 2V, the intrinsic breakdown voltage of the gate insulating film of the MOS transistor included in the internal circuit is about 5.5V. Therefore, if an ESD protection circuit does not exist, when static electricity is discharged to the V DD terminal, a voltage of 5.5 V or more will be applied to the gate insulating film of the MOS transistor included in the internal circuit, resulting in destruction.
In other words, the
図2Aは、本実施形態におけるNMOSトランジスタの構造の一例を示す概略断面図である。
図2Aに示したように、NMOSトランジスタ110の構造は、半導体基板111にP型低濃度領域であるP型ウェル領域112が形成されており、このP型ウェル領域112の上にP型中濃度領域113aが形成されている。
なお、本実施形態では、P型ウェル領域112の上にP型中濃度領域113aを形成したが、これに限ることなく、P型中濃度領域113aを形成する代わりに低濃度のP型ウェル領域112を中濃度にしてもよい。
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the NMOS transistor in this embodiment.
As shown in FIG. 2A, the structure of the
In this embodiment, the P-type
このP型中濃度領域113aの上面には、ゲート絶縁膜115が積層され、更にゲート絶縁膜115の上にゲート電極116が積層されている。
P型中濃度領域113aの上部には、平面視した際にゲート電極116を挟むように、N型高濃度ドレイン領域114a及びN型高濃度ソース領域114bが形成されている。このように、P型中濃度領域113aは、N型高濃度ドレイン領域114aとN型高濃度ソース領域114bとの間のチャネル領域にも設けられている。また、P型中濃度領域113aの上部には、N型高濃度ソース領域114bから離間した位置に、ウェル電極114cがP型高濃度領域として形成されている。
なお、本実施形態では、N型高濃度ソース領域114bとウェル電極114cを離間させたが、これに限ることなく、バッティングコンタクトのようにN型高濃度ソース領域114bとウェル電極114cを接触させてもよい。
N型高濃度ドレイン領域114aはVDD端子と接続されており、ゲート電極116はフローティング状態であり、N型高濃度ソース領域114b及びウェル電極114cはVSS端子に接続されている。
A
Above the P-type
In this embodiment, the N-type high
The N-type heavily doped
一般に、ESD保護回路のウェル領域は、内部回路のウェル領域と同プロセスで同時に形成することが多いため、本実施形態のようにP型ウェル領域112のほかにP型中濃度領域113aを形成することは必ずしも一般的ではない。
Generally, the well region of the ESD protection circuit is often formed at the same time as the well region of the internal circuit in the same process, so in addition to the P-
このP型中濃度領域113aの不純物濃度を調整することで、NMOSトランジスタ110のしきい値電圧、寄生ダイオードのアバランシェ降伏電圧、及び寄生バイポーラのトリガ電圧の調整が可能でる。
上記したように、ESD保護回路100はVDD端子の電圧が5.5V以上になる前に保護動作をし、VDD端子に内部回路Cの動作電圧の2Vが印加されている場合には保護動作をしない必要があるので、NMOSトランジスタ110のしきい値電圧、寄生ダイオードのアバランシェ降伏電圧、及び、寄生バイポーラのトリガ電圧をP型中濃度領域113aの不純物濃度を調整することで2V以上かつ5.5V以下に調整する。
By adjusting the impurity concentration of this P-type
As described above, the
ここで、内部回路Cの動作電圧が2VのICにおいてVDD端子にプラスの静電気が流入した場合の動作原理について述べる。 Here, the operating principle when positive static electricity flows into the VDD terminal of an IC whose internal circuit C has an operating voltage of 2V will be described.
このNMOSトランジスタ110のゲート電極はフローティング状態にあり、VDD端子とVSS端子に電圧差があるとパンチスルー現象によるリーク電流が流れやすいため、動作電圧2Vを越える電圧がVDD端子に印加した際にパンチスルー現象が発生しないようにする必要がある。また、内部回路Cの破壊電圧である5.5Vを越えないようにこのパンチスルー現象を調整することが好ましい。
この調整は、P型中濃度領域113aの不純物濃度調整、つまりNMOSトランジスタ110のしきい値調整で行う。また、このパンチスルー電流は、NMOSトランジスタ110のゲート長を伸ばすことで調整することも可能である。
上記の調整によって、VDD端子に動作電圧として2Vが印加されている場合のリーク電流を抑え、VDD端子に2V以上のサージ電圧が印加された場合には、パンチスルー現象によってNMOSトランジスタ110のチャネル領域を介しN型高濃度ドレイン領域114aからN型高濃度ソース領域114bにサージ電流を流す(保護動作1)。
The gate electrode of this
This adjustment is performed by adjusting the impurity concentration of the P-type
The above adjustment suppresses the leakage current when 2V is applied as the operating voltage to the V DD terminal, and when a surge voltage of 2 V or more is applied to the V DD terminal, the punch-through phenomenon causes the leakage current of the
しかし、この保護動作1だけでは、図6Bの実線で示した「立ち上がり時間が短い入力電圧の場合」と同様の電流-電圧特性となり、小さい面積では内部回路Cを保護できなくなる。内部回路Cを保護するためには、より大きいサージ電流を流すためにゲート電極116のゲート幅を広げなければならないが、その結果、レイアウト面積が大きくなり、リーク電流も大きくなる。
従来のGG-MOS型ESD保護回路の場合には、ゲート電極がVSS端子に接続されているため、ゲート・ドレイン間の半導体表面近傍の電界が強くなり表面ブレイクダウンが発生し、それによって生成されたキャリアが寄生バイポーラ動作を誘発させる。一方で、本実施形態では、ゲート電極がフローティング状態のため、GG-MOS型ESD保護回路の様に表面ブレイクダウンによる寄生バイポーラトランジスタの動作は期待できないが、P型中濃度領域113aがあることで、P型中濃度領域113aとN型高濃度ドレイン領域114aの接合部が成す寄生ダイオードでアバランシェ降伏が生じる為、寄生バイポーラトランジスタの動作を誘発させることができる。
However, if this protective operation 1 is used alone, the current-voltage characteristic will be similar to "the case of an input voltage with a short rise time" shown by the solid line in FIG. 6B, and the internal circuit C cannot be protected in a small area. In order to protect the internal circuit C, it is necessary to widen the gate width of the
In the case of the conventional GG-MOS type ESD protection circuit, since the gate electrode is connected to the VSS terminal, the electric field near the semiconductor surface between the gate and drain becomes strong, causing surface breakdown, which causes The trapped carriers induce parasitic bipolar behavior. On the other hand, in this embodiment, since the gate electrode is in a floating state, operation of a parasitic bipolar transistor due to surface breakdown cannot be expected as in a GG-MOS type ESD protection circuit. Since avalanche breakdown occurs in the parasitic diode formed by the junction between the P-type
この寄生ダイオードのアバランシェ降伏電圧とそれによって動作を誘発される寄生バイポーラトランジスタのトリガ電圧も、しきい値電圧同様にP型中濃度領域113aの不純物濃度で調整する。
寄生ダイオードのアバランシェ降伏電圧もしきい値同様に、内部回路Cの動作電圧2VをVDD端子に印加した際に所望のリーク電流以下になるように2V以上に調整する。それによって動作を誘発される寄生バイポーラトランジスタのトリガ電圧も自ずと2V以上になる。また、VDD端子から印加されたESDサージから内部回路Cを守るために、寄生バイポーラのトリガ電圧は5.5V以下になるように調整する。この時、寄生ダイオードのアバランシェ降伏電圧を2V以上にした際に寄生バイポーラのトリガ電圧が5.5Vを越えてしまう場合は、NMOSトランジスタ110のゲート長を短くし、寄生バイポーラのトリガ電圧だけを下げ調整する。また、ゲート電極がGG-MOS型ESD保護回路の様にVSS端子に接続されていないため、GG-MOS型ESD保護回路よりも寄生バイポーラ動作のトリガ電圧を下げやすく、内部回路を保護しやすいという利点もある。
The avalanche breakdown voltage of this parasitic diode and the trigger voltage of the parasitic bipolar transistor induced to operate thereby are also adjusted by the impurity concentration of the P-type
Similarly to the threshold value, the avalanche breakdown voltage of the parasitic diode is adjusted to 2V or more so that when the operating voltage of the internal circuit C, 2V, is applied to the VDD terminal, the leakage current is below the desired leakage current. The trigger voltage of the parasitic bipolar transistor that is induced to operate thereby naturally becomes 2V or higher. Further, in order to protect the internal circuit C from the ESD surge applied from the VDD terminal, the trigger voltage of the parasitic bipolar is adjusted to be 5.5V or less. At this time, if the trigger voltage of the parasitic bipolar exceeds 5.5 V when the avalanche breakdown voltage of the parasitic diode is set to 2 V or more, shorten the gate length of the
この寄生バイポーラを動作により、N型高濃度ドレイン領域114aからN型高濃度ソース領域114bに上記の保護動作1であるチャネル領域に流れるサージ電流とは別に、チャネル領域より深い部分(-Z方向)の寄生バイポーラ領域により多くのサージ電流が流れるすことができる(保護動作2)。
By operating this parasitic bipolar, apart from the surge current flowing into the channel region from the N-type heavily doped
つまり、サージ電流を流す経路は、チャネル領域に流れる電流経路(保護動作1)とチャネル領域より深い部分(-Z方向)の寄生バイポーラ領域に流れる電流経路(保護動作2)の2つの経路が存在するため、従来技術の中でも面積的に有利であるGG-MOS型ESD保護回路よりも更に面積を小さくすることが可能となる。 In other words, there are two paths for the surge current: a current path that flows through the channel region (protective action 1) and a current path that flows through the parasitic bipolar region deeper than the channel region (in the -Z direction) (protective action 2). Therefore, it is possible to further reduce the area than the GG-MOS type ESD protection circuit, which is advantageous in terms of area among conventional technologies.
なお、NMOSトランジスタ110の構造においては、チャネル領域がP型中濃度領域113aであるため、P型中濃度領域113aの不純物の濃度を調整することにより、しきい値電圧と寄生ダイオードの降伏電圧とを一度に所望の値に調整できる場合に限定される。
In the structure of the
次に、マイナス電荷の静電気がVDD端子に放電された場合について述べる。 Next, a case will be described in which negative static electricity is discharged to the VDD terminal.
図2Eに示すように、マイナス電荷は、N型高濃度ドレイン領域114aとP型ウェル領域112との間の寄生ダイオードにおいて順方向に流れた後、P型ウェル領域112からP型高濃度領域であるウェル電極114cを経てVSS端子に流れる。上記経路において高電界がかかる個所が存在しないため、破壊には至らない。
したがって、ESD保護回路100は、NMOSトランジスタ110の構造により、マイナス電荷をVSS端子に流すことで内部回路Cを保護することができる。
As shown in FIG. 2E, negative charges flow in the forward direction in the parasitic diode between the N-type high
Therefore, the
NMOSトランジスタ110の形成方法では、例えば、まず半導体基板111にP型ウェル領域112を形成し、その上にゲート絶縁膜115及びゲート電極116を形成する。そして、ゲート絶縁膜115及びゲート電極116を突き抜けるようにして半導体基板111全面にP型の不純物を注入してP型中濃度領域113aを形成した後、N型の不純物を高濃度に注入してN型高濃度ドレイン領域114a及びN型高濃度ソース領域114bを形成することで実現できる。
また、P型中濃度領域113aは、ゲート絶縁膜115及びゲート電極116の形成前に形成しても良い。
In the method for forming the
Further, the P-type
このように、ESD保護回路100は、VDD端子とVSS端子との間に、所定の動作電圧で動作する内部回路Cと並列に接続されており、NMOSトランジスタ110を有する。NMOSトランジスタ110は、VDD端子にN型高濃度ドレイン領域114a及びゲート電極116が接続され、VSS端子にN型高濃度ソース領域114bが接続されている。このNMOSトランジスタ110は、図2Fに示すように、しきい値電圧、寄生ダイオードのツェナー降伏電圧、及び寄生バイポーラトランジスタのトリガ電圧が、内部回路Cの動作電圧よりも高く、かつ内部回路Cの破壊電圧よりも低い。
これにより、ESD保護回路100は、レイアウト面積を小さくでき、かつリーク電流を低減できるとともに、容量結合MOS型静電回路で生じてしまう誤動作を防止することができる。
As described above, the
Thereby, the
次に、図2Aに示したNMOSトランジスタ110以外のNMOSトランジスタの構造の他の例について、図3Aから図3Hを参照しながら説明する。
なお、図3Aから図3Hは、N型高濃度ドレイン領域114a、N型高濃度ソース領域114b及びゲート電極116の近傍を示す概略断面図である。
また、図1、図2A及び図2Bに示したESD保護回路のNMOSトランジスタにおいて、図2A及び図3Aから図3Hに示すNMOSトランジスタのいずれを利用しても良い。
Next, other examples of structures of NMOS transistors other than the
Note that FIGS. 3A to 3H are schematic cross-sectional views showing the vicinity of the N-type heavily doped
Moreover, in the NMOS transistor of the ESD protection circuit shown in FIG. 1, FIG. 2A, and FIG. 2B, any of the NMOS transistors shown in FIG. 2A and FIG. 3A to FIG. 3H may be used.
図3Aは、図2Aに示したNMOSトランジスタ110において、P型中濃度チャネル領域117を更に形成した以外は、図2Aに示したNMOSトランジスタ110と同様とする構造である。
このP型中濃度チャネル領域117を形成することにより、P型中濃度領域113aとは別個にP型中濃度チャネル領域117の不純物濃度を調整できる。例えば、内部回路Cの動作電圧をVDD端子に印加した際のリーク電流を抑えるために、P型中濃度領域113aの不純物濃度を低濃度側に調整し、寄生ダイオードのアバランシェ降伏電圧を高くしたとする。この影響で、今度はしきい値電圧が下がりパンチスルー現象が発生しやすくなり、結局NMOSトランジスタ110のリーク電流を抑えられない場合がある。この様な場合でもP型中濃度チャネル領域117が存在することで、この領域の不純物濃度を単独調整することが可能となるので、NMOSトランジスタ110の寄生ダイオードのアバランシェ降伏電圧を変動させることなくしきい値を上げることができ、リークを抑えることが可能となる。
3A shows a structure similar to that of the
By forming this P-type medium
図3Bは、図3Aに示したNMOSトランジスタ110において、P型中濃度領域113aの代わりにN型高濃度ドレイン領域114aの直下にP型中濃度領域113bを形成した以外は、図3Aに示したNMOSトランジスタ110と同様とする構造である。
図3Bの構造にすることで、図3Aと同等の効果を得られるだけでなく、P型中濃度チャネル領域117直下の寄生バイポーラのベース領域濃度が図3Aよりも薄くなるため、寄生バイポーラトランジスタのトリガ電圧が下がり、図3Aよりも内部回路Cを保護しやすくなる。
FIG. 3B shows the
By adopting the structure shown in FIG. 3B, not only can an effect equivalent to that of FIG. 3A be obtained, but also the base region concentration of the parasitic bipolar transistor directly under the P-type medium
図3Cは、図3Bに示したNMOSトランジスタ110において、N型低濃度領域118aを形成した以外は、図3Bに示したNMOSトランジスタ110と同様とする構造である。
N型低濃度領域118aは、いわゆるDDD(Double Diffused Drain)構造である。このDDD構造は一般的にMOSトランジスタのドレイン耐圧を向上させるための構造であるが、この構造を本発明にも応用することができる。このN型低濃度領域118aが形成されていることにより、N型高濃度ドレイン領域114aが実質的に広がり、熱が分散しやすくなるため、静電耐圧を向上させることができる。
3C shows a structure similar to that of the
The N-type
図3Dから図3Gは、図2A及び図3Aから図3Cに示したNMOSトランジスタにおいて、ゲート絶縁膜115及びゲート電極116の側壁にサイドウォールスペーサ119を設けた以外は、それぞれ図2A及び図3Aから図3Cに示したNMOSトランジスタとそれぞれ同様とする構造である。図3Hは、図3Gに示したNMOSトランジスタにおいて、N型低濃度領域118aを浅く形成したN型低濃度領域118bに変えた以外は、図3Gに示したNMOSトランジスタと同様とする構造である。
このサイドウォールスペーサ119は一般の半導体製造工程で利用される技術であり、ゲート絶縁膜115及びゲート電極116の形成後に、全面に形成した絶縁膜をエッチバックで除去して形成される。図3Dから図3Hを利用することで、サイドウォールスペーサを使用する製造工程においても追加工程無しで本発明を適用することができる。
3D to 3G are similar to the NMOS transistors shown in FIGS. 2A and 3A to 3C, respectively, except that
This
ここで、図3Gから図3Hは、サイドウォールスペーサ119の直下にN型領域が存在する。これらのN型低濃度領域118a,118bは、いわゆるDDD(Double Diffused Drain)構造とLDD(Lightly Doped Drain)構造のことである。
このDDD構造とLDD構造は一般的にトランジスタのドレイン耐圧を向上させるための構造であるが、この構造を本発明にも応用することができる。このN型低濃度領域118bが形成されていることにより、N型高濃度ドレイン領域114aが実質的に広がるため熱が分散しやすくなるため、静電耐圧を向上させることができる。
Here, in FIGS. 3G to 3H, an N-type region exists directly under the
The DDD structure and LDD structure are generally structures for improving the drain breakdown voltage of a transistor, and these structures can also be applied to the present invention. By forming this N-type
以上説明したように、本発明の一実施形態におけるESD保護回路は、第1の端子と第2の端子との間に、所定の動作電圧で動作する被保護回路と並列に接続されており、NMOSトランジスタを有する。このNMOSトランジスタは、第1の端子にドレインが接続され、ゲートがフローティング状態であり、第2の端子にソースが接続されており、しきい値電圧及び寄生バイポーラのトリガ電圧が、動作電圧よりも高く、かつ被保護回路の破壊電圧よりも低い。
これにより、このESD保護回路は、レイアウト面積を小さくでき、かつリーク電流を低減できるとともに、容量結合MOS型ESD保護回路で発生するような誤動作をしないようにすることができる。
As explained above, the ESD protection circuit in one embodiment of the present invention is connected between the first terminal and the second terminal in parallel with the protected circuit that operates at a predetermined operating voltage, It has an NMOS transistor. This NMOS transistor has a drain connected to a first terminal, a gate in a floating state, and a source connected to a second terminal, and the threshold voltage and parasitic bipolar trigger voltage are lower than the operating voltage. High and lower than the breakdown voltage of the protected circuit.
Thereby, this ESD protection circuit can reduce the layout area, reduce leakage current, and prevent malfunctions that occur in capacitively coupled MOS type ESD protection circuits.
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
具体的には、本実施形態では、第1の端子をVDD端子としたが、これに限ることなく、例えば、入力端子、出力端子などとしてもよい。
また、NMOSトランジスタにLDD構造を採用しても、サイドウォールスペーサを形成しないようにしてもよい。
Although one embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to this embodiment, and includes designs within a range that does not depart from the gist of the present invention.
Specifically, in this embodiment, the first terminal is a V DD terminal, but the first terminal is not limited to this, and may be, for example, an input terminal, an output terminal, or the like.
Further, even if the LDD structure is adopted for the NMOS transistor, the sidewall spacer may not be formed.
10 半導体装置
100 ESD保護回路
110 NMOSトランジスタ
110D ドレイン
110S ソース
110G ゲート
111 半導体基板
112 P型ウェル領域
113a,113b P型中濃度領域
114a N型高濃度ドレイン領域
114b N型高濃度ソース領域
115 ゲート絶縁膜
116 ゲート電極
117 P型中濃度チャネル領域(P型中濃度領域)
118a,118b N型低濃度領域
119 サイドウォールスペーサ
C 内部回路(被保護回路)
10
118a, 118b N-type
Claims (9)
前記第1の端子にドレインが接続され、ゲートがフローティング状態であり、前記第2の端子にソースが接続されているNMOSトランジスタを有し、
前記NMOSトランジスタは、しきい値電圧及び寄生バイポーラトランジスタのトリガ電圧が、前記動作電圧よりも高く、かつ前記被保護回路の破壊電圧よりも低いことを特徴とするESD保護回路。 An ESD protection circuit connected in parallel with a protected circuit operating at a predetermined operating voltage between a first terminal and a second terminal,
an NMOS transistor having a drain connected to the first terminal, a gate in a floating state, and a source connected to the second terminal;
The ESD protection circuit is characterized in that the threshold voltage and the trigger voltage of the parasitic bipolar transistor of the NMOS transistor are higher than the operating voltage and lower than the breakdown voltage of the protected circuit.
半導体基板と、
前記半導体基板の表面側に形成されているP型ウェル領域と、
前記P型ウェル領域の上部において、離間して設けられ、前記P型ウェル領域の不純物の濃度よりも高い不純物濃度を有する、N型高濃度ドレイン領域及びN型高濃度ソース領域と、
少なくとも前記N型高濃度ドレイン領域に接する領域に設けられ、前記P型ウェル領域の不純物の濃度よりもP型の不純物の濃度が高いP型中濃度領域と、
前記N型高濃度ドレイン領域と前記N型高濃度ソース領域の間の半導体表面に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
を備える請求項1に記載のESD保護回路。 The NMOS transistor is
a semiconductor substrate;
a P-type well region formed on the front side of the semiconductor substrate;
an N-type heavily doped drain region and an N-type heavily doped source region that are spaced apart above the P-type well region and have an impurity concentration higher than the impurity concentration of the P-type well region;
a P-type medium concentration region provided at least in a region in contact with the N-type high concentration drain region and having a higher concentration of P-type impurities than the impurity concentration of the P-type well region;
a gate insulating film provided on the semiconductor surface between the N-type high concentration drain region and the N-type high concentration source region;
a gate electrode provided on the gate insulating film;
The ESD protection circuit according to claim 1, comprising:
9. A semiconductor device, wherein the ESD protection circuit according to claim 1 and a protected circuit protected from electrostatic discharge by the ESD protection circuit are connected in parallel.
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