JP3028855B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JP3028855B2
JP3028855B2 JP3020925A JP2092591A JP3028855B2 JP 3028855 B2 JP3028855 B2 JP 3028855B2 JP 3020925 A JP3020925 A JP 3020925A JP 2092591 A JP2092591 A JP 2092591A JP 3028855 B2 JP3028855 B2 JP 3028855B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置に
関し、特に、複数の電源ピンと複数の接地ピンを有する
装置に適用して好適な半導体集積回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、半導体メモリに代表される半導体
集積回路装置は、回路集積規模が増大しつつある。これ
に伴って、チップサイズが増大し、且つデータアクセス
タイムの高速化が要求されている。これに伴い、電源線
と接地線との間のノイズが増大し、回路動作への悪影響
が無視できないこともある。特に、半導体メモリのデー
タ出力回路におけるノイズは、他の回路に及ぼす影響が
大きい。このための対策と1つとして、電源ピンと接地
ピンをデータ出力回路用と周辺回路用に分離して使用す
ることも行われている。このようなノイズ対策としての
電源線や接地線の複数化は、設計手法として多く用いら
れつつあり、今後は益々増える傾向にある。
【0003】一方、MOS型の半導体集積回路装置は、
そのプロセス構造の特性上、静電気破壊に弱い。その対
策として、全てのピンに対して、図4に示すような、バ
イポーラトランジスタからなる保護素子を接続してい
る。このバイポーラトランジスタは、基板またはウエル
をベース(p−sub)とし、n部からA端子とB端
子を導出し、ベースからC端子を導出して構成される。
このバイポーラトランジスタは、図5の特性図に示すよ
うな電圧電流特性を有している。つまり、A端子−B端
子間の増大してある電圧(ブレークダウン電圧)に達す
ると、その時点から急激に電流が流れる、というような
特性を持っている。このため、両端子間にサージ電圧が
発生した場合には、このトランジスタに電流が流れる。
これにより、集積回路内部の他の素子に、過度な電位差
が、長時間印加されるのを防止している。
【0004】図2は、一般的な半導体集積回路装置の保
護回路を示す。特に、電源ピンと接地ピンがそれぞれ1
個の場合を例示するものである。図2に示すように、電
源ピン1と接地ピン2の間には、トランジスタTr6が
保護用に接続されている。電源ピンと入力ピン3の間に
はトランジスタTr7が、接地ピン2と入力ピン3の間
にはトランジスタTr8がそれぞれ保護用に接続されて
いる。電源ピン1と出力ピン4の間にはトランジスタT
r10が、接地ピン2と出力ピン4の間にはトランジス
タTr9がそれぞれ保護用に接続されている。
【0005】以上のような構成によれば、電源ピン1と
接地ピン2、入力ピン3、出力ピン4との間のサージ
や、接地ピン2と入力ピン3、出力ピン4との間のサー
ジを、効果的に吸収することができる。
【0006】一方、図3は、従来の半導体集積回路装置
の保護回路構成図を示す。特に、電源ピンと接地ピンが
それぞれ複数個(各2個)の場合を例示するものであ
る。図3に示すように、第1の電源ピン5と第1の接地
ピン6の間にはトランジスタTr11が、また第2の電
源ピン7と第2の接地ピン8の間にはトランジスタTr
15がそれぞれ保護用に接続されている。さらに、第1
の電源ピン5と第2の電源ピン7の間、また第1の接地
ピン6と第2の接地ピン8の間には、それぞれ、トラン
ジスタTr13、Tr14が保護用に接続されている。
第1の電源ピン5と第2の接地ピン8の間、また第1の
接地ピン6と第2の電源ピン7の間には、それぞれ、ト
ランジスタTr16、Tr12が保護用に接続されてい
る。また、第1の電源ピン5、第1の接地ピン6、第2
の電源ピン7、第2の接地ピン8と、入力ピン3との間
には、それぞれ、トランジスタTr17、Tr18、T
r19、Tr20が保護用に接続されている。第1の電
源ピン5、第1の接地ピン6、第2の電源ピン7、第2
の接地ピン8と、出力ピン4との間には、それぞれ、ト
ランジスタTr24、Tr23、Tr22、Tr21が
保護用に接続されている。
【0007】以上のような構成によれば、第1の電源ピ
ン5、第1の接地ピン6、第2の電源ピン7、第2の接
地ピン8の相互の間に発生するサージや、第1の電源ピ
ン5、第1の接地ピン6、第2の電源ピン7、第2の接
地ピン8と、入力ピン3または出力ピン4との間、に発
生するサージを効果的に吸収することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体集積回路
装置は以上のように構成されていた。このため電源ピン
と接地ピンをそれぞれ複数有するような構成では、保護
素子を接続する組み合わせが増大してしまう。さらに、
すべての電源ピンや接地ピンに対して保護素子を接続す
るために、入力ピンや出力ピンの配線を引き回す必要が
出てくる。このため、チップサイズの増大を招き、コス
トを押し上げる要因となってしまう。このため、この点
に関する効果的な解決策が大きな課題になっている。
【0009】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的は、複数の電源ピンと複数の接地ピンを有する
装置において、チップサイズやチップコストの増大を招
くことなく、静電保護のための保護素子をすべての電源
ピン、接地ピン間及び入出力ピン相互間に配置した場合
と同等な耐サージ性を有する信頼性に優れた半導体集積
回路装置を得ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の装置は、半導体
回路に電源電圧を供給するための複数の電源ピンと、前
記電源ピンと協働して前記半導体回路に接地電圧を供給
するための複数の接地ピンと、前記半導体回路に信号を
入力するための入力ピンと、前記半導体回路から信号を
導出するための出力ピンと、前記電源ピン及び前記接地
ピンの中の1この特定ピンと、前記入力ピン、前記出力
ピン、前記特定ピン以外の電源ピン及び接地ピンとの間
に、それぞれ接続された保護素子と、を備え、前記入力
ピン及び前記出力ピンと、前記電源ピン及び前記接地ピ
ンのうちの前記特定ピン以外のピンとの間を直接接続す
る保護素子は備えず、前記特定ピン以外の2つのピンの
間は、この2つのうちの一方のピンと前記特定ピンとを
接続する前記保護素子と、前記特定ピンと、前記特定ピ
ンと前記2つのうちの他方のピンとを接続する前記保護
素子と、を介して接続されており、前記入力ピン及び前
記出力ピンは、前記前記特定ピン以外の前記電源ピン及
び前記接地ピンに、前記特定ピンを挟んで複数の前記保
護素子を直列接続したものを介して接続されているもの
として構成される。
【0011】
【作用】電源ピンと接地ピンとうちの1個の特定ピン
と、他のピンとの間には、それぞれ保護素子が介在して
いる。このため、それらのピン間のサージ電圧はそれぞ
れの保護素子で吸収される。また、特定ピン以外のピン
とそれ以外のピンとの間には、保護素子の複数が直列に
接続されたものが介在することになる。よって、それら
のピン間におけるサージ電圧は、複数の保護素子が直列
に接続されたものによって吸収される。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
【0013】図1は、本発明の一実施例に係る半導体集
積回路装置の保護回路構成図である。特に、電源ピンと
接地ピンがそれぞれ2個ある構成を例示するものであ
る。図1に示すように、第1の接地ピン6と第1の電源
ピン5の間には保護素子としてトランジスタTr1が、
第1の接地ピン6と第2の電源ピン7の間には保護素子
としてトランジスタTr2が、第1の接地ピン6と第2
の接地ピン8の間には保護素子としてトランジスタTr
3が、第1の接地ピン6と入力ピン3の間には保護素子
としてトランジスタTr4が、第1の接地ピン6と出力
ピン4の間には保護素子としてトランジスタTr5が、
それぞれ接続されている。つまり、第1の接地ピン6に
対して、一端が他の全てのピン4,5,7,8に接続さ
れた保護素子の他端が接続されている。
【0014】以上のような構成において、次にその動作
を第1表にしたがって説明する。
【0015】今、第1の接地ピン6と、第1の電源ピン
5、第2の電源ピン7、第2の接地ピン8、入力ピン
3、出力ピン4のうちのいずれかのピンとの間にサージ
電圧が発生とする。この場合は、トランジスタTr1、
Tr2、Tr3、Tr4、Tr5のいずれかが単独で電
圧降伏し、そのサージ電圧を吸収する。これに対して、
例えば、第1の電源ピン5と第2の電源ピン7の間にサ
ージ電圧が発生したとする。このサージ電圧に対して
は、トランジスタTr1、Tr2の保護回路が直列で作
用する。つまり、サージ電流が、トランジスタTr1、
Tr2に流れて、サージ保護動作を行なう。つまり、第
1の接地ピン6と他のピンとの間に発生したサージ電圧
は、1個の保護素子で吸収する。しかし、それ以外のピ
ンの組合わせ間で発生したサージ電圧は、2個以上の直
列とされた複数の保護素子の組み合わせで、サージ吸収
を行なうことになる。第1表は、各ピン間にサージが発
生したときに、そのサージの吸収に関与するトランジス
タの組み合わせを示すものである。この第1表からも明
らかなように、どのピン間に発生したサージ電圧も少な
くとも2個の保護用トランジスタが直列に接続されたも
のを通じて吸収される。
【0016】
【表1】 なお、上記実施例では、第1の接地ピン6を中心に保護
用のトランジスタを各ピンに向かって接続してゆく構成
を例示したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。例えば、第1の電源ピン5、第2の電源ピン7また
は第2の接地ピン8を中心に、他の各ピンに向かって保
護素子を接続するような構成としても同様の効果を得る
ことができる。また、上記実施例では、電源ピン、接地
ピンがそれぞれ2個の場合を例示した。しかし、それぞ
れが3個以上の場合や、電源ピンと接地ピンの数が異な
る場合等にも本発明を適用可能なことは言うまでもな
い。
【0017】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、入
力ピンと、出力ピンと、複数の電源ピン(高圧側の電源
ピン)や複数の接地ピン(低圧側の電源ピン)等のいわ
ゆる複数の電源側ピンと、を有する構造の半導体回路
で、電源側ピンのうちの特定ピンと、他のピン(この特
定ピン以外の電源側ピン・入力ピン・出力ピン)との間
を保護素子で接続するが、前記入力ピン及び前記出力ピ
ンと、前記電源ピン及び前記接地ピンのうちの前記特定
ピン以外のピンとの間を直接接続する保護素子は備え
ず、前記特定ピン以外の2つのピンの間は、この2つの
うちの一方のピンと前記特定ピンとを接続する前記保護
素子と、前記特定ピンと、前記特定ピンと前記2つのう
ちの他方のピンとを接続する前記保護素子と、を介して
接続するようにしたので、少ない数の保護素子で各ピン
間のサージ電圧を吸収することができ、これによりチッ
プ面積を低減してコストダウンを計ることができ、安価
で信頼性の高い半導体集積回路装置を得ることができ、
且つ、入力ピン及び出力ピンから見た場合には、これら
のピンは上記特定ピンのみに保護素子を介して接続され
ているにも拘わらず、入力ピン及び出力ピンのいずれ
も、前記特定ピン以外の電源側ピンにも複数の保護素子
を介して接続されることになり、入力ピン及び出力ピン
を特定ピン以外の電源側ピンに接続することなく、入力
ピン及び出力ピンにおけるサージ電圧を有効に吸収する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る半導体集積回路装置の
保護回路構成図である。
【図2】一般的な1電源ピン、1接地ピンの半導体集積
回路装置の保護回路構成図である。
【図3】従来の複数電源ピン、複数接地ピンの半導体集
積回路装置の保護回路構成図である。
【図4】保護素子であるバイポーラトランジスタの断面
構造の説明図である。
【図5】図4に示したバイポーラトランジスタの電圧−
電流特性図である。
【符号の説明】
1 電源ピン 2 接地ピン 3 入力ピン 4 出力ピン 5 第1の電源ピン 6 第1の接地ピン 7 第2の電源ピン 8 第2の接地ピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井 川 立 雄 神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地1 東芝マイクロエレクトロニクス株式会 社内 (56)参考文献 特開 平3−105962(JP,A) 特開 平2−28362(JP,A) 特開 平1−171897(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/822 H01L 27/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体回路に電源電圧を供給するための複
    数の電源ピンと、 前記電源ピンと協働して前記半導体回路に接地電圧を供
    給するための複数の接地ピンと、 前記半導体回路に信号を入力するための入力ピンと、 前記半導体回路から信号を導出するための出力ピンと、 前記電源ピン及び前記接地ピンの中の1個の特定ピン
    と、前記入力ピン、前記出力ピン、前記特定ピン以外の
    電源ピン及び接地ピンとの間に、それぞれ接続された保
    護素子と、 を備え、前記入力ピン及び前記出力ピンと、前記電源ピ
    ン及び前記接地ピンのうちの前記特定ピン以外のピンと
    の間を直接接続する保護素子は備えず、前記特定ピン以
    外の2つのピンの間は、この2つのうちの一方のピンと
    前記特定ピンとを接続する前記保護素子と、前記特定ピ
    ンと、前記特定ピンと前記2つのうちの他方のピンとを
    接続する前記保護素子と、を介して接続されており、前
    記入力ピン及び前記出力ピンは、前記前記特定ピン以外
    の前記電源ピン及び前記接地ピンに、前記特定ピンを挟
    んで複数の前記保護素子を直列接続したものを介して接
    続されていることを特徴とする半導体集積回路装置。
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