JP3140419B2 - Lcdコントローラーicの保護回路 - Google Patents

Lcdコントローラーicの保護回路

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JP3140419B2 JP10101571A JP10157198A JP3140419B2 JP 3140419 B2 JP3140419 B2 JP 3140419B2 JP 10101571 A JP10101571 A JP 10101571A JP 10157198 A JP10157198 A JP 10157198A JP 3140419 B2 JP3140419 B2 JP 3140419B2
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/045Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage adapted to a particular application and not provided for elsewhere
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Liquid Crystal Display Device Control (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】パネルを有するモジュールに使用
されるLCDコントローラーICの保護回路に関するも
のである。
【0002】
【従来技術】静電破壊に関してはは種々のモードが知ら
れている(たとえば電子情報通信学会 信学技法 ED9
4―58 P25−30)。代表的なモードであるHB
M(Human Body Model)、MM(Mac
hine Model)はパルスがHBMの場合 10
E―8sec MMの場合 10E−10secから10E−9sec
であった。
【0003】従来は、図2に示すように入力パッド1に
接続する第1ノーマリーオフ型のNMOSトランジスタ
2及び第2ノーマリーオフ型のNMOSトランジスタ3
のみを有した保護回路を使用していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】パネルを有するモジュ
ールに使用されるLCDコントローラーの場合には、モ
ジュールに帯電するために、CDM(Charged
Device Model)に代表される小容量への帯
電となるために、電荷の移動がHBM、MMに比較して
更に速くなりピコ秒(10E−12から10E−11s
ec)程度となる。
【0005】従来技術では、電荷の移動が非常に速いた
め、IC内での電荷は配線容量や基板抵抗、ウェル抵抗
等により移動速度が異なるため、入力回路のMOSトラ
ンジスタのゲート酸化膜に電界がかかり静電破壊を起こ
していた。この速いパルスによるゲート酸化膜の破壊は
微細化が進みゲート酸化膜の膜厚が薄くなるにつれて非
常に顕著になってきている。
【0006】
【課題を解するための手段】ゲート酸化膜にダメージを
与える電界がかからないようにするため、第1及び第2
のノーマリオフ型NMOSトランジスタを入力ゲート回
路の間に抵抗と、入力回路直前に第3のノーマリオフ型
PMOS、第4のノーマリオフ型NMOSを設けた。
【0007】ゲート酸化膜に電界がかかる場合には第
3、第4トランジスタが有するダイオード、もしくはト
ランジスタのドレインのアバランシェ降伏電流、バンド
間トンネリング電流により電荷を逃がすことができるの
で、入力回路のゲート酸化膜に電界がかからず、絶縁破
壊に至らずに済む。
【0008】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態を以下実施例を
用いて説明する。 (実施例1)図1にP型半導体基板上に設けられたLC
DコントローラーICの入力回路に本発明の保護回路を
構成した例を示す。入力パッド1と入力インバータ回路
7の間に、入力パッドと電源線10(以下 Vdd)をつ
なぐ第1ノーマリオフ型NMOSトランジスタ−2と入
力パッドと接地線11(以下 Vss)をつなぐ第2ノ
ーマリオフ型NMOSトランジスタ3を設ける。
【0009】第1、第2のトランジスタはトランジスタ
のチャネル長が短く、チャネル幅が大きい程よいが、ト
ランジスタのチャネルリークや保護系が大きくなること
を考慮すると、チャネル長は1から3um、チャネル幅
は100から300umが良い。また第1、第2ノーマ
リオフトランジスタのゲート電極の電位はともにVss
に接続する。第1、第2のノーマリオフ型NMOSトラ
ンジスタと入力インバーター回路7の間に200オーム
以上の抵抗6を挿入する。この抵抗6は、多結晶シリコ
ン膜で構成するのがよいが、半導体基板内の拡散抵抗で
も構わない。この抵抗6と入力インバーター回路7の間
にVdd側に第3のノーマリオフ型PMOSトランジス
タ4とVss側に第4のノーマリオフ型NMOSトラン
ジスタ5を配置する。この第3、第4のノーマリオフ型
トランジスタは第1、第2ノーマリオフ型トランジスタ
の10分の1くらいのトランジスタ幅をもっていればよ
い。第3ノーマリオフ型PMOSトランジスタのゲー電
極はVddに、第4ノーマリオフ型NMOSトランジス
タのゲート電極はVssに接続されている。またこの第
3ノーマリオフ型PMOSトランジスタ4は入力インバ
ータ回路のPMOSトランジスタと同一ウェル内に形成
されている方が好ましい。
【0010】以下にこの保護回路の動作について説明す
る。LCDコントローラーICが実装されるパネルモジ
ュールは表示部が絶縁体で構成されるために、表面電荷
が溜りよやすく、接地したときにCDMに近いモードと
なる。CDMで問題となるのは入力回路のMOSトラン
ジスタに於いてゲート酸化膜を挟んだゲート電極と基
板、ソース電極、ドレイン電極間にゲート酸化膜の絶縁
破壊電界近くあるいは以上の電界がかかってしまいゲー
ト酸化膜が破壊してしまうことである。本発明の構成で
は、第1及び第2のノーマリオフNMOSトランジスタ
はドレインのアバランシェ降伏もしくはダイオードの順
方向動作によりICに溜まった電荷の大部分を流す。
【0011】第1、第2と第3、第4のノーマリオフト
ランジスタの間にある抵抗は入力回路にトランジスタの
ゲート電極の電荷がすぐに移動しないように遅延させる
ものである。この抵抗がないとゲート電極に帯電してい
る電荷はIC接地後すぐに抜けてしまうのに対し半導体
基板、ウェルの電荷はまだ抜けていないのでゲート酸化
膜に電界がかかってしまう。よってこの抵抗は十分大き
くしなければならないが、大きくし過ぎると、ゲート電
極の電荷よりも半導体基板、ウェルの電荷が先に抜けて
しまうため、これもゲート酸化膜に過度の電界がかかる
原因となる。よって抵抗の抵抗値には最適となる値が存
在することになるが、その最適値は回路のレイアウト毎
に違うと考えられる、そこでこの抵抗値は十分大きくし
ておき、入力回路のトランジスタのゲート電極の電荷が
抜けるのを十分遅くする。
【0012】次に入力回路のゲート電極直前に第2のN
MOSとPMOSのノーマリオフトランジスタを入れゲ
ート電極の電荷により半導体基板との電位差がつく場合
には、トランジスタの有するダイオード、もしくはトラ
ンジスタのドレインアバランシェ降伏電流、基板とドレ
イン間のバンド間トンネリング電流によりゲート電極の
電荷を逃がす。よってこちらの第3、第4のノーマリオ
フトランジスタは入力回路のゲート電極の電荷を逃がす
だけなので、第1、第2のノーマリオフトランジスタの
ような大きな電流は流れず、トランジスタサイズは小さ
くてよい。
【0013】近年の微細化によりゲート酸化膜は薄膜化
の方向へ進んでいる。ゲート酸化膜に電界はかかってし
まう場合、破壊電界はおおよそ11MV/cm位である
が8MV/cm以上では壊れないまでも、低電界でのリ
ーク電流が増えたりしてしまうために品質を保証出来な
くなる。例えば200オングストロームのゲート酸化膜
の場合にはゲート酸化膜にかかる電界は16V位、15
0オングストロームの場合は12V位までである。よっ
てこれらの印加電界以下で電流を流すことのできる第
3、第4のノーマリオフ型トランジスタが望まれる。具
体的な方法としてはドレインの不純物濃度を内部回路に
比べ濃くしドレインと半導体基板間でのバンド間トンネ
リング電流がVddより少し高い電圧で流れるようにで
きる。
【0014】(実施例2)図3にP型半導体基板上に設
けられたLCDコントローラーICの入力回路に本発明
の保護回路を構成した例を示す。入力パッド1と入力イ
ンバータ回路7の間に、入力パッドと電源線10(以下
Vdd)をつなぐ第1ノーマリオフ型NMOSトランジ
スタ2と入力パッドと接地線11(以下 Vss)をつ
なぐ第2ノーマリオフ型NMOSトランジスタ3を設け
る。
【0015】第1、第2ノーマリオフ型NMOSトラン
ジスタと入力インバータ回路7の間に200オーム以上
の抵抗6を挿入する。この抵抗は、多結晶シリコン膜で
構成するのがよいが、半導体基板内の拡散抵抗でも構わ
ない。この抵抗6と入力インバータ回路7の間にVdd
側にN+/P型基板からなる第1のダイオードとVss
側にP+/Nウェルからなる第2のダイオードを配置す
る。これらのダイオードはもちろん第3図に記載されて
いるようにIC動作時にはダイオードの逆バイアスとな
る方向で設けられたものである。またこの第1のダイオ
ードは入力インバータ回路のPMOSトランジスタと同
一ウェル内に形成されている方が好ましい。
【0016】動作は実施例1と本質的には同じである
が、ダイオードであるので順方向もしくは逆方向での動
作となる。 (実施例3)図4にP型半導体基板上に設けられたLC
DコントローラーICの入力回路に本発明の保護回路を
構成した例を示す。入力パッド1と入力インバータ回路
7の間に、入力パッドと電源線10(以下 Vdd)をつ
なぐ第1ノーマリオフ型NMOSトランジスタ2と入力
パッドと接地線11(以下 Vss)をつなぐ第2ノー
マリオフ型NMOSトランジスタ3を設ける。
【0017】第1、第2ノーマリオフ型NMOSトラン
ジスタと入力インバータ回路7の間に200オーム以上
の抵抗6を挿入する。この抵抗は、多結晶シリコン膜で
構成するのがよいが、半導体基板内の拡散抵抗でも構わ
ない。この抵抗6と入力インバータ回路7の間にVdd
側にノーマリオフ型NMOSトランジスタ12とVss
側に第4のノーマリオフ型NMOSトランジスタ5を配
置する。ノーマリオフ型NMOSトランジスタ12と第
4のノーマリオフ型トランジスタは第1、第2ノーマリ
オフ型トランジスタの10分の1くらいのトランジスタ
幅をもっていればよい。ノーマリオフ型NMOSトラン
ジスタ12のゲー電極及び第4ノーマリオフ型NMOS
トランジスタのゲート電極はVssに接続されている。
【0018】
【発明の効果】実施例ではP型半導体基板の場合につい
て説明したが、N型半導体基板の場合でもP型ウェル内
に設けられたNMOSを利用することにより、本発明を
実施できる。N型半導体基板の場合には第4ノーマリオ
フ型NMOSトランジスタが入力回路のNMOSトラン
ジスタと同一Pウェル内に形成される方が好ましい点の
みがP型半導体基板上に設けた場合と異なっている。
【0019】本発明のように構成されたLCDコントロ
ーラーICは、保護回路が入力回路のゲート酸化膜に大
きな電界がかからないようにできるので、静電破壊を起
こすことがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の実施例1を説明するための保
護回路図である。
【図2】図2は、従来技術を説明するための保護回路図
である。
【図3】図3は、本発明の実施例2を説明するための保
護回路図である。
【図4】図4は、本発明の実施例3を説明するための保
護回路図である。
【符号の説明】
1 入力パッド 2 第1ノーマリオフ型NMOSトランジスタ 3 第2ノーマリオフ型NMOSトランジスタ 4 第3ノーマリオフ型PMOSトランジスタ 5 第4ノーマリオフ型NMOSトランジスタ 6 抵抗 7 入力インバーター回路 8 第1のダイオード 9 第2のダイオード 10 電源線(Vdd) 11 接地線(Vss) 12 ノーマリオフ型NMOSトランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/133 505 G09G 3/36

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 LCDコントローラICの入力回路の保
    護回路に於いて、入力パッドに接続し、電源線との間に
    設けられた第1ノーマリオフNMOSトランジスタと、
    接地線との間に設けられた第2ノーマリーオフ型のNM
    OSトランジスタと、該ノーマリーオフ型のNMOSト
    ランジスタとMOSトランジスタからなる入力回路の間
    に配置された抵抗と、該抵抗と入力回路の間に配置さ
    れ、電源線と接続するように設けられた第3ノーマリー
    オフ型のPMOSもしくはNMOSトランジスタ、と接
    地線と接続するように設けられた第4ノーマリーオフ型
    のNMOSトランジスタからなることを特徴とするLC
    DコントローラーICの保護回路。
  2. 【請求項2】 前記の第3ノーマリーオフ型のPMOS
    トランジスタ、及び第4ノーマリーオフ型のNMOSト
    ランジスタがダイオードであることを特徴とする請求項
    1記載のLCDコントローラーICの保護回路。
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