JP3141865B2 - Semiconductor integrated device - Google Patents

Semiconductor integrated device

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JP3141865B2 JP10373587A JP37358798A JP3141865B2 JP 3141865 B2 JP3141865 B2 JP 3141865B2 JP 10373587 A JP10373587 A JP 10373587A JP 37358798 A JP37358798 A JP 37358798A JP 3141865 B2 JP3141865 B2 JP 3141865B2
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mos transistor
transistor
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、相補型電界効果ト
ランジスタ(以下CMOSと略記する)の静電気保護装
置に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an electrostatic protection device for a complementary field effect transistor (hereinafter abbreviated as CMOS).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のCMOS半導体集積回路の保護装
置は、例えば特公昭62−37819に示される様に入
力もしくは出力端子に直接接続された保護装置が一般的
であった。すなわち端子から入ってくるサージ電圧を抵
抗手段で減衰させながら、直接電源に放電させる経路を
作るものであった。
2. Description of the Related Art A conventional protection device for a CMOS semiconductor integrated circuit is generally a protection device directly connected to an input or output terminal as shown in Japanese Patent Publication No. 62-37819. That is, a path for discharging directly to a power supply while attenuating a surge voltage coming from a terminal by a resistance means is made.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術では、半導体集積回路の加工寸法が微細化するにつ
れ、従来の方法では充分な保護ができない場合が出てき
た。半導体集積回路が微細化された場合、トランジスタ
のチャネル長は、図4に示すP+とN+拡散間の距離より
短くなり、従来と逆転する。このため、図1のダイオー
ド4,5,14が働かなくなり、従来充分な破壊耐圧を
有していた比較的ドレイン面積の大きな出力端子でも破
壊するようになった。この理由はドレインのPN接合の
逆耐圧に比べて出カトランジスタのソース・ドレイン間
のパンチみルー電圧が低くなり、本来阻止されるべきト
ラシジスタ部を介してサージ電荷が放電されるようにな
ったためである。これにより出力トランジスタのドレイ
ン拡散のゲート直下の接合が低いサージ電圧で破壊され
てしまうという課題を有する。
However, in the above-described prior art, as the processing dimensions of the semiconductor integrated circuit have become finer, there have been cases where the conventional method cannot provide sufficient protection. When the semiconductor integrated circuit is miniaturized, the channel length of the transistor becomes shorter than the distance between the P + and N + diffusions shown in FIG. For this reason, the diodes 4, 5, and 14 in FIG. 1 do not work, and even the output terminal having a relatively large drain area, which conventionally has a sufficient breakdown voltage, breaks down. The reason is that the punch-through voltage between the source and the drain of the output transistor is lower than the reverse withstand voltage of the drain PN junction, and the surge charge is discharged via the transistor which should be prevented. It is. As a result, there is a problem that the junction immediately below the drain diffusion gate of the output transistor is destroyed by a low surge voltage.

【0004】そこで本発明は、このような問題点を解決
するもので、その目的とするところは、CMOS集積回
路の電源間(Vcc−GND)にある逆接合と並列に電
界効果型トランジスタを設け、前記逆接合部のサージ電
荷の放電能力を高めることにより、従来よりチャネル長
の短い出力トランジスタ用いたいた場合でも、従来と同
水準のサージ電圧に耐え得ることのできる保護装置を提
供することにある。
Accordingly, the present invention is to solve such a problem, and an object thereof is to provide a field effect transistor in parallel with a reverse junction between power supplies (Vcc-GND) of a CMOS integrated circuit. By increasing the discharge capability of the surge charge at the reverse junction, it is possible to provide a protection device that can withstand the same level of surge voltage as in the past even when an output transistor with a shorter channel length is used. is there.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の保護装置は、入
力もしくは出力端子と入力トランジスタのゲートもしく
は出力トランジスタのドレインをつなぐ配線に一端を接
続し、他端を電源もしくはグランドに接続された第1と
第2のダイオードと、ソースもしくはドレインの一方を
前記電源に接続し、ゲートはオフ側電位に抵抗を介して
接続してなる絶縁ゲート型電界効果トランジスタを備え
たことを特徴とする。
According to the protection device of the present invention, one end is connected to a wiring connecting an input or output terminal and a gate of an input transistor or a drain of an output transistor, and the other end is connected to a power supply or a ground. An insulated gate field-effect transistor is provided in which the first and second diodes, one of a source and a drain, are connected to the power supply, and the gate is connected to an off-side potential via a resistor.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施例を示す
保護回路であって、CMOSインバータを出力回路とし
た場合である。図3は、図1の破線枠13で囲まれた部
分の集積回路のの平面パターン図の一例を示したもので
ある。図4は、拡散部分に着目して図3の断面構造を示
した図である。図2は、本発明の考え方を入力端子に適
用した場合の保護回路の一例を示す図である。
FIG. 1 shows a protection circuit according to an embodiment of the present invention, in which a CMOS inverter is used as an output circuit. FIG. 3 shows an example of a plan pattern diagram of an integrated circuit in a portion surrounded by a broken line frame 13 in FIG. FIG. 4 is a diagram showing the cross-sectional structure of FIG. 3 focusing on the diffusion portion. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a protection circuit when the concept of the present invention is applied to an input terminal.

【0007】さて図1において、端子1は電源であり、
一般的な回路では、動作時に数Vの電圧が端子3のグラ
ンドとの間に印加される。端子2は、PチャネルMOS
トランジスタ11とNチャネルトランジスタ12からな
るインバータの出力端子である。
In FIG. 1, terminal 1 is a power supply,
In a general circuit, a voltage of several volts is applied between the terminal 3 and the ground during operation. Terminal 2 is a P-channel MOS
An output terminal of the inverter including the transistor 11 and the N-channel transistor 12.

【0008】PチャネルMOSトランジスタ9は、ソー
スとゲートを電源Vccに接続し、ドレインをグランド
3に接続した通常非導通のトランジスタである。トラン
ジスタ9のチャネル長は、集積回路内のトランジスタの
最短のチャネル長と同一にする。またトランジスタ1
1,12のチャネル長は、トランジスタ9よりもわずか
に長くする。トランジスタ11,12のチャネル長を長
くしない場合は、トランジスタ11,12のドレインに
抵抗4,5より大きな抵抗を抵抗10とは別に設ける。
こうすることによってサージ電荷の放電しきい値電圧
は、図1のAもしくはBの経路が最小となる。ダイオー
ド4,5の逆方向やトランジスタ11,12のチャネル
を通る経路は、経路A,Bよりも高い電圧でないと放電
経路が形成されないため、サージ電荷は経路A,Bを優
先して流れる。
P channel MOS transistor 9 is a normally non-conductive transistor having a source and a gate connected to power supply Vcc and a drain connected to ground 3. The channel length of the transistor 9 is the same as the shortest channel length of the transistor in the integrated circuit. Transistor 1
The channel lengths of 1 and 12 are slightly longer than those of the transistor 9. When the channel length of the transistors 11 and 12 is not increased, a resistor larger than the resistors 4 and 5 is provided at the drains of the transistors 11 and 12 separately from the resistor 10.
By doing so, the discharge threshold voltage of the surge charge is minimized in the path A or B in FIG. A path through the opposite direction of the diodes 4 and 5 or through the channels of the transistors 11 and 12 does not form a discharge path unless the voltage is higher than the paths A and B. Therefore, the surge charge flows through the paths A and B with priority.

【0009】抵抗8,10は、保護抵抗で、拡散もしく
は多結晶シリコン等の半導体集積回路の導電性材料を用
いて形成される。ダイオード4,5は、従来の保護装置
で用いられているP+-,N+-接合で、端子2と電源
1,3の間に接続される。抵抗6,7,16は、通常ダ
イオード4,5,14を形成するときに必然的にできる
Pウエル,Nウエル抵抗である。サージ電荷が流れた場
合、抵抗6,7とトランジスタ9とでサージ電圧が分圧
され、トランジスタ9の破壊耐圧を上げる働きをする。
抵抗10は、出力トランジスタのドレイン面積が小さい
場合に、サージ耐圧を上げるために付加される0Ωから
数100Ωの抵抗である。図3は、抵抗10がない場合
を示してある。本発明では、OUT端子2に印加された
サージ電荷は、図1のAもしくはB経路をたどって電源
端子1,3に放電される。経路Aは、Vcc端子1に対
してOUT端子2がマイナスのサージ電圧を受けた場合
である。一方経路Bは、GND端子3に対してOUT端
子がプラスのサージを受けた場合である。この場合ダイ
オード4,5は、順方向にバイアスされるので、破壊さ
れにくい。非導通のPチャネルトランジスタ9は、高電
圧サージがソース・ドレイン間に印加されるとパンチス
ルーやソース,ドレインそれにサブからなる寄生PNP
バイポーラトランジスタがオンし、サージ電流が流れ
る。このとき抵抗6,7がサージ電流を制限し、またサ
ージ電圧を分圧するので、トランジスタ11,12をサ
ージ電流が流れる場合に比べてトランジスタ9は破壊さ
れにくい。したがってトランジスタ9のチャネル幅は、
電流集中を緩和する目的で、できるだけ長くすることが
望ましい。図3,図4に示すようにトランジスタ9は、
サブ〜サブ領域に形成できるため、大きな集積回路面積
を必要とせず、長いチャネル幅のトランジスタを作るこ
とができる。また図3では省略してあるが、タイオード
4,5を形成する拡散部は金属配線により均一に低抵抗
化して、経路A,Bのインピーダンスを最小化する必要
がある。
The resistors 8 and 10 are protection resistors and are formed by using a conductive material of a semiconductor integrated circuit such as diffusion or polycrystalline silicon. Diodes 4,5, P + n used in the conventional protection device -, N + P - at the junction, is connected between the terminal 2 and the power supply 1 and 3. The resistances 6, 7, 16 are P-well and N-well resistances which are usually formed when the diodes 4, 5, 14 are formed. When the surge charge flows, the surge voltage is divided by the resistors 6 and 7 and the transistor 9, and functions to increase the breakdown voltage of the transistor 9.
The resistance 10 is a resistance of 0 Ω to several 100 Ω added to increase the surge withstand voltage when the drain area of the output transistor is small. FIG. 3 shows a case where the resistor 10 is not provided. In the present invention, the surge charge applied to the OUT terminal 2 is discharged to the power supply terminals 1 and 3 following the path A or B in FIG. The path A is a case where the OUT terminal 2 receives a negative surge voltage with respect to the Vcc terminal 1. On the other hand, the path B is a case where the OUT terminal receives a positive surge with respect to the GND terminal 3. In this case, since the diodes 4 and 5 are biased in the forward direction, they are not easily broken. When a high-voltage surge is applied between the source and the drain, the non-conductive P-channel transistor 9 generates a punch-through, a parasitic PNP composed of a source, a drain and a sub
The bipolar transistor is turned on, and a surge current flows. At this time, since the resistors 6 and 7 limit the surge current and divide the surge voltage, the transistor 9 is less likely to be destroyed than when the surge current flows through the transistors 11 and 12. Therefore, the channel width of transistor 9 is
In order to reduce current concentration, it is desirable to make the length as long as possible. As shown in FIGS. 3 and 4, the transistor 9
Since the transistor can be formed in the sub-sub-region, a transistor having a long channel width can be manufactured without requiring a large integrated circuit area. Although not shown in FIG. 3, it is necessary to uniformly reduce the resistance of the diffusion portions forming the diodes 4 and 5 by metal wiring to minimize the impedance of the paths A and B.

【0010】以上本発明によれば、トランジスタ9に相
当するトランジスタは、NチャネルMOSトランジスタ
でも良く、またPチャネルMOSトランジスタとNチャ
ネルMOSトランジスタを並列に設けても良いことは明
らかである。また図2に示されるように入力端予に対し
ても、同一の考え方で本発明の保護回路を適用すること
ができる。
According to the present invention, it is clear that the transistor corresponding to the transistor 9 may be an N-channel MOS transistor, or a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor may be provided in parallel. Further, as shown in FIG. 2, the protection circuit of the present invention can be applied to the input terminal based on the same concept.

【0011】[0011]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、半導
体集積回路の加工寸法に応じてサージ電荷の放電経路を
最適化できるため、本保護装置を設けるために加工プロ
セス条件の変更、追加を必要とせず、また再現性の高い
保護装置が得られる。またトランジスタ9は、直接OU
T端子につながらないので、本来の回路動作に影響を与
えることはない。さらにサブ〜サブ領域を使って第2の
MOSトランジスタを形成できるので、集積回路化に有利
で、応用の自由度が高い。更に、第2のMOSトランジス
タをパットの近傍に配置することにより、保護素子に近
接してレイアウトでき、均一に放電させることができる
とともに、パッド周辺の領域を有効に使うことができ、
チップ面積の増大を防ぐことができる。
As described above, according to the present invention, the discharge path of the surge charge can be optimized according to the processing dimensions of the semiconductor integrated circuit. And a protective device with high reproducibility can be obtained. Transistor 9 is directly connected to OU
Since it is not connected to the T terminal, it does not affect the original circuit operation. Furthermore, the second using sub-sub area
Since a MOS transistor can be formed, it is advantageous for integration and has a high degree of freedom in application. Further, by arranging the second MOS transistor near the pad, the layout can be performed in the vicinity of the protection element, uniform discharge can be achieved, and the area around the pad can be used effectively.
An increase in chip area can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の保護装置の一構成例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a protection device according to the present invention.

【図2】本発明を入力端子に適用した場合の構成を示す
図。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration when the present invention is applied to an input terminal.

【図3】本発明の保護装置の集積回路パターンを示す略
図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an integrated circuit pattern of the protection device of the present invention.

【図4】図3の断面図。FIG. 4 is a sectional view of FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…………電源Vcc 2…………出力端子 3…………グランドGND 4,5……保護ダイオード 9…………PチャネルMOSトランジスタ 8,10…保護抵抗 11,12…出力トランジスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power supply Vcc 2 ... Output terminal 3 ... Ground GND 4, 5 ... Protection diode 9 ... P-channel MOS transistor 8, 10 ... Protection resistor 11, 12 ... Output transistor

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/78 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/822 H01L 21/8238 H01L 27/04 H01L 27/06 H01L 27/092 H01L 29/78 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 29/78 (58) Investigated field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/822 H01L 21/8238 H01L 27/04 H01L 27 / 06 H01L 27/092 H01L 29/78

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】入力端子又は出力端子と、該入力端子又は
該出力端子から配線を介して接続された第1のMOSト
ランジスタと、前記配線に一端が接続されるとともに他
端が第1の電源に接続された第1のサージ導通手段と前
記配線に一端が接続されるとともに他端が第2の電源に
接続された第2のサージ導通手段とを備えた半導体集積
装置において、 前記第1の電源にソースが接続され、前記第2の電源に
ドレインが接続されるとともに通常非導通となる電位に
ゲートが接続された第2のMOSトランジスタを有し、 前記第2のMOSトランジスタのチャネル長は前記第1
のMOSトランジスタのチャネル長より短く設定され前
記第2のMOSトランジスタのドレイン領域は前記半導
体装置を構成する第1導電型の半導体基板と前記半導体
基板に形成された第2導電型のウェル領域とにまたがっ
て形成される拡散層であることを特徴とする半導体集積
装置。
An input terminal or an output terminal, a first MOS transistor connected from the input terminal or the output terminal via a wiring, and one end connected to the wiring and the other end connected to a first power supply. A first surge conducting means connected to a first power supply and a second surge conducting means having one end connected to the wiring and the other end connected to a second power supply; A second MOS transistor having a source connected to a power supply, a drain connected to the second power supply, and a gate connected to a potential which is normally non-conductive; and a channel length of the second MOS transistor is The first
The drain region of the second MOS transistor is set to be shorter than the channel length of the second MOS transistor and is connected to a first conductivity type semiconductor substrate constituting the semiconductor device and a second conductivity type well region formed on the semiconductor substrate. A semiconductor integrated device, which is a diffusion layer formed to extend over.
【請求項2】前記第2のMOSトランジスタはパッドの
近傍に配置されてなることを特徴とする請求項1記載の
半導体集積装置。
2. The semiconductor integrated device according to claim 1, wherein said second MOS transistor is arranged near a pad.
【請求項3】前記第1のMOSトランジスタおよび前記
第2のMOSトランジスタ以外のMOSトランジスタの
チャネル長が前記第2のMOSトランジスタのチャネル
長と同等もしくは長いことを特徴とする請求項2記載の
半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein a channel length of a MOS transistor other than said first MOS transistor and said second MOS transistor is equal to or longer than a channel length of said second MOS transistor. apparatus.
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