JP3204118B2 - Internal protection circuit for CMOS integrated circuit - Google Patents

Internal protection circuit for CMOS integrated circuit

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JP3204118B2
JP3204118B2 JP25695296A JP25695296A JP3204118B2 JP 3204118 B2 JP3204118 B2 JP 3204118B2 JP 25695296 A JP25695296 A JP 25695296A JP 25695296 A JP25695296 A JP 25695296A JP 3204118 B2 JP3204118 B2 JP 3204118B2
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Description

【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、相補形金属酸化膜
半導体(CMOS)集積回路のための保護回路に関し、特
に、静電応力(electrostatic stress)によるゲート酸
化膜損傷を防止するCMOS集積回路の内部保護回路に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a protection circuit for a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) integrated circuit, and more particularly, to a protection circuit for a CMOS integrated circuit which prevents gate oxide damage due to electrostatic stress. It relates to an internal protection circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、CMOS装置は、発達しつつある
各製造工程およびその機能的柔軟性の結果として多数の
ディジタル集積回路およびアナログ集積回路の主要なコ
ンポーネントになっている。半導体技術が進歩し続ける
につれて、より小さいコンポーネントはCMOS集積回
路の全領域の減少を必要としている。この装置の領域減
少は、CMOS回路の性能に影響を及ぼすいくつかの問
題を生じる。例えば、MOSトランジスタの大きさが減少
するにつれて、ゲート酸化膜はあまりにも薄すぎるので
高入力電圧に耐えることができず、酸化膜損傷を引き起
こすという事態が生じる。したがって、CMOS集積回
路には、しばしばCMOS回路を構成する内部素子を高
入力電圧から保護するための入出力保護回路が設けられ
ている。この入出力保護回路、即ち静電放電(ESD)回路
は、外部信号の高電流、即ち熱フローをバイパスして、
CMOS回路を構成する内部素子を保護している。
BACKGROUND OF THE INVENTION Traditionally, CMOS devices have become a major component of many digital and analog integrated circuits as a result of each evolving manufacturing process and its functional flexibility. As semiconductor technology continues to advance, smaller components require a reduction in the total area of CMOS integrated circuits. This reduced area of the device creates several problems that affect the performance of the CMOS circuit. For example, as the size of MOS transistors decreases, the gate oxide film is too thin to withstand high input voltages, which can cause oxide film damage. Therefore, CMOS integrated circuits are often provided with an input / output protection circuit for protecting internal elements constituting the CMOS circuit from high input voltages. This input / output protection circuit, that is, the electrostatic discharge (ESD) circuit, bypasses the high current of external signals, that is, heat flow,
The internal elements that make up the CMOS circuit are protected.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、CMO
S集積回路での異なる素子間に転送される内部信号もま
た、薄い酸化膜トランジスタに対して危険であることが
あり、その内部素子を損傷し得る。例えば、図5に示す
ように、CMOS集積回路では、第1の内部回路3およ
び第2の内部回路7は導電線5によって接続されてい
る。この導電線5は、第1の回路3から第2の回路7に
信号を転送する機能を有している。このCMOS集積回
路の2つの内部回路3および内部回路7は、異なる機能
を有していてもよいし又は異なる電圧源によってバイア
スされていてもよい。また、この導電線5が十分長いな
らば、オーバーシュート信号又はアンダーシュート信
号、即ち比較的高電圧の信号が、第2の回路7の入力ノ
ードでの導電線5上に存在し、第2の回路7を構成する
内部素子を損傷することがある。
However, the CMO
Internal signals transferred between different elements in an S integrated circuit can also be dangerous to thin oxide transistors and can damage the internal elements. For example, as shown in FIG. 5, in a CMOS integrated circuit, a first internal circuit 3 and a second internal circuit 7 are connected by a conductive line 5. The conductive line 5 has a function of transferring a signal from the first circuit 3 to the second circuit 7. The two internal circuits 3 and 7 of this CMOS integrated circuit may have different functions or may be biased by different voltage sources. If the conductive line 5 is long enough, an overshoot signal or an undershoot signal, that is, a relatively high voltage signal is present on the conductive line 5 at the input node of the second circuit 7, and The internal elements constituting the circuit 7 may be damaged.

【0004】また、長い導電線5がアンテナの役割を果
たし得るので、電荷が誘導され、第2の回路7に伝達さ
れることがある。導電線5の長さのために、プラズマ充
電損傷が第2の回路7で発生することがある。したがっ
て、第2の回路7の内部素子は損傷する可能性があり、
CMOS集積回路の性能に影響を及ぼす虞がある。
[0004] Further, since the long conductive wire 5 can serve as an antenna, electric charges may be induced and transmitted to the second circuit 7. Due to the length of the conductive line 5, plasma charging damage may occur in the second circuit 7. Therefore, the internal elements of the second circuit 7 may be damaged,
It may affect the performance of the CMOS integrated circuit.

【0005】このような前述の内部素子の損傷の大部分
は、薄い酸化膜装置又は寄生フィールド酸化膜のドレイ
ン接合破壊によって引き起こされる静電損傷である。
The majority of such internal device damage is electrostatic damage caused by drain junction breakdown of thin oxide devices or parasitic field oxide.

【0006】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、CMOS集積回路を構成する第1、第2の回路間で
あって入力側となる第2の回路の内部素子への入力信号
レベルを制限することによって、該内部素子を静電損傷
から保護することができるCMOS集積回路の内部保護
回路を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problem, in which an input signal level to an internal element of a second circuit on the input side between first and second circuits constituting a CMOS integrated circuit is provided. It is an object of the present invention to provide an internal protection circuit of a CMOS integrated circuit that can protect the internal element from electrostatic damage by restricting the above.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のCMOS集積回
路の内部保護回路は、第1の回路、第2の回路及び両回
路間を接続する導電線を有するCMOS集積回路であっ
て前記導電線上を転送される信号から前記第2の回路を
保護するCMOS集積回路の内部保護回路において、第
1の電圧源と、この第1の電圧源と導電線との間に接続
され、導電線上に伝達されるオーバーシュート信号をク
ランプする第1のクランプ素子と、第2の電圧源と、こ
の第2の電圧源と導電線との間に接続され、導電線上に
伝達されるアンダーシュート信号をクランプする第2の
クランプ素子とを備え、第1のクランプ素子および第2
のクランプ素子が第2の回路側に近接して接続されてい
ることを特徴とするものである。
An internal protection circuit for a CMOS integrated circuit according to the present invention is a CMOS integrated circuit having a first circuit, a second circuit, and a conductive line connecting between the two circuits, wherein the circuit is provided on the conductive line. In a CMOS integrated circuit internal protection circuit for protecting the second circuit from a transferred signal, a first voltage source is connected between the first voltage source and a conductive line, and transmitted on the conductive line. A first clamp element for clamping an overshoot signal to be applied, a second voltage source, and a clamp between the second voltage source and the conductive line for clamping an undershoot signal transmitted on the conductive line. A first clamp element and a second clamp element.
Are connected in close proximity to the second circuit side.

【0008】第2の回路内の内部素子への入力信号の電
圧レベルは、その内部素子の破壊電圧よりも高くなるこ
とがあるが、本発明においては、導電線上に伝達される
オーバーシュート信号を第1のクランプ素子でクランプ
し、また、導電線上に伝達されるアンダーシュート信号
を第2のクランプ素子でクランプするので、このときに
起こり得る静電損傷から内部素子を保護するように第2
の回路の内部素子への入力信号レベルが制限されて、そ
の内部素子を静電損傷から保護することが可能となる。
そして、内部保護回路が第2の回路側に近接して接続さ
れていることで、第2の回路のより良い保護が得られ
る。
Although the voltage level of an input signal to an internal element in the second circuit may be higher than the breakdown voltage of the internal element, in the present invention, an overshoot signal transmitted on a conductive line is generated. Since the first clamp element clamps and the undershoot signal transmitted on the conductive line is clamped by the second clamp element, the second element is protected so as to protect the internal elements from possible electrostatic damage at this time.
The input signal level to the internal element of the circuit is limited, and the internal element can be protected from electrostatic damage.
Further, since the internal protection circuit is connected close to the second circuit side, better protection of the second circuit is obtained.

【0009】より好ましくは、第1のクランプ素子およ
び第2のクランプ素子と、第2の回路との間の導電線の
長さが5μm〜100μmの範囲内であることを特徴とす
る。
More preferably, the length of the conductive line between the first and second clamp elements and the second circuit is in the range of 5 μm to 100 μm.

【0010】この構成により、内部保護回路と第2の回
路との間の好ましい距離は100μm以内であり、かつ、
クランプ素子がトランジスタの場合にそのドレイン領域
は高静電電流をバイパスするので、これらの領域は、第
2の回路での内部素子の入力ゲートからのある所定距離
5μm以上に維持されるべきである。
According to this configuration, a preferable distance between the internal protection circuit and the second circuit is within 100 μm, and
Since the drain regions bypass high electrostatic currents when the clamp elements are transistors, these regions should be maintained at a certain distance of at least 5 μm from the input gate of the internal device in the second circuit. .

【0011】さらに、好ましくは、本発明のCMOS集
積回路の内部保護回路において、第1のクランプ素子
が、前記導電線に接続されているアノード、および第1
の電圧源に接続されているカソードを有するダイオード
であることと、第2のクランプ素子が、前記第2の電圧
源に接続されているアノード、および前記導電線に接続
されているカソードを有するダイオードであることのう
ち少なくとの何れかであることを特徴とする。即ち、好
ましくは、本発明のCMOS集積回路の内部保護回路に
おける第1のクランプ素子が、前記導電線に接続されて
いるアノード、および前記第1の電圧源に接続されてい
るカソードを有するダイオードである。また、好ましく
は、本発明のCMOS集積回路の内部保護回路における
第2のクランプ素子が、前記第2の電圧源に接続されて
いるアノード、および前記導電線に接続されているカソ
ードを有するダイオードである。さらに、好ましくは、
本発明のCMOS集積回路の内部保護回路における第1
のクランプ素子が、導電線に接続されているアノード、
および第1の電圧源に接続されているカソードを有する
ダイオードであり、第2のクランプ素子が、第2の電圧
源に接続されているアノード、および前記導電線に接続
されているカソードを有するダイオードである。
Still preferably, in a CMOS integrated circuit according to the present invention, the first clamp element includes an anode connected to the conductive line, and a first clamp element.
A diode having a cathode connected to the second voltage source, and a diode having a second clamp element having an anode connected to the second voltage source, and a cathode connected to the conductive line. Is characterized by being at least one of the following. That is, preferably, the first clamp element in the internal protection circuit of the CMOS integrated circuit of the present invention is a diode having an anode connected to the conductive line and a cathode connected to the first voltage source. is there. Preferably, the second clamp element in the internal protection circuit of the CMOS integrated circuit of the present invention is a diode having an anode connected to the second voltage source and a cathode connected to the conductive line. is there. Further, preferably,
The first embodiment of the internal protection circuit of the CMOS integrated circuit according to the present invention
An anode connected to the conductive line,
And a diode having a cathode connected to the first voltage source, wherein the second clamp element has an anode connected to the second voltage source, and a cathode connected to the conductive line. It is.

【0012】また、好ましくは、本発明のCMOS集積
回路の内部保護回路において、第1のクランプ素子が、
第1の電圧源に接続されているソース電極と、第1の電
圧源または第3の電圧源に接続されているゲート電極
と、導電線に接続されているドレイン電極とを有するP
MOSトランジスタであること、および、第2のクラン
プ素子が、導電線に接続されているドレイン電極と、第
2の電圧源に接続されているゲート電極およびソース電
極とを有するNMOSトランジスタであることのうち少
なくとも何れかであることを特徴とする。即ち、好まし
くは、本発明のCMOS集積回路の内部保護回路におけ
る第1のクランプ素子が、第1の電圧源に接続されてい
るソース電極と、第1の電圧源または第3の電圧源に接
続されているゲート電極と、前記導電線に接続されてい
るドレイン電極とを有するPMOSトランジスタであ
る。また、好ましくは、本発明のCMOS集積回路の内
部保護回路における第2のクランプ素子が、導電線に接
続されているドレイン電極と、第2の電圧源に接続され
ているゲート電極およびソース電極とを有するNMOS
トランジスタである。さらに、好ましくは、本発明のC
MOS集積回路の内部保護回路において、第1のクラン
プ素子が、第1の電圧源に接続されているソース電極
と、第1の電圧源または第3の電圧源に接続されている
ゲート電極と、前記導電線に接続されているドレイン電
極とを有するPMOSトランジスタであり、第2のクラ
ンプ素子が、導電線に接続されているドレイン電極と、
第2の電圧源に接続されているゲート電極およびソース
電極とを有するNMOSトランジスタである。
Preferably, in the internal protection circuit for a CMOS integrated circuit according to the present invention, the first clamp element comprises:
A P electrode having a source electrode connected to the first voltage source, a gate electrode connected to the first or third voltage source, and a drain electrode connected to the conductive line;
A MOS transistor, and the second clamp element is an NMOS transistor having a drain electrode connected to the conductive line and a gate electrode and a source electrode connected to the second voltage source. And at least one of them. That is, preferably, in the internal protection circuit of the CMOS integrated circuit of the present invention, the first clamp element is connected to a source electrode connected to the first voltage source and to the first voltage source or the third voltage source. And a drain electrode connected to the conductive line. Preferably, in the internal protection circuit of the CMOS integrated circuit according to the present invention, the second clamp element includes a drain electrode connected to the conductive line, a gate electrode and a source electrode connected to the second voltage source. NMOS with
It is a transistor. Further, preferably, the C of the present invention
In an internal protection circuit of a MOS integrated circuit, a first clamp element includes a source electrode connected to a first voltage source, a gate electrode connected to a first voltage source or a third voltage source, A PMOS transistor having a drain electrode connected to the conductive line, wherein the second clamp element includes a drain electrode connected to the conductive line;
An NMOS transistor having a gate electrode and a source electrode connected to the second voltage source.

【0013】上記構成により、第1のクランプ素子およ
び第2のクランプ素子としてトランジスタやクランプダ
イオードなどを利用することが可能であり、容易に構成
可能となる。
According to the above configuration, a transistor and a clamp diode can be used as the first clamp element and the second clamp element, and can be easily configured.

【0014】さらに、本発明のCMOS集積回路の内部
保護回路においては、第2の回路が第1の電圧源と第2
の電圧源との間に接続されていることが好ましい。ま
た、第2の電圧源は接地されていることが好ましい。
Further, in the internal protection circuit of the CMOS integrated circuit according to the present invention, the second circuit includes the first voltage source and the second voltage source.
Is preferably connected between the power supply and the voltage source. Preferably, the second voltage source is grounded.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について図面を
参照しながら説明する。なお、本実施形態では、説明を
簡略化するために、2つの内部回路間の内部保護回路に
ついて説明するが、本発明の内部保護回路は、本実施形
態に限定されるものではなく、多数の内部回路モジュー
ルから成るいかなるCMOS集積回路にも適用すること
ができる。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, an internal protection circuit between two internal circuits will be described for the sake of simplicity. However, the internal protection circuit of the present invention is not limited to this embodiment, It can be applied to any CMOS integrated circuit composed of internal circuit modules.

【0016】図1は、本発明の一実施形態における内部
保護回路を含むCMOS集積回路の主構成を示すブロッ
ク図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a CMOS integrated circuit including an internal protection circuit according to one embodiment of the present invention.

【0017】図1において、本実施形態のCMOS集積
回路は、その内部回路である第1の回路10および第2
の回路20と、第1の回路10と第2の回路20間を接
続し、第1の回路10から第2の回路20に信号を転送
する導電線15と、この導電線15上を転送される信号
レベルを制限することによって、静電損傷から第2の回
路20を保護する内部保護回路30とを有している。こ
れらの第1の回路10および第2の回路20は、ディジ
タル回路およびアナログ回路のうち何れであってもよ
い。また、これらの第1の回路10および第2の回路2
0には異なる電圧または同一の電圧が供給されている。
さらに、第1の回路10から導電線15を通して第2の
回路20に信号を転送する場合、内部保護回路30は、
内部静電応力を防止するように第2の回路20の前の導
電線15に接続して配設すればよい。また逆に、図1の
点線に示すように、第2の回路20から導電線15′を
通して第1の回路10に信号を転送する場合、第1の回
路10の前の導電線15′に別の内部保護回路30′が
接続されて配設されていてもよい。
Referring to FIG. 1, a CMOS integrated circuit according to the present embodiment has a first circuit 10 and a second circuit 10 which are internal circuits thereof.
, A conductive line 15 connecting the first circuit 10 and the second circuit 20 and transferring a signal from the first circuit 10 to the second circuit 20, and a conductive line 15 transferred on the conductive line 15 An internal protection circuit 30 that protects the second circuit 20 from electrostatic damage by limiting the signal level of the second circuit 20. These first circuit 10 and second circuit 20 may be any of a digital circuit and an analog circuit. Also, the first circuit 10 and the second circuit 2
0 is supplied with a different voltage or the same voltage.
Further, when a signal is transferred from the first circuit 10 to the second circuit 20 through the conductive line 15, the internal protection circuit 30
What is necessary is just to connect and arrange | position to the conductive line 15 in front of the 2nd circuit 20 so that internal electrostatic stress may be prevented. Conversely, as shown by the dotted line in FIG. 1, when a signal is transferred from the second circuit 20 to the first circuit 10 through the conductive line 15 ', the signal is separately transferred to the conductive line 15' in front of the first circuit 10. May be connected and disposed.

【0018】図2は、図1の内部保護回路30の回路構
成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a circuit configuration of the internal protection circuit 30 of FIG.

【0019】図2に示すように、内部保護回路30で
は、第1のクランプ素子32が、第2の回路20に接続
されて所定の電圧を印加している第1の電圧源35と導
電線15との間に接続されて第2の回路20への入力信
号の所定の正の電圧レベルを制限する。また、第2のク
ランプ素子34が、第2の電圧源(ここではアースとし
て示されている)36と導電線15との間に接続されて
第2の回路20への入力信号の負の電圧レベルを制限す
る。したがって、第1のクランプ素子32は第2の回路
20をオーバーシュート信号から保護し、第2のクラン
プ回路34は第2の回路20をアンダーシュート信号か
ら保護することになる。本実施形態のCMOS集積回路
の場合、第1の電圧源35がVDDであり、第2の電圧源
36はアースである。なお、これらの第1のクランプ素
子32および第2のクランプ素子34は、入力信号を所
定の電圧レベルに制限できるいかなる電子コンポーネン
トであってもよく、トランジスタやクランプダイオード
などがクランプ素子として利用することができる。これ
らのクランプ素子32,34としてトランジスタを用い
た場合を図3に示している。
As shown in FIG. 2, in the internal protection circuit 30, a first clamp element 32 is connected to a first voltage source 35 connected to the second circuit 20 and applying a predetermined voltage to a conductive line. 15 to limit the predetermined positive voltage level of the input signal to the second circuit 20. A second clamp element 34 is connected between a second voltage source (shown here as ground) 36 and the conductive line 15 to provide a negative voltage for the input signal to the second circuit 20. Limit levels. Therefore, the first clamp element 32 protects the second circuit 20 from an overshoot signal, and the second clamp circuit 34 protects the second circuit 20 from an undershoot signal. In the case of the CMOS integrated circuit of the present embodiment, the first voltage source 35 is at V DD and the second voltage source 36 is at ground. The first clamp element 32 and the second clamp element 34 may be any electronic components capable of limiting an input signal to a predetermined voltage level, and a transistor or a clamp diode may be used as a clamp element. Can be. FIG. 3 shows a case where transistors are used as the clamp elements 32 and 34.

【0020】図3は、図2のクランプ素子32,34が
MOSトランジスタの場合の一回路構成例を示す回路図で
ある。
FIG. 3 shows that the clamp elements 32 and 34 of FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a circuit configuration in the case of a MOS transistor.

【0021】図3においては、第1のクランプ素子32
はPMOSトランジスタ32aであり、第2のクランプ
素子34はNMOSトランジスタ34aである。第1の
クランプ素子32としてのPMOSトランジスタ32a
は、第1の電圧源(VDD)35aと導電線15との間に接
続されている。つまり、このPMOSトランジスタ32
aのソースは第1の電圧源(VDD)35aに接続され、そ
のゲートは第3の電圧源に接続され、そのドレインは導
電線15に接続されている。簡素化した配置構成および
回路設計では、そのゲートは、第1の電圧源35aに直
接接続することもできる。また、第2のクランプ素子3
4としてのNMOSトランジスタ34aは、導電線15
と、第2の電圧源36aとしてのアースとの間に接続さ
れている。つまり、このNMOSトランジスタ34aの
ドレインは導電線15に接続され、そのゲートおよびソ
ースはアースされている。
In FIG. 3, the first clamp element 32
Is a PMOS transistor 32a, and the second clamp element 34 is an NMOS transistor 34a. PMOS transistor 32a as first clamp element 32
Is connected between the first voltage source (V DD ) 35a and the conductive line 15. That is, the PMOS transistor 32
The source of a is connected to a first voltage source (V DD ) 35a, its gate is connected to a third voltage source, and its drain is connected to the conductive line 15. In a simplified arrangement and circuit design, its gate could be directly connected to the first voltage source 35a. Also, the second clamp element 3
4 is connected to the conductive line 15.
And the ground as the second voltage source 36a. That is, the drain of the NMOS transistor 34a is connected to the conductive line 15, and its gate and source are grounded.

【0022】第2の回路20への入力信号が所定の値よ
りも低い電圧レベルを有するとき、内部保護回路30の
PMOSトランジスタ32aおよびNMOSトランジス
タ34aはオフしている。しかしながら、導電線15上
の入力信号の電圧レベルが所定の値よりも高くなれば、
PMOSトランジスタ32aは導通して入力信号電圧を
所定の電圧に制限する。この所定の電圧は、第1の電圧
源35aからの電圧とPMOSトランジスタ32aのし
きい値電圧との和である。一方、導電線15上の電圧
が、第2の電圧源36aの電圧としてのアース電圧とN
MOSトランジスタ34aのしきい値電圧との差よりも
小さければ、NMOSトランジスタ34aは導通して入
力信号電圧を所定の電圧に制限する。
When the input signal to the second circuit 20 has a voltage level lower than a predetermined value, the PMOS transistor 32a and the NMOS transistor 34a of the internal protection circuit 30 are off. However, if the voltage level of the input signal on the conductive line 15 becomes higher than a predetermined value,
The PMOS transistor 32a conducts and limits the input signal voltage to a predetermined voltage. This predetermined voltage is the sum of the voltage from the first voltage source 35a and the threshold voltage of the PMOS transistor 32a. On the other hand, the voltage on the conductive line 15 is equal to the ground voltage as the voltage of the second voltage source 36a and N.
If the difference is smaller than the threshold voltage of the MOS transistor 34a, the NMOS transistor 34a conducts and limits the input signal voltage to a predetermined voltage.

【0023】上述の保護作用は、集積回路が正常に動作
している場合、すなわち、電源が集積回路に適切な電圧
を印加している場合に発生する。しかし、静電放電は、
電源が備わっていない集積回路の製造中や輸送中にしば
しば発生する。この場合、トランジスタ32aまたは3
4aの接続破壊によって電流が放出される。すなわち、
たとえ集積回路に電源電圧が印加されず、トランジスタ
が順方向にバイアスされなかった場合でも、静電電流は
やはりトランジスタの接合破壊によって放出されるの
で、内部回路は静電破壊を受けない。
The above protection occurs when the integrated circuit is operating normally, that is, when the power supply is applying an appropriate voltage to the integrated circuit. However, electrostatic discharge
It often occurs during the manufacture and transportation of unpowered integrated circuits. In this case, the transistor 32a or 3
A current is emitted by the connection breakdown of 4a. That is,
Even if no power supply voltage is applied to the integrated circuit and the transistor is not forward biased, the internal circuit is not subject to electrostatic damage, since the electrostatic current is still emitted by the junction breakdown of the transistor.

【0024】この内部保護回路30は、第2の回路20
の配置を設計する際に考慮されるべきである。これらの
PMOSトランジスタ32aおよびNMOSトランジス
タ34aのチャネル幅/長さ比は、導電線15の長さお
よび第2の回路20の配置構成に従って最適化すること
ができる。次の表1は、導電線15の異なる長さに対す
るトランジスタの好ましい幅(W)/長さ(L)の比を
示している。
The internal protection circuit 30 includes a second circuit 20
Should be taken into account when designing the layout. The channel width / length ratio of PMOS transistor 32a and NMOS transistor 34a can be optimized according to the length of conductive line 15 and the arrangement of second circuit 20. Table 1 below shows the preferred width (W) / length (L) ratio of the transistor for different lengths of the conductive line 15.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】内部保護回路30は、第2の回路20に近
接している場合、第2の回路20のより良い保護を提供
する。保護回路30と第2の回路20との間の好ましい
距離は100μm以内である。しかしながら、PMOSト
ランジスタ32aおよびNMOSトランジスタ34aの
ドレイン領域は高静電電流をバイパスするので、これら
の領域は、第2の回路20での内部素子の入力ゲートか
らのある所定距離に保持されるべきである。例えば、図
3を参照すると、好ましくは、第2の回路20での内部
素子である第1のステージ入力バッファ22の入力ゲー
トは、PMOSトランジスタ32aおよびNMOSトラ
ンジスタ34aのドレイン領域から5μm離れている。
The internal protection circuit 30 provides better protection of the second circuit 20 when close to the second circuit 20. The preferred distance between the protection circuit 30 and the second circuit 20 is within 100 μm. However, since the drain regions of PMOS transistor 32a and NMOS transistor 34a bypass high electrostatic currents, these regions should be maintained at some predetermined distance from the input gates of internal elements in second circuit 20. is there. For example, referring to FIG. 3, preferably, the input gate of the first stage input buffer 22, which is an internal element in the second circuit 20, is 5 μm away from the drain regions of the PMOS transistor 32a and the NMOS transistor 34a.

【0027】次に、図2のクランプ素子32,34とし
てダイオードを用いた場合を図4に示している。
Next, FIG. 4 shows a case where diodes are used as the clamp elements 32 and 34 in FIG.

【0028】図4は、図2のクランプ素子32,34が
ダイオードの場合の一回路構成例を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a circuit configuration when the clamp elements 32 and 34 in FIG. 2 are diodes.

【0029】図4において、第1のクランプ素子32は
ダイオード32bである。このダイオード32bのアノ
ードは導電線15に接続され、このダイオード32bの
カソードは第1の電圧源35bに接続されている。また
同様に、第2のクランプ素子34は別のダイオード34
bである。この別のダイオード34bのアノードは第2
の電圧源36bに接続され、この別のダイオード34b
のカソードは導電線15に接続されている。導電線15
上の信号電圧が第1の電圧源35bの電圧よりも高いと
き、第1のクランプ素子32の役割を果たすダイオード
32bは導電線15上の電圧を所定電圧に制限するよう
に導通し、第2の回路20の内部素子をオーバーシュー
ト信号電圧による損傷から防止する。一方、導電線15
上の信号電圧が第2の電圧源36bの電圧よりも低いと
き、第2のクランプ素子34の役割を果たすダイオード
34bは導電線15上の電圧を所定電圧に制限するよう
に導通し、第2の回路20の内部素子をアンダーシュー
ト信号電圧による損傷から防止する。
In FIG. 4, the first clamp element 32 is a diode 32b. The anode of the diode 32b is connected to the conductive line 15, and the cathode of the diode 32b is connected to the first voltage source 35b. Similarly, the second clamp element 34 is connected to another diode 34.
b. The anode of this other diode 34b is the second
And another diode 34b
Are connected to the conductive line 15. Conductive wire 15
When the upper signal voltage is higher than the voltage of the first voltage source 35b, the diode 32b serving as the first clamp element 32 conducts so as to limit the voltage on the conductive line 15 to a predetermined voltage, and Of the circuit 20 is prevented from being damaged by the overshoot signal voltage. On the other hand, the conductive wire 15
When the upper signal voltage is lower than the voltage of the second voltage source 36b, the diode 34b serving as the second clamp element 34 conducts so as to limit the voltage on the conductive line 15 to a predetermined voltage, and The internal elements of the circuit 20 are prevented from being damaged by the undershoot signal voltage.

【0030】電源が存在しない場合には、ダイオード3
2bおよび34bが接合破壊によって静電電流を放出す
る。この動作は、従来のクランプ回路の動作とは異なっ
ている。
If no power supply is present, the diode 3
2b and 34b emit electrostatic current due to junction breakdown. This operation is different from the operation of the conventional clamp circuit.

【0031】前述のように、本発明のCMOS集積回路
は、第1の回路10と、第2の回路20と、第1の回路
10から第2の回路20に信号を転送する導電線15
と、この導電線15に接続され導電線15上を転送され
る信号電圧から第2の回路20を保護する内部保護回路
30を有している。この内部保護回路30は、第1のク
ランプ素子32と第2のクランプ素子34とを有してお
り、CMOS集積回路の内部回路モジュール間のいかな
る長い導電線15にも取り付けることができる。また、
この内部保護回路30は、保護されるべき回路モジュー
ルの前段にあり、好ましくはその回路モジュールに近接
して配設されている。つまり、この第1のクランプ素子
32は、第2の回路20に近接しており、オーバーシュ
ート信号をクランプするため第1の電圧源35と導電線
15との間に接続されている。また、第2のクランプ素
子34は、第2の回路20に近接しており、アンダーシ
ュート信号をクランプするため第2の電圧源36と導電
線15との間に接続されている。これらの内部保護回路
30では、クランプ素子32,34は、第2の回路20
の内部素子への入力信号電圧を第1および第2の電圧源
35,36に応じた所定の電圧に制限し、第2の回路2
0の内部素子を静電損傷から保護する。
As described above, the CMOS integrated circuit of the present invention includes the first circuit 10, the second circuit 20, and the conductive line 15 for transferring a signal from the first circuit 10 to the second circuit 20.
And an internal protection circuit 30 for protecting the second circuit 20 from a signal voltage connected to the conductive line 15 and transferred on the conductive line 15. The internal protection circuit 30 has a first clamp element 32 and a second clamp element 34 and can be attached to any long conductive line 15 between internal circuit modules of a CMOS integrated circuit. Also,
The internal protection circuit 30 is provided at a stage before a circuit module to be protected, and is preferably disposed close to the circuit module. That is, the first clamp element 32 is close to the second circuit 20 and is connected between the first voltage source 35 and the conductive line 15 to clamp an overshoot signal. Further, the second clamp element 34 is close to the second circuit 20 and is connected between the second voltage source 36 and the conductive line 15 to clamp an undershoot signal. In these internal protection circuits 30, the clamp elements 32, 34
, The input signal voltage to the internal element is limited to a predetermined voltage corresponding to the first and second voltage sources 35 and 36, and the second circuit 2
0 protects internal elements from electrostatic damage.

【0032】したがって、内部保護回路30のクランプ
素子32,34が入力信号電圧の振幅を第1および第2
の電圧源35,36の電圧に対応する電圧範囲に制限
し、それによって第2の回路20の内部素子を静電損傷
から保護することができるため、本発明のCMOS集積
回路は、内部静電応力によって影響を及ぼされないで作
動させることができる。
Therefore, the clamp elements 32 and 34 of the internal protection circuit 30 reduce the amplitude of the input signal voltage to the first and second levels.
Of the present invention can be limited to a voltage range corresponding to the voltages of the voltage sources 35 and 36, thereby protecting the internal elements of the second circuit 20 from electrostatic damage. It can be operated without being affected by stress.

【0033】なお、上記実施形態では、第2の回路20
に接続されて所定の電圧を印加している電圧源35を第
1の電圧源としているが、これとは別個に独立した電圧
源を第1の電圧源としてもよい。また、第2の電圧源に
ついても第1の電圧源と同様に、別個に独立した電圧源
を第2の電圧源としてもよい。このように、第1および
第2の電圧源を別個に独立して設けた場合、これらの電
圧源の電圧を、第2の回路20に印加する電圧とは無関
係に任意に設定することができる。
In the above embodiment, the second circuit 20
Although the voltage source 35 connected to and applying a predetermined voltage is used as the first voltage source, a separate and independent voltage source may be used as the first voltage source. Also, as for the second voltage source, similarly to the first voltage source, a separate and independent voltage source may be used as the second voltage source. As described above, when the first and second voltage sources are separately and independently provided, the voltages of these voltage sources can be arbitrarily set regardless of the voltage applied to the second circuit 20. .

【0034】[0034]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、CMOS
集積回路内であって、第1、第2の回路間の導電線上に
伝達されるオーバーシュート信号を第1のクランプ素子
でクランプし、また、導電線上に伝達されるアンダーシ
ュート信号を第2のクランプ素子でクランプするため、
このときに起こり得る静電損傷から内部素子を保護する
ように第2の回路の内部素子への入力信号レベルを制限
することができ、その内部素子を静電損傷から保護する
ことができる。しかも、内部保護回路を第2の回路側に
近接して接続したので、第2の回路のより良い保護を得
ることができる。
As described above, according to the present invention, the CMOS
An overshoot signal transmitted on a conductive line between the first and second circuits in an integrated circuit is clamped by a first clamp element, and an undershoot signal transmitted on a conductive line is transmitted to a second clamp circuit. To clamp with the clamp element,
The input signal level to the internal element of the second circuit can be limited so as to protect the internal element from electrostatic damage that may occur at this time, and the internal element can be protected from electrostatic damage. Moreover, since the internal protection circuit is connected close to the second circuit side, better protection of the second circuit can be obtained.

【0035】このとき、内部保護回路と第2の回路との
間のより好ましい距離として5μm〜100μm以内とし
たことでさらに良い保護を得ることができる。
At this time, better protection can be obtained by setting the more preferable distance between the internal protection circuit and the second circuit to within 5 μm to 100 μm.

【0036】さらに、第1のクランプ素子および第2の
クランプ素子としてトランジスタやクランプダイオード
などを利用することができ、この場合、簡単な構成とす
ることができる。
Further, a transistor, a clamp diode, or the like can be used as the first and second clamp elements. In this case, a simple configuration can be achieved.

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

【図1】本発明の一実施形態における内部保護回路を含
むCMOS集積回路の主構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a CMOS integrated circuit including an internal protection circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の内部保護回路の一回路構成例を示すブロ
ック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a circuit configuration example of an internal protection circuit of FIG. 1;

【図3】図2のクランプ素子がMOSトランジスタの場合
の一回路構成例を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a circuit configuration when the clamp element in FIG. 2 is a MOS transistor.

【図4】図2のクランプ素子がダイオードの場合の一回
路構成例を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a circuit configuration when the clamp element of FIG. 2 is a diode.

【図5】従来のCMOS集積回路の内部回路の構成を示
すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an internal circuit of a conventional CMOS integrated circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 第1の回路 15 導電線 20 第2の回路 30 保護回路 32 第1のクランプ素子 32a PMOSトランジスタ 34a NMOSトランジスタ 32b,34b ダイオード 34 第2のクランプ素子 35,35a,35b 第1の電圧源 36,36a,36b 第2の電圧源 Reference Signs List 10 first circuit 15 conductive line 20 second circuit 30 protection circuit 32 first clamp element 32a PMOS transistor 34a NMOS transistor 32b, 34b diode 34 second clamp element 35, 35a, 35b first voltage source 36, 36a, 36b Second voltage source

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/822 H01L 21/8234 - 21/8238 H01L 27/04 H01L 27/08 - 27/092 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/822 H01L 21/8234-21/8238 H01L 27/04 H01L 27/08-27/092

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の回路第2の回路及び両回路間を
接続する導電線を有するCMOS集積回路であって前記
導電線上を転送される信号から前記第2の回路を保護す
るCMOS集積回路の内部保護回路において、 第1の電圧源と、前記第1の電圧源と導電線との間に接
続され、前記導電線上に伝達されるオーバーシュート信
号をクランプする第1のクランプ素子と、 第2の電圧源と、前記第2の電圧源と導電線との間に接
続され、前記導電線上に伝達されるアンダーシュート信
号をクランプする第2のクランプ素子とを備え、前記第
1のクランプ素子および第2のクランプ素子が前記第2
の回路側に近接して接続されていることを特徴とするC
MOS集積回路の内部保護回路。
1. A first circuit , a second circuit, and a circuit between both circuits.
Within the protection circuit of the CMOS integrated circuit for protecting the second circuit from a signal transferred over the conductive wire a CMOS integrated circuit having a conductive wire for connecting a first voltage source, said first voltage A first clamp element that is connected between the power supply and the conductive line and clamps an overshoot signal transmitted on the conductive line; a second voltage source; and between the second voltage source and the conductive line. And a second clamp element for clamping an undershoot signal transmitted on the conductive line .
The first clamp element and the second clamp element are connected to the second clamp element.
Characterized by being connected close to the circuit side of
Internal protection circuit for MOS integrated circuits.
【請求項2】前記第1および第2のクランプ素子と前記
第2の回路との間の前記導電線の長さが5μm〜100μ
mの範囲内であることを特徴とする請求項1記載のCM
OS集積回路の内部保護回路。
2. The conductive line between the first and second clamp elements and the second circuit has a length of 5 μm to 100 μm.
CM of claim 1 Symbol mounting, characterized in that m is in the range of
Internal protection circuit of OS integrated circuit.
【請求項3】 前記第1のクランプ素子が、前記導電線
に接続されているアノード、および前記第1の電圧源に
接続されているカソードを有するダイオードであること
と、前記第2のクランプ素子が、前記第2の電圧源に接
続されているアノード、および前記導電線に接続されて
いるカソードを有するダイオードであることのうち少な
くとも何れかであることを特徴とする請求項1又は2
載のCMOS集積回路の内部保護回路。
3. The first clamp element is a diode having an anode connected to the conductive line and a cathode connected to the first voltage source, and the second clamp element. but the second anode is connected to a voltage source, and according to claim 1 or 2, wherein the said at least one of that a diode having a cathode connected to the conductor line Internal protection circuit for CMOS integrated circuit.
【請求項4】前記第1のクランプ素子が、前記第1の電
圧源に接続されているソース電極と、前記第1の電圧源
または第3の電圧源に接続されているゲート電極と、前
記導電線に接続されているドレイン電極とを有するPM
OSトランジスタであること、および、前記第2のクラ
ンプ素子が、前記導電線に接続されているドレイン電極
と、前記第2の電圧源に接続されているゲート電極およ
びソース電極とを有するNMOSトランジスタであるこ
とのうち少なくとも何れかであることを特徴とする請求
項1又は2記載のCMOS集積回路の内部保護回路。
A first electrode connected to the first voltage source; a gate electrode connected to the first voltage source or a third voltage source; PM having a drain electrode connected to a conductive line
An OS transistor, and the second clamp element is an NMOS transistor having a drain electrode connected to the conductive line, and a gate electrode and a source electrode connected to the second voltage source. 3. The internal protection circuit of a CMOS integrated circuit according to claim 1, wherein the internal protection circuit is at least one of the following.
【請求項5】前記第2の回路が前記第1の電圧源と前記
第2の電圧源との間に接続されていることを特徴とする
請求項1又は2記載のCMOS集積回路の内部保護回
路。
5. The internal protection of a CMOS integrated circuit of claim 1, wherein said second circuit is connected between said second voltage source and the first voltage source circuit.
【請求項6】前記第2の電圧源は接地されていることを
特徴とする請求項1、2、5の何れかに記載のCMOS
集積回路の内部保護回路。
6. The CMOS according to claim 1 , wherein said second voltage source is grounded.
Internal protection circuit for integrated circuits.
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