JP3455001B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP3455001B2
JP3455001B2 JP00247096A JP247096A JP3455001B2 JP 3455001 B2 JP3455001 B2 JP 3455001B2 JP 00247096 A JP00247096 A JP 00247096A JP 247096 A JP247096 A JP 247096A JP 3455001 B2 JP3455001 B2 JP 3455001B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置に係
り、特にCMOS半導体装置の出力保護回路の改良に関
する。 【0002】 【従来の技術】CMOSトランジスタによって構成され
る半導体装置の保護回路には拡散やポリシリコンを用い
た抵抗、ダイオード、MOSFET等が使用される。こ
のうちダイオードやMOSFETによる保護回路は発生
した電荷を吸収することにより内部回路を保護する。 【0003】例えば、出力回路の出力端子やアナログス
イッチの出力端子と入力端子を兼ねた端子には寄生ダイ
オードが存在するが、さらに静電耐量を向上させるため
に保護ダイオードが付加される場合がある。 【0004】図2に従来の半導体装置の回路構成を示
す。図2(a)において、CMOSトランジスタによっ
て構成された半導体装置の出力回路1は、pチャネルM
OSトランジスタ(以下、PMOSトランジスタと称
す)1AとnチャネルMOSトランジスタ(以下、NM
OSトランジスタと称す)1Bからなる。このPMOS
トランジスタのソースは電源端子Vccに接続され、そ
のドレインはNMOSトランジスタ1Bのドレインと接
続されている。NMOSトランジスタ1Bのソースはグ
ランド端子GNDに接続されている。PMOSトランジ
スタ1AのゲートとNMOSトランジスタ1Bのゲート
は共通接続され、これらには図示せぬ回路から信号が供
給される。また、前記PMOSトランジスタ1AとNM
OSトランジスタ1Bの各ドレインは出力端子OUTに
接続されている。 【0005】また、カソードが出力端子OUTに接続さ
れ、アノードがグランド端子GNDに接続されて、ツェ
ナー動作をするダイオード2(以下、n+ ダイオードと
記す)が保護回路を構成している。尚、出力端子OUT
にアナログスイッチが接続されている場合、この出力端
子OUTは入力端子と出力端子を兼ねている。 【0006】上記回路の保護の動作を説明する。出力端
子OUTとグランド端子GNDとの間に正極性サージ電
圧が発生した場合、保護機能が十分に機能するために、
Pウェル内に形成されたn+ ダイオードのカソード(n
+ )からアノード(Pウェル)、Pウェル内のP+ ガー
ドリング、グランド端子GNDの順の経路4に大部分の
サ−ジ電流が流れる必要がある。 【0007】しかし、実際にはn+ ダイオードよりも出
力端子OUTに直結するNMOSトランジスタ1Bのド
レインからソースへの経路3に大部分のサージ電流が流
れてしまう。このためNMOSトランジスタ1Bのドレ
インのコンタクト部で電流集中による熱破壊が生じてし
まう。 【0008】これは出力端子OUTとグランド端子GN
D以外の端子がオープンとなった状態において、サージ
が印加された場合、NMOSトランジスタ1Bのゲート
電位が浮いており、このNMOSトランジスタ1Bはオ
フ状態とならず電流が流れやすくなっているためであ
る。また、n+ ダイオード2は、逆方向耐圧以上の電圧
が加わらないと電流が流れない。このため、正極性のサ
ージ電圧に対して電荷を十分に吸収することができな
い。その結果、出力回路1のNMOSトランジスタ1B
の負担が軽減されず、破壊耐量が小さいという問題があ
った。 【0009】図2(b)は、従来の半導体装置の別の例
の回路構成を示しており、出力回路1の構成は図2
(a)の場合と同じである。図2(b)に示すように、
この保護回路は、NMOSトランジスタ5で構成され、
このNMOSトランジスタ5のドレインは出力端子OU
Tに接続され、そのソースとゲートはグランド端子GN
Dに接続されている。 【0010】出力端子OUTとグランド端子GND以外
の端子がオープンとされた状態において、出力端子OU
Tとグランド端子GNDとの間に正極性サージ電圧が印
加された場合、このNMOSトランジスタ5はドレイン
とソースとの間の耐圧以上の電圧が加わらないと導通状
態にならないため、ドレインからソースへの経路6にサ
ージ電流が流れにくい。 【0011】従って、出力回路1のNMOSトランジス
タ1Bの経路3に流れる正極性サージ電流が大きくなっ
てしまう。その結果、この場合も、出力回路1のNMO
Sトランジスタ1Bの負担が軽減されず破壊耐量が小さ
いという問題があった。 【0012】 【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の、
ダイオードやMOSトランジスタによる半導体装置の保
護回路にサージ電流が流れにくく、その半導体装置の破
壊耐量が小さいという問題があった。この発明の目的
は、サージ電流の影響を受けにくく、静電耐量が大きい
半導体装置を提供することにある。 【0013】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、この発明の半導体装置においては以下
の手段を講じた。請求項1に記載した本発明の半導体装
置は、一端が第1の電源端子に接続され、ゲートが入力
端に接続され、他端が出力端に接続される第1導電型の
第1MOSトランジスタと、一端が第2の電源端子に接
続され、前記第1MOSトランジスタと共通のゲートを
有し、他端が前記出力端に接続される第2導電型の第2
MOSトランジスタとを有する出力回路を備えている。
また、一端及びゲートが前記第1の電源端子に接続され
る第1導電型の第3MOSトランジスタと、一端が前記
第2の電源端子に接続され、前記第3MOSトランジス
タと共通のゲートを有し、他端が前記第3MOSトラン
ジスタの他端に接続される第2導電型の第4MOSトラ
ンジスタとを有するインバータ回路を備えている。一端
が前記出力端に接続され、ゲートが前記第3MOSトラ
ンジスタ及び第4MOSトランジスタの他端に接続さ
れ、他端が前記第2の電源端子に接続される第2導電型
の第5MOSトランジスタを備えている。 【0014】上記本発明の半導体装置においては、保護
動作をする時前記インバータ回路の出力は不定であるの
で、前記第5MOSトランジスタに電流が流れやすくな
る。また、前記出力端子のサージ電流の経路として、前
記出力端子から前記第5MOSトランジスタを経由して
前記第2の電源端子に至る経路と、前記出力端子から前
記半導体装置の前記出力回路を経由して前記第2の電源
端子に至る経路とがある。前者の経路の存在により、後
者の経路のサージ電流を減少させることができるので、
前記出力回路の負担が軽減され、静電耐量が向上する。
また、通常使用状態の場合、前記インバータ回路の出力
は常に第2の電源端子のレベルになり、前記第5MOS
トランジスタは常にオフ状態となる。従って、前記半導
体装置の他の部分の動作に影響を与えない。 【0015】 【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態に係
る半導体装置について図面を参照して説明する。図1
(a)は本発明の実施の形態の回路構成を示す図であ
る。出力回路1は図2(a)の回路構成と同じであり、
同一部分には同じ符号を付し説明を省略する。 【0016】図1(a)に示すように、この実施の形態
の保護回路はCMOS構造のインバータ7及びエンハン
スメント型NMOSトランジスタ8によって構成されて
いる。前記インバータ7は、ソースが電源Vccに接続
されたPMOSトランジスタ7Aと、ドレインがPMO
Sトランジスタ7Aのドレインに接続され及びソースが
グランド端子GNDに接続されたNMOSトランジスタ
7Bとによって構成されている。このインバータ7の入
力端としてのPMOSトランジスタ7A及びNMOSト
ランジスタ7Bのゲートは電源端子Vccに接続されて
いる。前記NMOSトランジスタ8のゲートはインバー
タ7の出力端としてのPMOSトランジスタ7A及びN
MOSトランジスタ7Bのドレインに接続されている。
このNMOSトランジスタ8のドレインは出力端子OU
Tに接続され、ソースはグランド端子GNDに接続され
ている。 【0017】上記構成において動作について説明する。
まず、出力端子OUTとグランド端子GND以外の他の
端子がオープンとされた状態において、出力端子OUT
とグランド端子GND間に正極性サージ電圧が印加され
た場合の動作について説明する。電源端子Vccがオー
プンであるためインバータ7の出力電位は不定となる。
従って、前記NMOSトランジスタ8はオフ状態を維持
しない。このため、出力端子OUTにサージ電圧が印加
された場合、このサージ電圧に応じて2つの電流経路が
形成される。すなわち、出力端子OUTのサージ電流の
経路として、前記NチャネルMOSトランジスタ8のド
レインからソースを通してグランド端子GNDに至る経
路9と、出力回路1のNMOSトランジスタ1Bのドレ
インからソースを通してグランド端子GNDに至る経路
3とがある。経路9の存在により、経路3のサージ電流
を減少させることができ、出力回路1のNMOSトラン
ジスタ1Bの負担が軽減され、静電耐量が向上する。 【0018】一方、通常使用状態において、インバータ
7の入力端は電源端子Vccに接続されているため、イ
ンバータ7の出力レベルは常にグランドレベルになる。
従って、前記NMOSトランジスタ8は常にオフ状態と
なり、半導体装置の他の部分の動作に影響を与えない。 (変形例)図1(b)は、この発明の実施の形態の変形
例を示すものであり、図1(a)と同一部分には同一符
号を付し、異なる部分についてのみ説明する。 【0019】この変形例の保護回路はCMOS構造のイ
ンバータ11及びエンハンスメント型PMOSトランジ
スタ10によって構成されている。前記インバータ11
は、ソースが電源Vccに接続されたPMOSトランジ
スタ11Aと、ドレインがPMOSトランジスタ11A
のドレインに接続され及びソースがグランド端子GND
に接続されたNMOSトランジスタ11Bとによって構
成されている。このインバータ11の入力端としてのP
MOSトランジスタ11A及びNMOSトランジスタ1
1Bのゲートはグランド端子GNDに接続されている。
前記PMOSトランジスタ10のゲートはインバータ1
1の出力端としてのPMOSトランジスタ11A及びN
MOSトランジスタ11Bのドレインに接続されてい
る。このPMOSトランジスタ10のドレインは出力端
子OUTに接続され、ソースは電源端子Vccに接続さ
れている。 【0020】図1(b)に示す変形例の動作は基本的に
図1(a)に示す実施の形態と同じである。すなわち、
通常使用時以外において、前記インバータ11の出力は
不定になる。この状態において、電源端子Vccと出力
端子OUTの間にサージ電圧が印加された場合、PMO
Sトランジスタ1Aに比べて前記PMOSトランジスタ
10にサージ電流が流れやすくなる。従って、PMOS
トランジスタ1Aの負担が軽減され、半導体装置の静電
耐量が向上する。 【0021】一方、通常使用時はインバータ11の出力
端が常に電源電圧になるので、PMOSトランジスタ1
0は常にオフ状態となり、半導体装置の他の部分の動作
に影響を与えない。 【0022】 【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、サージ電流の影響を受けにくく、静電耐量が大きい
半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施の形態に係る半導体装置の回路構
成を示す図。 【図2】従来の半導体装置の回路構成を示す図。 【符号の説明】 1…出力回路、 1A、7A、10、11A…PMOSトランジスタ、 1B、7B、8、11B…NMOSトランジスタ、 7、11…インバータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H03K 19/0948 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 19/003 H01L 21/8238 H01L 27/092 H03K 17/08 H03K 19/0175 H03K 19/0948

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】一端が第1の電源端子に接続され、ゲート
    が入力端に接続され、他端が出力端に接続される第1導
    電型の第1MOSトランジスタと、一端が第2の電源端
    子に接続され、前記第1MOSトランジスタと共通のゲ
    ートを有し、他端が前記出力端に接続される第2導電型
    の第2MOSトランジスタとを有する出力回路と、 一端及びゲートが前記第1の電源端子に接続される第1
    導電型の第3MOSトランジスタと、一端が前記第2の
    電源端子に接続され、前記第3MOSトランジスタと共
    通のゲートを有し、他端が前記第3MOSトランジスタ
    の他端に接続される第2導電型の第4MOSトランジス
    タとを有するインバータ回路と、 一端が前記出力端に接続され、ゲートが前記第3MOS
    トランジスタ及び第4MOSトランジスタの他端に接続
    され、他端が前記第2の電源端子に接続される第2導電
    型の第5MOSトランジスタとを具備することを特徴と
    する半導体装置。
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