JP3487115B2 - 静電気保護回路および静電気保護回路を具えた半導体装置 - Google Patents
静電気保護回路および静電気保護回路を具えた半導体装置Info
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Description
を静電気から保護するための静電気保護回路および静電
気保護回路を具えた半導体装置に関する。
響を受け易く、特にパッケージの材質が表面をメタライ
ズされていないプラスチック、セラミック等の絶縁物の
場合には、このパッケージが他の絶縁物と接触、摩擦す
ることで集積回路全体が数百〜数kVに帯電し、この帯
電した集積回路のリードピンを導体、あるいは人体に近
づけると放電し、内部回路が破壊される。そのために、
集積回路には内部回路の入・出力端子と外部端子の間に
静電気保護回路が設けられている。
示す。図1は集積回路の内部回路を保護するための入力
側の回路を示し、集積回路の内部回路1の入力端子1A
と内部回路1への入力のための外部端子2との間に、第
1のダイオード3、第2のダイオード4、および抵抗5
からなる静電気保護回路が挿入されている。第1のダイ
オードと第2のダイオードは直列に接続されて第1のダ
イオードのカソードがプラス側電源6に、第2のダイオ
ードのアノードがマイナス側の電源8に接続され、二つ
のダイオードの接続点は一方で入力端子1Aに、他方で
抵抗5の一端に接続され、抵抗5の他端は入力のための
外部端子2に接続されている。図2は集積回路の内部回
路を保護するための出力側の回路を示し、図1と同じ構
成の保護回路が内部回路1の出力端子1Bと出力のため
の外部端子8との間に挿入されている。
オード3あるいはダイオード4のいずれかを通ってプラ
ス側電源あるいはマイナス側電源に流れ、内部回路1は
過渡電流から保護される。
路において、内部回路の入力インピーダンスもしくは出
力インピーダンスを高めようとする場合には、抵抗5の
幅を小さくする必要がある。しかしながら、一般にモノ
リシック抵抗の静電気耐圧を高めようとする場合には、
電流密度を小さくする必要がある。そのためには、抵抗
の幅を大きくする必要がある。このように、従来の静電
気保護回路では、集積回路の素子特性のために要求され
る高インピーダンス化と、静電気による過渡電流からの
保護のための低電流密度化とが矛盾し、双方を同時に解
決することができない。また、抵抗5によって高インピ
ーダンス化を図るときは、抵抗の長さを大きくする必要
があり、低電流密化のために抵抗の幅を大きくすること
との相乗によってレイアウト面積が増加するので、集積
化の面から限界があった。
の低電流密度化と素子の高インピーダンス化の要求の双
方を同時に満たし、かつ、集積度の向上に寄与し得る静
電気保護回路を提供することを目的とする。
に、本発明による静電気保護回路は、集積回路の内部回
路の端子と外部端子との間に挿入され、前記内部回路を
静電気による過渡電流から保護する静電気保護回路にお
いて、一端が前記外部端子に接続された第1の抵抗と、
カソードが高電位に接続され、アノードが前記第1の抵
抗の他端に接続された第1のダイオードと、アノードが
低電位に接続され、カソードが前記第1の抵抗の他端に
接続された第2のダイオードと、一端が前記内部回路の
前記端子に接続され、他端が前記第1の抵抗の他端に接
続され、前記第1の抵抗の抵抗値よりも大きい抵抗値を
有する第2の抵抗とを備えたことを特徴とする。
集積回路の内部回路の端子と外部端子との間に挿入さ
れ、前記内部回路を静電気による過渡電流から保護する
静電気保護回路において、それぞれ、抵抗と、カソード
が高電位に接続され、アノードが前記抵抗の一端に接続
された第1のダイオードと、アノードが低電位に接続さ
れ、カソードが前記抵抗の一端に接続された第2のダイ
オードとからなる第1〜第nのn個の回路を備え、第1
の回路の抵抗の他端が前記外部端子に接続され、第2の
回路の抵抗の他端が第1の回路の抵抗の前記一端に接続
されるよう、第1の回路から第nの回路まで順次接続
し、第nの回路の抵抗の一端が前記内部回路の前記端子
に接続され、前記第1〜第nの回路のそれぞれの抵抗の
抵抗値が前記第1の回路の抵抗から第nの回路の抵抗に
向かって順次大きいことを特徴とする。
上述した静電気保護回路が同一の半導体基板に形成され
ていることを特徴とする。
す。集積回路の内部回路の出力端子1Bに第2の抵抗1
1の一端が接続され、抵抗11の他端はダイオード3、
4、第1の抵抗5と共通に接続されている。本発明にお
いては、第2の抵抗11の抵抗値を第1の抵抗5の抵抗
値より大きくする。すなわち、第1の抵抗5に過渡電流
を低電流密度化させる役割を、第2の抵抗11に高イン
ピーダンス化の役割を分担させる。もちろん、図3と同
じ構成の保護回路を入力側に設けることも可能である。
することで、要求される入・出力インピーダンスを現実
的なレイアウト面積で実現することができる。一方、過
渡電流は第1の抵抗5と、二つのダイオード3、4のい
ずれかを通って所定の電位に流れるが、第1の抵抗5の
抵抗値を選ぶことによって過渡電流は低電流密度化され
るので、所望の静電気耐圧を得ることができる。
した。
縁性GaAs基板にフォトレジストによって第1の抵抗
5および第2の抵抗11のパターンを形成し、Siイオ
ンの選択的イオン注入によって第1の抵抗5、第2の抵
抗11を形成した。第1の抵抗5の寸法は幅10μm、
長さ40μmで抵抗値は2kΩ、第2の抵抗11の寸法
は幅3μm、長さ138μmで抵抗値は23kΩであ
る。イオン注入の条件は加速電圧180keV、ドーズ
量2×1012/cm2 であった。抵抗5、抵抗11を配
線に接続するための電極部はAuGe/Niにより形成
し、抵抗5、抵抗11の電極部の直接下部に当たる部分
はイオン注入ドーズ量を増やして電極との接触抵抗値を
減少させている。この構造での抵抗5の過渡電流耐性は
1.7×10-2A/μmであった。
11と同様に半絶縁性GaAs基板の所定の領域に、S
iイオンの選択的イオン注入によって形成された幅50
μm、長さ2.6μmの活性層に、Ti/Pt/Auの
3層の金属で形成されるゲート電極をショットキ接続さ
せて形成している。このダイオード3、4の過渡電流耐
性はそれぞれ1.1×10-2A/μm2 であった。
イオード3および第2のダイオード4の四つの素子で構
成される保護回路を内部回路(この例ではレーザーダイ
オードのドライバー回路)の出力端子に設けることで、
このドライバー回路の静電気耐性を、従来の保護回路に
よる300Vから1000Vにまで高めることができ
た。
抵抗の面積が10μm×40μm=400μm2 、第2
の抵抗の面積が3μm×138μm=414μm2 で、
抵抗の合計面積は814μm2 であった。図2に示した
従来の静電気保護回路における抵抗5の寸法は、一般
に、幅10μm、長さ500μm、面積5000μm2
程度なので、本発明によれば、回路のレイアウト面積を
従来より大幅に減少させることができる。
ン注入によって形成した例を説明したが、これに限られ
るものではなく、NiCr、NiCrSi等を材料と
し、モノリシックに形成される金属薄膜抵抗を採用して
も同等の効果を得ることができる。
す。本実施例は静電気保護回路を内部回路の出力側に設
けた例で、図4においては、説明の便宜のために、ダイ
オードは回路記号で、抵抗はレイアウトパターンで示し
てある。この静電気保護回路は、基本的には、それぞれ
1個の抵抗と2個のダイオードからなる回路をn個接続
して構成したものである。第1の回路は抵抗R1 、ダイ
オードD11 、D12からなり、図3に示した実施例と同
様に、抵抗R1 の一端は、カソードが高電位に接続され
たダイオードD11のアノード、およびアノードが低電位
に接続されたダイオードD12のカソードに接続されてい
る。同様に、第2の回路は抵抗R2 、ダイオードD21、
D22からなり、抵抗R2 の一端は、カソードが高電位に
接続されたダイオードD21のアノード、およびアノード
が低電位に接続されたダイオードD22のカソードに接続
され、第nの回路は抵抗Rn 、ダイオードDn1、Dn2か
らなり、抵抗Rn の一端は、カソードが高電位に接続さ
れたダイオードDn1のアノード、およびアノードが低電
位に接続されたダイオードDn2のカソードに接続されて
いる。そして、これらn個の回路は、第1の回路の抵抗
R1 の他端が外部出力端子8に、第2の回路の抵抗R2
の他端が第1の回路の抵抗R1の一端に接続され、以下
同様に第nの回路まで順次接続されている。最後の第n
の回路の抵抗Rn の一端は内部回路の出力端子1Bに接
続されている。ここで、抵抗R1 〜Rn の長さLを一定
にし、それらの幅W1 〜Wn を順次小さくする。すなわ
ち、R1 からRn まで、抵抗値を順次大きくする。この
ことによって、集積回路の高インピーダンス化を図るこ
とができる。さらに、抵抗値が大きいほど、またダイオ
ードの面積が大きいほど、内部回路に流入する過渡電流
が小さくなるので、保護効果が増大する。一方、抵抗の
耐圧は抵抗の幅が大きいほど高く、ダイオードの耐圧は
ダイオードの面積が大きいほど高い。以上のことから、
抵抗R1 〜Rn の長さLを一定にし、幅をW1 〜Wn と
し、ダイオードの面積(各回路の2個のダイオードのそ
れぞれの面積は実質的に等しい)をS1 〜Sn としたと
き、
ことによって、最も静電耐圧と高インピーダンス化の両
立を実現することができる。
力側に設け得ることは当然である。
れる特性とレイアウト面積からの制約を考慮して定め得
ることである。ダイオードDn1とDn2の接続点と内部回
路の入出力端子との間に、第1の実施例と同様に抵抗を
設けてもよい。
静電気による過渡電流からの保護と高インピーダンス化
を両立でき、さらに、保護回路のレイアウト面積を減少
して集積度の向上に寄与することができる。
る。
ある。
回路図である。
す図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 集積回路の内部回路の端子と外部端子と
の間に挿入され、前記内部回路を静電気による過渡電流
から保護する静電気保護回路において、 一端が前記外部端子に接続された第1の抵抗と、 カソードが高電位に接続され、アノードが前記第1の抵
抗の他端に接続された第1のダイオードと、 アノードが低電位に接続され、カソードが前記第1の抵
抗の他端に接続された第2のダイオードと、 一端が前記内部回路の前記端子に接続され、他端が前記
第1の抵抗の他端に接続され、前記第1の抵抗の抵抗値
よりも大きい抵抗値を有する第2の抵抗と を備えたこと
を特徴とする集積回路の静電気保護回路。 - 【請求項2】 前記高電位はプラス側電源電位であり、
前記低電位はマイナス側電源電位であることを特徴とす
る請求項1に記載の静電気保護回路。 - 【請求項3】 前記集積回路と、前記第1および第2の
抵抗と、前記第1および第2のダイオードとは、それぞ
れ化合物半導体からなることを特徴とする請求項1また
は2に記載の静電気保護回路。 - 【請求項4】 前記第1および第2の抵抗は、前記化合
物半導体の所定の領域に不純物を選択的にイオン注入し
て形成される注入抵抗であることを特徴とする請求項3
に記載の静電気保護回路。 - 【請求項5】 前記第1および第2の抵抗は、前記第1
および第2のダイオードとモノリシックに形成された金
属薄膜抵抗であることを特徴とする請求項1または2に
記載の静電気保護回路。 - 【請求項6】 集積回路の内部回路の端子と外部端子と
の間に挿入され、前記内部回路を静電気による過渡電流
から保護する静電気保護回路において、 それぞれ、抵抗と、カソードが高電位に接続され、アノ
ードが前記抵抗の一端に接続された第1のダイオード
と、アノードが低電位に接続され、カソードが前記抵抗
の一端に接続された第2のダイオードとからなる第1〜
第nのn個の回路を備え、 第1の回路の抵抗の他端が前記外部端子に接続され、第
2の回路の抵抗の他端が第1の回路の抵抗の前記一端に
接続されるよう、第1の回路から第nの回路まで順次接
続し、第nの回路の抵抗の一端が前記内部回路の前記端
子に接続され、前記第1〜第nの回路のそれぞれの抵抗
の抵抗値が前記第1の回路の抵抗から第nの回路の抵抗
に向かって順次大きいことを特徴とする集積回路の静電
気保護回路。 - 【請求項7】 集積回路と、請求項1ないし6のいずれ
かに記載の静電気保護回路とは、同一の半導体基板に形
成されていることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03219797A JP3487115B2 (ja) | 1997-02-17 | 1997-02-17 | 静電気保護回路および静電気保護回路を具えた半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03219797A JP3487115B2 (ja) | 1997-02-17 | 1997-02-17 | 静電気保護回路および静電気保護回路を具えた半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10233293A JPH10233293A (ja) | 1998-09-02 |
JP3487115B2 true JP3487115B2 (ja) | 2004-01-13 |
Family
ID=12352190
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP (1) | JP3487115B2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
JP6170807B2 (ja) * | 2013-10-21 | 2017-07-26 | アスモ株式会社 | モータ制御装置 |
-
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- 1997-02-17 JP JP03219797A patent/JP3487115B2/ja not_active Expired - Fee Related
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