JP3779256B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP3779256B2
JP3779256B2 JP2002326732A JP2002326732A JP3779256B2 JP 3779256 B2 JP3779256 B2 JP 3779256B2 JP 2002326732 A JP2002326732 A JP 2002326732A JP 2002326732 A JP2002326732 A JP 2002326732A JP 3779256 B2 JP3779256 B2 JP 3779256B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor device
region
logic circuit
protection circuit
power supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2002326732A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003218226A5 (en
JP2003218226A (en
Inventor
健一 田手原
教英 衣笠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2002326732A priority Critical patent/JP3779256B2/en
Publication of JP2003218226A publication Critical patent/JP2003218226A/en
Publication of JP2003218226A5 publication Critical patent/JP2003218226A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3779256B2 publication Critical patent/JP3779256B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の静電破壊を防止するための回路技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
外部から信号入力端子に与えられた正のサージ電荷を電源線へ導くための第1の入力保護回路と、外部から当該信号入力端子に与えられた負のサージ電荷を接地線へ導くための第2の入力保護回路とを有する半導体装置(半導体集積回路)が知られている。第1及び第2の入力保護回路は、各々ダイオード、MOSトランジスタ、バイポーラトランジスタのうちのいずれかで構成される(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平9−139466号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
縦続接続された多数のインバータにより、例えば遅延回路を構成することができる。各インバータは、PチャネルMOSトランジスタとNチャネルMOSトランジスタとで構成される。このような遅延回路を持つ半導体装置に上記第1及び第2の入力保護回路を採用すれば、信号入力端子にサージ電荷が与えられても、当該信号入力端子に直結された初段のインバータはゲート絶縁破壊を免れることができる。ただし、例えば当該半導体装置を搭載すべき機器の組立ラインにおいて、電源端子及び接地端子が開放された状態(無電圧状態)で正のサージ電荷が信号入力端子に与えられると、内部のインバータにゲート絶縁破壊が生じることがあった。
【0005】
本発明の目的は、半導体装置の耐サージ性能を向上させることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、各々入力を反転させる機能を有しかつ直接又は間接に縦続接続された第1、第2及び第3の論理回路を備えた半導体装置において、第2の論理回路の出力部と第3の論理回路の入力部との間の接続部に内部保護回路を介在させ、入力保護回路により電源線へ導かれて当該電源線から第2の論理回路を介して第3の論理回路の入力部に導出されたサージ電荷を接地線へ導くことのできる経路を前記内部保護回路が有することとしたものである。内部保護回路におけるサージ電荷放電経路は、当該内部保護回路を構成するトランジスタ又は寄生トランジスタのブレークダウンによって形成される。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0008】
図1は、本発明に係る半導体装置の構成例を示す回路図である。図1の半導体装置は、信号入力端子10と、電源端子20と、接地端子30と、信号入力線11と、電源線21と、接地線31と、第1の入力保護回路50と、第2の入力保護回路60と、第1のインバータ100と、第2のインバータ200と、内部保護回路250と、第3のインバータ300とを備えている。
【0009】
第1、第2及び第3のインバータ100,200,300は、縦続接続されている。第1のインバータ100は、PチャネルMOSトランジスタ101とNチャネルMOSトランジスタ102とで構成されたCMOSインバータである。103は、第1のインバータ100の出力線である。第2のインバータ200もまた、PチャネルMOSトランジスタ201とNチャネルMOSトランジスタ202とで構成されたCMOSインバータである。203は、第2のインバータ200の出力線である。第3のインバータ300もまた、PチャネルMOSトランジスタ301とNチャネルMOSトランジスタ302とで構成されたCMOSインバータである。303は、第3のインバータ300の出力線である。
【0010】
信号入力線11は、外部から信号入力端子10を介して与えられた信号を第1のインバータ100へ供給する。電源線20は、外部から電源端子20を介して与えられた正の電源電圧を第1、第2及び第3のインバータ100,200,300へ供給する。接地線31は、外部から接地端子30を介して与えられた接地電圧を第1、第2及び第3のインバータ100,200,300へ供給する。
【0011】
第1の入力保護回路50は、外部から信号入力端子10に与えられた正のサージ電荷を電源線21へ導くように、ダイオード51で構成されている。第2の入力保護回路60は、外部から信号入力端子10に与えられた負のサージ電荷を接地線31へ導くように、ダイオード61で構成されている。内部保護回路250は、第1の入力保護回路50により電源線21へ導かれて第2のインバータ200中のPチャネルMOSトランジスタ201から第3のインバータ300へ向けて流出した正のサージ電荷を接地線31へ導くための回路であって、第2のインバータ200の出力部と第3のインバータ300の入力部との間の接続部に介在するように半導体基板上に形成された拡散抵抗251を備えている。252は、第3のインバータ300の入力線である。
【0012】
図2は、図1の半導体装置の部分断面図である。第2のインバータ200と、内部保護回路250と、第3のインバータ300とがP型基板70上に形成されている。71及び72は、それぞれP型分離領域である。PチャネルMOSトランジスタ201は、各々N型ウェル領域211に形成されたP型拡散ソース領域212と、P型拡散ドレイン領域213と、ポリシリコンゲート電極214とにより構成されている。NチャネルMOSトランジスタ202は、各々P型ウェル領域221に形成されたN型拡散ソース領域222と、N型拡散ドレイン領域223と、ポリシリコンゲート電極224とにより構成されている。P型拡散抵抗251は、N型エピタキシャル領域261にP型拡散抵抗領域262を形成することにより構成されている。したがって、P型拡散抵抗領域262をエミッタ、N型エピタキシャル領域261をベース、P型基板70をコレクタとする寄生のPNPトランジスタが形成される。しかも、P型基板70及びP型分離領域72は、接地線31に接続されている。PチャネルMOSトランジスタ301は、各々N型ウェル領域311に形成されたP型拡散ソース領域312と、P型拡散ドレイン領域313と、ポリシリコンゲート電極314とにより構成されている。NチャネルMOSトランジスタ302は、各々P型ウェル領域321に形成されたN型拡散ソース領域322と、N型拡散ドレイン領域323と、ポリシリコンゲート電極324とにより構成されている。
【0013】
図1及び図2に示した構成を有する半導体装置によれば、電源端子20及び接地端子30が開放された状態で信号入力端子10に正のサージ電荷が与えられると、このサージ電荷を第1の入力保護回路50が電源線21へと導く。これにより、第1のインバータ100のゲート絶縁が保護される。ただし、正のサージ電荷が電源線21へ流入することにより、あたかも外部から電源電圧が電源端子20に印加されたのと同じ状態になる。したがって、第1及び第2のインバータ100,200は入力反転動作をする。ここで、信号入力端子10に接続された信号入力線11がH(ハイ)レベルであるから、第1インバータ出力線103はL(ロー)レベル、第2インバータ出力線203はH(ハイ)レベルとなる。つまり、第2のインバータ200中のPチャネルMOSトランジスタ201が導通する。その結果、電源線21から正のサージ電荷がPチャネルMOSトランジスタ201を介して第2インバータ出力線203へ流出する。ここで、P型拡散抵抗領域262と、N型エピタキシャル領域261と、P型基板70とで形成された寄生PNPトランジスタのコレクタ・エミッタ間のブレークダウン電圧をBVCEO(ベース回路が開放)とすると、第2インバータ出力線203に接続されたP型拡散抵抗領域262の電位がBVCEOを上回った時点で当該寄生PNPトランジスタがブレークダウンする結果、サージ電荷が接地線31へバイパスされる。これにより、第3のインバータ300のゲート絶縁が保護される。
【0014】
電源端子20及び接地端子30が開放された状態で信号入力端子10に負のサージ電荷が与えられた場合には、このサージ電荷を第2の入力保護回路60が接地線31へと導く。これにより、第1のインバータ100のゲート絶縁が保護される。しかも、第1及び第2のインバータ100,200が入力反転動作をすることはないので、第3のインバータ300にゲート絶縁破壊の問題が生じることはない。
【0015】
なお、上記P型拡散抵抗251に代えてN型拡散抵抗を採用することも可能である。
【0016】
図3は、本発明に係る半導体装置の他の構成例を示す回路図である。図3中の内部保護回路250は、第2のインバータ200の出力部と接地線31との間の接続部に介在したNPNトランジスタ253を備えている。このNPNトランジスタ253のコレクタは第2インバータ出力線203に、エミッタは直接接地線31に、ベースはP型拡散抵抗254を介して接地線31にそれぞれ接続されている。
【0017】
図4は、図3の半導体装置の部分断面図である。NPNトランジスタ253と、P型拡散抵抗254とがP型基板70上に形成されている。271はP型分離領域である。NPNトランジスタ253は、各々N型エピタキシャル領域272に形成されたN型拡散コレクタ領域273と、P型拡散ベース領域274と、N型拡散エミッタ領域275とにより構成されている。P型拡散抵抗254は、N型エピタキシャル領域276にP型拡散抵抗領域277を形成することにより構成されている。278はベース配線である。
【0018】
図3及び図4に示した構成を有する半導体装置でも、電源端子20及び接地端子30が開放された状態で信号入力端子10に正のサージ電荷が与えられると、このサージ電荷が第1の入力保護回路50を経由して電源線21へ流入し、この電源線21から正のサージ電荷がPチャネルMOSトランジスタ201を介して第2インバータ出力線203へ流出する。ここで、NPNトランジスタ253のコレクタ・エミッタ間のブレークダウン電圧をBVCER(ベース回路が抵抗接地)とすると、第2インバータ出力線203に接続されたN型拡散コレクタ領域273の電位がBVCERを上回った時点で当該NPNトランジスタ253がブレークダウンする結果、サージ電荷が接地線31へバイパスされる。これにより、第3のインバータ300のゲート絶縁が保護される。
【0019】
なお、上記NPNトランジスタ253に代えてPNPトランジスタを採用することも可能である。
【0020】
図5は、本発明に係る半導体装置の更に他の構成例を示す回路図である。図5中の内部保護回路250は、第2のインバータ200の出力部と接地線31との間の接続部に介在したNチャネルMOSトランジスタ255を備えている。このNチャネルMOSトランジスタ255のドレインは第2インバータ出力線203に、ゲート及びソースは接地線31にそれぞれ接続されている。
【0021】
図6は、図5の半導体装置の部分断面図である。NチャネルMOSトランジスタ255は、各々P型ウェル領域281に形成されたN型拡散ソース領域282と、N型拡散ドレイン領域283と、ポリシリコンゲート電極284とにより構成されている。
【0022】
図5及び図6に示した構成を有する半導体装置でも、電源端子20及び接地端子30が開放された状態で信号入力端子10に正のサージ電荷が与えられると、このサージ電荷が第1の入力保護回路50を経由して電源線21へ流入し、この電源線21から正のサージ電荷がPチャネルMOSトランジスタ201を介して第2インバータ出力線203へ流出する。ここで、NチャネルMOSトランジスタ255のドレイン・ソース間のブレークダウン電圧をBVDSとすると、第2インバータ出力線203に接続されたN型拡散ドレイン領域283の電位がBVDSを上回った時点で当該NチャネルMOSトランジスタ255がブレークダウンする結果、サージ電荷が接地線31へバイパスされる。これにより、第3のインバータ300のゲート絶縁が保護される。
【0023】
なお、上記NチャネルMOSトランジスタ255に代えてPチャネルMOSトランジスタを採用することも可能である。
【0024】
上記図1、図3及び図5中の第1及び第2の入力保護回路50,60がダイオード構成に限らないことは言うまでもない。図7によれば、第1の入力保護回路50がPチャネルMOSトランジスタ52により、第2の入力保護回路60がNチャネルMOSトランジスタ62によりそれぞれ構成される。また図8によれば、第1の入力保護回路50がNPNトランジスタ53により、第2の入力保護回路60が他のNPNトランジスタ63によりそれぞれ構成される。これらNPNトランジスタ53,63のうちの少なくとも一方をPNPトランジスタに置き換えることも可能である。
【0025】
また、以上の説明においては第2のインバータ200の出力部と第3のインバータ300の入力部との間に内部保護回路250を挿入するものとしたが、必要に応じて更に後段の奇数段目のインバータの入力部に同様の内部保護回路を設けてもよい。インバータ100,200,300に限らず、NANDゲート、NORゲート等の、各々入力を反転させる機能を有する複数の論理回路が縦続接続された場合にも、本発明を適用できる。
【0026】
【発明の効果】
以上説明してきたとおり、本発明によれば、各々入力を反転させる機能を有しかつ直接又は間接に縦続接続された第1、第2及び第3の論理回路を備えた半導体装置において、第2の論理回路の出力部と第3の論理回路の入力部との間の接続部に介在して、入力保護回路により電源線へ導出されたサージ電荷に起因した前記接続部の電荷を接地線へ導く経路を有する内部保護回路を更に備えることとしたので、半導体装置の耐サージ性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体装置の構成例を示す回路図である。
【図2】図1の半導体装置の部分断面図である。
【図3】本発明に係る半導体装置の他の構成例を示す回路図である。
【図4】図3の半導体装置の部分断面図である。
【図5】本発明に係る半導体装置の更に他の構成例を示す回路図である。
【図6】図5の半導体装置の部分断面図である。
【図7】図1、図3及び図5の変形例を示す回路図である。
【図8】図1、図3及び図5の他の変形例を示す回路図である。
【符号の説明】
10 信号入力端子
11 信号入力線
20 電源端子
21 電源線
30 接地端子
31 接地線
50 第1の入力保護回路
51 ダイオード
52 PチャネルMOSトランジスタ
53 NPNトランジスタ
60 第2の入力保護回路
61 ダイオード
62 NチャネルMOSトランジスタ
63 NPNトランジスタ
70 P型基板
71 P型分離領域
72 P型分離領域
100 第1のインバータ
101 PチャネルMOSトランジスタ
102 NチャネルMOSトランジスタ
103 第1インバータ出力線
200 第2のインバータ
201 PチャネルMOSトランジスタ
202 NチャネルMOSトランジスタ
203 第2インバータ出力線
211 N型ウェル領域
212 P型拡散ソース領域
213 P型拡散ドレイン領域
214 ポリシリコンゲート電極
221 P型ウェル領域
222 N型拡散ソース領域
223 N型拡散ドレイン領域
224 ポリシリコンゲート電極
250 内部保護回路
251 P型拡散抵抗
252 第3インバータ入力線
253 NPNトランジスタ
254 P型拡散抵抗
255 NチャネルMOSトランジスタ
261 N型エピタキシャル領域
262 P型拡散抵抗領域
271 P型分離領域
272 N型エピタキシャル領域
273 N型拡散コレクタ領域
274 P型拡散ベース領域
275 N型拡散エミッタ領域
276 N型エピタキシャル領域
277 P型拡散抵抗領域
278 ベース配線
281 P型ウェル領域
282 N型拡散ソース領域
283 N型拡散ドレイン領域
284 ポリシリコンゲート電極
300 第3のインバータ
301 PチャネルMOSトランジスタ
302 NチャネルMOSトランジスタ
303 第3インバータ出力線
311 N型ウェル領域
312 P型拡散ソース領域
313 P型拡散ドレイン領域
314 ポリシリコンゲート電極
321 P型ウェル領域
322 N型拡散ソース領域
323 N型拡散ドレイン領域
324 ポリシリコンゲート電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a circuit technique for preventing electrostatic breakdown of a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
A first input protection circuit for leading positive surge charge applied to the signal input terminal from the outside to the power supply line; and a first input protection circuit for guiding negative surge charge applied to the signal input terminal from the outside to the ground line. 2. Description of the Related Art A semiconductor device (semiconductor integrated circuit) having two input protection circuits is known. Each of the first and second input protection circuits is composed of any one of a diode, a MOS transistor, and a bipolar transistor (see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-139466
[Problems to be solved by the invention]
For example, a delay circuit can be configured by a large number of cascaded inverters. Each inverter includes a P channel MOS transistor and an N channel MOS transistor. If the first and second input protection circuits are employed in a semiconductor device having such a delay circuit, even if surge charge is applied to the signal input terminal, the first-stage inverter connected directly to the signal input terminal is a gate. Insulation breakdown can be avoided. However, when a positive surge charge is applied to the signal input terminal with the power supply terminal and the ground terminal open (no voltage state), for example, in the assembly line of the equipment on which the semiconductor device is to be mounted, the internal inverter is gated. Dielectric breakdown sometimes occurred.
[0005]
An object of the present invention is to improve the surge resistance performance of a semiconductor device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device having first, second and third logic circuits each having a function of inverting an input and cascaded directly or indirectly . An internal protection circuit is interposed in a connection portion between the output portion of the logic circuit and the input portion of the third logic circuit, and is led to the power supply line by the input protection circuit and from the power supply line to the second logic circuit. Thus, the internal protection circuit has a path through which the surge charge led to the input part of the third logic circuit can be guided to the ground line. The surge charge discharge path in the internal protection circuit is formed by breakdown of a transistor or a parasitic transistor constituting the internal protection circuit.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0008]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a semiconductor device according to the present invention. 1 includes a signal input terminal 10, a power supply terminal 20, a ground terminal 30, a signal input line 11, a power supply line 21, a ground line 31, a first input protection circuit 50, and a second input circuit. Input protection circuit 60, first inverter 100, second inverter 200, internal protection circuit 250, and third inverter 300.
[0009]
The first, second, and third inverters 100, 200, and 300 are connected in cascade. The first inverter 100 is a CMOS inverter composed of a P channel MOS transistor 101 and an N channel MOS transistor 102. Reference numeral 103 denotes an output line of the first inverter 100. The second inverter 200 is also a CMOS inverter composed of a P channel MOS transistor 201 and an N channel MOS transistor 202. Reference numeral 203 denotes an output line of the second inverter 200. The third inverter 300 is also a CMOS inverter composed of a P channel MOS transistor 301 and an N channel MOS transistor 302. Reference numeral 303 denotes an output line of the third inverter 300.
[0010]
The signal input line 11 supplies a signal supplied from the outside via the signal input terminal 10 to the first inverter 100. The power supply line 20 supplies a positive power supply voltage given from the outside via the power supply terminal 20 to the first, second, and third inverters 100, 200, 300. The ground line 31 supplies a ground voltage supplied from the outside via the ground terminal 30 to the first, second, and third inverters 100, 200, and 300.
[0011]
The first input protection circuit 50 is composed of a diode 51 so as to guide positive surge charges given to the signal input terminal 10 from the outside to the power supply line 21. The second input protection circuit 60 is configured by a diode 61 so as to guide negative surge charge given to the signal input terminal 10 from the outside to the ground line 31. The internal protection circuit 250 grounds the positive surge charge that is guided to the power line 21 by the first input protection circuit 50 and flows out from the P-channel MOS transistor 201 in the second inverter 200 toward the third inverter 300. A circuit for leading to the line 31, and a diffusion resistor 251 formed on the semiconductor substrate so as to be interposed in a connection portion between the output portion of the second inverter 200 and the input portion of the third inverter 300. I have. Reference numeral 252 denotes an input line of the third inverter 300.
[0012]
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. Second inverter 200, internal protection circuit 250, and third inverter 300 are formed on P-type substrate 70. Reference numerals 71 and 72 denote P-type separation regions, respectively. The P-channel MOS transistor 201 includes a P-type diffusion source region 212, a P-type diffusion drain region 213, and a polysilicon gate electrode 214, each formed in the N-type well region 211. The N-channel MOS transistor 202 includes an N-type diffusion source region 222, an N-type diffusion drain region 223, and a polysilicon gate electrode 224 formed in the P-type well region 221, respectively. The P type diffused resistor 251 is configured by forming a P type diffused resistor region 262 in the N type epitaxial region 261. Therefore, a parasitic PNP transistor having the P-type diffusion resistance region 262 as an emitter, the N-type epitaxial region 261 as a base, and the P-type substrate 70 as a collector is formed. Moreover, the P-type substrate 70 and the P-type separation region 72 are connected to the ground line 31. The P-channel MOS transistor 301 includes a P-type diffusion source region 312, a P-type diffusion drain region 313, and a polysilicon gate electrode 314 formed in the N-type well region 311. The N-channel MOS transistor 302 includes an N-type diffusion source region 322, an N-type diffusion drain region 323, and a polysilicon gate electrode 324, each formed in the P-type well region 321.
[0013]
According to the semiconductor device having the configuration shown in FIGS. 1 and 2, when a positive surge charge is applied to the signal input terminal 10 with the power supply terminal 20 and the ground terminal 30 open, the surge charge is reduced to the first. The input protection circuit 50 leads to the power line 21. Thereby, the gate insulation of the first inverter 100 is protected. However, when the positive surge charge flows into the power supply line 21, it is as if a power supply voltage is applied to the power supply terminal 20 from the outside. Therefore, the first and second inverters 100 and 200 perform input inverting operation. Here, since the signal input line 11 connected to the signal input terminal 10 is at the H (high) level, the first inverter output line 103 is at the L (low) level, and the second inverter output line 203 is at the H (high) level. It becomes. That is, the P channel MOS transistor 201 in the second inverter 200 is turned on. As a result, positive surge charge flows from power supply line 21 to second inverter output line 203 via P-channel MOS transistor 201. Here, when the breakdown voltage between the collector and the emitter of the parasitic PNP transistor formed by the P-type diffusion resistance region 262, the N-type epitaxial region 261, and the P-type substrate 70 is BVCEO (the base circuit is open), As a result of the breakdown of the parasitic PNP transistor when the potential of the P-type diffusion resistance region 262 connected to the second inverter output line 203 exceeds BVCEO, surge charges are bypassed to the ground line 31. Thereby, the gate insulation of the third inverter 300 is protected.
[0014]
When a negative surge charge is applied to the signal input terminal 10 with the power supply terminal 20 and the ground terminal 30 open, the second input protection circuit 60 guides this surge charge to the ground line 31. Thereby, the gate insulation of the first inverter 100 is protected. In addition, since the first and second inverters 100 and 200 do not perform the input inversion operation, the third inverter 300 does not have a problem of gate dielectric breakdown.
[0015]
An N-type diffused resistor may be employed instead of the P-type diffused resistor 251.
[0016]
FIG. 3 is a circuit diagram showing another configuration example of the semiconductor device according to the present invention. The internal protection circuit 250 in FIG. 3 includes an NPN transistor 253 interposed at a connection portion between the output portion of the second inverter 200 and the ground line 31. The NPN transistor 253 has a collector connected to the second inverter output line 203, an emitter connected directly to the ground line 31, and a base connected to the ground line 31 via a P-type diffusion resistor 254.
[0017]
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. An NPN transistor 253 and a P-type diffused resistor 254 are formed on the P-type substrate 70. Reference numeral 271 denotes a P-type separation region. The NPN transistor 253 includes an N-type diffusion collector region 273, a P-type diffusion base region 274, and an N-type diffusion emitter region 275 formed in the N-type epitaxial region 272. The P type diffused resistor 254 is configured by forming a P type diffused resistor region 277 in the N type epitaxial region 276. Reference numeral 278 denotes a base wiring.
[0018]
Even in the semiconductor device having the configuration shown in FIGS. 3 and 4, when a positive surge charge is applied to the signal input terminal 10 with the power supply terminal 20 and the ground terminal 30 open, the surge charge is applied to the first input. It flows into the power supply line 21 via the protection circuit 50, and a positive surge charge flows out from the power supply line 21 to the second inverter output line 203 via the P-channel MOS transistor 201. Here, when the breakdown voltage between the collector and the emitter of the NPN transistor 253 is BVCER (the base circuit is resistance grounded), the potential of the N-type diffusion collector region 273 connected to the second inverter output line 203 exceeds BVCER. As a result of the breakdown of the NPN transistor 253 at the time, surge charges are bypassed to the ground line 31. Thereby, the gate insulation of the third inverter 300 is protected.
[0019]
Note that a PNP transistor may be employed instead of the NPN transistor 253.
[0020]
FIG. 5 is a circuit diagram showing still another configuration example of the semiconductor device according to the present invention. The internal protection circuit 250 in FIG. 5 includes an N-channel MOS transistor 255 interposed at a connection portion between the output portion of the second inverter 200 and the ground line 31. The drain of the N channel MOS transistor 255 is connected to the second inverter output line 203, and the gate and source are connected to the ground line 31.
[0021]
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. N channel MOS transistor 255 includes an N type diffusion source region 282, an N type diffusion drain region 283, and a polysilicon gate electrode 284 formed in P type well region 281, respectively.
[0022]
Also in the semiconductor device having the configuration shown in FIGS. 5 and 6, when a positive surge charge is applied to the signal input terminal 10 with the power supply terminal 20 and the ground terminal 30 open, the surge charge is applied to the first input. It flows into the power supply line 21 via the protection circuit 50, and a positive surge charge flows out from the power supply line 21 to the second inverter output line 203 via the P-channel MOS transistor 201. Here, if the breakdown voltage between the drain and source of the N-channel MOS transistor 255 is BVDS, when the potential of the N-type diffusion drain region 283 connected to the second inverter output line 203 exceeds BVDS, the N-channel MOS transistor 255 As a result of the breakdown of the MOS transistor 255, surge charges are bypassed to the ground line 31. Thereby, the gate insulation of the third inverter 300 is protected.
[0023]
In place of the N channel MOS transistor 255, a P channel MOS transistor may be employed.
[0024]
Needless to say, the first and second input protection circuits 50 and 60 in FIGS. 1, 3 and 5 are not limited to the diode configuration. According to FIG. 7, the first input protection circuit 50 is configured by a P-channel MOS transistor 52, and the second input protection circuit 60 is configured by an N-channel MOS transistor 62. Further, according to FIG. 8, the first input protection circuit 50 is configured by an NPN transistor 53, and the second input protection circuit 60 is configured by another NPN transistor 63. It is also possible to replace at least one of these NPN transistors 53 and 63 with a PNP transistor.
[0025]
In the above description, the internal protection circuit 250 is inserted between the output unit of the second inverter 200 and the input unit of the third inverter 300. A similar internal protection circuit may be provided at the input of the inverter. The present invention can be applied not only to the inverters 100, 200, and 300 but also to a case where a plurality of logic circuits each having a function of inverting inputs, such as NAND gates and NOR gates, are cascaded.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the semiconductor device including the first, second, and third logic circuits each having a function of inverting the input and directly or indirectly connected in cascade, Between the output part of the logic circuit and the input part of the third logic circuit , the charge of the connection part caused by the surge charge led to the power supply line by the input protection circuit to the ground line Since the internal protection circuit having the guide path is further provided, the surge resistance of the semiconductor device is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a semiconductor device according to the present invention.
2 is a partial cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. 1;
FIG. 3 is a circuit diagram showing another configuration example of the semiconductor device according to the present invention.
4 is a partial cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. 3;
FIG. 5 is a circuit diagram showing still another configuration example of the semiconductor device according to the present invention.
6 is a partial cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. 5;
7 is a circuit diagram showing a modification of FIGS. 1, 3, and 5. FIG.
FIG. 8 is a circuit diagram showing another modification of FIGS. 1, 3 and 5;
[Explanation of symbols]
10 signal input terminal 11 signal input line 20 power supply terminal 21 power supply line 30 ground terminal 31 ground line 50 first input protection circuit 51 diode 52 P-channel MOS transistor 53 NPN transistor 60 second input protection circuit 61 diode 62 N-channel MOS Transistor 63 NPN transistor 70 P-type substrate 71 P-type isolation region 72 P-type isolation region 100 First inverter 101 P-channel MOS transistor 102 N-channel MOS transistor 103 First inverter output line 200 Second inverter 201 P-channel MOS transistor 202 N-channel MOS transistor 203 Second inverter output line 211 N-type well region 212 P-type diffusion source region 213 P-type diffusion drain region 214 Polysilicon gate electrode 221 P-type well region 222 N-type diffusion source region 223 N-type diffusion drain region 224 Polysilicon gate electrode 250 Internal protection circuit 251 P-type diffusion resistor 252 Third inverter input line 253 NPN transistor 254 P-type diffusion resistor 255 N-channel MOS transistor 261 N-type epitaxial region 262 P-type diffusion resistance region 271 P-type isolation region 272 N-type epitaxial region 273 N-type diffusion collector region 274 P-type diffusion base region 275 N-type diffusion emitter region 276 N-type epitaxial region 277 P-type diffusion resistance region 278 Base wiring 281 P Type well region 282 N type diffusion source region 283 N type diffusion drain region 284 Polysilicon gate electrode 300 Third inverter 301 P channel MOS transistor 302 N channel MOS transistor 303 Third inverter output line 311 N-type well region 312 P-type diffusion source region 313 P-type diffusion drain region 314 Polysilicon gate electrode 321 P-type well region 322 N-type diffusion source region 323 N-type diffusion drain region 324 Polysilicon gate electrode

Claims (15)

各々入力を反転させる機能を有し、かつ直接又は間接に縦続接続された第1、第2及び第3の論理回路と、
外部から与えられた信号を前記第1の論理回路へ供給するための信号入力端子と、
外部から電源端子を介して与えられた正の電源電圧を前記第1、第2及び第3の論理回路へ供給することのできる電源線と、
外部から前記信号入力端子に与えられたサージ電荷を、前記電源端子を介さずに、前記第3の論理回路が直接接続された前記電源線へ導くことのできる経路を有する入力保護回路と、
外部から接地端子を介して与えられた接地電圧を前記第1、第2及び第3の論理回路へ供給することのできる接地線と、
前記第2の論理回路の出力部と前記第3の論理回路の入力部との間の接続部に介在して、前記入力保護回路により前記電源線へ導かれて当該電源線から前記第2の論理回路を介して前記接続部に導出されたサージ電荷を前記接地線へ導くことのできる経路を有する内部保護回路とを備えたことを特徴とする半導体装置。
First, second and third logic circuits each having a function of inverting an input and cascaded directly or indirectly;
A signal input terminal for supplying an externally applied signal to the first logic circuit;
A power supply line capable of supplying a positive power supply voltage applied from the outside via a power supply terminal to the first, second and third logic circuits;
An input protection circuit having a path capable of guiding surge charges externally applied to the signal input terminal to the power supply line to which the third logic circuit is directly connected without passing through the power supply terminal;
A ground line capable of supplying a ground voltage applied from the outside via a ground terminal to the first, second and third logic circuits;
Interposed in the connection between the output part of the second logic circuit and the input part of the third logic circuit, led to the power line by the input protection circuit, and from the power line to the second A semiconductor device comprising: an internal protection circuit having a path capable of guiding surge charges led to the connection portion via a logic circuit to the ground line.
各々入力を反転させる機能を有し、かつ直接又は間接に縦続接続された第1、第2及び第3の論理回路と、
外部から与えられた信号を前記第1の論理回路へ供給するための信号入力端子と、
外部から電源端子を介して与えられた正の電源電圧を前記第1、第2及び第3の論理回路へ供給することのできる電源線と、
外部から前記信号入力端子に与えられたサージ電荷を前記電源線へ導くことのできる経路を有する入力保護回路と、
外部から接地端子を介して与えられた接地電圧を前記第1、第2及び第3の論理回路へ供給することのできる接地線と、
前記第2の論理回路の出力部と前記第3の論理回路の入力部との間の接続部に介在して、前記入力保護回路により前記電源線へ導かれて当該電源線から前記第2の論理回路を介して前記接続部に導出されたサージ電荷を前記接地線へ導くことのできる経路を有する内部保護回路とを備え、
前記内部保護回路の前記経路は、前記内部保護回路を構成するトランジスタ又は寄生トランジスタのブレークダウンによって形成されることを特徴とする半導体装置。
First, second and third logic circuits each having a function of inverting an input and cascaded directly or indirectly;
A signal input terminal for supplying an externally applied signal to the first logic circuit;
A power supply line capable of supplying a positive power supply voltage applied from the outside via a power supply terminal to the first, second and third logic circuits;
An input protection circuit having a path capable of guiding a surge charge applied to the signal input terminal from the outside to the power supply line;
A ground line capable of supplying a ground voltage applied from the outside via a ground terminal to the first, second and third logic circuits;
Interposed in the connection between the output part of the second logic circuit and the input part of the third logic circuit, led to the power line by the input protection circuit, and from the power line to the second An internal protection circuit having a path capable of guiding a surge charge led to the connection part via a logic circuit to the ground line;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the path of the internal protection circuit is formed by a breakdown of a transistor or a parasitic transistor constituting the internal protection circuit.
請求項1又は2に記載の半導体装置において、
前記第1及び第2の論理回路は、各々PチャネルMOSトランジスタとNチャネルMOSトランジスタとで構成されたインバータであることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second logic circuits are inverters each composed of a P-channel MOS transistor and an N-channel MOS transistor.
請求項1又は2に記載の半導体装置において、
前記入力保護回路は、ダイオード、MOSトランジスタ、バイポーラトランジスタのうちのいずれかで構成されたことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the input protection circuit is composed of any one of a diode, a MOS transistor, and a bipolar transistor.
請求項1又は2に記載の半導体装置において、
前記内部保護回路は、前記接地線に接続された第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板に接した第2導電型の半導体領域と、前記半導体領域内にあって前記半導体基板上に形成された第1導電型の拡散抵抗とを備え、
前記拡散抵抗の少なくとも一端を、前記第2の論理回路の出力部と前記第3の論理回路の入力部との間の接続部に接続したことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The internal protection circuit is formed on the semiconductor substrate in the semiconductor region, a first conductivity type semiconductor substrate connected to the ground line, a second conductivity type semiconductor region in contact with the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate. A diffusion resistance of the first conductivity type,
At least one end of the diffused resistor is connected to a connection portion between an output portion of the second logic circuit and an input portion of the third logic circuit.
請求項5記載の半導体装置において、
前記内部保護回路は、
前記接地線に接続されたP型領域と、
前記P型領域に接するように形成されたN型領域と、
前記N型領域内に拡散形成され、かつ前記第2の論理回路の出力部と前記第3の論理回路の入力部との間の接続部に介在したP型拡散領域とを備えたことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5.
The internal protection circuit is
A P-type region connected to the ground wire;
An N-type region formed in contact with the P-type region;
And a P-type diffusion region formed in the N-type region and interposed in a connection portion between the output portion of the second logic circuit and the input portion of the third logic circuit. A semiconductor device.
請求項1又は2に記載の半導体装置において、
前記内部保護回路は、前記第2の論理回路の出力部と前記接地線との間の接続部に介在したバイポーラトランジスタを備えたことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the internal protection circuit includes a bipolar transistor interposed in a connection portion between the output portion of the second logic circuit and the ground line.
請求項7記載の半導体装置において、
前記バイポーラトランジスタは、前記第2の論理回路の出力部に接続されたコレクタと、ベースと、前記接地線に接続されたエミッタとを有するNPNトランジスタであることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the bipolar transistor is an NPN transistor having a collector connected to the output portion of the second logic circuit, a base, and an emitter connected to the ground line.
請求項8記載の半導体装置において、
前記内部保護回路は、
前記第2の論理回路の出力部に接続されたN型拡散コレクタ領域と、
前記N型拡散コレクタ領域に隣接して形成されたP型拡散ベース領域と、
前記P型拡散ベース領域内に拡散形成され、かつ前記接地線に接続されたN型拡散エミッタ領域とを備えたことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8.
The internal protection circuit is
An N-type diffused collector region connected to the output of the second logic circuit;
A P-type diffusion base region formed adjacent to the N-type diffusion collector region;
A semiconductor device comprising: an N-type diffusion emitter region diffused in the P-type diffusion base region and connected to the ground line.
請求項8記載の半導体装置において、
前記NPNトランジスタのベースと前記接地線との間の接続部に介在した抵抗を更に備えたことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8.
A semiconductor device, further comprising a resistor interposed in a connection portion between a base of the NPN transistor and the ground line.
請求項9記載の半導体装置において、
前記P型拡散ベース領域と前記接地線との間の接続部に介在したP型拡散抵抗領域を更に備えたことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 9.
A semiconductor device, further comprising a P-type diffusion resistance region interposed at a connection portion between the P-type diffusion base region and the ground line.
請求項1又は2に記載の半導体装置において、
前記内部保護回路は、前記第2の論理回路の出力部と前記接地線との間の接続部に介在したMOSトランジスタを備えたことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the internal protection circuit includes a MOS transistor interposed in a connection portion between the output portion of the second logic circuit and the ground line.
請求項12記載の半導体装置において、
前記MOSトランジスタは、前記第2の論理回路の出力部に接続されたドレインと、前記接地線に接続されたゲート及びソースとを有するNチャネルMOSトランジスタであることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 12, wherein
The semiconductor device according to claim 1, wherein the MOS transistor is an N-channel MOS transistor having a drain connected to an output portion of the second logic circuit, and a gate and a source connected to the ground line.
請求項13記載の半導体装置において、
前記内部保護回路は、
P型領域と、
前記P型領域内に拡散形成され、かつ前記第2の論理回路の出力部に接続されたN型拡散ドレイン領域と、
前記接地線に接続されたゲート電極と、
前記P型領域内に拡散形成され、かつ前記接地線に接続されたN型拡散ソース領域とを備えたことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 13.
The internal protection circuit is
A P-type region;
An N-type diffusion drain region diffused in the P-type region and connected to the output of the second logic circuit;
A gate electrode connected to the ground line;
A semiconductor device comprising: an N-type diffusion source region diffused in the P-type region and connected to the ground line.
各々入力を反転させる機能を有し、かつ直接又は間接に縦続接続された第1、第2及び第3の論理回路と、
外部から与えられた信号を前記第1の論理回路へ供給するための信号入力端子と、
外部から電源端子を介して与えられた正の電源電圧を前記第1、第2及び第3の論理回路へ供給することのできる電源線と、
外部から前記信号入力端子に与えられたサージ電荷を前記電源線へ導くことのできる経路を有する入力保護回路と、
外部から接地端子を介して与えられた接地電圧を前記第1、第2及び第3の論理回路へ供給することのできる接地線と、
前記接地線に接続された第1導電型の半導体基板と、
前記第2の論理回路の出力部と前記第3の論理回路の入力部との間の接続部に介在して、前記入力保護回路により前記電源線へ導かれて当該電源線から前記第2の論理回路を介して前記接続部に導出されたサージ電荷を前記接地線へ導くことのできる経路を有する内部保護回路とを備えた半導体装置の形成方法であって、
前記内部保護回路を、前記半導体基板上に第2導電型の第1半導体領域を形成する工程と、前記第1半導体領域内に第1導電型の第2半導体領域を拡散形成する工程と、前記第2半導体領域を前記第2の論理回路の出力部と前記第3の論理回路の入力部との間に介在させる工程とで形成することを特徴とする半導体装置の形成方法。
First, second and third logic circuits each having a function of inverting an input and cascaded directly or indirectly;
A signal input terminal for supplying an externally applied signal to the first logic circuit;
A power supply line capable of supplying a positive power supply voltage applied from the outside via a power supply terminal to the first, second and third logic circuits;
An input protection circuit having a path capable of guiding a surge charge applied to the signal input terminal from the outside to the power supply line;
A ground line capable of supplying a ground voltage applied from the outside via a ground terminal to the first, second and third logic circuits;
A first conductivity type semiconductor substrate connected to the ground line;
Interposed in the connection between the output part of the second logic circuit and the input part of the third logic circuit, led to the power line by the input protection circuit, and from the power line to the second A method of forming a semiconductor device comprising: an internal protection circuit having a path capable of guiding surge charges led to the connection part via a logic circuit to the ground line,
Forming the second conductive type first semiconductor region on the semiconductor substrate; forming the first conductive type second semiconductor region in the first semiconductor region by diffusion; and A method of forming a semiconductor device, comprising: forming a second semiconductor region between an output portion of the second logic circuit and an input portion of the third logic circuit.
JP2002326732A 2001-11-16 2002-11-11 Semiconductor device Expired - Lifetime JP3779256B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002326732A JP3779256B2 (en) 2001-11-16 2002-11-11 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001351463 2001-11-16
JP2001-351463 2001-11-16
JP2002326732A JP3779256B2 (en) 2001-11-16 2002-11-11 Semiconductor device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2003218226A JP2003218226A (en) 2003-07-31
JP2003218226A5 JP2003218226A5 (en) 2005-04-28
JP3779256B2 true JP3779256B2 (en) 2006-05-24

Family

ID=27667285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002326732A Expired - Lifetime JP3779256B2 (en) 2001-11-16 2002-11-11 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3779256B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014241497A (en) * 2013-06-11 2014-12-25 ローム株式会社 Semiconductor integrated circuit

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003218226A (en) 2003-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6621133B1 (en) Electrostatic discharge protection device
US5623156A (en) Electrostatic discharge (ESD) protection circuit and structure for output drivers
US6399990B1 (en) Isolated well ESD device
JP5593160B2 (en) Semiconductor device
JPH09181195A (en) Electrostatic protective device
JPH09503109A (en) Field-effect transistor with switchable body region-source connection mechanism
US20050275027A1 (en) ESD protection for integrated circuits
US7196378B2 (en) Electrostatic-protection dummy transistor structure
US6967381B2 (en) Semiconductor device
KR100325190B1 (en) Semiconductor integrated circuit
JPH07193195A (en) Cmos integrated circuit device
KR20010021489A (en) Semiconductor integrated circuit
US6707653B2 (en) Semiconductor controlled rectifier for use in electrostatic discharge protection circuit
JP3149999B2 (en) Semiconductor input / output protection device
JP3779256B2 (en) Semiconductor device
JP2602974B2 (en) CMOS semiconductor integrated circuit device
US7843009B2 (en) Electrostatic discharge protection device for an integrated circuit
US6084272A (en) Electrostatic discharge protective circuit for semiconductor device
JP3141865B2 (en) Semiconductor integrated device
JP3100137B2 (en) Semiconductor integrated device
JP2737629B2 (en) Semiconductor device having output circuit of CMOS configuration
US6757148B2 (en) Electro-static discharge protection device for integrated circuit inputs
JP3248490B2 (en) I / O protection device
KR100591125B1 (en) Gate Grounded NMOS Transistor for protection against the electrostatic discharge
JP2004281527A (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040621

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040824

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20041025

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050125

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050324

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060214

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060301

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100310

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110310

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110310

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120310

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130310

Year of fee payment: 7