JP4869343B2 - 分配した低電圧クランプ装置を用いて高電圧esd保護を分担する経路 - Google Patents
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Description
‐ パワードメインの各々がESD保護を必要とする。このことは、2つのパワー(電圧)レールの各々の間にESD電流路(経路)を形成する必要があることを意味し、これらのESD電流路は、正及び負のESDストレス状態で得られるようにするのが好ましい。パワードメインの1つはESD基準として用い、このESD基準と各パワードメインとの間にESD電流路を形成し、これにより完全なESD概念を達成するようにするのが一般的である。通常、CMOSのICでは、(基板に接続された)接地電源レールがESD基準として用いられている。その理由は、この接地電源レールはチップにおけるあらゆる個所で用いられている為である。
‐ 更に、パワールーティングに関する電力降下が、IC中のどこかに損傷を生ぜしめる程度にあまりにも大きくならないようにするには、充分多くのこのようなクランプ装置を必要とする。
‐ これらクランプ装置の各々は、ESD電流を流すのに充分大きくする必要がある。
‐ 互いに異なる電圧ドメインには互いに異なるクランプ装置を採用している為、工業技術を、入手可能なあらゆる種類のクランプ装置により達成するのは困難又は不可能である。
(1) チップ面積のうちの大きな割合をESD保護手段に割り当てる必要がある。
(2) ESDクランプ装置の最適配置及び接続には、ICのパワールーティング及びフロアプランを考慮する必要がある。
後者は、通常の設計規則に加えて遵守すべき追加の条件である。
‐ ESD電流路は、前述したように、1つのみの群がある場合に(例えば、図2A参照)、“縦方向”で分担される。図2Aのクランプ装置C3は例えば、以下の電流路に対し用いられる。
V5 ⇔V3 、V5 ⇔V2 、V5 ⇔V1 、V4 ⇔V3 、V4 ⇔V2 、V4 ⇔V1
このことは、図1の全ての素子C1〜C4に代えて図2Aにおける1つの群のESDクランプ装置を用いうることを意味する。本発明によれば、低電圧のESDクランプ装置のみを必要とする為、図2Aの全ての装置が占めるチップ面積は図1における高電圧クランプ装置C1が必要とするチップ面積とほぼ同じである。この例は、面積がいかに著しく節約されるかを極めて良好に示している。
‐ 1つよりも多い群のESDクランプ装置を採用する場合には(例えば、図3参照)、ESD電流路は“横方向”でも分担される。その理由は、各2つのレール間に幾つかの並列なクランプ装置が存在する為である。これらの並列なESDクランプ装置がESD電流を分担する。これらのESDクランプ装置が協同する為、これらのESDクランプ装置を小型にでき、これによりチップ面積を更に節約する。
‐ はしご経路(例えば、V5 からV1 への経路)に亘るESDクランプ装置を互いに隣り合うように配置する必要はなく、これらESDクランプ装置を分散させることができる。これにより、集積回路のレイアウト及びフロアプランニングに関する適応性をより富んだものとする。
‐ はしご経路(例えば、V5 からV1 への経路)に亘りESDストレスがある場合には、2つの基準電圧ライン間の電圧レール(V4 、V3 、V2 )のキャパシタンスや、その他のいかなる寄生キャパシタンスも、はしごの実効寄生キャパシタンスに加算される。この実効寄生キャパシタンスが、次のクランプ段に亘るESDストレス電流の分配に寄与する。
‐ 本発明と関連して用いられるような低電圧のESDクランプ装置は、高電圧のESDクランプ装置よりもESD動作を良好にする(降服電圧及びスナップバック電圧の制御を良好にする)。
‐ 低電圧のPMOSトランジスタは極めて低いスナップバックを呈し、従って、本発明の概念にとって適している。スナップバックが要求通り低い場合には、低電圧のNMOSトランジスタをトリガ及び制御することができる。
‐ 集積回路の新たな高電圧プロセス開発に対しても、低電圧ESDクランプ装置に頼る上述したようなESD概念を適用するのが有利である。その理由は、これらの低電圧クランプ装置は周知であり、最初から準備できる為である。
Claims (14)
- nを2よりも大きい整数としたn個の異なる電圧レールを有し、従ってn個の異なるパワードメインを規定し、更にオンチップESD保護回路を有している集積回路であって、
前記ESD保護回路が、少なくとも1つの群のESDクランプ装置を有し、このような群の各々がn−1個のESDクランプ装置を有し、これらのn−1個のESDクランプ装置は、はしご形構造に配置されており、
前記はしご形構造は、前記n−1個のESDクランプ装置の1つが、n個の前記電圧レールの各々と、その次に低い電圧を有する電圧レールとの間にそれぞれ介在され、従って、n個の前記電圧レールの各1つと、その次に低い電圧を有する電圧レールとの間にESD電流路を規定する特徴となっており、
前記ESDクランプ装置の各々は、前記集積回路の正常なパワー動作の下でオフ状態にあるようにし、
p型ウエル内に位置する少なくとも1つのNMOSトランジスタが、前記群の最も下側のESDクランプ装置として作用し、
n型ウエル内に位置するPMOSトランジスタが、前記群の他のESDクランプ装置として作用し、これらPMOSトランジスタは、ゲートアップ構造である
集積回路。 - 請求項1に記載の集積回路において、複数の群のESDクランプ装置が存在し、これらのESDクランプ装置が集積回路全体に亘って分布されている集積回路。
- 請求項1又は2に記載の集積回路において、ESD事象中、ESD電流路は、n個の前記電圧レールの何れか1つから、その次に低い又はその次に高い電圧を有する電圧レールに至るレール間電流路となるようにした集積回路。
- 請求項1又は2に記載の集積回路において、ESD事象中、n個の電圧レールのいずれの電圧レール間の電圧差も、前記集積回路における損傷を回避するために所定のしきい値電圧よりも低くなるようにした集積回路。
- 請求項1又は2に記載の集積回路において、前記クランプ装置を、10Vよりも低い電圧に対するように設計するのが好ましい低電圧クランプ装置とした集積回路。
- 請求項1又は2に記載の集積回路において、前記オンチップESD保護回路がESD基準電圧フリー回路である集積回路。
- 請求項1又は2に記載の集積回路において、前記ESD電流路が双方の方向で、すなわち、低い電圧を有する第1の電圧レールから次に高い電圧を有する次の電圧レールへの方向と、前記第1の電圧レールから次に低い電圧を有する次の電圧レールへの方向とで動作するようになっている集積回路。
- 請求項1又は2に記載の集積回路において、前記はしご形構造は、前記ESDクランプ装置がそれぞれのはしごの縦の要素として作用し、前記電圧レールがはしごの段となるような特徴を有している集積回路。
- 請求項1又は2に記載の集積回路において、前記はしご形構造は、前記ESDクランプ装置が縦方向に重なっている集積回路。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の集積回路において、端子のいずれも前記集積回路の基板に接続されていない場合に、前記ESDクランプ装置は、分離されたクランプ装置である集積回路。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の集積回路において、ESD事象の場合に、これを複数の前記ESDクランプ装置が分担するようになっている集積回路。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の集積回路において、前記ESDクランプ装置は、並列に接続されたクランプ装置間で良好な電流路の分担を可能にするのに充分小さいスナップバックを有する装置とした集積回路。
- 請求項1又は2に記載の集積回路において、ESD事象中、複数の群のESDクランプ装置がトリガされるようになっている集積回路。
- 請求項1又は2に記載の集積回路において、この集積回路が、1つの電圧レール当たり、複数のESDクランプ装置を有している集積回路。
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