JP5082841B2 - Semiconductor device - Google Patents

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本発明は、半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device.

図5は、通常I/O(入出力)の半導体装置の構成例を示す図である。通常I/Oでは、入出力パッド501に入力される電圧は、電源電圧ノードVDEの電圧以下である。半導体装置は、ESD(electro-static discharge;静電気放電)保護回路505〜507を有する。出力バッファ502は、トランジスタ503及び504を有する。ESD保護回路505は、寄生ダイオードを有し、電源電圧ノードVDE及びグランド電位ノードGND間に接続される。ESD保護回路506は、寄生ダイオードを有し、電源電圧ノードVDE及び入出力パッド501間に接続される。ESD保護回路507は、寄生ダイオードを有し、入出力パッド501及びグランド電位ノードGND間に接続される。ESD保護回路505〜507は、入出力パッド501に静電気が入力されたときの半導体装置の誤動作又は損傷等を防止するための回路である。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a normal I / O (input / output) semiconductor device. In normal I / O, the voltage input to the input / output pad 501 is equal to or lower than the voltage of the power supply voltage node VDE. The semiconductor device includes ESD (electro-static discharge) protection circuits 505 to 507. The output buffer 502 includes transistors 503 and 504. The ESD protection circuit 505 has a parasitic diode and is connected between the power supply voltage node VDE and the ground potential node GND. The ESD protection circuit 506 includes a parasitic diode and is connected between the power supply voltage node VDE and the input / output pad 501. The ESD protection circuit 507 has a parasitic diode and is connected between the input / output pad 501 and the ground potential node GND. The ESD protection circuits 505 to 507 are circuits for preventing malfunction or damage of the semiconductor device when static electricity is input to the input / output pad 501.

図6は、トレラントI/Oの半導体装置の構成例を示す図である。トレラントI/Oでは、入出力パッド601に入力される電圧は、電源電圧ノードVDEの電圧以下及び以上の電圧である。例えば、電源電圧ノードVDEの電圧が3.3Vであり、入出力パッド601には5V電源の信号が入力される。そのため、電源電圧ノードVDE及び入出力パッド601間にESD保護回路を設けることができない。半導体装置は、ESD保護回路607及び608を有する。出力バッファ602は、トランジスタ603〜605を有する。ESD保護回路607は、寄生ダイオードを有し、電源電圧ノードVDE及びグランド電位ノードGND間に接続される。ESD保護回路608は、寄生ダイオードを有し、入出力パッド601及びグランド電位ノードGND間に接続される。電位制御回路606は、pチャネルMOS電界効果トランジスタ603のバックゲートの電位を制御する。   FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a tolerant I / O semiconductor device. In the tolerant I / O, the voltage input to the input / output pad 601 is equal to or lower than the voltage of the power supply voltage node VDE. For example, the voltage of the power supply voltage node VDE is 3.3 V, and a 5 V power supply signal is input to the input / output pad 601. Therefore, an ESD protection circuit cannot be provided between the power supply voltage node VDE and the input / output pad 601. The semiconductor device includes ESD protection circuits 607 and 608. The output buffer 602 includes transistors 603 to 605. The ESD protection circuit 607 has a parasitic diode and is connected between the power supply voltage node VDE and the ground potential node GND. The ESD protection circuit 608 has a parasitic diode and is connected between the input / output pad 601 and the ground potential node GND. The potential control circuit 606 controls the potential of the back gate of the p-channel MOS field effect transistor 603.

また、入出力パッド601には回路を構成するトランジスタの耐圧よりも高い電圧が掛かるため(例えば、5Vトレラントでは、3.3V耐圧トランジスタで回路が構成され、入力電圧は5V)、入出力パッド601と回路間(出力バッファ602及び入力バッファ、ESD保護回路等)には、電圧降下回路(例えばトランジスタ604)を介して接続する必要がある。   In addition, since a voltage higher than the withstand voltage of the transistors constituting the circuit is applied to the input / output pad 601 (for example, in the case of 5V tolerant, the circuit is constituted by a 3.3V withstand voltage transistor and the input voltage is 5V). And the circuit (output buffer 602 and input buffer, ESD protection circuit, etc.) must be connected via a voltage drop circuit (eg, transistor 604).

また、下記の特許文献1には、半導体基板上に形成される集積回路の入出力保護装置であって、この入出力保護装置は、ドレイン、ゲート、ソース、ボディを備えたMOS構造を有しており、前記ドレインは入出力パッドへ接続され、前記ゲートは内部回路又は第1基準電位端子へ接続され、前記ソースは第1基準電位端子へ接続され、前記ボディは、前記半導体基板と電気的に分離されており、且つ制御回路へ接続されていることを特徴とする半導体集積回路の入出力保護装置が記載されている。   Patent Document 1 listed below is an input / output protection device for an integrated circuit formed on a semiconductor substrate, and this input / output protection device has a MOS structure including a drain, a gate, a source, and a body. The drain is connected to an input / output pad, the gate is connected to an internal circuit or a first reference potential terminal, the source is connected to a first reference potential terminal, and the body is electrically connected to the semiconductor substrate. And an input / output protection device for a semiconductor integrated circuit, wherein the input / output protection device is connected to a control circuit.

また、下記の特許文献2には、複数の電源系に対応して設けられ、それぞれの電源端子もしくは接地端子の一方が互いに分離された、あるいは、それぞれの電源端子および接地端子が互いに分離された複数の電源系回路と、前記各電源系回路に対応して電源端子・接地端子間に接続された静電気放電保護回路と、前記各電源系回路にそれぞれ設けられた内部回路と、前記各電源系回路のうちの第1の電源系回路の内部回路から第2の電源系回路の内部回路へ信号を伝搬させる内部信号伝搬配線と、電源端子のサージ電圧入力を検知するサージ入力検知回路と、前記各内部回路の入力側にそれぞれ挿入され、前記内部信号伝搬配線から伝搬されてくる信号の電圧を制限する入力保護回路および/または前記各内部回路の出力側にそれぞれ挿入され、前記サージ入力検知回路の検知出力が得られた時には前記内部信号伝搬配線へ出力する信号の論理レベルを"L"に設定し得る機能を有する出力論理設定回路とを具備することを特徴とする半導体集積回路装置が記載されている。   Patent Document 2 below is provided corresponding to a plurality of power supply systems, and one of each power supply terminal or ground terminal is separated from each other, or each power supply terminal and ground terminal are separated from each other. A plurality of power system circuits, an electrostatic discharge protection circuit connected between a power terminal and a ground terminal corresponding to each power system circuit, an internal circuit provided in each power system circuit, and each power system An internal signal propagation wiring for propagating a signal from an internal circuit of a first power supply system circuit to an internal circuit of a second power supply system circuit, a surge input detection circuit for detecting a surge voltage input of a power supply terminal, Inserted on the input side of each internal circuit and inserted on the output side of the input protection circuit for limiting the voltage of the signal propagated from the internal signal propagation wiring and / or on the output side of each internal circuit. And an output logic setting circuit having a function capable of setting a logic level of a signal output to the internal signal propagation wiring to “L” when a detection output of the surge input detection circuit is obtained. A semiconductor integrated circuit device is described.

また、下記の特許文献3には、静電気放電から内部回路を保護する静電気放電保護回路において、第1の電源端子に接続された第1の電源線と、第2の電源端子に接続された第2の電源線との間に電気的に接続されたnチャネル型MOS電解効果トランジスタを備えた電源クランプ部と、前記nチャネル型MOS電解効果トランジスタのゲート電圧を制御するゲート電圧制御部とを有し、前記ゲート電圧制御部は、一方の入出力端子を前記第1の電源線に接続し、他方の入出力端子を前記nチャネル型MOS電解効果トランジスタのゲート端子に接続したpチャネル型MOS電解効果トランジスタと、一方の端子を前記pチャネル型MOS電解効果トランジスタの前記他方の入出力端子及び前記nチャネル型MOS電解効果トランジスタの前記ゲート端子に、他方の端子を前記第2の電源線に接続した第1の抵抗と、一方の端子を前記第1の電源線に、他方の端子を前記pチャネル型MOS電解効果トランジスタのゲート端子に接続した第2の抵抗と、一方の端子を前記第2の抵抗の前記他方の端子及び前記pチャネル型MOS電解効果トランジスタのゲート端子に、他方の端子を前記第2の電源線に接続したキャパシタと、を有することを特徴とする静電気放電保護回路が記載されている。   Further, in Patent Document 3 below, in an electrostatic discharge protection circuit for protecting an internal circuit from electrostatic discharge, a first power line connected to a first power terminal and a first power line connected to a second power terminal are disclosed. A power supply clamp unit having an n-channel MOS field effect transistor electrically connected between the two power lines and a gate voltage control unit for controlling the gate voltage of the n-channel MOS field effect transistor. The gate voltage control unit has one input / output terminal connected to the first power supply line and the other input / output terminal connected to the gate terminal of the n-channel MOS field effect transistor. An effect transistor, and one terminal in front of the other input / output terminal of the p-channel MOS field effect transistor and the n-channel MOS field effect transistor. A gate terminal, a first resistor having the other terminal connected to the second power supply line, one terminal to the first power supply line, and the other terminal to the gate terminal of the p-channel MOS field effect transistor A second resistor connected to the first resistor, one terminal connected to the other terminal of the second resistor and the gate terminal of the p-channel MOS field effect transistor, and the other terminal connected to the second power line. An electrostatic discharge protection circuit including a capacitor is described.

また、下記の特許文献4には、外部から供給される電圧を内部回路に入力するための電圧入力端子と電源との間に設置される放電回路と、前記電圧入力端子の電圧を検出する電圧検出回路とを備える入力保護回路であって、前記電圧検出回路は、前記電圧入力端子の電圧が基準電圧を超えたとき、前記放電回路の動作を停止させることを特徴とする入力保護回路が記載されている。   Patent Document 4 listed below discloses a discharge circuit installed between a voltage input terminal for inputting a voltage supplied from the outside into an internal circuit and a power supply, and a voltage for detecting the voltage of the voltage input terminal. An input protection circuit comprising a detection circuit, wherein the voltage detection circuit stops the operation of the discharge circuit when the voltage at the voltage input terminal exceeds a reference voltage. Has been.

特開2001−186003号公報JP 2001-186003 A 特開2005−184623号公報JP 2005-184623 A 特開2005−235947号公報JP 2005-235947 A 特開2001−127172号公報JP 2001-127172 A

図7は、図6の半導体装置内のESD保護回路608の構成例を示す図である。ESD保護回路608は、nチャネルMOS電界効果トランジスタ701及び702を有し、出力バッファ602内のトランジスタ604及び605と同様の構成を有する。図9に示すように、nチャネルMOS電界効果トランジスタ701及び702の寄生バイポーラトランジスタ901をESD保護回路608として使用した場合、入出力パッド601にはトランジスタ耐圧以上の入力電圧が掛かるため、トランジスタ701及び702のカスケード構造にして耐圧を確保する必要がある。   FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the ESD protection circuit 608 in the semiconductor device of FIG. The ESD protection circuit 608 includes n-channel MOS field effect transistors 701 and 702 and has the same configuration as the transistors 604 and 605 in the output buffer 602. As shown in FIG. 9, when the parasitic bipolar transistor 901 of the n-channel MOS field effect transistors 701 and 702 is used as the ESD protection circuit 608, an input voltage higher than the transistor breakdown voltage is applied to the input / output pad 601. It is necessary to ensure a withstand voltage by using a 702 cascade structure.

図8はESD保護回路608の表面図であり、図9はESD保護回路608の等価回路図である。ガードリング801内には、トランジスタ701及び702のカスケード接続回路が並列に2組接続される。これにより、トランジスタ701及び702に流れる電流を大きくすることができる。トランジスタ701及び702は、それぞれゲートG、ソースS及びドレインDを有する。電界効果トランジスタ701及び702のカスケード構造には、寄生バイポーラトランジスタ901が形成される。この寄生バイポーラトランジスタ901をESD保護回路608として使用する。2組のトランジスタ701及び702のカスケード接続回路において、一方のカスケード接続回路に電流が流れると、入出力パッド601の電圧が下がり、他方のカスケード接続回路に電流が流れなくなることを防止するため、シリサイドブロック802によりシリサイド化を防止してバラスト抵抗を付加する。   FIG. 8 is a surface view of the ESD protection circuit 608, and FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of the ESD protection circuit 608. In the guard ring 801, two sets of cascade connection circuits of transistors 701 and 702 are connected in parallel. Thus, the current flowing through the transistors 701 and 702 can be increased. Transistors 701 and 702 each have a gate G, a source S, and a drain D. A parasitic bipolar transistor 901 is formed in the cascade structure of the field effect transistors 701 and 702. This parasitic bipolar transistor 901 is used as the ESD protection circuit 608. In the cascade connection circuit of two sets of transistors 701 and 702, when current flows in one cascade connection circuit, the voltage of the input / output pad 601 decreases, and in order to prevent the current from flowing in the other cascade connection circuit, Block 802 prevents silicidation and adds ballast resistance.

寄生バイポーラトランジスタ901は、2本のゲートの間隔がベース距離LNとなるため、シングルトランジスタのESD保護回路よりも放電能力が落ちる。ベース距離LNが最小値になるように、電界効果トランジスタ701及び702を形成する。そのため、寄生バイポーラトランジスタ901をESD保護回路として使用する場合は、以下のような特殊チューニングを必要とする場合がある。   The parasitic bipolar transistor 901 has a lower discharge capability than the single transistor ESD protection circuit because the distance between the two gates is the base distance LN. Field effect transistors 701 and 702 are formed so that the base distance LN becomes a minimum value. Therefore, when the parasitic bipolar transistor 901 is used as an ESD protection circuit, the following special tuning may be required.

・追加イオン注入(プロセス工程増、開発期間増)
・ESD保護回路に使用するトランジスタのみイオン注入打ち分け(I/Oサイズ増、開発期間増)
・バラスト抵抗(シリサイドブロック802)の付加(プロセス工程増、I/Oサイズ増)
・ Additional ion implantation (increase process steps and development period)
・ Ion implantation only for transistors used in ESD protection circuits (I / O size increase, development period increase)
Addition of ballast resistor (silicide block 802) (increase in process steps and I / O size)

本発明の目的は、特殊チューニングを必要とせず、プロセス工程及び開発期間を減らし、サイズを小さくすることができる静電気放電(ESD)保護回路を有する半導体装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device having an electrostatic discharge (ESD) protection circuit that does not require special tuning, can reduce process steps and development periods, and can be reduced in size.

本発明の半導体装置は、入出力パッドと、電源電圧が供給される電源電圧ノードと、基準電位が供給される基準電位ノードと、アノードが前記入出力パッドに接続され、カソードが第1のノードに接続される第1のダイオードと、前記入出力パッド及び前記電源電圧ノードに接続され、前記入出力パッドに前記電源電圧より低い電圧が入力されると、前記第1のノードが前記電源電圧になるように制御する電位制御回路と、前記入出力パッドに静電気が入力されると静電気オン信号を出力するトリガ回路と、前記静電気オン信号が出力されると、前記第1のノード及び前記基準電位ノード間に静電気放電電流を流す静電気放電サージパス回路とを有することを特徴とする。   In the semiconductor device of the present invention, an input / output pad, a power supply voltage node to which a power supply voltage is supplied, a reference potential node to which a reference potential is supplied, an anode is connected to the input / output pad, and a cathode is a first node. The first diode is connected to the input / output pad and the power supply voltage node. When a voltage lower than the power supply voltage is input to the input / output pad, the first node becomes the power supply voltage. A potential control circuit that controls the input and output pads, a trigger circuit that outputs a static on signal when static electricity is input to the input / output pad, and the first node and the reference potential when the static on signal is output. And an electrostatic discharge surge path circuit for passing an electrostatic discharge current between the nodes.

静電気放電サージパス回路を設け、半導体装置を静電気放電から保護することができる。その際、特殊チューニングを必要とせず、プロセス工程及び開発期間を減らし、サイズを小さくすることができる。   An electrostatic discharge surge path circuit can be provided to protect the semiconductor device from electrostatic discharge. At that time, special tuning is not required, and the process steps and the development period can be reduced and the size can be reduced.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態によるトレラントI/Oの半導体装置の構成例を示す回路図である。トレラントI/Oでは、入出力パッド101に入力される電圧は、電源電圧ノードVDEの電圧以下及び以上の電圧である。例えば、電源電圧ノードVDEの電圧が3.3Vであり、入出力パッド101には5V電源の信号が入力される。半導体装置は、入出力パッド101、I/O回路102及びESD保護回路104〜106を有する。ESD保護回路104〜106は、入出力パッド101に高電圧の静電気が入力されたときの半導体装置の誤動作又は損傷等を防止するための回路である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a tolerant I / O semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In the tolerant I / O, the voltage input to the input / output pad 101 is equal to or lower than the voltage of the power supply voltage node VDE. For example, the voltage of the power supply voltage node VDE is 3.3 V, and a 5 V power supply signal is input to the input / output pad 101. The semiconductor device includes an input / output pad 101, an I / O circuit 102, and ESD protection circuits 104 to 106. The ESD protection circuits 104 to 106 are circuits for preventing malfunction or damage of the semiconductor device when high voltage static electricity is input to the input / output pad 101.

I/O回路102は、電位制御回路103及び出力バッファ110を有する。出力バッファ110は、pチャネルMOS電界効果トランジスタ121、nチャネルMOS電界効果トランジスタ122及び123を有する。トランジスタ121は、ソースが電源電圧ノードVDEに接続され、ドレインがトランジスタ122のドレインに接続され、バックゲートがノードBPに接続される。トランジスタ122は、ゲートが電源電圧ノードVDEに接続され、ソースがトランジスタ123のドレインに接続される。トランジスタ123は、ソースがグランド電位ノード(基準電位ノード)GNDに接続される。入出力パッド101は、トランジスタ121のドレインに接続される。   The I / O circuit 102 includes a potential control circuit 103 and an output buffer 110. The output buffer 110 includes a p-channel MOS field effect transistor 121 and n-channel MOS field effect transistors 122 and 123. Transistor 121 has a source connected to power supply voltage node VDE, a drain connected to the drain of transistor 122, and a back gate connected to node BP. Transistor 122 has a gate connected to power supply voltage node VDE and a source connected to the drain of transistor 123. The source of the transistor 123 is connected to the ground potential node (reference potential node) GND. The input / output pad 101 is connected to the drain of the transistor 121.

トランジスタ122は、電圧降下回路として機能する。例えば、電源電圧ノードVDEの電源電圧が3.3Vであり、入出力パッド101に5V電源の信号が入力された場合、トランジスタ122で1.7Vの電圧降下が発生し、トランジスタ123のドレインには3.3V(=5V−1.7V)の電圧が印加される。トランジスタ123は、3.3V耐圧のトランジスタを使用することができる。   The transistor 122 functions as a voltage drop circuit. For example, when the power supply voltage of the power supply voltage node VDE is 3.3V and a signal of 5V power supply is input to the input / output pad 101, a voltage drop of 1.7V occurs in the transistor 122, and the drain of the transistor 123 A voltage of 3.3V (= 5V-1.7V) is applied. As the transistor 123, a 3.3V withstand voltage transistor can be used.

出力バッファ110では、トランジスタ121及び123のゲートをローレベルにすれば、ハイレベル(電源電圧)を入出力パッド101に出力することができる。逆に、トランジスタ121及び123のゲートをハイレベルにすれば、ローレベル(グランド電位)を入出力パッド101に出力することができる。トランジスタ121のゲートをハイレベル、トランジスタ123のゲートをローレベルにすれば、出力バッファ110の出力端子はハイイピーダンス状態になり、入出力パッド101から信号を入力可能になる。   In the output buffer 110, a high level (power supply voltage) can be output to the input / output pad 101 by setting the gates of the transistors 121 and 123 to a low level. Conversely, when the gates of the transistors 121 and 123 are set to the high level, a low level (ground potential) can be output to the input / output pad 101. When the gate of the transistor 121 is set to a high level and the gate of the transistor 123 is set to a low level, the output terminal of the output buffer 110 is in a high impedance state, and a signal can be input from the input / output pad 101.

I/O回路102は、電位制御回路103を有する。電位制御回路103は、pチャネルMOS電界トランジスタ111及び112を有し、入出力パッド101に電源電圧ノードVDE以下の電圧が印加、又は入出力パッド101がオープン状態であるときには、ノードBPの電位が電源電圧ノードVDEの電源電圧と同じになるように制御する。トランジスタ111は、ソースが電源電圧ノードVDEに接続され、ドレイン及びバックゲートがノードBPに接続される。トランジスタ112は、ゲートが電源電圧ノードVDEに接続され、ソース及びバックゲートがノードBPに接続され、ドレインがトランジスタ121のドレインに接続される。   The I / O circuit 102 has a potential control circuit 103. The potential control circuit 103 includes p-channel MOS field transistors 111 and 112. When a voltage equal to or lower than the power supply voltage node VDE is applied to the input / output pad 101 or when the input / output pad 101 is in an open state, the potential of the node BP is Control is performed to be the same as the power supply voltage of the power supply voltage node VDE. The transistor 111 has a source connected to the power supply voltage node VDE, and a drain and a back gate connected to the node BP. The transistor 112 has a gate connected to the power supply voltage node VDE, a source and a back gate connected to the node BP, and a drain connected to the drain of the transistor 121.

ESD保護回路104及び105は、入出力パッド101のためのESD保護回路である。ESD保護回路104は、ダイオード131を有する。ダイオード131は、アノードが入出力パッド101に接続され、カソードがノードBPに接続される。入出力パッド101に電源電圧ノードVDEより高い電圧が入力されると、ダイオード131に電流が流れ、ノードBPは入出力パッド101と同じ電位になる。すなわち、ノードBPは、入出力パッド101に電源電圧ノードVDE以下の電圧が印加、又は入出力パッド101がオープン状態であるときには、電源電圧ノードVDEの電源電圧と同じ電位になり、入出力パッド101に電源電圧ノードVDEより高い電圧が印加されたときには、入出力パッド101と同じ電位になる。   The ESD protection circuits 104 and 105 are ESD protection circuits for the input / output pad 101. The ESD protection circuit 104 includes a diode 131. The diode 131 has an anode connected to the input / output pad 101 and a cathode connected to the node BP. When a voltage higher than the power supply voltage node VDE is input to the input / output pad 101, a current flows through the diode 131, and the node BP has the same potential as the input / output pad 101. That is, the node BP has the same potential as the power supply voltage of the power supply voltage node VDE when a voltage equal to or lower than the power supply voltage node VDE is applied to the input / output pad 101 or when the input / output pad 101 is in an open state. When a voltage higher than the power supply voltage node VDE is applied, the potential is the same as that of the input / output pad 101.

ESD保護回路105は、ダイオード132を有する。ダイオード132は、アノードがグランド電位ノードGNDに接続され、カソードが入出力パッド101に接続される。入出力パッド101にグランド電位より低い電圧が印加されると、ダイオード132に電流が流れ、半導体装置を保護することができる。   The ESD protection circuit 105 includes a diode 132. The diode 132 has an anode connected to the ground potential node GND and a cathode connected to the input / output pad 101. When a voltage lower than the ground potential is applied to the input / output pad 101, a current flows through the diode 132, and the semiconductor device can be protected.

ESD保護回路106は、電圧降下回路107、ESDサージパス回路108及びトリガ回路109を有する。電圧降下回路107は、ダイオード141,142及びnチャネルMOS電界効果トランジスタ143を有する。ダイオード141は、アノードがノードBPに接続され、カソードがダイオード142のアノードに接続される。ダイオード142は、カソードがノードN1に接続される。ノードN1は、ノードBPに対して、ダイオード141及び142の電圧降下分だけ低い電圧が印加される。トランジスタ143は、ゲートがノードN1に接続され、ドレインがノードBPに接続され、ソースがnチャネルMOS電界効果トランジスタ144のドレインに接続される。トランジスタ144のドレインは、ノードBPに対して、トランジスタ143の電圧降下分だけ低い電圧が印加される。   The ESD protection circuit 106 includes a voltage drop circuit 107, an ESD surge path circuit 108, and a trigger circuit 109. The voltage drop circuit 107 includes diodes 141 and 142 and an n-channel MOS field effect transistor 143. The diode 141 has an anode connected to the node BP and a cathode connected to the anode of the diode 142. The diode 142 has a cathode connected to the node N1. A voltage lower than the node BP by a voltage drop of the diodes 141 and 142 is applied to the node N1. Transistor 143 has a gate connected to node N 1, a drain connected to node BP, and a source connected to the drain of n-channel MOS field effect transistor 144. A voltage lower than the node BP by a voltage drop of the transistor 143 is applied to the drain of the transistor 144.

トリガ回路109は、抵抗151、容量152、ダイオード153及びインバータ154〜156を有し、RCタイマを用いている。抵抗151は、ノードN1及びインバータ154の入力端子間に接続される。容量152は、インバータ154の入力端子及びグランド電位ノードGND間に接続される。ダイオード153は、アノードがノードN1に接続され、カソードがインバータ153の電源端子に接続される。インバータ154は、グランド端子がグランド電位ノードGNDに接続され、出力端子がインバータ155の入力端子に接続される。インバータ154及びダイオード153で閾値を調整する。インバータ155は、電源端子がノードN1に接続され、グランド端子がグランド電位ノードGNDに接続され、出力端子がインバータ156の入力端子に接続される。インバータ156は、電源端子がノードN1に接続され、グランド端子がグランド電位ノードGNDに接続され、出力端子がトランジスタ144のゲートに接続される。インバータ154〜156は、それぞれ入力端子の信号を論理反転して出力端子から出力する。   The trigger circuit 109 includes a resistor 151, a capacitor 152, a diode 153, and inverters 154 to 156, and uses an RC timer. The resistor 151 is connected between the node N1 and the input terminal of the inverter 154. The capacitor 152 is connected between the input terminal of the inverter 154 and the ground potential node GND. The diode 153 has an anode connected to the node N <b> 1 and a cathode connected to the power supply terminal of the inverter 153. Inverter 154 has a ground terminal connected to ground potential node GND and an output terminal connected to an input terminal of inverter 155. The threshold value is adjusted by the inverter 154 and the diode 153. Inverter 155 has a power supply terminal connected to node N 1, a ground terminal connected to ground potential node GND, and an output terminal connected to the input terminal of inverter 156. Inverter 156 has a power supply terminal connected to node N 1, a ground terminal connected to ground potential node GND, and an output terminal connected to the gate of transistor 144. Inverters 154 to 156 invert the signals of the input terminals and output the signals from the output terminals.

ESDサージパス回路108は、nチャネルMOS電界効果トランジスタ143及び144を有し、ノードBP及びグランド電位ノードGND間のESDサージパスを形成する。トランジスタ144は、ゲートがインバータ156の出力端子に接続され、ドレインがトランジスタ143のソースに接続され、ソースがグランド電位ノードGNDに接続される。   The ESD surge path circuit 108 includes n-channel MOS field effect transistors 143 and 144, and forms an ESD surge path between the node BP and the ground potential node GND. The transistor 144 has a gate connected to the output terminal of the inverter 156, a drain connected to the source of the transistor 143, and a source connected to the ground potential node GND.

トリガ回路109は、ローパスフィルタとして機能する。例えば5V電源の入力信号が入出力パッド101に入力されると、ノードBPは例えば5V〜3.3Vになる。入力信号は静電気に比べて低周波数である場合は、インバータ154の入力端子はハイレベルになり、インバータ156の出力端子はローレベルになる。その結果、トランジスタ144はオフになり、トランジスタ143及び144に電流は流れず、ESD保護回路106は切断状態になる。また、入力信号が静電気に比べ高周波数の場合でも、インバータ154及びダイオード153による閾値調節により、5V〜3.3Vの電圧変動では動作しないようにすることにより、ESD保護回路106を切断状態にすることができる。すなわち、ESD保護回路106は、半導体装置の通常動作に悪影響を与えない。   The trigger circuit 109 functions as a low pass filter. For example, when an input signal of 5V power is input to the input / output pad 101, the node BP becomes, for example, 5V to 3.3V. When the input signal has a frequency lower than that of static electricity, the input terminal of the inverter 154 becomes high level and the output terminal of the inverter 156 becomes low level. As a result, the transistor 144 is turned off, no current flows through the transistors 143 and 144, and the ESD protection circuit 106 is disconnected. Further, even when the input signal has a higher frequency than that of static electricity, the ESD protection circuit 106 is cut off by preventing threshold voltage adjustment by the inverter 154 and the diode 153 so as not to operate with a voltage fluctuation of 5 V to 3.3 V. be able to. That is, the ESD protection circuit 106 does not adversely affect the normal operation of the semiconductor device.

また、高電圧の静電気が入出力パッド101に入力されると、ノードBPは入出力パッド101とほぼ同じ電圧になる。静電気はトリガ回路のローパスフィルタに比べて高周波数、且つ高電圧であるので、インバータ154の入力端子はローレベルになり、インバータ156の出力端子はハイレベルになる。その結果、トランジスタ144はオンになり、トランジスタ143及び144のESDサージパスにESDサージ電流が流れる。これにより、ESD保護回路106は、半導体装置を静電気から保護することができる。   When high-voltage static electricity is input to the input / output pad 101, the node BP has almost the same voltage as the input / output pad 101. Since static electricity has a higher frequency and a higher voltage than the low-pass filter of the trigger circuit, the input terminal of the inverter 154 is at a low level and the output terminal of the inverter 156 is at a high level. As a result, the transistor 144 is turned on, and an ESD surge current flows in the ESD surge path of the transistors 143 and 144. Thereby, the ESD protection circuit 106 can protect the semiconductor device from static electricity.

以上のように、入出力パッド101に高周波数かつ高電圧の静電気が入力されると、トランジスタ143及び144がオンになり、ESDサージパス回路108のESDサージ電流が流れる。   As described above, when high-frequency and high-voltage static electricity is input to the input / output pad 101, the transistors 143 and 144 are turned on, and the ESD surge current of the ESD surge path circuit 108 flows.

本実施形態では、トリガ回路109にRCタイマを使用し、電圧降下回路107にダイオード141及び142を直列接続回路を使用し、ESDサージパス回路108にnチャネルMOS電界効果トランジスタ143及び144のカスケード接続回路を使用する。ESDサージパス回路108内のトランジスタ143は、電圧降下回路107としても兼用される。トリガ回路109にRCタイマを用いているため、ESDサージパス回路108は十分低電圧で動作する。   In the present embodiment, an RC timer is used for the trigger circuit 109, a diode 141 and 142 are connected in series to the voltage drop circuit 107, and a cascade connection circuit of n-channel MOS field effect transistors 143 and 144 is used as the ESD surge path circuit 108. Is used. The transistor 143 in the ESD surge path circuit 108 is also used as the voltage drop circuit 107. Since the RC timer is used for the trigger circuit 109, the ESD surge path circuit 108 operates at a sufficiently low voltage.

入出力パッド101には、トランジスタの耐圧以上の電圧(電源電圧ノードN1の電源電圧以上の電圧)が入力可能である。電源電圧ノードVDEとは別のノードBP(トレラントI/Oの場合はpチャネルMOS電界効果トランジスタ121のバックゲートを制御するノードBPを用いる)に対し、入出力パッド用ESD保護回路104を接続し、ノードBP及びグランド電位ノードGND間にESD保護回路106を接続する。ESD保護回路106は、電圧降下回路107、トリガ回路109及びESDサージパス回路108を有する。   A voltage higher than the withstand voltage of the transistor (a voltage higher than the power supply voltage of the power supply voltage node N1) can be input to the input / output pad 101. Input / output pad ESD protection circuit 104 is connected to node BP different from power supply voltage node VDE (in the case of tolerant I / O, node BP that controls the back gate of p-channel MOS field effect transistor 121 is used). The ESD protection circuit 106 is connected between the node BP and the ground potential node GND. The ESD protection circuit 106 includes a voltage drop circuit 107, a trigger circuit 109, and an ESD surge path circuit 108.

ノードBPは通常動作時、ESD保護回路104の順バイアスにより入力電位が伝わるため、電圧降下回路107は、トリガ回路109及びESDサージパス回路108のトランジスタ耐圧を超えないように電圧降下させる回路である。ただし、ESDサージパス回路108は、通常動作時のノードBPの電圧が、ESDサージパス回路108の耐圧以下である場合は電圧降下回路107を介さず直接ノードBPに繋げてもよい。   Since the input potential is transmitted to the node BP by the forward bias of the ESD protection circuit 104 during normal operation, the voltage drop circuit 107 is a circuit that drops the voltage so as not to exceed the transistor breakdown voltage of the trigger circuit 109 and the ESD surge path circuit 108. However, the ESD surge path circuit 108 may be directly connected to the node BP without using the voltage drop circuit 107 when the voltage of the node BP during normal operation is equal to or lower than the withstand voltage of the ESD surge path circuit 108.

トリガ回路109は、静電気が印加された際の電圧変動を感知し、ESDサージパス回路108を動作させる回路である。   The trigger circuit 109 is a circuit that senses voltage fluctuation when static electricity is applied and operates the ESD surge path circuit 108.

ESDサージパス回路108は、通常動作時はオフ状態であり、静電気印加時にはトリガ回路109からの信号を入力し、ESDサージをグランド電位ノードGNDに逃す回路である。ESDサージパス回路108で必要な特性としては、I/O回路102の破壊電圧よりも低電圧で動作するESDサージパス回路108の必要性がある。   The ESD surge path circuit 108 is an off state during normal operation, and is a circuit that inputs a signal from the trigger circuit 109 when static electricity is applied and releases the ESD surge to the ground potential node GND. The necessary characteristics of the ESD surge path circuit 108 include the necessity of the ESD surge path circuit 108 that operates at a voltage lower than the breakdown voltage of the I / O circuit 102.

本実施形態の半導体装置の利点としては以下が挙げられる。まず、通常のトランジスタで構成できるため、プロセス工程が増えなく、イオン注入の打ち分けも必要ない。すなわち、特殊なチューニングをしたトランジスタを必要としない。   Advantages of the semiconductor device of this embodiment include the following. First, since it can be composed of a normal transistor, the number of process steps is not increased and ion implantation is not required. That is, a specially tuned transistor is not required.

SpiceシミュレーションでESD保護回路の開発が可能のため、短TATでの開発が可能であり、開発期間を短縮することができる。   Since it is possible to develop an ESD protection circuit by means of Spice simulation, development with a short TAT is possible, and the development period can be shortened.

寄生バイポーラトランジスタタイプのESD保護回路は、バラスト抵抗の付加やレイアウトパターンに制限があるため、レイアウトサイズが大きくなるが、MOS動作のESD保護回路は、最小ルールでレイアウト可能なため、サイズを縮小することができる。   The parasitic bipolar transistor type ESD protection circuit has a large layout size due to the addition of a ballast resistor and a limited layout pattern. However, the MOS operation ESD protection circuit can be laid out with the minimum rule, so the size is reduced. be able to.

(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施形態によるトレラントI/Oの半導体装置の構成例を示す回路図である。本実施形態(図2)は、第1の実施形態(図1)に対して、電圧降下回路107の構成が異なる。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。電圧降下回路107は、抵抗201,202及びnチャネルMOS電界効果トランジスタ143を有する。すなわち、電圧降下回路107は、図1のダイオード141及び142の代わりに、抵抗201及び202を有する。抵抗201は、ノードBP及びノードN1間に接続される。抵抗202は、ノードN1及びグランド電位ノードGND間に接続される。抵抗201及び202により、ノードBPの電圧を降下させた電圧をノードN1に印加させることができる。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of a tolerant I / O semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. This embodiment (FIG. 2) differs from the first embodiment (FIG. 1) in the configuration of the voltage drop circuit 107. Hereinafter, the points of the present embodiment different from the first embodiment will be described. The voltage drop circuit 107 includes resistors 201 and 202 and an n-channel MOS field effect transistor 143. That is, the voltage drop circuit 107 includes resistors 201 and 202 instead of the diodes 141 and 142 in FIG. The resistor 201 is connected between the node BP and the node N1. The resistor 202 is connected between the node N1 and the ground potential node GND. The resistors 201 and 202 can apply a voltage obtained by dropping the voltage of the node BP to the node N1.

以上のように、本実施形態では、トリガ回路109にRCタイマを使用し、電圧降下回路107に抵抗201及び202を使用し、ESDサージパス回路108にnチャネルトランジスタ143及び144のカスケード接続回路を使用する。ESDサージパス回路108のトランジスタ143は電圧降下回路107としても兼用される。本実施形態は、第1の実施形態と同様に、トリガ回路109としてRCタイマを用いているため、ESDサージパス回路108は十分低電圧で動作する。   As described above, in this embodiment, the RC timer is used for the trigger circuit 109, the resistors 201 and 202 are used for the voltage drop circuit 107, and the cascade connection circuit of the n-channel transistors 143 and 144 is used for the ESD surge path circuit 108. To do. The transistor 143 of the ESD surge path circuit 108 is also used as the voltage drop circuit 107. Since this embodiment uses an RC timer as the trigger circuit 109 as in the first embodiment, the ESD surge path circuit 108 operates at a sufficiently low voltage.

(第3の実施形態)
図3は、本発明の第3の実施形態によるトレラントI/Oの半導体装置の構成例を示す回路図である。本実施形態(図3)は、第1の実施形態(図1)に対して、トランジスタ143を削除したものです。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。トランジスタ144のドレインは、ノードN1に接続される。電圧降下回路107は、ダイオード141及び142から構成される。ESDサージパス回路108は、ダイオード141,142及びトランジスタ144から構成される。入出力パッド101に静電気が入力されると、ノードBPが電源電圧ノードVDEより高電位になり、第1の実施形態と同様に、トランジスタ144がオンする。その際、ノードBPからダイオード141,142及びトランジスタ144を介してグランド電位ノードGNDにESDサージ電流が流れ、半導体装置を静電気から保護することができる。ESDサージパスにおいて、ダイオード141及び142は電圧降下回路として機能する。
(Third embodiment)
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of a tolerant I / O semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment (FIG. 3), the transistor 143 is omitted from the first embodiment (FIG. 1). Hereinafter, the points of the present embodiment different from the first embodiment will be described. The drain of the transistor 144 is connected to the node N1. The voltage drop circuit 107 includes diodes 141 and 142. The ESD surge path circuit 108 includes diodes 141 and 142 and a transistor 144. When static electricity is input to the input / output pad 101, the node BP becomes higher than the power supply voltage node VDE, and the transistor 144 is turned on as in the first embodiment. At that time, an ESD surge current flows from the node BP to the ground potential node GND through the diodes 141 and 142 and the transistor 144, so that the semiconductor device can be protected from static electricity. In the ESD surge path, the diodes 141 and 142 function as a voltage drop circuit.

以上のように、本実施形態では、トリガ回路109にRCタイマを使用し、電圧降下回路107にダイオード141及び142の直列接続回路を使用し、ESDサージパス回路108に単一のnチャネルトランジスタ144を使用する。電圧降下回路107は、ESDサージパス回路108ともなるため、ダイオード141及び142のサイズを大きくする必要がある。なお、この場合は、電圧降下回路107がESDサージパス回路108ともなるため、第2の実施形態のように、電圧降下回路107として抵抗を使用することができない。また、トリガ回路109としてRCタイマを用いているため、ESDサージパス回路108は十分低電圧で動作する。   As described above, in this embodiment, the RC timer is used for the trigger circuit 109, the series connection circuit of the diodes 141 and 142 is used for the voltage drop circuit 107, and the single n-channel transistor 144 is added to the ESD surge path circuit 108. use. Since the voltage drop circuit 107 also serves as the ESD surge path circuit 108, it is necessary to increase the size of the diodes 141 and 142. In this case, since the voltage drop circuit 107 also serves as the ESD surge path circuit 108, a resistor cannot be used as the voltage drop circuit 107 as in the second embodiment. Since the RC timer is used as the trigger circuit 109, the ESD surge path circuit 108 operates at a sufficiently low voltage.

(第4の実施形態)
図4は、本発明の第4の実施形態によるトレラントI/Oの半導体装置の構成例を示す回路図である。本実施形態(図4)は、第1の実施形態(図1)に対して、トリガ回路109の構成が異なる。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of a tolerant I / O semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. This embodiment (FIG. 4) differs from the first embodiment (FIG. 1) in the configuration of the trigger circuit 109. Hereinafter, the points of the present embodiment different from the first embodiment will be described.

トリガ回路109は、トランジスタ401〜408を有する。pチャネルMOS電界効果トランジスタ401は、ゲートが電源電圧ノードVDEに接続され、ソースがノードN1に接続され、ドレインがnチャネルMOS電界効果トランジスタ402のドレインに接続される。トランジスタ402は、ゲートが電源電圧ノードVDEに接続され、ソースがグランド電位ノードGNDに接続される。pチャネルMOS電界効果トランジスタ403は、ゲート及びソースがノードN1に接続され、ドレインがnチャネルMOS電界効果トランジスタ404のドレインに接続される。トランジスタ404は、ゲートがノードN1に接続され、ソースがnチャネルMOS電界効果トランジスタ405のドレインに接続される。トランジスタ405は、ゲートがトランジスタ401のドレインに接続され、ソースがグランド電位ノードGNDに接続される。pチャネルMOS電界効果トランジスタ406は、ゲートがトランジスタ401のドレインに接続され、ソースがノードN1に接続され、ドレインがトランジスタ403のドレインに接続される。pチャネルMOS電界効果トランジスタ407は、ゲートがトランジスタ406のドレインに接続され、ソースがノードN1に接続され、ドレインがnチャネルMOS電界効果トランジスタ408のドレインに接続される。トランジスタ408は、ゲートがトランジスタ406のドレインに接続され、ソースがグランド電位ノードGNDに接続される。トランジスタ407及び408のドレインの相互接続点は、トランジスタ144のゲートに接続される。   The trigger circuit 109 includes transistors 401 to 408. P channel MOS field effect transistor 401 has a gate connected to power supply voltage node VDE, a source connected to node N 1, and a drain connected to the drain of n channel MOS field effect transistor 402. Transistor 402 has a gate connected to power supply voltage node VDE and a source connected to ground potential node GND. In the p-channel MOS field effect transistor 403, the gate and source are connected to the node N1, and the drain is connected to the drain of the n-channel MOS field effect transistor 404. Transistor 404 has a gate connected to node N 1 and a source connected to the drain of n-channel MOS field effect transistor 405. The transistor 405 has a gate connected to the drain of the transistor 401 and a source connected to the ground potential node GND. In the p-channel MOS field effect transistor 406, the gate is connected to the drain of the transistor 401, the source is connected to the node N1, and the drain is connected to the drain of the transistor 403. In the p-channel MOS field effect transistor 407, the gate is connected to the drain of the transistor 406, the source is connected to the node N1, and the drain is connected to the drain of the n-channel MOS field effect transistor 408. The transistor 408 has a gate connected to the drain of the transistor 406 and a source connected to the ground potential node GND. The interconnection point of the drains of transistors 407 and 408 is connected to the gate of transistor 144.

入出力パッド101に静電気が入力されると、ノードN1の電圧は上がるが、ノードVDEはオープン状態の為、VDE−GND間の容量によりVDEはGND電位となる。すなわちトランジスタ401及び402のゲートがローレベルになり、トランジスタ401及び402のドレインがハイレベルになる。第1の実施形態と同様に、ノードN1は高電位になるので、トランジスタ403及び404のドレインはローレベルになる。その結果、トランジスタ407及び408のドレインはハイレベルになり、ESDサージパス回路108のトランジスタ144がオンする。トランジスタ144にESDサージ電流が流れ、半導体装置を静電気から保護することができる。   When static electricity is input to the input / output pad 101, the voltage at the node N1 rises, but the node VDE is in an open state, so that the VDE becomes the GND potential due to the capacitance between VDE and GND. That is, the gates of the transistors 401 and 402 are at a low level, and the drains of the transistors 401 and 402 are at a high level. As in the first embodiment, since the node N1 has a high potential, the drains of the transistors 403 and 404 are at a low level. As a result, the drains of the transistors 407 and 408 become high level, and the transistor 144 of the ESD surge path circuit 108 is turned on. An ESD surge current flows through the transistor 144, and the semiconductor device can be protected from static electricity.

また、入出力パッド101に入力信号(5V電源)が入力されるときには、トランジスタ401及び402のゲートがハイレベルになり、トランジスタ401及び402のドレインがローレベルになる。第1の実施形態と同様に、ノードN1が低電位になるので、トランジスタ403及び404のドレインはハイレベルになる。その結果、トランジスタ407及び408のドレインはローレベルになり、ESDサージパス回路108のトランジスタ144がオフする。その場合、ESD保護回路106は、半導体装置の通常動作に悪影響を与えない。   When an input signal (5 V power supply) is input to the input / output pad 101, the gates of the transistors 401 and 402 are at a high level and the drains of the transistors 401 and 402 are at a low level. As in the first embodiment, since the node N1 has a low potential, the drains of the transistors 403 and 404 are at a high level. As a result, the drains of the transistors 407 and 408 become low level, and the transistor 144 of the ESD surge path circuit 108 is turned off. In that case, the ESD protection circuit 106 does not adversely affect the normal operation of the semiconductor device.

以上のように、本実施形態では、トリガ回路109に上記の回路構成を使用し、電圧降下回路107にダイオード141及び142の直列接続回路を使用し、ESDサージパス回路108にトランジスタ143及び144のカスケード接続回路を使用する。ESDサージパス回路108のトランジスタ143は電圧降下回路107としても兼用される。トリガ回路109は、通常動作時は、電源電圧ノードVDEからの信号によりESDサージパス回路108のトランジスタ144のゲートにローレベルを出力し、ESD印加時は、電源電圧ノードVDEがオープン(≒グランド電位)となるため、ESDサージパス回路108のトランジスタ144のゲートにハイレベルを出力する。   As described above, in the present embodiment, the above circuit configuration is used for the trigger circuit 109, the series connection circuit of the diodes 141 and 142 is used for the voltage drop circuit 107, and the cascade of the transistors 143 and 144 is used for the ESD surge path circuit 108. Use a connection circuit. The transistor 143 of the ESD surge path circuit 108 is also used as the voltage drop circuit 107. The trigger circuit 109 outputs a low level to the gate of the transistor 144 of the ESD surge path circuit 108 by a signal from the power supply voltage node VDE during normal operation, and the power supply voltage node VDE is open (≈ground potential) when ESD is applied. Therefore, a high level is output to the gate of the transistor 144 of the ESD surge path circuit 108.

以上のように、第1〜第4の実施形態の半導体装置は、入出力パッド101と、電源電圧が供給される電源電圧ノードVDEと、基準電位が供給される基準電位ノードGNDと、アノードが前記入出力パッド101に接続され、カソードが第1のノードBPに接続される第1のダイオード131と、前記入出力パッド101及び前記電源電圧ノードVDEに接続され、前記入出力パッド101に前記電源電圧より低い電圧が入力されると、前記第1のノードBPが前記電源電圧になるように制御する電位制御回路103と、前記入出力パッド101に静電気が入力されると静電気オン信号を出力するトリガ回路109と、前記静電気オン信号が出力されると、前記第1のノードBP及び前記基準電位ノードGND間に静電気放電電流を流す静電気放電サージパス回路108とを有する。   As described above, the semiconductor device according to the first to fourth embodiments includes the input / output pad 101, the power supply voltage node VDE to which the power supply voltage is supplied, the reference potential node GND to which the reference potential is supplied, and the anode. The input / output pad 101 is connected to the first diode 131 whose cathode is connected to the first node BP, the input / output pad 101 and the power supply voltage node VDE, and the input / output pad 101 is connected to the power supply. When a voltage lower than the voltage is input, a potential control circuit 103 that controls the first node BP to be the power supply voltage, and when static electricity is input to the input / output pad 101, a static electricity on signal is output. When the trigger circuit 109 and the static on signal are output, a static discharge current flows between the first node BP and the reference potential node GND. And a gas discharge Sajipasu circuit 108.

出力バッファ110は、第1の電界効果トランジスタ121、第2の電界効果トランジスタ122及び第3の電界効果トランジスタ123を有する。第1の電界効果トランジスタ121は、ソースが前記電源電圧ノードVDEに接続され、ドレインが前記入出力パッド101に接続され、バックゲートが前記第1のノードBPに接続される。第2の電界効果トランジスタ122は、ゲートが前記電源電圧ノードVDEに接続され、ドレインが前記入出力パッド101に接続される。第3の電界効果トランジスタ123は、ドレインが前記第2の電界効果トランジスタ122のソースに接続され、ソースが前記基準電位ノードGNDに接続される。   The output buffer 110 includes a first field effect transistor 121, a second field effect transistor 122, and a third field effect transistor 123. The first field effect transistor 121 has a source connected to the power supply voltage node VDE, a drain connected to the input / output pad 101, and a back gate connected to the first node BP. The second field effect transistor 122 has a gate connected to the power supply voltage node VDE and a drain connected to the input / output pad 101. The third field effect transistor 123 has a drain connected to the source of the second field effect transistor 122 and a source connected to the reference potential node GND.

電圧降下回路107は、前記第1のノードBPの電圧を降下させて前記トリガ回路109に電圧を出力する。前記トリガ回路109は、前記電圧降下回路107が出力する電圧に応じて前記静電気オン信号を出力する。   The voltage drop circuit 107 drops the voltage at the first node BP and outputs the voltage to the trigger circuit 109. The trigger circuit 109 outputs the static electricity on signal according to the voltage output from the voltage drop circuit 107.

前記電圧降下回路107は、アノード側が前記第1のノードBPに接続され、カソード側が前記トリガ回路109に接続される第2のダイオード141及び/又は142を有する。   The voltage drop circuit 107 has a second diode 141 and / or 142 whose anode side is connected to the first node BP and whose cathode side is connected to the trigger circuit 109.

また、前記電圧降下回路107は、前記電源電圧ノードVDE及び前記基準電位ノードGND間に直列に接続される複数の抵抗201及び202を有し、前記複数の抵抗201及び202の相互接続点は、前記トリガ回路109に接続される。   The voltage drop circuit 107 includes a plurality of resistors 201 and 202 connected in series between the power supply voltage node VDE and the reference potential node GND, and an interconnection point of the plurality of resistors 201 and 202 is: Connected to the trigger circuit 109.

前記静電気放電サージパス回路108は、前記第1のノードBPの電圧を降下させる電圧降下回路107(143、又は141及び142)と、ゲートが前記トリガ回路109の出力に接続され、ドレインが前記電圧降下回路107に接続され、ソースが前記基準電位ノードGNDに接続される電界効果トランジスタ144とを有する。   The electrostatic discharge surge path circuit 108 includes a voltage drop circuit 107 (143 or 141 and 142) for dropping the voltage of the first node BP, a gate connected to the output of the trigger circuit 109, and a drain connected to the voltage drop. A field effect transistor 144 connected to the circuit 107 and having a source connected to the reference potential node GND;

前記トリガ回路109は、前記第1のノードBP及び前記基準電位ノードGND間に直列に接続される抵抗151及び容量152を有する。   The trigger circuit 109 includes a resistor 151 and a capacitor 152 connected in series between the first node BP and the reference potential node GND.

ダイオード132は、アノードが前記基準電位ノードGNDに接続され、カソードが前記入出力パッド101に接続される。   The diode 132 has an anode connected to the reference potential node GND and a cathode connected to the input / output pad 101.

静電気放電サージパス回路108を設け、半導体装置を静電気放電から保護することができる。その際、特殊チューニングを必要とせず、プロセス工程及び開発期間を減らし、サイズを小さくすることができる。   An electrostatic discharge surge path circuit 108 can be provided to protect the semiconductor device from electrostatic discharge. At that time, special tuning is not required, and the process steps and the development period can be reduced and the size can be reduced.

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。   The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

本発明の実施形態は、例えば以下のように種々の適用が可能である。   The embodiment of the present invention can be applied in various ways as follows, for example.

(付記1)
入出力パッドと、
電源電圧が供給される電源電圧ノードと、
基準電位が供給される基準電位ノードと、
アノードが前記入出力パッドに接続され、カソードが第1のノードに接続される第1のダイオードと、
前記入出力パッド及び前記電源電圧ノードに接続され、前記入出力パッドに前記電源電圧より低い電圧が入力されると、前記第1のノードが前記電源電圧になるように制御する電位制御回路と、
前記入出力パッドに静電気が入力されると静電気オン信号を出力するトリガ回路と、
前記静電気オン信号が出力されると、前記第1のノード及び前記基準電位ノード間に静電気放電電流を流す静電気放電サージパス回路と
を有することを特徴とする半導体装置。
(付記2)
さらに、ソースが前記電源電圧ノードに接続され、ドレインが前記入出力パッドに接続され、バックゲートが前記第1のノードに接続される第1の電界効果トランジスタを有することを特徴とする付記1記載の半導体装置。
(付記3)
さらに、ゲートが前記電源電圧ノードに接続され、ドレインが前記入出力パッドに接続される第2の電界効果トランジスタと、
ドレインが前記第2の電界効果トランジスタのソースに接続され、ソースが前記基準電位ノードに接続される第3の電界効果トランジスタとを有することを特徴とする付記2記載の半導体装置。
(付記4)
さらに、前記第1のノードの電圧を降下させて前記トリガ回路に電圧を出力する電圧降下回路を有し、
前記トリガ回路は、前記電圧降下回路が出力する電圧に応じて前記静電気オン信号を出力することを特徴とする付記1記載の半導体装置。
(付記5)
前記静電気放電サージパス回路は、
前記第1のノードの電圧を降下させる電圧降下回路と、
ゲートが前記トリガ回路の出力に接続され、ドレインが前記電圧降下回路に接続され、ソースが前記基準電位ノードに接続される電界効果トランジスタとを有することを特徴とする付記1記載の半導体装置。
(付記6)
前記電圧降下回路は、アノード側が前記第1のノードに接続され、カソード側が前記トリガ回路に接続される第2のダイオードを有することを特徴とする付記4記載の半導体装置。
(付記7)
前記電圧降下回路は、前記電源電圧ノード及び前記基準電位ノード間に直列に接続される複数の抵抗を有し、前記複数の抵抗の相互接続点は、前記トリガ回路に接続されることを特徴とする付記4記載の半導体装置。
(付記8)
前記トリガ回路は、前記第1のノード及び前記基準電位ノード間に直列に接続される抵抗及び容量を有することを特徴とする付記1記載の半導体装置。
(付記9)
さらに、アノードが前記基準電位ノードに接続され、カソードが前記入出力パッドに接続される第2のダイオードを有することを特徴とする付記1記載の半導体装置。
(Appendix 1)
Input / output pads;
A power supply voltage node to which the power supply voltage is supplied; and
A reference potential node to which a reference potential is supplied;
A first diode having an anode connected to the input / output pad and a cathode connected to a first node;
A potential control circuit that is connected to the input / output pad and the power supply voltage node, and controls the first node to be the power supply voltage when a voltage lower than the power supply voltage is input to the input / output pad;
A trigger circuit that outputs a static on signal when static electricity is input to the input / output pad;
A semiconductor device comprising: an electrostatic discharge surge path circuit that causes an electrostatic discharge current to flow between the first node and the reference potential node when the static on signal is output.
(Appendix 2)
2. The supplementary note 1, further comprising: a first field effect transistor having a source connected to the power supply voltage node, a drain connected to the input / output pad, and a back gate connected to the first node. Semiconductor device.
(Appendix 3)
A second field effect transistor having a gate connected to the power supply voltage node and a drain connected to the input / output pad;
The semiconductor device according to claim 2, further comprising: a third field effect transistor having a drain connected to a source of the second field effect transistor and a source connected to the reference potential node.
(Appendix 4)
And a voltage drop circuit that drops the voltage of the first node and outputs a voltage to the trigger circuit,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the trigger circuit outputs the static on signal according to a voltage output from the voltage drop circuit.
(Appendix 5)
The electrostatic discharge surge path circuit is:
A voltage drop circuit for dropping the voltage of the first node;
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a field effect transistor having a gate connected to the output of the trigger circuit, a drain connected to the voltage drop circuit, and a source connected to the reference potential node.
(Appendix 6)
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the voltage drop circuit includes a second diode having an anode connected to the first node and a cathode connected to the trigger circuit.
(Appendix 7)
The voltage drop circuit includes a plurality of resistors connected in series between the power supply voltage node and the reference potential node, and an interconnection point of the plurality of resistors is connected to the trigger circuit. The semiconductor device according to appendix 4.
(Appendix 8)
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the trigger circuit includes a resistor and a capacitor connected in series between the first node and the reference potential node.
(Appendix 9)
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second diode having an anode connected to the reference potential node and a cathode connected to the input / output pad.

本発明の第1の実施形態によるトレラントI/Oの半導体装置の構成例を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration example of a tolerant I / O semiconductor device according to a first embodiment of the present invention; 本発明の第2の実施形態によるトレラントI/Oの半導体装置の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the semiconductor device of tolerant I / O by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態によるトレラントI/Oの半導体装置の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the semiconductor device of tolerant I / O by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態によるトレラントI/Oの半導体装置の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the semiconductor device of tolerant I / O by the 4th Embodiment of this invention. 通常I/Oの半導体装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the semiconductor device of normal I / O. トレラントI/Oの半導体装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the semiconductor device of tolerant I / O. 図6の半導体装置内のESD保護回路の構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of an ESD protection circuit in the semiconductor device of FIG. 6. ESD保護回路の表面図である。It is a surface view of an ESD protection circuit. ESD保護回路の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of an ESD protection circuit.

符号の説明Explanation of symbols

101 入出力パッド
102 I/O回路
103 電位制御回路
104〜106 ESD保護回路
107 電圧降下回路
108 ESDサージパス回路
109 トリガ回路
110 出力バッファ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Input / output pad 102 I / O circuit 103 Potential control circuit 104-106 ESD protection circuit 107 Voltage drop circuit 108 ESD surge path circuit 109 Trigger circuit 110 Output buffer

Claims (5)

入出力パッドと、
電源電圧が供給される電源電圧ノードと、
基準電位が供給される基準電位ノードと、
アノードが前記入出力パッドに接続され、カソードが第1のノードに接続される第1のダイオードと、
前記入出力パッド及び前記電源電圧ノードに接続され、前記入出力パッドに前記電源電圧より低い電圧が入力されると、前記第1のノードが前記電源電圧になるように制御する電位制御回路と、
前記入出力パッドに静電気が入力されると静電気オン信号を出力するトリガ回路と、
前記静電気オン信号が出力されると、前記第1のノード及び前記基準電位ノード間に静電気放電電流を流す静電気放電サージパス回路と、
を有することを特徴とする半導体装置。
Input / output pads;
A power supply voltage node to which the power supply voltage is supplied; and
A reference potential node to which a reference potential is supplied;
A first diode having an anode connected to the input / output pad and a cathode connected to a first node;
A potential control circuit that is connected to the input / output pad and the power supply voltage node, and controls the first node to be the power supply voltage when a voltage lower than the power supply voltage is input to the input / output pad;
A trigger circuit that outputs a static on signal when static electricity is input to the input / output pad;
An electrostatic discharge surge path circuit for passing an electrostatic discharge current between the first node and the reference potential node when the static on signal is output;
A semiconductor device comprising:
さらに、ソースが前記電源電圧ノードに接続され、ドレインが前記入出力パッドに接続され、バックゲートが前記第1のノードに接続される第1の電界効果トランジスタを有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a first field effect transistor having a source connected to the power supply voltage node, a drain connected to the input / output pad, and a back gate connected to the first node. The semiconductor device described. さらに、ゲートが前記電源電圧ノードに接続され、ドレインが前記入出力パッドに接続される第2の電界効果トランジスタと、
ドレインが前記第2の電界効果トランジスタのソースに接続され、ソースが前記基準電位ノードに接続される第3の電界効果トランジスタとを有することを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
A second field effect transistor having a gate connected to the power supply voltage node and a drain connected to the input / output pad;
3. The semiconductor device according to claim 2, further comprising: a third field effect transistor having a drain connected to a source of the second field effect transistor and a source connected to the reference potential node.
さらに、前記第1のノードの電圧を降下させて前記トリガ回路に電圧を出力する電圧降下回路を有し、
前記トリガ回路は、前記電圧降下回路が出力する電圧に応じて前記静電気オン信号を出力することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
And a voltage drop circuit that drops the voltage of the first node and outputs a voltage to the trigger circuit,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the trigger circuit outputs the static electricity on signal according to a voltage output from the voltage drop circuit.
前記静電気放電サージパス回路は、
前記第1のノードの電圧を降下させる電圧降下回路と、
ゲートが前記トリガ回路の出力に接続され、ドレインが前記電圧降下回路に接続され、ソースが前記基準電位ノードに接続される電界効果トランジスタとを有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
The electrostatic discharge surge path circuit is:
A voltage drop circuit for dropping the voltage of the first node;
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a field effect transistor having a gate connected to the output of the trigger circuit, a drain connected to the voltage drop circuit, and a source connected to the reference potential node.
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