JPH02155431A - Input protecting circuit - Google Patents

Input protecting circuit

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JPH02155431A
JPH02155431A JP30802188A JP30802188A JPH02155431A JP H02155431 A JPH02155431 A JP H02155431A JP 30802188 A JP30802188 A JP 30802188A JP 30802188 A JP30802188 A JP 30802188A JP H02155431 A JPH02155431 A JP H02155431A
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JP
Japan
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input
diode
surge
semiconductor substrate
gate
Prior art date
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Pending
Application number
JP30802188A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Suzuoka
鈴岡 信幸
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02155431A publication Critical patent/JPH02155431A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a protecting circuit which is not affected by the breakdown voltage of a diode by providing a MOSFET in addition to a sole diode as protecting means for a surge input applied with a substrate as a reference. CONSTITUTION:An input protective diode 1.2 and input protective MOSFET 1.3 are formed between an input terminal and a semiconductor substrate 1.6 through an input protective resistor 1.1, and a positive surge input is provided with the semiconductor substrate 1.6 as a reference. Similarly, an input protective MOSFET 1.4 is formed between the input terminal and a GND through the resistor 1.1, and a positive surge input is provided with the GND as a reference. The FETs 1.3, 1.4 are connected at one of source and drain regions to the input terminal, and the other and a gate are connected to the substrate 1.6.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は正導電型の半導体基板を負の電位に設定して、
即ち、基板バイアス電圧を印加して使用する半導体装置
の入力保護回路に関する。
[Detailed description of the invention] Industrial application field The present invention sets a positive conductivity type semiconductor substrate to a negative potential,
That is, the present invention relates to an input protection circuit for a semiconductor device that is used by applying a substrate bias voltage.

従来の技術 近年、半導体装置の微細化、高密度化が進み、これに伴
って特にMO5型半導体装置においてはMO8型トラン
ジスタのゲート酸化膜の薄膜化が進行し、これを外部の
サージ入力より保護するための入力保護回路の重要正性
が高まっている。また一方、半導体装置のより一層の高
速化を求める声も強(、これを実現する手段として基板
バイアス電圧を印加して半導体装置を使用する頻度も高
(なっている。
Background of the Invention In recent years, semiconductor devices have become smaller and more dense, and as a result, the gate oxide film of MO8 transistors has become thinner, especially in MO5 semiconductor devices, to protect them from external surge input. The importance of input protection circuits is increasing. On the other hand, there is a strong demand for even higher speeds in semiconductor devices, and the frequency of using semiconductor devices by applying a substrate bias voltage as a means to achieve this is also increasing.

このような基板バイアス電圧を印加した状態で使用する
半導体装置には、加えられるサージ入力の基準となるレ
ベルに半導体基板及び半導体装置内のGND電位の2通
りが考えられるため、入力保護回路も多くの場合これら
に対応して2通り必要となる。従来より用いられいてる
入力保護回路を第2図(a) 、 (b) 、 (C)
に示す。第2図(a)は抵抗とダイオードを用いた入力
保護回路、第2図(b)は抵抗とMO8型トランジスタ
を用いた入力保護回路を示している。また第2図(C)
は第2図(a) 、 (b)のダイオード及びMO8型
トランジスタを並用したものである。即ち、保護抵抗2
.1を介して入力側端子をn型領域に接続する形で、P
型半導体基板との間に入力保護用ダイオード2.2が形
成されている。また同じく抵抗2.1を介して入力側端
子をソース・ドレイン領域の一方に接続し、また他方の
ソース・ドレイン領域とゲートをGNDに接続した入力
保護用MO8型トランジスタ2.3が形成されている。
For semiconductor devices used with such substrate bias voltage applied, there are two possible reference levels for surge input: the semiconductor substrate and the GND potential inside the semiconductor device, so many input protection circuits are required. In this case, two types are required corresponding to these cases. Conventionally used input protection circuits are shown in Figure 2 (a), (b), and (C).
Shown below. FIG. 2(a) shows an input protection circuit using a resistor and a diode, and FIG. 2(b) shows an input protection circuit using a resistor and an MO8 type transistor. Also, Figure 2 (C)
The diode and MO8 type transistor shown in FIGS. 2(a) and 2(b) are used together. That is, protective resistance 2
.. 1 to connect the input terminal to the n-type region,
An input protection diode 2.2 is formed between the semiconductor substrate and the semiconductor substrate. Also formed is an input protection MO8 type transistor 2.3 whose input side terminal is connected to one of the source/drain regions via the resistor 2.1, and whose source/drain region and gate of the other are connected to GND. There is.

2.4は保護されるべきMOS型ゲートを表している。2.4 represents the MOS type gate to be protected.

この入力保護回路の作用は次の通りである。例えば第2
図(C)において基板を基準として正のサージ入力が印
加されたとすると、入力保護用ダイオード2.2に逆バ
イアス電圧が印加され、これがダイオードのブレークダ
ウン電圧に達するとブレークダウンによりサージ入力は
基板側へと放出される。またGNDを基準として正のサ
ージ入力が印加された時には入力保護用トランジスタ2
.・3に逆バイアス電圧が加わり、トランジスタのいわ
ゆるパンチスルー効果によりサージ入力はGND側へと
放出される。保護抵抗2.1は上記の逆方向電流の値を
制限する役割を果たしている。このようにしてゲート2
.4は基板、GNDの何れを基準としたサージ入力から
も保護されているはずである。
The operation of this input protection circuit is as follows. For example, the second
In Figure (C), if a positive surge input is applied with the board as a reference, a reverse bias voltage is applied to the input protection diode 2.2, and when this reaches the breakdown voltage of the diode, the surge input is blocked by the board due to breakdown. released to the side. Also, when a positive surge input is applied with GND as a reference, the input protection transistor 2
..・A reverse bias voltage is applied to 3, and the surge input is released to the GND side due to the so-called punch-through effect of the transistor. The protective resistor 2.1 serves to limit the value of the above-mentioned reverse current. In this way gate 2
.. 4 should be protected from surge input based on either the board or GND.

発明が解決しようとする課題 しかしながら以上述べた入力保護回路はその効果がダイ
オードのブレークダウン電圧に大きく依存するという欠
点を有していた。一般にダイオード、即ちPN接合のブ
レークダウン電圧はPN接合を形成する不純物の濃度に
より決まり、不純物濃度が低下するとブレークダウン電
圧は上昇する。従って、例えばより高速動作を実現する
等の目的でP型半導体基板の比抵抗をより高く設定し、
即ち、P型半導体基板の不純物濃度をより低くするよう
な場合には、前述の理由によりダイオード2.2のブレ
ークダウン電圧が上昇し、基板を基準とした正のサージ
入力に対しダイオード2.2が有力な保護回路として作
用せず、ブレークダウンによるサージ入力の基板への放
出が起こる以前にゲート2.4が破壊に至るという不都
合を生じるのであった。
Problems to be Solved by the Invention However, the input protection circuit described above has a drawback in that its effectiveness largely depends on the breakdown voltage of the diode. Generally, the breakdown voltage of a diode, that is, a PN junction, is determined by the concentration of impurities forming the PN junction, and as the impurity concentration decreases, the breakdown voltage increases. Therefore, for example, for the purpose of achieving higher speed operation, the resistivity of the P-type semiconductor substrate is set higher,
That is, when the impurity concentration of the P-type semiconductor substrate is lowered, the breakdown voltage of diode 2.2 increases due to the above-mentioned reason, and diode 2.2 However, the gate 2.4 does not function as an effective protection circuit, causing the inconvenience that the gate 2.4 is destroyed before the surge input due to breakdown is released to the board.

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたものであり、
ダイオードのブレークダウン電圧には左右されない入力
保護回路を提供するものである。
The present invention has been made in view of the above problems, and
This provides an input protection circuit that is not affected by diode breakdown voltage.

課題を解決するための手段 上記した問題点を解決するため、本発明の入力保護回路
はソース・ドレイン領域の一方を入力側子に接続し、そ
の他方及びゲートを半導体基板に接続したMO8型トラ
ンジスタを用いて構成する。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the input protection circuit of the present invention uses an MO8 type transistor in which one of the source and drain regions is connected to the input terminal, and the other and the gate are connected to the semiconductor substrate. Configure using.

作用 このようにして構成した本発明の入力保護回路によれば
、基板を基準として入力側子に印加された正のサージ入
力はダイオードのブレークダウンのみならずMOS型ト
ランジスタのパンチスルーによっても基板側に放出され
ることとなり、有効な保護作用を果たすことができる。
According to the input protection circuit of the present invention constructed in this way, a positive surge input applied to the input terminal with the board as a reference is not only caused by breakdown of the diode but also by punch-through of the MOS transistor. , and can exert an effective protective effect.

実施例 第1図は本発明の入力保護回路の一実施例を示す構成図
である。入力保護抵抗1.1を介して入力側子と半導体
基板1.6との間に入力保護用ダイオード1.2及び入
力保護用MO8型トランジスタ1.3が形成され、半導
体基板を基準とした正のサージ入力に備えている。また
、同じく入力保護抵抗1.1を介して入力側子とGND
間に入力保護用MO8型トランジスタ1.4が形成され
、GNDを基準とした正のサージ入力に備えている。1
.5は被保護MOS型ゲートを示している。
Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the input protection circuit of the present invention. An input protection diode 1.2 and an input protection MO8 type transistor 1.3 are formed between the input side terminal and the semiconductor substrate 1.6 via the input protection resistor 1.1, and a positive voltage with respect to the semiconductor substrate is formed. It is prepared for surge input. Also, connect the input side terminal to GND via the input protection resistor 1.1.
An input protection MO8 type transistor 1.4 is formed between them, and is prepared for positive surge input with GND as a reference. 1
.. 5 indicates a protected MOS type gate.

この入力保護回路に基板を基準とした正のサージ入力が
印加されるとダイオード1.2及びトランジスタ1.3
に逆バイアス電圧が印加される。
When a positive surge input with respect to the board is applied to this input protection circuit, diode 1.2 and transistor 1.3
A reverse bias voltage is applied to.

ダイオード1.2はブレークダウンにより、またトラン
ジスタ1.3はパンチスルーによりサージ入力を基板側
に放出することとなる。つまり本発明の実施例において
は従来とは異なりサージ入力の放出経路としてダイオー
ド1.2のみならずトランジスタ1.3も用意されてお
り、前記したように例えば基板の不純物濃度を変えざる
を得ない等の理由によりダイオード1.2のブレークダ
ウン電圧が上昇し、ブレークダウンによるサージ放出の
効果が余り期待できなくなった場合でもトランジスタ1
.3のパンチスルーによりサージ入力が基板側へ放出さ
れるため、被保護ゲート1.5は破壊を免れることにな
るのである。またGNDを基準とした正のサージ入力が
印加された場合には保護トランジスタ2,4に逆バイア
ス電圧が加わり、このトランジスタのパンチスルーによ
りサージ入力がGND側に放出され、やはりゲート2.
5は保護される。また基板、GND何れを基準としたサ
ージ入力の場合も抵抗1.1はダイオード1.2やMO
S型トランジスタ1.3.1.4に流れる電流を制限し
、過電流によるダイオード及びトランジスタの破壊を防
いでいる。
The diode 1.2 discharges the surge input to the substrate side by breakdown, and the transistor 1.3 discharges the surge input by punch-through. In other words, in the embodiment of the present invention, unlike the conventional case, not only the diode 1.2 but also the transistor 1.3 are provided as a discharge path for surge input, and as mentioned above, for example, the impurity concentration of the substrate must be changed. Even if the breakdown voltage of diode 1.2 increases due to reasons such as this, and the effect of surge release due to breakdown is no longer expected, transistor 1.
.. Since the surge input is released to the substrate side by the punch-through of No. 3, the protected gate 1.5 is spared from destruction. Furthermore, when a positive surge input with respect to GND is applied, a reverse bias voltage is applied to the protection transistors 2 and 4, and the surge input is released to the GND side due to the punch-through of these transistors, and the gate 2.
5 is protected. Also, in the case of surge input based on either the board or GND, resistor 1.1 can be replaced with diode 1.2 or MO
The current flowing through the S-type transistor 1.3.1.4 is limited to prevent the diode and transistor from being destroyed due to overcurrent.

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、基板を基準として印
加されたサージ入力に対する保護手段として従来のダイ
オード単体に加えMOS型トランジスタが用意されてい
るため、ダイオードのブレークダウンのみに依存する従
来の保護回路では不十分であった入力保護の効果が高ま
り、サージ入力に対しより一層強い半導体装置を提供す
ることができるのである。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, a MOS transistor is provided in addition to the conventional single diode as a means of protection against surge input applied with respect to the substrate. This increases the effect of input protection, which was insufficient with conventional protection circuits, and makes it possible to provide a semiconductor device that is even more resistant to surge input.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例における入力保護回路の構成
図、第2図(a) 、 (b) 、 (C)は従来の入
力保護回路の構成図である。 1.1・・・・・・入力保護用抵抗、1.2・・・・・
・入力保護用ダイオード、1.3・・・・・・入力保護
用MOS型トランジスタ、1.4・・・・・・入力保護
用MO8型トランジスタ、1.5・・・・・・被保護M
O8型ゲート、1.6・・・・・・P型半導体基板。 ゛代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか1名L4 −
m− 1,6−−− 入力渫謹用匙抗 入731釆1用シイτ−ド 入力導謹用門O5型トランジスタ(1)入力9[用閂O
5型トランジスタ(2)覆渾護門OS型ケート P1牛1淳蟇仮 第2図 2I −= 2.2 −一 25−・・ 入力場謹I!l+!匙杭 λ力憚1用タイτ−ド 入力庫1用命OSシトランラスタ ?l?保謂M OS %ケート P 型 キ14 隼暮仮 第1図
FIG. 1 is a block diagram of an input protection circuit according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a), (b), and (C) are block diagrams of a conventional input protection circuit. 1.1...Input protection resistor, 1.2...
・Input protection diode, 1.3...MOS type transistor for input protection, 1.4...MO8 type transistor for input protection, 1.5...Protected M
O8 type gate, 1.6...P type semiconductor substrate.゛Name of agent Patent attorney Shigetaka Awano and 1 other person L4 -
m- 1,6 --- Input safety spoon input 731 Seed for button 1 τ - Input safety gate O5 type transistor (1) Input 9 [use bar O
5-type transistor (2) Cover gate OS type gate P1 cow 1 Jun-to temporary Figure 2 2I -= 2.2 -125-... Input field 謹I! l+! Spoon pile λ force 1 tie τ-de input warehouse 1 life OS Citran raster? l? Insurance M OS % Kate P type Ki14 Hayagure provisional figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 正導電型の半導体基板を負の電位に設定して使用する半
導体装置において、ソース・ドレイン領域の一方を入力
側端子に接続し、ソース・ドレイン領域の他方及びゲー
トを上記半導体基板に接続してなるMOS型トランジス
タを使用することを特徴とする入力保護回路。
In a semiconductor device in which a positive conductivity type semiconductor substrate is set to a negative potential, one of the source/drain regions is connected to an input side terminal, and the other source/drain region and the gate are connected to the semiconductor substrate. An input protection circuit characterized by using a MOS type transistor.
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