JPH0329325B2 - - Google Patents

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JPH0329325B2
JPH0329325B2 JP59176653A JP17665384A JPH0329325B2 JP H0329325 B2 JPH0329325 B2 JP H0329325B2 JP 59176653 A JP59176653 A JP 59176653A JP 17665384 A JP17665384 A JP 17665384A JP H0329325 B2 JPH0329325 B2 JP H0329325B2
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JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor region
misfet
semiconductor
input
voltage
Prior art date
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Application number
JP59176653A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS60121820A (en
Inventor
Kenjiro Yasunari
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/003Modifications for increasing the reliability for protection
    • H03K19/00315Modifications for increasing the reliability for protection in field-effect transistor circuits

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、MIS(金属絶縁膜半導体)論理回
路における入力保護回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an input protection circuit in an MIS (metal-insulator-semiconductor) logic circuit.

従来、MIS論理入力回路におけるゲート保護回
路として、第1図,第2図に示すような回路が公
知である。
Conventionally, circuits as shown in FIGS. 1 and 2 are known as gate protection circuits in MIS logic input circuits.

これらの回路は、保護抵抗Rとクランプ用
MISFET Q4とにより、高電圧入力に対するゲー
ト破壊防止を行なおうとするものである。
These circuits are for protection resistor R and clamp
MISFET Q 4 is used to prevent gate breakdown due to high voltage input.

すなわち、高電圧入力に対して、クランプ用
MISFET Q4のサーフエイスブレイダウン又はド
レイン、基板間の接合ダイオードD,D′のブレ
ークダウン動作により、高電圧入力をクランプし
て、ゲート破壊防止を行なうおうとするものであ
る。
In other words, for high voltage input,
The purpose is to clamp the high voltage input and prevent gate breakdown by the surface-eighth breakdown of MISFET Q 4 or the breakdown operation of the junction diodes D and D' between the drain and the substrate.

しかし、従来のゲート保護回路にあつては、入
力信号の負のアンダーシユートにより、入力回路
が誤動作するという問題が判明した。
However, it has been found that the conventional gate protection circuit has a problem in that the input circuit malfunctions due to negative undershoot of the input signal.

すなわち、第1図の回路において、アンダーシ
ユートの値が入力伝送ゲートMISFET Q1のしき
い値電圧により大きいと、入力伝送ゲート
MISFET Q1のゲートがオフレベルである接地電
位におさえられてもオンして、入力MISFET Q3
のゲートに蓄積されていた電荷がリークするもの
となる。
In other words, in the circuit shown in Figure 1, if the undershoot value is larger than the threshold voltage of the input transmission gate MISFET Q 1 , the input transmission gate
Even if the gate of MISFET Q 1 is held at ground potential, which is an off level, it will turn on and the input MISFET Q 3 will be turned on.
The charge accumulated in the gate of the circuit leaks.

また、第2図に示すように、直接クロツクドイ
ンバータに入力するものにあつても、第3図に示
すように、負のアンダーシユートが入力される
と、クランプ用MISFET Q4のドレインDが負の
電圧となり、基板Pとの間が順バイアスされる。
これらをエミツタ、ベースとし、クロツクドイン
バータを構成するMISFET Q3のドレインDをコ
レクタとする寄生ラテラルトランジスタにより、
クロツクドインバータの出力に蓄積されていた電
荷がリークするものとなる。
Also, as shown in Figure 2, even if the input is directly to the clocked inverter, as shown in Figure 3, if a negative undershoot is input, the drain of the clamp MISFET Q4 D becomes a negative voltage, and the voltage between it and the substrate P is forward biased.
A parasitic lateral transistor with these as the emitter and base and the drain D of MISFET Q 3 forming the clocked inverter as the collector,
The charge accumulated in the output of the clocked inverter will leak.

そして、第2図に示すように、基板にバツクバ
イアスを印加するものにおいては、従来のクラン
プ用MISFET Q4等のしきい値電圧が接合ダイオ
ードDの順方向電圧VFより絶対値的に大きいも
のであつたため、|VBB+VF|より大きなアンダ
ーシユートが入力されると基板から入力端子Pに
なつて電流が流れるため、基板バイアス電圧が変
動して論理回路の動作マージンが減少するものと
なる。
As shown in Figure 2, in devices that apply back bias to the substrate, the threshold voltage of the conventional clamping MISFET Q 4 is larger in absolute value than the forward voltage V F of the junction diode D. If an undershoot larger than |V BB +V F | is input, a current flows from the board to the input terminal P, which changes the board bias voltage and reduces the operating margin of the logic circuit. becomes.

なお、MISFETの保護装置としては、特公昭
51−32511号公報に記載されたものが公知である。
In addition, as a MISFET protection device,
The one described in Japanese Patent No. 51-32511 is known.

この発明は、これらの問題を解決するためなさ
れたもので、入力信号の負のアンダーシユートに
対する論理回路及び入力回路の誤動作をも防止し
たMIS入力保護回路を提供するためになされた。
The present invention was made to solve these problems, and to provide an MIS input protection circuit that also prevents malfunctions of logic circuits and input circuits due to negative undershoot of an input signal.

この発明の一実施例においては、クランプ用
MISFETとして、入力回路等の論理回路を構成
するMISFETのしきい値電圧および寄生ラテラ
ルトランジスタのしきい値電圧より絶対値的に小
さなしきい値電圧のものが用いられる。
In one embodiment of the invention, for clamping
As the MISFET, one whose threshold voltage is smaller in absolute value than the threshold voltage of the MISFET constituting the logic circuit such as the input circuit and the threshold voltage of the parasitic lateral transistor is used.

以下、実施例により、この発明を具体的に説明
する。
Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples.

第1図又は第2図に示すようなゲート保護回路
において、クランプ用MISFET Q4のしきい値電
圧を、通常の論理回路を構成するMISFET Q1
Q3のしきい値電圧(0.8〜1.2V程度)より絶対値
的に小さく、例えば0.2〜0.3V程度とする。一般
にMISFETのしきい値電圧は、チヤンネルの表
面不純物濃度、ゲート絶縁膜の膜質及び膜厚等に
より決定されるが、製造工程等において簡便であ
り、かつ、その制御が容易なイオン打ち込み法に
よりチヤンネルの表面不純物濃度を制御すること
が望ましい。すなわち、上記クランプ用ダイオー
ドQ4がnチヤンネル型MISFETである場合には、
n型不純物をゲート絶縁膜を通して選択的にチヤ
ンネル領域表面に導入することにより実現でき
る。
In a gate protection circuit as shown in FIG. 1 or 2, the threshold voltage of MISFET Q 4 for clamping is set to the threshold voltage of MISFET Q 1 to MISFET Q 1 that constitutes a normal logic circuit.
The absolute value is smaller than the threshold voltage of Q 3 (about 0.8 to 1.2 V), for example, about 0.2 to 0.3 V. In general, the threshold voltage of a MISFET is determined by the surface impurity concentration of the channel, the quality and thickness of the gate insulating film, etc., but the channel It is desirable to control the surface impurity concentration. In other words, if the clamping diode Q4 is an n-channel MISFET,
This can be achieved by selectively introducing n-type impurities into the surface of the channel region through the gate insulating film.

この実施例によれば、正の高電圧(nチヤンネ
ルMISFETの場合)に対するゲート破壊防止動
作は、従来と同様にクランプ用MISFET Q4のサ
ーフエイスブレイクダウン又はドレイン、基板間
のpn接合ダイオードDによるブレイクダウンに
より、所定の電圧でクランプすることにより行な
われるものである。
According to this embodiment, the gate breakdown prevention operation against a positive high voltage (in the case of an n-channel MISFET) is performed by the surface-eighth breakdown of the clamping MISFET Q4 or by the pn junction diode D between the drain and the substrate, as in the conventional case. This is done by clamping at a predetermined voltage using breakdown.

そして、入力信号の負(nチヤンネル
MISFETの場合)のアンダーシユートに対して
は、クランプ用MISFET Q4のしきい値電圧が小
さいことより、−0.2〜−0.3Vでオンして、この電
圧にクランプするものであるため、第1図の回路
にあつては、伝送ゲートMISFET Q1がオンしな
いから、入力MISFET Q3のゲートに蓄積された
情報(電荷)の破壊が防止できるものとなる。
Then, the negative (n channel) of the input signal
Regarding undershoot (in the case of MISFET), since the threshold voltage of clamping MISFET Q 4 is small, it turns on at -0.2 to -0.3V and is clamped at this voltage. In the circuit shown in FIG. 1, since the transmission gate MISFET Q 1 is not turned on, the information (charge) accumulated at the gate of the input MISFET Q 3 can be prevented from being destroyed.

また、第2図の回路においても、寄生ラテラル
トランジスタのベース・エミツタ間電圧が上記電
圧(0.2〜0.3V)でクランプされ、ラテラルトラ
ンジスタのしきい値電圧(0.7V程度)以下に抑
えられるから、コレクタを構成するMISFET Q3
のドレインに蓄積されていた情報(電荷)の破壊
が防止できる。
Also, in the circuit shown in Fig. 2, the base-emitter voltage of the parasitic lateral transistor is clamped at the above voltage (0.2 to 0.3V) and suppressed to below the threshold voltage of the lateral transistor (approximately 0.7V). MISFET Q 3 configuring the collector
Destruction of information (charge) stored in the drain can be prevented.

そして、同図に示すように、基板バツクバイア
ス電圧−VBBを印加するものにおいても、入力信
号の負のアンダーシユートが、|VBB+VF|より
大きくなつても、その前にMISFET Q4がオンし
て、入力電圧を−0.2〜−0.3Vにクランプするも
のであるため、ダイオードA′は逆バイアスされ
た状態、もしくは、そのしきい値電圧VFを超え
るように順バイアスされることがないから、基板
バツクバイアス電圧が変動することなく、動作マ
ージンが減少することもない。
As shown in the figure, even in the case where the substrate back bias voltage -V BB is applied, even if the negative undershoot of the input signal becomes larger than |V BB +V F |, the MISFET Q 4 is on and clamps the input voltage to −0.2 to −0.3V, so diode A′ is either reverse biased or forward biased above its threshold voltage V F Therefore, the substrate back bias voltage does not fluctuate and the operating margin does not decrease.

この発明は、前記説明した入力回路の他、種々
の入力回路に適用することができる。すなわち、
前記伝送ゲートMISFETによるもの、クロツク
ドインバータ回路によるものの他何んであつてよ
い。また、各回路を構成するMISFETは、pチ
ヤンネル型MISFETであつても同様に適用でき
るものである。
The present invention can be applied to various input circuits in addition to the input circuits described above. That is,
In addition to the transmission gate MISFET or the clocked inverter circuit, any other method may be used. Further, the MISFETs constituting each circuit can be similarly applied even if they are p-channel type MISFETs.

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

第1図,第2図は、それぞれMIS入力保護回路
の一例を示す回路図、第3図は、第2図の回路に
おける一部の構造断面図である。
1 and 2 are circuit diagrams each showing an example of an MIS input protection circuit, and FIG. 3 is a structural sectional view of a part of the circuit of FIG. 2.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 入力端子と、 保護抵抗と、 第1導電型の第1半導体領域に形成された第2
導電型の第2、第3半導体領域と上記第2、第3
半導体領域間の上記第1半導体領域上にゲート絶
縁膜を介して形成された第1ゲート電極とを有す
るクランプ用MISFETと、 上記第1半導体領域に形成された第2導電型の
第4、第5半導体領域と上記第4、第5半導体領
域間の上記第1半導体領域上にゲート絶縁膜を介
して形成された第2ゲート電極とを有する入力用
MISFETとを備えてなり、 上記第2半導体領域は上記保護抵抗を介して上
記入力端子に結合され、 上記第1ゲート電極及び上記第3半導体領域は
回路の基準電位点に結合され、 上記第2ゲート電極は上記第2半導体領域に結
合され、 上記クランプ用MISFETのしきい値電圧の絶
対値は上記第2半導体領域と上記第1半導体領域
とにより形成されるpn接合の順方向電圧の絶対
値よりも小さくされ、 上記保護抵抗は、上記第1半導体領域とpn接
合を形成することなく構成されてなる、 ことを特徴とする半導体集積回路装置。
[Claims] 1. An input terminal, a protective resistor, and a second semiconductor region formed in the first semiconductor region of the first conductivity type.
conductivity type second and third semiconductor regions and the second and third conductivity type semiconductor regions;
A clamping MISFET having a first gate electrode formed on the first semiconductor region between the semiconductor regions with a gate insulating film interposed therebetween; 5 semiconductor region and a second gate electrode formed on the first semiconductor region between the fourth and fifth semiconductor regions via a gate insulating film.
MISFET, the second semiconductor region is coupled to the input terminal via the protection resistor, the first gate electrode and the third semiconductor region are coupled to a reference potential point of the circuit, and the second semiconductor region is coupled to the input terminal via the protection resistor; The gate electrode is coupled to the second semiconductor region, and the absolute value of the threshold voltage of the clamping MISFET is the absolute value of the forward voltage of the pn junction formed by the second semiconductor region and the first semiconductor region. A semiconductor integrated circuit device, wherein the protection resistor is configured without forming a pn junction with the first semiconductor region.
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JPS52127149A (en) * 1976-04-19 1977-10-25 Toshiba Corp Semiconductor circuit

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