JPH0373574A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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JPH0373574A
JPH0373574A JP20868789A JP20868789A JPH0373574A JP H0373574 A JPH0373574 A JP H0373574A JP 20868789 A JP20868789 A JP 20868789A JP 20868789 A JP20868789 A JP 20868789A JP H0373574 A JPH0373574 A JP H0373574A
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JP
Japan
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region
gate
integrated circuit
gate length
electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP20868789A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Kohamada
小濱田 博幸
Akihiko Koga
古賀 昭彦
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NEC Kyushu Ltd
Original Assignee
NEC Kyushu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0373574A publication Critical patent/JPH0373574A/en
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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To protect a chip against damage due to application of a high voltage without increasing the area of the chip by stepwisely varying the gate length of an output MOSFET. CONSTITUTION:Metal wirings 2a, 2b, 2c for forming a drain electrode are divided into three, and connected by an impurity diffused region for forming a drain region 4a. A gate region 3a is set at its gate length to L1, L2, L3 at the wirings 2a, 2b, 2c. A relation L1>L2>L3 is satisfied. In order to isolate channels of MOSFETs, a region 8 which is not doped with an n-type impurity in the case of forming source, drain regions. Thus, since an outer terminal and the ground can be made to have a continuity therebetween with a resistance of suitably large value when a high voltage is applied to the terminal, it can rapidly discharge static charge while preventing an overcurrent from flowing.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体集積回路に関し、特に出力端子に静電
気等により印加される高電圧に対して保護機能が備えら
れた半導体集積回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a semiconductor integrated circuit equipped with a protection function against high voltages applied to output terminals due to static electricity or the like.

[従来の技術] MOS型の半導体集積回路の出力部分においては、通常
、第4図に示すように、特別な保護素子を設けることな
く、出力M OS F E T Q 1 、 Q zは
直接出力端子に接続されている。そして、その保護対策
は、従来、出力MOSFETのゲート長りおよびゲー)
11Wをある規定の値に設定することによってなされて
いる。
[Prior Art] In the output section of a MOS type semiconductor integrated circuit, as shown in FIG. 4, the outputs MOS FET Q 1 and Q z are usually output directly without providing a special protection element. connected to the terminal. Conventionally, the protection measures have been to increase the gate length of the output MOSFET and
This is done by setting 11W to a certain prescribed value.

第5図(a)は、従来のnチャネル出力MO9FETの
平面図である。同図に示すように、ゲート電極3Cの両
側に設けられたドレイン領域4aとソース領域4bには
、それぞれコンタクト6を介してトレイン電極、ソース
電極を構成する金属配線2g、5が接続されており、そ
して、金属配線5は接地され、金属配線2gは出力端子
1に接続されている。また、ゲート電極3Cはコンタク
ト7を介して図示されない金属配線に接続されている。
FIG. 5(a) is a plan view of a conventional n-channel output MO9FET. As shown in the figure, metal wirings 2g and 5 forming a train electrode and a source electrode are connected to a drain region 4a and a source region 4b provided on both sides of the gate electrode 3C via contacts 6, respectively. , and the metal wiring 5 is grounded, and the metal wiring 2g is connected to the output terminal 1. Further, the gate electrode 3C is connected to a metal wiring (not shown) via a contact 7.

次に、第5図(b)を参照して第5図(a)のトランジ
スタの保護素子としての基本動作を説明する。この素子
においては、基本的には、nチャネルMO8FETに寄
生的に存在するnpnバイポーラトランジスタを利用す
る。すなわち、外部端子よりn型拡散層であるドレイン
領域4aに高電圧が印加された場合、この領域とpe半
導体基板8との間でブレーク・ダウンが生じ、p型半導
体基板8中に多数キャリアであるホールが注入され、ド
リフトによってGNDi位のコンタクトへ流れて行く、
これによって、n型拡散層であるソース領域4b近傍の
p型半導体基板の電位が上昇する。そのため、そこの接
合が順方向にバイアスされ、n型拡散層であるソース領
域4bより少数キャリアであるエレクトロンが注入され
る。このエレクトロンは、一部はp型半導体基板中に拡
散し再結合し消失するが大部分は近くにあるn型拡散層
であるドレイン領域4a内に流れ込む、この時の電圧−
電流特性を第6図に示す、■の領域はpn接合のブレー
ク・ダウンによって電流が流れている領域であり、■の
領域は寄生npnバイポーラトランジスタが導通してい
る領域である。
Next, the basic operation of the transistor shown in FIG. 5(a) as a protection element will be explained with reference to FIG. 5(b). This device basically utilizes an npn bipolar transistor that is parasitic to an n-channel MO8FET. That is, when a high voltage is applied from an external terminal to the drain region 4a, which is an n-type diffusion layer, breakdown occurs between this region and the PE semiconductor substrate 8, and majority carriers are generated in the p-type semiconductor substrate 8. A hole is injected and drifts to the contact at GNDi.
This increases the potential of the p-type semiconductor substrate near the source region 4b, which is an n-type diffusion layer. Therefore, the junction there is biased in the forward direction, and electrons, which are minority carriers, are injected from the source region 4b, which is an n-type diffusion layer. Some of these electrons diffuse into the p-type semiconductor substrate, recombine, and disappear, but most of them flow into the nearby drain region 4a, which is an n-type diffusion layer.
The current characteristics are shown in FIG. 6, where the region marked ``■'' is a region in which current flows due to breakdown of the pn junction, and the region ``■'' is a region where the parasitic npn bipolar transistor is conductive.

以上のように、寄生npnバイポーラトランジスタが導
通することにより大電流を流すことが可能となり、外部
からの高電圧を発生させる電荷を速やかに放電させゲー
ト酸化膜を静電破壊から守っている。
As described above, when the parasitic npn bipolar transistor becomes conductive, it becomes possible to flow a large current, quickly discharging the charge that generates a high voltage from the outside, and protecting the gate oxide film from electrostatic damage.

ここで問題となるのは大電流が流れることによるpn接
合の破壊である。これを防止するためには、接合部にお
ける単位面積当たりの電流量すなわち電流密度を小さく
する必要がある。これを達成するための手段としては、
第1に、寄生pnpバイポーラトランジスタのベース幅
、つまり、MOSFETのゲート長りを大きくすること
が、第2に、電流を流す接合部の面積を増加させる、つ
まり、ゲート幅を大きくすることが考えられる。
The problem here is destruction of the pn junction due to the flow of a large current. In order to prevent this, it is necessary to reduce the amount of current per unit area at the junction, that is, the current density. As a means to achieve this,
Firstly, increasing the base width of the parasitic pnp bipolar transistor, that is, increasing the gate length of the MOSFET, and secondly, increasing the area of the junction through which current flows, that is, increasing the gate width. It will be done.

[発明が解決しようとする課題] 上述した従来の技術のうち前者ではゲート長は寄生バイ
ポーラトランジスタを導通させる電圧によって決まるも
のであるので、これを−室以上に大きくすることは出力
MOSFETの保護機能の低下をもたらすことになり、
また平常状態においてMOSFETの電流供給能力の低
下を招き正常なトランジスタ動作を阻害することになる
[Problems to be Solved by the Invention] In the former of the above-mentioned conventional technologies, the gate length is determined by the voltage that makes the parasitic bipolar transistor conductive, so increasing the gate length to a value greater than - is a protection function for the output MOSFET. This will result in a decrease in
In addition, in a normal state, the current supply capability of the MOSFET is reduced and normal transistor operation is inhibited.

一方、後者に従うと電流容量は増加するが大面積を要す
ることになるので、微細化されたプロセスの効果を減殺
し集積回路の高密度化を困難にする。
On the other hand, if the latter is followed, the current capacity increases but a large area is required, which reduces the effect of miniaturized processes and makes it difficult to increase the density of integrated circuits.

[課題を解決するための手段] 本発明の半導体集積回路においては、出力端子に接続さ
れるMOSFETのドレイン電極は複数に分割され、ゲ
ート電極のゲート長は出力端子に直接接続されたトレイ
ン電極に対向する部分で最も長くなるようになされ、そ
れ以外のドレイン電極に対向する部分については前記出
力端子に直接接続されたトレイン電極に対向する部分か
ら離れるにつれて順次短くなされている。
[Means for Solving the Problems] In the semiconductor integrated circuit of the present invention, the drain electrode of the MOSFET connected to the output terminal is divided into a plurality of parts, and the gate length of the gate electrode is equal to that of the train electrode directly connected to the output terminal. The opposing portion is the longest, and the other portions facing the drain electrode are made shorter as they move away from the portion facing the train electrode directly connected to the output terminal.

[実施例] 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
[Example] Next, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例を示す平面図である。同図
において、第5図に示した従来例と共通する部分には同
一の参照番号が付されているので重複した説明は省略す
るが、この実施例では、ドレイン電極を構成する金属配
線が2a、2b、2Cと3つに分割されており、各金属
配線はドレイン領域4aを構成する不純物拡散領域によ
って接続されている。そして、ゲート電極3aは、各金
属配線2a、2b、2cの部分でそのゲート長がり、、
L2+ t、、に設定されている。ここ番こり。
FIG. 1 is a plan view showing one embodiment of the present invention. In this figure, parts common to the conventional example shown in FIG. , 2b, and 2C, and each metal wiring is connected by an impurity diffusion region forming a drain region 4a. The gate electrode 3a has a longer gate length at each metal wiring 2a, 2b, 2c.
It is set to L2+t, . I'm here.

> L 2 > L sである。なお、8は、各MOS
FETのチャネルを分離するために、ソース・ドレイン
領域を形式する際にn型不純物がドープされなかった領
域である。
> L 2 > L s. In addition, 8 is each MOS
This is a region that is not doped with n-type impurities when forming source/drain regions to isolate the channel of the FET.

第2図は、第1図の装置の等価回路図を示す。FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of the device of FIG.

R1、R3、R5はMOSFETが高電圧によって導通
したときのオン抵抗であり、R,、R4は配線としての
拡散層抵抗を示している。これらの抵抗値と出力MOS
FETの各部分に流れる電流11、I2、ISは、外部
端子に印加される電圧をVとして、次式で与えられる。
R1, R3, and R5 are on-resistances when the MOSFET is turned on by a high voltage, and R, , and R4 are the resistances of the diffusion layer as wiring. These resistance values and output MOS
Currents 11, I2, and IS flowing through each part of the FET are given by the following equations, where V is the voltage applied to the external terminal.

I I= V / R1 12−(Ra +R5)・V/ ((Rz +Rs )
(R4+ R5) + R2Rs I t3 =R1・V/ ((Ra +Rs )  (R4
+R9) + R2R3) ここで、It >12>It 、(Ra 、R2、Rs
)=10Ω〜20Ω、(R1,R2、Rs )> (R
2、R1)の条件を満たすように、ゲート幅およびゲー
ト電極レイアウトを決定する。
I I= V / R1 12-(Ra +R5)・V/ ((Rz +Rs)
(R4+R5) + R2Rs I t3 =R1・V/ ((Ra +Rs) (R4
+R9) + R2R3) Here, It>12>It, (Ra, R2, Rs
)=10Ω~20Ω, (R1,R2,Rs)>(R
2. Determine the gate width and gate electrode layout so as to satisfy the condition R1).

このようにすることにより、外部端子に高電圧が印加さ
れたときに適当な高い抵抗をもって、外部端子−接地間
を導通させることができるので、過大な電流の流入を防
止しつつ静電荷を速やかに放電させることができる。ま
た、正常動作時においては、MOSFETのオン抵抗に
対して抵抗R2、R4の抵抗値は相対的低下するので、
ゲート長の短い部分の電流を有効に使って十分な電流供
給能力を確保することができる。
By doing this, when a high voltage is applied to the external terminal, conduction can be established between the external terminal and the ground with an appropriately high resistance, so that static charge can be quickly removed while preventing excessive current from flowing in. can be discharged. Also, during normal operation, the resistance values of resistors R2 and R4 decrease relative to the on-resistance of the MOSFET, so
Sufficient current supply capability can be ensured by effectively using the current in the short gate length portion.

第3図は、本発明の他の実施例を示す平面図であって、
この実施例では、出力端子lに接続された金属配線2d
がドレイン電極の中央を占めており、その両側に2個ず
つの金属配線2e、2fが配置され、この金属配線の精
成に対応してゲート電極3bはその中央においてそのゲ
ート長が最大となっている。そして、ドレイン電極を構
成する各金属配線間は抵抗として機能する細い金属配線
によって接続されている。この構成により電流が特定の
コンタクトに集中するのを防止することができる。
FIG. 3 is a plan view showing another embodiment of the present invention,
In this embodiment, the metal wiring 2d connected to the output terminal l
occupies the center of the drain electrode, and two metal wires 2e and 2f are arranged on each side of the drain electrode, and corresponding to the refinement of the metal wires, the gate electrode 3b has a maximum gate length at the center. ing. The metal wires constituting the drain electrode are connected by thin metal wires that function as resistors. This configuration can prevent current from concentrating on a specific contact.

[発明の効果コ 以上説明したように、本発明は、出力MOSFETのゲ
ート長を段階的に変化させたものであるので、本発明に
よれば、チップ面積を増大させることなく出力MOSF
ETを静電気等によって生じる高電圧印加による破壊か
ら保護することができる。t、た、本発明によれば、i
t圧圧印待時電流を制限しつつ正常動作時において十分
な電流を供給することができる。
[Effects of the Invention] As explained above, the present invention changes the gate length of the output MOSFET in stages.
The ET can be protected from destruction due to high voltage application caused by static electricity or the like. According to the present invention, i
It is possible to supply sufficient current during normal operation while limiting the current during coining standby.

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

第1図は、本発明の一実施例を示す平面図、第2図は、
その等価回路図、第3図は、本発明の他の実施例を示す
平面図、第4図は、MO8型集積回路の出力部分の回路
図、第5図(a)は、従来例を示す平面図、第5図(b
〉、第6図は、その動作説明図である。 1・・・出力端子、  2a〜2g・・・金属配線(ド
レイン電極)、  3a〜3C・・・ゲート電極、4a
・・・トレイン領域、  4b・・・ソース領域、5・
・・金属配線〈ソース電極〉、  6.7・・・コンタ
クト、  8・・・p型半導体基板。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing an embodiment of the present invention.
The equivalent circuit diagram, FIG. 3 is a plan view showing another embodiment of the present invention, FIG. 4 is a circuit diagram of the output part of the MO8 type integrated circuit, and FIG. 5(a) shows a conventional example. Plan view, Figure 5 (b
>, FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation. 1... Output terminal, 2a-2g... Metal wiring (drain electrode), 3a-3C... Gate electrode, 4a
...Train region, 4b...Source region, 5.
...Metal wiring (source electrode), 6.7... Contact, 8... P-type semiconductor substrate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  ドレイン電極が出力端子に接続された絶縁ゲート型電
界効果トランジスタを具備する半導体集積回路おいて、
前記ドレイン電極は抵抗体で接続された複数の電極に分
割されその中の一つの電極に出力端子が接続されており
かつ前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート電
極はそのゲート長が前記出力端子に接続された前記電極
に対向する部分で最も長くなされ該部分から離れるにつ
れて段階的に短くなされていることを特徴とする半導体
集積回路。
In a semiconductor integrated circuit comprising an insulated gate field effect transistor whose drain electrode is connected to an output terminal,
The drain electrode is divided into a plurality of electrodes connected by a resistor, one of which is connected to an output terminal, and the gate electrode of the insulated gate field effect transistor has a gate length that is equal to the output terminal. A semiconductor integrated circuit characterized in that the length is longest at a portion facing the connected electrode and gradually becomes shorter as the distance from the portion increases.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6064095A (en) * 1998-03-10 2000-05-16 United Microelectronics Corp. Layout design of electrostatic discharge protection device
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