JPH04158568A - Input protection circuit for semiconductor device - Google Patents

Input protection circuit for semiconductor device

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JPH04158568A
JPH04158568A JP28477090A JP28477090A JPH04158568A JP H04158568 A JPH04158568 A JP H04158568A JP 28477090 A JP28477090 A JP 28477090A JP 28477090 A JP28477090 A JP 28477090A JP H04158568 A JPH04158568 A JP H04158568A
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JP
Japan
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resistor
parasitic
diode
thin film
protection circuit
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Application number
JP28477090A
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Japanese (ja)
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Tetsuo Tatsuta
哲男 多津田
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To realize a high reliability, a high static voltage resistance, and a high responsibility and prevent expansion of a pattern area by laying out protection devices in which a clamp diode is integrated with a parasitic resistor having a parasitic diode in parallel between a high potential side and a low potential side of an electric source. CONSTITUTION:An input protection circuit comprises a parasitic counter-positive power source diode-integrated type p type diffusion resistor 23, a parasitic counter positive diode-integrated type n type diffusion resistor 24 which are laid out in parallel respectively on a thin film resistor 22. It is possible to reduce a resistant value of the thin film resistor by setting that the ratio between a resistant value of the thin film resistor and a serial resistant value of a clamp diode be smaller. Furthermore, this construction makes it possible to reduce the whole serial resistors of the protection circuit by connecting the diffusion resistors 23 and 24 in parallel and embody a pattern increase prevention based on high speed response and device cut down and lower the voltage to the internal circuit to a satisfactory extent.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の入力保護回路の改良に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to improvements in input protection circuits for semiconductor devices.

[従来の技術と課題] 従来、IC,LSI等の半導体装置においては、静電気
等により印加される過大入力から内部回路を保護するた
め、入力保護回路が用いられている。
[Prior Art and Problems] Conventionally, in semiconductor devices such as ICs and LSIs, input protection circuits have been used to protect internal circuits from excessive inputs applied due to static electricity or the like.

かかる入力保護回路は、装置の信頼性を保証するための
重要なデバイスであり、種々の提案がなされている。
Such an input protection circuit is an important device for ensuring reliability of the device, and various proposals have been made.

最近では、多結晶シリコン層で形成した入力保護抵抗と
保護ダイオードを用いることが一般的になっていきてい
る。こうした多結晶シリコン抵抗と保護ダイオードを用
いた入力保護回路の具体例としては、第2図に示すもの
が知られている(特開昭53〜78879号公報)。こ
の入力保護回路は、入力バッド1に一端が接続された多
結晶シリコンからなる薄膜抵抗2と、この薄膜抵抗2の
他端に接続された対正電源及び対負電源クランプ用ダイ
オード3,4とから構成されている。こうした構成にす
ることにより、薄膜抵抗2により極めて抑制された電流
か流れるようにすることによってで内部回路を保護でき
る。
Recently, it has become common to use input protection resistors and protection diodes formed of polycrystalline silicon layers. As a specific example of an input protection circuit using such a polycrystalline silicon resistor and a protection diode, the one shown in FIG. 2 is known (Japanese Unexamined Patent Publication Nos. 53-78879). This input protection circuit includes a thin film resistor 2 made of polycrystalline silicon whose one end is connected to an input pad 1, and diodes 3 and 4 for clamping the positive power supply and the negative power supply connected to the other end of the thin film resistor 2. It consists of With this configuration, the internal circuit can be protected by allowing a very suppressed current to flow through the thin film resistor 2.

ところで、第2図の入力保護回路では、内部回路か微細
化CM OS 、バイポーラCM OSのような最先端
の微細化デバイスの場合、保護回路として適切でないこ
とが判明した。即ち、EIAJ規格で規定されている試
験方法によれば、200〜300V)ff度の電圧を0
Ωの抵抗を通して入カバ・ントに印加した場合、保護回
路を経た内部回路の入力側には10■以下の電圧がかか
る様に降圧しなければならない。このため、クランプ用
のダイオードには電圧はかからないが、数μJという全
ての静電エネルギーを薄膜抵抗2が吸収しなくてはなら
ないので、薄膜抵抗2が大きくなったり、薄膜抵抗自身
が破壊したりして保護機能を発揮できなくなるという問
題点かなる。
By the way, it has been found that the input protection circuit shown in FIG. 2 is not suitable as a protection circuit for internal circuits of state-of-the-art miniaturized devices such as miniaturized CMOS and bipolar CMOS. That is, according to the test method specified in the EIAJ standard, a voltage of 200 to 300 V)ff degree is
When applied to the input cover through a resistor of Ω, the voltage must be stepped down so that a voltage of 10 Ω or less is applied to the input side of the internal circuit after passing through the protection circuit. Therefore, although no voltage is applied to the clamping diode, the thin film resistor 2 must absorb all the electrostatic energy of several μJ, so the thin film resistor 2 may become large or the thin film resistor itself may be destroyed. This poses a problem in that the protective function cannot be exerted.

そこで、上記問題点を解決するために第3図に示すよう
な入力保護回路か提案されている。この回路は、第2図
の回路にp型拡散抵抗と、該拡散抵抗に寄生する対正電
源ダイオードと、n型拡散抵抗と、該拡散抵抗に寄生す
る対負電源ダイオードの数だけ素子数を増加させたもの
である。その結果、チップ上の入力保護回路のパターン
か大きいものとなり、入力保護の必要なパッドか多くな
なればなる程、入力保護素子の占める面積は美大なもの
になる。
Therefore, in order to solve the above problems, an input protection circuit as shown in FIG. 3 has been proposed. This circuit is constructed by adding a p-type diffused resistor, a positive power supply diode parasitic to the diffused resistor, an n-type diffused resistor, and a negative power supply diode parasitic to the diffused resistor to the circuit shown in FIG. This is an increase. As a result, the pattern of the input protection circuit on the chip becomes larger, and the more pads that require input protection, the larger the area occupied by the input protection element becomes.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、薄膜抵抗に
よるエネルギー分担を低減し、クランプ用ダイオードと
寄生ダイオード付の寄生抵抗とを一体化した保護素子を
電源の高電位側と低電位側で並列に配置することにより
、高信頼性、高静電耐圧性、高速応答性を有し、パター
ン面積の拡大を防止できる半導体装置の入力保護回路を
提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and reduces the energy sharing by thin film resistors, and provides a protection element that integrates a clamping diode and a parasitic resistor with a parasitic diode on the high potential side and low potential side of the power supply. It is an object of the present invention to provide an input protection circuit for a semiconductor device that has high reliability, high electrostatic withstand voltage, and high-speed response, and can prevent pattern area expansion by arranging them in parallel.

[課題を解決するための手段] 本発明は、入力パッドに直接接続した薄膜抵抗と、この
薄膜抵抗の他端と電源の高電位側との間に設けた寄生の
対正電源クランプ用ダイオードを有する第1直列抵抗と
、前記薄膜抵抗の他端と電源の低電位側との間に設けた
寄生の対負電源クランプ用ダイオードを有する第2直列
抵抗とを具備したことを特徴とする半導体装置の入力保
護回路である。
[Means for Solving the Problems] The present invention includes a thin film resistor directly connected to an input pad, and a parasitic positive power supply clamping diode provided between the other end of the thin film resistor and the high potential side of the power supply. and a second series resistor having a parasitic anti-negative power clamping diode provided between the other end of the thin film resistor and a low potential side of a power supply. This is an input protection circuit.

[作用] 本発明によれば、薄膜抵抗によるエネルギー分担を低減
し、クランプ用ダイオードと寄生ダイオード付の寄生抵
抗とを一体化した保護素子を電源の高電位側と低電位側
で並列に配置することにより、高信頼性、高静電耐圧性
、高速応答性を有し5パタ一ン面積の拡大を防止できる
[Function] According to the present invention, the energy sharing by the thin film resistor is reduced, and a protection element that integrates a clamping diode and a parasitic resistor with a parasitic diode is arranged in parallel on the high potential side and the low potential side of the power supply. As a result, it has high reliability, high electrostatic voltage resistance, and high-speed response, and can prevent the area of the 5 patterns from increasing.

C実施例コ 以下、本発明の一実施例について第1図を参照して説明
する。
Embodiment C An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

本発明に係る入力保護回路は、入力パッド21に接続さ
れた薄膜抵抗22と、この薄膜抵抗22に夫々並列に配
置された寄生対正電源ダイオード型一体型p型拡散抵抗
23.寄生対負ダイオード一体型n型拡散抵抗24とか
ら構成されている。
The input protection circuit according to the present invention includes a thin film resistor 22 connected to an input pad 21, a parasitic positive power supply diode type integrated p-type diffused resistor 23, which is placed in parallel with the thin film resistor 22, respectively. It consists of a parasitic anti-negative diode integrated type n-type diffused resistor 24.

前記寄生対正電源ダイオード型一体型p型拡散抵抗23
は、入力側に拡散抵抗一体型対正電源p型クランプダイ
オード25と、このクランプダイオード25に接続する
クランプダイオード寄生抵抗26と、この寄生抵抗26
に接続する寄生対電源ダイオード27と、n型拡散抵抗
28とから構成されている。前記寄生対負ダイオード一
体型n型拡散抵抗24は、入力側に拡散抵抗一体型対負
電源クランプダイオード29と、このクランプダイオー
ド29に接続するクランプダイオード寄生抵抗30と、
この寄生抵抗30に接続する寄生対負電源ダイオード3
1と、n型拡散抵抗32とから構成されている。
The parasitic positive power supply diode type integrated p-type diffused resistor 23
is a positive power supply p-type clamp diode 25 with an integrated diffused resistor on the input side, a clamp diode parasitic resistance 26 connected to this clamp diode 25, and this parasitic resistance 26.
It is composed of a parasitic power supply diode 27 connected to the parasitic power source diode 27 and an n-type diffused resistor 28. The parasitic anti-negative diode integrated n-type diffused resistor 24 includes a diffused resistance integrated anti-negative power supply clamp diode 29 on the input side, and a clamp diode parasitic resistance 30 connected to the clamp diode 29.
Parasitic negative power supply diode 3 connected to this parasitic resistance 30
1 and an n-type diffused resistor 32.

前記薄膜抵抗23は、30〜100Ω/口の面積抵抗を
もつp型又はn型の多結晶シリコンを用い、抵抗幅15
〜30μm、膜厚0.35〜0.5μmとし、抵抗値を
300−1000Ωの範囲に設定する。前記クランプダ
イオード25.29の面積は、夫々100〜400μm
2とした。前記n型拡散抵抗28.n型拡散抵抗32の
抵抗値は100〜300Ωの範囲1寄生抵抗26(又は
30)の抵抗値は20〜50Ωの範囲に設定し、これら
により薄膜抵抗22とクランプダイオード25(又は2
9)の寄生抵抗28 (又は30)で抵抗分圧された電
圧が更に分圧され、内部回路に印加される。
The thin film resistor 23 is made of p-type or n-type polycrystalline silicon having a sheet resistance of 30 to 100 Ω/hole, and has a resistance width of 15
30 μm, film thickness 0.35 to 0.5 μm, and the resistance value is set in the range of 300 to 1000 Ω. The clamp diodes 25 and 29 each have an area of 100 to 400 μm.
It was set as 2. The n-type diffused resistor 28. The resistance value of the n-type diffused resistor 32 is set in the range of 100 to 300Ω.1 The resistance value of the parasitic resistor 26 (or 30) is set in the range of 20 to 50Ω.
The voltage that has been resistance-divided by the parasitic resistor 28 (or 30) of 9) is further divided and applied to the internal circuit.

なお、高速動作を目的として、薄膜抵抗22の抵抗値や
抵抗面積を大きく(、たくない場合、これに接続するク
ランプダイオードの寄生抵抗の比をできるだけ小さくし
、薄膜抵抗22にかかる電圧を下げ、薄膜抵抗22分の
熱エネルギーを低減させる。
Note that for the purpose of high-speed operation, the resistance value and resistance area of the thin film resistor 22 should be increased (or, if this is not desired, the ratio of the parasitic resistance of the clamp diode connected to this should be made as small as possible to lower the voltage applied to the thin film resistor 22, Thermal energy of thin film resistor 22 is reduced.

前記n型拡散抵抗23の断面形状は、第4図に示す通り
である。図中の41はp型の基板である。この基板41
にはn“型の埋込み層42.n型のエピタキシャル層4
3゜n型のコレクタ拡散層44が形成され、前記エピタ
キシャル層43でフィールド酸化膜45で囲まれた島領
域にはNPN トランジスタのベース層46.  P−
chM OS トランジスタのソース(又はドレイン)
領域47が形成されている。前記コレクタ拡散層44の
表面にはN−chMOsトランジスタのソース(又はド
レイン)領域48が形成されている。また、前記基板4
1には、p型の埋込み層49.p型のウェル層50.p
型のアイソレーション層5jが形成されている。前記フ
ィールド酸化膜45及びソース(又はトレイン)領域4
7の一部上には、酸化膜52が形成されている。前記ソ
ース(又はドレイン)領域47.48上には、配線53
か形成されている。
The cross-sectional shape of the n-type diffused resistor 23 is as shown in FIG. 41 in the figure is a p-type substrate. This board 41
an n-type buried layer 42; an n-type epitaxial layer 4;
A 3.degree. n-type collector diffusion layer 44 is formed, and a base layer 46 of an NPN transistor is formed in an island region surrounded by a field oxide film 45 in the epitaxial layer 43. P-
chM OS Transistor source (or drain)
A region 47 is formed. A source (or drain) region 48 of an N-ch MOs transistor is formed on the surface of the collector diffusion layer 44. Further, the substrate 4
1 includes a p-type buried layer 49. p-type well layer 50. p
A type isolation layer 5j is formed. The field oxide film 45 and the source (or train) region 4
An oxide film 52 is formed on a portion of 7. On the source (or drain) region 47.48, there is a wiring 53.
or is formed.

また、前記n型拡散抵抗24の断面形状は、第5図に示
す通りである。ここで、第4図と同部材は同符号を付し
て説明を省略する。また、図中の54はエピタキシャル
層43に形成されたPNP トランジスタのベース層で
あり、55はp型コレクタ拡散層である。
Further, the cross-sectional shape of the n-type diffused resistor 24 is as shown in FIG. Here, the same members as those in FIG. 4 are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Further, 54 in the figure is a base layer of a PNP transistor formed in the epitaxial layer 43, and 55 is a p-type collector diffusion layer.

しかして、上記実施例に係る入力保護回路は、薄膜抵抗
22に夫々並列に配置された寄生対正電源ダイオード一
体型n型拡散抵抗23.寄生対正電源グイオード一体型
n型拡散抵抗24とから構成されており、薄膜抵抗22
の抵抗値のクランプダイオードの直列抵抗値の比を小さ
く設定することにより、薄膜抵抗の抵抗値を小ならしめ
る事ができ、更に拡散抵抗23.24を並列に接続する
ことで保護回路の全直列抵抗も小さくでき、高速応答性
、素子削減によるパターン増大防止を実現して内部回路
への電圧を十分を低減できる。
Thus, the input protection circuit according to the above embodiment has parasitic anti-positive power supply diode-integrated n-type diffused resistors 23 . It consists of a parasitic positive power source integrated n-type diffused resistor 24, and a thin film resistor 22.
The resistance value of the thin film resistor can be made small by setting the ratio of the series resistance value of the clamp diode with the resistance value of The resistance can also be reduced, high-speed response, and prevention of pattern increase due to the reduction of elements can be realized, and the voltage applied to the internal circuit can be sufficiently reduced.

[発明の効果] 以上詳述した如く本発明によれば、薄膜抵抗によるエネ
ルギー分担を低減し、クランプ用ダイオードと寄生ダイ
オード付の寄生抵抗とを一体化した保護素子を電源の高
電位側と低電位側で並列に配置することにより、高信頼
性、高静電耐圧性。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, the energy sharing by the thin film resistor is reduced, and a protection element that integrates a clamping diode and a parasitic resistor with a parasitic diode is connected to the high potential side and the low potential side of the power supply. High reliability and high static voltage resistance are achieved by placing them in parallel on the potential side.

高速応答性を有し、パターン面積の拡大を防止できる半
導体装置の入力保護回路を提供できる。
It is possible to provide an input protection circuit for a semiconductor device that has high-speed response and can prevent pattern area expansion.

【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係る入力保護回路の説明図
、第2図及び第3図は夫々従来の入力保護回路の説明図
、4図は第1図の第1素子の詳細な断面図、第5図は第
1図の第2素子の詳細な断面図である。 21・・・入力パッド、22・・・薄膜抵抗、23・・
・n型拡散抵抗、24・・・n型拡散抵抗、25.29
・・・クランプダイオード、26.30・クランプダイ
オード寄生抵抗、27・・・寄生対負電源ダイオード、
31・・寄生対正電源ダイオード、28・n型拡散抵抗
、3o・・・n型拡散抵抗。 出願人代理人 弁理士  坪井 淳
FIG. 1 is an explanatory diagram of an input protection circuit according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are explanatory diagrams of conventional input protection circuits, and FIG. 4 is a detailed diagram of the first element in FIG. 1. The cross-sectional view, FIG. 5, is a detailed cross-sectional view of the second element of FIG. 21... Input pad, 22... Thin film resistor, 23...
・N-type diffused resistance, 24...n-type diffused resistance, 25.29
... Clamp diode, 26.30 Clamp diode parasitic resistance, 27... Parasitic vs. negative power supply diode,
31: Parasitic positive power supply diode, 28: N-type diffused resistor, 3o: N-type diffused resistor. Applicant's agent Patent attorney Atsushi Tsuboi

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)入力パッドに直接接続した薄膜抵抗と、この薄膜
抵抗の他端と電源の高電位側との間に設けた寄生の対正
電源クランプ用ダイオードを有する第1直列抵抗と、前
記薄膜抵抗の他端と電源の低電位側との間に設けた寄生
の対負電源クランプ用ダイオードを有する第2直列抵抗
とを具備したことを特徴とする半導体装置の入力保護回
路。
(1) A thin film resistor directly connected to the input pad, a first series resistor having a parasitic positive power supply clamping diode provided between the other end of the thin film resistor and the high potential side of the power supply, and the thin film resistor. 1. An input protection circuit for a semiconductor device, comprising: a second series resistor having a parasitic anti-negative power supply clamping diode provided between the other end and a low potential side of a power supply.
(2)前記第1・第2直列抵抗は、前記薄膜抵抗の他端
と内部回路の間に対称回路として並列に接続する請求項
1記載の半導体装置の入力保護回路。
(2) The input protection circuit for a semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second series resistors are connected in parallel as a symmetrical circuit between the other end of the thin film resistor and an internal circuit.
(3)前記第1・第2直列抵抗は、p型拡散抵抗と該拡
散抵抗に寄生する対正電源ダイオードとで構成されたも
のと、n型拡散抵抗と該拡散抵抗に寄生する対負電源ダ
イオードとで構成されている請求項1記載の半導体装置
の入力保護回路。
(3) The first and second series resistors are composed of a p-type diffused resistor and a positive power supply diode parasitic to the diffused resistor, and an n-type diffused resistor and a negative power supply diode parasitic to the diffused resistor. 2. The input protection circuit for a semiconductor device according to claim 1, further comprising a diode.
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