JPH04249361A - 過電圧保護回路 - Google Patents

過電圧保護回路

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JPH04249361A
JPH04249361A JP3014195A JP1419591A JPH04249361A JP H04249361 A JPH04249361 A JP H04249361A JP 3014195 A JP3014195 A JP 3014195A JP 1419591 A JP1419591 A JP 1419591A JP H04249361 A JPH04249361 A JP H04249361A
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input pad
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overvoltage
layer
transistor
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Nobuo Ikuta
生田 信雄
Toshihiro Nakayama
智弘 中山
Toyoko Miyashita
宮下 豊子
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の過電圧保護
回路(静電保護回路)に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置においては、入力パッドに過
大電圧もしくは過少電圧が印加されて内部回路が破壊さ
れるのを防止するために、各入力パッドには過電圧保護
回路が設けられている。
【0003】特に、近年、日常的分野において、メモリ
カード、ROMカセット、ICカード等が使用され、従
来は、ほとんど直接触れることがなかった半導体装置の
パッドが空気中にむき出しとなっている場合が多い。し
かも、半導体装置の低価格化により歩留り向上から、そ
のチップサイズは小さくすることが要求されている。し
たがって、静電放電(ESD)に対処するに当り、小さ
な面積で強いESD強度を有する静電保護回路としての
過電圧保護回路が要求されている。
【0004】一般的な過電圧保護回路は図3に示される
。すなわち、図3の(A)に示すように、入力パッドP
1 は内部回路の初段トランジスタQi に接続される
が、この場合、接地電位GNDより小さい過少電圧が入
力パッドP1 に印加された場合に初段トランジスタQ
i を保護するためにダイオードD1 が設けられ、電
源電圧Vccより大きい過大電圧が入力パッドP1 に
印加された場合に初段トランジスタQi を保護するた
めにダイオードD2 が設けられている。
【0005】すなわち、図3の(B)に示すような大き
な負電圧が入力パッドP1 に印加されると、ダイオー
ドD1 がオンとなり、電流I1 が入力パッドP1 
及び初段トランジスタQ1 に供給される。他方、図3
の(C)に示すような大きな正電圧が入力パッドP1 
に印加されると、ダイオードD2 がオンとなり、電流
I2 が入力パッドP1 及び初段トランジスタQi 
に供給される。
【0006】ダイオードD1 ,D2 としては、たと
えばゲートソースが接続されたNMOSトランジスタを
用い、ダイオードD2としてはゲートドレインが接続さ
れたPMOSトランジスタを用いることもある。
【0007】過少電圧保護用ダイオードD1 も過大電
圧保護用ダイオードD2 もほぼ同様可動作をするので
、本明細書では、静電放電(ESD)対策として過少電
圧保護用ダイオードD1 についてのみ説明する。
【0008】従来の過電圧保護回路は図4に示される。 図4の(A)においては、シリコン基板内にN+ 拡散
層1を形成し、さらに、その上に、Al 層により絶縁
層(SiO2)を介してGND電極層2及び入力パッド
P1 用配線層3を形成し、さらに、ポリシリコンによ
り絶縁層(SiO2) を介してゲート層4を形成する
。この場合、GND電極2はコンタクトCONT1によ
り拡散層1に電気的に接続され、配線層3はコンタクト
CONT2により拡散層1に電気的に接続され、ゲート
層4はコンタクトCONT3を介してGND電極層2に
接続されている。したがって、N+ 拡散層1上には、
ゲートソース接続されたNMOSトランジスタQn が
形成されていることなり、図4の(A)の等価回路は図
4の(B)に示すごとくなる。
【0009】しかしながら、図4の過電圧(静電)保護
回路においては、トランジスタQn1の電流通過断面積
はゲート層4下のN+ 拡散層1の断面積で決定され、
したがって、N+ 拡散層1のパターンが小さくなると
、ESD強度が小さくなり、過電圧たとえば静電気を吸
収できない。
【0010】このため、図5の(A)に示すごとく、ゲ
ート層4を蛇行させて実質的にトランジスタの電流通過
断面積を大きくすることが知られている。すなわち、図
5の(A)においては、電極層2には突出部2−1,2
−2,2−3が設けられ、また、配線層3には突出部3
−1,3−2が設けられる。この結果、図5の(B)に
示すごとく、突出部2−1、ゲート層4、突出部3−1
がトランジスタQn1を形成し、突出部2−2、ゲート
層4、突出部3−1がトランジスタQn2を形成し、突
出部2−2、ゲート層4、突出部3−2がトランジスタ
Qn3を形成し、突出部2−3、ゲート層4、突出部3
−2がトランジスタQn4を形成することになる。した
がって、図4の(A)の同一パターンの拡散層1であっ
ても、図5の(A)においては、電流通過断面積が増大
することになる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5の
(B)の等価回路は、実際には、図6のごとくなる。こ
こで、 R11:入力パッドP1 からN+ 拡散層1のノード
aまでの抵抗値であって、配線層3(突出部3−1)、
コンタクトCONT2によって定まるもの、 R12:入力パッドP1 からN+ 拡散層1のノード
bまでの抵抗値であって、配線層3(突出部3−1)、
コンタクトCONT2によって定まるもの、 R13:入力パッドP1 からN+ 拡散層1のノード
cまでの抵抗値であって、配線層3(突出部3−2)、
コンタクトCONT2によって定まるもの、 R14:入力パッドP1 からN+ 拡散層1のノード
dまでの抵抗値であって、配線層3(突出部3−2)、
コンタクトCONT2によって定まるもの、 R21:N+ 拡散層1のノードaからノードeまでの
抵抗値、 R22:N+ 拡散層1のノードbからノードeまでの
抵抗値、 R23:N+ 拡散層1のノードcからノードeまでの
抵抗値、 R24:N+ 拡散層1のノードdからノードeまでの
抵抗値、 R3 はN+ 拡散層1のノードeから初段トランジス
タQi までの抵抗値。また、図6の等価回路は図7の
ごとく書直すことができる。
【0012】抵抗R11〜R14の値は、配線層3がA
l 層であること、コンタクトCONT2の数が同一で
あることを条件としてほとんど差がない。
【0013】他方、抵抗R21〜R24は、ノードa〜
dとノードeとの距離に依存するので、抵抗R21の値
が一番大きく、抵抗R24の値が一番小さい。つまり、
R21>R22>R23>R24なる関係を有する。し
たがって、抵抗R3 の値が抵抗R21〜R24に比較
して十分大きくなければ、初段トランジスタQi と各
ノードa〜dとの間の抵抗値は著しく差が発生する。こ
の結果、入力パッドP1 に過電圧たとえば大きな負電
圧が印加されると、GND側からの電流は抵抗値分布に
依存するので、電流はトランジスタQn4より主に供給
されるが、トランジスタQn1(あるいはQn2,Qn
3)よりは供給されないことになる。つまり、電流通過
断面積を大きくしても、逆に、ESD強度は小さくなる
という課題がある。
【0014】したがって、本発明の目的は、図5におけ
る過電圧保護回路においてESD強度(あるいは電子注
入強度)を大きくすることにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めの手段は図1に示される。すなわち、本発明は、入力
パッドP1 を複数の抵抗回路R11〜R14,R21
〜R24, R3 を介して初段Qi に接続し、各抵
抗回路R11〜R14,R21〜R24, Pのノード
a〜dと電源端子GNDとの間にダイオード手段D11
〜D14を接続し、入力パッドP1 に過電圧が印加さ
れたときにダイオード手段D11〜D14をオンにして
初段Qi を保護するための半導体装置の過電圧保護回
路において、ダイオード手段D11〜D14が各抵抗回
路のノードa〜dに対して同等に作用するように各抵抗
回路R11〜R14,R21〜R24, R3 の抵抗
値を調整してある。
【0016】
【作用】上述の手段によれば、各ダイオード手段D11
〜D14からみた抵抗値は入力パッドP1 及び初段Q
i に対して同一となるので、各ダイオード手段D11
〜D14は同等に作用する。
【0017】
【実施例】図2は本発明に係る半導体装置の過電圧保護
回路の一実施例を示すレイアウト図である。図2におい
ては、図5の回路に比較して配線部3の突出部3−2と
N+ 拡散層1との間のコンタクトCONT2の数を少
なくしている。これにより、図7における抵抗R13,
 R14の値が大きくなり、各トランジスタQn1〜Q
n4のドライブ能力に見合う電流が流れることになる。 つまり、各トランジスタQn1,Qn2,Qn3,Qn
4に対する抵抗R11,R21;R12,R22;R1
3,R23;R14,R24が均等化する。
【0018】なお、図2においては、コンタクトCON
T2の数を調整しているが、コンタクトCONT2の形
状を調整してもよい。また、コンタクトCONT3の数
または形状を調整し、あるいは、配線層3の突出部3−
1,3−2の形状たとえば幅もしくは電極層2の突出部
2−1,2−2,2−3の形状たとえば幅を不均一にし
てもよい。
【0019】さらに、上述の実施例においては、静電放
電(ESD)の場合、特に負の過大電圧の場合について
説明しているが、正の過大電圧(図3のダイオードD2
)についても同様である。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、各
ダイオード(トランジスタ)が均等に動作するのでES
D強度(あるいは電荷注入強度)を大きくすることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本構成を示す回路図である。
【図2】本発明に係る半導体装置の過電圧保護回路の一
実施例を示すレイアウト図である。
【図3】一般的な過電圧保護回路を示し、(A)は回路
図、(B)は印加される負電圧のタイミング図、(C)
は印加される正電圧のタンミング図である。
【図4】従来の過電圧保護回路の一例を示し、(A)は
そのレイアウト図、(B)はその等価回路図である。
【図5】従来の過電圧保護回路の他の例を示し、(A)
はそのレイアウト図、(B)はその等価回路図である。
【図6】図5の等価回路図である。
【図7】図5の等価回路図である。
【符号の説明】
P1 …入力パッド Qi …初段トランジスタ 1…N+ 拡散層 2…GND電極層(Al) 3…配線層(Al) 4…ゲート層(ポリシリコン)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  入力パッド(P1)を複数の抵抗回路
    (R11〜R14,R21〜R24,R3)を介して初
    段(Qi ) に接続し、該各抵抗回路のノード(a〜
    d)と電源端子(GND)との間にダイオード手段(D
    11〜D14)を接続し、前記入力パッドに過電圧が印
    加されたときに前記ダイオード手段をオンにして前記初
    段を保護するための半導体装置の過電圧保護回路におい
    て、前記ダイオード手段が前記各抵抗回路のノードに対
    して同等に作用するように前記各抵抗回路の抵抗値を調
    整してあることを特徴とする半導体装置の過電圧保護回
    路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006278677A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Mitsumi Electric Co Ltd 半導体装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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