JPH06188377A - Input/output protective device - Google Patents

Input/output protective device

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Publication number
JPH06188377A
JPH06188377A JP4338423A JP33842392A JPH06188377A JP H06188377 A JPH06188377 A JP H06188377A JP 4338423 A JP4338423 A JP 4338423A JP 33842392 A JP33842392 A JP 33842392A JP H06188377 A JPH06188377 A JP H06188377A
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JP
Japan
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input
power supply
output
well
potential
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Pending
Application number
JP4338423A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Otani
一弘 大谷
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP4338423A priority Critical patent/JPH06188377A/en
Publication of JPH06188377A publication Critical patent/JPH06188377A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain an I/O protective device which can be manufactured by the conventional standard manufacturing process, and applied to the protective circuit of an open drain output, the input signal interface between different power supply voltages, etc. CONSTITUTION:An I/O protective circuit structure is constituted by arranging a parasitic lateral bipolar transistor or a thick film MOS transistor, between an outer I/O terminal 6 and a power supply terminal 5 of an MOS type semiconductor integrated circuit device. In the bipolar transistor, a well 3 which has not yet been connected with an external potential is applied to a base. In the MOS transistor, the well is applied to a substrate. By the above structure the sufficient surge withstand voltage can be obtained. The I/O protective device can obtain the signal interface to the outside, at a signal level exceeding the power supply potential level on the side where the protective element of this structure is added. The I/O protective device can be manufactured by the conventional standard manufacturing process, and applied to the protective circuit of an open drain output, the input signal interface between different power supply voltages, e.g. 5V-3V, etc.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置の
入出力保護回路に関係するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an input / output protection circuit for a semiconductor integrated circuit device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体集積回路装置はその外部入
出力端子をサージ破壊から守るため、入出力バッファ部
に図5に示す様なサージ保護回路を設けていた。外部入
出力端子6に印加されたサージ電荷を安全に電源に逃が
すため、外部入出力端子とVSS接地電源およびVDD
電源間に保護回路素子として、NchMOSトランジス
タダイオード18およびPchMOSトランジスタダイ
オード19を設けている。NchMOSトランジスタダ
イオードはサージ電荷をVSS電源へ、PchMOSト
ランジスタダイオードはサージ電荷をVDD電源へ逃が
す役割を果たしており、このことにより、入出力バッフ
ァ回路17および内部回路のサージ破壊を防いでいた。
2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor integrated circuit device is provided with a surge protection circuit as shown in FIG. 5 in its input / output buffer section in order to protect its external input / output terminals from surge damage. In order to safely release the surge charge applied to the external input / output terminal 6 to the power supply, the external input / output terminal, VSS ground power supply and VDD
An NchMOS transistor diode 18 and a PchMOS transistor diode 19 are provided between the power supplies as protection circuit elements. The NchMOS transistor diode plays a role of releasing the surge charge to the VSS power source, and the PchMOS transistor diode plays a role of releasing the surge charge to the VDD power source, which prevents the surge destruction of the input / output buffer circuit 17 and the internal circuit.

【0003】しかし、この従来のサージ保護回路構造で
は、外部入出力端子の信号電位がVDDより高い場合に
は、サージ保護用のPchMOSトランジスタダイオー
ド19を通しVDDに対し順方向電流が流れるため、外
部入出力端子6の信号電位はVDD以上のレベルにはな
らず、この保護回路構造では、VDD以上の信号レベル
のインターフェイスには対応できなかった。一方、外部
入出力端子6の信号電位がVSSより低い場合には、サ
ージ保護用のNchMOSトランジスタダイオード18
を通しVSSに対し順方向電流が流れるため、外部入出
力端子の信号電位はVSS以下のレベルにはならず、こ
の保護回路構造では、VSS以下の信号レベルのインタ
ーフェイスには対応できなかった。すなはち、従来一般
に用いられている外部入出力端子のサージ保護回路構造
では、半導体集積回路装置の電源電圧範囲(VSS〜V
DD)を超える信号レベルでの外部回路との信号インタ
ーフェースには対応できなかった。
However, in this conventional surge protection circuit structure, when the signal potential of the external input / output terminal is higher than VDD, a forward current flows to VDD through the PchMOS transistor diode 19 for surge protection, so that external The signal potential of the input / output terminal 6 does not reach a level higher than VDD, and this protection circuit structure cannot cope with an interface having a signal level higher than VDD. On the other hand, when the signal potential of the external input / output terminal 6 is lower than VSS, the surge protection NchMOS transistor diode 18
Since a forward current flows through VSS through VSS, the signal potential of the external input / output terminal does not reach the level of VSS or lower, and this protection circuit structure cannot cope with the interface of the signal level of VSS or lower. That is, in the surge protection circuit structure of the external input / output terminal which has been generally used conventionally, the power supply voltage range (VSS to V
It could not cope with the signal interface with the external circuit at the signal level exceeding DD).

【0004】しかし、一般には、各半導体集積回路装置
や電子回路の動作電源電圧、入出力信号レベルは、一定
ではなく、これらの異なる動作電源電圧、信号レベル間
での入出力信号インタフェースが、電子機器システムで
は必須である。この様な、異なる信号レベル間のインタ
フェースをとるため、従来、電源電圧を超える信号を処
理する入出力端子については、その電源電圧を超える方
向の電源に対するサージ保護素子を取り外すということ
で対応したりしてきた。図6および図7にその一例を示
す。図6は従来のNchオープンドレイン出力バッファ
回路であり、図7は入力バッファ回路である。半導体集
積回路装置のVDD電源電圧レベル以上の外部信号との
インタフェースをとるため、VDD電源側のサージ保護
素子は設けることが出来ず、VSS電源側にのみサージ
保護素子としてNchMOSトランジスタダイオード1
8を設けている。
However, generally, the operating power supply voltage and the input / output signal level of each semiconductor integrated circuit device or electronic circuit are not constant, and the input / output signal interface between these different operating power supply voltages and signal levels is electronic. Mandatory in equipment systems. In order to provide an interface between different signal levels like this, conventionally, with respect to input / output terminals that process signals exceeding the power supply voltage, it is possible to remove the surge protection element for the power supply in the direction exceeding the power supply voltage. I've been An example thereof is shown in FIGS. 6 and 7. FIG. 6 shows a conventional Nch open drain output buffer circuit, and FIG. 7 shows an input buffer circuit. Since the semiconductor integrated circuit device interfaces with an external signal higher than the VDD power supply voltage level, the surge protection element on the VDD power supply side cannot be provided, and the NchMOS transistor diode 1 is provided only on the VSS power supply side as a surge protection element.
8 are provided.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
これらの回路構成では、十分なサージ耐圧を得ることが
難しく、特にMOS型半導体集積回路装置の製造プロセ
スの微細化とともに、信頼性上要求されるサージ耐圧規
格を満足できないという問題がでてきた。この結果、従
来の標準的な製造プロセスでは、前述の従来技術の外部
入出力端子のサージ保護回路構成では、電源電圧を超え
る信号レベルでの入出力インタフェースが実現できなく
なってきている。従来技術では、この課題を解決するた
めに、特殊な製造プロセスを導入して対応したりしてい
るが、マスク工程数の増加等、製造コストが上昇すると
いう大きな問題があった。一方、プロセスの微細化から
の必然性および低消費電力動作の要求から、最近のMO
S型半導体集積回路装置の多くが、従来の5V電源電圧
動作から、3V近辺の電源電圧動作へと動作電源電圧が
シフトしつつある。他方、まだ、5V電源電圧動作の半
導体集積回路装置や、電子回路も並存して使用されるた
め、異なる電源電圧、入出力信号レベル間での信号のイ
ンタフェースが、ますます必須となってきている。本発
明の目的は、従来の標準的な製造プロセスを使用した上
で、その半導体集積回路装置の電源電圧を超える信号レ
ベルとの入出力インタフェースがとれ、かつ十分なサー
ジ耐圧を得ることのできる入出力保護回路を提供するこ
とである。
However, with these conventional circuit configurations, it is difficult to obtain a sufficient surge withstand voltage, and in particular with miniaturization of the manufacturing process of the MOS type semiconductor integrated circuit device, reliability is required. There is a problem that the surge withstand voltage standard cannot be satisfied. As a result, in the conventional standard manufacturing process, the input / output interface at the signal level exceeding the power supply voltage cannot be realized with the above-described conventional external input / output terminal surge protection circuit configuration. In the prior art, in order to solve this problem, a special manufacturing process is introduced to deal with the problem, but there is a big problem that the manufacturing cost increases due to an increase in the number of mask processes. On the other hand, due to inevitability due to process miniaturization and demand for low power consumption operation, recent MO
In many S-type semiconductor integrated circuit devices, the operating power supply voltage is shifting from the conventional 5V power supply voltage operation to the power supply voltage operation near 3V. On the other hand, since semiconductor integrated circuit devices operating at 5V power supply voltage and electronic circuits are also used in parallel, the interface of signals between different power supply voltages and input / output signal levels is becoming more and more essential. . It is an object of the present invention to use a conventional standard manufacturing process, to obtain an input / output interface with a signal level exceeding the power supply voltage of the semiconductor integrated circuit device, and to obtain a sufficient surge withstand voltage. It is to provide an output protection circuit.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の入出力保護装置
は、通常動作時の入出力信号レベルに対する外部入出力
端子から、電源へのサージ保護素子を通しての電流パス
をなくす一方で、サージ電圧の様な、過度の高レベルの
電位が外部入出力端子に加わった場合には、外部入出力
端子から電源へサージ電荷を逃がすことができるように
構成したことを特徴とする。
The input / output protection device of the present invention eliminates the current path from the external input / output terminal for the input / output signal level during normal operation to the power supply through the surge protection element, while eliminating the surge voltage. When an excessively high level potential as described above is applied to the external input / output terminal, the surge charge can be released from the external input / output terminal to the power supply.

【0007】本発明の第一の発明は、一導電型の半導体
基板と、該半導体基板表面に形成された前記一導電型と
反対導電型のウェルと、該ウェル表面に互いに対向する
ように形成された複数の一同電導型の高濃度拡散領域よ
りなる半導体集積回路装置の入出力保護装置であって、
前記複数の高濃度拡散領域のうち、少なくとも一つの高
濃度拡散領域は外部入出力端子に接続され、これに対抗
する少なくとも一つの高濃度拡散領域は電源電位端子に
接続され、かつ、前記ウエルには外部電位が与えられて
いないこと特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, a semiconductor substrate of one conductivity type, a well of a conductivity type opposite to the one conductivity type formed on the surface of the semiconductor substrate, and a well surface formed so as to face each other. An input / output protection device for a semiconductor integrated circuit device comprising a plurality of same conductivity type high-concentration diffusion regions,
At least one high-concentration diffusion region of the plurality of high-concentration diffusion regions is connected to an external input / output terminal, and at least one high-concentration diffusion region that opposes the high-concentration diffusion region is connected to a power supply potential terminal, and the well is connected to the well. Is characterized in that no external potential is applied.

【0008】また、本発明の第二の発明は、一導電型の
半導体基板と、該半導体基板表面に形成された前記一導
電型と反対導電型のウェルと、該ウェル表面に形成され
た一同電導型の高濃度ソース領域、高濃度ドレイン領
域、及び厚膜ゲート絶縁膜より構成されるMOS型トラ
ンジスタよりなる半導体集積回路装置の入出力保護装置
であって、前記高濃度ドレイン領域は外部入出力端子に
接続され、前記高濃度ソース領域は電源電位端子に接続
され、かつ、前記ウエルには外部電位が与えられていな
いことを特徴とする。
A second aspect of the present invention is a semiconductor substrate of one conductivity type, a well of a conductivity type opposite to the one conductivity type formed on the surface of the semiconductor substrate, and the same well formed on the surface of the well. What is claimed is: 1. An input / output protection device for a semiconductor integrated circuit device, comprising a MOS type transistor composed of a conductive high-concentration source region, a high-concentration drain region, and a thick gate insulating film, wherein the high-concentration drain region is an external input / output. The high-concentration source region is connected to a power supply potential terminal, and the well is not supplied with an external potential.

【0009】[0009]

【作用】本発明の第一の発明に係わる入出力保護回路
は、外部入出力端子及び電源端子に接続されている高濃
度拡散領域の間には、反対導電型のウェルが介在し、ラ
テラルバイポーラトランジスタを形成しているため、外
部入出力端子の電位がこのラテラルバイポーラトランジ
スタのベース電位オープン状態でのコレクタ−エミッタ
間の耐圧以内であれば電流は流れず、外部入出力端子に
電源電圧以上のレベルの外部からの信号が加わっても、
その信号レベルに影響を与えることはない。一方、サー
ジパルスの様なコレクタ−エミッタ間の耐圧をはるかに
上回る様な高い電位が外部入出力端子に加わった場合に
は、ラテラルバイポーラトランジスタのベースであるウ
ェルと電源端子に接続された高濃度拡散領域間の逆接合
がブレークダウンを起こすことにより、外部入出力端子
に加わるサージ電荷を急速に電源端子へ逃がすことがで
きる。このため、高電位のサージパルスが外部より加わ
った場合においても外部入出力端子の電位は、ラテラル
バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間の耐圧
以上の電位には上昇しないため、入出力バッファ回路を
構成するMOSデバイスをサージ破壊から防ぐことがで
きる。
In the input / output protection circuit according to the first aspect of the present invention, the well of the opposite conductivity type is interposed between the high-concentration diffusion regions connected to the external input / output terminal and the power supply terminal, and the lateral bipolar Since a transistor is formed, no current flows if the potential of the external input / output terminal is within the collector-emitter breakdown voltage when the base potential of this lateral bipolar transistor is open. Even if a signal from outside the level is added,
It does not affect the signal level. On the other hand, if a high potential that far exceeds the collector-emitter breakdown voltage, such as a surge pulse, is applied to the external input / output terminals, the high concentration connected to the well that is the base of the lateral bipolar transistor and the power supply terminal By causing breakdown in the reverse junction between the diffusion regions, surge charges applied to the external input / output terminals can be rapidly released to the power supply terminals. Therefore, even when a high-potential surge pulse is applied from the outside, the potential of the external input / output terminal does not rise to a potential higher than the withstand voltage between the collector and emitter of the lateral bipolar transistor, thus forming an input / output buffer circuit. MOS devices can be protected from surge breakdown.

【0010】本発明の第二の発明に係わる入出力保護回
路の基本的な回路動作は、本発明の第一の発明に係わる
入出力保護回路と同じであるが、厚膜のゲート絶縁膜を
有するゲート電極を加え厚膜MOSトランジスタ構造と
したことにより、サージパルス印加時により低い外部入
出力端子電位でPN逆接合をブレークダウンさせること
ができ、より高いサージ耐圧を得ることができる。
The basic circuit operation of the input / output protection circuit according to the second aspect of the present invention is the same as that of the input / output protection circuit according to the first aspect of the present invention, except that a thick gate insulating film is used. By providing the thick film MOS transistor structure by adding the gate electrode, the PN reverse junction can be broken down at a lower external input / output terminal potential when a surge pulse is applied, and a higher surge withstand voltage can be obtained.

【0011】通常動作においては、例えばVDD電源電
位以上のレベルの信号が外部入出力端子に加わっても、
その信号レベルと厚膜MOSトランジスタのゲート電極
の電位レベルとの差が厚膜MOSトランジスタのスレシ
ョルド電圧または、寄生のラテラルトランジスタのコレ
クタ−エミッタ間の逆接合耐圧を超えない範囲では電流
は流れず、外部入出力端子とVDD電源端子間は高イン
ピーダンスになっており、外部入出力端子にVDD電源
電圧以上のレベルの外部からの信号が加わっても、その
信号レベルに影響を与えることはない。
In normal operation, for example, even if a signal having a level higher than the VDD power supply potential is applied to the external input / output terminal,
No current flows unless the difference between the signal level and the potential level of the gate electrode of the thick film MOS transistor exceeds the threshold voltage of the thick film MOS transistor or the reverse junction breakdown voltage between the collector and emitter of the parasitic lateral transistor, The impedance between the external input / output terminal and the VDD power supply terminal is high, and even if a signal from the outside having a level higher than the VDD power supply voltage is applied to the external input / output terminal, the signal level is not affected.

【0012】一方、サージパルスの様な非常に高い電圧
が外部入出力端子に加わった場合には、先ず、厚膜MO
SトランジスタがON状態となり、ソースとなる外部入
出力端子からドレインとなるVDD電源端子に電流が流
れ始める。この厚膜MOSトランジスタは、その構造的
に、寄生のラテラルトランジスタを含んでいるため、た
とえ微小電流であってもコレクタ(外部入出力端子)−
エミッタ(VDD電源端子)間に電流が流れだすと、電
流が流れていない状態よりもより低い電圧で接合のブレ
ークダウンが起こり、サージ電荷を急速にVDD電源に
逃がすことができる。従って、本発明の第一の発明に係
わる入出力保護回路の構造よりも、外部入出力端子に加
わる電位の最大値を低く抑えることができ、入出力バッ
ファ回路を構成するMOSデバイスをサージ破壊からよ
り安全に防ぐことができる。
On the other hand, when a very high voltage such as a surge pulse is applied to the external input / output terminal, first, the thick film MO
The S transistor is turned on, and a current starts to flow from the external input / output terminal serving as the source to the VDD power supply terminal serving as the drain. Since this thick film MOS transistor structurally includes a parasitic lateral transistor, even if a minute current flows, the collector (external input / output terminal)-
When a current starts to flow between the emitters (VDD power supply terminal), the breakdown of the junction occurs at a voltage lower than that when no current is flowing, and surge charge can be rapidly released to the VDD power supply. Therefore, the maximum value of the potential applied to the external input / output terminal can be suppressed lower than that of the structure of the input / output protection circuit according to the first aspect of the present invention, and the MOS device constituting the input / output buffer circuit is protected from surge damage. It can be prevented more safely.

【0013】[0013]

【実施例】図1は、本発明の第一の発明に係わる入出力
保護回路の断面図である。P型半導体基板または、P型
ウェルに囲まれた外部電位を与えないN型ウェル内に対
抗するP+ 拡散領域の対を形成し、この一方のP+ 拡散
領域を外部入出力端子に、他方のP+ 拡散領域をVDD
電源端子に接続することで、VDD電源側へのサージ保
護回路を構成する。
1 is a cross-sectional view of an input / output protection circuit according to the first aspect of the present invention. A pair of P + diffusion regions that oppose each other is formed in a P-type semiconductor substrate or an N-type well surrounded by a P-type well that does not apply an external potential, and one of the P + diffusion regions is used as an external input / output terminal and the other is formed. VDD of P + diffusion area
By connecting to the power supply terminal, a surge protection circuit for the VDD power supply side is configured.

【0014】なお、この保護回路が、目的とする機能を
果たすためには、次式の関係を満たす必要がある。
{(インタフェース信号のHレベル)−(VDDレベ
ル)}<(ラテラルPNPトランジスタのコレクタ−エ
ミッタ間の耐圧)<(入出力バッファ回路を構成するM
OSデバイスの耐圧)。
In order for this protection circuit to fulfill its intended function, it is necessary to satisfy the following relationship.
{(H level of interface signal) − (VDD level)} <(Collector-emitter breakdown voltage of lateral PNP transistor) <(M configuring input / output buffer circuit
Withstand voltage of OS device).

【0015】図2は、N型半導体基板または、N型ウエ
ルを用いた場合の構成を示す。N型半導体基板または、
N型ウェルに囲まれた外部電位を与えないP型ウェル内
に対抗するN+ 拡散領域の対を形成し、この一方のN+
拡散領域を外部入出力端子に、他方のN+ 拡散領域をV
SS電源端子に接続することで、VSS電源側へのサー
ジ保護回路を構成する。
FIG. 2 shows a structure using an N-type semiconductor substrate or an N-type well. N-type semiconductor substrate or
Forming a pair of N + diffusion region to combat P type well without applying an external potential surrounded by N-type well, the one of the N +
Use the diffusion region as the external input / output terminal and the other N + diffusion region as V
By connecting to the SS power supply terminal, a surge protection circuit for the VSS power supply side is configured.

【0016】図3は、本発明の第二の発明に係わる入出
力保護回路の断面図である。図1の構造に加え、対向す
るP+ 拡散領域対部に厚膜の絶縁膜を有するゲート電極
を設け、対抗するP+ 拡散領域対を各々ソースまたはド
レインとするPch厚膜MOSトランジスタを構成し、
VDD電源側へのサージ保護回路とする。このPch厚
膜MOSトランジスタのON−OFFのスレショルド電
圧(しきい値;負の値)の絶対値は、所望するインタフ
ェース信号のHレベル電位とゲート電極電位の差以上、
かつ入出力バッファ回路を構成するMOSデバイスの耐
圧以下となる様に、ゲート絶縁膜厚、ゲート電極材料お
よび、ゲート電極電位を選択して使用する。
FIG. 3 is a sectional view of an input / output protection circuit according to the second aspect of the present invention. In addition to the structure of FIG. 1, a gate electrode having opposite P + diffusion region pairs Insulation of thick film layer is provided, constitutes a Pch thick-film MOS transistor to each source or drain the P + diffusion region pairs against ,
Surge protection circuit for VDD power supply side. The absolute value of the ON-OFF threshold voltage (threshold value; negative value) of the Pch thick film MOS transistor is equal to or greater than the difference between the H level potential of the desired interface signal and the gate electrode potential.
In addition, the gate insulating film thickness, the gate electrode material, and the gate electrode potential are selected and used so as to be less than the breakdown voltage of the MOS device that constitutes the input / output buffer circuit.

【0017】なお、この保護回路が、目的とする機能を
果たすためには、次式の関係を満たす必要がある。
{(インタフェース信号のHレベル)−(厚膜PchM
OSトランジスタのゲート電極電位)}<{|厚膜Pc
hMOSトランジスタのスレショルド電圧(負の値)
|}<(入出力バッファ回路を構成するMOSデバイス
の耐圧)。上記関係式中、厚膜PchMOSトランジス
タのゲート電極電位は通常VSS〜VDDの範囲で選択
可であり、また厚膜PchMOSトランジスタのスレシ
ョルド電圧は、ゲート絶縁膜の膜厚、ゲート電極材料等
の選択により調整できる。従って、図1に示すような単
純なラテラルPNPトランジスタだけの保護回路構造に
比べ、ブレークダウンを開始させる外部入出力端子の電
位の設定自由度が高く、所望の特性が得やすいという利
点もある。
In order for this protection circuit to fulfill its intended function, it is necessary to satisfy the following relationship.
{(H level of interface signal)-(Thick film PchM
Gate electrode potential of OS transistor)} <{| Thick film Pc
hMOS transistor threshold voltage (negative value)
|} <(Breakdown voltage of the MOS device forming the input / output buffer circuit). In the above relational expression, the gate electrode potential of the thick film PchMOS transistor can usually be selected within the range of VSS to VDD, and the threshold voltage of the thick film PchMOS transistor can be selected by selecting the film thickness of the gate insulating film, the gate electrode material, etc. Can be adjusted. Therefore, as compared with the protection circuit structure using only a simple lateral PNP transistor as shown in FIG. 1, there is an advantage that the degree of freedom in setting the potential of the external input / output terminal for starting breakdown is high and desired characteristics can be easily obtained.

【0018】図4は、Nch厚膜MOSトランジスタで
構成したものを示すもので、図2の構造に加え、対向す
るN+ 拡散領域対部に厚膜の絶縁膜を有するゲート電極
を設け、対抗するN+ 拡散領域対を各々ソースまたはド
レインとするNch厚膜MOSトランジスタを構成し、
VSS電源側へのサージ保護回路とする。このNch厚
膜MOSトランジスタのON−OFFのスレショルド電
圧(しきい値;正の値)は、所望するインタフェース信
号のLレベル電位とゲート電極電位の差以上、かつ入出
力バッファ回路を構成するMOSデバイスの耐圧以下と
なる様に、ゲート絶縁膜厚、ゲート電極材料および、ゲ
ート電極電位を選択して使用する。
FIG. 4 shows an Nch thick film MOS transistor. In addition to the structure shown in FIG. 2, a gate electrode having a thick insulating film is provided in the opposing N + diffusion region pair portion to counter it. A pair of N + diffusion regions serving as a source or a drain of the Nch thick film MOS transistor,
Use a surge protection circuit for the VSS power supply side. The ON-OFF threshold voltage (threshold value; positive value) of this Nch thick film MOS transistor is equal to or greater than the difference between the L level potential of the desired interface signal and the gate electrode potential, and is a MOS device that constitutes the input / output buffer circuit. The gate insulating film thickness, the gate electrode material, and the gate electrode potential are selected and used so that the breakdown voltage becomes equal to or lower than the withstand voltage.

【0019】なお、図1〜図4に対応する素子構造は、
各々、図8〜図11に示す回路素子を用いて表現するこ
とができる。すなわち、図1の構造は外部電位に未接続
のNウェルをベースとするラテラルPNPトランジスタ
22(図8)で、図2の構造は外部電位に未接続のPウ
ェルをベースとするラテラルNPNトランジスタ23
(図9)で、図3の構造は外部電位に未接続のNウェル
を基板とするPchMOSトランジスタ24(図10)
で、図4の構造は外部電位に未接続のPウェルを基板と
するNchMOSトランジスタ25(図11)で、その
回路構造を表現することができる。
The element structure corresponding to FIGS. 1 to 4 is as follows.
Each can be expressed by using the circuit elements shown in FIGS. That is, the structure of FIG. 1 is a lateral PNP transistor 22 (FIG. 8) based on an N well not connected to an external potential, and the structure of FIG. 2 is a lateral NPN transistor 23 based on a P well not connected to an external potential.
In FIG. 9, the structure of FIG. 3 has a PchMOS transistor 24 (FIG. 10) whose substrate is an N well that is not connected to an external potential.
In the structure of FIG. 4, the circuit structure can be expressed by the NchMOS transistor 25 (FIG. 11) whose substrate is the P well which is not connected to the external potential.

【0020】次に、図8、図9、図10、図11に対応
する他の実施例を図12と図13、図14と図15、図
16と図17、図18と図19に示す。
Next, other embodiments corresponding to FIGS. 8, 9, 10, and 11 are shown in FIGS. 12 and 13, 14 and 15, 16 and 17, and 18 and 19, respectively. .

【0021】図12は、Nchオープンドレイン出力バ
ッファ回路に、図13は入力バッファ回路に、図1の構
成を適用し、外部電位に未接続のNウェルをベースとす
るラテラルPNPトランジスタ22を付加し、VDD電
源側へのサージ保護回路とした例であり、ともに、VD
D電源電位レベルを超えるHレベルの信号とのインタフ
ェースに対応できる。
12 is applied to the Nch open drain output buffer circuit and FIG. 13 is applied to the input buffer circuit, and a lateral PNP transistor 22 based on an N well not connected to an external potential is added. , VDD is the example of the surge protection circuit to the power supply side.
It is possible to cope with an interface with an H level signal exceeding the D power supply potential level.

【0022】図14はPchオープンドレイン出力バッ
ファ回路に、図15は入力バッファ回路に、図3の構成
を適用し、外部電位に未接続のPウェルをベースとする
ラテラルNPNトランジスタ23を付加し、VSS電源
側へのサージ保護回路とした例であり、ともに、VSS
電源電位レベル以下のLレベルの信号とのインタフェー
スに対応できる。
FIG. 14 is applied to the Pch open drain output buffer circuit, and FIG. 15 is applied to the input buffer circuit, and the lateral NPN transistor 23 based on the P well which is not connected to the external potential is added. This is an example of a surge protection circuit for the VSS power supply side.
It is possible to cope with an interface with an L-level signal below the power supply potential level.

【0023】図16はNchオープンドレイン出力バッ
ファ回路に、図17は入力バッファ回路に、図2の構成
を適用し、外部電位に未接続のNウェルを基板とする厚
膜PchMOSトランジスタ24を付加し、VDD電源
側へのサージ保護回路とした例であり、ともに、VDD
電源電位レベルを超えるHレベルの信号とのインタフェ
ースに対応できる。
FIG. 16 is applied to an Nch open drain output buffer circuit, and FIG. 17 is applied to an input buffer circuit, and a thick film PchMOS transistor 24 having an N well not connected to an external potential as a substrate is added. , VDD is an example of a surge protection circuit to the power supply side.
It is possible to cope with an interface with an H level signal exceeding the power supply potential level.

【0024】図18はPchオープンドレイン出力バッ
ファ回路に、図19は入力バッファ回路に、図4の構成
を適用し、外部電位に未接続のPウェルを基板とする厚
膜NchMOSトランジスタ25を付加し、VSS電源
側へのサージ保護回路とした例であり、ともに、VSS
電源電位以下のLレベルの信号とのインタフェースに対
応できる。
FIG. 18 is applied to a Pch open drain output buffer circuit, and FIG. 19 is applied to an input buffer circuit, and a thick film NchMOS transistor 25 having a P well substrate not connected to an external potential as a substrate is added. , VSS is an example of a surge protection circuit for the power supply side.
It is possible to cope with an interface with an L level signal that is lower than the power supply potential.

【0025】以上の実施例は、特殊な製造プロセスは必
要とせず、従来の一般的な製造プロセスで製造できるた
め、本発明の入出力保護回路構造の導入による製造プロ
セスのコストアップはない。
The above embodiment does not require a special manufacturing process and can be manufactured by the conventional general manufacturing process, so that the cost of the manufacturing process does not increase due to the introduction of the input / output protection circuit structure of the present invention.

【0026】また、本発明の図1と図2を組み合わせた
保護回路の一例の断面図を図20に、それを入力端子の
保護回路として適用した実施例を図21に示す。入力バ
ッファ回路に、未接続のNウェルをベースとするラテラ
ルPNPトランジスタ22と未接続のPウェルをベース
とするラテラルNPNトランジスタ24を付加すること
により入力バッファ回路のサージ破壊を防ぎ、かつ、V
DD電源電位以上のHレベルとVSS電源電位以下のL
レベルを持つ信号とのインタフェースに対応できる。な
お、図示はしていないが、本発明の図3と図4、または
図1と図4、または図2と図3を組み合わせて、同様
な、入力インタフェースに対応する入力保護回路とする
ことができる。
FIG. 20 shows a sectional view of an example of a protection circuit according to the present invention, which is a combination of FIG. 1 and FIG. 2, and FIG. 21 shows an embodiment in which it is applied as a protection circuit for an input terminal. By adding a lateral PNP transistor 22 based on an unconnected N well and a lateral NPN transistor 24 based on an unconnected P well to the input buffer circuit, surge destruction of the input buffer circuit is prevented, and V
H level above DD power supply potential and L below VSS power supply potential
Supports interface with signals having levels. Although not shown, a similar input protection circuit corresponding to an input interface may be formed by combining FIGS. 3 and 4 of the present invention, or FIGS. 1 and 4 or FIGS. 2 and 3. it can.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明の構成により、サージ保護の信頼
性が高く、VDD電源電位を超えるHレベルの信号、ま
たは、VSS電源電位以下のLレベルの信号とのインタ
フェースに対応する入出力バッファ回路と、これを内蔵
した半導体集積回路装置を安価に提供することができ
る。
According to the structure of the present invention, an input / output buffer circuit having high reliability of surge protection and corresponding to an interface with an H level signal exceeding the VDD power supply potential or an L level signal below the VSS power supply potential. And, it is possible to provide a semiconductor integrated circuit device incorporating the same at low cost.

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

【図1】本発明の第一の発明の実施例における入出力保
護回路の断面図
FIG. 1 is a sectional view of an input / output protection circuit according to an embodiment of the first aspect of the present invention.

【図2】本発明の第一の発明の他の実施例における入出
力保護回路の断面図
FIG. 2 is a sectional view of an input / output protection circuit according to another embodiment of the first aspect of the present invention.

【図3】本発明の第二の発明の実施例における入出力保
護回路の断面図
FIG. 3 is a sectional view of an input / output protection circuit according to the second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第二の発明の他の実施例における入出
力保護回路の断面図
FIG. 4 is a sectional view of an input / output protection circuit according to another embodiment of the second aspect of the present invention.

【図5】従来の入出力保護回路図FIG. 5: Conventional input / output protection circuit diagram

【図6】従来のオープンドレイン出力保護回路図FIG. 6 Conventional open drain output protection circuit diagram

【図7】従来のVDD電源電圧を越えるHレベルの信号
とのインタフェース用の入力保護回路図
FIG. 7 is a conventional input protection circuit diagram for interfacing with an H-level signal exceeding the VDD power supply voltage.

【図8】本発明の図1に示す入出力保護回路断面図の等
価回路図
8 is an equivalent circuit diagram of the cross-sectional view of the input / output protection circuit shown in FIG. 1 of the present invention.

【図9】本発明の図2に示す入出力保護回路断面図の等
価回路図
9 is an equivalent circuit diagram of the cross-sectional view of the input / output protection circuit shown in FIG. 2 of the present invention.

【図10】本発明の図3に示す入出力保護回路断面図の
等価回路図
10 is an equivalent circuit diagram of the cross-sectional view of the input / output protection circuit shown in FIG. 3 of the present invention.

【図11】本発明の図4に示す入出力保護回路断面図の
等価回路図
11 is an equivalent circuit diagram of the cross-sectional view of the input / output protection circuit shown in FIG. 4 of the present invention.

【図12】本発明の第一の発明に係わる入出力保護回路
をNchオープンドレイン出力保護回路に適用した一実
施例を示す図
FIG. 12 is a diagram showing an embodiment in which the input / output protection circuit according to the first aspect of the present invention is applied to an Nch open drain output protection circuit.

【図13】本発明の第一の発明に係わる入出力保護回路
を5V/3Vインタフェースの入力保護回路に適用した
一実施例を示す図
FIG. 13 is a diagram showing an embodiment in which the input / output protection circuit according to the first aspect of the present invention is applied to an input protection circuit of a 5V / 3V interface.

【図14】本発明の第一の発明に係わる入出力保護回路
をPchオープンドレイン出力保護回路に適用した一実
施例を示す図
FIG. 14 is a diagram showing an embodiment in which the input / output protection circuit according to the first aspect of the present invention is applied to a Pch open drain output protection circuit.

【図15】本発明の第一の発明に係わる入出力保護回路
を−5V/−3Vインタフェースの入力保護回路に適用
した一実施例を示す図
FIG. 15 is a diagram showing an embodiment in which the input / output protection circuit according to the first aspect of the present invention is applied to an input protection circuit of a -5V / -3V interface.

【図16】本発明の本発明の第二の発明に係わる入出力
保護回路をNchオープンドレイン出力保護回路に適用
した一実施例を示す図
FIG. 16 is a diagram showing an embodiment in which the input / output protection circuit according to the second aspect of the present invention is applied to an Nch open drain output protection circuit.

【図17】本発明の本発明の第二の発明に係わる入出力
保護回路を5V/3Vインタフェースの入力保護回路に
適用した一実施例を示す図
FIG. 17 is a diagram showing an embodiment in which the input / output protection circuit according to the second invention of the present invention is applied to the input protection circuit of the 5V / 3V interface.

【図18】本発明の本発明の第二の発明に係わる入出力
保護回路をPchオープンドレイン出力保護回路に適用
した一実施例を示す図
FIG. 18 is a diagram showing an embodiment in which the input / output protection circuit according to the second aspect of the present invention is applied to a Pch open drain output protection circuit.

【図19】本発明の本発明の第二の発明に係わる入出力
保護回路を−5V/−3Vインタフェースの入力保護回
路に適用した一実施例を示す図
FIG. 19 is a diagram showing an embodiment in which the input / output protection circuit according to the second aspect of the present invention is applied to the input protection circuit of the -5V / -3V interface.

【図20】本発明の第一の発明における一実施例と他の
実施例を組み合わせて適用した入力保護回路の断面図
FIG. 20 is a cross-sectional view of an input protection circuit to which one embodiment of the first invention of the present invention and another embodiment are applied in combination.

【図21】本発明の図20で示した入力保護回路を異電
源間入力インタフェースの入力回路に適用した一実施例
を説明する図
FIG. 21 is a diagram for explaining an embodiment in which the input protection circuit shown in FIG. 20 of the present invention is applied to an input circuit of a different power supply input interface.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 P型半導体基板 2 P型ウェルまたはP型半導体基板 3 外部電位と未接続のN型ウェル 4 P+ 拡散領域 5 VDD電源端子 6 外部入出力端子 7 厚膜の絶縁膜 8 ゲート電極 9 ゲート電極端子 10 N型半導体基板 11 N型ウェルまたはN型半導体基板 12 外部電位と未接続のP型ウェル 13 N+ 拡散領域 14 VSS電源端子 15 ゲート電極端子 16 内部信号端子 17 入出力バッファ回路 18 NchMOSトランジスタダイオード 19 PchMOSトランジスタダイオード 20 NchMOSトランジスタ 21 入力バッファ 22 ラテラルPNPトランジスタ 23 ラテラルNPNトランジスタ 24 厚膜PchMOSトランジスタ 25 厚膜NchMOSトランジスタ1 P-type semiconductor substrate 2 P-type well or P-type semiconductor substrate 3 N-type well not connected to an external potential 4 P + diffusion region 5 VDD power supply terminal 6 external input / output terminal 7 thick insulating film 8 gate electrode 9 gate electrode Terminal 10 N-type semiconductor substrate 11 N-type well or N-type semiconductor substrate 12 P-type well not connected to an external potential 13 N + diffusion region 14 VSS power supply terminal 15 Gate electrode terminal 16 Internal signal terminal 17 Input / output buffer circuit 18 NchMOS transistor Diode 19 PchMOS transistor Diode 20 NchMOS transistor 21 Input buffer 22 Lateral PNP transistor 23 Lateral NPN transistor 24 Thick film PchMOS transistor 25 Thick film NchMOS transistor

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一導電型の半導体基板と、該半導体基板表
面に形成された前記一導電型と反対導電型のウェルと、
該ウェル表面に互いに対向するように形成された複数の
一導電型の高濃度拡散領域とからなる半導体集積回路装
置の入出力保護装置であって、前記複数の高濃度拡散領
域のうち、少なくとも一つの高濃度拡散領域は外部入出
力端子に接続され、これに対抗する少なくとも一つの高
濃度拡散領域は電源電位端子に接続され、かつ、前記ウ
エルには外部電位が与えられていないことを特徴とする
入出力保護装置。
1. A semiconductor substrate of one conductivity type, and a well of a conductivity type opposite to the one conductivity type formed on the surface of the semiconductor substrate.
An input / output protection device for a semiconductor integrated circuit device, comprising: a plurality of one-conductivity-type high-concentration diffusion regions formed so as to face each other on the well surface, wherein at least one of the plurality of high-concentration diffusion regions is provided. One of the high concentration diffusion regions is connected to an external input / output terminal, at least one high concentration diffusion region that opposes the high concentration diffusion region is connected to a power supply potential terminal, and an external potential is not applied to the well. I / O protection device.
【請求項2】一導電型の半導体基板と、該半導体基板表
面に形成された前記一導電型と反対導電型のウェルと、
該ウェル表面に形成された一導電型の高濃度ソース領
域、高濃度ドレイン領域、及び厚膜ゲート絶縁膜より構
成されるMOS型トランジスタとからなる半導体集積回
路装置の入出力保護装置であって、前記高濃度ドレイン
領域は外部入出力端子に接続され、前記高濃度ソース領
域は電源電位端子に接続され、かつ、前記ウエルには外
部電位が与えられていないことを特徴とする入出力保護
装置。
2. A semiconductor substrate of one conductivity type, and a well of a conductivity type opposite to the one conductivity type formed on the surface of the semiconductor substrate.
What is claimed is: 1. An input / output protection device for a semiconductor integrated circuit device, which comprises a MOS type transistor composed of a high-concentration source region of one conductivity type, a high-concentration drain region, and a thick gate insulating film formed on the well surface, The input / output protection device, wherein the high-concentration drain region is connected to an external input / output terminal, the high-concentration source region is connected to a power supply potential terminal, and an external potential is not applied to the well.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6455895B1 (en) 1998-04-23 2002-09-24 Nec Corporation Overvoltage protector having same gate thickness as the protected integrated circuit

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