JPH06318859A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH06318859A JPH06318859A JP6036938A JP3693894A JPH06318859A JP H06318859 A JPH06318859 A JP H06318859A JP 6036938 A JP6036938 A JP 6036938A JP 3693894 A JP3693894 A JP 3693894A JP H06318859 A JPH06318859 A JP H06318859A
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- semiconductor device
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 サージ印加による入力インバータのゲート酸
化膜破壊を防ぐ。 【構成】 出入力パッド1に電源端子4と接地端子3に
つながれた静電破壊保護トランジスタ部2を有し、静電
破壊保護トランジスタ部2に第1の入力保護抵抗5を介
して補助保護トランジスタ6が接続されている。補助保
護トランジスタ6は電源電圧4と接地端子3につながれ
ており、第2の入力保護抵抗7を介して入力インバータ
8に接続されている。サージ電荷が入力され静電破壊保
護トランジスタ部2で吸収できなっかった電荷を補助保
護トランジスタ6が寄生バイポーラ動作することによ
り、第1の入力保護抵抗5と補助保護トランジスタ6の
接点の電位上昇を抑え、また第2の入力保護抵抗7によ
って十分にゲート破壊耐圧以下に電位を下げる。
化膜破壊を防ぐ。 【構成】 出入力パッド1に電源端子4と接地端子3に
つながれた静電破壊保護トランジスタ部2を有し、静電
破壊保護トランジスタ部2に第1の入力保護抵抗5を介
して補助保護トランジスタ6が接続されている。補助保
護トランジスタ6は電源電圧4と接地端子3につながれ
ており、第2の入力保護抵抗7を介して入力インバータ
8に接続されている。サージ電荷が入力され静電破壊保
護トランジスタ部2で吸収できなっかった電荷を補助保
護トランジスタ6が寄生バイポーラ動作することによ
り、第1の入力保護抵抗5と補助保護トランジスタ6の
接点の電位上昇を抑え、また第2の入力保護抵抗7によ
って十分にゲート破壊耐圧以下に電位を下げる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は集積回路装置における静
電破壊防止のための保護回路に用いる半導体装置に関す
るものである。
電破壊防止のための保護回路に用いる半導体装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路において構成素子
の微細化が大きく進展し、最小加工寸法は1μm以下の
いわゆるサブミクロン領域に達している。素子の微細化
に従い、MOS型のトランジスタ(MOSFET)で
は、基板の高濃度化、ゲート酸化膜の薄膜化、拡散層の
薄化、コンタクト径の縮小化等がはかられてきた。その
ため、ゲート酸化膜および拡散層接合耐圧の低下、コン
タクトにおける電流集中による融解などノイズによる破
壊が起こり易くなっており、静電破壊保護用回路が重要
になってきている。
の微細化が大きく進展し、最小加工寸法は1μm以下の
いわゆるサブミクロン領域に達している。素子の微細化
に従い、MOS型のトランジスタ(MOSFET)で
は、基板の高濃度化、ゲート酸化膜の薄膜化、拡散層の
薄化、コンタクト径の縮小化等がはかられてきた。その
ため、ゲート酸化膜および拡散層接合耐圧の低下、コン
タクトにおける電流集中による融解などノイズによる破
壊が起こり易くなっており、静電破壊保護用回路が重要
になってきている。
【0003】静電破壊のサージモデルとして、人体によ
るサージを想定して低電圧大容量のモデル(200p
F,200V)とマシンノイズを想定した高電圧小容量
のモデル(10pF,2000V)が一般的に静電破壊
耐圧試験として行なわれている。従来の厚いゲート酸化
膜を使用したLSIでは、マシンモデルより大容量の人
体モデルによるESD保護トランジスタの破壊による耐
圧低下が問題となっていたが、微細化に伴うゲート酸化
膜の薄膜化により、マシンモデルの高電圧サージ印加時
の入力ゲート電位上昇による入力ゲート破壊が重大な耐
圧低下をもたらし、課題となってきている。
るサージを想定して低電圧大容量のモデル(200p
F,200V)とマシンノイズを想定した高電圧小容量
のモデル(10pF,2000V)が一般的に静電破壊
耐圧試験として行なわれている。従来の厚いゲート酸化
膜を使用したLSIでは、マシンモデルより大容量の人
体モデルによるESD保護トランジスタの破壊による耐
圧低下が問題となっていたが、微細化に伴うゲート酸化
膜の薄膜化により、マシンモデルの高電圧サージ印加時
の入力ゲート電位上昇による入力ゲート破壊が重大な耐
圧低下をもたらし、課題となってきている。
【0004】以下、図5を参照しながら、従来の静電破
壊保護回路について、その構造および動作を説明する。
図5の静電破壊保護回路においては、NchMOSFE
TとPchMOSFETとを有する静電破壊保護トラン
ジスタ部2が入出力端子(入出力パッド)1に接続され
ている。この静電破壊保護トランジスタ部2において、
NchMOSFETのソースは接地端子3に、PchM
OSFETのソースは電源端子4に接続されている。図
5に示す従来例では、更に、NchMOSFETとPc
hMOSFETとを有する出力用トランジスタ9が、静
電破壊保護トランジスタ部2の中に設けられている。出
力用トランジスタ9の各ゲートの電位は、不図示の内部
回路により制御され、それによって出力時に、論理高ま
たは論理低の電位を入出力パッド1に与えることができ
る。
壊保護回路について、その構造および動作を説明する。
図5の静電破壊保護回路においては、NchMOSFE
TとPchMOSFETとを有する静電破壊保護トラン
ジスタ部2が入出力端子(入出力パッド)1に接続され
ている。この静電破壊保護トランジスタ部2において、
NchMOSFETのソースは接地端子3に、PchM
OSFETのソースは電源端子4に接続されている。図
5に示す従来例では、更に、NchMOSFETとPc
hMOSFETとを有する出力用トランジスタ9が、静
電破壊保護トランジスタ部2の中に設けられている。出
力用トランジスタ9の各ゲートの電位は、不図示の内部
回路により制御され、それによって出力時に、論理高ま
たは論理低の電位を入出力パッド1に与えることができ
る。
【0005】静電破壊保護トランジスタ部2は、抵抗値
Rの入力保護抵抗5を介して、入力インバータ8に接続
されている。入力保護抵抗5は、例えば、半導体基板中
に形成された拡散層から形成された抵抗である。拡散層
のもつ寄生容量は、図5中において、Cdで表記されて
いる。
Rの入力保護抵抗5を介して、入力インバータ8に接続
されている。入力保護抵抗5は、例えば、半導体基板中
に形成された拡散層から形成された抵抗である。拡散層
のもつ寄生容量は、図5中において、Cdで表記されて
いる。
【0006】このような従来の半導体装置における静電
破壊保護回路では、入出力パッド1と接地端子3との
間、または、入出力パッド1と電源端子4との間にサー
ジ電圧が印加された場合、言い替えると、入出力パッド
1にサージ電荷が与えられた場合、サージ電荷は静電保
護トランジスタ部2のドレインに注入され、そのドレイ
ン部の電位が高くなるとともに基板の電位も上昇する。
その結果、ドレインをコレクタ、半導体基板をベース、
ソースをエミッタとする寄生バイポーラ動作が開始し、
ドレインからソースにサージ電荷が速急に放出される。
この結果、サージ電荷による高い電位が、そのまま、入
力インバータ8の入力部に与えられることが防止され
る。なお、入力保護抵抗5は、電圧降下により、入力イ
ンバータ8の入力部の電位をさらに低下させる目的で設
けられている。
破壊保護回路では、入出力パッド1と接地端子3との
間、または、入出力パッド1と電源端子4との間にサー
ジ電圧が印加された場合、言い替えると、入出力パッド
1にサージ電荷が与えられた場合、サージ電荷は静電保
護トランジスタ部2のドレインに注入され、そのドレイ
ン部の電位が高くなるとともに基板の電位も上昇する。
その結果、ドレインをコレクタ、半導体基板をベース、
ソースをエミッタとする寄生バイポーラ動作が開始し、
ドレインからソースにサージ電荷が速急に放出される。
この結果、サージ電荷による高い電位が、そのまま、入
力インバータ8の入力部に与えられることが防止され
る。なお、入力保護抵抗5は、電圧降下により、入力イ
ンバータ8の入力部の電位をさらに低下させる目的で設
けられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、素子の微細化に耐えないという問題があ
る。その理由は、高電圧サージが入出力パッド1に与え
られると、入力保護抵抗5を介しても、入力インバータ
8の入力部の電位(入力ゲート電位)が相当に上昇し、
入力インバータ8内のMOSトランジスタのゲートを破
壊するからである。ゲート破壊は、ゲート酸化膜の薄い
半導体装置において顕著である。特に、ゲート酸化膜が
10nm以下の場合、上記従来技術は実用に耐えなくな
る。
の構成では、素子の微細化に耐えないという問題があ
る。その理由は、高電圧サージが入出力パッド1に与え
られると、入力保護抵抗5を介しても、入力インバータ
8の入力部の電位(入力ゲート電位)が相当に上昇し、
入力インバータ8内のMOSトランジスタのゲートを破
壊するからである。ゲート破壊は、ゲート酸化膜の薄い
半導体装置において顕著である。特に、ゲート酸化膜が
10nm以下の場合、上記従来技術は実用に耐えなくな
る。
【0008】入力インバータ8のゲート破壊を防止する
には、入力保護抵抗5の抵抗値Rをより大きくするか、
静電破壊保護トランジスタ部2の各トランジスタのチャ
ネル幅Wを大きくする必要がある。しかしながら、保護
抵抗5の抵抗値Rを大きなものにすると、入力負荷が増
すために、信号の入出力についての遅延時間が増大して
しまう。また、静電破壊保護トランジスタ部2の各トラ
ンジスタのチャネル幅Wを大きくすると、静電保護回路
領域の占有面積が増大し、素子の微細化に不向きであ
る。
には、入力保護抵抗5の抵抗値Rをより大きくするか、
静電破壊保護トランジスタ部2の各トランジスタのチャ
ネル幅Wを大きくする必要がある。しかしながら、保護
抵抗5の抵抗値Rを大きなものにすると、入力負荷が増
すために、信号の入出力についての遅延時間が増大して
しまう。また、静電破壊保護トランジスタ部2の各トラ
ンジスタのチャネル幅Wを大きくすると、静電保護回路
領域の占有面積が増大し、素子の微細化に不向きであ
る。
【0009】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、入出力遅延時間の短
い、しかも、高静電破壊耐圧をもつ半導体装置を提供す
ることにある。
あり、その目的とするところは、入出力遅延時間の短
い、しかも、高静電破壊耐圧をもつ半導体装置を提供す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
入出力端子と、該入出力端子に接続された内部回路と、
第1の電位を提供するための第1の端子と、第1の電位
よりも低い第2の電位を提供するため第2の端子と、を
備えた半導体装置であって、更に、該入出力端子と該内
部回路との間に接続され、該入出力端子に印加されたサ
ージ電荷を該第1または第2の端子に流し出すことによ
り、該サージ電荷による電位を低減させるための第1保
護手段と、該第1の保護手段と該内部回路との間に接続
され、該サージ電荷による電位を更に低減させるための
補助保護手段とを備えており、該補助保護手段は、該第
1の端子及び第2の端子の少なくとも一方に接続された
電子素子と、該電子素子と該第1保護手段との間に設け
られた第1の保護抵抗と、該電子素子と該内部回路との
間に設けられた第2の保護抵抗と、を有しており、その
ことにより上記目的が達成される。
入出力端子と、該入出力端子に接続された内部回路と、
第1の電位を提供するための第1の端子と、第1の電位
よりも低い第2の電位を提供するため第2の端子と、を
備えた半導体装置であって、更に、該入出力端子と該内
部回路との間に接続され、該入出力端子に印加されたサ
ージ電荷を該第1または第2の端子に流し出すことによ
り、該サージ電荷による電位を低減させるための第1保
護手段と、該第1の保護手段と該内部回路との間に接続
され、該サージ電荷による電位を更に低減させるための
補助保護手段とを備えており、該補助保護手段は、該第
1の端子及び第2の端子の少なくとも一方に接続された
電子素子と、該電子素子と該第1保護手段との間に設け
られた第1の保護抵抗と、該電子素子と該内部回路との
間に設けられた第2の保護抵抗と、を有しており、その
ことにより上記目的が達成される。
【0011】前記電子素子は、MOSトランジスタであ
ってもよい。前記電子素子は、バイポーラトランジスタ
であってもよい。
ってもよい。前記電子素子は、バイポーラトランジスタ
であってもよい。
【0012】前記電子素子は、前記第1の保護抵抗に接
続されたドレイン、前記第1の電源端子に接続されたソ
ース及びゲートを有するpチャネル型MOSトランジス
タと、該第1の保護抵抗に接続されたドレイン、前記第
2の電源端子に接続されたソース及びゲートを有するn
チャネル型MOSトランジスタと、を有していてもよ
い。
続されたドレイン、前記第1の電源端子に接続されたソ
ース及びゲートを有するpチャネル型MOSトランジス
タと、該第1の保護抵抗に接続されたドレイン、前記第
2の電源端子に接続されたソース及びゲートを有するn
チャネル型MOSトランジスタと、を有していてもよ
い。
【0013】好ましくは、前記第2の保護抵抗が、第1
の保護抵抗の抵抗値と第2の保護抵抗の抵抗値の和の1
/2よりも大きい。
の保護抵抗の抵抗値と第2の保護抵抗の抵抗値の和の1
/2よりも大きい。
【0014】好ましくは、前記第2の保護抵抗が、第1
の保護抵抗の抵抗値と第2の保護抵抗の抵抗値の和の9
/10よりも小さい。
の保護抵抗の抵抗値と第2の保護抵抗の抵抗値の和の9
/10よりも小さい。
【0015】前記補助保護手段は、前記第2の保護抵抗
と前記内部回路との間に、更に、該第1の端子及び第2
の端子の少なくとも一方に接続された第2の電子素子
と、該第2の電子素子と該内部回路との間に設けられた
第3の保護抵抗と、を有していてもよい。
と前記内部回路との間に、更に、該第1の端子及び第2
の端子の少なくとも一方に接続された第2の電子素子
と、該第2の電子素子と該内部回路との間に設けられた
第3の保護抵抗と、を有していてもよい。
【0016】好ましくは、前記第1の保護抵抗が10オ
ーム以上である。前記第1保護手段は、前記入出力端子
に接続されたドレイン、前記第1の電源端子に接続され
たソース及びゲートを有するpチャネル型MOSトラン
ジスタと、前記入出力端子に接続されたドレイン、前記
第2の電源端子に接続されたソース及びゲートを有する
nチャネル型MOSトランジスタと、を有していてもよ
い。
ーム以上である。前記第1保護手段は、前記入出力端子
に接続されたドレイン、前記第1の電源端子に接続され
たソース及びゲートを有するpチャネル型MOSトラン
ジスタと、前記入出力端子に接続されたドレイン、前記
第2の電源端子に接続されたソース及びゲートを有する
nチャネル型MOSトランジスタと、を有していてもよ
い。
【0017】
【作用】サージ電荷が入出力端子に印加された時、その
サージ電荷による電位は、第1保護手段によって、ある
程度低下される。本発明では、第1保護手段より内部回
路側に、補助保護手段を更に設けている。この補助保護
手段は、該第1の端子及び第2の端子の少なくとも一方
に接続された電子素子と、この電子素子の両側に設けら
れた1対の保護抵抗との組み合わせによって、該サージ
電荷による電位を更に低下させることができる。この補
助保護手段は、単一の抵抗よりも、総抵抗値を低くしな
がら、サージ電荷による電位をより低くすることを可能
とする。従って、本発明の半導体装置によれば、入出力
端子と内部回路との間にある抵抗成分の増加を原因とす
るような入力インピーダンスの増加を防止しながら、し
かも、静電耐圧を高めることが可能である。
サージ電荷による電位は、第1保護手段によって、ある
程度低下される。本発明では、第1保護手段より内部回
路側に、補助保護手段を更に設けている。この補助保護
手段は、該第1の端子及び第2の端子の少なくとも一方
に接続された電子素子と、この電子素子の両側に設けら
れた1対の保護抵抗との組み合わせによって、該サージ
電荷による電位を更に低下させることができる。この補
助保護手段は、単一の抵抗よりも、総抵抗値を低くしな
がら、サージ電荷による電位をより低くすることを可能
とする。従って、本発明の半導体装置によれば、入出力
端子と内部回路との間にある抵抗成分の増加を原因とす
るような入力インピーダンスの増加を防止しながら、し
かも、静電耐圧を高めることが可能である。
【0018】
(実施例1)図1を参照しながら、以下に、本発明の実
施例について説明する。
施例について説明する。
【0019】本実施例の半導体装置の入出力端子1は、
静電破壊保護トランジスタ部(第1保護手段)2に接続
されている。この静電破壊保護トランジスタ部2は、図
5の従来技術と同様に、pチャネル保護トランジスタと
nチャネル保護トランジスタとを含んでおり、それらの
各ドレインは入出力パッド1に接続されている。pチャ
ネル保護トランジスタのソース及びゲートは、電源端子
4に接続されており、nチャネル保護トランジスタ3の
ソース及びゲートは接地端子3に接続されている。
静電破壊保護トランジスタ部(第1保護手段)2に接続
されている。この静電破壊保護トランジスタ部2は、図
5の従来技術と同様に、pチャネル保護トランジスタと
nチャネル保護トランジスタとを含んでおり、それらの
各ドレインは入出力パッド1に接続されている。pチャ
ネル保護トランジスタのソース及びゲートは、電源端子
4に接続されており、nチャネル保護トランジスタ3の
ソース及びゲートは接地端子3に接続されている。
【0020】静電破壊保護トランジスタ部2は、更に、
出力用トランジスタ9を含んでいる。出力用トランジス
タ9は、pチャネル出力トランジスタとnチャネル出力
トランジスタとを有しており、それらの各ドレインは入
出力パッド1と保護トランジスタとの接続ノードに接続
されている。pチャネル出力トランジスタのソースは電
源端子4に接続され、nチャネル出力トランジスタのソ
ースは接地端子3に接続されている。出力トランジスタ
及びそのゲートは、それぞれ、出力を制御するための内
部回路(不図示)に接続されている。
出力用トランジスタ9を含んでいる。出力用トランジス
タ9は、pチャネル出力トランジスタとnチャネル出力
トランジスタとを有しており、それらの各ドレインは入
出力パッド1と保護トランジスタとの接続ノードに接続
されている。pチャネル出力トランジスタのソースは電
源端子4に接続され、nチャネル出力トランジスタのソ
ースは接地端子3に接続されている。出力トランジスタ
及びそのゲートは、それぞれ、出力を制御するための内
部回路(不図示)に接続されている。
【0021】なお、本明細書では、pチャネル保護トラ
ンジスタ、nチャネル保護トランジスタ、pチャネル出
力トランジスタ、及びnチャネル出力トランジスタを、
全体として、出力インバータを兼ねる「静電破壊保護ト
ランジスタ」と呼ぶ場合がある。
ンジスタ、nチャネル保護トランジスタ、pチャネル出
力トランジスタ、及びnチャネル出力トランジスタを、
全体として、出力インバータを兼ねる「静電破壊保護ト
ランジスタ」と呼ぶ場合がある。
【0022】静電破壊保護トランジスタ部2は、内部回
路につながる入力インバータ8の入力部に電気的に接続
されている。本半導体装置は、これらの静電破壊保護ト
ランジスタ部2と入力インバータ8との間に、第1の保
護抵抗5、補助保護トランジスタ6、及び第2の保護抵
抗7がこの順番に直列に接続された構成を有している。
なお、補助保護トランジスタ6は、本実施例では、静電
破壊保護トランジスタと同様の構成を有している。これ
らの第1の保護抵抗5、補助保護トランジスタ6、及び
第2の保護抵抗7は、第2の保護手段を構成している。
路につながる入力インバータ8の入力部に電気的に接続
されている。本半導体装置は、これらの静電破壊保護ト
ランジスタ部2と入力インバータ8との間に、第1の保
護抵抗5、補助保護トランジスタ6、及び第2の保護抵
抗7がこの順番に直列に接続された構成を有している。
なお、補助保護トランジスタ6は、本実施例では、静電
破壊保護トランジスタと同様の構成を有している。これ
らの第1の保護抵抗5、補助保護トランジスタ6、及び
第2の保護抵抗7は、第2の保護手段を構成している。
【0023】本半導体装置によれば、入出力端子1に入
ったサージ電荷は、まず、通常の静電破壊保護トランジ
スタ部2に伝わる。サージ電荷により、静電破壊保護ト
ランジスタのドレインが高電位になると、半導体基板の
電位がドレインとともに上昇し、ドレインをコレクタ、
半導体基板をベース、ソースをエミッタとした寄生バイ
ポーラ動作が開始する。この寄生バイポーラによって、
サージ電荷は速やかに接地端子3または電源電圧端子4
に逃げる。
ったサージ電荷は、まず、通常の静電破壊保護トランジ
スタ部2に伝わる。サージ電荷により、静電破壊保護ト
ランジスタのドレインが高電位になると、半導体基板の
電位がドレインとともに上昇し、ドレインをコレクタ、
半導体基板をベース、ソースをエミッタとした寄生バイ
ポーラ動作が開始する。この寄生バイポーラによって、
サージ電荷は速やかに接地端子3または電源電圧端子4
に逃げる。
【0024】第1の保護抵抗5を介して静電破壊保護ト
ランジスタ部2と補助保護トランジスタ6のドレインと
が接続されているために、第1の保護抵抗5と補助保護
トランジスタ6との接続点の電位Vcは、静電破壊保護
トランジスタ部2のバイポーラ動作時の電位Vbiと、
補助保護トランジスタ6の寄生抵抗Rfにかかる電位と
の総和となる。
ランジスタ部2と補助保護トランジスタ6のドレインと
が接続されているために、第1の保護抵抗5と補助保護
トランジスタ6との接続点の電位Vcは、静電破壊保護
トランジスタ部2のバイポーラ動作時の電位Vbiと、
補助保護トランジスタ6の寄生抵抗Rfにかかる電位と
の総和となる。
【0025】補助保護トランジスタ6の寄生抵抗Rfに
かかる電位は、Rf・(Vs−Vbi)/(R1+R
f)である。ここで、Vsは静電破壊保護トランジスタ
のドレイン電位であり、R1は第1の保護抵抗5の抵抗
値である。
かかる電位は、Rf・(Vs−Vbi)/(R1+R
f)である。ここで、Vsは静電破壊保護トランジスタ
のドレイン電位であり、R1は第1の保護抵抗5の抵抗
値である。
【0026】この結果、次の式が得られる。 Vc=(VsーVbi)・Rf/(R1+Rf)+Vb
i また、Vs>>Vbiであるから、この式は以下の式の
ように書き表される。
i また、Vs>>Vbiであるから、この式は以下の式の
ように書き表される。
【0027】 Vc=Vs・Rf/(R1+Rf)+Vbi…(1) (1)式から分かるように、保護補助トランジスタ6
が、十分大きな抵抗R1を持つ第1の保護抵抗5を介し
て静電破壊保護トランジスタ部2に接続されることによ
り、入力インバータ8の配置と大きさに関係なく、電位
Vcを下げることができる。
が、十分大きな抵抗R1を持つ第1の保護抵抗5を介し
て静電破壊保護トランジスタ部2に接続されることによ
り、入力インバータ8の配置と大きさに関係なく、電位
Vcを下げることができる。
【0028】近年、入力インバータ8等に含まれるMO
Sトランジスタは、スケーリング則に従って薄膜化され
たゲート酸化膜を有している。このため、そのゲート酸
化膜の耐圧Vbは、バイポーラ動作時電位Vbiより低
い場合がある。
Sトランジスタは、スケーリング則に従って薄膜化され
たゲート酸化膜を有している。このため、そのゲート酸
化膜の耐圧Vbは、バイポーラ動作時電位Vbiより低
い場合がある。
【0029】(1)式からわかるように、Vcは、Vb
iよりも大きい。本発明では、第2の保護抵抗7を介し
て、保護補助トランジスタ6と入力インバータ8とを接
続することにより、補助保護トランジスタ6で低下しき
れれなかった電位(Vc)を、第2の保護抵抗7によっ
て更に緩和し、それによって、入力インバータ8の入力
部の電位(入力ゲート電位Vin)をVb以下にするこ
とができる。
iよりも大きい。本発明では、第2の保護抵抗7を介し
て、保護補助トランジスタ6と入力インバータ8とを接
続することにより、補助保護トランジスタ6で低下しき
れれなかった電位(Vc)を、第2の保護抵抗7によっ
て更に緩和し、それによって、入力インバータ8の入力
部の電位(入力ゲート電位Vin)をVb以下にするこ
とができる。
【0030】第2の保護抵抗7を補助保護トランジスタ
6と入力インバータ8との間に設けたことにより、第1
の保護抵抗7の抵抗値R1をさほど大きくすることな
く、補助保護トランジスタ6により十分に電位を下げる
ことができる。その結果として、第1の保護抵抗5の抵
抗値R1を極力小さくして、入出力時に小負荷抵抗を示
す入出力回路を得ることができる。
6と入力インバータ8との間に設けたことにより、第1
の保護抵抗7の抵抗値R1をさほど大きくすることな
く、補助保護トランジスタ6により十分に電位を下げる
ことができる。その結果として、第1の保護抵抗5の抵
抗値R1を極力小さくして、入出力時に小負荷抵抗を示
す入出力回路を得ることができる。
【0031】図2及び図8は、サージ電荷が入出力端子
1に与えられたときの入力インバータ8に印加される電
位についてのシミュレーション(計算)結果を示すもの
である。図2のグラフは、第1の保護抵抗5と第2の保
護抵抗7との抵抗値比(R1/R2)を横軸に、最大入
力ゲート電圧を縦軸としている。グラフ中の複数の曲線
は、それぞれ、補助保護トランジスタ6の寄生抵抗Rf
の値を変化させることにより得られた。図8のグラフ
は、入力ゲート電圧の時間依存性を示す。なお、図2及
び図8のグラフは、図7に示す等価回路に基づく電流連
続式を解くことにより得られた。ここでは、拡散層から
形成された第1の保護抵抗5と第2の保護抵抗7とを、
複数の抵抗に分割することにより、図7の電流連続式を
得た。分割された各抵抗の大きさはRk、各抵抗の拡散
容量はCdkで表現され、入力インバータ8の入力部の
容量はCgiで表現されている。また、i番目の抵抗を
流れる電流は、Iiで表記されている。
1に与えられたときの入力インバータ8に印加される電
位についてのシミュレーション(計算)結果を示すもの
である。図2のグラフは、第1の保護抵抗5と第2の保
護抵抗7との抵抗値比(R1/R2)を横軸に、最大入
力ゲート電圧を縦軸としている。グラフ中の複数の曲線
は、それぞれ、補助保護トランジスタ6の寄生抵抗Rf
の値を変化させることにより得られた。図8のグラフ
は、入力ゲート電圧の時間依存性を示す。なお、図2及
び図8のグラフは、図7に示す等価回路に基づく電流連
続式を解くことにより得られた。ここでは、拡散層から
形成された第1の保護抵抗5と第2の保護抵抗7とを、
複数の抵抗に分割することにより、図7の電流連続式を
得た。分割された各抵抗の大きさはRk、各抵抗の拡散
容量はCdkで表現され、入力インバータ8の入力部の
容量はCgiで表現されている。また、i番目の抵抗を
流れる電流は、Iiで表記されている。
【0032】図2のグラフから以下のことがわかる。寄
生抵抗Rfを小さくすることによって、(1)式のVc
を下げることができる。また、寄生抵抗Rf<100
(ohms)の場合、R2/(R1+R2)の最適値は
以下の間にある。
生抵抗Rfを小さくすることによって、(1)式のVc
を下げることができる。また、寄生抵抗Rf<100
(ohms)の場合、R2/(R1+R2)の最適値は
以下の間にある。
【0033】 1/2<R2/(R1+R2)<9/10…(2) 第1及び第2の保護抵抗5及び7の抵抗値R1及びR2
が、(2)式に示される条件を満足する場合、静電破壊
保護トランジスタ部2で完全に低下しきれなかった電位
Vcを、それほど大きくない第1の保護抵抗(R1)5
によって、バイポーラ動作時の電位Vbi程度にまでさ
げることができる。また、逆に、ある程度大きな第2の
保護抵抗(R2)7によって、入力ゲート電位をゲート
酸化膜耐圧Vb以下にすることができる。このように、
負荷抵抗の値(R1+R2)が一定でも、抵抗R1とR
2との比を適切に選択することで、サージが印加された
とき、効果的に入力ゲート電位の上昇を抑え、入力イン
バータ8のゲート破壊を回避することができる。
が、(2)式に示される条件を満足する場合、静電破壊
保護トランジスタ部2で完全に低下しきれなかった電位
Vcを、それほど大きくない第1の保護抵抗(R1)5
によって、バイポーラ動作時の電位Vbi程度にまでさ
げることができる。また、逆に、ある程度大きな第2の
保護抵抗(R2)7によって、入力ゲート電位をゲート
酸化膜耐圧Vb以下にすることができる。このように、
負荷抵抗の値(R1+R2)が一定でも、抵抗R1とR
2との比を適切に選択することで、サージが印加された
とき、効果的に入力ゲート電位の上昇を抑え、入力イン
バータ8のゲート破壊を回避することができる。
【0034】このように、本実施例によれば、第1の保
護抵抗5を介して静電破壊保護トランジスタ部2と補助
保護トランジスタ6とが接続されている。このため、静
電破壊保護トランジスタ部2で吸収できなっかったサー
ジ電荷による、第1の保護抵抗5と補助保護トランジス
タ6との接点の電位上昇は、補助保護トランジスタ6が
寄生バイポーラ動作することにより抑制される。また、
第2の保護抵抗7によって、入力インバータ9の入力電
位は、そのゲート破壊耐圧よりも十分に低いレベルに低
下される。第1及び第2の保護抵抗5及び7の合計抵抗
値をそれほど増加させずにすむ。こうして、本実施例に
よれば、入力インピーダンスを上げることなく、入力イ
ンバータ8のトランジスタのゲート酸化膜の静電破壊耐
性を向上することができる。
護抵抗5を介して静電破壊保護トランジスタ部2と補助
保護トランジスタ6とが接続されている。このため、静
電破壊保護トランジスタ部2で吸収できなっかったサー
ジ電荷による、第1の保護抵抗5と補助保護トランジス
タ6との接点の電位上昇は、補助保護トランジスタ6が
寄生バイポーラ動作することにより抑制される。また、
第2の保護抵抗7によって、入力インバータ9の入力電
位は、そのゲート破壊耐圧よりも十分に低いレベルに低
下される。第1及び第2の保護抵抗5及び7の合計抵抗
値をそれほど増加させずにすむ。こうして、本実施例に
よれば、入力インピーダンスを上げることなく、入力イ
ンバータ8のトランジスタのゲート酸化膜の静電破壊耐
性を向上することができる。
【0035】(実施例2)以下に、本発明による他の半
導体装置を説明する。
導体装置を説明する。
【0036】図3は、本実施例の半導体装置の回路図を
示している。図3の半導体装置は、図1の半導体装置に
更に、第2の補助保護トランジスタ9と第3の保護抵抗
(R3)10とを加えたものである。
示している。図3の半導体装置は、図1の半導体装置に
更に、第2の補助保護トランジスタ9と第3の保護抵抗
(R3)10とを加えたものである。
【0037】図4は、実施例1及び実施例2について、
サージ容量10pF、電圧2000Vを入出力パッドに
印加した時の入力インバータ8に入力される電位の時間
変移を示すグラフである。図4のグラフは、シミュレー
ションにより得られた。このグラフには、従来例につい
てのシミュレーション結果も示されている。なお、保護
トランジスタのトータルのチャネル幅Wと抵抗(150
0ohm)は一定にしている。
サージ容量10pF、電圧2000Vを入出力パッドに
印加した時の入力インバータ8に入力される電位の時間
変移を示すグラフである。図4のグラフは、シミュレー
ションにより得られた。このグラフには、従来例につい
てのシミュレーション結果も示されている。なお、保護
トランジスタのトータルのチャネル幅Wと抵抗(150
0ohm)は一定にしている。
【0038】静電破壊保護トランジスタと保護抵抗との
組の数は、図5の従来例では、1つであったが、図1の
実施例1では、2つであり、図3の実施例2では、3つ
である。図4からわかるように、保護トランジスタと抵
抗とからなる組が1組、2組、及び3組の場合の最大入
力ゲート電位は、それぞれ、61V、12V、及び9V
となった。このように組の数が増すに従って、最大入力
ゲート電位は低下している。これは、保護トランジスタ
で吸収できなっかったサージ電荷が、抵抗を介すること
によって、次の保護トランジスタで吸収され易くなるか
らである。保護トランジスタと抵抗との組を3組にする
と、1組、2組の場合よりサージ耐圧は改善され、効果
的に入力インバータ8のゲート破壊を回避することがで
きる。
組の数は、図5の従来例では、1つであったが、図1の
実施例1では、2つであり、図3の実施例2では、3つ
である。図4からわかるように、保護トランジスタと抵
抗とからなる組が1組、2組、及び3組の場合の最大入
力ゲート電位は、それぞれ、61V、12V、及び9V
となった。このように組の数が増すに従って、最大入力
ゲート電位は低下している。これは、保護トランジスタ
で吸収できなっかったサージ電荷が、抵抗を介すること
によって、次の保護トランジスタで吸収され易くなるか
らである。保護トランジスタと抵抗との組を3組にする
と、1組、2組の場合よりサージ耐圧は改善され、効果
的に入力インバータ8のゲート破壊を回避することがで
きる。
【0039】図6(a)から(f)は、図1及び図3の
実施例を更に改良した改良例の回路構成を示している。
図1及び図3の半導体装置は、静電破壊保護用素子(電
子素子)としてCMOS型トランジスタを用いたもので
あったが、CMOS型トランジスタの代わりに、バイポ
ーラ型トランジスタ(図6(a)−(c))、NMOS
型及び/またはPMOS型トランジスタ(図6
(e))、またはPNダイオード型(図6(e)及び
(f)において参照番号12及び13で示す)の静電破
壊保護用素子を用いてもよい。また、第1、第2の保護
抵抗として拡散抵抗、高抵抗ノンドープド多結晶シリコ
ン配線、ノーマリオントランジスタ、トランスファーゲ
ート(図6(d))を用いてもよい。
実施例を更に改良した改良例の回路構成を示している。
図1及び図3の半導体装置は、静電破壊保護用素子(電
子素子)としてCMOS型トランジスタを用いたもので
あったが、CMOS型トランジスタの代わりに、バイポ
ーラ型トランジスタ(図6(a)−(c))、NMOS
型及び/またはPMOS型トランジスタ(図6
(e))、またはPNダイオード型(図6(e)及び
(f)において参照番号12及び13で示す)の静電破
壊保護用素子を用いてもよい。また、第1、第2の保護
抵抗として拡散抵抗、高抵抗ノンドープド多結晶シリコ
ン配線、ノーマリオントランジスタ、トランスファーゲ
ート(図6(d))を用いてもよい。
【0040】
【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、従来から
採用されている第1保護手段よりも更に内部回路側に、
補助保護手段を設けており、その保護手段により、サー
ジ電荷による電位を更に低下させることができる。この
補助保護手段は、単一の抵抗を採用するよりも総抵抗値
を低くしながら、サージ電荷による電位をより低くする
ことを可能とする。従って、本発明によれば、入力イン
ピーダンスの増加を防止しながら、しかも、静電耐圧を
高めることが可能であるるので、入出力遅延時間の短
い、しかも、高静電破壊耐圧をもつ半導体装置が提供さ
れる。
採用されている第1保護手段よりも更に内部回路側に、
補助保護手段を設けており、その保護手段により、サー
ジ電荷による電位を更に低下させることができる。この
補助保護手段は、単一の抵抗を採用するよりも総抵抗値
を低くしながら、サージ電荷による電位をより低くする
ことを可能とする。従って、本発明によれば、入力イン
ピーダンスの増加を防止しながら、しかも、静電耐圧を
高めることが可能であるるので、入出力遅延時間の短
い、しかも、高静電破壊耐圧をもつ半導体装置が提供さ
れる。
【図1】本発明による半導体装置の回路図
【図2】本発明の半導体装置について、第2の保護抵抗
R2の保護抵抗(R1+R2)に占める割合に対する最
大入力ゲート電位の依存性を示す図
R2の保護抵抗(R1+R2)に占める割合に対する最
大入力ゲート電位の依存性を示す図
【図3】本発明による他の半導体装置の回路図
【図4】本発明による半導体装置についての入力ゲート
電位の時間変移を示す図
電位の時間変移を示す図
【図5】従来の半導体装置の回路図
【図6】本発明による更に他の半導体装置の回路図
【図7】シミュレーションのための本発明による半導体
装置の等価回路とその電流連続式を示す図
装置の等価回路とその電流連続式を示す図
【図8】本発明による半導体装置についての入力ゲート
電位の時間変移を示す他の図
電位の時間変移を示す他の図
1 入出力端子 2 静電破壊保護トランジスタ部 3 接地端子 4 電源端子 5 第1の保護抵抗 6 補助保護トランジスタ 7 第2の保護抵抗 9 第2の捕縄保護トランジスタ 10 第3の保護抵抗 12 PNダイオード型保護素子 13 PNダイオード保護素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03K 17/00 Q 9184−5J 17/08 C 9184−5J (72)発明者 小田中 紳二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (9)
- 【請求項1】入出力端子と、 該入出力端子に接続された内部回路と、 第1の電位を提供するための第1の端子と、 第1の電位よりも低い第2の電位を提供するため第2の
端子と、を備えた半導体装置であって、 更に、 該入出力端子と該内部回路との間に接続され、該入出力
端子に印加されたサージ電荷を該第1または第2の端子
に流し出すことにより、該サージ電荷による電位を低減
させるための第1保護手段と、 該第1の保護手段と該内部回路との間に接続され、該サ
ージ電荷による電位を更に低減させるための補助保護手
段とを備えており、 該補助保護手段は、 該第1の端子及び第2の端子の少なくとも一方に接続さ
れた電子素子と、 該電子素子と該第1保護手段との間に設けられた第1の
保護抵抗と、 該電子素子と該内部回路との間に設けられた第2の保護
抵抗と、 を有している半導体装置。 - 【請求項2】前記電子素子は、MOSトランジスタであ
る、請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】前記電子素子は、バイポーラトランジスタ
である、請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項4】前記電子素子は、 前記第1の保護抵抗に接続されたドレイン、前記第1の
電源端子に接続されたソース及びゲートを有するpチャ
ネル型MOSトランジスタと、 該第1の保護抵抗に接続されたドレイン、前記第2の電
源端子に接続されたソース及びゲートを有するnチャネ
ル型MOSトランジスタと、を有している、請求項1か
ら3のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項5】前記第2の保護抵抗が、第1の保護抵抗の
抵抗値と第2の保護抵抗の抵抗値の和の1/2よりも大
きい、請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項6】前記第2の保護抵抗が、第1の保護抵抗の
抵抗値と第2の保護抵抗の抵抗値の和の9/10よりも
小さい、請求項1から5のいずれかに記載の半導体装
置。 - 【請求項7】前記補助保護手段は、 前記第2の保護抵抗と前記内部回路との間に、更に、 該第1の端子及び第2の端子の少なくとも一方に接続さ
れた第2の電子素子と、 該第2の電子素子と該内部回路との間に設けられた第3
の保護抵抗と、 を有している、請求項1から6のいずれかに記載の半導
体装置。 - 【請求項8】前記第1の保護抵抗が10オーム以上であ
る、請求項1から7のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項9】前記第1保護手段は、 前記入出力端子に接続されたドレイン、前記第1の電源
端子に接続されたソース及びゲートを有するpチャネル
型MOSトランジスタと、 前記入出力端子に接続されたドレイン、前記第2の電源
端子に接続されたソース及びゲートを有するnチャネル
型MOSトランジスタと、を有している、請求項1から
8のいずれかに記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6036938A JPH06318859A (ja) | 1993-03-08 | 1994-03-08 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5-46333 | 1993-03-08 | ||
JP4633393 | 1993-03-08 | ||
JP6036938A JPH06318859A (ja) | 1993-03-08 | 1994-03-08 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06318859A true JPH06318859A (ja) | 1994-11-15 |
Family
ID=26376044
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6036938A Pending JPH06318859A (ja) | 1993-03-08 | 1994-03-08 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06318859A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014241497A (ja) * | 2013-06-11 | 2014-12-25 | ローム株式会社 | 半導体集積回路 |
-
1994
- 1994-03-08 JP JP6036938A patent/JPH06318859A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014241497A (ja) * | 2013-06-11 | 2014-12-25 | ローム株式会社 | 半導体集積回路 |
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