JPH06335162A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH06335162A
JPH06335162A JP5059795A JP5979593A JPH06335162A JP H06335162 A JPH06335162 A JP H06335162A JP 5059795 A JP5059795 A JP 5059795A JP 5979593 A JP5979593 A JP 5979593A JP H06335162 A JPH06335162 A JP H06335162A
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JP
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power supply
terminal
diodes
voltage
diode
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JP5059795A
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Osamu Nakauchi
修 中内
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Abstract

(57)【要約】 【目的】静電保護用の回路素子形成時に特殊な製造工程
を必要とせず、かつこれら回路素子の破損や劣化を防止
する。 【構成】既存の第1,第2のダイオードD10,D20
のほかに、第1及び第2の電源端子Tp1,Tp2間
に、順方向電圧の合計が電源電圧より高い電圧となる数
の第3のダイオードD31〜D3nを電源電圧に対して
順方向となるように直列接続する。 【効果】静電エネルギーを、第1〜第3のダイオードの
順方向電流によって放出でき、ダイオードのブレークダ
ウンやツェナー降服等を用いないので、結晶のダメージ
をなくし、ダイオードの破損や劣化を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路に関し、
特に静電保護手段を備えた半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】現在では、あるゆる生活環境において静
電気の発生源が存在するため、静電保護策を施した電子
機器に多くなってきている。このような電子機器に組込
まれ、静電保護手段を備えた従来の半導体集積回路の第
1の例を図3に示す。
【0003】この半導体集積回路は、トランジスタQ1
1,Q12、抵抗R11〜R13等を含み入力信号に応
答して所定の動作,所定の処理を行う内部回路1と、こ
の内部回路1に外部から電源を供給する第1及び第2の
電源端子Tp1,Tp2と、内部回路1のトランジスタ
Q12への外部回路からの入力信号の中継を行う信号端
子Ts1と、極めて一般的な静電保護手段の、信号端子
Ts1と電源端子Tp1,Tp2との間にそれぞれ、電
源端子Tp1,Tp2間の電源電圧に対し逆バイアスと
なるように接続されたダイオードD10,D20とを有
する構成となっている。
【0004】この半導体集積回路に対して静電気が印加
される状態は、図4に示すように、(1)信号端子Ts
1にプラス、電源端子Tp1にマイナス、(2)信号端
子Ts1にプラス、電源端子Tp2にマイナス、(3)
信号端子Ts1にマイナス、電源端子Tp1にプラス、
(4)信号端子Ts1にマイナス、電源端子Tp2にプ
ラス、(5)電源端子Tp1にプラス、電源端子Tp2
にマイナス、(6)電源端子Tp1にマイナス、電源端
子Tp2にプラス、の6通りがある。
【0005】上記(1),(4),(6)の場合は、ダ
イオードD10,D20に順方向電流が流れて静電エネ
ルギーが放出され、内部回路1を保護し、上記(2),
(3),(5)の場合は、ダイオードD10,D20が
ブレークダウン(なだれ降服)を起こして静電エネルギ
ーが放出され、内部回路1を保護する。
【0006】これらダイオードD10,D20のブレー
クダウン電圧は、当然、内部回路1の構成部品それぞれ
の耐電圧より低く設定される。しかしながら、ダイオー
ドD10,D20のブレークダウン電圧は通常、電源電
圧より十分高い電圧に設定されるため、これらダイオー
ドD10,D20により消費される電力が大きくなり、
サイズの小さいダイオードでは破損する危険性があっ
た。
【0007】図5に示された従来の半導体集積回路の第
2の例では、ダイオードD10,D20の上記問題点が
解消される(例えば、特公平3−13754参照)。
【0008】この半導体集積回路においては、ダイオー
ドD10,D20のほかに、電源端子Tp1,Tp2間
にツェナーダイオードZD10が接続されている。この
ツェナーダイオードZD10は、ダイオードD10,D
20のブレークダウン電圧より十分低く、電源電圧より
わずかに高いツェナー電圧を持つ。
【0009】この例では、上記(2),(3),(5)
の場合、ダイオードD10,D20がブレークダウンを
起す前にツェナーダイオードZD10((2),(3)
の場合はD10,D20の順方向経由)による静電エネ
ルギーの放出が行なわれるので、ダイオードD10,D
20の破損を防止すると共に内部回路1を保護する。ま
た、ツェナー電圧も電源電圧よりわずかに高いだけであ
るので、ツェナーダイオードZD10で消費される電力
も小さく、そのサイズも小さくて済む。
【0010】また、特開昭58−79745号公報を参
照すると、図6に示すような半導体集積回路が記載され
ている。
【0011】この半導体集積回路においては、ダイオー
ドD10,D20のほかに、コレクタを電源端子Tp1
と接続しエミッタを電源端子Tp2と接続したトランジ
スタQ2が設けられている。この例では、上記(2),
(3),(5)の場合、電源端子Tp1,Tp2間の電
圧が、ダイオードD10,D20のブレークダウン発生
前のトランジスタQ2のコレクタ・エミッタ間ブレーク
ダウン電圧VCBO (ベースオープン時)に達すると、ト
ランジスタQ2がサスティン状態となり((2),
(3)の場合はD10,D20の順方向経由)、電源端
子Tp1,Tp2間を低インピーダンス状態とし、ダイ
オードD10,D20の破損を防止すると共に内部回路
1を保護する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
集積回路において、第1の例では、信号端子Ts1と電
源端子Tp1,Tp2との間にダイオードD10,D2
0が接続された構成となっており、これらダイオードD
10,D20の順方向電圧の静電気に対してはこれらダ
イオードD10,D20は破損することはないが、逆方
向電圧の静電気に対してはこれらダイオードD10,D
20のブレークダウンを利用しかつその消費電力が大き
くなるため、破損しやすいという欠点があった。また、
第2の例では、ダイオードD10,D20ほかに電源端
子Tp1,Tp2間にツェナーダイオードZD10が設
けられており、ダイオードD10,D20の破損は防止
できるものの、ツェナーダイオードZD10を形成する
ための特殊な工程(急な濃度勾配,高濃度不純物領域の
形成等)が必要になるという欠点があり、また、ツェナ
ー降服によるキャリアの1次,2次の衝突電離による結
晶のダメージが大きく、ツェナーダイオードZD10が
劣化しやすいという欠点があった。また、第3の例で
は、ダイオードD10,D20のほかに電源端子Tp
1,Tp2間にトランジスタQ2が設けられており、同
様にダイオードD10,D20の破損は防止できるもの
の、トランジスタQ2のコレクタ・ベース間のブレーク
ダウンを利用しているため、1次,2次の衝突電離によ
る結晶のダメージが大きく、トランジスタQ2が劣化し
やすいという欠点があった。
【0013】本発明の目的は、静電保護用の回路素子形
成時に特殊な製造工程を必要とせず、かつこれら回路素
子の破損や劣化を防止できる半導体集積回路を提供する
ことにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】第1の発明の半導体集積
回路は、入力信号に応答して所定の動作,処理を行う内
部回路と、この内部回路に外部から電源を供給する第1
及び第2の電源端子と、前記内部回路と外部回路との間
の信号授受の中継を行う信号端子と、この信号端子と前
記第1の電源端子との間に前記第1及び第2の電源端子
間の電源電圧に対して逆バイアスとなるように接続され
た第1のダイオードと、前記信号端子と前記第2の電源
端子との間に前記電源電圧に対して逆バイアスとなるよ
うに接続された第2のダイオードと、前記第1及び第2
の電源端子間に前記電源電圧に対して順バイアスとなる
ようにかつ順方向電圧の合計が前記電源電圧より高くな
る数だけ直列接続された複数の第3のダイオードとを有
している。
【0015】第2の発明の半導体集積回路は、入力信号
に応答して所定の動作,処理を行う内部回路と、この内
部回路に外部から電源を供給する第1及び第2の電源端
子と、前記内部回路と外部回路との間の信号授受の中継
を行う信号端子と、この信号端子と前記第1の電源端子
との間に前記第1及び第2の電源端子間の電源電圧に対
して逆バイアスとなるように接続された第1のダイオー
ドと、前記信号端子と前記第2の電源端子との間に前記
電源電圧に対して逆バイアスとなるように接続された第
2のダイオードと、一端を前記第1の電源端子と接続し
前記電源電圧に対して順バイアスとなるようにかつ順方
向電圧の合計が前記電源電圧より高くなる数だけ直列接
続された複数の第3のダイオードを含むダイオード回路
と、このダイオード回路の他端と前記第2の電源端子と
の間に接続された抵抗と、ベースを前記ダイオード回路
及び抵抗の接続点と接続しコレクタを前記第1の電源端
子と接続しエミッタを前記第2の電源端子と接続しベー
ス・エミッタ接合部の順方向と前記第3のダイオードの
順方向が一致するような接合型のトランジスタとを有し
ている。
【0016】
【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。
【0017】図1は本発明の第1の実施例を示す回路図
である。
【0018】この実施例は、トランジスタQ11,Q1
2、抵抗R11〜R13を含み入力信号に応答して所定
の動作,処理を行う内部回路1と、この内部回路1に外
部から電源を供給する第1及び第2の電源端子Tp1,
Tp2と、内部回路1と外部回路との間の信号授受の中
継を行う信号端子Ts1と、この信号端子Ts1と第1
の電源端子Tp1との間に第1及び第2の電源端子Tp
1,Tp2間の電源電圧VDDに対して逆バイアスとな
るように接続された第1のダイオードD10と、信号端
子Ts1と第2の電源端子Tp2との間に電源電圧VD
Dに対して逆バイアスとなるように接続された第2のダ
イオードD20と、第1及び第2の電源端子Tp1,T
p2間に電源電圧VDDに対して順バイアスとなるよう
にかつ順方向電圧の合計が電源電圧VDDより高くなる
数だけ直列接続された複数の第3のダイオードD31〜
D3nとを有する構成となっている。すなわち、この実
施例が図5,図6に示された従来の半導体集積回路と相
違する点は、ツェナーダイオードZD10,トランジス
タQ2の代りに、電源電圧VDDに対して順方向に直列
接続されたダイオードD31〜D3nを設けた点にあ
る。
【0019】この実施例において、図4の(1),
(4),(6)の場合、静電エネルギーはダイオードD
10,D20の順方向電流によって放出される。また、
図4の(2),(3),(5)場合は、ダイオードD3
1〜D3n及びダイオードD10,D20((2),
(3)の場合)の順方向電流によって静電エネルギーが
放出される。すなわち、(1)〜(6)何れの場合で
も、静電エネルギーはダイオードD10,D20,D3
1〜D3nの順方向電流によってのみ放出され、従来例
のようにダイオードやトランジスタの逆方向電圧による
ブレークダウン,ツェナー降服を利用していないので、
静電保護用のこれらダイオードD10,D20,D31
〜D3nの破損や劣化を防止できる。また、ツェナーダ
イオードを使用していないので、特殊な製造工程を設け
なけて済む。
【0020】なお、電源電圧VDDを5.0V、ダイオ
ードD31〜D3nの順方向電圧を0.6Vとし、これ
らダイオードの数nを9個とした場合、電源端子Tp
1,Tp2間の電圧を5.4Vに抑えることができる。
【0021】図2は本発明の第2の実施例を示す回路図
である。
【0022】この実施例は、第1の実施例におけるダイ
オードD31〜D3nの回路を、電源端子Tp1と接続
し電源電圧VDDに対して順バイアスとなるようにかつ
順方向電圧の合計が電源電圧VDDより高くなる数だけ
直列接続された複数の第3のダイオードD31〜3nを
含むダイオード回路と、このダイオード回路の他端と電
源端子Tp2との間に接続された抵抗R1と、ベースを
上記ダイオード回路及び抵抗R1の接続点と接続しコレ
クタを電源端子Tp1と接続しエミッタを電源端子Tp
2と接続しベース・エミッタ接合部の順方向とダイオー
ドD31〜D3nの順方向が一致するような接合型(こ
の実施例ではnpn型)のトランジスタQ1とから成る
回路に置き換えたものである。
【0023】この実施例においては、電源端子Tp1,
Tp2間の電圧がダイオードD31〜D3n及びトラン
ジスタQ1のベース・エミッタ間の順方向電圧の合計電
圧を越えるとトランジスタQ1に電流が流れ、静電エネ
ルギーを急速に放出する。また、第1の実施例に比べダ
イオードD31〜D3nの寸法を小さくすることができ
る。また、トランジスタQ1のコレクタ・エミッタ間電
流は、ベース・エミッタ間電流によって制御されるの
で、図6に示された従来例のようなキャリアの1次,2
次の衝突電離による結晶のダメージがなく、トランジス
タQ1の破損や劣化を防止できる。
【0024】なお、これら実施例において、内部回路1
をバイポーラトランジスタによる構成としたが、その他
のトランジスタ、例えば電界効果トランジスタによる構
成であってもよい。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、既存の第
1,第2のダイオードのほかに、第1及び第2の電源端
子間に、順方向電圧の合計が電源電圧より高い電圧とな
る数の第3のダイオードを電源電圧に対して順方向とな
るように直列接続した構成、これら第3のダイオードか
らのベース電流によってコレクタ・エミッタ間電流が制
御されるトランジスタを含む構成としたので、静電エネ
ルギーを、第1〜第3のダイオードの順方向電流、ベー
ス電流によって制御されるトランジスタのコレクタ・エ
ミッタ間電流によって放出でき、従ってキャリアの1
次,2次の衝突電離による結晶のダメージがなくなりダ
イオードやトランジスタの破損,劣化を防止することが
でき、また、ツェナーダイオードを含まないので、ツェ
ナーダイオード形成のための特殊な製造工程が不要にな
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す回路図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す回路図である。
【図3】従来の半導体集積回路の第1の例の回路図であ
る。
【図4】図3に示された半導体集積回路の静電保護動作
説明するための静電気の印加状態を示す回路図である。
【図5】従来の半導体集積回路の第2の例の回路図であ
る。
【図6】従来の半導体集積回路の第3の例の回路図であ
る。
【符号の説明】
1 内部回路 D10,D20,D31〜D3n ダイオード Q1,Q2 トランジスタ R1 抵抗 ZD10 ツェナーダイオード

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号に応答して所定の動作,処理を
    行う内部回路と、この内部回路に外部から電源を供給す
    る第1及び第2の電源端子と、前記内部回路と外部回路
    との間の信号授受の中継を行う信号端子と、この信号端
    子と前記第1の電源端子との間に前記第1及び第2の電
    源端子間の電源電圧に対して逆バイアスとなるように接
    続された第1のダイオードと、前記信号端子と前記第2
    の電源端子との間に前記電源電圧に対して逆バイアスと
    なるように接続された第2のダイオードと、前記第1及
    び第2の電源端子間に前記電源電圧に対して順バイアス
    となるようにかつ順方向電圧の合計が前記電源電圧より
    高くなる数だけ直列接続された複数の第3のダイオード
    とを有することを特徴とする半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 入力信号に応答して所定の動作,処理を
    行う内部回路と、この内部回路に外部から電源を供給す
    る第1及び第2の電源端子と、前記内部回路と外部回路
    との間の信号授受の中継を行う信号端子と、この信号端
    子と前記第1の電源端子との間に前記第1及び第2の電
    源端子間の電源電圧に対して逆バイアスとなるように接
    続された第1のダイオードと、前記信号端子と前記第2
    の電源端子との間に前記電源電圧に対して逆バイアスと
    なるように接続された第2のダイオードと、一端を前記
    第1の電源端子と接続し前記電源電圧に対して順バイア
    スとなるようにかつ順方向電圧の合計が前記電源電圧よ
    り高くなる数だけ直列接続された複数の第3のダイオー
    ドを含むダイオード回路と、このダイオード回路の他端
    と前記第2の電源端子との間に接続された抵抗と、ベー
    スを前記ダイオード回路及び抵抗の接続点と接続しコレ
    クタを前記第1の電源端子と接続しエミッタを前記第2
    の電源端子と接続しベース・エミッタ接合部の順方向と
    前記第3のダイオードの順方向が一致するような接合型
    のトランジスタとを有することを特徴とする半導体集積
    回路。
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