JPH07123219B2 - Output buffer circuit - Google Patents

Output buffer circuit

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JPH07123219B2
JPH07123219B2 JP61006472A JP647286A JPH07123219B2 JP H07123219 B2 JPH07123219 B2 JP H07123219B2 JP 61006472 A JP61006472 A JP 61006472A JP 647286 A JP647286 A JP 647286A JP H07123219 B2 JPH07123219 B2 JP H07123219B2
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    • H03KPULSE TECHNIQUE
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    • H03K19/003Modifications for increasing the reliability for protection
    • H03K19/00315Modifications for increasing the reliability for protection in field-effect transistor circuits

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は出力バッファ回路に関し、たとえばEPROM(イ
レイザブル・プログラマブル・リード・オンリ・メモ
リ)に適用して有効な技術に関するものである。
The present invention relates to an output buffer circuit, and more particularly to a technique effective when applied to an EPROM (erasable programmable read only memory).

〔従来技術〕[Prior art]

EPROMにおいて、データ入出力端子に結合される出力バ
ッファ回路が、電源電圧が供給される相補型MOSFETから
構成されると、その出力電圧レベルを最大限電源電圧レ
ベルにすることができる。
In the EPROM, when the output buffer circuit coupled to the data input / output terminal is composed of a complementary MOSFET to which the power supply voltage is supplied, the output voltage level can be maximized to the power supply voltage level.

しかしながら、そのデータ入出力端子に信号伝送ライン
からのデータ信号のオーバーシュートや不所望なサージ
電圧によって電源電圧よりも比較的レベルの高い電圧が
印加されてしまうと、その電圧によって相補型MOSFETに
よって構成される寄生的なサイリスタが動作されてしま
い、その結果として回路の電源端子と接地端子との間に
異常な電流が流れるという所謂ラッチアップが生ずる。
However, if a voltage of a relatively higher level than the power supply voltage is applied to the data input / output terminal due to an overshoot of the data signal from the signal transmission line or an undesired surge voltage, the voltage is used to form a complementary MOSFET. The parasitic thyristor is operated, resulting in so-called latch-up in which an abnormal current flows between the power supply terminal and the ground terminal of the circuit.

この相補型MOS集積回路のラッチアップは、このような
相補型MOS集積回路の入出力端子に外部から加わる信号
によって引き起こされる。すなわち、集積回路の入出力
端子には、このような集積回路が実装される実装基板か
らなるような配線構造体に存在する無視し得ないインダ
クタンスやキャパシタンスによってもたらされる過渡的
な波形歪によって、この集積回路の電源電圧レベルを超
えるようなレベルの信号、言い換えるとオーバーシュー
ト成分がのった信号が加わる。
The latch-up of the complementary MOS integrated circuit is caused by a signal externally applied to the input / output terminal of such a complementary MOS integrated circuit. That is, the input / output terminals of the integrated circuit are affected by the transient waveform distortion caused by the non-negligible inductance and capacitance present in the wiring structure including the mounting board on which the integrated circuit is mounted. A signal having a level exceeding the power supply voltage level of the integrated circuit, in other words, a signal having an overshoot component is added.

たとえば、集積回路の出力バッファ回路が、Pチャンネ
ル型MOSFETとNチャンネル型MOSFETとからなるCMOSイン
バータ回路から構成される場合、外部から加わる信号に
オーバーシュートがあると、それによってPチャンネル
型MOSFETのドレイン電位がそのN型基板ゲート(すなわ
ちPチャンネル型MOSFETを形成する半導体領域)の電位
よりも高いものとなり、このようなPチャンネル型MOSF
ETのドレイン接合が順方向バイアス状態にされてしま
う。その結果、そのドレイン接合に順方向電流が流れて
しまう。このドレイン接合電流は、ドレイン接合をなす
半導体領域への少数キャリヤの注入を意味する。
For example, when the output buffer circuit of the integrated circuit is composed of a CMOS inverter circuit composed of a P-channel type MOSFET and an N-channel type MOSFET, if an externally applied signal has an overshoot, the drain of the P-channel type MOSFET is thereby caused. The potential becomes higher than the potential of the N-type substrate gate (that is, the semiconductor region forming the P-channel type MOSFET), and such a P-channel type MOSF is formed.
The ET drain junction is forward biased. As a result, a forward current flows in the drain junction. This drain junction current means injection of minority carriers into the semiconductor region forming the drain junction.

ここで、相補型MOS集積回路においては、Pチャンネル
型MOSFETのP型ドレイン、ソース、このPチャンネル型
MOSFETを形成するN型半導体領域、Nチャンネル型MOSF
ETのN型ドレイン、ソース、このNチャンネル型MOSFET
を形成するP型半導体領域等を持ち、それらによってPN
PN寄生サイリスタ素子ないしは寄生PNPトランジスタと
寄生NPNトランジスタとなりえる構造を含む。そこで、
上記のような少数キャリヤの注入が起こった場合、寄生
サイリスタ素子が起動され、この寄生サイリスタ素子の
動作によって電源端子に過大電流が流れてしまう、いわ
ゆるラッチアップが生ずる。
Here, in the complementary MOS integrated circuit, the P-type drain and source of the P-channel MOSFET
N-type semiconductor region forming MOSFET, N-channel type MOSF
N-type drain and source of ET, this N-channel MOSFET
Has a P-type semiconductor region that forms
Includes a structure that can be a PN parasitic thyristor element or a parasitic PNP transistor and a parasitic NPN transistor. Therefore,
When the minority carriers are injected as described above, the parasitic thyristor element is activated, and the operation of the parasitic thyristor element causes an excessive current to flow to the power supply terminal, so-called latch-up occurs.

従来、相補型MOS回路の外部端子に対するラッチアップ
対策は、例えば昭和59年11月30日オーム社発行の「LSI
ハンドブック」P403にも記載されているように、寄生サ
イリスタを構成する寄生バイポーラトランジスタの電流
増幅率が充分低下するように、外部出力端子につながる
Nチャンネル型MOSFETとPチャンネル型MOSFETとを充分
離してそれらをボンディングパッド周囲に配置したりす
ることで対処されていた。
Conventionally, as a measure for latch-up to the external terminal of the complementary MOS circuit, for example, "LSI issued on November 30, 1984 by Ohmsha"
As described in "Handbook" P403, the N-channel type MOSFET and the P-channel type MOSFET connected to the external output terminal are charged and separated so that the current amplification factor of the parasitic bipolar transistor forming the parasitic thyristor is sufficiently reduced. It has been dealt with by arranging them around the bonding pad.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、記憶容量増大の要請にともなってEPROM
を構成するMOSFETが微細化されると、従来の対策では充
分にラッチアップを防止することができないことが明ら
かになった。。本発明者等の検討によれば、例えばチャ
ンネル長が1.3μm程度の集積回路製造プロセスを用い
た場合、データ入出力端子に電源電圧よりも1〔V〕程
度高い直流電圧が印加されると容易にラッチアップを生
じ、信頼性が著しく低下してしまうことが明らかになっ
た。そこで、本発明者等は出力バッファ回路のラッチア
ップ対策のために出力最終段を直列接続された一対のN
チャンネル型MOSFETによって構成することを検討した
が、その場合には最大出力電圧レベルがNチャンネル型
MOSFETのしきい値電圧分だけ低下してしまう。
However, with the demand for increased storage capacity, EPROM
It has become clear that the conventional measures cannot sufficiently prevent latch-up when the MOSFETs that make up the device are miniaturized. . According to a study by the present inventors, for example, when an integrated circuit manufacturing process with a channel length of about 1.3 μm is used, it is easy to apply a DC voltage higher than the power supply voltage by about 1 [V] to the data input / output terminals. It has become clear that latch-up occurs in and the reliability is significantly reduced. Therefore, the inventors of the present invention have used a pair of Ns in which the final output stage is connected in series as a measure against latch-up of the output buffer circuit.
We considered using a channel-type MOSFET, but in that case, the maximum output voltage level was N-channel type.
It is reduced by the threshold voltage of the MOSFET.

すなわち、出力バッファ回路のラッチアップ対策を考慮
して出力MOSFETがNチャンネル型MOSFETのみからなる場
合、外部から加わる信号にオーバーシュートがあって
も、Nチャンネル型MOSFETのドレインに加わる電位は正
の範囲内であり、ドレイン接合は逆バイアス状態に維持
される。従ってこの場合には、ラッチアップ動作のトリ
ガとなる少数キャリヤの注入が生じないことにより、ラ
ッチアップ動作の発生を防ぐことができる。
In other words, when the output MOSFET is composed of only N-channel type MOSFET in consideration of the latch-up countermeasure of the output buffer circuit, the potential applied to the drain of the N-channel type MOSFET is in the positive range even if the signal applied from the outside has an overshoot. , And the drain junction remains reverse biased. Therefore, in this case, the injection of the minority carriers that triggers the latch-up operation does not occur, so that the latch-up operation can be prevented from occurring.

しかしこの場合、ラッチアップを防ぐことができるとい
う利点があるが、Nチャンネル型MOSFETによる電圧損失
により出力すべき信号のレベルを電源電圧いっぱいまで
上昇させることができないという別の解決すべき課題が
生ずる。
However, in this case, although there is an advantage that latch-up can be prevented, another problem to be solved occurs that the level of the signal to be output cannot be raised to the full power supply voltage due to the voltage loss due to the N-channel MOSFET. .

本発明の目的は、入出力端子に結合される出力最終段の
ラッチアップを防止することができる出力バッファ回路
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an output buffer circuit capable of preventing latch-up of the final output stage coupled to an input / output terminal.

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろ
う。
The above and other objects and novel characteristics of the present invention are
It will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、入
出力端子(外部端子)に結合される出力最終段としての
直列接続された一対のNチャンネル型MOSFET(第2導電
型の第1MOSFETおよび第2MOSFET)の結合ノードと電源端
子との間に、半導体基板上に絶縁膜を介して形成される
抵抗素子と、N型ウェル領域(第2導電型のウェル領
域)に形成されるPチャンネル型MOSFET(第1導電型の
第3MOSFET)とを直列に設けたものである。
The outline of a typical one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, between the power supply terminal and the coupling node of a pair of series-connected N-channel MOSFETs (first and second MOSFETs of the second conductivity type) connected in series as the final output stage coupled to the input / output terminals (external terminals). , A resistor element formed on the semiconductor substrate via an insulating film and a P-channel MOSFET (first conductivity type third MOSFET) formed in the N type well region (second conductivity type well region) in series It was installed in.

〔作用〕[Action]

上記した手段によれば、Nチャンネル型MOSFETのしきい
値電圧に応じた出力電圧の降下がオン状態のPチャンネ
ル型MOSFETによって補われ、且つ、Pチャンネル型MOSF
ETを介して構成される寄生PNPトランジスタのベース電
流が抵抗素子によって制限されることによりラッチアッ
プが防止される。
According to the above means, the drop of the output voltage according to the threshold voltage of the N-channel type MOSFET is compensated by the P-channel type MOSFET in the ON state, and the P-channel type MOSF.
Latch-up is prevented by limiting the base current of the parasitic PNP transistor configured via ET by the resistance element.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の1実施例である出力バッファ回路を示
す回路図である。この出力バッファ回路は、第2図に示
されるEPROMに適用される。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an output buffer circuit which is an embodiment of the present invention. This output buffer circuit is applied to the EPROM shown in FIG.

第2図においてMAはメモリアレイであり、その詳細は図
示しないが、FAMOS(フローティングゲート・アバラン
シェ・インジェクション・絶縁ゲート電界効果トランジ
スタ)を記憶素子とするもので、マトリクス配置された
これらFAMOSの内、同一行に配置されたものはそのコン
トロールゲートが夫々の行に対応したワード線W1乃至Wm
に結合され、同一列に配置されたものはそのドレインが
夫々の列に対応するデータ線D1乃至Dnに結合される。
In FIG. 2, MA is a memory array, and although details thereof are not shown, FAMOS (floating gate, avalanche injection, insulated gate field effect transistor) is used as a memory element, and among these FAMOSs arranged in a matrix, Those arranged in the same row have word lines W 1 to Wm whose control gates correspond to the respective rows.
And the drains of those arranged in the same column are coupled to the data lines D 1 to Dn corresponding to the respective columns.

上記ワード線W1乃至Wmはロウデコーダ回路RDECの出力端
子に結合される。ロウデコーダ回路RDECはロウアドレス
信号Ariを受け、それによって所定のワード線を選択す
るための選択信号を形成する。
The word lines W 1 to Wm are coupled to the output terminals of the row decoder circuit RDEC. The row decoder circuit RDEC receives the row address signal Ari and thereby forms a selection signal for selecting a predetermined word line.

上記データ線D1乃至Dnに対しては、カラムアドレス信号
Acjに従って所定のデータ線を選択するための選択信号
を形成するカラムデコーダ回路CDECが設けられている。
各データ線D1乃至Dnは、上記カラムデコーダ回路CDECに
よって形成された選択信号を受けてスイッチ制御される
カラム選択回路CSWを介して共通データ線CDに接続され
る。この共通データ線CDは、所定の記憶素子から読み出
されたデータを増幅するセンスアンプSA及び当該センス
アンプSAからの出力を受ける出力バッファ回路BOに接続
され、また、所定の記憶素子に書き込みデータを供給す
る入力バッファ回路BIに接続される。上記出力バッフア
回路BOの出力端子及び入力バッファ回路BIの入力端子は
メモリ(集積回路)の外部端子としての入出力端子I/O
に共通接続されている。なお、上記入力バッファ回路BI
を介して供給された書き込みデータに基づいて所定の記
憶素子をプログラムするための高電圧発生回路などが含
まれるプログラム系については第2図に示されていな
い。
Column address signals for the data lines D 1 to Dn
A column decoder circuit CDEC for forming a selection signal for selecting a predetermined data line according to Acj is provided.
Each of the data lines D 1 to Dn is connected to the common data line CD via a column selection circuit CSW which is switch-controlled by receiving a selection signal formed by the column decoder circuit CDEC. The common data line CD is connected to a sense amplifier SA that amplifies data read from a predetermined storage element and an output buffer circuit BO that receives an output from the sense amplifier SA, and write data to a predetermined storage element. Is connected to an input buffer circuit BI which supplies The output terminal of the output buffer circuit BO and the input terminal of the input buffer circuit BI are input / output terminals I / O as external terminals of the memory (integrated circuit).
Commonly connected to. The input buffer circuit BI
A programming system including a high-voltage generating circuit for programming a predetermined storage element based on write data supplied through is not shown in FIG.

次に上記出力バッファ回路BOの詳細を第1図に基づいて
説明する。
Next, details of the output buffer circuit BO will be described with reference to FIG.

この出力バッフア回路BOは、Pチャンネル型MOSFETQ1及
びNチャンネル型MOSFETQ2によって構成される2段接続
された相補型MOSインバータ回路(以下単にCMOSインバ
ータ回路とも称する)I1及びI2と、同様の1段のCMOSイ
ンバータ回路I3とによって構成されるような増幅段を有
する。なお、この増幅段のCMOSインバータ回路I1〜I
3は、その出力端子に外部からのオーバーシュートを含
む信号を受けるものではないので、ラッチアップ動作に
直接的に関係するものではなく、さらに比較的小さなチ
ャンネル幅とチャンネル長の比のMOSFETが使用されるた
めに、入出力端子I/Oから離れた位置にレイアウトする
ことができ、従ってこれらのCMOSインバータ回路I1〜I3
のラッチアップ対策は、Pチャンネル型MOSFETQ1とNチ
ャンネル型MOSFETQ2とを充分に離してボンディングパッ
ド周囲に配置するなどの従来からの方法により施すこと
ができる。
The output buffer circuit BO is a complementary MOS inverter circuit (hereinafter also simply referred to as a CMOS inverter circuit) I 1 and I 2 that is connected in two stages and is composed of a P-channel type MOSFET Q1 and an N-channel type MOSFET Q2. Of the CMOS inverter circuit I 3 and the amplification stage. The CMOS inverter circuits I 1 to I of this amplification stage
Since 3 does not receive a signal including an overshoot from the outside at its output terminal, it is not directly related to latch-up operation, and a MOSFET with a relatively small channel width to channel length ratio is used. Therefore, it can be laid out at a position away from the input / output terminal I / O, and therefore these CMOS inverter circuits I 1 to I 3 can be laid out.
The latch-up countermeasure can be implemented by a conventional method such as arranging the P-channel type MOSFET Q1 and the N-channel type MOSFET Q2 sufficiently apart from each other around the bonding pad.

上記CMOSインバータ回路I1及びI3の入力端子には上記セ
ンスアンプSAからの出力電圧が供給され、それによっ
て、上記CMOSインバータ回路I2及びI3の出力端子からは
相補レベルの増幅出力が得られる。
The output voltage from the sense amplifier SA is supplied to the input terminals of the CMOS inverter circuits I 1 and I 3 , so that complementary level amplified outputs are obtained from the output terminals of the CMOS inverter circuits I 2 and I 3. To be

CMOSインバータ回路I2及びI3の出力端子は、電源端子Vc
cと接地端子のような基準端子との間に直列接続された
出力段としての一対のNチャンネル型MOSFETQ3,Q4のゲ
ートに夫々結合される。これらMOSFETQ3及びQ4は、その
出力端子としての結合ノードNが上記入出力端子I/Oに
接続され、相補レベルの入力電圧に基づいて相補的にス
イッチ制御されることにより、センスアンプSAからの出
力電圧レベルに応じた出力を入出力端子I/Oに供給す
る。
The output terminals of the CMOS inverter circuits I 2 and I 3 are the power supply terminals Vc
They are respectively coupled to the gates of a pair of N-channel type MOSFETs Q3 and Q4 as an output stage connected in series between c and a reference terminal such as a ground terminal. These MOSFETs Q3 and Q4 are connected to the input / output terminal I / O at the coupling node N as their output terminals, and are complementarily switch-controlled based on the input voltage of the complementary level, so that the output from the sense amplifier SA. The output according to the voltage level is supplied to the I / O terminal.

斯る出力段は、入出力端子I/Oに結合される素子が一対
のNチャンネル型MOSFETQ3及びQ4によって構成されてい
る。そのため、それらMOSFETQ3及びQ4の相互はサイリス
タ構造を形成しないので、それらによってラッチアップ
を生ずるおそれはない。しかしながら結合ノードNから
の出力がハイレベルにされるとき、その出力レベルは電
源電圧レベルに対してMOSFETQ4のほぼしきい値電圧分だ
け降下される。
In such an output stage, an element coupled to the input / output terminal I / O is composed of a pair of N-channel type MOSFETs Q3 and Q4. Therefore, the MOSFETs Q3 and Q4 do not form a thyristor structure with each other, and there is no risk of latch-up by them. However, when the output from coupling node N is set to the high level, the output level is lowered by about the threshold voltage of MOSFET Q4 with respect to the power supply voltage level.

本実施例においては、この電圧降下分を補うため、上記
MOSFETQ3及びQ4の結合ノードNと電源端子Vccとの間
に、ゲートが上記CMOSインバータ回路I1の出力端子に結
合されることによって上記MOSFETQ3と同相でオン動作さ
れるPチャンネル型MOSFETQ5が設けられる。斯るMOSFET
Q5は、上記MOSFETQ3と共にオン状態にされたとき、その
MOSFETQ3を介して結合ノードNに出力される電圧レベル
を電流電圧レベルまで昇圧する補助的機能を果すもので
ある。よって、当該MOSFETQ5はその電流供給能力が比較
的低いようなサイズの小さなもので充分その機能を発揮
することができる。例えばMOSFETQ3乃至Q4の相互が互い
に同じチャンネル長をもつようにされる場合、MOSFETQ3
に対するMOSFETQ5のチャンネル幅が1/10程度であっても
その機能は充分に発揮される。
In this embodiment, in order to compensate for this voltage drop,
Between the coupling node N of the MOSFETs Q3 and Q4 and the power supply terminal Vcc, there is provided a P-channel MOSFET Q5 which is turned on in the same phase as the MOSFET Q3 by having its gate coupled to the output terminal of the CMOS inverter circuit I 1 . Such MOSFET
When Q5 is turned on with MOSFET Q3 above, its
It has an auxiliary function of boosting the voltage level output to the coupling node N via the MOSFET Q3 to the current voltage level. Therefore, the MOSFET Q5 can sufficiently exhibit its function even if it has a small size such that its current supply capability is relatively low. For example, if MOSFETs Q3 to Q4 have the same channel length as each other, MOSFET Q3
Even if the channel width of the MOSFET Q5 is about 1/10, the function is sufficiently exhibited.

上記Pチャンネル型MOSFETQ5はその構造上Nチャンネル
型MOSFETQ4と共に相補型MOS回路を構成することになる
ので、それらに寄生するトランジスタによってサイリス
タ構造が形成される。よって、入出力端子I/Oに電源電
圧よりも比較的高い電圧が印加されてそのサイリスタが
オン状態にされれば、ラッチアップを生ずることになる
が、上述の如くMOSFETQ5のサイズはその機能上極めて小
さくすることができるから、寄生サイリスタを構成する
バイポーラトランジスタが動作されてしまった場合の電
流増幅率が充分低下するように、入出力端子I/Oにつな
がるNチャンネル型MOSFETQ4とPチャンネル型MOSFETQ5
とを充分離してボンディングパッド周囲に配置したり、
或いは、MOSFETQ5の回りにガードリングを形成するとい
った従来からのラッチアップ対策を効果的に施すことが
できる。
Since the P-channel MOSFET Q5 constitutes a complementary MOS circuit together with the N-channel MOSFET Q4 due to its structure, a thyristor structure is formed by transistors parasitic to them. Therefore, if a voltage higher than the power supply voltage is applied to the input / output terminal I / O and the thyristor is turned on, latch-up will occur, but as mentioned above, the size of MOSFET Q5 depends on its function. Since it can be made extremely small, the N-channel MOSFET Q4 and the P-channel MOSFET Q5 connected to the input / output terminal I / O are sufficiently reduced so that the current amplification factor when the bipolar transistor forming the parasitic thyristor is operated is sufficiently reduced.
And separate and place around the bonding pad,
Alternatively, the conventional latch-up countermeasure such as forming a guard ring around the MOSFET Q5 can be effectively applied.

第3図は上記MOSFETQ4及びMOSFETQ5によって構成される
相補型MOS回路の概念的構造を示す断面図である。MOSFE
TQ4はP型半導体基板PSubに形成されたN+不純物領域
のソースNS及びドレインNDを有し、MOSFETQ5はP型半導
体基板PSubのN型ウェル領域NWに形成されたP+不純物
領域のソースPS及びドレインPDを有する。
FIG. 3 is a sectional view showing a conceptual structure of a complementary MOS circuit constituted by the MOSFET Q4 and MOSFET Q5. MOSFE
TQ4 has a source NS and a drain ND of an N + impurity region formed in the P-type semiconductor substrate PSub, and a MOSFET Q5 has a source PS and a drain PD of a P + impurity region formed in the N-type well region NW of the P-type semiconductor substrate PSub. Have.

斯る構造において、ラッチアップ現像を生ずる一般的な
メカニズムは次の通りである。即ち、電源電圧よりも比
較的高い電圧が入出力端子I/Oに印加されると、P型半
導体基板PSubに電流が流れることによって、寄生NPNト
ランジスタTr1が順バイアスされ、それによってトラン
ジスタTr1がオン状態にされる。このトランジスタTr1
コレクタ電流は電源端子Vccから流れるため、ウェル領
域NWに電位勾配を生じ、それによって寄生PNPトランジ
スタTr2のベースが順方向にバイアスされる。その結果
トランジスタTr2もオン状態にされ、オン状態のトラン
ジスタTr1及びTr2において、サイリスタ現象が発生して
素子破壊につながる大電流が流れる。
In such a structure, the general mechanism that causes latch-up development is as follows. That is, when a voltage relatively higher than the power supply voltage is applied to the input / output terminal I / O, a current flows through the P-type semiconductor substrate PSub, whereby the parasitic NPN transistor Tr 1 is forward-biased, whereby the transistor Tr 1 is transferred. Is turned on. Since the collector current of the transistor Tr 1 flows from the power supply terminal Vcc, a potential gradient is generated in the well region NW, which causes the base of the parasitic PNP transistor Tr 2 to be forward biased. As a result, the transistor Tr 2 is also turned on, and in the transistors Tr 1 and Tr 2 in the on state, a thyristor phenomenon occurs and a large current that leads to element destruction flows.

本発明者等は、このようなラッチアップ現象の基因にな
る基板電流の発生について検討した結果、MOSFETQ5のド
レインPDにつながる寄生PNPトランジスタTr0のベース電
流が所定の臨界値を越えたとき、トランジスタTr1のベ
ースが順バイアスされるような基板電流を生ずることを
みいだした。そこで、入出力端子I/Oと電源端子Vccとの
間で流れるようなトランジスタTr0のベース電流が臨界
値を越えないようにその電流を制御するため、入出力端
子I/OとMOSFETQ5のドレインPDとの間に抵抗素子Rが結
合される。この抵抗素子Rは、トランジスタTr0がオン
状態にされるときのベース電流の臨界値と、入出力端子
I/Oに印加される電圧の許容上限値との関係において、
トランジスタTr0のオン動作を阻止し得るようにそのベ
ース電流を制御するに足る程度の抵抗値に設定される。
抵抗素子Rは、例えばP型半導体基板PSubにウェル領域
を形成し、このウェル領域に2つの電極を設けることに
よって形成することができる。しかしながら、このよう
にウェル領域によって抵抗素子を形成する場合、入出力
端子I/Oに加わってしまうサージ電圧のような異常電圧
によって、ウェル領域と半導体基板との間のPN接合が順
方向バイアス状態にされてしまい、その結果、半導体基
板に、ラッチアップ動作を助長する電流が流れてしまう
おそれを小さくするために、抵抗素子Rは、例えば、半
導体基板PSub上にシリコン酸化膜からなるような絶縁膜
を介して形成された多結晶シリコン層のような抵抗層か
ら構成された方が望ましい。半導体基板PSubから絶縁さ
れた抵抗層は、必要ならば、レーザ光のような加工手段
によってトリミング可能である。特に、このような抵抗
素子Rがトリミングによって抵抗値設定可能なものであ
れば、その設定作業は極めて便利になる。このようにし
て抵抗素子Rが設けられると、ラッチアップを生じない
範囲で入出力端子I/Oに印加することができる電圧の上
限値は、電源電圧レベルよりもはるかに高くすることが
できる。したがって、誤操作などによって入出力端子I/
Oに印加すべき書き込み電圧が比較的高くされてもラッ
チアップは確実に防止される。
As a result of studying the generation of the substrate current that causes such a latch-up phenomenon, the present inventors have found that when the base current of the parasitic PNP transistor Tr 0 connected to the drain PD of the MOSFET Q5 exceeds a predetermined critical value, We have found that the base of Tr 1 produces a substrate current that is forward biased. Therefore, in order to control the base current of the transistor Tr 0 that flows between the input / output terminal I / O and the power supply terminal Vcc so as not to exceed the critical value, the input / output terminal I / O and the drain of the MOSFET Q5 are controlled. The resistance element R is coupled to the PD. This resistance element R is connected to the critical value of the base current when the transistor Tr 0 is turned on and the input / output terminal
In relation to the upper limit of the voltage applied to I / O,
The resistance value is set to a level sufficient to control the base current of the transistor Tr 0 so as to prevent it from turning on.
The resistance element R can be formed, for example, by forming a well region in the P-type semiconductor substrate PSub and providing two electrodes in this well region. However, when the resistance element is formed by the well region as described above, an abnormal voltage such as a surge voltage applied to the input / output terminal I / O causes the PN junction between the well region and the semiconductor substrate to be in the forward bias state. In order to reduce the risk that a current that promotes the latch-up operation will flow through the semiconductor substrate as a result, the resistance element R is formed of, for example, an insulating film made of a silicon oxide film on the semiconductor substrate PSub. It is desirable to be composed of a resistance layer such as a polycrystalline silicon layer formed through a film. The resistance layer insulated from the semiconductor substrate PSub can be trimmed by a processing means such as laser light if necessary. In particular, if such a resistance element R has a resistance value that can be set by trimming, the setting operation becomes extremely convenient. When the resistance element R is provided in this way, the upper limit value of the voltage that can be applied to the input / output terminal I / O can be set to be much higher than the power supply voltage level within the range where latch-up does not occur. Therefore, I / O terminal I /
Even if the write voltage to be applied to O is made relatively high, latch-up is surely prevented.

以上の説明から明らかなように本実施例においては次の
効果を得ることができる。
As is clear from the above description, the following effects can be obtained in this embodiment.

(1)出力段はNチャンネル型MOSFETQ3及びQ4によつて
構成されるから、それ自体によってラッチアップを生ず
ることはない。
(1) Since the output stage is composed of N-channel type MOSFETs Q3 and Q4, latch-up does not occur by itself.

(2)出力段を構成するNチャンネル型MOSFETQ3及びQ4
の結合ノードNと電源端子Vccとの間にPチャンネル型M
OSFETQ5が設けられているから、Nチャンネル型MOSFETQ
3のしきい値電圧に応じた出力ノードNの電圧降下はオ
ン状態のPチャンネル型MOSFETQ5によって補われ、それ
によって入出力端子I/Oにおける出力電圧レベルを最大
限電源電圧レベルまで採ることができる。
(2) N-channel MOSFETs Q3 and Q4 that make up the output stage
P-channel type M between the connection node N and the power supply terminal Vcc
Since OSFETQ5 is provided, N-channel MOSFETQ
The voltage drop of the output node N corresponding to the threshold voltage of 3 is compensated by the P-channel MOSFET Q5 in the ON state, whereby the output voltage level at the input / output terminal I / O can be maximized to the power supply voltage level. .

(3)Pチャンネル型MOSFETQ5は、MOSFETQ3を介して結
合ノードNに出力される電圧レベルを電源電圧レベルま
で昇圧する補助的機能を有するもので、その電流供給能
力が比較的低いようなサイズの小さなもので充分その機
能を発揮することができるから、相補型MOS回路を構成
するMOSFETQ4及びQ5を相互に離してレイアウトするなど
の従来のラッチアップ対策を講ずる上においてその自由
度を増すことができる。
(3) The P-channel MOSFET Q5 has an auxiliary function of boosting the voltage level output to the coupling node N via the MOSFET Q3 to the power supply voltage level, and has a small size such that its current supply capability is relatively low. Therefore, the flexibility can be increased in taking conventional latch-up measures such as laying out MOSFETs Q4 and Q5 forming the complementary MOS circuit so as to be separated from each other.

(4)MOSFETQ4及びQ5によって構成される相補型MOS回
路におけるラッチアップの基因となる寄生PNPトランジ
スタTr0のベース電流を規制してそのオン動作を阻止す
る抵抗素子Rが設けられるから、入出力端子I/Oに電源
電圧よりも比較的レベルの高い電圧が印加されてもラッ
チアップを確実に防止することができる。
(4) Since the resistance element R that restricts the base current of the parasitic PNP transistor Tr 0 that causes latch-up in the complementary MOS circuit formed by the MOSFETs Q4 and Q5 to prevent its ON operation is provided, the input / output terminal Even if a voltage having a relatively higher level than the power supply voltage is applied to the I / O, it is possible to reliably prevent the latch-up.

(5)上記(3)及び(4)の効果より、ラッチアップ
対策に対する信頼性を著しく向上させることができる。
(5) Due to the effects of the above (3) and (4), the reliability against the latch-up countermeasure can be significantly improved.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づいて
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々
変更可能であることはいうまでもない。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. There is no end.

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった技術分野であるEPROMの出力バッフ
ァ回路に適用した場合について説明したが、それに限定
されるものではなく種々の出力バッファ回路及びそれと
実質的に同様の機能を有する回路などに適用することが
できる。
In the above description, the case where the invention made by the present inventor is mainly applied to the output buffer circuit of the EPROM which is the background technical field has been described, but the present invention is not limited thereto and various output buffer circuits and it. It can be applied to a circuit having substantially the same function.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。
The following is a brief description of an effect obtained by the representative one of the inventions disclosed in the present application.

すなわち、外部入出力端子に結合される直列接続された
一対のNチャンネル型MOSFETの結合ノードと電源端子と
の間に、抵抗素子とPチャンネル型MOSFETとが直列接続
されることにより、Nチャンネル型MOSFETのしきい値電
圧に応じた出力電圧の降下がオン状態のPチャンネル型
MOSFETによって補われ、且つ、Pチャンネル型MOSFETを
介して構成される寄生PNPトランジスタのベース電流が
抵抗素子によって制限されることによりラッチアップが
防止される。
That is, a resistance element and a P-channel MOSFET are connected in series between a power supply terminal and a coupling node of a pair of N-channel MOSFETs connected in series that are coupled to an external input / output terminal. P-channel type with on-state output voltage drop according to MOSFET threshold voltage
The base current of the parasitic PNP transistor, which is supplemented by the MOSFET and configured through the P-channel type MOSFET, is limited by the resistance element to prevent latch-up.

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

第1図は本発明の1実施例である出力バッファ回路を示
す回路図、 第2図は出力バッファ回路が適用されるEPROMを示す機
能ブロック図、 第3図はラッチアップ現象を説明するための相補型MOS
回路の概念的構造を示す断面図である。 BO……出力バッファ回路、BI……入力バッファ回、I/O
……入出力端子、Q3,Q4……Nチャンネル型MOSFET、Q5
……Pチャンネル型MOSFET、R……抵抗素子。
1 is a circuit diagram showing an output buffer circuit according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a functional block diagram showing an EPROM to which the output buffer circuit is applied, and FIG. 3 is a diagram for explaining a latch-up phenomenon. Complementary MOS
It is sectional drawing which shows the conceptual structure of a circuit. BO: output buffer circuit, BI: input buffer circuit, I / O
...... Input / output terminals, Q3, Q4 …… N-channel MOSFET, Q5
... P-channel MOSFET, R ... resistive element.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/04 27/08 331 Z 29/788 29/792 H03K 17/08 C 9184−5J 19/0948 H01L 29/78 371 (72)発明者 古野 毅 東京都小平市上水本町1450番地 株式会社 日立製作所武蔵工場内 (56)参考文献 特開 昭58−48957(JP,A) 特開 昭60−227516(JP,A)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01L 27/04 27/08 331 Z 29/788 29/792 H03K 17/08 C 9184-5J 19 / 0948 H01L 29/78 371 (72) Inventor Takeshi Furuno 1450, Kamisuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo Inside Musashi Factory, Hitachi, Ltd. (56) Reference JP-A-58-48957 (JP, A) JP-A-60- 227516 (JP, A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電型の半導体基板の表面に形成さ
れ、外部端子に結合される出力最終段としての直列接続
された一対の第2導電型の第1MOSFETおよび第2MOSFETの
結合ノードと電源端子との間に、上記半導体基板上に絶
縁膜を介して形成される抵抗素子と、上記半導体基板の
第2導電型のウェル領域に形成される第1導電型の第3M
OSFETとが直列に設けられて成ることを特徴とする出力
バッファ回路。
1. A coupling node of a pair of second conductivity type first and second MOSFETs connected in series as a final output stage formed on the surface of a first conductivity type semiconductor substrate and coupled to an external terminal, and a power supply. A resistance element formed between the terminal and the semiconductor substrate via an insulating film, and a first conductivity type 3M formed in a well region of the second conductivity type of the semiconductor substrate.
An output buffer circuit characterized by being provided with an OSFET in series.
【請求項2】上記第3MOSFETは、そのチャンネル幅とチ
ャンネル長との比が、上記第1MOSFETよりも小さくされ
て成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の出
力バッファ回路。
2. The output buffer circuit according to claim 1, wherein the ratio of the channel width to the channel length of the third MOSFET is smaller than that of the first MOSFET.
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