JPH0770614B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPH0770614B2
JPH0770614B2 JP63147205A JP14720588A JPH0770614B2 JP H0770614 B2 JPH0770614 B2 JP H0770614B2 JP 63147205 A JP63147205 A JP 63147205A JP 14720588 A JP14720588 A JP 14720588A JP H0770614 B2 JPH0770614 B2 JP H0770614B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
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    • H01L27/0251Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices

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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、半導体基板上に相補型MOSトランジスタで形
成された例えばA/D変換器等に関し、特に入力保護のレ
イアウトに関する。
〔従来の技術〕
近年、半導体基板上に相補型MOSトランジスタで形成さ
れたA/D変換器においては、高速・高精度化がはかられ
ている。又自動車のエンジン制御等、ノイズの多い環境
で使用される場合が多くなっている。さて、これらのA/
D変換器は、通常複数の選択可能なアナログ入力チャネ
ルを有しているがノイズの多い環境で使用されている場
合、非選択のアナログチャネルからノイズが入り、この
ノイズによってA/D変換の精度が著るしく悪化する場合
が考えられる。
又、この特性の悪化は、交換精度の高いA/D変換器ほど
影響が大きい。従って今後A/Dの高精度化が進むにつれ
益々影響が大きくなると考えられる。すなわち、非選択
チャネルから入るノイズが変換精度に与える影響を小さ
くすることは、非常に重要な技術である。
従来、相補型MOS集積回路においては、入力端子の入力
保護として一般的に電源間(Vccと接地間)にダイオー
ドD1とD2とを直列接続し、入力端子とダイオードD1,D2
との間に抵抗Rを入れた第5図もしくは入力配線と電源
(Vccおよび接地)間にPチャンネルトランジスタMP1及
びNチャンネルトランジスタMN1を入れた第6図等の保
護回路が使用されている。たとえば、第6図のごとき入
力保護回路をレイアウトする場合、レイアウト面積を小
さくする目的等のため、第7図のごとくアナログ入力パ
ッド71,72,73の両側にPチャンネルトランジスタとNチ
ャンネルトランジスタを配置し、Pチャネルトランジス
タどうし、もしくはNチャネルトランジスタどうしをと
なり合わせに配置している。
又、第5図のごときダイオードD1,D2を用いる保護回路
においてもこれらダイオードは電源Vcc側(D1)がP+/N
接合を用い、接地側(D2)がN+/P接合を用いているが、
同様の理由でP+/nダイオードどうし、もしくはn+/pダイ
オードどうしをとなり合わせに配置している。
〔発明が解決しようとする課題〕
実際にA/D変換を行なう場合、複数のアナログ入力チャ
ネルのうち1個が選択され、ディジタルコードに変換す
べきアナログ電圧が選択されたアナログ入力パッドから
アナログ入力チャンネルに入力されるわけであるが、た
とえば、アナログ入力パッド72が選択されている場合を
考える。ここで当然のことながら他のアナログ入力チャ
ネルは非選択状態にあるが、たとえばアナログ入力パッ
ド1からGNDレベル以下のノイズが入った場合を考え
る。ここで入力保護回路が従来のごとくPチャネルMOS
トランジスタどうし、もしくはnチャネルトランジスタ
どうしをとなり合わせに配置していたとする。この場合
nチャネルトランジスタどうしが、となり合わせに配置
された部分、すなわち、第7図のA−A′部分が存在す
る。第8図にA−A′部分の断面図を示す。P型基板1
にN+ドレイン2,5とN+ソース3,4で2つのNチャネルMOS
トランジスタを形成し、各NチャンネルMOSトランジス
タの周りをP+チャンネルストッパー6,7,8で囲んでい
る。前記のごとく、アナログ入力パッド71からGND以下
のノイズが入った場合アナログ入力パッド71に接続され
たn+拡散層2は、GND電位のP型基板1に対して順方向
にバイアスされ、n+拡散層2からP型基板1に電子が注
入される。この電子はバイポーラ動作で他のn+拡散層3,
4,5に吸収されるが、このうち、GNDに接続されたn+拡散
層3,4に吸収された電子は、低インピーダンスのGNDに流
れ込み問題はない。しかし、選択されているアナログ入
力パッド72に接続されたn+拡散層2に電子が吸収される
と変換誤差が発生する。すなわちアナログ入力配線に
は、通常保護のため半導体集積回路装置外に10KΩ〜100
KΩ程度の保護抵抗が直列に接続される。従って、アナ
ログ入力は、必ずしも低インピーダンスではなく、吸収
された電子が流れ込むと、外付け抵抗による電位降下が
アナログ入力パッド72の部分の電位が真のアナログ電位
より低くなってしまう。従って、この低くなった電位を
A/D変換すれば当然真のアナログ電位とは異なったディ
ジタルコードに変換されてしまい、変換誤差が生じたよ
うに見えてしまう。
次に、同じくアナログ入力パッド72が選択されていて、
アナログ入力パッド73からVcc以上の電位のノイズが入
ったとする。入力保護部には、PチャネルMOSトランジ
スタどうしがとなり合わせに配置されている部分すなわ
ち第7図のB−B′部分が存在する。第9図にB−B′
の断面図を示す。P型基板1に形成したNウェル9にP+
ソース11,12とP+ドレイン10,13で2つのPチャンネルMO
Sトランジスタを形成し、各PチャンネルMOSトランジス
タをN+チャンネルストッパー14,15,16で囲んでいる。ア
ナログ入力パッド73にVcc以上の電位のノイズが入る
と、アナログ入力パッド73に接続されたP+拡散層13とVc
c電位のNウェル9は順方向バイアスされP+拡散層13か
らNウェル9にホールが注入される。このホールはNウ
ェル9中を拡散し、大部分はP型基板1に注入される
が、1部はNウェル9内のP+拡散層に吸収される。この
うち、Vcc電位のP+拡散層11,12に吸収されたホールは、
インピーダンスの低いVccに流れ込み、影響はない。但
し、アナログ入力パッド72に接続されたP+拡散層10にホ
ールが吸収されると前記と同じ理由でアナログ入力パッ
ド72の部分の電位は真のアナログ電位よりも高くなり変
換誤差を生じてしまう。
すなわち、入力保護部において従来のごとくPチャネル
トランジスタどうし、及び、nchトランジスタどうしを
となり合わせに配置した場合、非選択チャネルからGND
以下もしくはVcc以上の電位のノイズが入るとA/D変換器
は変換誤差を生じてしまう。
以上説明したのは、入力保護に第6図のごとくnチャネ
ル,pチャネルのOFFトランジスタMP1,MN1を用いた場合で
あるが、第5図のごとくn+/p,p+/nのダイオードD1,D2を
用いた場合でも全く同様である。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、第1導電型の半導体基板上に第2導電型の島
状領域を形成し、該第1導電型半導体基板表面に第2導
電型のMOSトランジスタ、第2導電型の島上領域表面に
第1導電型のMOSトランジスタを形成してなり、複数の
入力端子を有する相補型半導体集積回路に於いて、該入
力端子の入力保護として、ダイオードを形成するための
第1導電型の拡散層と第2導電型の拡散層もしくは前記
第1の導電型のMOSトランジスタと前記第2の導電型のM
OSトランジスタが前記第1導電型の半導体基板上と前記
第2導電型の島状領域に交互に配置されたものである。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例を図面を用いてより詳細に説明す
る。尚説明は、入力保護として、nチャネル,pチャネル
のOFFトランジスタを使用した場合に関して行なう。
第1図に本発明の一実施例の平面図を示す。レイアウト
は従来と異なりNチャネルMOSトランジスタとPチャン
ネルMOSトランジスタを交互に配置している。ここで、
前記と同様アナログ入力パッド72が選択されていて非選
択のアナログ入力パッド71からGNDレベル以下の電位の
ノイズが入ったとする。ここでアナログ入力パッド72の
接続されたアナログ入力チャネルへの影響を考える。第
1図のC−C′断面を第2図に示す。N+領域17と18で形
成されるNチャンネルトランジスタとN+領域21と22で形
成されるNチャンネルトランジスタとの間にNウェル41
巾に形成されたP+領域19と20とで形成されるPチャンネ
ルトランジスタが配置されている。ここでアナログ入力
パッド1に接続されたn+拡散層17から電子が注入される
わけであるが、注入源となる拡散層17とアナログ入力パ
ッド72に接続されたn+拡散層21との間には、比較的深い
Nウェル41が存在する。従ってこのNウェルがコレクタ
となり拡散してきた電子は、大部分このNウェル41に吸
収される。Nウェル41に吸収された電子は、Nウェル41
内では多数キャリアでありそのままドリフトでNウェル
41の電位固定用のn+拡散層25又は26に流れ込み何ら悪影
響を及ぼさない。又注入源のn+拡散層17とn+拡散層21の
距離が長くなった効果も重なって実験ではアナログ入力
パッド71から同じノイズ入った場合、アナログ入力パッ
ド72に到達する電子の量は従来のレイアウトパターンの
1/10程度に激減している。
次に、アナログ入力パッド72が選択されていて、アナロ
グ入力パッド73からVccレベル以上の電位のノイズが入
った場合の影響を考える。第1図のD−D′断面図を第
3図に示す。この場合、アナログ入力パッド73に接続さ
れたP+拡散層34からホールが注入されるが、アナログ入
力パッド72に接続されたP+拡散層30はP+拡散層34の存在
するNウェル43とは別のNウェル42内にあり、P型基板
1内で多数キャリアであるホールは、Nウェル42とP型
基板1の間のポテンシャル差から考えてNウェル42内に
は入れない。従って、Vcc以上の電位のノイズによる影
響は全くなくなる。P型基板1内に入ったホールは、基
板電位固定用のP+拡散層38,37等に吸収され、全く問題
は発生しない。
第4図に本発明の他の実施例の平面図を示す。前述の実
施例ではアナログ入力の入力保護としてnチャネル,pチ
ャネルのOFFトランジスタを用いた場合に関して説明し
たが、本実施例では、入力保護としてn+/p,p+/nダイオ
ードを用いた場合に関して説明する。この場合、N+拡散
層41中に形成したP+拡散層42で形成するダイオード(P+
/N)とP拡散層43中に形成したN+拡散層44で形成したダ
イオード(N+/P)とが交互に配置されている。従って、
断面図は前記第2図,第3図のnチャネルMOSトランジ
スタがn+/pダイオードのn+拡散層に、又pチャネルMOS
トランジスタがP+/NダイオードのP+拡散層に入れ換わる
だけで、効果は前記の実施例の場合と全く同様となる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、複数の選択可能なアナ
ログ入力チャネルを持つA/D変換器において、入力保護
のPチャンネルトランジスタ(P+/Nダイオード)とNチ
ャンネルトランジスタ(N+/Pダイオード)を交互に配置
することにより非選択のアナログ入力チャネルから入る
ノイズによって発生する変換精度の悪化を著るしく小さ
くし、より信頼度の高いA/D変換器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例の平面図である。第2図及
び第3図は、本発明の一実施例の各部の断面図である。
第4図は、本発明の他の実施例の平面図である。第5
図,第6図は、一般的な入力保護回路の回路図である。
第7図は、従来例の断面図、第8図,第9図は、従来例
の断面図である。 D1……P+/Nダイオード、D2……N+/Pダイオード、MP1…
…PチャネルMOSトランジスタ、MN1……NチャネルMOS
トランジスタ、1……P型基板、9,41,42,43……Nウェ
ル、2,3,4,5,17,18,21,22,31,32……n+拡散層、10,11,1
2,13,19,20,29,30,33,34,……p+拡散層、6,7,8,23,24,2
7,28,37,38……基板電位固定用P+拡散層、14,15,16,25,
26,35,36,39,40……Nウェル電位固定用n+拡散層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型の半導体基板上に第2導電型の
    島状領域を形成し、該第1導電型半導体基板表面に第2
    導電型のMOSトランジスタ、第2導電型の島上領域表面
    に第1導電型のMOSトランジスタを形成してなり、複数
    の入力端子を有する相補型半導体集積回路に於いて、該
    入力端子の入力保護として、ダイオードを形成するため
    の第1導電型の拡散層と第2導電型の拡散層もしくは前
    記第1の導電型のMOSトランジスタと前記第2の導電型
    のMOSトランジスタが前記第1導電型の半導体基板上と
    前記第2導電型の島状領域に交互に配置されることを特
    徴とする半導体集積回路装置。
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US07/677,618 US5182621A (en) 1988-06-14 1991-03-27 Input protection circuit for analog/digital converting semiconductor

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SE455552B (sv) * 1985-02-26 1988-07-18 Asea Ab Halvledaranordning innefattande en overspenningsskyddskrets
JPS61218163A (ja) * 1985-03-25 1986-09-27 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置

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