JPH0846132A - 保護回路 - Google Patents
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Abstract
使いを無くし、従来の保護ダイオードに起因するラッチ
アップ問題を生じないようにする。 【構成】集積回路に対してESD保護を行う入力回路で
あって、Vddパッドと、Vssパッドと、複数の入力
および出力パッドと、Vdd電源線と、Vss電源線と
を備えている入力回路である。ESD電流を流すことが
できる十分に大きなダイオードが、VssパッドとVd
d電源線との間に直接的に配置されており、入力パッド
は各ダイオードを介してVdd電源線に接続されてい
る。
Description
electrostatic discharge )から集積回路を保護する保
護回路に関するものである。
あるいはバイポーラ型集積回路のようなモノリシックI
C回路における一般的な問題である。静電気は、集積回
路のリード端子を介して放電されると壊滅的な破損を引
き起こす高電圧を作り出すことができる。従来において
は、例えばCMOS回路を、Vdd電源線に接続するダ
イオードおよびVss電源線に接続するダイオードを従
えた入力抵抗を各入力パッド毎に用いて保護することが
知られている。入力パッドと電源Vssとの間のESD
放電に対する保護のために、電源Vssに接続する個別
のダイオードが各入力パッド毎に用いられていた。
問題というのは、電源Vssに接続するダイオードが各
入力パッドに接続され、重要なチップ面積(ダイ領域:
die area)を使い尽くしてしまうために、コス
ト的な不利益を招くことである。さらに、Vssダイオ
ードは保護すべき集積回路である能動回路網の近傍に存
在するため、保護ダイオードに起因するラッチアップと
いう問題を防ぐための処置を施さなければならない。
積回路をESDから保護する保護回路であって、Vdd
パッド、Vssパッド、複数の入力および出力パッド、
Vdd電源線およびVss電源線を備えた保護回路を提
供するものである。この発明によれば、ESD電流を十
分に流す単一のダイオード、(あるいは保護回路網)
が、VssパッドとVdd電源線との間に直接配置され
ており、これにより、各入力パッドをVss電源線に個
別のダイオードで接続する必要がない。入力/出力パッ
ドからVssに至る保護回路は、I/Oパッドに接続す
るダイオードと、環状の切り出し部および基板(scr
ibe ring and substrate)と、
Vssに接続する同様のダイオードとを介して完成す
る。
Vssパッドとの間で発生するESDに対する保護水準
を、異なる信号パッド間で達成されている保護水準と同
程度の水準まで高める。さらに、これは、チップ面積
(die area)の無駄使いを抑制し、ラッチアッ
プの危険性を減少させる。
て説明しているが、CMOS、BICMOSおよびバイ
ポーラのような様々なモノリシックICに適用できる。
施例を用いて詳細に説明する。
は、一般的に表記された能動回路網(保護すべき集積回
路)5に電源を供給する電源線3、4にそれぞれ接続さ
れるVssパッド1とVddパッド2を含む。入力パッ
ド6は保護抵抗7と入力抵抗8または導体とを介して能
動回路網5に接続されている。入力抵抗8は保護におい
ては何の役割もなく、単に都合の良い接続体として機能
している。
ードを介してVss電源線3に、また、Vddダイオー
ド10介してVdd電源線4にそれぞれ接続されてい
る。選択的に設けられるダイオード11は、入力パッド
6とVdd電源線4とを直接的に接続している。
を示すもので、Vssダイオード9を介してVss電源
線3に接続され、Vddダイオード10を介してVdd
電源線4に接続される入力パッド6が描かれている。
2つのパッド間、例えば2つの入力パッド間にESDイ
ンパルスが発生すると、陰極側のパッドのダイオードは
ブレークダウンするであろう。電流は基板とスクライブ
金属(scribe metal:この実施例ではVd
d電源線)に流れ、陰極側のパッドに接続されたダイオ
ードに順方向電圧を印加する。もしESD電圧の極性が
反対であれば、2つのダイオード(Vddダイオード)
の役割が反対となることを除いて、同様の動作が生じ
る。同様の動作は入力と出力のパッド間でも起こる。も
し、放電が幾つかのパッド間で発生すると、その動作は
同様であるが、さらに多くのダイオードに影響を与え
る。
または出力パッドとVssパッドとの間の放電、および
VssパッドとVddパッドとの間の放電の両方に対し
て、他の入力または出力パッドに接続されるダイオード
と同様に動作することが明らかである。
VssへのESD放電に対して入力部を保護する。しか
し、図2にさらに明確に示すように、能動回路網5に対
するダイオード9の近接配置は、ラッチアップ問題を回
避するために極端な注意を払う必要があり、また、能動
回路網5に実質的に近く配置された複数のダイオード9
の存在は、素子の物理的な大きさを増加させてしまう。
と同様の部分には同様の符号を付している図3および図
4をここで参照すると、図3において破線で表示されて
いるように、入力抵抗7とVssおよびVddダイオー
ド9および10とが取り除かれている。その代わりに、
単一のVssダイオード12(望ましくは、ESDイン
パルスに耐え得る大きなダイオード)、または、ダイオ
ード11と同等のダイオード網が、Vssパッド1ある
いはそれに近いVss電源線3上の少なくとも一つの点
と、Vdd電源線4との間に直接的に設けられている。
同様のダイオード11は、Vddパッド2を除く残りの
すべてのパッド6とVdd電源線4との間に接続されて
いる。図1に示されている構成と異なり、ダイオード1
1はここでは不可欠の要素である。
は、ダイオード12はVssパッド1とVdd電源線4
との間に位置していることが判る。なお、Vdd電源線
4は基板および環状の切り出し部を含んでいる。ダイオ
ード11は各入力パッドをVdd電源線4に接続してい
る。
回路は、正負両方の放電に対して、すべての可能性のあ
る組み合わせのパッド間のESD放電に耐えるものでな
ければならない。
ば、入力パッドダイオード11はブレークダウン(導
通)し、従来技術におけるように、Vddまでの低抵抗
の電流経路が形成される。一方、入力パッドが陽極であ
れば、同じダイオード11は基板との間で順方向電圧が
印加され、それはVssダイオード12にブレークダウ
ンをもたらし、ESDによる放電のための低抵抗電流経
路が形成される。
源線4が基板によって構成され、パッド間は、基板4お
よび互いに反対方向に向き合ったダイオード11を介し
て導通(ブレークダウン)し、一つは順方向に印加さ
れ、もう一つは逆方向に印加される。
クダウン)があった場合に、何が起こるかを示してい
る。Vssパッド1をVdd電源線4に接続する唯一の
ダイオード12を介して放電が起こっている。
異なり(図1、3と図2、4とを比較せよ)、正負いず
れの極性の場合に対しても放電を行うために、各パッド
毎に一つダイオードが要求されている。すべての入力/
出力パッドからVssパッドに至る保護回路は、入力/
出力パッドに接続するダイオードと、環状の切り出し部
(scribe ring(不図示))および基板と、
Vssパッドに接続する同様のダイオードとを介して構
成されている。基板と環状の切り出し部(scribe
ring(不図示))は、このように、パッド間で互
いに反対方向に向いているダイオードを接続するために
役立っている。この構成は、低抵抗回路を提供する。
厳密でなくてよい。そして、当業者の成し得る範囲で、
様々な設計を採用することが可能である。ダイオードの
役割を果たす素子、回路網または素子の組み合わせを利
用することができ、それらの実施の態様は、用いられて
いる技術の特殊性に依存する。主たる留意点は、ダイオ
ード12が1または2以上の入力パッドからのESD電
流を流すのに十分な大きさでなければならず、さらに、
通常の動作電圧の下で導通(ブレークダウン)されては
ならないことである。理想的にはすべてのダイオードが
互いに同じ物であるべきである。
に説明されている。p型基板のためにはVddおよびV
ssパッドの役割が入れ替わる。
によれば、ESD電流を十分に流すことができる一つの
ダイオードを第2電源パッド(上記実施例におけるVs
sパッド)と第1電源線(上記実施例におけるVdd電
源線)との間に設けることにより、従来の保護回路にお
いて各入出力パッド毎に設けられていたVssダイオー
ドを不要にすることができる。これにより、チップ面積
の有効活用が可能となり、また、従来のVssダイオー
ドに起因するラッチアップが無くなる。
物理的配置を示す模式図(明確化のために入力抵抗は省
略している)。
まで、最も簡略化した形態で示した本発明による入力保
護回路を示す図。
を示す模式図。
の様に行われるかを示す図。
図。
線、4…Vdd電源線、6…入力/出力パッド、9…V
ssダイオード、10…Vddダイオード、11…ダイ
オード、12…Vssダイオード。
Claims (5)
- 【請求項1】 基板と、第1および第2電源パッドと、
この第1および第2電源パッドにそれぞれ接続された第
1および第2電源線と、複数の入力および出力パッドと
を備え、前記第1電源線が前記基板を含んでいる、集積
回路に対してESD保護を行うための保護回路におい
て、 ESD電流を十分に流すことができる第1ダイオード手
段(12)は前記第2電源パッドと前記第1電源線との
間に接続され、 第2ダイオード手段(11)は前記各入力パッドと前記
第1電源線との間に接続され、 前記入力および出力パッド(6)の間の放電は、それぞ
れのパッド(6)に接続され互いに背中合わせに向き合
う前記第2ダイオード手段(11)および前記基板を介
して行われ、前記電源パッド間の放電は、前記電源パッ
ドの一つと接続された前記単一の第1ダイオード手段
(12)および前記基板を介して行われることを特徴と
する保護回路。 - 【請求項2】 請求項1に記載の保護回路において、 前記ダイオード手段(11、12)はダイオード回路網
を含むことを特徴とする保護回路。 - 【請求項3】 請求項1に記載の保護回路において、 前記それぞれの入力パッド(6)と前記第2電源線
(3)との間のダイオードが不要(free)であるこ
とを特徴とする保護回路。 - 【請求項4】 請求項1に記載の保護回路において、 前記基板はn型であり前記第1電源線(4)はVdd電
源線であることを特徴とする保護回路。 - 【請求項5】 請求項1に記載の保護回路において、 前記基板はp型であり前記第1電源線(4)はVss電
源線であることを特徴とする保護回路。
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