JPS5886759A - Cmosic用保護回路 - Google Patents

Cmosic用保護回路

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JPS5886759A
JPS5886759A JP56184375A JP18437581A JPS5886759A JP S5886759 A JPS5886759 A JP S5886759A JP 56184375 A JP56184375 A JP 56184375A JP 18437581 A JP18437581 A JP 18437581A JP S5886759 A JPS5886759 A JP S5886759A
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JP
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Application number
JP56184375A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Ishino
寛 石野
Tomokazu Bise
備瀬 知和
Tsuneo Nakamura
恒夫 中村
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明ii、MO8型の集積−@(IC)に多く見受
けられるランチアップ(過大の電源電流が流れはなしに
なシ、正常動作不能またはIC自身の破壊に至る#を赦
)に対して保@を行うようにしたCM(JS IC用保
映回路に−し、特に、ICチツlの内部に一率に内蔵さ
せることができて、ラッチアツノ耐kを大輪に改譬でき
るようにしたものである。
ラッチアンプ塊成は、MOS型のIC,%に、CMUs
型ICに多く見受けられるもので、ICが動作中に入力
ノイズなどにょシ異常状態となり、場合によっては破壊
してしまうために、ICのメーカも、またユーザも棟々
の設計的なEE意を払う必賢があり、不便であった。
従来の代表的なCMUSインバータ(ロ)路を第2図に
示し、また、ICCタッグ基本的な内部構造図(断1図
)を第1図に示す。第2図のCMOSインバーター路に
おけるNチャンネル型トラ/ノスタ22は第1図におい
ては′、1〜7で示されている部分に相当し、また、P
チャンネル型トランジスタ21は第1図においては、l
l−16で図示されている部分にそれぞれ相当している
Nチャンネル型トランジスタ220部分においては、N
 拡散層5がソース、N+拡散層6がド十 レインD、全編電極2かケ゛−)Gでろυ、ソースは引
出リードlにより通常は低電位qへDに接続されている
逢た、Pチャンネル型トランジスタ21の部分において
は pT拡散層15がソース、P+拡散l曽14がドレ
インD1金Mi!極12がゲートGでめ9、ソースは引
出リード13によp通常は正電源VDDに接続されてい
る。
なお、第1図における抵抗8と17は寄生的な抵抗であ
り、抵抗8はP−ウェル拡散層7の内部における横力向
の拡シ抵抗である。また、抵抗17はN基板9の内部に
おける横方向の拡シ抵抗であり、でれそれ通常のM U
 S型ICにおいては、大かれ少なかれ避けることので
きないものである。
一方、第3図は第1囚におけるPチャンネル型ト2ンソ
スタ部分を入力保護抵抗に置き換えたものであり、P+
拡散層35が@2図における入力ダート保護抵抗23に
相当している。
次に、上記の通常CMO8ICの基本構造において、シ
ソテアツノ現象を説す」する。第3図にあ・けるICが
動作中においても、もし入力INより止% @ VDD
以上の過大な正極ノイズが印加塾れf(場合、P+拡散
層31−N基板39間のPへ接合が順方向となるため、
P+拡散層31よシN参板39内部に対し、止孔(以−
ト、ホールと太う)が注入される。この注入されたホー
ルは便宜上30および38に示す小丸で図示されている
ホール38は正電源vDDO1lIK流れる一流成分を
ボし、ランチアップには無関係であり、ホール3゜はG
ND亀位にあるP−ウェル拡散層37に10」けて流れ
る奄ηL成分を示している3、このホール3゜tゴP−
ウェル拡散層37に到達した後はP+拡散l曽34に向
けて流れ、GND−極側に流れ出す。
このとき、を生的な抵抗8全通して電流がl/iLtす
るから、N+拡敢1輪35−P−ウェル拡散層37…」
のPN接合が11バイアスとな凱 N+拡散1に35ま
たは36を通過して、QND4極Th tic U++
―れる一流成分も存在する。
したがって、このホール30の一流の経略はP+拡散7
131−N基板39−P−ウェル拡散層37−N+拡散
層35となシ、結果として、サイリスタ構造PN PN
を形成しているので、一般的にトリガ栄件が満たされる
と、碑通し続けることになってしまう。
また、オンしたときは入力lN5IIIからのホールの
注入が途絶えたとしても、P+拡散層31の近辺にレイ
アウトされたm1図におけるいくつかのPチャンネル型
トランジスタ部分などと経由しで、サイリスタ構造かメ
ン状態を保持して異常動作から抜は出すことができない
上aeの説明において使用したサイリスタ構造を第4図
(a)に示す。この第4図(a)において、8.17は
でれそれ第1図にて下した畜生的な抵抗8,17に相当
する。1して、オン、のときは矢印AIにて示す一流が
正電源VDDからGNI)に向けて流れ続りることにな
シ、このような状態を呈することをラッチアップと称し
ている。
上記でれ、便宜上、入力側からの正極ノイズ、がトリガ
して、ラツチアツf’z引き起こす場合全説明したがチ
ップ内部のサイリスタ構造をオントリガする歎因ならイ
ロ」でも結果は同じでめシ、トリガ原因は入力ノイズの
他、出力ノイズなど、また、正極、負極などである場合
もめる。
ラッチアップ耐蓋(ICの入力または出力に印)Ju 
烙れるラッチアンプを引き起こす臨界の電圧葦たは電流
の1直)を向上させるべく、従来考慮されている方法を
以下に示す。
+11、P−ウェル拡散層37の外周上筐たは外周に止
った内側にP+拡散のガートバンドQBを設ける(第5
図)。
(2)、P−ウェル拡散wI37の外側にあるP+拡散
層を用いた素子群をP−ウェル拡散層の端より十分引き
離す。
これらの方法はいずれもサイリスタのトリガ亀圧を大に
することができて、ラツテアッグ耐に′ft向上させる
ことができるが、実用上十分な効果をもたらすとは致い
難い。すなわち、上記(1)項の場合には、抵抗8(奇
生抵抗)上手にして、ホール30がuND電極にηしれ
るときのN+拡散層35−P−ウェル拡散層37向の接
合か順バイアスされるのを防ぐ効果がめるか、ガートバ
ンドGBの帯1鴫紫あまり太くすると、チップサイズが
大きくなって、駐給的に引き会わないため、抵抗8(を
生抵k)の1肚を大+1Jに小さくすることtIi難、
しい。
また、カー、チップサイズの触性を払って実行したとし
ても、ガートバンドGBの真下のP−ウェル拡散層内を
通過してしまうホールを完全に防ぐことはできない。
さらに、上記(2)項においても、引き醸す距離は経済
的なチップサイズから制限を受けるために、十分大きく
とることほやはシ難しい。
この発明は、上記従来の欠点奮除云するためになされ/
こもので、経済性を損わずかつ従来以上11C輪実にラ
ツチアツ7′耐iIt′ヲ向上させることかでさ、保護
回路として来由に供することのできるCM(JSIC川
保禮用IG6を提供すること全目的とする。
以下、この発明のCMO8IC川用護[!l!l路の実
施レリについて図(3)に基づ@読切する。第6図tユ
その一実施例の平四図であり、第7図はでの一実施例の
ICチッグの−r面図である。
まず、第6図において、P−ウェル拡散層62の瞬接し
た周辺に、このP−ウェル拡散層62と同時に杉成され
た同極のP−拡散層61を収け、P−拡散層61がP−
ウェル拡散層62を城9囲むように白し−したことに’
l’l!+−徴を有する。
新しく設けたP−拡散層61はP−ウェル拡散層62の
ガートバンドとして効果的であることを第7図を用いて
巳明する。なお、この第6図はICCチラノ中にP″″
ウェル拡散層62が1 (161める場合でボしである
が、複数個ある場合も岡じてるる。
さて、第7図において、入力■へに止憧ノイズが印加さ
れたときは、第3図において同様の成用tしたときのよ
うに、ホール70が注入されるが、P−ウェル拡散層7
7aの周囲にめる。GNDk位に接ゎ、されたP−拡散
層771)に先に捕獲されるために、P−ウェル拡散層
77aには到達しない。
これは、P″″拡散〜77i)の電位が低電位でホール
が引き寄せられ易いとともに、P−拡散層77i)の拡
散の深きがP−ウェル拡散層77aと同時に実施される
深い拡散であるために、確実に捕獲されることを意味し
1いる。
このことは等価回路として、第4図(b)に示ちれるよ
うに、PNP)ランノスタ41のコレクタ(P−)の一
端を接地するものであり、もはやサイリスタ動作は引き
起こされないことが明白である。
したかつて、ランチアップ針鼠は著しく抜書できる。
加えて、ガートバンド61の拡散層はサーヅ電流の一部
をGND篭極に九丁たけでよいので、実用上敷ミクロン
メータでよいため、チップサイズのれ槍性を畑うことは
ない。擾だ、P−拡散−61の横方向抵抗を芒らに引き
下けるため、また、刈−ミンクコンタクト′?!:杉成
するために、P〜拡散層61の上にP+拡畝をオーバラ
ップさせたり、金輌配紛をコンタクトさせるととれ、こ
の効果をさらに増大させるものである。
さらに、P−拡散層61は本来のP−ウェル拡散層62
と同時に実行できるため、従来からのウエノープロセス
エ根′l!−例ら増大はせることがなく、製造コストに
悪い影餐を及はすことがない利点をもっている。
なお、第7図にお1ける78は第3図のホール38に対
応するホールであシ、75は第3図の戸拡散層31に対
応するP+拡散Jil示し、■へは入力、VDDは正電
源である。
第8図(b)はこの発明の第2の実施例の千■図であり
、第2図における入力ブート保−抵に23のICチップ
内におけるノ母ターン構造図であり、従来の場合の第8
図(a)に対応して示したものである。
この第8図(b)はこの発明の原理にもとづき、P−の
ガートバンドを付加した実施例である。
第8図(aJ %第8図(b)は同一部分に同一符号が
刺されており、両図におけるP+拡散階による抵#J1
゜都、821N +拡散層によ#)N型基板表向の極性
反転t−防止するためのチャンネルストツノf都である
。通常紘このチャンネルストッパ部82は正電位VDp
Km&されている。以上までの部分は従来と同体である
しかし、第8図(b)に不すこの発明の場合線、第8図
(a)に示す従来よシ実施されている構造に、さらにP
−拡散層によるガードパント83t−全mttcワたっ
て付加している。ただし、点線で示すように、ガードパ
ント83の一部奮鳴略してもよい場合もりる。そして、
このガートバンド83は低1を位(GNI))卸に接続
する。
このように、ガードパント83を設けることにより、第
7図におけるP−拡散層77bと同じ効果が得られ、入
力ブート保禮抵抗部より注入されるホールが本来のP−
ウェル拡散層(第6図における62で示す部分など)に
到達するのを防止する。
したがって、入力■へからサージが入って、ICかシツ
チアッグナ心のを防ぐことができる。また、−接した入
力保−抵抗同土間′の相互−接効呆(もれ屯tAcなと
)t−シゃ断することもでき、−石二鳥の幼果が侍られ
る。
なお、隣接した入力ダート保護抵抗かないS分や同い合
ったP−ウェル拡散層かない部分のガートバンド83v
こづいては、その−% @ P5’J除しでも効果f(
は変わり線ない。
以上のように、この発明のCMUS IC川用副回路に
よれは、M(J8 )ランジスタを形成するP型つェル
拡畝−全包囲するようにしてこのP型ウェル拡散−に−
接してそれと同じ等電型の拡散層によるガートバンドを
形成し、このガートバンドを低1kL位−詠餉に徽枕す
るようにし、また、CM(J8インバータの入力ダート
保護抵抗り周囲に形成したナヤン不ルストツパのさらに
外71!i1曲に入力ブート保ldl抵抗の拡散層とは
反対の′#t4型の拡散層によるガートバンドを形成す
るようにしたので、通富のCMUS ICに応用して経
済性を損わすにテングアラグ特性を改善することができ
、保護回路として著しい効果を発葎することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のCM(JS型ICチップの基本的な内部
構造を示す断面図、第2図は従来のCMOSインバータ
回路を示す回路図、第3図は第1図のCMUS型ICテ
ツノにおけるPチャンネルト2ンヅスタ廊分を入力ダー
ト保護抵抗に置き換えた析出1図、Th 4 II (
a)は第1図のMU 8 p I Cチップにおけるサ
イリスタ構造として作動する状態を示す等価回路図、第
4図(b)はこの発明のCMUS IC用保禮回路によ
るCMO8型O8テップがサイリスタ動作を起こざなく
なる状態全HR,明するための等価回路図、第5図は従
来のCMUS ICチップにおいてラツテアツノ耐kを
向上させるためにガートバンドをP−ウェル拡散−〇外
絢に設けた状悲をボす平…」図、第6図はこの発明のC
MUSICHj保護回路の−実り例の平面図、第7図1
この発ψJOCMUSIC用保−回路を過用したCMO
8fi、 I Cチップの−「面図、第8図(a)は第
2図のCMOSインバータ回路の入力ブート保謙抵抗の
ICチップ内におけるパターンm*を示す図、第81N
 (bJはこの発明のCMUS IC川用−1(ロ)路
の第2の夾hレリにおけるICチップ内の保護回路のパ
ターン構造を示す図である。 61・・・P−拡散層、62・・・P″″ウェル拡散拡
散70゜78・・・ホール、75・・・P+拡散層、7
7a・・・P−ウェル拡散1−177b・・・P″″″
拡散81・・・抵抗都、82・・・チャンネルストッパ
、83・・・ガートバンド、。 特許出願人 沖−気工業株式公社 牙 8 閂 手続補正書 昭和57年4月7日 特許庁長官島田賽樹 殿 1、事件の表示 昭和56年 特許 願第 184375  号2・発明
の名称 CMOB ICC用膜回路 3、補正をする者 事件との関係     特 許 出願人(029)沖電
気工業株式会社 4、代理人 5、補正命令の日付  昭和  年  月  日(自発
)6、補正の対象 明細書の特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面
の簡単な説明の− 7、補正の内容 イ;X 別紙の通り 7、補正の内容 1)明細書の「2、特許請求の範囲」を別紙の通シ訂正
する。 2)明細書3頁19行「大」を「多」と訂正する。 3)同4頁3行「35」を「31」と訂正する。 4)同4頁7行「おいても」を「おいて」と訂正する。 5)同5頁11行「また」を「すなわち」と訂正する。 6)同5頁14行「などと」を「などを」と訂正する。 7)同8頁12行「61は」を「61(これは第7図に
おいてはP−拡散層77bに相当する)は」と訂正する
。 8)向10頁11行と12行の間に下記の文を加入する
。 記 また、第7図による説明は一例として入力に正極ノイズ
が印加された場合であったが。 この発明の効果は入力端子のみならず出力端子にノイズ
などのラッチアップを引起ス要因が印加された場合でも
同様に有効であシ、またノイズの極性も正負両極性に対
し有効である。 9)同10頁19行「おけるP+拡散層」を「おける8
1はP+拡散層」と訂正する。 10)向11頁15行「が本来」を「を捕獲して本来」
と訂正する8 11)同12頁5行と6行の間に下記の文を加入する。 記 また、同様に、ガードパンドロ1においても、その一部
において、その外側にトランジスタや抵抗などの素子が
全くない場合は、そのカードバンド61の一部を削除し
てもこの発明の効果に変わシはない。 12)l’mt1z頁14行「とけ反対の」を[と同じ
1と訂正する。 13)同13頁12行「外周に設けた」を[外周KGつ
た内側に設けた」と訂正する。 14)同13頁18行「おけるパターン」を「おける従
来のパターン」と訂正する。 2、特許請求の範囲 (1)Nチャンネル型MO8)ランジスタを形成するた
めのP型ウェル拡散層に隣接してこのP型ウェル拡散層
の周囲を包囲してそれと同導電型の拡散層によるガート
バンドを形成し、このガートバンドを低電位電源側に接
続したことを特徴とするCMO8IC用保護回路。 用保饅回路。 路。 用保論回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 111Nチャンネル型MO8)ランソスタを形成するた
    めのP型りエル拡散層に隣接してこのP型ウェル拡散層
    の胸囲を包囲してそれと同導電型の拡散−によるガード
    パンrl形成し、このガートバンドを低電位電源側に接
    続したことt%倣とする0MO8IC用保−回路。 T2+CMOSインバータにおける入力r−ト保禮抵抗
    としてのPl−拡散層の抵抗部の周囲にN+拡散層によ
    るN型基板表面の極性反転を防止するためチャンネルス
    トッパを設け、P−ウェル拡散層と同時に上記チャンネ
    ルストツノfの外周にこれを包囲することくにP−拡a
    mによるガートバンドを形成したことを特徴とする0M
    O810用保賎回路。 (3)ガートバンドの一部は81除したことを特徴とす
    る特許#*求の範囲第2狽配軟のCMOB IC用保1
    d回路。
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