JPS62202552A - 半導体装置の入力保護回路 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、半導体装置の入力保護回路に関するものであ
り、更に詳述するならば、どのような時定数の電気的ス
トレスが印加されても十分に半導体装置を保護すること
ができる入力保護回路に関するものである。

従来の技術 半導体装置は、低い電圧で動作するようになされている
ため、過大な電圧などが作用すると破壊されてしまう。

そのため、半導体装置の入力回路に保護回路が設けられ
ている。

第２図に、半導体装置、特にＭＯＳ型の半導体集積回路
のための入力保護回路の典型例をいくつか示す。

第２図（ａ）に示す入力保護回路は、入力端子１に一端
が接続され他端が半導体装置の入力回路く不図示）に接
続される入力保護抵抗２を有している。

この入力保護抵抗２の他端には、プルダウンダイオード
３のカソードが接続され、そのプルダウンダイオードの
アノードは接地されている。そして、入力保護抵抗２は
、半導体装置の基板上に形成された例えばｐ型拡散抵抗
で構成されるので、その拡散抵抗が形成されているｎ型
半導体領域との間に寄生ダイオードが形成され、一方、
そのダイオードを通常オフ状態に維持するためにその半
導体領域が電源電圧に接続される。従って、そのダイオ
ードは、入力保護抵抗２に分布して接続されるプルアッ
プダイオード４を構成している。

上述した半導体装置の入力保護回路に対して、時定数τ
の短い電気的ストレス（τく１μＳ）が作用した場合を
考える。そのような時定数τの短い電気的ストレスは、
一般に電圧が高く、入力端子に印加されると、プルアッ
プダイオード４が導通して、所定の電圧にクランプされ
る。すなわち、その電気的ストレスを十分に逃がすこと
ができる。

従って、上述した半導体装置の入力保護回路は、時定数
τの短い電気的ストレス（τ〈１μＳ）に対して有効で
ある。

反面、拡散抵抗に分布している分布寄生ダイオード全体
が導通状態になると、その入力端子１から拡散抵抗２及
びプルアップダイオード４を介して流れる電気的ストレ
スに対して、拡散抵抗は実質的に電流制限抵抗として機
能しない。拡散抵抗が電流制限抵抗として機能しないと
、電気的ストレスによる電流が長い時間流れた場合、回
路のほかの部分が損傷する。

第２図（ａ）に示す入力保護回路は、第２図ら）に示す
ように変形することができる。すなわち、プルダウンダ
イオード３を入力保護抵抗２の入力端子１側に接続する
。

この第２図ら）に示す入力保護回路も、第２図（ａ）に
示す入力保護回路と同様に、時定数τの短い電気的スト
レスに対して有効である。

第２図（Ｃ）は、更に別の入力保護回路を示すものであ
り、入力端子１にポリシリコン抵抗５の一端が接続され
、その他端には、プルダウンダイオード３のカソードと
プルアップダイオード６のアノードとが接続されている
。そして、そのポリシリコン層抵抗５の他端が、入力回
路に接続される。

ポリシリコン抵抗は、基板などに対してＰＮ接合を有さ
ないので、純粋な抵抗として機能する。

すなわち、拡散抵抗とことなり、常に電流制限抵抗とし
て機能する。従って、第２図（Ｃ）に示すの入力保護回
路は、一般に電圧が低い時定数τの長い電気的ストレス
（τ〉１０μｓ）に対して有効に機能する。

従って、時定数τが１μｓ以下の電気的ストレスに対し
ては、第２図（ａ）およびら）の入力保護回路の故障電
圧は、第２図（Ｃ）の入力保護回路の故障電圧より高く
、反対に、時定数τが１０μｓ以上の電気的ストレスに
対しては、第２図（Ｃ）の入力保護回路の故障電圧が、
第２図（ａ）およびら）の入力保護回路の故障電圧より
高い。

発明が解決しようとする問題点 一方、実際に半導体装置の入力に働く電気的ストレスの
時定数は様々である。例えば、人体静電気をみるならば
、人体は、約２００ｐ　Ｆで約ＩＫΩであるので、数千
ｖ程度まで帯電する。いま、例えば２０００　Ｖに人体
が帯電したと仮定すると、通常の環境下においてそのエ
ネルギーは約０．１μ秒で放電される。他の機器帯電静
電気でも同様であるが、静電気は極めて短時間で放電す
る。一方、静電気以外による電気的ストレスは、静電気
はど電圧は高くないが、静電気に比較して流れる時間が
一船に長い。従って、どのような時定数の電気的ストレ
スに対しても十分な保護機能を発揮することが好ましい
。

そこで、例えば、第２図（Ｃ）の入力保護回路に、時定
数の短い電気的ストレスに対する保護機能を持たせよう
とすると、−瞬の大きなエネルギーでも焼損しないよう
に、ポリシリコン抵抗５の幅を非常に広くする必要があ
る。具体的には、通常３〜５μｍ程度の幅を５〜ｌＯ倍
の幅にする必要がある。しかし、その場合でも、電流制
限抵抗の機能が確保されねばならないので、抵抗値（５
００Ω〜ＩＫΩ）を下げることはできず、その幅に見合
ってポリシリコン抵抗を長くせざるを得ない。その結果
、ポリシリコン抵抗が大面積の累子となり、半導体装置
のチップサイズを大きくするかまたは集積度を下げざる
をえない。

そこで、本発明は、上記した従来の問題を解決した半導
体装置の入力保護回路を提供せんとするものである。

詳述するならば、本発明は、半導体装置のチップサイズ
を大きくしたりまたは集積度を下げたりする必要なく、
どのような時定数の電気的ストレスに対しても十分を保
護機能を発揮することができる半導体装置の入力保護回
路を提供せんとするものである。

問題点を解決するための手段 すなわち、本発明によるならば、入力端子に一端が接続
された拡散入力保護抵抗と、該拡散入力保護抵抗に寄生
する分布ダイオードとを具備している半導体装置の入力
保護回路において、前記入力端子と前記拡散入力保護抵
抗との間にポリシリコン抵抗が接続されていることを特
徴とする半導体装置の入力保護回路が提供される。

詐月 以上の構成かられかるように、本発明による半導体装置
の入力保護回路は、基本的には、第２図（ａ）及びら）
に示した入力保護回路の特徴を有しているので、時定数
の短い電気的ストレスに対しては十分な耐性を有してい
る。それに加えて、拡散入力保護抵抗の前にポリシリコ
ン抵抗が接続されているので、そのポリシリコン抵抗が
時定数の太きい電気的ストレスに対して保護効果を発揮
する。

そして、入力保護回路の全体の抵抗値を増加させる必要
はないので、時定数の小さい電気的ストレスに対して耐
性を持つことができるように、ポリシリコン抵抗は、そ
の幅を広くとるだけで足り、その長さを大きくする必要
がない。従って、面積の実質的な増大は伴わない。それ
故、従来の入力保護回路と同様な面積で、時定数の短い
電気的ストレスに対しての耐性も時定数の長い電気的ス
トレスに対しての耐性も持つことができる。

実施例 以下、添付図面を参照して本発明による半導体装置の入
力保護回路の実施例を説明する。

第１図（ａ）は、本発明を実施した入力保護回路の第１
実施例の回路図である。なお、第１図（ａ）の図面にお
いて、第２図（ａ）、わ）及び（Ｃ）に図示した部分と
同様な部分には、同一の参照番号が付されている。

本発明の入力保護回路は、第１図（ａ）に示すように、
入力端子１と、拡散入力保護抵抗２との間にポリシリコ
ン抵抗５を接続している。そして、入力保護抵抗２の他
端が、プルダウンダイオード３を介して接地されている
点は、第２図（ａ）の従来例と変わらない。また、拡散
入力保護抵抗２も、基板上に形成されたｐ型拡散抵抗で
例えば構成され、その拡散抵抗が形成されているｎ型半
導体領域との間にダイオードが、入力保護抵抗２に分布
して接続されるプルアップダイオード４を構成している
点も、第２図（ａ）の従来例と変わらない。

以上のような入力保護回路において、プルダウンダイオ
ード３またはプルアップダイオード４が順方向にパイ了
スされるような電気的ストレスが入力端子１に入力され
たとき、ポリシリコン抵抗５が、電流を制限する働きを
する。この意味において、第２図（Ｃ）に示した従来の
入力保護回路と同様であり、ポリシリコン抵抗５を従来
と同様に幅３〜５μｍ程度に構成する限りは、時定数が
短い（τく１μｓ）電気的ストレスに対する耐性が、第
２図（ａ）及びら）の入力保護回路より劣ることとなる
。

しかし、第１図（ａ）に示す本発明による入力保護回路
では、入力保護回路の全体の抵抗値は、ポリシリコン抵
抗５と拡散入力保護抵抗２との両方で確保するば足りる
ので、ポリシリコン抵抗５の抵抗は小さくてもよい。従
って、ポリシリコン抵抗でも時定数の短い電気的ストレ
スに対して十分な耐性をもつことができるように、ポリ
シリコン抵抗の幅を広＜、１０μｍ以上、例えば１５〜
５０μｍ程度としても、長くする必要がない。従って、
ポリシリコン抵抗の抵抗値は小さく、例えば、１０〜１
００Ω程度となる。そして、電流制限抵抗として不足す
る抵抗値は、拡散抵抗２により補う。

かくして、第１図（ａ）に示す入力保護回路は、時定数
の短い電気的ストレスにも時定数の長い電気的ストレス
にも耐性を持つことができる。そして、第１図（ａ）に
示す入力保護回路は、ポリシリコン抵抗を大面積にする
必要がないので、半導体装置のチップサイズを大きくす
ることとも集積度を下げることも必要ない。

第１図（ｂ）は、第１図（ａ）の入力保護回路の変形例
を示すものである。この第１図ら）の入力保護回路では
、プルダウンダイオード３が、拡散抵抗２のポリシリコ
ン抵抗側に接続されている。その他の点は、第１図（ａ
）の実施例と同様であり、第２図（ｂ）に示す従来の入
力保護回路に本発明を適用したものである。それ故、説
明は省略する。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明による半導体装
置の入力保護回路によれば、半導体装置のチッ・プサイ
ズを大きくしたりまたは集積度を下げたりする必要なく
、どのような時定数の電気的ストレスに対しても十分を
保護機能を発揮することができる。従って、半導体装置
の信頼性を高めるとかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明を実施した半導体装置の入力保
護回路の第１実施例の回路図、 第１図（ｂ）は、本発明を実施した半導体装置の入力保
護回路の第２実施例の回路図、 第２図（ａ）、（ｂ）及び（Ｃ）は、従来の半導体装置
の入力保護回路の回路の例を示す回路図である。 （主な参照番号〕 ■・・入力端子　　　２・・入力保護抵抗３・・プルダ
ウンダイオード ４・・寄生分布プルアップダイオード ５・・ポリシリコン抵抗 ６・・プルダウンダイオード

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力端子に一端が接続された拡散入力保護抵抗と
   、該拡散入力保護抵抗に寄生する分布ダイオードとを具
   備している半導体装置の入力保護回路において、前記入
   力端子と前記拡散入力保護抵抗との間にポリシリコン抵
   抗が接続されていることを特徴とする半導体装置の入力
   保護回路。
2. （２）前記ポリシリコン抵抗は、１０μｍ以上の幅を有
   していることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
   載の半導体装置の入力保護回路。
3. （３）前記分布ダイオードは、プルアップダイオードを
   構成しており、更に、前記拡散入力保護抵抗の前記入力
   端子側端にカソードが接続されたプルダウンダイオード
   を有していることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項または第（２）記載の半導体装置の入力保護回路。
4. （４）前記分布ダイオードは、プルアップダイオードを
   構成しており、更に、前記拡散入力保護抵抗の前記入力
   端子と反対側の端にカソードが接続されたプルダウンダ
   イオードを有していることを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項または第（２）記載の半導体装置の入力保護
   回路。