JPS63220564A - C−moslsiの保護回路 - Google Patents

C−moslsiの保護回路

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JPS63220564A
JPS63220564A JP62054744A JP5474487A JPS63220564A JP S63220564 A JPS63220564 A JP S63220564A JP 62054744 A JP62054744 A JP 62054744A JP 5474487 A JP5474487 A JP 5474487A JP S63220564 A JPS63220564 A JP S63220564A
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JP
Japan
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transistor
lateral
mos
conductivity type
power supply
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Pending
Application number
JP62054744A
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English (en)
Inventor
Shigenobu Taira
重信 平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63220564A publication Critical patent/JPS63220564A/ja
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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 potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • 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
    • H01L27/0259Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using bipolar transistors as protective elements

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

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】 [概要] 入力端に直列抵抗体を接続し、直列抵抗体と入力トラン
ジスタのゲートとの間に、基板をベースとし他端を電源
に接続したくまたは接地した)一導電型のラテラルトラ
ンジスタと、ウェル領域をベースとし他端を接地した(
または電源に接続した)異種導電型のラテラルトランジ
スタとを有する保護回路に構成する。
このような保護回路は、トランジスタイムが小さくなっ
て、LSIの低ゲート耐圧の入力トランジスタをも充分
に保護できる。
[産業上の利用分野] 本発明はC−MOS L S Iの保護回路に関する。
最近、C−MOS  )ランジスタ(相補型モストラン
ジスタ)からなるr−src大規模集積回路)が製作さ
れており、これは1. M、  4 M、 1.6Mピ
ントメモリなどと次第に超高集積化が進むにつれて消費
電力に限界が生じ、従って、低電力化に有利なC−MO
S構造に構成して、一層高集積化しようとしているから
である。
他方、個々の1〜ランジスク素子は微細化されて、ゲー
ト絶縁膜も薄くなり、ゲート絶縁耐圧が低下する傾向に
ある。そのため、これらの微細なトランジスタ素子から
なるLSIに適用できる静電破壊防止用の保護回路が要
望されている。
[従来の技術] さて、静電破壊防止用の保護回路とは、入力端に静電気
に伴う異常高圧、例えば、数百ボルトの高圧が印加され
たとき、IC内部のトランジスタが破壊されないように
保護する回路であり、このような異常電圧はチャージさ
れた人体から受ける場合も多く、人体は容易に帯電して
数千ポルトにも達する。又、モールドパッケージを用い
た場合にはパッケージが帯電し易くて、最近、それが話
題になっている。例えば、ICの製造中に、自動捺印機
のゴム印からモールドパッケージが帯電して、それが入
力端から入力して破壊する等がある。
このような異常電圧によるI’ Cの破壊を防ぐため、
従来からも種々の保護回路が考案されているが、第4図
、第5図に従来のC−MOS L S I保護回路の例
を示しており、第4図は概要構造図、第5図はその等価
回路図である。これらの図において、Inは入力端、R
4は直列抵抗、Dlはpnダイオード、D2はnpダイ
オード、rlはDlの直列抵抗成分+  r2はD2の
直列抵抗成分、Vccは電源+ Vssは接地電源であ
る。また、Qp、Qnは被保護C−MOSトランジスタ
(Qpはpチャネルトランジスタ、Qnはnチャネルト
ランジスタ)である。なお、第4図には被保護C−MO
S)ランジスタは図示していない。
今、その動作を説明すると、数百ボルトの異常電圧が入
力端Inに加わると、+チャージの時にはDIがオンし
、−チャージの時にはD2がオンして、C−MOS  
l−ランジスタには異常な高圧がそのまま印加せずに保
護される。なお、Riは印加した異常電圧をC□MO5
トランジスタQp、Qnとで分割する役目をして、通常
、Ri は数にΩ程度のポリシリコンや拡散抵抗からな
る低抵抗体である。
また、第6図は、最近、問題になっているパッケージ帯
電した場合の上記保護回路の等価回路図を示している。
図中、Voはパッケージ帯電電圧(異常電圧)、Cpは
パッケージ容量、coはn基板とVssとの容量、 C
oxl 、 Cox2はそれぞれり、、D2の容量、τ
1.τ2はそれぞれDI+D2のトランジスタイムであ
る。その他の記号は第4図、第5図と同じであり、且つ
、coは他の容量Cp、、Coに1 、  Cox2に
比べて充分に大きく% CO>CI) +  Coxl
 、  Cox2となる条件を満している。
かくして、Voが+チャージの時にはD2がオンし、−
チャージの時にはり、がオンして保護動作をするが、更
に、その動作を解析すると次のようになる。
例えば、パッケージが−チャージされている場合を考え
ると、Coxlの両端に印加する電圧νoxは、時間を
一τiのとき 二  らrl ’ (612 仁ら C=に−とerltt。、2 になる。しかし、Dlがオンするまでには時間を一τ1
がかかるために、それまで電圧νox   がQp、Q
nのゲートに印加することになる。そして、その後、t
〉τ!の時間になると、r 1 < R1ならばνox
   はνox   を極大値として減衰する。
従って、を−11時のν0χ がゲート絶縁膜の耐圧よ
りも小さければ、上記の第4図に示す保護回路は十分に
保護動作して、c−MOSトランジスタQp、Qnの静
電破壊は起こらない。
[発明が解決しようとする問題点] しかし、最近のLSIは高集積化されて、トランジスタ
素子は微細化され、Qp、Qpなどのゲート絶縁膜が膜
厚200人程度になり、そのゲート耐圧が20ボルト以
下と低くなっている。そのため、第4図に示す従来の保
護回路では保護できなくなってきた。
且つ、保護するためには、上記の式で表わされる電圧ν
ox   を小さくすれば、上記の保護回路が低電圧で
動作して、保護の役目を果たすことができるが、そのν
ox   を小さくするためにはR1を大きくする必要
がある。しかし、この抵抗Riを大きくすると、LSI
の動作特性(スイッチング特性)を悪くすることになる
から、ICの特性面より抵抗Riを大きくすることに制
限があって、抵抗Riをみだりに小さくすることはでき
ない。
本発明は、このような問題点に解決を与えるためのC−
MOS L S Iの保護回路を提案するものである。
[問題点を解決するための手段] その目的は、入力端と入力C−MOS)ランジスタのゲ
ートとの間に、直列に設けられた抵抗体と、該抵抗体と
前記ゲートの間に、一導電型基板をベースにして他端を
電源に接続したくまたは接地した)ラテラルトランジス
タと、異種導電型ウェル領域をベースにして他端を接地
した(または電源に接続した)ラテラルトランジスタと
を有しているC−MOS L、 S Iの保護回路によ
って達成される。
[作用] 即ち、本発明は、(、−MOS L S Iの保護トラ
ンジスタとして、基板をベースとし他端を電源(接地)
に接続した一導電型のラテラルトランジスタ(ラテラル
型のバイポーラトランジスタ)と、ウェル領域をベース
とし他端を接地(電源)した異種導電型のラテラルトラ
ンジスタとを設けるもので、そうすると、これらのラテ
ラルトランジスタはベース幅を狭く制御できて、トラン
ゼントタイムを小さくできるため、低いゲート耐圧をも
った被保護C−MO5トランジスタも十分に保護できる
且つ、ここに、ラテラルトランジスタを用いる理由は、
ラテラルトランジスタがC−MOS  )ランジスタと
同一工程で作成できるバイポーラトランジスタであるか
らで、これらのラテラルトランジスタのエミッタ、コレ
クタはC−MOSトランジスタのソース、ドレインと同
時に形成され、且つ、ウェル領域もC−MOS  )ラ
ンジスタのウェル領域と同時に形成することができるも
のである。
[実施例] 以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第1図は本発明にかかる保護回路の概要構造図で、第2
図はその等価回路図である。これらの図において、In
は入力端、Q3はn基板をベースにしたpnpラテラル
トランジスタ、Q4はウェル領域をベースにしたnpn
ラテラルトランジスタ。
R4は直列抵抗、r3はQ3ベースの抵抗成分。
r4は04ベースの抵抗成分、Vccは電源、  Vs
sは接地電源、 Qp 、  Qnは被保護C−MOS
)ランジスタのpチャネルトランジスタ、nチャネルト
ランジスタを示している。
且つ、第1図のX、OはQ3のコレクタ領域とQ4のウ
ェル領域との間隔、X、3.X4はそれぞれQ3.Q4
のベース幅を示している。これらのI−ランジスタの電
流増幅率βを大きくするために、ヘ−ス幅X3.X4は
出来るだけ小さく設計するのが望ましく、そうすると、
トランゼントタイムが一層小さくなる。他方、XQはラ
ッチアップを抑止するために、その間隔は大きい方がよ
く、例えば、50μm又はそれ以上の間隙を開ける。
また、第3図は従来の第6図に対応した、パッケージ帯
電した場合の等価回路図を示している。
図中、■oばパッケージ帯電電圧、Cpはパッケージ容
量、COはn基板とVssとの容量、  Cox3 。
Cox4はそれぞれQ3.Q4の容量+τ3+τ3はそ
れぞれQ3.Q4のトランゼントタイムである。その他
の記号は第1図1第2図と同一であり、且つ、Co >
CI) 、  Coxl、  Cox2なる条件下にあ
る。
このようなラテラルトランジスタQ3.Q4で保護回路
を構成すれば、従来の単なるダイオードに比べてスイッ
チング速度が改善されて、トランゼントタイムτば10
0ps (ピコ秒)以下になる。
これに対して、従来のダイオードのトランゼントタイム
τば少なくてもナノオーダー(ns)で、1桁以上大き
い値を有するものであるから、本発明にかかる保護回路
によれば高速に保護動作をおこなうことができる。
且つ、このようなラテラル1ヘランジスタQFl+Q4
はオン状態のときのオン抵抗は10Ω以下程度と小さく
なるため、それに対して相対的に入力抵抗R4を小さく
できて、ICの動作特性(スイッチング特性)を向上さ
せることも可能である。
なお、上記はn基板を用いた実施例で説明したが、p基
板を用いた逆導電型のLSIにおいても、同様の保護回
路を構成して、同様の効果かえられることは当然である
[発明の効果コ 以上の説明から明らかなように、本発明にかかる保護回
路によれば、低ゲート絶縁耐圧の入力トランジスタから
なるC−MOS L S Iが十分に静電破壊から保護
され、LSIの信転性向上に大きく寄与するものである
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかる保護回路の概要構造図、第2図
はその等価回路図、 第3図はそのパッケージ帯電の等価回路図、第4図は従
来の保護回路の概要構造図、第5図はその等価回路図、 第6図はそのパッケージ帯電の等価回路図である。 図において、 R4は直列抵抗体、 Q3は本発明に適用するpnpラテラルトランジスタ、 Q4は本発明に適用するnpnラテラルトランジスタ、 Qp、Qnは被保護C−MOS)ランジスタ、Vccは
電源、 Vssは接地電源

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 入力端と入力C−MOSトランジスタのゲートとの間に
    、直列に設けられた抵抗体と、該抵抗体と前記ゲートの
    間に、一導電型基板をベースにして他端を電源に接続し
    た(または接地した)ラテラルトランジスタと、異種導
    電型ウェル領域をベースにして他端を接地した(または
    電源に接続した)ラテラルトランジスタとを有してなる
    ことを特徴とするC−MOSLSIの保護回路。
JP62054744A 1987-03-09 1987-03-09 C−moslsiの保護回路 Pending JPS63220564A (ja)

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JP62054744A JPS63220564A (ja) 1987-03-09 1987-03-09 C−moslsiの保護回路

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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