JPS6331157A - C−mos lsiの保護回路 - Google Patents

C−mos lsiの保護回路

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JPS6331157A
JPS6331157A JP61174766A JP17476686A JPS6331157A JP S6331157 A JPS6331157 A JP S6331157A JP 61174766 A JP61174766 A JP 61174766A JP 17476686 A JP17476686 A JP 17476686A JP S6331157 A JPS6331157 A JP S6331157A
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transistor
voltage
gate
mos
input
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Shigenobu Taira
重信 平
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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、保護トランジスタとして、ウ
ェル領域をベースにしたラテラルトランジスタを設け、
該ラテラルトランジスタのベースにMOS トランジス
タを接続し、未使用時はベースをフローテングとして、
異常電圧が印加したときにラテラルトランジスタが導通
し、放電するようにした構造のC−MOS L S I
用の保護回路である。
このような保護回路によれば、LSIの微細な低ゲート
耐圧の入力トランジスタも充分に保護される。
[産業上の利用分野] 本発明は(ニーMO3L S Iの保護回路に関する。
最近、C−MOS  トランジスタ(相補型モストラン
ジスタ)からなるLSI(大規模集積回路)が増加して
おり、これは256に、IM、4M、16Mビットメモ
リと次第に高集積化が進むにつれて消費電力に限界が生
じ、そのため、低電力化の容易なC−MOS  トラン
ジスタを使用して、更に高集積化しようとする傾向にあ
るからである。
一方、個々のトランジスタは微細化されて、ゲート絶縁
膜が薄くなって、ゲート絶縁耐圧が低下している。従っ
て、これらのトランジスタで構成されるLSIに適応で
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
保護する回路のことで、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ボル
トにも達することもある。また、ICの製造中、例えば
自動捺印機でゴム印からモールド容器が帯電して、それ
が入力端から入力する場合もある。
このような異常高圧によるIC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おり、第4図は保護
トランジスタQ1としてフィールドトランジスタを用い
た例で、Q、は保護されるトランジスタ(被保護トラン
ジスタ)、R1は抵抗体である。フィールドトランジス
タとは、半導体基板に設けた膜厚数千人のフィールド絶
縁膜をゲート絶縁膜にしたトランジスタのことで、スレ
ーショルド電圧は数十ボルトと高いが、数百ボルトの異
常高圧が入力端Inから加わると、Qlがオンして異常
電圧は被保護トランジスタQOに印加することなく、接
地電源(Vss)側へ放電される。
Vssはグラウンド(接地)に接続されている電源端子
で、大きな容量がある。尚、抵抗体R3は保護トランジ
スタQ1がオンした時、印加した異常高圧をQlとで分
割するための抵抗体で、数にΩ以下の低抵抗が挿入され
る。
第5図は他の保護回路を示しており、本例は最近汎用さ
れている回路例である。第4図と同じ(Qlは保護トラ
ンジスタ、Qoは被保護トランジスタ、R1は抵抗体で
あるが、QlのゲートにはトランジスタQ2が接続して
いる。そして、使用状態では、Q2のゲートにはVcc
が印加しているから、オン状態になっているが、Qlは
オフになっているため動作しない。
一方、異常電圧VQが入力端Inに加わると、接続端m
にも同じ電圧がかかり、その電圧が保護トランジスタQ
1のブレークダウン電圧VBを越えると、Qlがオンし
て接続端mとVS3との間が導通し、異常電圧v(1は
Vss側へ放電する。この動作状態を第6図の図表に図
示しており、このようにして、接続端mに現れた異常電
圧voはQ、のゲートには印加せずに、Q、が保護され
る。尚、第6図の図表において、異常電圧VOが加わっ
て、ブレークダウン電圧VBに達する時間はps(ピコ
秒)単位で、VOが低下する時間は精々1μs(マイク
ロ秒)以下のトランジスタイムτに近似している。
且つ、これらの保護回路はnチャネルMO3,C−MO
Sのいずれにも適用される。
[発明が解決しようとする問題点] ところで、従前は、被保護トランジスタQoのゲート絶
縁膜は膜厚500〜1000人程度あり、そのゲート絶
縁耐圧は50〜100ボルト程度であったから、Qlの
ブレークダウン電圧VBが30ボルト程度で充分に、Q
Oを保護する役目が果たせていた。
しかし、最近、ICが微細化されて、Q、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
ルト程度と低くなって(ると、Qlのブレークダウン電
圧VBを20ボルト以下に低下させなければ、Q、を保
護できなくなってきた。
ところが、Qlのブレークダウン電圧VBを低下させる
ためには、第5図に示した保護回路において、ゲート絶
縁膜を薄くする必要があり、そうすれば保護トランジス
タQ1自身が破壊され易くなって、保護回路が役立たな
くなる問題がある。
第7図は保護トランジスタQ、の破壊され易い部分を図
示したもので、1はp型基板、2はフィールド絶縁膜、
3はn型ソース領域、4はゲート電極、5はゲート絶縁
膜、6はp+型チャネルカット領域、7はn型ソース領
域であるが、異常電圧が印加されると、ゲート絶縁膜の
うちのゲーテッドジャンクション(Gated Jun
ction) 51部分でゲート絶縁膜が破壊され易(
、また、p+型チャネルカット領域6とn型ソース領域
3との境界36も異常電圧で破壊され易い。
従って、第5図に示す保護回路では、保護トランジスタ
Q、のブレークダウン電圧を低くすると、最初の異常電
圧で破壊されて、以降に異常電圧がかかつても保護回路
の役目を果たさなくなる欠点がある。また、第4図に示
す保護回路は、印加電圧が更に高くなければ動作しない
から同様に役立たない。
本発明は、これらの保護回路に代わり、最近、汎用され
ているC−MOS L S Iを保護するための保護回
路を提案するものである。
[問題点を解決するための手段] その問題は、入力端と入力C−MOS  トランジスタ
のゲートとの間に、直列に抵抗体を接続し、該抵抗体と
前記ゲートとの間に、ウェル領域をベースにしたラテラ
ルトランジスタのコレクタを接続し、該ラテラルトラン
ジスタのエミッタを電源に接続し、前記ベースにMOS
トランジスタを接続して、ベースは未使用時にフローテ
ングとして、入力端から高電圧が印加されたときにラテ
ラルトランジスタが導通して放電するようにした保護回
路によって解決される。
[作用] 即ち、本発明は、C−MOS L S Iの保護トラン
ジスタとして、ウェル領域をベースにしたラテラルトラ
ンジスタを使用するもので、そのラテラルトランジスタ
のベースにMOS  トランジスタを接続し、未使用時
はベースをフローティグ状態とし、高電圧が印加された
ときにラテラルトランジスタが導通して、入力トランジ
スタを保護するようにした保護回路である。
このような保護回路は、保護トランジスタがラテラルト
ランジスタであり、高電圧が印加してもコレクタエミッ
タ電圧Vceまでしか電位が上昇しないために自壊せず
、そのVceを低(したラテラルトランジスタによって
、低ゲート耐圧の入力t”ランジスタを保護することが
できる。
なお、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  I−ランジスタ
(素子)と同じ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、ベースはウェルと同時に形成し、コレ
クタ、エミッタはソース、ドレインと同時に形成できる
[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、Q3
はnpnラテラルトランジスタ。
Q、は被保護の人力C−MOS  トランジスタ、R3
は抵抗体で、Q8のベースにはnチャネルトランジスタ
Q4の一端(ソースまたはドレイン)が接続されている
。第1図では、C−MOS  l−ランジスタQoのp
チャネルトランジスタのみ示しており、また、npnラ
テラルトランジスタQ3のCはコレクタ、Bはベース、
Eはエミッタで、Vccは電源、VBBは基板バイアス
電源、Vssは接地電源である。
かくして、LSIが使用状態にある時、Q4のゲートに
はVccが印加して、オン状態になっているが、Q3が
オフになっているから、この保護回路は動作しない。
しかし、未使用状態にある時、ラテラルトランジスタQ
3のベースBはフローティングとなっており、その時、
静電気の異常電圧VOが入力端Inに加わると、接続端
mにも同様の高電圧が印加し、その電圧がラテラルトラ
ンジスタQ3のコレクタエミッタ電圧Vceを越えると
、Q、がオンして接続端mとVssとの間が導通し、異
常電圧VOはVss側へ放電する。この動作を第3図の
図表に図示しており、これはサイリスタと同様の作用で
ある。
即ち、Q3のコレクタCに異常電圧V。がかかつて、コ
レクタCの電位が上昇すると、同時にベースBの電位も
上昇して、ベースBとエミッタE間が順方向になり、電
位がVceを越えると、導通してVss側へ放電する。
そのため、本発明にかかる保護回路はベースBがフロー
ティング状態にあることが重要で、ペースがフローティ
ング状態にある時、Vceを越えると導通して放電する
から、ラテラルトランジスタQ3は壊れない。
このような構造の保護トランジスタとしての、ラテラル
トランジスタQ3のVceは、10ボルト程度まで低下
させることが可能である。それは、ラテラルトランジス
タがMOS l−ランジスタとは異質で、バイポーラト
ランジスタの一種であるため、設計面からの制約も少な
く、従って、Vceを低下させた保護回路に構成できる
且つ、要すれば、コレクタ・エミッタ間隔d(第1図参
照)をできるだけ小さくする方が、バイポーラトランジ
スタのβ(電流増幅率)が大きくなって、保護効果が大
きくなる。また、コレクタCの領域は広い面積の方がカ
ップリング容量が大きくなって、同様に保護効果が高ま
る。これらの条件は設計上から考慮することができる。
[発明の効果] 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、微細な低ゲート絶縁耐圧の入力トランジス
タからなるC−門O3L S Iを十分に静電破壊から
保護することができ、高集積LSIの信頼性向上に大き
く貢献するものである。
【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図はその保護動作を説明する図表、第4図、第5図
は従来の保護回路を示す図、第6図はその保護動作を説
明する図表、第7図は従来の問題点を示す図である。 図において、 Q、は被保護トランジスタ、 Qlは従来のMOS トランジスタからなる保護トラン
ジスタ、 Q、は本発明に適用するラテラルトランジスタからなる
保護トランジスタ、 Q2.Q4はMOS トランジスタ、 R,、Raは抵抗体、 Cはコレクタ、 Bはベース、 Eはエミッタ を示している。 第1図 、M−月にママ1様言l巨LnトのX葎カロ路百〇第2
図 Vcg     −5−vc そに譚μラシジZり司オカ炸面表 第312I 従禾轡條T#■杯 第4図 便法A3几1f12rhz・11牙薄口1幕第 5 図 第6図 1、旬鼓央り喜凶 第7図 手続補正書(自発) 昭和1/年特許願第2りgu号 3、補正をする者 事f↑との関係     社許出願人 住所 神奈川県用崎市中原区上小田中1015%地(5
22)名称富士通株式会社 4、代  理  人     住所 神奈川県川崎市中
原区上小田中1015番地富士通株式会社内 4鳴 皆 一\ 一許庁 −h−1々 (1)  明m書の発明の名称を以下のとおり補正する
。 「MIsLsIの保1回路J (2)明細書の特許請求の範囲を以下のとおり補正する
0 僅回路」 (3)  明細を第2’IN第10付記a rC−MO
S LSI0JをrMIS LSIの」に補正する。 (4)明細書第7頁第10行記載rC−MO8LSIを
」を「MIsLsIを」に補正する。 (5)明all書第7頁第13行〜第8頁第2行を以下
のとおり補正する。 [その問題は、LSIの被保護MISトランジスタと外
部端子間に接続された抵抗体と、LSTのチップ表百に
形成されたウェル領域をベースとし、核ウェル領域内に
形成されたコレクタ及びエミッタがそれぞれ前記抵抗体
及び電源端子に接続されたラテラルトランジスタからな
る保護用トランジスタと、電源が供給されてい々いとキ
前記ペースをフローティング状態とし、電源が供給され
ているとき前記ベースを前記電源端子に導通させるトラ
ンジスタと全有するMIS LSIの保護回路」(6)
明細書第8頁第5行記載「C−MOS LSIの」をr
MIS LSIの」に補正する。 (7)  明細書第8頁第8行記載「MOSトランジス
タ」をrMISMOSトランジスタ正する。 (8)明細書第8頁第19行〜第9頁第5行全以下のと
おり補正する。 「なお、MISトランジスタとしてC−MIS  トラ
ンジスタを用いるLSIに本発明の保護回路を設ける場
合は、ラテラルトランジスタがC−MISトランジスタ
と同じ工程で作成できる。

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、直列に抵抗体を挿入し、該抵抗体と前記ゲートの間
    に、ウェル領域をベースにしたラテラルトランジスタの
    コレクタを接続し、該ラテラルトランジスタのエミッタ
    を電源に接続し、前記ベースにMOSトランジスタを接
    続して、該ベースが未使用時にフローティング状態にあ
    ることを特徴とするC−MOSLSIの保護回路。
JP61174766A 1986-07-24 1986-07-24 C−mos lsiの保護回路 Pending JPS6331157A (ja)

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EP87306370A EP0257774A1 (en) 1986-07-24 1987-07-17 Protection circuit for large-scale integrated circuit
KR1019870008029A KR900004726B1 (ko) 1986-07-24 1987-07-23 대규모 집적회로용 보호회로

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