JPS6340373A - 半導体装置の入力保護回路 - Google Patents

半導体装置の入力保護回路

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JPS6340373A
JPS6340373A JP18407886A JP18407886A JPS6340373A JP S6340373 A JPS6340373 A JP S6340373A JP 18407886 A JP18407886 A JP 18407886A JP 18407886 A JP18407886 A JP 18407886A JP S6340373 A JPS6340373 A JP S6340373A
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JP
Japan
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input
circuit
input protection
semiconductor device
mosfet
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Pending
Application number
JP18407886A
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English (en)
Inventor
Kenji Nakai
賢治 中井
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.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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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

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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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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】 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、応答速度を改善した入力保護
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示す。
第2図に示すように、入力保護回路は、入力端子10に
一端が接続され他端が半導体装置の入力回路12に接続
される入力保護抵抗14を有している。
その入力保護抵抗14の他端には、プルダウンダイオー
ド16のカソードが接続され、そのプルダウンダイオー
ド16のアノードは接地されている。更に、入力保護抵
抗14の他端には、プルアップダイオード18のアノー
ドが接続され、そのプルアップダイオード18のカソー
ドは電源電圧Vssに接続されている。
このような入力保護回路において、入力端子10に過大
な電圧が印加されると、その電流はまず人力保護抵抗1
4により制限される。そして、その電圧が、ダイオード
16の降伏電圧より大きい場合には、そのダイオード1
6が短絡して、過剰電流をアースに逃がし、一方、その
電圧が電源電圧Vssの電圧より正側に大きい場合には
、ダイオード18を介して逃がされる。その結果、入力
回路12には過大な電圧は印加されない。
発明が解決しようとする問題点 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16及びプルアップダイオード18は、非導通状態
にあるときにはコンデンサとして機能する。更に、保護
すべき入力回路12は、入力容量を有している。従って
、それら容量成分Cと、人力保護抵抗14の抵抗Rとで
時定数回路(τ=RC)が構成される。
従って、そのような入力保護回路を介してパルス信号が
印加されると、その時定数回路のためにパルスの立ち上
がり及びパルスの立ち下がりが遅れる。そして、そのパ
ルスの遅延は、上記した時定数τ=RCに比例して大き
くなる。また、時定数が同じであっても、入力されるパ
ルス信号の繰返し周波数が高くなると、パルスの立ち上
がり及びパルスの立ち下がりの遅れは、パルスを歪ませ
、極端な場合にはパルスを弁別不能まで歪ませることに
なる。
それ故、保護すべき回路が、通信回路に使用されている
回路などの場合、上記したような従来の入力保護回路は
高速伝送の妨げとなる。
そこで、本発明は、上記した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、人力信号の遅れが少ない半
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
された入力保護抵抗性素子と、該入力保護抵抗性素子の
他端に接続されたクランプ素子とを具備してなる半導体
装置の入力保護回路において、前記入力保護抵抗性素子
は、低インピーダンスの定電流制限素子で構成される。
本発明による半導体装置の入力保護回路の1実施例では
、前記定電流制限素子は、エンハンスメント型MOSF
ETであり、そのドレイン−ソース間電流路が、前記入
力端子と前記クランプ素子との間に接続され、ゲートが
バイアス源に接続さ。
れる。そして、前記クランプ素子は、ダイオード、また
はダイオード形式に接続されたMOSFETで構成され
る。
作用 上記した本発明による半導体装置の入力保護回路におい
ては、入力保護抵抗性素子として、低インピーダンスの
定電流制限素子が使用されている。
電流制限素子は、その機能として過大な電流を阻止する
ので、過大な電圧が作用しても、大きな電流が流れるこ
とを阻止して、入力回路を保護することができる。一方
、上記した定電流制限素子の抵抗成分は小さいので、保
護すべき入力回路の入力容量及び/又はクランプ素子の
容量成分と時定数回路が構成されても、その時定数は小
さい。従って、人力信号の遅延は少なく、高い応答速度
が要求される回易や、高い伝送速度の信号を扱う通信回
路に使用しても、それぞれの回路の特性を劣化させるこ
となく保護することができる。
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図は、本発明を実施した入力保護回路の1実施例の
回路図である。
本発明の入力保護回路は、第1図に示すように、入力端
子20にドレインが接続されたエンハンスメント型nチ
ャネルMOSFET24を有している。
そのMOSFET24のソースは、ノード26を介して
半導体装置の入力回路22に接続されている。更に、M
OSFET24のゲートは、抵抗28及び30からなり
電源電圧■。、とアースとの間に接続された分圧回路の
中間ノードに接続されている。そして、MOSFET2
4のソースすなわちノード26は、クランプ素子32を
介して電源電圧Vssに接続され、クランプ素子34を
介して接地されている。
以上の構成において、抵抗28及び30は、ポリシリコ
ンまたは拡散抵抗により、半導体基板上に容易に実現で
きる。また、クランプ素子32及び34は、画素子の特
性を合成した特性が第3図のグラフに示すような特性と
なるような素子である。すなわち、ノード26の電圧が
所定の電圧範囲(士数ボルト)にある場合には無限大の
抵抗を有して電流は流れず、その範囲を越えると、抵抗
値がほぼ零となり電流を流す。このような特性を有する
素子としては、第4図(a)に示すようなダイオードを
使用することができる。その場合、2ランプ素子32と
しては、ダイオードのアノードをノード26に接続し、
カソードを電源電圧Vssに接続する。また、クランプ
素子34としては、ダイオードのカソードをノード26
に接続し、アノードをアースに接続する。また、クラン
プ素子として、第4図ら〕に示すように、ダイオード形
式に接続したエンハンスメント型MOSFETを使用す
ることができる。そのMOSFETがnチャネルの場合
、ゲートとドレインを共通接続した側が、ダイオードの
カソード側に相当す°る。
以上のような構成の入力保護回路において、MOSFE
T24は、そのゲートが分圧回路により所定の電圧にバ
イアスされているので、そのドレイン−ソース間電流は
、そのバイアス電圧に見合う値で飽和する。すなわち、
MOSFET24は、電流制限素子として機能する。従
って、保護すべき高電圧(例えば数v以上)に対して制
限電流値を設定した場合、その高電圧以下の信号が人力
される限りは、はぼ無抵抗の素子として振る舞い、制限
電流以上の信号が人力された場合には電流制限素子すな
わち大きな抵抗として動作する。即ち、異常電圧が印加
されない正常動作時には、MOSFETは極めて小さな
抵抗素子として機能するので、入力回路やクランプ素子
による容量との時定数は非常に小さく、従来の抵抗を使
用した入力保護回路に比較して、入力パルスの遅延と小
さい。
それ故、高い応答速度が要求される回路や、高い伝送速
度の信号を扱う通信回路に使用しても、それぞれの回路
の特性を劣化させることなく保護することができる。
更に、MOSFET24は、エンハンスメント型である
ので、ゲートバイアスがなくなると、カットオフとなり
、電流を完全に遮断する。それ故、保存時、電源が切ら
れた場合、大きな保護機能を発揮する。
また、上記した入力保護回路をCMO3集積回路に適用
した場合、新たに特性の異なる素子を追加せず実現でき
る。すなわち、CM OS集積回路は、エンハンスメン
ト型MOSFETで構成されているので、入力保護回路
のMOSFET24としてそのエンハンスメント型MO
SFETを利用して構成することができる。従って、デ
イプレッション型MOSFETを新たに設ける必要がな
いので、製造プロセスを増加する必要がない。
第5図は、第1図に示す入力保護回路を具体化した半導
体装置の入力保護回路部分のレイアウトパターン図であ
る。
第1図に示す入力保護回路の入力端子20は、第5図に
示すように、ワイヤボンデングパッド38であり、ワイ
ヤボンデングパッド38から延びるり−ド40は、p拡
散領域42の一端に設けられたn+ ドレイン領域にオ
ーミック接触している。そして、そのp拡散領域42の
他端に設けられたn゛ソース領域は、リード44が1−
ミック接触されている。
更に、それらドレイン領域とソース領域のp拡散領域4
2上にゲート絶縁膜46を介してゲート電極48が形成
されている。かくして、それら領域とゲー上電極により
MOSFET24が構成される。そのゲート電極48は
、そめレイアウトパターンの図示を省略した分圧抵抗2
8及び30の中間ノードに接続されている。
また、そのリード44の途中は、接地されているp゛拡
散領域50の中に形成されたn゛拡散領域52にオ′−
ミック接触している。このp゛拡散領域50とn゛拡散
領域52とが、クランプ素子34としてのプルダウンダ
イオードを構成している。更に、図示していないが、図
面においてp+拡散領域50の右側にクランプ素子32
としてのプルアップダイオードが、リード44に接続さ
れるようにしてプルダウンダイオードと同様に設けられ
る。
更に、p拡散領域42は、n−拡散領域54上に形成さ
れており、そのn−拡散領域54は、電源電圧に接続さ
れたn゛拡散領域56の中に形成されている。かくして
、そのn+拡散領域56を逆バイアスすることにより、
p拡散領域42は基板から分離される。
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、正常動作時の電流制限素子
のインピーダンスが低いので、入力回路に入力部にでき
る時定数回路の時定数が小さく、信号の遅延が小さい。
それ故、本発明による入力保護回路を、高速動作を損な
うことがなく、高速動作が要求される回路の人力保護に
適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を実施した半導体装置の入力保護回路
の回゛路図、 第2図は、従来の半導体装置の入力保護回路の回路図、 第3図は、第1図に示す入力保護回路に使用されるクラ
ンプ素子の特性を示すグラフ、第4図(a)および(b
)は、第1図に示す入力保護回路に使用されるクランプ
素子の例を示す図、第5図は、第1図に示す入力保護回
路を具体化した半導体装置の入力保護回路部分のレイア
ウトパターン図である。□ (主な参照番号〕 10.20・・入力端子 12.22・・入力回路 14・・人力保護抵抗 16・・プルダウンダイオード 18・・プルアップダイオード 18・・ワイヤボンデングパッド 24・・MOSFET z8・30・・抵抗 32.34・・クランプ素子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入力端子に一端が接続された入力保護抵抗性素子
    と、該入力保護抵抗性素子の他端に接続されたクランプ
    素子とを具備してなる半導体装置の入力保護回路におい
    て、前記入力保護抵抗性素子は、低インピーダンスの定
    電流制限素子であることを特徴とする半導体装置の入力
    保護回路。
  2. (2)前記定電流制限素子は、エンハンスメント型MO
    SFETであり、そのドレイン−ソース間電流路が、前
    記入力端子と前記クランプ素子との間に接続され、ゲー
    トがバイアス源に接続され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)前記クランプ素子は、ダイオード、またはダイオ
    ード形式に接続されたMOSFETであることを特徴と
    する特許請求の範囲第(1)項または第(2)項記載の
    半導体装置の入力保護回路。
JP18407886A 1986-08-05 1986-08-05 半導体装置の入力保護回路 Pending JPS6340373A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008244607A (ja) * 2007-03-26 2008-10-09 Sumitomo Electric Ind Ltd 光データリンク
JP2016006862A (ja) * 2014-05-30 2016-01-14 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置、及び電子機器

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