JP2000236065A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JP2000236065A
JP2000236065A JP11035200A JP3520099A JP2000236065A JP 2000236065 A JP2000236065 A JP 2000236065A JP 11035200 A JP11035200 A JP 11035200A JP 3520099 A JP3520099 A JP 3520099A JP 2000236065 A JP2000236065 A JP 2000236065A
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JP
Japan
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integrated circuit
semiconductor integrated
circuit
core
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JP11035200A
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Kenji Nuga
謙治 奴賀
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体集積回路の回路スペースを効果的に利
用しながら、集積回路のレイアウト設計者が改めて作り
込む箇所を指定することなく、ESD保護回路に使用す
る保護バイパス素子を大きく作り込むようにして、レイ
アウト設計者の労力を要することなくESD耐性を向上
する。 【解決手段】 コア領域3とIO領域4との間の、符号
10a〜10cや、符号14、16で示される範囲のコ
ア外周領域に、ESD保護回路に使用する保護バイパス
素子を設ける。該コア外周領域は、もともと存在するの
で、集積度を低下せずに、大きな保護バイパス素子を設
けることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、所望の回路を作り
込んだコア領域の周囲に、外部に対する信号を入出力し
たり、外部から電源を取り入れる際に用いる複数のセル
を作り込むIO領域を設けたレイアウトの半導体集積回
路チップを有する半導体集積回路に係り、特に、半導体
集積回路の回路スペースを効果的に利用しながら、集積
回路のレイアウト設計者が改めて作り込む箇所を指定す
ることなく、ESD保護回路に使用する保護バイパス素
子を大きく作り込むようにして、レイアウト設計者の労
力を要することなくESD耐性を向上することができる
半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路チップ上において、異電
位の電源が2つ以上存在する場合は、IO領域内の未使
用領域に形成するNMOS(N-channel metal oxide
semiconductor)トランジスタを保護バイパス素子とし
て使用する、ESD(electrostatic discharge)保護
回路を搭載することがある。上記の未使用領域は、電源
セルや、入出力バッファに使用していない、IO領域内
のセルの領域である。
【0003】図1及び図2は、3ボルト及び5ボルトの
異電位の電源が2つ存在する場合のESD保護回路の回
路図である。
【0004】近年では、半導体集積回路チップにおい
て、実際の機能的な回路を作り込むコア領域では、消費
電力低減のため、低い電圧の電源、例えば3ボルトの電
源を用いる。一方、コア領域の周囲に設ける、外部回路
に対して信号を入出力するIO領域では、出力駆動能力
を確保するため、高い電圧の電源、例えば5ボルトの電
源を用いる。
【0005】このように単一の半導体集積回路チップに
おいて異電位の電源が供給されている場合、通常、これ
ら電源のグランドGNDは共通である。又、グランドG
NDとは反対電位の配線については、これら電源間で
は、異電位であるので、当然ながら高抵抗である。従っ
て、このような高抵抗の配線間に、静電気などの高電圧
が外部から印加されると、半導体集積回路チップが損傷
を受ける虞れがある。このような問題を避けるため、例
えば図1及び図2に示すようなESD保護回路を半導体
集積回路チップ上に設ける。
【0006】異電位の電源が供給される半導体集積回路
チップにおいて、図1及び図2の回路は、共に設けるよ
うにする。これら回路において、インバータI1及びI
3の入力はグランドGNDに接続されているため、イン
バータI2及びI4の出力は常時L状態である。従っ
て、トランジスタTN1及びTN2は、常時オフであ
る。
【0007】ここで、電源VDD1の配線、及び電源V
DD2の配線の間に、通常より高い異常電圧、例えば静
電気などが印加された場合、これらトランジスタTN1
及びTN2は、共にオンになる。これによって、図1及
び図2において一点鎖線矢印で示されるように、異常電
圧による電流がこれらトランジスタTN1及びTN2の
ソース及びドレインを流れる。従って、電源VDD1の
配線、及び電源VDD2の配線の間における電圧上昇は
抑えられ、これにより半導体集積回路チップの損傷が防
止される。
【0008】又、通常は、これら図1や図2の回路は、
IO領域における、例えば図3において斜線で示される
ような、未使用領域に作り込まれる。ここで、符号A1
〜符号A4は、いずれもIO領域のセル領域である。符
号A1は入力バッファに用いられており、符号A2は出
力バッファに用いられており、符号A3は未使用領域で
あり、符号A4は電源セルに用いられている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなESD保護回路は、IO領域に未使用領域が存在し
ない場合、配置することができない。又、仮に未使用領
域があっても、面積が小さいとトランジスタTN1及び
TN2の大きさが小さくなり、異常電圧による電流を十
分流すことができないため、半導体集積回路チップの損
傷の保護が不十分になってしまう。
【0010】又、異常電圧から確実に保護するために
は、上記のようなESD保護回路は、電源を集積回路内
部回路に供給する電源セルの近傍に設けることが望まし
い。しかしながら、ESD保護回路に用いることができ
る未使用セルが電源セル近傍にない場合、このように近
傍に設けることはできない。
【0011】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、半導体集積回路の回路スペースを効
果的に利用しながら、集積回路のレイアウト設計者が改
めて作り込む箇所を指定することなく、ESD保護回路
に使用する保護バイパス素子を大きく作り込むようにし
て、レイアウト設計者の労力を要することなくESD耐
性を向上することができる半導体集積回路を提供するこ
とを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、所望の回路を
作り込んだコア領域の周囲に、外部に対する信号を入出
力したり、外部から電源を取り入れる際に用いる複数の
セルを作り込むIO領域を設けたレイアウトの半導体集
積回路チップを有する半導体集積回路において、前記コ
ア領域と前記IO領域との間のコア外周領域に、ESD
保護回路に使用する保護バイパス素子を設けるようにし
たことにより、前記課題を解決したものである。
【0013】又、前記半導体集積回路において、前記コ
ア外周領域で前記コア領域を囲むようにリング状の拡散
領域を作ると共に、当該半導体集積回路の平面上での放
射方向にチャネル電流を流すように、ソース及びドレイ
ンを設け、更に、該拡散領域の上方に絶縁膜を介してリ
ング状の、前記チャネル電流を制御するゲート電極を形
成し、このようにして前記保護バイパス素子として、前
記コア外周領域で前記コア領域を囲むようにリング状の
NMOSトランジスタを設けるようにしたことにより、
前記コア外周領域で回路面積を有効活用して大きな保護
バイパス素子を設けることができる。
【0014】以下、本発明の作用について、簡単に説明
する。
【0015】ESD保護回路において、保護バイパス素
子の回路面積の比率は大きい。本発明においては、この
ような保護バイパス素子を、コア領域とIO領域との間
のコア外周領域に設けるようにしている。
【0016】該コア外周領域は、少なくとも何らかの空
き領域として、従来から存在する領域であり、このよう
な保護バイパス素子を作り込むことは可能である。又、
このように作り込んでも、該コア外周領域がこのように
従来から存在する領域であり、該コア外周領域を多少拡
張したとしても、半導体集積回路チップの集積度の低下
はゼロ、ないしはごく小さい。
【0017】更に、コア外周領域は全体としてはある程
度の面積があるので、比較的大きな保護バイパス素子を
作り込むことができる。従って、異常電圧による電流を
効果的に流すことができ、半導体集積回路チップの損傷
を保護することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の実施の
形態を詳細に説明する。
【0019】図4は、本発明が適用された実施形態の半
導体集積回路チップのレイアウト図である。
【0020】半導体集積回路チップ1において、所望の
回路を作り込んだコア領域3の周辺に、外部に対する信
号を入出力したり、外部から電源を取り入れる際に用い
る複数のセルを作り込むIO領域4が設けられている。
該IO領域4は、図中では、荒い砂目の網掛けで図示さ
れている。後述する電源セル32、34、36も、該I
O領域4に作り込まれている。又、これらコア領域3と
IO領域4との間の領域、即ち、符号10a〜10c、
14、16の領域が、本発明でコア外周領域と称する領
域である。なお、図4において、■印は、コンタクトあ
るいはビアによる、異なる配線層の配線の接続を示す。
【0021】本実施形態では、該コア外周領域でコア領
域3を囲むように、図中では細かい砂目の網掛けで図示
されている、符号10a〜10cで示すリング状の拡散
領域を作る。符号10a〜10cの部分は、後述する上
層のゲート電極14及び16で分離しているように図示
されており、これらゲート電極14及び16に対するソ
ース又はドレインとして機能する領域である。
【0022】又、当該半導体集積回路のチップの平面上
での放射方向に、該拡散領域においてチャネル電流を流
すようにソース及びドレインを設けている。更に、該拡
散領域の上方に絶縁膜を介してリング状の、上記のよう
なチャネル電流を制御するゲート電極14及び16を形
成する。本実施形態では、ゲート電極14及び16は、
拡散領域の上方に、絶縁膜を介して該拡散領域とは電気
的に絶縁されて形成された、ポリシリコン配線層で作り
込んでいる。ポリシリコン配線層の配線は、図4では、
右下がり斜線の網掛けで図示されている。
【0023】このようにして保護バイパス素子として、
コア外周領域でコア領域3を囲むようにリング状のNM
OSトランジスタを設ける。
【0024】又、本実施形態においては、ESD保護回
路は、図5の回路図に示すとおりである。又この図5に
おいて一点鎖線で囲まれる符号20の部分は、図4にお
いて同符号20で示すように、コア領域3に作り込んで
いる。
【0025】又インバータI6の出力OUTは、図4に
示すように、ゲート電極14及び16に接続されてい
る。ゲート電極14は、図5におけるトランジスタTN
3のものである。ゲート電極16は、トランジスタTN
4のものである。これらトランジスタTN3及びTN4
が、本実施形態における保護バイパス素子である。これ
らトランジスタTN3及びTN4において、半導体集積
回路チップの平面上での放射方向に、拡散領域における
チャネル電流が流れる。
【0026】又、配線42、44、46は、右上がり斜
線の網掛けで図示される金属配線層で形成されている。
まず、IO領域4にある電源セル32からのグランドG
NDの配線42は、最短距離で、拡散領域10bに接続
されている。電源セル34からの電源VDD1の配線4
4は、最短距離で、拡散領域10aに接続されている。
電源セル36からの電源VDD2の配線46は、最短距
離で、拡散領域10cに接続されている。このように最
短距離で接続されているので、ESD保護が効果的にな
される。
【0027】なお、図4においては、拡散領域10b
は、1つの電源セル32を経由して半導体集積回路外部
の電源に接続されているが、複数の電源セルを経由して
接続されていてもよい。同様に、拡散領域10aは1つ
の電源セル34を経由して、拡散領域10cは1つの電
源セル36を経由して半導体集積回路外部に接続されて
いるが、それぞれ複数の電源セルを経由して接続されて
いてもよい。
【0028】このような本実施形態では、コア外周領域
の面積を利用して保護バイパス素子である大きなトラン
ジスタTN3及びTN4を作り込むことができ、効果的
に本発明を適用することができる。従って、半導体集積
回路の回路スペースを効果的に利用しながら、集積回路
のレイアウト設計者が改めて作り込む箇所を指定するこ
となく、ESD保護回路に使用する保護バイパス素子を
大きく作り込むようにして、レイアウト設計者の労力を
要することなくESD耐性を向上することができる。
【0029】本実施形態では、コア領域を囲む拡散領域
として符号10a〜10cの3領域を用意し、コア領域
を囲むゲート電極として符号14及び16を用いた。し
かしながら、本発明はこの実施形態に限定されるもので
はない。
【0030】例えば、拡散領域としては、符号10a及
び10bの2領域のみを用意し、ゲート電極としては符
号14の1つにし、これら符号10a、10b、14を
幾つかの領域に電気的に分離・分割する。例えば、図4
において、チップを左右に2分割したり、あるいは左右
上下に4分割する。そして、その内の幾つかをVDD1
用のバイパス素子として用い、他をVDD2用のバイパ
ス素子として用いることもできる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、半導体集積回路の回路
スペースを効果的に利用しながら、集積回路のレイアウ
ト設計者が改めて作り込む箇所を指定することなく、E
SD保護回路に使用する保護バイパス素子を大きく作り
込むようにして、レイアウト設計者の労力を要すること
なくESD耐性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来からの3ボルト及び5ボルトの異電位の電
源が2つ存在する場合のESD保護回路を示す第1の回
路図
【図2】図1の回路と組み合わせて利用されるESD保
護回路を示す第2の回路図
【図3】外部に対する信号を入出力したり、外部から電
源を取り入れる際に用いる複数のセルを作り込むIO領
域のレイアウト図
【図4】本発明が適用された実施形態の半導体集積回路
チップのレイアウト図
【図5】前記実施形態に用いるESD保護回路の回路図
【符号の説明】
1…半導体集積回路チップ 3…コア領域 4…IO領域 10a〜10c…拡散領域 14、16…ゲート電極 20…ESD保護回路 32、34、36…電源セル 42、44、46…配線

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所望の回路を作り込んだコア領域の周囲
    に、外部に対する信号を入出力したり、外部から電源を
    取り入れる際に用いる複数のセルを作り込むIO領域を
    設けたレイアウトの半導体集積回路チップを有する半導
    体集積回路において、 前記コア領域と前記IO領域との間のコア外周領域に、
    ESD保護回路に使用する保護バイパス素子を設けるよ
    うにしたことを特徴とする半導体集積回路。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の半導体集積回路におい
    て、 前記コア外周領域で前記コア領域を囲むようにリング状
    の拡散領域を作ると共に、 当該半導体集積回路の平面上での放射方向にチャネル電
    流を流すように、ソース及びドレインを設け、 更に、該拡散領域の上方に絶縁膜を介してリング状の、
    前記チャネル電流を制御するゲート電極を形成し、 このようにして前記保護バイパス素子として、前記コア
    外周領域で前記コア領域を囲むようにリング状のNMO
    Sトランジスタを設けるようにしたことを特徴とする半
    導体集積回路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100605195B1 (ko) 2004-12-31 2006-07-31 동부일렉트로닉스 주식회사 정전 방전 보호 회로를 구비한 패드
JP2023067741A (ja) * 2021-10-29 2023-05-16 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
US12464826B2 (en) 2021-10-29 2025-11-04 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device

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