JPH0287674A - surge protection circuit - Google Patents
surge protection circuitInfo
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- JPH0287674A JPH0287674A JP24129388A JP24129388A JPH0287674A JP H0287674 A JPH0287674 A JP H0287674A JP 24129388 A JP24129388 A JP 24129388A JP 24129388 A JP24129388 A JP 24129388A JP H0287674 A JPH0287674 A JP H0287674A
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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。(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は半導体集積回路装置において内部の回路をサー
ジから保護するためのサージ保護回路に関するものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a surge protection circuit for protecting internal circuits from surges in a semiconductor integrated circuit device.
(従来の技術)
半導体集積回路装置では、通常、入出力部にサージ保護
回路が設けられる。サージ保護回路にはPN接合やMO
Sトランジスタが設けられており、入出力部の電圧が回
路電源の範囲からPN接合の順方向電圧又はMOSトラ
ンジスタのパンチスルーm圧を越えたときに保護素子が
作動するようになっている。(Prior Art) In a semiconductor integrated circuit device, a surge protection circuit is usually provided in an input/output section. A PN junction or MO is used in the surge protection circuit.
An S transistor is provided, and the protection element is activated when the voltage at the input/output section exceeds the forward voltage of the PN junction or the punch-through m voltage of the MOS transistor from the range of the circuit power supply.
第7図はPN接合の順方向電圧Vbcを利用した保護回
路の例であり、第8図はその装置の断面図を表わしてい
る。FIG. 7 shows an example of a protection circuit using the forward voltage Vbc of a PN junction, and FIG. 8 shows a cross-sectional view of the device.
内部回路2と入出力パッド1の間が抵抗3で接続されて
いるとともに、保護回路として高電圧電源V+どの間に
ダイオード4が接続され、低電圧電源V−との間にダイ
オード5が接続されている。A resistor 3 is connected between the internal circuit 2 and the input/output pad 1, and as a protection circuit, a diode 4 is connected between the high voltage power supply V+ and a diode 5 is connected between the low voltage power supply V-. ing.
第7図の回路において、入出力パッド1に印加される電
圧が回路電源範囲(v4〜V−)からPN接合の順方向
電圧Vbeを越えると保護素子4又は。In the circuit of FIG. 7, when the voltage applied to the input/output pad 1 exceeds the forward voltage Vbe of the PN junction from the circuit power supply range (v4 to V-), the protection element 4 or.
5が作動し、その電圧でクランプされる。保護素子の働
かない入出力電圧範囲は(V”+Vbe=V−−Vbe
)である。一般にVbe=0.6−0.7Vである。5 is activated and clamped at that voltage. The input/output voltage range in which the protection element does not work is (V"+Vbe=V--Vbe
). Generally Vbe=0.6-0.7V.
第9図はNMOSトランジスタ6のパンチスルー電圧B
Vds及びPN接合の順方向電圧Vbeを利用した保護
回路である。第10図はその装置の一例を表わしたもの
であり、抵抗3はポリシリコン層により形成されている
。Figure 9 shows the punch-through voltage B of the NMOS transistor 6.
This is a protection circuit that utilizes Vds and the forward voltage Vbe of the PN junction. FIG. 10 shows an example of the device, in which the resistor 3 is formed of a polysilicon layer.
第9図の保護回路で、入出力パッド1の印加電圧が高電
圧側にはNMOSトランジスタ6のソース電圧V−より
パンチスルー電圧を越えた場合、低電圧側にはNMOS
トランジスタ6の基板電圧■−よりPN接合の順方向電
圧を越えた場合にその電圧でクランプされる。したがっ
て、第9図の保護回路で保護素子6の働かない入出力電
圧範囲は(V−+BVds”V−−Vbe)’T!ある
。 一般にBvds=10〜2ovである。In the protection circuit shown in FIG. 9, if the voltage applied to the input/output pad 1 exceeds the punch-through voltage from the source voltage V- of the NMOS transistor 6 on the high voltage side, the NMOS transistor on the low voltage side
When the substrate voltage of the transistor 6 exceeds the forward voltage of the PN junction, it is clamped at that voltage. Therefore, in the protection circuit of FIG. 9, the input/output voltage range in which the protection element 6 does not work is (V-+BVds"V--Vbe)'T! Generally, Bvds is 10 to 2 ov.
(発明が解決しようとする課題)
第7図又は第9図に示される保護回路では、保護素子が
作動しない電圧範囲は狭く、入出力電圧が正常動作状態
でその範囲を越える場合には使用できない。(Problem to be Solved by the Invention) In the protection circuit shown in Figure 7 or Figure 9, the voltage range in which the protection element does not operate is narrow, and it cannot be used if the input/output voltage exceeds that range in normal operating conditions. .
本発明は保護素子の作動しない範囲が広く、またその範
囲を変えることも容易なサージ保護回路を提供すること
を目的とするものである。An object of the present invention is to provide a surge protection circuit in which the range in which the protection element does not operate is wide and the range can be easily changed.
(課題を解決するための手段)
本発明のサージ保護回路は、直列に接続された互いに方
向の異なる2個のPN接合を少なくとも含み、一端が入
出力パッドに接続され、他端が電源又はグランドに接続
される。(Means for Solving the Problems) The surge protection circuit of the present invention includes at least two PN junctions connected in series in different directions, one end of which is connected to an input/output pad, and the other end of which is connected to a power supply or ground. connected to.
(作用)
サージ保護回路が2個のPN接合の直列回路のみを含む
場合には、その他端を低電圧側の電源■−に接続した場
合、入出力端子に印加される電圧が(V−+ B Ve
b+ Vbe)より高くなったときにクランプされる。(Function) When the surge protection circuit includes only two PN junction series circuits, if the other end is connected to the low voltage power supply ■-, the voltage applied to the input/output terminal will be (V-+ B Ve
It is clamped when it becomes higher than b+Vbe).
また、他端を高電圧側の電源V+に接続した場合、入出
力端子に印加される電圧が(V”−B Veb−Vbe
)より低くなったときにクランプされる。BVebはP
N接合の逆方向の降伏電圧であり、PN接合の順方向電
圧Vbeよりも大きく、クランプされない入出力電圧範
囲は広い。In addition, when the other end is connected to the high voltage side power supply V+, the voltage applied to the input/output terminal is (V''-B Veb-Vbe
) will be clamped when lower. BVeb is P
This is the breakdown voltage in the reverse direction of the N junction, which is higher than the forward voltage Vbe of the PN junction, and the unclamped input/output voltage range is wide.
一対の互いに逆方向のPN接合を含む直列回路にさらに
PN接合を付加することによって、入出力電圧がクラン
プされる電圧範囲を広くすることができる。By further adding a PN junction to a series circuit including a pair of PN junctions in opposite directions, it is possible to widen the voltage range over which the input and output voltages are clamped.
(実施例) 第1図は一実施例を表わす。(Example) FIG. 1 represents one embodiment.
入出力パッド1と内部回路2の間には、高電圧電源V“
どの間に互いに逆方向の2個のPN接合11.12が直
列に接続されており、低電圧電源V−との間にも互いに
逆方向の2個のPN接合13.14が直列に接続されて
いる。A high voltage power supply V" is connected between the input/output pad 1 and the internal circuit 2.
Two PN junctions 11.12 with mutually opposite directions are connected in series between both, and two PN junctions 13.14 with mutually opposite directions are connected in series between the low voltage power supply V-. ing.
第2図は第1図の実施例を実現するための装置を表わし
ている。FIG. 2 represents an apparatus for realizing the embodiment of FIG.
15はP−シリコン基板、16はN−ウェル拡散又は基
板15上に形成されたN−エピタキシャル層である。P
N接合11〜14を形成するために。15 is a P-silicon substrate; 16 is an N-well diffusion or N-epitaxial layer formed on the substrate 15; P
To form N junctions 11-14.
ウェル16にはP+拡散層17.18.19が形成され
、それらのP“拡散@17,18.19の内側にN4拡
散!20,21,22.23が形成されている。P“拡
散層17とN+拡散WJ2oによってPN接合11が構
成され、P“拡散層18とN4拡散層21によってPN
接合12が構成され、P44拡散18とN0拡散層22
によってPN接合13が構成され、P00拡散19とN
0拡散Wj23によってPN接合14が構成されている
。P+ diffusion layers 17, 18, and 19 are formed in the well 16, and N4 diffusions !20, 21, 22, and 23 are formed inside these P" diffusions @17, 18.19. P" diffusion layers 17 and the N+ diffusion WJ2o constitute a PN junction 11, and the P" diffusion layer 18 and the N4 diffusion layer 21 constitute a PN junction 11.
Junction 12 is configured, P44 diffusion 18 and N0 diffusion layer 22
The PN junction 13 is constructed by the P00 diffusion 19 and the N
A PN junction 14 is configured by the zero diffusion Wj23.
各PN接合11〜14は基板表面に形成された絶縁膜2
4のコンタクトホールを介してメタル配線25によって
第1図の回路を構成するように接続されている。Each PN junction 11 to 14 is an insulating film 2 formed on the substrate surface.
They are connected by metal wiring 25 through contact holes 4 to form the circuit shown in FIG.
N−ウェル16はP′″拡散屡26によって分離されて
おり、P00拡散17〜19から電荷が流れないように
N″′′ウエル16位はフローティング状態とされてい
る。The N-well 16 is separated by a P'' diffusion layer 26, and the N'''' well 16 is placed in a floating state so that no charge flows from the P00 diffusions 17-19.
第3図は他の実施例を表わすものであり、第1図の保護
回路のPN接合を入れ替えた状態になっている。FIG. 3 shows another embodiment, in which the PN junctions of the protection circuit of FIG. 1 are replaced.
第4図は第3図の回路を実現する装置であり、15は基
板、16はN−ウェル拡散又はN−エピタキシャル層で
あり、27.28はP”拡散層、29〜32はN1拡散
層である。P11拡散27とN+拡散層29によってP
N接合12aが構成され、P00拡散27とN0拡散層
30によってPN接合11aが構成され、P0拡散W!
j28とN0拡散層31によってPN接合14aが構成
され、P+拡散層28とN2拡散層32によってPN接
合13aが構成されている。各PN接合11a〜14a
は基板表面に形成された絶縁膜24のコンタクトホール
を介してメタル配線33によって第3図の回路を構成す
るように接続されている。FIG. 4 shows a device for realizing the circuit of FIG. 3, in which 15 is a substrate, 16 is an N-well diffusion or N-epitaxial layer, 27.28 is a P'' diffusion layer, and 29 to 32 are N1 diffusion layers. The P11 diffusion 27 and the N+ diffusion layer 29
An N junction 12a is configured, a PN junction 11a is configured by the P00 diffusion 27 and the N0 diffusion layer 30, and the P0 diffusion W!
j28 and the N0 diffusion layer 31 constitute a PN junction 14a, and the P+ diffusion layer 28 and the N2 diffusion layer 32 constitute a PN junction 13a. Each PN junction 11a to 14a
are connected by metal wiring 33 through contact holes in an insulating film 24 formed on the surface of the substrate so as to form the circuit shown in FIG.
第1図及び第3図の実施例において、保護素子の働かな
い入出力電圧範囲は高電圧側に対しては(V−+BVe
b+Vbs) ”−・(1)であり、低電圧側に対
しては
(V” −B Veb −Vbe) ・・・”・(
2)である。−例として、V’=5V、V−=GND、
Vbe=0.6V、BVeb=7.4Vとすると、上記
(1)、(2)式から保護素子の鋤かない入出力電圧範
囲は一3v〜8vである。In the embodiments shown in FIGS. 1 and 3, the input/output voltage range in which the protection element does not work is (V-+BVe
b + Vbs) ”-・(1), and for the low voltage side (V” −B Veb −Vbe) ...”・(
2). - For example, V'=5V, V-=GND,
When Vbe=0.6V and BVeb=7.4V, the input/output voltage range of the protection element is from -3V to 8V from equations (1) and (2) above.
実施例では入出力パッド1と電源v”、v−との間に一
対のPN接合が設けられているが、さらに保護素子の働
かない電圧範囲を広げるために、PN接合対の直列回路
にさらにPN接合を接続してもよい。In the embodiment, a pair of PN junctions are provided between the input/output pad 1 and the power supplies v" and v-, but in order to further widen the voltage range in which the protection element does not work, an additional PN junction is added to the series circuit of the pair of PN junctions. A PN junction may be connected.
実施例ではまた、入出力パッド1と高電圧電源Vゝの間
、及び入出力パッド1と低電圧電源V−の間の両方に保
護回路が設けられているが、サージ電圧として負又は正
のいずれか一方のみしか印加されないことが明らかであ
れば、保護回路は高電圧電源側又は低電圧電源側のいず
れか一方だけでもよい。In the embodiment, protection circuits are also provided both between the input/output pad 1 and the high voltage power supply V-, and between the input/output pad 1 and the low voltage power supply V-. If it is clear that only one of them is applied, the protection circuit may be provided only on either the high voltage power supply side or the low voltage power supply side.
保護機能を高めるために1人出力パッド1と内部回路2
の間に抵抗を付加してもよい。One output pad 1 and internal circuit 2 to enhance protection function
A resistance may be added between the two.
次に、実施例の保護回路を用いるのに好都合な回路例を
第5図に示す。Next, an example of a circuit convenient for using the protection circuit of the embodiment is shown in FIG.
第5図は抵抗40と容量41により周波数の決まる発振
回路である。42.43はインバータであり、破線で囲
まれた領域44が半導体集積回路となり、容量41が外
付けされる。A、B端子にそれぞれ実施例に示されたよ
うな保護回路が組み込まれるものとする。FIG. 5 shows an oscillation circuit whose frequency is determined by a resistor 40 and a capacitor 41. 42 and 43 are inverters, a region 44 surrounded by broken lines is a semiconductor integrated circuit, and a capacitor 41 is externally attached. It is assumed that a protection circuit as shown in the embodiment is incorporated in each of the A and B terminals.
第5図の動作を第6図に示す。The operation shown in FIG. 5 is shown in FIG.
Vthlはインバータ42のしきい値電圧である。Vthl is the threshold voltage of the inverter 42.
VaはA端子の電位、vbはB端子の電位である。Va is the potential of the A terminal, and vb is the potential of the B terminal.
コノ回路でV”=5V、V−=GND、Vthl=2.
5vとすると、B端子の電位vbの振幅範囲=−2,5
〜7.5vとなる。In the cono circuit, V"=5V, V-=GND, Vthl=2.
5V, the amplitude range of the potential vb of the B terminal = -2, 5
~7.5v.
もし、第5図の発振回路でのサージ保護回路として第7
図に示される従来の保護回路を用いた場合は、B端子の
保護素子に電流が流れ、電源電流が増加したり1発振周
波数が理論値から変ってしまう。一方、第1図又は第3
図に示される保護回路を用いた場合には、第5図の発振
回路では保護素子に電流が流れず、この発振回路は理論
値通り正常動作を行なう。If the surge protection circuit in the oscillation circuit shown in Figure 5 is
When the conventional protection circuit shown in the figure is used, current flows through the protection element of the B terminal, causing the power supply current to increase and the oscillation frequency to change from its theoretical value. On the other hand, Figure 1 or 3
When the protection circuit shown in the figure is used, no current flows through the protection element in the oscillation circuit of FIG. 5, and the oscillation circuit operates normally according to its theoretical value.
(発明の効果)
本発明の保護回路は、直列に接続された互いに方向の異
なる2個のP’N接合を少なくとも含み、一端が入出力
パッドに接続され、他端が電源又はグランドに接続され
るので、電g電圧範囲を越える入出力電圧に対して保護
回路の働かない電圧範囲を広く設定することができる。(Effects of the Invention) The protection circuit of the present invention includes at least two P'N junctions connected in series in different directions, one end of which is connected to an input/output pad, and the other end of which is connected to a power supply or ground. Therefore, it is possible to set a wide voltage range in which the protection circuit does not operate for input/output voltages exceeding the voltage range.
また、その電圧範囲を変更することも容易である。その
ため、消費電流や誤動作を低減することができる。Moreover, it is also easy to change the voltage range. Therefore, current consumption and malfunctions can be reduced.
第1図は一実施例を示す回路図、第2図は同実施例の装
置を示す断面図、第3図は他の実施例を示す回路図、第
4図は第3図の実施例の装置を示す断面図、第5図は実
施例の保護回路を用いるのに適した発振回路の例を示す
回路図、第6図は第5図の発振回路の動作を示す波形図
、第7図は従来の保護回路の一例を示す回路図、第8図
はその装置を示す断面図、第9図は従来の他の保護回路
の例を示す回路図、第10図はその装置を示す断面図で
ある。
1・・・・・・入出力パッド、2・・・・・・内部回路
、11〜14.11a〜14a−PN接合。FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment, FIG. 2 is a sectional view showing the device of the same embodiment, FIG. 3 is a circuit diagram showing another embodiment, and FIG. 4 is a circuit diagram of the embodiment shown in FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of an oscillation circuit suitable for using the protection circuit of the embodiment, FIG. 6 is a waveform diagram showing the operation of the oscillation circuit of FIG. 5, and FIG. 7 is a sectional view showing the device. is a circuit diagram showing an example of a conventional protection circuit, FIG. 8 is a sectional view showing the device, FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of another conventional protection circuit, and FIG. 10 is a sectional view showing the device. It is. 1... Input/output pad, 2... Internal circuit, 11 to 14. 11a to 14a-PN junction.
Claims (1)
接合を少なくとも含み、一端が入出力パッドに接続され
、他端が電源又はグランドに接続されるサージ保護回路
。(1) Two PNs connected in series with mutually different directions
A surge protection circuit that includes at least a junction, one end connected to an input/output pad, and the other end connected to a power supply or ground.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24129388A JPH0287674A (en) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | surge protection circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24129388A JPH0287674A (en) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | surge protection circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0287674A true JPH0287674A (en) | 1990-03-28 |
Family
ID=17072117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24129388A Pending JPH0287674A (en) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | surge protection circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0287674A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100323455B1 (en) * | 1999-12-30 | 2002-02-06 | 박종섭 | Electrostatic discharge protection circuit |
| US7709899B2 (en) | 2004-03-31 | 2010-05-04 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor apparatus |
| JP2010129893A (en) * | 2008-11-28 | 2010-06-10 | Sony Corp | Semiconductor integrated circuit |
| JP2011138965A (en) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Seiko Instruments Inc | Semiconductor device |
-
1988
- 1988-09-26 JP JP24129388A patent/JPH0287674A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100323455B1 (en) * | 1999-12-30 | 2002-02-06 | 박종섭 | Electrostatic discharge protection circuit |
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