JPH0350423B2 - - Google Patents

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JPH0350423B2
JPH0350423B2 JP62065725A JP6572587A JPH0350423B2 JP H0350423 B2 JPH0350423 B2 JP H0350423B2 JP 62065725 A JP62065725 A JP 62065725A JP 6572587 A JP6572587 A JP 6572587A JP H0350423 B2 JPH0350423 B2 JP H0350423B2
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input
voltage
bipolar transistor
integrated circuit
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Yoshio Okada
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
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    • H10D84/83Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components of only insulated-gate FETs [IGFET]
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    • HELECTRICITY
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    • H03KPULSE TECHNIQUE
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    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
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    • H10D89/601Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs

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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、例えばCMOS集積回路において入
力保護回路を備えた半導体集積回路に関する。
(従来の技術) 従来、例えばメモリを構成するCMOS
(Complemntary MOS)集積回路では、電源入
力端子(Vccピン)には入力保護回路が設けられ
ている。入力保護回路は、第3図に示すように、
集積回路の基板(p型基板)10の一部に形成さ
れたnpn型寄生バイポーラトランジスタ11によ
り構成されている。このトランジスタ11は、
n+拡散層12,13及び基板10のp型層から
なる。尚、n+拡散層12,13の近傍の基板1
0表面には、フイールド酸化膜14が形成されて
いる。
入力保護回路は、電源入力端子15に入力され
る入力電圧Viを所定のレベルの電圧Vccにクラン
プし、集積回路の内部回路(例えばメモリ回路)
へ耐圧以上の高レベルの電圧が印加されるのを防
止する。具体的には、例えば電源入力端子15に
キヤパシタ16及び抵抗17が接続されており、
入力電圧ViがそのCR時定数により第4図に示す
ように変化した際でも、内部回路へは一定レベル
の電圧Vccが入力されることになる。ここで、電
圧Vccは、バイポーラトランジスタ11のn+拡散
層112とp型基板10とブレークダウン電圧
Vbd及び基板10とn+拡散層13との順方向電圧
Vfとの和である。即ち、電圧Vccは、トランジ
スタ11の接合の耐圧(クランプ回路の耐圧)に
より決定される。また、電圧Vccは、内部回路を
構成する素子の耐圧より小さいレベルに設定され
る必要がある。
しかしながら、内部回路の素子の耐圧は、集積
回路の製造工程におけるパターン形成及び各種の
プロセス条件等により決定されており、ばらつき
も大きいのが普通である。このため、クランプ回
路の耐圧が内部回路の素子の耐圧より大きくな
り、入力保護回路としては機能しない場合があ
る。このような不都合を解消するには、クランプ
回路の耐圧を十分に低い値に設定することが考え
られるが、このために特別の工程が必要となる。
(発明が解決しようとする問題点) 従来の入力保護回路を備えた集積回路では、入
力保護回路を構成するクランプ回路の耐圧が集積
回路の内部回路の耐圧より大きくなる場合があ
る。このような点を解消するには、クランプ回路
の耐圧を十分に低い値に設定するための製造工程
が必要となる。このため、集積回路の製造工程が
複雑となり、製造コストの増大を招く問題があ
る。
本発明の目的は、集積回路の製造工程において
複雑な工程を必要とすることなく、内部回路をそ
の耐圧以上の入力電圧から確実に保護することが
できる入力保護回路を備えた半導体集積回路を提
供することにある。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段と作用) 本発明は、例えばCMOS集積回路において、
クランプ回路を構成するバイポーラトランジスタ
からなる入力保護回路を備えた半導体集積回路で
ある。バイポーラトランジスタは、例えば
CMOSインバータからなる制御回路により、パ
ワーオンリセツト回路から出力されるパルスのパ
ルス幅に応じた期間に内部回路の耐圧より低いレ
ベルでクランプするように動作制御される。パワ
ーオンリセツト回路は、内部回路に対する入力電
圧の立上がり時の所定レベルで発生し、入力サー
ジに基づいて決定されるパルス幅を有するパルス
を制御回路へ出力する回路である。
このような構成により、入力電圧の立上がり時
からパルス幅の期間に、バイポーラトランジスタ
が動作し、この期間に入力される入力サージをバ
イパスさせる。これにより、入力電圧のレベルを
内部回路の耐圧より低い値にクランプし、その耐
圧以上の入力サージにより内部回路が破壊される
等の事態を防止することが可能となる。
(実施例) 以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。第1図は同実施例の半導体集積回路の構成を
示す回路図である。第1図において、pnp型バイ
ポーラトランジスタ20は、CMOS集積回路を
構成するp型基板10に形成されるn型well21に
形成されている。このトランジスタ20は、n型
well21に形成されたp+層22をエミツタ、n型
well21をベース及び基板10をコレクタとするト
ランジスタである。n型well21の表面には、p+
層22の近傍にn5層23が形成されている。入力端子
15は、抵抗17を介してトランジスタ20のエ
ミツタであるp5層22に接続されている。
一方、CMOSインバータ回路24は、pチヤ
ネルMOSトランジスタ25、nチヤネルMOSト
ランジスタ26及びダイオード接続のnチヤネル
MOSトランジスタ27,28からなる。MOSト
ランジスタ25,26の共通接続点は、トランジ
スタ20のn+層23に接続されている。また、
MOSトランジスタ25,26の各ゲートは、パ
ワーオンリセツト回路29の出力端子に接続され
ている。
パワーオンリセツト回路29は、内部回路へ入
力される電圧Vcc立上がり時の所定レベルを検知
し、予め決定されたパルス幅(例えば1μS)のパ
ルスPRをMOSトランジスタ25,26の各ゲー
トへ出力する。
次に、同実施例の動作を説明する。先ず、電源
入力端子15に例えば静電気による入力サージ
Viが印加されると、第2図に示すように、電圧
Vccが上昇し始める。パワーオンリセツト回路2
9は、電圧Vccの立上がり時の所定のレベルを検
知すると、第2図に示すように、例えば1μsのパ
ルスPRを出力する。このパルスPRの出力によ
り、pチヤネルのMOSトランジスタ25はオフ
し、nチヤネルのMOSトランジスタ26はオン
状態となる。
これにより、バイポーラトランジスタ20はオ
ン状態となり、p+層22からn型well21、基板
10へ順方向電流が流れる。即ち、入力サージ
Viよる電流がバイポーラトランジスタ20をバ
イパスして流れることになり、電圧Vccは所定の
電圧値「2Vt+Vf」にクランプされることにな
る。ここで、値2VtはMOSトランジスタ27,
28の閾値電圧である。n型well21は、第2図に
示すように、その値2Vtの電圧にクランプされる
ことになる。また、Vfはp+層22とn型well21の
順方向電圧である。
パワーオンリセツト回路29のパルスPRが立
下がると、MOSトランジスタ25はオンし、
MOSトランジスタ26はオフ状態となる。これ
により、第2図に示すように、n+層23(n型
well21)に印加される電圧Vbは2VtからVccへ変
化する。このため、バイポーラトランジスタ20
はオフ状態となり、p+層22とn型well21の順方
向電流は流れないことになる。このとき、パワー
オン時でああれば、第2図の点線で示すように、
電圧Vccは通常の電源電圧レベルへ移行し、集積
回路の内部回路(例えばメモリ回路)へ入力され
ることになる。
このようにして、入力サージの入力時(又はパ
ワーオン時)に所定のパルス幅のパルスにより、
そのパルス幅に応じた期間、クランプ回路を構成
するバイポーラトランジスタ20をオン状態にす
る。この場合、パルス幅は、入力サージによる電
流が完全に流れるまでに十分な時間に応じて決定
されている。バイポーラトランジスタ20は、パ
ルス幅の期間、入力サージのバイパスとなり、電
圧Vccを所定レベル(2Vt+Vf)にクランプす
る。このため、集積回路の内部回路には素子の耐
圧以上の入力電圧が印加されることはなく、入力
サージにより破壊するなどの事態を確実に防止す
ることができる。
即ち、パルス幅の期間では、クランプ回路の耐
圧を内部回路の素子の耐圧より十分に低下させる
ことができる。したがつて、結果的に、内部回路
を入力サージから保護する入力保護回路として確
実に機能させることができる。ここで、バイポー
ラトランジスタ20はCMOS集積回路を製造す
る際の工程で形成されるため、特別に耐圧を低下
させる工程を必要とすることなく、確実に機能す
る入力保護回路(クランプ回路)を構成すること
ができる。
また、パルス幅の期間の経過後は、バイポーラ
トランジスタ20はオフとなり、通常のパワーオ
ン動作に移行し、内部回路には所定の電源電圧が
供給されることになる。
尚、前記実施例において、n型well21のクラン
プ電圧を「2Vt」としたが(第2図を参照)、一
般的にはクランプされたVccがパワーオンリセツ
ト回路29を動作させうる程度に高い電圧であつ
て、しかも内部回路の素子の耐圧以下であればよ
く、それぞれの素子に応じて適切な値に決定され
るものである。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、例えば
CMOS集積回路において、入力サージ(パワー
オン時)の入力時から所定の期間のみ、バイポー
ラトランジスタを内部回路の耐圧より十分低いク
ランプ回路として動作させる。したがつて、内部
回路を入力サージから確実に保護することがで
き、かつ所定期間後は内部回路に通常動作に必要
な電源電圧を供給することができる。
これにより、集積回路の製造工程において複雑
な工程を必要とすることなく、内部回路をその耐
圧以上の入力電圧から確実に保護することができ
る入力保護回路を備えた集積回路を提供すること
ができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係わる集積回路の構
成を説明するための図、第2図は同実施例の動作
を説明するためのタイミングチヤート、第3図は
従来の入力保護回路の構成を説明するための図、
第4図は従来の入力保護回路の動作を説明するた
めの特性図である。 10……基板、20……バイポーラトランジス
タ、21……n型well、22……p+層、23…
…n+層、24……CMOSインバータ回路、25
……pチヤネルMOSトランジスタ、26,27,
28……nチヤネルMOSトランジスタ、29…
…パワーオンリセツト回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 入力端子から内部回路へ入力される入力電圧
    を所定のレベルにクランプするクランプ回路を構
    成するバイポーラトランジスタからなる入力保護
    回路を備えた半導体集積回路において、 前記入力電圧の立上がり時の所定レベルで発生
    し前記入力端子に印加される入力サージに基づい
    て決定されるパルス幅を有するパルスを出力する
    パワーオンリセツト回路と、 このパワーオンリセツト回路から出力される前
    記パルスに応じて前記バイポーラトランジスタの
    ベースに所定の電圧を印加し、前記パルス幅に応
    じた期間に前記バイポーラトランジスタが前記内
    部回路の耐圧より低いレベルでクランプするよう
    に前記バイポーラトランジスタの動作を制御する
    制御回路とを具備したことを特徴とする入力保護
    回路を備えた半導体集積回路。
JP62065725A 1987-03-23 1987-03-23 入力保護回路を備えた半導体集積回路 Granted JPS63233560A (ja)

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