JPH05128872A - 半導体出力回路 - Google Patents

半導体出力回路

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JPH05128872A
JPH05128872A JP3285810A JP28581091A JPH05128872A JP H05128872 A JPH05128872 A JP H05128872A JP 3285810 A JP3285810 A JP 3285810A JP 28581091 A JP28581091 A JP 28581091A JP H05128872 A JPH05128872 A JP H05128872A
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JP
Japan
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gate
transistor
field effect
drain
source
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Pending
Application number
JP3285810A
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English (en)
Inventor
Kaoru Narita
薫 成田
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】集積回路において、出力回路のゲートと信号出
力端子Doutとの間にチャネル長の短かいトラジスタ
を設けることにより、静電破壊耐圧の高い半導体出力回
路を提供する。 【構成】電源VCCと接地間にトランジスタQ1とトラ
ンジスタQ2を直列に接続すると共に、トランジスタQ
1のゲートとトランジスタQ1とQ2の節点間にトラン
ジスタQ3を接続する。更に前記接点とトランジスタQ
2のドレインとの間にトランジスタQ4を接続すると共
に、前記接続点から信号出力端子Doutをとりだし、
さらに第1のN型MOSトランジスタQ1のゲートに制
御信号φ1を、トランジスタQ2のゲートに制御信号φ
2をそれぞれ入力し、トランジスタQ3のゲートを接地
するように構成する。更に、前記Q3とQ4のトランジ
スタは、Q1とQ2のトランジスタよりもチャネル長を
短く設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に係わり、特
にNチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタを用い
た半導体出力回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置のダイナミックメモリ
等に搭載される出力回路は、図3に示すように、電源V
CCと接地線間に第1のNチャネル型絶縁ゲート電界効
果トランジスタ(以後単にトランジスタと称す)Q1と
第2のトランジスタQ2を直列に接続すると共に、前記
トランジスタQ1のゲートとトランジスタQ1、Q2の
節点間に第3のトランジスタQ3を接続し、且つ前記節
点から抵抗R1を介して信号出力端子Doutに接続す
る。さらにトランジスタQ1のゲートに制御信号φ1
を、トランジスタQ2のゲートに制御信号φ2をそれぞ
れ入力し、第3のトランジスタQ3のゲートを接地する
ように構成する。
【0003】次に、従来の半導体集積回路の動作につい
て説明する。
【0004】トランジスタQ1及びトランジスタQ2の
ゲートに制御信号φ1及び制御信号φ2をそれぞれ加え
ることにより、信号出力端子Doutから信号を出力し
ている。また、トランジスタQ3が無い場合、信号出力
端子Doutの電圧が負方向に変動すると、トランジス
タQ1のドレインとソースとの間には、電源電圧以上の
電圧がかかり、ゲートには電源電圧以下の低い電圧がか
かるため、イオン化電流が流れやすい状態となり、その
時発生する少数キャリアが集積回路内部の、例えばメモ
リセルの保持特性等に悪影響を及ぼす。すさわち発生す
る小数キャリアがメモリ部に蓄えられた電荷と結合し、
メモリセルのデータを破壊するため保持特性が劣化す
る。従って、トランジスタQ3を設けることにより、ト
ランジスタQ1のゲート電圧はソース電圧とほぼ等しく
なるため、ホットキャリアによるイオン化電流は流れ
ず、上記のような悪影響を及ぼすことはない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
出力回路は、電源VCCあるいは、接地電位を基準に信
号出力端子Doutに静電放電時のような負極性の高い
電圧パルスが印加された場合、信号出力端子Doutに
接続されているトランジスタQ2のゲートとドレインま
たはドレインとソースとの間に負極性の高い電圧が加わ
ることになり、ドレインとゲートとの間のゲート絶縁膜
破壊が起り、リーク不良の原因となるという問題があっ
た。この傾向は、素子が微細化、薄膜化さるれる際に
(ゲート絶縁膜厚が20nm以下、トランジスタチャネ
ル長1.5μm以下で)特に顕著となる。
【0006】これは、トランジスタQ2のドレインとソ
ースとの間及びゲートとドレインとの間に高い電圧が加
わった場合、トランジスタQ2が導通状態となり、信号
出力端子Doutに加えられた電荷が接地側に放電し、
電圧が低レベルになる前に、ドレインとゲートとの間の
ゲート絶縁膜破壊が起ると考えられる。以上のような問
題のために、従来は、トランジスタQ2のチャネル長を
短かくし、トランジスタが導通状態にいたる電圧を低く
する方法がとられた。
【0007】これは、例えば文献として、1988年の
イー・オー・エス/イー・エス・ディ・シンポジウムに
おける論文集、「相互接合プロセスとスナップバック電
圧がNMOSトランジスターのESD不良耐量に及ぼす
影響」(“EFFECTSOF INTERCONEC
T PROCESS AND SNAPBACKVOL
TAGE ON THE ESD FAILURE T
HRESHOLDOF NMOS TRANSISTO
RS”1988 EOS/ESD SYMPOSIUM
PROCEEDING P.212〜219)212
ページのFIG14(本発明の図4)に見られるよう
に、トランジスタのゲート電圧が高い場合、トランジス
タの破壊電流がチャネル長に強く依存するためである。
つまり、トランジスタに流せる電流はゲート電圧が高い
程少なく、またチャネル長が短かい程多い。しかし、ト
ランジスタのチャネル長を短くすることは、トランジス
タのホットキャリアによる劣化が増加するため、限界が
あった。また、従来は、図3の抵抗R1の値を高くし、
トランジスタQ2のドレインとソースとの間に印加され
る電圧を低くする方法もとられたが、この方法は、R1
と寄生容量C1とが形成する時定数によって、出力波形
を鈍化させるという欠点を有している。本発明の目的
は、このような欠点を除去することにより、静電破壊耐
圧の高い半導体出力回路を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、ドレイ
ンを第1の電源電位に接続する第1のトランジスタのソ
ースと、ソースを第2の電源電位に接続する第2のトラ
ンジスタのドレインとを接続する節点を有し、ドレイン
を前記第1のトランジスタのゲートに接続し、且つソー
スを前記節点に接続する第3のトランジスタのゲート
と、ドレインを前記節点に接続し、且つソースを前記第
2のトランジスタのゲートに接続する第4のトランジス
タのゲートとをそれぞれ前記第2の電源電位に接続する
と共に、前記第1のトランジスタのゲートに第1の制御
信号を、第2のトランジスタのゲートに第2の制御信号
をそれぞれ入力し、且つ前記節点を出力端子に接続する
半導体出力回路にある。
【0009】前記第1の電源電位は正の電源電位であ
り、前記第2の電源電位は接地電位とすることができ
る。
【0010】前記第3及び第4のトランジスタのチャネ
ル長を、前記第1及び第2のトランジスタのチャネル長
よりも短かくすることができる。
【0011】
【作用】トランジスタQ3及びQ4を設けることによ
り、電源VCC又は接地GNDに対して、信号出力端子
Doutに負極性の静電放電電圧が印加された場合、前
記Q3及びQ4のトランジスタのソースとドレイン間に
電流が流れるため、トランジスタQ1及びQ2のゲート
電極の電位が信号出力端子Doutの電位と共に低下
し、前記Q1のゲートとソースとの間、又はQ2のドレ
インとゲート間に高い電圧がかからないためQ1及びQ
2のゲート絶縁膜破壊が起らない。
【0012】これは、前記文献のFIG14(本発明の
図4参照)にも示されているように、トラジスタのゲー
ト電圧が低い場合は、破壊電流値が高く、しかもチャネ
ル長に依存しないためである。Q3及びQ4のトランジ
スタは、通常は電流が流れないためホットキャリアによ
る劣化の制限を受ず、トランジスタのパンチスルーで決
定されるチャネル長まで短かくすることができる。従っ
て、Q3及びQ4のトランジスタのゲート絶縁膜破壊を
起しにくくするのは容易である。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0014】図1は本発明の半導体出力回路の一実施例
を示すブロック図、図2はタイムチャートである。
【0015】本実施例の半導体出力回路は、第1のトラ
ンジスタQ1のチャネル長が1.5μm、幅が800μ
m、第2のトランジスタQ2のチャネル長が1.5μ
m、幅が500μm、第3のトランジスタQ3のチャネ
ル長が1.0μm、幅が200μm、及び第4のトラン
ジスタQ4のチャネル長が1.0μm、幅が200μm
となる様に構成されている。
【0016】本実施例の半導体出力回路は、図1,図2
に示す様に、トランジスタQ1とトランジスタQ2の入
力に、それぞれ制御信号φ1φ2を印加すると信号出力
端子Doutに信号を出力する。制御信号φ1φ2の状
態によりその出力は、高インピーダンス(φ1=φ2=
低レベル)、高レベル(φ1=高レベル、φ2=低レベ
ル)、低レベル(φ1=低レベル、φ2=高レベル)の
3つの出力状態がある。図1において、トランジスタQ
3とトランジスタQ4は、通常の状態では動作しない
が、信号出力端子Doutに負極性の静電放電電圧が印
加された場合には導通し、トランジスタQ1及びQ2の
ゲート電位は信号出力端子Doutと同レベルの電位ま
で低下する。
【0017】従って、トランジスタQ1のゲートとソー
スまたはトランジスタQ2のゲートとドレインとの間に
は、高い電圧が印加されないためゲート破壊を起すこと
はない。また、トランジスタQ3とトランジスタQ4の
ゲート長は、ソースとドレイン間のパンチスルーが起ら
ない程度まで十分に短かく設定されているので、ゲート
破壊を起す前にトランジスタの導通電流によって、電荷
を放電することができる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体出
力回路は、出力トランジスタQ1及びQ2のゲートと信
号出力端子Doutとの間に、チャネル長の短かいトラ
ンジスタを設けることにより、信号出力端子Doutに
負極性の静電放電電圧が印加される場合に、出力トラン
ジスタQ1のゲートとソースまたは出力トランジスタQ
2のゲートとドレインとの間に高い電圧がかかるのを防
止することによって、ゲート絶縁膜破壊が起るのを防止
することができる。
【0019】従って、出力トランジスタQ1及びQ2の
信頼性を低下させることなく、また回路動作を遅延させ
ることなく、更に特殊な素子を付加することなく、半導
体素子の微細化、薄膜化が進むなかで静電破壊耐圧の高
い半導体出力回路を提供できるという効果を有してい
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体出力回路の実施例を示すブ
ロック図である。
【図2】本発明に係る半導体出力回路のタイムチャート
である。
【図3】従来技術の半導体出力回路の実施例を示すブロ
ック図である。
【図4】従来技術における半導体出力回路の文献FIG
14の図である。
【符号の説明】
Q1 第1のNチャネル型絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタ Q2 第2のNチャネル型絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタ Q3 第3のNチャネル型絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタ Q4 第4のNチャネル型絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタ R1 抵抗 φ1,φ2 制御信号

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ドレインを第1の電源電位に接続する第
    1のNチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタのソ
    ースと、ソースを第2の電源電位に接続する第2のNチ
    ャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタのドレインと
    を接続する節点を有し、ドレインを前記第1のNチャネ
    ル型絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲートに接続
    し、且つソースを前記節点に接続する第3のNチャネル
    型絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲートと、ドレイ
    ンを前記節点に接続し、且つソースを前記第2のNチャ
    ネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲートに接続
    する第4のNチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジス
    タのゲートとをそれぞれ第2の電源電位に接続すると共
    に、前記第1のNチャネル型絶縁ゲート電界効果トラン
    ジスタのゲートに第1の制御信号を、第2のNチャネル
    型絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲートに第2の制
    御信号をそれぞれ入力し、且つ前記節点を出力端子に接
    続することを特徴とする半導体出力回路。
  2. 【請求項2】 前記第1の電源電位は正の電源電位であ
    り、前記第2の電源電位は接地電位とすることを特徴と
    する請求項1に記載の半導体出力回路。
  3. 【請求項3】 前記第3及び第4のNチャネル型絶縁ゲ
    ート電界効果トランジスタのチャネル長を、前記第1及
    び第2のNチャネル型絶絶縁ゲート電界効果トランジス
    タのチャネル長よりも短かくすることを特徴とする請求
    項1に記載の半導体出力回路。
JP3285810A 1991-10-31 1991-10-31 半導体出力回路 Pending JPH05128872A (ja)

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JP3285810A JPH05128872A (ja) 1991-10-31 1991-10-31 半導体出力回路

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ID=17696383

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5783851A (en) * 1993-10-20 1998-07-21 Hitachi, Ltd. Semiconductor device
JP2015033054A (ja) * 2013-08-05 2015-02-16 日置電機株式会社 定電流発生回路および定電流発生回路の保護方法、定電流発生装置、および定電流発生装置の保護方法、並びに、抵抗測定装置、および、抵抗測定方法
JP2017060032A (ja) * 2015-09-17 2017-03-23 新日本無線株式会社 出力回路

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US5783851A (en) * 1993-10-20 1998-07-21 Hitachi, Ltd. Semiconductor device
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