JPS6271275A - 半導体集積回路 - Google Patents
半導体集積回路Info
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- JPS6271275A JPS6271275A JP60211419A JP21141985A JPS6271275A JP S6271275 A JPS6271275 A JP S6271275A JP 60211419 A JP60211419 A JP 60211419A JP 21141985 A JP21141985 A JP 21141985A JP S6271275 A JPS6271275 A JP S6271275A
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- integrated circuit
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D89/00—Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
- H10D89/60—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD]
- H10D89/601—Integrated 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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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/201—Integrated 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 only components covered by H10D1/00 or H10D8/00, e.g. RLC circuits
- H10D84/204—Integrated 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 only components covered by H10D1/00 or H10D8/00, e.g. RLC circuits of combinations of diodes or capacitors or resistors
- H10D84/212—Integrated 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 only components covered by H10D1/00 or H10D8/00, e.g. RLC circuits of combinations of diodes or capacitors or resistors of only capacitors
- H10D84/217—Integrated 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 only components covered by H10D1/00 or H10D8/00, e.g. RLC circuits of combinations of diodes or capacitors or resistors of only capacitors of only conductor-insulator-semiconductor capacitors
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/80—Integrated 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
- H10D84/87—Integrated 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 PN-junction gate FETs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/40—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of conductive or resistive materials
- H10P14/416—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of conductive or resistive materials of highly doped semiconductor materials, e.g. polysilicon layers or amorphous silicon layers
Landscapes
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の技術分野]
この発明は絶縁ゲート型電界効果トランジスタによって
構成された半導体集積回路に係り、入力端子に印加され
るサージ電圧から入力トランジスタのゲートを保護する
ための入力保護回路が設けられた半導体集積回路に関す
る。
構成された半導体集積回路に係り、入力端子に印加され
るサージ電圧から入力トランジスタのゲートを保護する
ための入力保護回路が設けられた半導体集積回路に関す
る。
[発明の技術的背景〕
絶縁ゲート型電界効果トランジスタ、例えばM OS
i”ランジスタを用いて構成されている半導体集積回路
では、入力端子に印加されるサージ電圧による内部回路
、特に入力トランジスタのゲートの絶縁破壊を防止する
ために入力保護回路が内蔵されている。
i”ランジスタを用いて構成されている半導体集積回路
では、入力端子に印加されるサージ電圧による内部回路
、特に入力トランジスタのゲートの絶縁破壊を防止する
ために入力保護回路が内蔵されている。
第7図は従来の半導体集積回路に内蔵されている入力保
護回路を示す。第7図において、入力端子51と入力ト
ランジスタ52のゲートとの間には入力保護抵抗53が
挿入されている。この抵抗53は例えば半導体基板上に
フィールド酸化膜を介して設けられた多結晶シリコン層
または半導体基板内に形成された拡散層等で構成されて
いる。上記抵抗53の一端および入力トランジスタ52
のゲートが接続されているノード54には保護素子とし
てのトランジスタ55のソース、ドレインの一端が接続
されている。このトランジスタ55のソース、ドレイン
の他端およびゲートは共にアース(!!!準電位Vss
)に接続されている。
護回路を示す。第7図において、入力端子51と入力ト
ランジスタ52のゲートとの間には入力保護抵抗53が
挿入されている。この抵抗53は例えば半導体基板上に
フィールド酸化膜を介して設けられた多結晶シリコン層
または半導体基板内に形成された拡散層等で構成されて
いる。上記抵抗53の一端および入力トランジスタ52
のゲートが接続されているノード54には保護素子とし
てのトランジスタ55のソース、ドレインの一端が接続
されている。このトランジスタ55のソース、ドレイン
の他端およびゲートは共にアース(!!!準電位Vss
)に接続されている。
このような保護回路では、入力端子51にサージ電圧が
印加されたとき、ノード54に存在する寄生容量Cと抵
抗53の抵抗値Rとで決まる時定数τ−C−Rによって
入力サージのピーク電圧が下げられる。また、トランジ
スタ55のバンチスルーまたはサーフェイスブレークダ
ウン特性を利用してサージの電荷がアースに逃がされる
。これにより、ノード54の電圧が低下L、入力トラン
ジスタ52のゲートと基板等との簡に加わる電界強度が
小さくされ、入力トランジスタ52のゲート酸化膜の絶
縁破壊等が防止される。
印加されたとき、ノード54に存在する寄生容量Cと抵
抗53の抵抗値Rとで決まる時定数τ−C−Rによって
入力サージのピーク電圧が下げられる。また、トランジ
スタ55のバンチスルーまたはサーフェイスブレークダ
ウン特性を利用してサージの電荷がアースに逃がされる
。これにより、ノード54の電圧が低下L、入力トラン
ジスタ52のゲートと基板等との簡に加わる電界強度が
小さくされ、入力トランジスタ52のゲート酸化膜の絶
縁破壊等が防止される。
[背景技術の問題点]
第7図のような構成の入力保護回路の等価回路図は第8
図で示される。第8図中の抵抗56は基板における広が
り抵抗であり、その抵抗値Rbは通常の集積回路では5
0Ω程度である。ここで第8図の等両回路において、入
力端子51にVoのサージが印加されたとき、ノード5
4すなわち入力トランジスタ52のゲートに加わる雪圧
Vcは次式で表わされる。
図で示される。第8図中の抵抗56は基板における広が
り抵抗であり、その抵抗値Rbは通常の集積回路では5
0Ω程度である。ここで第8図の等両回路において、入
力端子51にVoのサージが印加されたとき、ノード5
4すなわち入力トランジスタ52のゲートに加わる雪圧
Vcは次式で表わされる。
通常のMCSトランジスタのゲート酸化膜は7ないし8
(MV/cm)の電界強度で破壊することが知られで
いる。この電界強度の値は入力トランジスタ52のゲー
ト絶縁膜の膜厚とノード54の電圧に依存する。そこで
、入力トランジスタ52のゲート・絶縁膜が破壊されな
いようにするため、抵抗53の値Rを調整してノード5
4の電圧を低く調整する必要がある。
(MV/cm)の電界強度で破壊することが知られで
いる。この電界強度の値は入力トランジスタ52のゲー
ト絶縁膜の膜厚とノード54の電圧に依存する。そこで
、入力トランジスタ52のゲート・絶縁膜が破壊されな
いようにするため、抵抗53の値Rを調整してノード5
4の電圧を低く調整する必要がある。
ところで、今日では集積回路の微細化が進み、MOSト
ランジスタのゲート絶縁膜の厚みが急速に薄くなってき
ている。そこで、このように薄いゲート絶縁膜が破壊さ
れないようにするにはゲート電圧を例えば30V以下に
設定しなければならない、、基板における広がり抵抗値
Rbは基板固有の値であり、これを変化させることはで
きない。
ランジスタのゲート絶縁膜の厚みが急速に薄くなってき
ている。そこで、このように薄いゲート絶縁膜が破壊さ
れないようにするにはゲート電圧を例えば30V以下に
設定しなければならない、、基板における広がり抵抗値
Rbは基板固有の値であり、これを変化させることはで
きない。
このため、ノード54の電圧を低くするには、前記第1
式により、入力保護抵抗53の値Rを大きく設定する必
要がある。ところが、この抵抗値を大きくすると、この
抵抗53を多結晶シリコン層で構成した場合にはその下
のフィールド酸化膜の絶縁破壊が、またこの抵抗53を
拡散層で構成した場合には基板との間の接合破壊がそれ
ぞれ生じる恐れがある。例えば、製造工程等で集積回路
のパッケージに帯電する静電気は2000Vないし30
00■にも達する。このとき、上記のような入力保護回
路のノード54に加わる電圧を計算してみる。いま入力
端子51に3000Vのサージ電圧が印加された場合に
、基板にあける広がり抵抗値Rbの値を50ΩとL、か
つノード54の電圧VCが20V以下となるようなRの
値を第1式から計算すると7.45にΩ以上となる。
式により、入力保護抵抗53の値Rを大きく設定する必
要がある。ところが、この抵抗値を大きくすると、この
抵抗53を多結晶シリコン層で構成した場合にはその下
のフィールド酸化膜の絶縁破壊が、またこの抵抗53を
拡散層で構成した場合には基板との間の接合破壊がそれ
ぞれ生じる恐れがある。例えば、製造工程等で集積回路
のパッケージに帯電する静電気は2000Vないし30
00■にも達する。このとき、上記のような入力保護回
路のノード54に加わる電圧を計算してみる。いま入力
端子51に3000Vのサージ電圧が印加された場合に
、基板にあける広がり抵抗値Rbの値を50ΩとL、か
つノード54の電圧VCが20V以下となるようなRの
値を第1式から計算すると7.45にΩ以上となる。
他方、この種のミル<MIL)m格である入力抵抗が1
.5にΩ、入力容量が100pFの条件下における試験
法において、サージ耐量が1200V以上あれば集積回
路として問題がないといわれている。
.5にΩ、入力容量が100pFの条件下における試験
法において、サージ耐量が1200V以上あれば集積回
路として問題がないといわれている。
このミル規格で上記第7図の入力保護回路を試験する場
合の試験回路の等価回路図を第9図に示す。第9図にお
いて抵抗57および容!!58はそれぞれ1.5にΩ、
1000Fの入力抵抗および入力容量である。この試験
回路で入力保護抵抗53が絶縁破壊を起こさないRの値
の上限を、膜厚6000人のフィールド酸化膜の耐圧か
ら求める。
合の試験回路の等価回路図を第9図に示す。第9図にお
いて抵抗57および容!!58はそれぞれ1.5にΩ、
1000Fの入力抵抗および入力容量である。この試験
回路で入力保護抵抗53が絶縁破壊を起こさないRの値
の上限を、膜厚6000人のフィールド酸化膜の耐圧か
ら求める。
すなわち、膜厚が6000人のフィールド酸化膜の電界
強度を7 (MV/cm)以下にするためには、フィー
ルド酸化膜の印加電圧は400V以下に設定する必要が
ある。この場合のRの値の上限は1にΩとなる。ところ
が、ノード54の電圧VCを20V以下にするためには
上記のようにRの値を7.45にΩ以上にする必要があ
り、このような値では入力保護抵抗53の下部のフィー
ルド酸化膜には絶縁破壊が生じてしまう。またこの抵抗
値Rを上記のような理由で大きくしなければならないの
で、前記時定数τが増大L、通常動作時における入力信
号の波形がなまって高速化等の障害ともなる。従って、
抵抗53の値Rを限りなく大きくすることができないの
で、ノード54の電圧が高くなり、入力トランジスタ5
2のみならず、入力保護用トランジスタ55のサージ耐
量も低下することになる。
強度を7 (MV/cm)以下にするためには、フィー
ルド酸化膜の印加電圧は400V以下に設定する必要が
ある。この場合のRの値の上限は1にΩとなる。ところ
が、ノード54の電圧VCを20V以下にするためには
上記のようにRの値を7.45にΩ以上にする必要があ
り、このような値では入力保護抵抗53の下部のフィー
ルド酸化膜には絶縁破壊が生じてしまう。またこの抵抗
値Rを上記のような理由で大きくしなければならないの
で、前記時定数τが増大L、通常動作時における入力信
号の波形がなまって高速化等の障害ともなる。従って、
抵抗53の値Rを限りなく大きくすることができないの
で、ノード54の電圧が高くなり、入力トランジスタ5
2のみならず、入力保護用トランジスタ55のサージ耐
量も低下することになる。
[発明の目的]
この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
ありその目的は、入力保護回路が設けられた半導体集積
回路において、入力端子にサージ電圧が印加されたとき
、入力保護回路自体の破壊を伴わずに、この端子に接続
された入力トランジスタのゲートに加わる電圧の低減化
を図ることができ、もってサージ耐量の向上を実現する
ことができる半導体集積回路を提供することにある。
ありその目的は、入力保護回路が設けられた半導体集積
回路において、入力端子にサージ電圧が印加されたとき
、入力保護回路自体の破壊を伴わずに、この端子に接続
された入力トランジスタのゲートに加わる電圧の低減化
を図ることができ、もってサージ耐量の向上を実現する
ことができる半導体集積回路を提供することにある。
[発明の概要]
上記目的を達成するためこの発明にあっては、多結晶シ
リコンで構成された第1の抵抗素子を入力端子と第1の
ノードとの間に接続L、第1のノードと第2のノードと
の間に第2の抵抗素子を接続L、上記第2のノードには
入力トランジスタのゲートを結合L、上記入力トランジ
スタのソースもしくはドレイン領域の拡散深さよりも深
い拡散領域を持つPN接合素子の一端を上記第1のノー
ドに接続L、さらに上記第2のノードと基準電位点との
間にiランジスタもしくはゲートコントロールダイオー
ドからなる保護素子を挿入するようにしている。
リコンで構成された第1の抵抗素子を入力端子と第1の
ノードとの間に接続L、第1のノードと第2のノードと
の間に第2の抵抗素子を接続L、上記第2のノードには
入力トランジスタのゲートを結合L、上記入力トランジ
スタのソースもしくはドレイン領域の拡散深さよりも深
い拡散領域を持つPN接合素子の一端を上記第1のノー
ドに接続L、さらに上記第2のノードと基準電位点との
間にiランジスタもしくはゲートコントロールダイオー
ドからなる保護素子を挿入するようにしている。
「発明の実施例]
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
第1図ばこの発明の一実施例に係る半導体集積回路の入
力保護回路部分の構成を示す回路図である。入力端子1
1と第1のノード12との間には抵抗13が挿入されて
いる。この抵抗13は半導体基板上にフィールド酸化膜
を介して設けられた多結晶シリコン層で構成され、その
抵抗値は500Ωから1.5KOの範囲の例えば1にΩ
に設定されている。また上記第1のノード12と第2の
ノード14との間には、半導体基板上にフィールド酸化
膜を介して設けられた多結晶シリコン層で構成され、抵
抗値が100Ωから300Ωの範囲の例えば250Ωに
設定された抵抗15が挿入されている。
力保護回路部分の構成を示す回路図である。入力端子1
1と第1のノード12との間には抵抗13が挿入されて
いる。この抵抗13は半導体基板上にフィールド酸化膜
を介して設けられた多結晶シリコン層で構成され、その
抵抗値は500Ωから1.5KOの範囲の例えば1にΩ
に設定されている。また上記第1のノード12と第2の
ノード14との間には、半導体基板上にフィールド酸化
膜を介して設けられた多結晶シリコン層で構成され、抵
抗値が100Ωから300Ωの範囲の例えば250Ωに
設定された抵抗15が挿入されている。
さらに上記第2のノード14と、入力トランジスタ16
のゲートが接続されている第3のノード17との間には
、半導体基板上にフィールド酸化膜を介して設けられた
多結晶シリコン層で構成され、抵抗値が例えば100Ω
から200Ωの範囲に設定された抵抗18が挿入されて
いる。
のゲートが接続されている第3のノード17との間には
、半導体基板上にフィールド酸化膜を介して設けられた
多結晶シリコン層で構成され、抵抗値が例えば100Ω
から200Ωの範囲に設定された抵抗18が挿入されて
いる。
上記第1のノード12には、例えば0.3μm程度の深
さに調整されている上記入力トランジスタ16のソース
、ドレインの拡散領域よりも深い、例えば0.5μmな
いし2.0μmの範囲の深さに拡散されたn型拡散領域
を持つPN接合ダイオード19のカソードが接続されて
いる。このダイオード19のp型頭域として例えばp型
基板が使用されており、その度合面積は例えば2−00
0μm2ないし3000μm2程度にされている。ぞし
てこの基板はアース(Vss)に接続されている。上記
第2のノード14にはMoSトランジスタ20のドレイ
ンが接続されている。このトランジスタ20のソースお
よびゲートは共にアースに接続されている。
さに調整されている上記入力トランジスタ16のソース
、ドレインの拡散領域よりも深い、例えば0.5μmな
いし2.0μmの範囲の深さに拡散されたn型拡散領域
を持つPN接合ダイオード19のカソードが接続されて
いる。このダイオード19のp型頭域として例えばp型
基板が使用されており、その度合面積は例えば2−00
0μm2ないし3000μm2程度にされている。ぞし
てこの基板はアース(Vss)に接続されている。上記
第2のノード14にはMoSトランジスタ20のドレイ
ンが接続されている。このトランジスタ20のソースお
よびゲートは共にアースに接続されている。
第2図は上記実施例回路で各保護素子がブレークダウン
した後の等価回路図である。上記第1のノード12およ
び第2のノード14には基板における広がり抵抗21.
22それぞれの一端が接続されている。そして上記両抵
抗21.22の他端はアース(基板)に接続されている
。
した後の等価回路図である。上記第1のノード12およ
び第2のノード14には基板における広がり抵抗21.
22それぞれの一端が接続されている。そして上記両抵
抗21.22の他端はアース(基板)に接続されている
。
このような構成において、入力端子11にサージ電圧V
Oが印加されたときに第2のノード14には、このサー
ジ電圧VOが第1、第2の抵抗13.15および基板の
広がり抵抗21.22によって分割された電圧VCが印
加される。ここで第2図において、サージ電圧■0が印
加された際に抵抗13に流れる電流を■、抵抗21に流
れる電流を11および抵抗22に流れる電流を12とL
、抵抗13.15の値をR1、R2、抵抗21と22の
値をRbとしたときに第2のノード14に印加される電
圧VCを計算する。
Oが印加されたときに第2のノード14には、このサー
ジ電圧VOが第1、第2の抵抗13.15および基板の
広がり抵抗21.22によって分割された電圧VCが印
加される。ここで第2図において、サージ電圧■0が印
加された際に抵抗13に流れる電流を■、抵抗21に流
れる電流を11および抵抗22に流れる電流を12とL
、抵抗13.15の値をR1、R2、抵抗21と22の
値をRbとしたときに第2のノード14に印加される電
圧VCを計算する。
抵抗22に流れる電112はノード14の電圧VCをそ
の抵抗値Rbで割ったものとなるので、電流I2は次式
で与えられる。
の抵抗値Rbで割ったものとなるので、電流I2は次式
で与えられる。
また、電流■1が流れる抵抗21の両端における電圧降
下は、直列接続された抵抗15&3よび22における電
圧降下と等しいので次式が成立する。
下は、直列接続された抵抗15&3よび22における電
圧降下と等しいので次式が成立する。
Ill ・I 1−(R2+Rb)I 2 ・・
・3また抵抗13に流れる電?i11は抵抗13.15
.21.22の合成抵抗値でサージ電圧VOを削ったも
のとなるので、次式が成立する。
・3また抵抗13に流れる電?i11は抵抗13.15
.21.22の合成抵抗値でサージ電圧VOを削ったも
のとなるので、次式が成立する。
また、電流Iは電流11と12とに分流されているので
、次式が成立する。
、次式が成立する。
1−11+12 ・・・・・・5い
ま、第1の抵抗13の値は1にΩに設定されており、サ
ージ電圧■0が3000V、基板の広がり抵抗21およ
び22の値がそれぞれ50Ωである場合に、ノード14
の電圧VCが入力トランジスタ16のゲート絶縁膜が破
壊されない程度の20Vにされる抵抗15の値R2を求
めてみる。
ま、第1の抵抗13の値は1にΩに設定されており、サ
ージ電圧■0が3000V、基板の広がり抵抗21およ
び22の値がそれぞれ50Ωである場合に、ノード14
の電圧VCが入力トランジスタ16のゲート絶縁膜が破
壊されない程度の20Vにされる抵抗15の値R2を求
めてみる。
上記2式にRbの1150Ωとノード14の電圧Vcの
値20Vを代入すると次の式が得られる。
値20Vを代入すると次の式が得られる。
ざらに上記6式で得られた電流12の値0.4AとRb
の値50Ωとを代入1ノ、これを11についてまとめる
と次の式が得られる。
の値50Ωとを代入1ノ、これを11についてまとめる
と次の式が得られる。
次に上記第7式で表わされる11と、前記第4式で与え
られる■とを前記第5式に代入すると次の第8式が得ら
れる。
られる■とを前記第5式に代入すると次の第8式が得ら
れる。
ここで、R2+50−γとすると、上記第8式は次式の
ように書き改められる。
ように書き改められる。
そして、上記第9式をまとめると、次のような2次方程
式が得られる。
式が得られる。
8.472−21807−13000−0・・・10こ
れをγについて解くと、γは約309.5となる。R2
の値はこの値から50を差し引いたものとなるので、R
2は最終的には259.5Ω、つまり約250Ωとなる
。
れをγについて解くと、γは約309.5となる。R2
の値はこの値から50を差し引いたものとなるので、R
2は最終的には259.5Ω、つまり約250Ωとなる
。
このように、抵抗13の値R1が1にΩ、抵抗15の値
R2が250Ωに設定されているときに入力端子11に
3000Vのサージ電圧VOが印加された場合、ノード
14の電圧VCは入力トランジスタ16のゲート絶縁膜
が破壊しない20V程度の低い値にされる。従って、サ
ージ電圧印加時に入力トランジスタ16のゲート絶縁膜
は破壊から保護される。
R2が250Ωに設定されているときに入力端子11に
3000Vのサージ電圧VOが印加された場合、ノード
14の電圧VCは入力トランジスタ16のゲート絶縁膜
が破壊しない20V程度の低い値にされる。従って、サ
ージ電圧印加時に入力トランジスタ16のゲート絶縁膜
は破壊から保護される。
第3図は上記実施例回路で各保護素子がブレークダウン
する前の等価回路図である。図おいて容量23はノード
12に存在している寄生容量であり、主にダイオード1
9の拡散領域による接合部■である。また、容量24は
ノード14に存在している寄生容量、25はノード17
に存在している寄生容量であり、この容125は主に入
力トランジスタ16のゲート容量である。
する前の等価回路図である。図おいて容量23はノード
12に存在している寄生容量であり、主にダイオード1
9の拡散領域による接合部■である。また、容量24は
ノード14に存在している寄生容量、25はノード17
に存在している寄生容量であり、この容125は主に入
力トランジスタ16のゲート容量である。
サージ印加時、ノード12については上記ノード14よ
りも高い電圧となる。ところが、このノード12には通
常のMoSトランジスタにおける拡散領域よりも深い拡
散領域を持つダイオード19が接続されている。このよ
うに深い拡散領域を持つダイオードは接合破壊を起こし
にくいので、容易に破壊されることはない。またこのダ
イオード19は接合面積が十分大きくされているために
上記寄生容量23の値は大きなものとなっている。この
ため、サージ印加時、ノード12では抵抗13と容12
3によってピーク電圧を低下させることができる。しか
も抵抗13の値R1を小さくすることができるので、こ
の場合の時定数を小さくすることができ、従来のように
時定数の増大による通常動作時における入力信号の波形
のなまりは発生しない。従って、高速化等の障害は発生
しない。
りも高い電圧となる。ところが、このノード12には通
常のMoSトランジスタにおける拡散領域よりも深い拡
散領域を持つダイオード19が接続されている。このよ
うに深い拡散領域を持つダイオードは接合破壊を起こし
にくいので、容易に破壊されることはない。またこのダ
イオード19は接合面積が十分大きくされているために
上記寄生容量23の値は大きなものとなっている。この
ため、サージ印加時、ノード12では抵抗13と容12
3によってピーク電圧を低下させることができる。しか
も抵抗13の値R1を小さくすることができるので、こ
の場合の時定数を小さくすることができ、従来のように
時定数の増大による通常動作時における入力信号の波形
のなまりは発生しない。従って、高速化等の障害は発生
しない。
同様に、ノード14における電圧は抵抗15と容量24
とに応じた時定数で、ノード17における電圧は抵抗1
8と容量25とに応じた時定数でピーク電圧をそれぞれ
低下させることができ、これにより保護用のトランジス
タ20と入力トランジスタ1Gを保護することができる
。
とに応じた時定数で、ノード17における電圧は抵抗1
8と容量25とに応じた時定数でピーク電圧をそれぞれ
低下させることができ、これにより保護用のトランジス
タ20と入力トランジスタ1Gを保護することができる
。
また、上記実施例回路によれば、一端が入力端子11に
接続されている抵抗13を拡散層ではなく、半導体基板
上にフィールド酸化膜を介して設けられた多結晶シリコ
ン層で構成するようにしている。
接続されている抵抗13を拡散層ではなく、半導体基板
上にフィールド酸化膜を介して設けられた多結晶シリコ
ン層で構成するようにしている。
この抵抗13を多結晶シリコン層で構成する理由は次の
通りである。すなわち、この抵抗13の一端には入力端
子11に印加されるサージ電圧がそのまま印加される。
通りである。すなわち、この抵抗13の一端には入力端
子11に印加されるサージ電圧がそのまま印加される。
一般にPN接合の耐圧は低い。このため、抵抗13を拡
散層で構成すると、サージ電圧印加時に入力端子11と
拡散層の接合部が最初にブレークダウL、電流が接続部
に集中するため、基板との間で接合破壊が生じ易くなり
、一度、破壊が生じるとその後は使用することができな
くなる。
散層で構成すると、サージ電圧印加時に入力端子11と
拡散層の接合部が最初にブレークダウL、電流が接続部
に集中するため、基板との間で接合破壊が生じ易くなり
、一度、破壊が生じるとその後は使用することができな
くなる。
これに対L、基板との間に膜厚の厚いフィールド酸化膜
が介在している多結晶シリコン層で構成された抵抗は耐
圧が十分に高く、破壊されにくい。
が介在している多結晶シリコン層で構成された抵抗は耐
圧が十分に高く、破壊されにくい。
第4図は上記実施例におけるダイオード19の平面形状
を示すパターン平面図であり、第5図はその断面図であ
る。このダイオード19はp型の半導体基板31内にn
型拡散領域32を形成することにより構成されている。
を示すパターン平面図であり、第5図はその断面図であ
る。このダイオード19はp型の半導体基板31内にn
型拡散領域32を形成することにより構成されている。
そして、n型拡散領R32上に多結晶シリコン層33を
堆積形成L、これをバターニングL、さらに不純物を所
定の濃度に導入して抵抗値の調整を行なうことによって
前記抵抗13.15およびn型拡散領域32に対するダ
イレクト・コンタクトを形成している。
堆積形成L、これをバターニングL、さらに不純物を所
定の濃度に導入して抵抗値の調整を行なうことによって
前記抵抗13.15およびn型拡散領域32に対するダ
イレクト・コンタクトを形成している。
ここで、このダイオードにおける拡散領域32の平面形
状は略方形にされ、このダイオードにおいて電流が流れ
る方向と平行な方向(図中、X方向)の辺の長さをLと
L、これと直交する方向(図中、Y方向)の辺の長さを
Wとすると、L<Wとなるように辺の長さしとWが設定
されている。このようにl!流が流れる方向と直交する
方向の辺の長さWを長くすることにより、ダイオードに
おける電界の集中が緩和され、破壊に対して強くするこ
とができる。
状は略方形にされ、このダイオードにおいて電流が流れ
る方向と平行な方向(図中、X方向)の辺の長さをLと
L、これと直交する方向(図中、Y方向)の辺の長さを
Wとすると、L<Wとなるように辺の長さしとWが設定
されている。このようにl!流が流れる方向と直交する
方向の辺の長さWを長くすることにより、ダイオードに
おける電界の集中が緩和され、破壊に対して強くするこ
とができる。
第6図は上記実施例におけるダイオード19の異なる平
面形状を示すパターン平面図である。このダイオードで
はX方向の辺の長さしと、これと直交するY方向の辺の
長さをWとの間で、L≧Wとなるように辺の長さを設定
している。このように辺の長さLを長くすることにより
、ダイオードのPN接合による寄生容量と寄生抵抗を分
布定数的に設け、これによってピーク電圧を順次低下さ
せるとともにサージの電荷をアースに放電させるように
したものである。
面形状を示すパターン平面図である。このダイオードで
はX方向の辺の長さしと、これと直交するY方向の辺の
長さをWとの間で、L≧Wとなるように辺の長さを設定
している。このように辺の長さLを長くすることにより
、ダイオードのPN接合による寄生容量と寄生抵抗を分
布定数的に設け、これによってピーク電圧を順次低下さ
せるとともにサージの電荷をアースに放電させるように
したものである。
このように上記実施例回路によれば、入力端子にサージ
電圧が印加されたとき、入力保護回路自体の破壊を伴わ
ずに、この端子に接続された入力トランジスタのゲート
に加わる電圧の低減化を図ることができ、もってサージ
耐量の向上を実現することができる。さらに通常動作時
における高速化の妨げることなしに高電圧の入力サージ
を十分抑制することができる。
電圧が印加されたとき、入力保護回路自体の破壊を伴わ
ずに、この端子に接続された入力トランジスタのゲート
に加わる電圧の低減化を図ることができ、もってサージ
耐量の向上を実現することができる。さらに通常動作時
における高速化の妨げることなしに高電圧の入力サージ
を十分抑制することができる。
なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
種々の変形が可能であることはいうまでもない。例えば
上記実施例では・保護素子としてMoSトランジスタ2
0を使用する場合について説明したが、これはMOSト
ランジスタのソースもしくはドレインがないようなゲー
トコントロールダイオードを使用するようにしてもよい
。
種々の変形が可能であることはいうまでもない。例えば
上記実施例では・保護素子としてMoSトランジスタ2
0を使用する場合について説明したが、これはMOSト
ランジスタのソースもしくはドレインがないようなゲー
トコントロールダイオードを使用するようにしてもよい
。
[発明の効果コ
以上説明したようにこの発明によれば、入力保護回路が
設けられた半導体集積回路において、入力端子にサージ
電圧が印加されたとき、入力保護回路自体の破壊を伴わ
ずに、この端子に接続された入力トランジスタのゲート
に加わる電圧の低減化を図ることができ、もってサージ
耐量の向上を実現することができる半導体集積回路を提
供することができる。
設けられた半導体集積回路において、入力端子にサージ
電圧が印加されたとき、入力保護回路自体の破壊を伴わ
ずに、この端子に接続された入力トランジスタのゲート
に加わる電圧の低減化を図ることができ、もってサージ
耐量の向上を実現することができる半導体集積回路を提
供することができる。
第1図はこの発明の一実施例に係る構成を示す回路図、
第2図および第3図はそれぞれ上記実施例回路の等価回
路図、第4図は上記実施例回路の一部分のパターン平面
図、第5図は第4図の回路部分の断面図、第6図は上記
実施例回路の一部分の異なるパターン平面図、第7図は
従来回路の回路図、第8図はその等価回路図、第9図は
上記従来回路を試験する場合の試験回路の回路図である
。 11・・・入力端子、12・・・第1のノード、13.
15.18・・・抵抗、14・・・第2のノード、16
・・・入力トランジスタ、19・・・ダイオード、20
・・・MoSトランジスタ、21、22・・・基板の広
がり抵抗、23.24.25・・・奇生容量、31・・
・p型の半導体基板、32・・・n型拡散領域、33・
・・多結晶シリコン層。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第2図 第3図 1に5図 Z 第6図
第2図および第3図はそれぞれ上記実施例回路の等価回
路図、第4図は上記実施例回路の一部分のパターン平面
図、第5図は第4図の回路部分の断面図、第6図は上記
実施例回路の一部分の異なるパターン平面図、第7図は
従来回路の回路図、第8図はその等価回路図、第9図は
上記従来回路を試験する場合の試験回路の回路図である
。 11・・・入力端子、12・・・第1のノード、13.
15.18・・・抵抗、14・・・第2のノード、16
・・・入力トランジスタ、19・・・ダイオード、20
・・・MoSトランジスタ、21、22・・・基板の広
がり抵抗、23.24.25・・・奇生容量、31・・
・p型の半導体基板、32・・・n型拡散領域、33・
・・多結晶シリコン層。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第2図 第3図 1に5図 Z 第6図
Claims (7)
- (1)入力端子と、この入力端子に一端が接続され他端
が第1のノードに接続され、多結晶シリコンで構成され
た第1の抵抗素子と、一端が上記第1のノードに接続さ
れ他端が第2のノードに接続された第2の抵抗素子と、
上記第2のノードに接続された入力トランジスタと、一
端が上記第1のノードに接続され、上記入力トランジス
タのソースもしくはドレイン領域の拡散深さよりも深い
拡散領域を持つPN接合素子と、上記第2のノードと基
準電位点との間に挿入された保護素子とを具備したこと
を特徴とする半導体集積回路。 - (2)前記第2のノードと前記入力トランジスタとの間
に第3の抵抗素子が挿入されている特許請求の範囲第1
項に記載の半導体集積回路。 - (3)前記保護素子がMOSトランジスタで構成された
特許請求の範囲第1項に記載の半導体集積回路。 - (4)前記保護素子がゲートコントロールダイオードで
構成された特許請求の範囲第1項に記載の半導体集積回
路。 - (5)前記第1の抵抗素子の値が500Ωないし1.5
KΩの範囲に設定され、前記第2の抵抗素子の値が10
0Ωないし300Ωの範囲に設定されており、前記PN
接合素子の拡散領域の深さが0.5μmないし2.0μ
mの範囲に設定されかつこの拡散領域の接合面積が20
00μm^2以上に設定されている特許請求の範囲第1
項に記載の半導体集積回路。 - (6)前記PN接合素子の拡散領域の平面形状が略方形
をなし、この拡散領域において電流が流れる方向と平行
な方向の辺の長さをL、これと直交する方向での辺の長
さをWとしたときに、L<Wなる関係を満たすように各
辺の長さが設定されている特許請求の範囲第1項に記載
の半導体集積回路。 - (7)前記PN接合素子の拡散領域の平面形状が略方形
をなし、この拡散領域において電流が流れる方向と平行
な方向の辺の長さをL、これと直交する方向での辺の長
さをWとしたときに、L≧Wなる関係を満たすように各
辺の長さが設定されている特許請求の範囲第1項に記載
の半導体集積回路。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60211419A JPS6271275A (ja) | 1985-09-25 | 1985-09-25 | 半導体集積回路 |
| KR1019860008018A KR910003834B1 (ko) | 1985-09-25 | 1986-09-25 | Mos트랜지스터회로 |
| DE8686113189T DE3676259D1 (de) | 1985-09-25 | 1986-09-25 | Geschuetzte mos-transistorschaltung. |
| EP86113189A EP0215493B1 (en) | 1985-09-25 | 1986-09-25 | Protected mos transistor circuit |
| US07/219,805 US4893159A (en) | 1985-09-25 | 1988-07-13 | Protected MOS transistor circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60211419A JPS6271275A (ja) | 1985-09-25 | 1985-09-25 | 半導体集積回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6271275A true JPS6271275A (ja) | 1987-04-01 |
| JPH0518469B2 JPH0518469B2 (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=16605642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60211419A Granted JPS6271275A (ja) | 1985-09-25 | 1985-09-25 | 半導体集積回路 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4893159A (ja) |
| EP (1) | EP0215493B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6271275A (ja) |
| KR (1) | KR910003834B1 (ja) |
| DE (1) | DE3676259D1 (ja) |
Cited By (1)
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| US5696398A (en) * | 1993-10-01 | 1997-12-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Input protection circuit |
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-
1985
- 1985-09-25 JP JP60211419A patent/JPS6271275A/ja active Granted
-
1986
- 1986-09-25 EP EP86113189A patent/EP0215493B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-09-25 KR KR1019860008018A patent/KR910003834B1/ko not_active Expired
- 1986-09-25 DE DE8686113189T patent/DE3676259D1/de not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-07-13 US US07/219,805 patent/US4893159A/en not_active Expired - Lifetime
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| US4893159A (en) | 1990-01-09 |
| EP0215493A1 (en) | 1987-03-25 |
| DE3676259D1 (de) | 1991-01-31 |
| KR870003578A (ko) | 1987-04-18 |
| JPH0518469B2 (ja) | 1993-03-12 |
| EP0215493B1 (en) | 1990-12-19 |
| KR910003834B1 (ko) | 1991-06-12 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |