JP2546197B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JP2546197B2
JP2546197B2 JP7049899A JP4989995A JP2546197B2 JP 2546197 B2 JP2546197 B2 JP 2546197B2 JP 7049899 A JP7049899 A JP 7049899A JP 4989995 A JP4989995 A JP 4989995A JP 2546197 B2 JP2546197 B2 JP 2546197B2
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祐忠 栗山
知久 和田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体集積回路の保護
回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般のMIS型半導体回路においては、
静電破壊に対しMISトランジスタの入力ゲートが、非
常に弱いことから、外部接続端子と内部回路との間に静
電破壊を防止するための保護回路を設けることで、内部
回路を守っている。図6に従来の保護回路を含む回路図
を示す。図において(1) は入力ボンディング用電極、
(2) はGNDボンディング用電極、(3) はVDDボンディ
ング用電極、(4) は保護抵抗、(5a)は配線による寄生抵
抗、(7a)はフィールドトランジスタ(以下、NPNバイ
ポーラトランジスタと称す。)、(8a)は保護回路、(9)
は内部回路で、例としてPMISトランジスタ(10a) と
nMISトランジスタ(10b) から成るCMISインバー
タ(10)を持つとする。保護回路(8a)は、抵抗(6) を通し
て内部回路(9) とつながっている。図7には、保護回路
(8a)のパターン図を示す。(11)は入力配線、(12)はGN
D配線、(13)はコンタクト、(14a),(14b) はn+ 型活性
領域、(15)はP+ 型活性層、(16)はフィールド絶縁膜で
ある。入力配線(11)は、入力ボンディング用電極(1) と
つながっている保護抵抗(4) 、n+ 型活性層(14a) 、内
部回路へつながっている抵抗(6) と各々コンタクト(13)
を通してつながっている。またGND配線(12)も、コン
タクト(13)を通してn+ 型活性層(14b) 及びP+型活性
層(15)とつながっている。
【0003】図8には、図7のA−Bにおける断面図を
示した。ただし、配線は、模式化してある。(17)はP型
領域である。(14a),(14b),(15),(17) でNPNバイポー
ラトランジスタを成しており、(14a) がコレクタ、(14
b) がエミッタ、(15)と(17)でベースになっている。
【0004】次に保護回路(8a)の動作について説明す
る。保護抵抗(4) は、電流を流して大きな電圧降下を起
こす働きをする。抵抗(6) は、内部回路(10)に高電圧が
かかるのを遅らせる働きをする。NPNバイポーラトラ
ンジスタ(7a)の動作については、図4、図5を用いて説
明する。図4において、(7) は、NPNバイポーラトラ
ンジスタ、(18)は電流計、(19)は直流可変電源である。
【0005】図4の回路におけるNPNバイポーラトラ
ンジスタ(7) の電圧(V) −電流(I)特性を図5に示し
た。電圧(V) を0Vから上げて行くと12Vまでは、電
流(I)は流れないが、12Vを過ぎると急に電流が流れ
る。これは、ブレークダウンもしくはパンチスルー等に
よるためである。また、電圧を下げて行くと、10Vの
所で急に電流が流れなくなる。これは、順方向電流等に
よるためである。更に0Vから下げて行くと、−0.8
V以下で電流が流れる。個々のNPNバイポーラトラン
ジスタによって電圧の値は異なってくるが、同じような
特性を示す。以上のようにNPNバイポーラトランジス
タ(7a)は、正の低い印加電圧では電流を流さないが、あ
る値以上の印加電圧では大電流を流す働きをし、負の電
圧では、低電圧でも大電流を流す働きをする。このため
入力ボンディング用電極(1) に正の高電圧が入力された
場合には、図6で入力ボンディング用電極(1) ,保護抵
抗(4) ,NPNバイポーラトランジスタ(7a),寄生抵抗
(5a)を通ってGNDボンディング用電極(2) へ電流が流
れる。また、入力ボンディング用電極(1) に、負の高電
圧が入力された場合には、正の高電圧の場合と全く逆の
方向に電流が流れる。以上のように、電流が流れること
により、内部回路(9) にかかる電圧を下げることがで
き、静電破壊から守っている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の保護回路では、
図9に示すように半導体集積回路上でGNDボンディン
グ用電極(2) から近い所に位置する保護回路(8a1) の寄
生抵抗(5a1) が、おおよそ数10mΩと小さいのに対
し、遠い所に位置する保護回路(8a)の場合には、寄生抵
抗(5a2) がおおよそ数10Ωと約千倍程度大きくなり、
保護回路(8a2) の高電圧を引き抜く能力が不十分とな
り、内部回路(9) の静電破壊耐圧が低下するといった問
題点があった。
【0007】この発明は、回路基板上の何れの位置にお
いても、確実,かつ,十分に内部回路を保護することの
できる保護回路を備えた半導体集積回路を得ることを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体集
積回路は、半導体基板に形成され、接地電位とされる接
地電位ボンディング用電極、上記半導体基板にこの接地
電位ボンディング用電極から離れて形成され、電源電位
が印加される電源電位ボンディング用電極、上記半導体
基板の上記接地電位ボンディング用電極からの距離が上
記電源電位ボンディング用電極からの距離より小さい領
域に形成され、入力ノードと上記接地電位ボンディング
用電極との間に接続される第1の入力保護用トランジス
タと、入力ノードと上記電源電位ボンディング用電極と
の間に接続される,第2の入力保護用トランジスタとを
有し、第1の内部回路を保護する第1の入力保護回路、
上記半導体基板の上記接地電位ボンディング用電極から
の距離が上記電源電位ボンディング用電極からの距離よ
り遠い領域に形成され、入力ノードと上記接地電位ボン
ディング用電極との間に接続される第3の入力保護用ト
ランジスタと、入力ノードと上記電源電位ボンディング
用電極との間に接続される,第4の入力保護用トランジ
スタとを有し、第2の内部回路を保護する第2の入力保
護回路とを備えたことを特徴とするものである。
【0009】
【作用】この発明においては、上記構成としたから、半
導体基板に形成された保護回路のうちの,電源電位ボン
ディング用電極よりも接地電位ボンディング用電極に近
い基板領域に形成されているものは、これと電源電位ボ
ンディング用電極間をつなぐ配線による寄生抵抗が大き
くても、これの構成素子である,入力ノードと接地電位
ボンディング用電極間に接続された入力保護用トランジ
スタによって接地電位ボンディング用電極に高電圧を引
き抜き、接地電位ボンディング用電極よりも電源電位ボ
ンディング用電極に近い基板領域に形成されているもの
は、これと接地電位ボンディング用電極間をつなぐ配線
による寄生抵抗が大きくても、これの構成素子である,
入力ノードと電源電位ボンディング用電極間に接続され
た入力保護用トランジスタによって電源電位ボンディン
グ用電極に高電圧を引き抜く。
【0010】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の一実施例を図に基づいて説
明する。図1に、保護回路を含む回路図を示す。図にお
いて、図6と同一符号は同一または相当する部分を示
し、(5b)は配線による寄生抵抗、(7b)はフィールドトラ
ンジスタ(以下、NPNバイポーラトランジスタと称
す。)、(8b)は保護回路である。ここで、保護回路(8b)
は、抵抗(6) を通して内部回路(9) とつながっている。
従来例との違いは、入力ボンディング用電極(1) とVDD
ボンディング用電極(3) の間にNPNバイポーラトラン
ジスタ(7b)がある点である。保護回路(8b)のパターン図
は、図2である。(11)は入力配線、(12)はGND配線、
(13)はコンタクト、(14a),(14c),(14d) はn+ 型活性領
域、(15)はP+ 型活性領域、 (16) はフィールド絶縁膜
である。(20)はVDD配線である。従来例との違いは、従
来はn+ 型活性層(14b) が、GND配線(12)とつながっ
ているのに対し、本発明では、n+ 型活性層(14b) が(1
4c)と(14d) の2つに分かれて、(14c) はGND配線(1
2)とつながり、(14d) はVDD配線(20)とつながっている
点である。図3には、図2のC−Dにおける断面図を示
した。ただし配線は、模式化してある。(17)はP型領域
である。(14a),(14c),(15),(17) 及び(14a),(14d),(1
5),(17) で各々NPNバイポーラトランジスタを成して
いる。
【0011】次に動作について説明する。入力ボンディ
ング用電極(1) に正または負の高電圧が入力された場合
には、GNDボンディング用電極(2) へは従来と全く同
じ動作で高電圧が抜ける。またVDDボンディング用電極
(3) へは、図1でNPNバイポーラトランジスタ(7b)の
ブレークダウンもしくはパンチスルー等により、正の高
電圧は入力ボンディング用電極(1),保護抵抗(4),NPN
バイポーラトランジスタ(7b), 寄生抵抗(5b)を通ってV
DDボンディング用電極(3) に電流が流れる。負の高電圧
の場合は、全く逆に電流が流れる。以上のように電流が
流れることにより、内部回路(9) にかかる電圧を下げる
ことができ、静電破壊から守っている。ところで図9に
示すように、半導体集積回路上でGNDボンディング用
電極(2)から遠い所に位置する保護回路(8a2) の場合に
は、寄生抵抗(5a2) が大きくなり、保護回路(8a2) の高
電圧を引き抜く能力が不十分であるという問題点があっ
た。本発明では、図10に示すように一般にVDDボンデ
ィング用電極(3) が半導体集積回路上でGNDボンディ
ング用電極(2) と離しておかれるので、GNDボンディ
ング用電極(2) から遠い所に位置する保護回路(8b)すな
わち寄生抵抗(5a)が大きな値を持つ保護回路(8b)では、
逆にVDDボンディング用電極(3) に近いことより寄生抵
抗(5b)が(5a)に比べ小さくなり、高電圧を引き抜く能力
が上がり、内部回路(9) の静電破壊耐圧を上げられる。
すなわち、本実施例の半導体集積回路では、その保護回
路のうちの,VDDボンディング用電極(3) よりもGND
ボンディング用電極(2) に近い基板領域に形成されてい
るものは、これとVDDボンディング用電極(3) 間をつな
ぐ配線による寄生抵抗が大きくても、これの構成素子で
ある,入力ボンディング用電極(1) とGNDボンディン
グ用電極(2) 間に接続されたNPNパイポーラトランジ
スタ(7b)によってGNDボンディング用電極に高電圧を
引き抜き、GNDボンディング用電極(2) よりもVDD
ンディング用電極(3) に近い基板領域に形成されている
ものは、これとGNDボンディング用電極(2) 間をつな
ぐ配線による寄生抵抗が大きくても、これの構成素子で
ある,入力ボンディング用電極(1) とVDDボンディング
用電極(3) 間に接続されたNPNバイポーラトランジス
タ(7a)によってVDDボンディング用電極(3) に高電圧を
引き抜く。
【0012】
【発明の効果】以上のように、この発明にかかる半導体
集積回路によれば、半導体基板に形成された保護回路の
うちの,電源電位ボンディング用電極よりも接地電位ボ
ンディング用電極に近い基板領域に形成されているもの
は、これと電源電位ボンディング用電極間をつなぐ配線
による寄生抵抗が大きくても、これの構成素子である,
入力ノードと接地電位ボンディング用電極間に接続され
た入力保護用トランジスタによって接地電位ボンディン
グ用電極に高電圧を引き抜き、接地電位ボンディング用
電極よりも電源電位ボンディング用電極に近い基板領域
に形成されているものは、これと接地電位ボンディング
用電極間をつなぐ配線による寄生抵抗が大きくても、こ
れの構成素子である,入力ノードと電源電位ボンディン
グ用電極間に接続された入力保護用トランジスタによっ
て電源電位ボンディング用電極に高電圧を引き抜くの
で、内部回路がその基板上での形成領域に関係なく、基
板の何れの領域に形成されているものでも、確実,か
つ,十分に保護されることとなり、その結果、内部回路
を高い静電破壊耐圧でもって保護できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例による半導体集積回路の
保護回路の構成を示す図である。
【図2】 図1に示す保護回路のパターンを示す図であ
る。
【図3】 図2のC−D線における断面図である。
【図4】 NPNバイポーラトランジスタの電流−電圧
特性を調べる回路図である。
【図5】 NPNバイポーラトランジスタの電流−電圧
特性図である。
【図6】 従来の半導体集積回路の保護回路の構成を示
す図である。
【図7】 図6に示す保護回路のパターンを示す図であ
る。
【図8】 図7のC−D線における断面図である。
【図9】 保護回路の配置図である。
【図10】 保護回路の配置図である。
【符号の説明】
1 入力ボンディング用電極、2 GNDボンディング
用電極、3 VDDボンディング用電極、4 保護抵抗、
5a,5a1 ,5a2 ,5b 寄生抵抗、6抵抗、7,
7a,7b NPNバイポーラトランジスタ、8a,8
a1 ,8a2,8b 保護回路、9 内部回路、10
CMISインバータ、10a PMISトランジスタ、
10b NMISトランジスタ、11 入力配線、12
GND配線、13 コンタクト、14a,14b,1
4c,14d n+ 型活性層、15 P+ 型活性層、1
6 フィールド絶縁膜、17 P型領域、18 電流
計、19 直流電源、20 VDD配線。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に形成され、接地電位とされ
    る接地電位ボンディング用電極、 上記半導体基板にこの接地電位ボンディング用電極から
    離れて形成され、電源電位が印加される電源電位ボンデ
    ィング用電極、 上記半導体基板の上記接地電位ボンディング用電極から
    の距離が上記電源電位ボンディング用電極からの距離よ
    り小さい領域に形成され、入力ノードと上記接地電位ボ
    ンディング用電極との間に接続される第1の入力保護用
    トランジスタと、入力ノードと上記電源電位ボンディン
    グ用電極との間に接続される,第2の入力保護用トラン
    ジスタとを有し、第1の内部回路を保護する第1の入力
    保護回路、 上記半導体基板の上記接地電位ボンディング用電極から
    の距離が上記電源電位ボンディング用電極からの距離よ
    り遠い領域に形成され、入力ノードと上記接地電位ボン
    ディング用電極との間に接続される第3の入力保護用ト
    ランジスタと、入力ノードと上記電源電位ボンディング
    用電極との間に接続される,第4の入力保護用トランジ
    スタとを有し、第2の内部回路を保護する第2の入力保
    護回路とを備えたことを特徴とする半導体集積回路。
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