JP2979716B2 - Cmos集積回路 - Google Patents

Cmos集積回路

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JP2979716B2
JP2979716B2 JP3134548A JP13454891A JP2979716B2 JP 2979716 B2 JP2979716 B2 JP 2979716B2 JP 3134548 A JP3134548 A JP 3134548A JP 13454891 A JP13454891 A JP 13454891A JP 2979716 B2 JP2979716 B2 JP 2979716B2
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正則 吉森
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はCMOS集積回路に関
し、特にラッチアップ保護回路を備えたCMOS集積回
路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来技術によるP型ウェル方式のCMO
S集積回路について、図3(a)を参照して説明する。
【0003】N型半導体基板1の表面に、独立したP型
ウェル2,3が選択的に形成されている。
【0004】P型ウェル2の表面にはN+ 型拡散層4〜
7およびP+ 型拡散層8が選択的に形成されている。N
+ 型拡散層4および5に挟まれて、ゲート酸化膜22を
介してゲート電極17が形成されている。一方、N+
拡散層6および7の間に、ゲート酸化膜22を介してゲ
ート電極18が形成されている。
【0005】P型ウェル3の表面にはN+ 型拡散層9,
10およびP+ 型拡散層11が形成されている。N+
拡散層9および10の間に、ゲート酸化膜22を介して
ゲート電極15が形成されている。
【0006】P型ウェル2および3の間のN型半導体基
板1の表面に、独立したN+ 型拡散層12およびP+
拡散層13,14が形成されている。P+ 型拡散層13
および14に挟まれて、ゲート酸化膜22を介してゲー
ト電極16が形成されている。
【0007】通常CMOS集積回路には、寄生サイリス
タ構造が構造が存在する。何らかの原因でサイリスタル
ープが作動すると、回路内に大電流が流れ続けてアルミ
ニウムなどからなる金属配線が溶断したり、P−N接合
が破壊されて集積回路が破損してしまうことがある。
【0008】この現象はラッチアップと呼ばれ、CMO
S集積回路の極めて大きな欠点である。一般的に、この
ラッチアップはCMOS集積回路の入出力端子に外部か
ら入った外来雑音がトリガとなって発生することが多
い。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】外部から3種類の電位
が供給されるCMOS集積回路において、外来雑音によ
るラッチアップのほかに、3種類の電位が供給される順
序に起因してラッチアップが発生することがある。
【0010】3種類の電源電位を、最高電位(VCC)、
中間電位(GND)および最低電位(VSS)として、つ
ぎのような電源の供給順序が考えられる。
【0011】 GNDおよびVCCが供給されたあとで
SSが供給される。
【0012】 GNDおよびVSSが供給されたあとで
CCが供給される。
【0013】 VSSおよびVCCが供給されたあとでG
NDが供給される。
【0014】これらの電源の供給順序のうち、特にの
場合にラッチアップが発生し易いという問題がある。
【0015】つぎにの場合におけるラッチアップの発
生機構について、図3(a)および(b)を参照して説
明する。
【0016】はじめに図3(a)に示すように、V
CC(正電位)が入力端子19からN+ 型拡散層12およ
びP+ 型拡散層14に供給される。GND(接地電位)
は入力端子20からN+ 型拡散層4,9およびP+ 型拡
散層11に供給される。VSS(負電位)は入力端子21
からN+ 型拡散層7およびP+型拡散層8に供給され
る。
【0017】なおN+ 型拡散層5,6,10、P+ 型拡
散層13およびゲート電極15〜18には所定の配線が
接続されることになる。
【0018】このような電位接続状態のCMOS集積回
路においては、N型半導体基板1の電位はN+ 型拡散層
12を介してVCCに固定されている。P型ウェル2の電
位はP+ 型拡散層8を介してVSSに固定されている。P
型ウェル3の電位はP+ 型拡散層11を介してGNDに
固定されている。
【0019】またP+ 型拡散層14は、N型半導体基板
1の表面に形成されるPチャネルMOSFETのソース
となる。N+ 型拡散層7はP型ウェル2の表面に形成さ
れるNチャネルMOSFETのソースとなる。N+ 型拡
散層9はP型ウェル3の表面に形成されるNチャネルM
OSFETのソースとなる。N+ 型拡散層4はP型ウェ
ル2の表面に形成されるNチャネルMOSFETのドレ
インとなる。
【0020】つぎに図3(b)に示すように、入力端子
21をフローティング状態とする。の場合のようにG
NDおよびVCCが供給され、VSSが供給されていない状
態にする。このときP型ウェル2は固定電位(VSS)に
接続されていないのでフローティング状態になって、P
型ウェル2の電位はGNDとVCCとの中間電位になる。
【0021】すなわちP型ウェル2の中間電位の値は、
CCに固定されるN型半導体基板1とP型ウェル2との
間のP−N接合の容量C1 と、GNDに固定されるN+
型拡散層4とP型ウェル2との間のP−N接合容量C2
との容量分割により決定される。
【0022】ここでP型ウェル2の電位がP型ウェル2
およびN+ 型拡散層4からなるP−N+ 接合ダイオード
のビルトインポテンシャル以上になると、N+ 型拡散層
4からP型ウェル2に多量のエレクトロンが注入し、こ
れがトリガーとなってVCC−GND間にラッチアップが
発生する。
【0023】このようなCMOS集積回路では、電源の
供給順序を指定するなどの対策が講じられており、その
使用上の制約が多いという問題がある。
【0024】本発明の目的は、最高電位および中間電位
を供給したあとで最低電位を供給しても、ラッチアップ
が発生しないCMOS集積回路を提供することにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】本発明のCMOS集積回
路は、一導電型半導体基板の一主面に選択的に逆導電型
の第1の拡散層および第2の拡散層が形成され、前記第
2の拡散層の表面に選択的に一導電型の第3の拡散層が
形成され、前記半導体基板は最高電位の入力端子に接続
され、前記第2の拡散層は最低電位の入力端子に接続さ
れ、前記第1の拡散層および前記第3の拡散層は中間電
位の入力端子に接続され、ドレインおよびソースがそれ
ぞれ前記最低電位入力端子および前記中間電位入力端子
と接続されたNチャネルエンハンスメントMOSFET
と、ドレインが前記NチャネルエンハンスメントMOS
FETのゲートに接続され、ソースおよびゲートが前記
最低電位入力端子と接続されたPチャネルエンハンスメ
ントMOSFETと、ドレイン、ソース、ゲートがそれ
ぞれ前記最高電位入力端子、前記Nチャネルエンハンス
メントMOSFETのゲート、前記最低電位入力端子と
接続されたNチャネルディプリーションMOSFETと
を備えたものである。
【0026】また、前記PチャネルエンハンスメントM
OSFETの代りに抵抗を備え、該抵抗の一端をNチャ
ネルエンハンスメントMOSFETのゲートに、他端を
最低電位入力端子に接続されたものである。
【0027】
【実施例】本発明の第1の実施例について、図1を参照
して説明する。
【0028】図3(a),(b)と共通の部分について
は、説明は省略する。
【0029】図1に示すように、VCC(+5V)は入力
端子19よりN+ 型拡散層12およびP+ 型拡散層14
に供給される。GND(0V)は入力端子20からN+
型拡散層4,9およびP+ 型拡散層11に供給される。
SS(−5V)は入力端子21からN+ 型拡散層7およ
びP+ 型拡散層8に供給される。
【0030】さらにラッチアップ防止回路として、つぎ
の3つのMOSFETが接続されている。
【0031】 ドレイン、ソースがそれぞれVSS入力
端子21、GND入力端子20と接続したNチャネルエ
ンハンスメントMOSFETNE
【0032】 ドレインがNチャネルエンハンスメン
トMOSFETNEのゲートと、ドレイン、ゲートがV
SS電位入力端子21と接続したPチャネルエンハンスメ
ントMOSFETPE
【0033】 ドレイン、ソース、ゲートがそれぞれ
Pチャネル型エンハンスメントMOSFETPE のドレ
インおよびNチャネルエンハンスメントMOSFETN
E のゲート、VCC入力端子19、VSS入力端子21と接
続したNチャネルディプリーションMOSFETND
【0034】NE 、PE 、ND がレシオ回路を構成し、
それぞれのゲート、ソース、ドレインが節点23で接続
されている。
【0035】つぎに本実施例の動作について説明する。
【0036】VCC入力端子19、GND入力端子20に
はそれぞれVCC(+5V)、GND(0V)が供給さ
れ、VSS入力端子21にはVSS(−5V)が供給されて
いない場合について説明する。
【0037】ここで例えばNチャネルディプリーション
MOSFETND のVT を−3V、Pチャネルエンハン
スメントMOSFETPE のVT を−1V、Nチャネル
エンハンスメントMOSFETNE のVT を2Vとす
る。
【0038】VSS入力端子21はフローティングである
が、課題の項で述べたように、VCCとGNDとの中間の
電位となる。
【0039】例えば2.5Vになったとすると、Nチャ
ネルディプリーションMOSFETND はゲートが2.
5VなのでONしている。Pチャネルエンハンスメント
MOSFETPE は、ゲートが2.5VなのでOFFし
ている。したがって節点23の電位はVCCレベル近くと
なり、NチャネルエンハンスメントMOSFETNE
ONする。
【0040】その結果VSS入力端子21の電位はGND
近傍の値に固定され、P型ウェル2内に形成されたGN
D電位に固定されたN+ 型拡散層4とP型ウェル2との
電位はほぼ等しくなる。N+ 型拡散層4からのエレクト
ロン注入は起らず、したがってラッチアップの発生を1
00%防止することが可能となる。
【0041】つづいてVSS入力端子21にVSS(−5
V)が供給された時点において、MOSFETND およ
びMOSFETPE のゲート電位はVSS(−5V)に固
定され、MOSFETND はOFFし、MOSFETP
E はVT が−1VなのでONする。その結果、節点23
はMOSFETPE のVT の一段落ちた−4Vとなる。
MOSFETNE のドレイン電位はVSS(−5V)、ソ
ース電位はGND(0V)であるので、MOSFETN
E のドレインとゲートの電位差は1Vとなり、MOSF
ETNE はOFFする。
【0042】したがって、すべての電位が供給された時
点ではラッチアップ防止回路はOFF状態となり、本体
のCMOS集積回路には何ら悪影響を及ぼさない。
【0043】つぎに本発明の第2の実施例について、図
2を参照して説明する。
【0044】本実施例では、第1の実施例におけるPチ
ャネルエンハンスメントMOSFETPE の代りに一端
をNチャネルエンハンスメントMOSFETNE のゲー
トに、他端を最低入力電位端子21に接続する抵抗Rを
用いている。
【0045】第1の実施例のようにMOSFETNE
D のVT を設定することなく、第1の実施例と同様の
効果を得ることができる。
【0046】
【発明の効果】CMOS集積回路にNチャネルエンハン
スメントMOSFET、NチャネルディプリーションM
OSFET、PチャネルエンハンスメントMOSFET
または抵抗素子を組み合わせたレシオ回路を接続する。
その結果、CMOS集積回路のラッチアップの発生を完
全に防止することができた。
【0047】このラッチアップ防止回路により最低電位
入力端子および中間電位入力端子を入力してから、最低
入力端子を入力するまでの間、最低入力端子を中間電位
近傍に固定することができる。さらに電源のすべてが投
入された後は、このラッチアップ防止回路はCMOS集
積回路には、何ら悪影響を及ぼさない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すCMOS集積回路
の模式断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示すCMOS集積回路
の模式断面図である。
【図3】従来のCMOS集積回路を説明する模式断面図
である。
【符号の説明】
1 N型半導体基板 2,3 P型ウェル 4〜7 N+ 型拡散層 8 P+ 型拡散層 9,10 N+ 型拡散層 11 P+ 型拡散層 12 N+ 型拡散層 13,14 P+ 型拡散層 15〜18 ゲート電極 19〜21 入力端子 22 ゲート酸化膜 23 節点 NE NチャネルエンハンスメントMOSFET ND NチャネルディプリーションMOSFET PE PチャネルエンハンスメントMOSFET R 抵抗

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型半導体基板の一主面に選択的に
    逆導電型の第1の拡散層および第2の拡散層が形成さ
    れ、前記第2の拡散層の表面に選択的に一導電型の第3
    の拡散層が形成され、前記半導体基板は最高電位の入力
    端子に接続され、前記第2の拡散層は最低電位の入力端
    子に接続され、前記第1の拡散層および前記第3の拡散
    層は中間電位の入力端子に接続され、ドレインおよびソ
    ースがそれぞれ前記最低電位入力端子および前記中間電
    位入力端子と接続されたNチャネルエンハンスメントM
    OSFETと、ドレインが前記Nチャネルエンハンスメ
    ントMOSFETのゲートに接続され、ソースおよびゲ
    ートが前記最低電位入力端子と接続されたPチャネルエ
    ンハンスメントMOSFETと、ドレイン、ソース、ゲ
    ートがそれぞれ前記最高電位入力端子、前記Nチャネル
    エンハンスメントMOSFETのゲート、前記最低電位
    入力端子と接続されたNチャネルディプリーションMO
    SFETとを備えたCMOS集積回路。
  2. 【請求項2】 PチャネルエンハンスメントMOSFE
    Tの代りに抵抗を備え、該抵抗の一端をNチャネルエン
    ハンスメントMOSFETのゲートに、他端を最低電位
    入力端子に接続された請求項1記載のCMOS集積回
    路。
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