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JPH09148452A - Cmos output buffer with reinforced capability for protectingit from static discharge - Google Patents

Cmos output buffer with reinforced capability for protectingit from static discharge

Info

Publication number
JPH09148452A
JPH09148452A JP7291547A JP29154795A JPH09148452A JP H09148452 A JPH09148452 A JP H09148452A JP 7291547 A JP7291547 A JP 7291547A JP 29154795 A JP29154795 A JP 29154795A JP H09148452 A JPH09148452 A JP H09148452A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type
scr
electrostatic discharge
output buffer
lateral
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7291547A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Meido Ka
明 道 柯
Tensho Go
添 祥 呉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Industrial Technology Research Institute ITRI
Original Assignee
Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Industrial Technology Research Institute ITRI filed Critical Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority to JP7291547A priority Critical patent/JPH09148452A/en
Publication of JPH09148452A publication Critical patent/JPH09148452A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an output buffer having a very high electrostatic discharge proof power with a very small occupied area. SOLUTION: An electrostatic discharge proof circuit comprises a PMOS- triggered lateral SCR unit PTLSCR 30 composed of a short-channel thin film oxide PMOS unit 12 inserted in the structure of a lateral semiconductor controlled rectifier(SCR) and an NMOS-triggered lateral SCR unit NTLSCR 50 composed of a short-channel thin film oxide NMOS unit 14 inserted in the structure of the lateral SCR. These CMOS units lower the conduction voltage of the lateral SCR from the original switching voltage to the snap back breakdown voltage of these units. The discharge proof circuit includes two parasitic transistors which are Dp between an output buffer 10 and VDD and Dn between this buffer and VSS and accordingly is protected efficiently by NTLSCR, Dn, Dp and PTLSCR in one-to-one correspondence to the four electrostatic discharge modes PS, NS, PD and ND.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は相補式酸化金属半導
体(CMOS)出力バッファの静電放電防護回路に関す
る。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to electrostatic discharge protection circuits for complementary metal oxide semiconductor (CMOS) output buffers.

【0002】[0002]

【従来の技術】サブミクロンCMOS半導体集積回路は
静電放電( ESD) 防護能力が不足しているため、しば
しば損害を被むる。CMOS半導体技術が進歩し、サブ
ミクロン段階に達すると、装置の各種構造の製造プロセ
ス、例えば更に薄いゲート酸化膜、更に短いチャネル
長、更に浅いソート/ドレイン接合面、不純物濃度の低
いドレイン構造及び金属シリコン化物の拡散層がCMO
S半導体回路の静電放電防護能力を大幅に低下させてし
まう。これに関しては次の参考文献に記載されている:
C.Duvvury and A.Amerasekera, "ESD:a pervasive reli
ability concern forIC technologie", Proc.of IEEE V
ol.81, no.5, pp.690-702, May 1993, 及びA.Ameraseke
ra and C.Duvvury,"The impact of technology scaling
on ESD robustness and protection circuit design",
1994 EOS/ESD Symp.proc.EOS-16, pp237-245。
BACKGROUND OF THE INVENTION Submicron CMOS semiconductor integrated circuits often suffer due to their lack of electrostatic discharge (ESD) protection. As CMOS semiconductor technology advances and reaches the sub-micron stage, manufacturing processes for various device structures, such as thinner gate oxides, shorter channel lengths, shallower sort / drain interfaces, low impurity drain structures and metals. Silicon diffusion layer is CMO
The electrostatic discharge protection capability of the S semiconductor circuit is significantly reduced. This is described in the following references:
C. Duvvury and A. Amerasekera, "ESD: a pervasive reli
ability concern forIC technologie ", Proc.of IEEE V
ol.81, no.5, pp.690-702, May 1993, and A. Ameraseke.
ra and C. Duvvury, "The impact of technology scaling
on ESD robustness and protection circuit design ",
1994 EOS / ESD Symp.proc.EOS-16, pp237-245.

【0003】特に、CMOS出力バッファ内のN型酸化
金属半導体( NMOS) とP型酸化金属半導体( PMO
S) のドレインは、通常出力パッドに直接接続され、外
部の負荷を稼働させている。出力バッファが直接外部と
接触しているため、それをサブミクロン技術で製造する
際には、静電放電防護能力は大幅に低下してしまう。C
MOS出力バッファの静電放電防護能力を向上させ、併
せて出力及び外部負荷を稼働させる能力を増加させるた
め、出力バッファ内のNMOSとPMOS装置は非常に
大きな装置サイズを持つよう設計されている。しかした
とえこの様に大きなサイズの装置でも、サブミクロンC
MOS製造技術で製造すれば、出力バッファの静電放電
防護能は依然としてサブミクロン製造技術により低下さ
せられる。これに関しては次の参考文献に記載されてい
る:T.L.Polgreen and A.Chatterjee, "Improving the
ESD failure threshold of silicided NMOS output tra
nsistors by ensuring uniform current flow", IEEE T
rans.Electron Devices, Vol.39, no2, pp.379-388, 19
92;C.Duvvury, C.Diaz,and T.Haddock, "Achievingunif
orm NM0S device power distribution for submicron E
SD reliability",1992 IEDM Technical Digest, pp.131
-134; 及びC.Duvvury and C.Diaz, "Dynamic gate coup
ling of NMOS for efficient output ESD Protection",
Proc.of IRPS, PP.141-150, 1992.サブミクロンCMO
S出力バッファの静電放電防護能力を改善するため、サ
ブミクロンCMOS製造工程に1 層の" ESDインプラ
ント" (静電放電防護キャラクタ濃度値)光マスクを追
加し、比較的強い装置構造を特別にCMOS半導体出力
バッファ内に取付け、静電放電防護能力の向上を図っ
た。しかしこれらの製造工程や光マスクの増加は集積回
路の製造コストを引上げる結果となった。
In particular, an N-type metal oxide semiconductor (NMOS) and a P-type metal oxide semiconductor (PMO) in a CMOS output buffer are used.
The drain of S) is usually connected directly to the output pad to drive an external load. Since the output buffer is in direct contact with the outside, the electrostatic discharge protection capability is significantly reduced when manufacturing it with submicron technology. C
The NMOS and PMOS devices in the output buffer are designed to have a very large device size in order to improve the electrostatic discharge protection capability of the MOS output buffer as well as to increase the ability to drive the output and external loads. However, even with such a large size device, submicron C
When manufactured with MOS manufacturing technology, the electrostatic discharge protection capability of the output buffer is still reduced by submicron manufacturing technology. This is described in the following references: TLPolgreen and A. Chatterjee, "Improving the
ESD failure threshold of silicided NMOS output tra
nsistors by ensuring uniform current flow ", IEEE T
rans.Electron Devices, Vol.39, no2, pp.379-388, 19
92; C. Duvvury, C. Diaz, and T. Haddock, "Achievingunif
orm NM0S device power distribution for submicron E
SD reliability ", 1992 IEDM Technical Digest, pp.131
-134; and C. Duvvury and C. Diaz, "Dynamic gate coup
ling of NMOS for efficient output ESD Protection ",
Proc.of IRPS, PP.141-150, 1992. Submicron CMO
In order to improve the electrostatic discharge protection capability of the S output buffer, a single layer "ESD implant" (electrostatic discharge protection character concentration value) photomask was added to the submicron CMOS manufacturing process to make the relatively strong device structure special. It was mounted in a CMOS semiconductor output buffer to improve the electrostatic discharge protection capability. However, the increase in these manufacturing processes and photomasks has resulted in an increase in the manufacturing cost of integrated circuits.

【0004】もう一つの方法はCMOS出力バッファと
出力パッド間に静電放電防護装置を追加し、サブミクロ
ンCMOS出力バッファの静電放電防護能力を向上させ
ようとするものである。Y.-J.B.Liu及び S.Cagnina,
の"Electrostatic dischage protection devicefor CMO
S Integrared circuit outputs", アメリカ特許第4,73
4,752 号には、フィールド酸化膜(N型) 装置を使用
し、CMOS出力バッファ内のN型トランジスタ( NM
OS) と並列に配置し、CMOS出力バッファの静電放
電防護能力を向上させる試みが記載されている。T.C.Ch
en及び D.S.Culver,の "ESD Protection circuit" アメ
リカ特許第5,329,143 号には、ラテラルN−P−N バ
イポーラトランジスタをCMOS出力バッファ内のN型
トランジスタ( NMOS) と並列に配置し、CMOS出
力バッファの静電放電防護能力を向上させる試みが記載
されている。しかしフィールド酸化膜装置及びラテラル
N−P−Nバイポーラトランジスタの導通電圧は、一般
的に言うと、短チャネル薄酸化膜NMOS装置に比べ共
に高くなっている。従って上記2種の並列装置を使用
し、出力バッファの静電放電防護能力を向上させようと
しても、その効果は非常に小さなものに過ぎないのであ
る。
Another method is to add an electrostatic discharge protection device between the CMOS output buffer and the output pad to improve the electrostatic discharge protection capability of the submicron CMOS output buffer. Y.-JBLiu and S.Cagnina,
"Electrostatic dischage protection device for CMO
S Integrared circuit outputs ", US Pat. No. 4,73
Field oxide (N-type) device is used for 4,752, and N-type transistor (NM) in CMOS output buffer is used.
It has been described in an attempt to place it in parallel with the OS) to improve the electrostatic discharge protection capability of the CMOS output buffer. TCCh
En and DSCulver, "ESD Protection circuit" US Pat. No. 5,329,143 discloses a lateral N-P-N bipolar transistor placed in parallel with an N-type transistor (NMOS) in a CMOS output buffer to provide electrostatic capacitance for the CMOS output buffer. Attempts to improve discharge protection capabilities are described. However, the conduction voltages of the field oxide device and the lateral NPN bipolar transistor are generally higher than that of the short channel thin oxide NMOS device. Therefore, even if the above two types of parallel devices are used to improve the electrostatic discharge protection capability of the output buffer, the effect is very small.

【0005】またD.B.Scott, P.W.Bosshart,及び I.D.G
allia,の "Circuit to improve electrostatic dischar
ge protection"アメリカ特許第5,019,888 号には、出力
バッファ中のサイズの大きい薄酸化膜NMOS装置を複
数個のサイズの小さなNMOS装置に分解し、相互に並
列配置し、併せて小サイズの各NMOS装置を直列の抵
抗に追加する形で静電放電防護能力の向上を図る試みが
記載されている。K.F.Lee, A.Lee, M.L.Marmet, 及びK.
W.Ouyang, の"Electrostatic Discharge protection ci
rcuit with bimodal resistance characteristics, "ア
メリカ特許第5,270,565 号には、フィールド酸化膜装置
を出力パッドに接続し、それを出力バッファ内の薄酸化
膜NMOS装置と並列に配置し、併せて薄酸化膜NMO
S装置のドレインを一連のN型ウェル(N−Well)
が作る抵抗に追加し、出力パッドに直列で接続する形で
静電放電防護能力の向上を図る試みが記載されている。
G.N.Roberts,の「出力ESD保護回路」アメリカ特許第
5,218,222 号には、横方向N−P−Nバイポーラトラン
ジスタを出力パッドに接続し、出力バッファ内のNMO
S装置と並列に配置し、併せて出力バッファと出力パッ
ド間に直列抵抗を追加し、静電放電防護能力を向上させ
ようとする試みが記載されている。上記の三文献では、
いずれも出力バッファと出力パッド間に直列抵抗を追加
しているが、これら定格外の直列抵抗の増加は、サブミ
クロンCMOS出力バッファの静電放電防護能力を向上
させることはできるが、出力バッファの駆動能力の出力
を制限し、その上出力信号も直列抵抗が原因し、時間の
遅延を招くことになる。従って直列抵抗追加方式は出力
バッファの高速度または重負荷状態での応用に制限を加
える結果となってしまう。
DBScott, PWBosshart, and IDG
allia, 's "Circuit to improve electrostatic dischar
ge protection "U.S. Pat. No. 5,019,888 discloses that a large-sized thin oxide NMOS device in an output buffer is disassembled into a plurality of small-sized NMOS devices and arranged in parallel with each other, and each small-sized NMOS device is combined. Attempts to improve electrostatic discharge protection by adding a resistor in series are described: KFLee, A.Lee, MLMarmet, and K.
W. Ouyang, "Electrostatic Discharge protection ci
rcuit with bimodal resistance characteristics, "US Pat. No. 5,270,565 discloses that a field oxide device is connected to an output pad, which is placed in parallel with a thin oxide NMOS device in an output buffer, together with a thin oxide NMO.
Connect the drain of the S device to a series of N-type wells (N-Well)
It describes an attempt to improve the electrostatic discharge protection capability by adding to the resistance made by and connecting in series to the output pad.
GN Roberts, "output ESD protection circuit" US patent
In No. 5,218,222, a lateral NPN bipolar transistor is connected to the output pad and the NMO in the output buffer is connected.
Attempts have been made to place it in parallel with the S device, and at the same time add a series resistor between the output buffer and the output pad to improve the electrostatic discharge protection capability. In the above three documents,
Although both add a series resistance between the output buffer and the output pad, the increase of these non-rated series resistance can improve the electrostatic discharge protection capability of the submicron CMOS output buffer, but The drive capability output is limited, and the output signal is also caused by the series resistance, which causes a time delay. Therefore, the series resistance addition method results in a limitation in the application of the output buffer at high speed or heavy load condition.

【0006】この他、ラテラル半導体制御整流器( SC
R) 装置も静電放電防護装置として、サブミクロン相補
式集積回路中に使用され、静電放電防護能力の向上が図
られている。ラテラルSCRは最小の占有面積で最高の
静電放電防護能力を発揮することがすでに発見されてい
る。A.Chatterjee及び T.Polgreen,の論文 "A low-volt
age triggering SCR for on-chip ESD protection at
output and input pads", IEEE Electron Device Lette
rs, Vol.12, No.1, pp.21-222, Jan.1991;及びA.Chatte
rjee及び T.Polgreen,の論文 "A low-voltage triggeri
ng SCR for on-chip ESD protection at output and i
nput pads", Proc.of 1990 Symposium on VLSI Technol
ogy, pp.75-76 では、改良型のラテラルSCR 構造を
LVTSCR(低電圧トリガーSCR)と名付け、出力
バッファ内のNMOS装置と並列に配置し、静電放電防
護能力の向上を図っている。この種のLVTSCR装置
はサブミクロンCMOS回路の出力バッファの静電放電
防護能力を効果的に向上させるばかりではなく、直列抵
抗を出力バッファと出力パッド間に追加する必要もない
ものである。
In addition, a lateral semiconductor control rectifier (SC
The R) device is also used in a submicron complementary integrated circuit as an electrostatic discharge protection device to improve its electrostatic discharge protection capability. Lateral SCRs have already been found to provide the highest electrostatic discharge protection with the smallest footprint. A. Chatterjee and T. Polgreen, "A low-volt
age triggering SCR for on-chip ESD protection at
output and input pads ", IEEE Electron Device Lette
rs, Vol.12, No.1, pp.21-222, Jan.1991; and A. Chatte
rjee and T. Polgreen, "A low-voltage triggeri
ng SCR for on-chip ESD protection at output and i
nput pads ", Proc.of 1990 Symposium on VLSI Technol
Ogy, pp.75-76, named the improved lateral SCR structure as LVTSCR (Low Voltage Trigger SCR) and placed it in parallel with the NMOS device in the output buffer to improve electrostatic discharge protection capability. This type of LVTSCR device not only effectively improves the electrostatic discharge protection capability of the submicron CMOS circuit's output buffer, but does not require the addition of a series resistor between the output buffer and the output pad.

【0007】静電放電(ESD) は、ICのいずれかの
入力ないし出力ピンがおそらくプラスまたはマイナスの
電圧極性をVDD(ICの高電圧源) またはVSS(ICの低電
圧源) ピンに対して印加し、放電している。従ってCM
OS出力バッファの出力ピンについて言うと、四種類の
異なった放電方式があることになる: (1) PSモード:VDD バスが浮いている時に静電放電は
ある出力ピンがVSS バスに対応し、プラスの電圧極性を
持つ。 (2) NSモード:VDD バスが浮いている時に静電放電は
ある出力ピンがVSS バスに対応し、マイナスの電圧極性
を持つ。 (3) PDモード:VSS バスが浮いている時に静電放電は
ある出力ピンがVDD バスに対応し、プラスの電圧極性を
持つ。 (4) NDモード:VSS バスが浮いている時に静電放電は
ある出力ピンがVDD バスに対応し、マイナスの電圧極性
を持つ。
Electrostatic discharge (ESD) is a phenomenon where any input or output pin of the IC will probably have a positive or negative voltage polarity with respect to the VDD (high voltage source of the IC) or VSS (low voltage source of the IC) pin. Applied and discharged. Therefore CM
Regarding the output pins of the OS output buffer, there are four different discharge methods: (1) PS mode: electrostatic discharge when VDD bus is floating. Some output pins correspond to VSS bus, Has positive voltage polarity. (2) NS mode: There is electrostatic discharge when the VDD bus is floating. An output pin corresponds to the VSS bus and has a negative voltage polarity. (3) PD mode: There is electrostatic discharge when the VSS bus is floating. An output pin corresponds to the VDD bus and has a positive voltage polarity. (4) ND mode: There is electrostatic discharge when the VSS bus is floating. An output pin corresponds to the VDD bus and has a negative voltage polarity.

【0008】以上の四種類の放電モードでは出力ピンが
CMOS集積回路(IC) 中の出力バッファ内のN型ト
ランジスタ(NMOS) 及びP型トランジスタ(PMO
S)装置を損傷させてしまう。そして集積回路のあるピ
ンの静電放電故障しきい値は、当該ピンが四種類の静電
放電モード中で耐えられる最低静電放電電圧と定義され
る。例えばある出力ピンはPS, NS, PDモードでは
6000ボルトの静電放電電圧に耐えられるが、NDモード
では1000ボルトの静電放電電圧にしか耐えられない。こ
の場合には、そのピンの静電放電故障しきい値は1000ボ
ルトに過ぎないのである。上記の各種参考文献では、静
電放電防護措置はすべて出力ピンのVSS 端子側に施さ
れ、追加された並列装置もすべて出力パッドとVSS 端子
間に配置されているだけであり、静電放電防護装置は出
力パッドとVDD 端子間には配置されていない。このよう
な出力バッファをNDモードまたはPDモードでその静
電放電を測定する場合、出力バッファ内のPMOS装置
(出力パッドとVDD 端子間に接続)は容易に静電放電に
よって破壊されてしまい、出力ピンのESD故障しきい
値が効果的に増加することはない。従って出力バッファ
の静電放電防護回路は上記の四種類の静電放電モードの
防護能力を共に提供できるものでなければならず、これ
によりはじめて効果的にサブミクロンCMOS集積回路
の静電放電防護能力を向上させることができるのであ
る。
In the above four types of discharge modes, the output pin has an N-type transistor (NMOS) and a P-type transistor (PMO) in the output buffer of the CMOS integrated circuit (IC).
S) Damages the device. The electrostatic discharge failure threshold for a pin of an integrated circuit is then defined as the lowest electrostatic discharge voltage that the pin can withstand in four different electrostatic discharge modes. For example, some output pins are in PS, NS, PD mode
It can withstand an electrostatic discharge voltage of 6000 volts, but in ND mode it can only withstand an electrostatic discharge voltage of 1000 volts. In this case, the electrostatic discharge failure threshold for that pin is only 1000 volts. In the various references mentioned above, all electrostatic discharge protection measures are taken on the VSS terminal side of the output pin, and all additional parallel devices are also placed between the output pad and the VSS terminal. The device is not placed between the output pad and VDD pin. When measuring the electrostatic discharge of such an output buffer in ND mode or PD mode, the PMOS device (connected between the output pad and VDD pin) in the output buffer is easily destroyed by electrostatic discharge, and the output The pin's ESD failure threshold is not effectively increased. Therefore, the electrostatic discharge protection circuit of the output buffer must be able to provide the protection capability of the above-mentioned four kinds of electrostatic discharge modes together, and only then can the electrostatic discharge protection capability of the submicron CMOS integrated circuit be effectively provided. Can be improved.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、上記参考文献中の欠点を克服し、全面的にサブミク
ロン相補式出力バッファの静電放電防護能力を向上させ
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to overcome the deficiencies in the above references and to improve the electrostatic discharge protection capability of submicron complementary output buffers entirely.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明では、2個の低電
圧トリガーSCRと2個のダイオードを相補式接続方式
で配置し、四種類(PS, NS, PD及びND)のモー
ドの静電放電に対して防護している。またこれらの全面
的静電放電防護回路とCMOS出力バッファ内のNMO
SとPMOS装置を適宜相互に混在する形で配置し、占
有面積を減少させている。本発明では比較的小さい占有
面積(出力バッファと静電放電防護回路を含む)で比較
的高いESD故障しきい値を提供することができ、また
本発明では出力バッファと出力パッド間に直列抵抗を使
用していないため、出力バッファが出力する駆動能力と
出力信号の遅延時間が影響を受けることはない。
According to the present invention, two low voltage trigger SCRs and two diodes are arranged in a complementary connection system, and four types of electrostatic modes (PS, NS, PD and ND) are used. Protects against discharge. Also, these full-scale electrostatic discharge protection circuits and NMO in the CMOS output buffer
The S and PMOS devices are appropriately arranged in a mixed form to reduce the occupied area. The present invention can provide a relatively high ESD failure threshold with a relatively small footprint (including the output buffer and electrostatic discharge protection circuit), and the present invention provides a series resistance between the output buffer and the output pad. Since it is not used, the drive capability output by the output buffer and the delay time of the output signal are not affected.

【0011】本発明は静電放電防護能力を強化したCM
OS出力バッファに関するものである。CMOS出力バ
ッファは、インバータと接続された回路構造を持ち、そ
の内に薄酸化膜のPMOS装置と薄酸化膜のNMOS装
置を有している。このPMOS装置のソースはVSS に接
続されており、ドレインも出力端子に接続されている。
この共通出力端子はIC接続ピンのパッキング用として
出力パッドに接続されている。このPMOS及びNMO
S装置の入力ゲート電極はIC内部の回路に接続されて
おり、ICの内部回路の制御を受けている。
The present invention is a CM with enhanced electrostatic discharge protection capability.
It relates to the OS output buffer. The CMOS output buffer has a circuit structure connected to an inverter, and has a thin oxide PMOS device and a thin oxide NMOS device therein. The source of this PMOS device is connected to VSS and the drain is also connected to the output terminal.
The common output terminal is connected to the output pad for packing the IC connection pins. This PMOS and NMO
The input gate electrode of the S device is connected to a circuit inside the IC and is controlled by the internal circuit of the IC.

【0012】静電放電に対して防護するため、本発明で
は2個の寄生ダイオードと、2 個の寄生した低電圧トリ
ガーSCRを静電放電防護装置として使用し、四種類
(PS, NS, PD, ND) のモードの静電放電に対し
て防護している。第一の寄生ダイオードDpと出力バッ
ファのPMOS装置は並列に配置され、Dpの陽極は出
力パッドに接続され、陰極はVDD (第一の供給電圧)に
接続されている。そしてこのDpがPDモードの静電放
電に対して防護している。第二の寄生ダイオードDnと
出力バッファのNMOS装置も並列に配置され、Dnの
陽極はVSS (第二の供給電圧)に接続され、Dnの陰極
が出力パッドに接続されている。そしてこのDnがNS
モードの静電放電に対して防護している。第一の低電圧
トリガーSCRは1個のPMOPSがラテラルSCRを
トリガーするもので、PTLSCR( PMOS−トリガ
ーラテラルSCR) と呼ばれている。このPTLSCR
装置と出力バッファ内のPMOS装置が出力パッドとVD
D 間に並列に配置されており、このPTLSCR装置が
NDモードの静電放電に対して防護している。第二の低
電圧トリガーSCRは1 個のNMOPSがラテラルSC
Rをトリガーするもので、NTLSCR(NMOS−ト
リガーラテラルSCR) と呼ばれている。このNTLS
CR装置と出力バッファ内のNMOS装置が出力パッド
とVSS 間に並列に配置されており、このNTLSCR装
置がPSモードの静電放電に対して防護している。従っ
て出力ピンの四種類の静電放電モードはすべて一対一で
対応する装置によって防護されているため、そのESD
故障しきい値は明らかに増加している。
In order to protect against electrostatic discharge, the present invention uses two parasitic diodes and two parasitic low voltage trigger SCRs as an electrostatic discharge protection device, and there are four types (PS, NS, PD). , ND) mode electrostatic discharge protection. The first parasitic diode Dp and the PMOS device of the output buffer are arranged in parallel, the anode of Dp is connected to the output pad and the cathode is connected to VDD (first supply voltage). This Dp protects against PD mode electrostatic discharge. The second parasitic diode Dn and the NMOS device of the output buffer are also arranged in parallel, the anode of Dn is connected to VSS (second supply voltage) and the cathode of Dn is connected to the output pad. And this Dn is NS
Protects against mode electrostatic discharge. The first low voltage trigger SCR is one PMOPS that triggers the lateral SCR and is called PTLSCR (PMOS-Triggered Lateral SCR). This PTLSCR
The device and the PMOS device in the output buffer are the output pad and VD
Located in parallel between D, this PTLSCR device protects against ND mode electrostatic discharge. The second low voltage trigger SCR has one NMOPS lateral SC
It triggers R and is called NTLSCR (NMOS-Triggered Lateral SCR). This NTLS
A CR device and an NMOS device in the output buffer are placed in parallel between the output pad and VSS, and the NTLSCR device protects against PS mode electrostatic discharge. Therefore, all four electrostatic discharge modes of the output pin are protected by corresponding devices on a one-to-one basis.
The failure threshold is obviously increasing.

【0013】このPTLSCR装置は短チャネル薄酸化
膜PMOS装置をラテラルSCRの構造中に組み入れた
ものであり、NTLSCR装置は短チャネル薄酸化膜N
MOS装置をラテラルSCRの構造中に組み入れたもの
である。この薄酸化膜PMOS装置とNTLSCR装置
はラテラルSCRをトリガーするように設計されてい
る。このPTLSCR装置がNDモードの静電放電を受
けると、その中に組込まれたPMOS装置のドレインが
スナップバック破壊し、このPTLSCR装置をトリガ
ーして導通させ、静電放電電流をバイパスに流すのであ
る。NTLSCR装置がPSモードの静電放電を受けた
場合には、その中に組込まれたNMOS装置のドレイン
がスナップバック破壊し、このNTLSCR装置をトリ
ガーして導通させ、静電放電電流をバイパスに流すので
ある。従ってこのPTLSCRとNTLSCRのトリガ
ー電圧はPMOSとNMOS装置のスナップバック破壊
電圧(約13〜15V の間)まで低下し、再び元のSCRの
トリガー電圧(約30〜50V )とはならないため、このP
TLSCRとNTLSCRは、CMOS出力バッファ内
のPMOSとNMOS装置と比べ、より早く導通し、静
電放電による出力バッファの破壊に対して防護するよう
設計することができるのである。
This PTLSCR device incorporates a short channel thin oxide PMOS device into the structure of a lateral SCR, and the NTLSCR device has a short channel thin oxide N device.
The MOS device is incorporated into the structure of the lateral SCR. The thin oxide PMOS and NTLSCR devices are designed to trigger lateral SCR. When the PTLSCR device receives an ND mode electrostatic discharge, the drain of the PMOS device incorporated therein snaps back, triggers the PTLSCR device to conduct, and causes an electrostatic discharge current to flow to the bypass. . When the NTLSCR device is subjected to PS mode electrostatic discharge, the drain of the NMOS device incorporated therein is snapback destroyed, triggering this NTLSCR device to conduct, and passing an electrostatic discharge current to the bypass. Of. Therefore, the trigger voltage of the PTLSCR and NTLSCR drops to the snapback breakdown voltage of the PMOS and NMOS devices (between about 13 and 15V), and the trigger voltage of the original SCR (about 30 to 50V) is not reached again.
The TLSCR and NTLSCR can be designed to conduct faster and protect against output buffer breakdown due to electrostatic discharge as compared to PMOS and NMOS devices in CMOS output buffers.

【0014】本発明はどの様なCMOSまたはバイポー
ラCMOS(BiCMOS) 製造工程であっても実現可
能であり、それはN型ウェル/P型基板、P型ウェル/
N型基板であるか、またはバイポーラ製造技術であるか
に拘らずである。本発明ではPTLSCRとNTLSW
CR装置をCMOS出力バッファに追加しているが、そ
のうちの共用できる部分は出力バッファ内の装置と共用
し、占有面積を減少させているので、旧来の設計(また
は過去に提案されたもの)と比べると、本発明は相対的
により少ない占有面積で、CMOS出力バッファのより
高い静電放電防護能力を提供している。
The present invention can be implemented in any CMOS or Bipolar CMOS (BiCMOS) fabrication process, which is N-type well / P-type substrate, P-type well /
Regardless of whether it is an N-type substrate or a bipolar manufacturing technology. In the present invention, PTLSCR and NTLSW
A CR device is added to the CMOS output buffer, but the shareable part of it is shared with the device in the output buffer to reduce the occupied area, so that it can be used with the old design (or the one proposed in the past). By comparison, the present invention provides a higher electrostatic discharge protection capability for CMOS output buffers with a relatively smaller footprint.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

A.回路の構造 図1はこの発明を応用した回路の見取図である。この図
1は静電放電防護能力を強化したCMOS出力バッファ
10を示している。この出力バッファ10には出力電圧のし
きい値を高くする薄酸化膜PMOS装置12及び出力電圧
のしきい値を低くする薄酸化膜NMOS装置14が含まれ
ている。PMOS装置12のソースはVDD に接続してお
り、NMOS装置14のソースはVSSに接続している。こ
のPMOS装置12とNMOS装置14のドレインは一つに
なって出力端子17を形成している。この出力端子17は接
続ライン18を経由して出力パッド20に接続されている。
前段装置16はIC内部回路で、この出力バッファ10のゲ
ート電極に信号を出力し、出力パッド上の電圧しきい値
を制御している。
A. Circuit Structure FIG. 1 is a sketch of a circuit to which the present invention is applied. This Figure 1 shows a CMOS output buffer with enhanced electrostatic discharge protection.
10 is shown. The output buffer 10 includes a thin oxide PMOS device 12 that raises the threshold of the output voltage and a thin oxide NMOS device 14 that lowers the threshold of the output voltage. The source of PMOS device 12 is connected to VDD and the source of NMOS device 14 is connected to VSS. The drains of the PMOS device 12 and the NMOS device 14 are united to form an output terminal 17. The output terminal 17 is connected to the output pad 20 via the connection line 18.
The pre-stage device 16 is an IC internal circuit that outputs a signal to the gate electrode of the output buffer 10 to control the voltage threshold value on the output pad.

【0016】静電放電防護能力を向上させるため、PT
LSCR装置30とPMOS装置12は並列でVDD と接続ラ
イン18の間に接続されており、NTLSCR装置50とN
MOS装置14は並列で接続ライン18とVSS の間に接続さ
れている。このCMOS出力バッファ10内には2 個の寄
生ダイオードDp60とDn70も含まれている。Dp60ダ
イオードはPMOS装置12と並列に配置され、その陽極
が接続ライン18に接続されており、Dn70ダイオードは
NMOS装置14と並列に配置され、その陽極がVSS に接
続されている。
In order to improve the electrostatic discharge protection capability, PT
The LSCR device 30 and the PMOS device 12 are connected in parallel between VDD and the connection line 18, and the NTLSCR device 50 and N are connected.
The MOS device 14 is connected in parallel between the connection line 18 and VSS. The CMOS output buffer 10 also includes two parasitic diodes Dp60 and Dn70. The Dp60 diode is placed in parallel with the PMOS device 12 and its anode is connected to the connection line 18, and the Dn70 diode is placed in parallel with the NMOS device 14 and its anode is connected to VSS.

【0017】PTLSCR装置30はNDモードの静電放
電防護用であり、Dpダイオード60がPDモードの静電
放電防護用、NTLSCR装置50がPSモードの静電放
電防護用、Dnダイオード70がNSモードの静電放電防
護用である。従って出力パッド20上で発生する四種類の
静電放電モードはすべて一対一で対応する形で防護され
ており、その上これらのPTLSCR、NTLSCR、
Dn、Dp装置は早急に直接的な静電放電チャネルを提
供し、静電放電電流をバイパスに流すことができるので
ある。
The PTLSCR device 30 is for ND mode electrostatic discharge protection, the Dp diode 60 is for PD mode electrostatic discharge protection, the NTLSCR device 50 is for PS mode electrostatic discharge protection, and the Dn diode 70 is for NS mode. It is for electrostatic discharge protection. Therefore, the four types of electrostatic discharge modes generated on the output pad 20 are all protected in a one-to-one correspondence, and in addition, these PTLSCR, NTLSCR,
The Dn, Dp device can immediately provide a direct electrostatic discharge channel to allow the electrostatic discharge current to flow to the bypass.

【0018】PTLSCR(NTLSCR) 装置の導通
電圧は、PTLSCR(NTLSCR) 装置に組込まれ
た短チャネル薄酸化膜PMOS( NMOS) 装置のスナ
ップバック破壊電圧に等しく、元のラテラルSCRのト
リガー電圧ではない。この短チャネル薄酸化膜PMOS
及びNMOS装置のスナップバック破壊電圧は製造プロ
セスにより異なっているが、一般的に言って、スナップ
バック破壊電圧は薄酸化膜の破壊電圧に比べ低くなって
いる。またこのスナップバック破壊電圧はチャネル長と
も関連しており、一般的に言うと、チャネル長のより短
いPMOS及びNMOS装置のスナップバック破壊電圧
はより低くなっている。
The conduction voltage of the PTLSCR (NTLSCR) device is equal to the snapback breakdown voltage of the short channel thin oxide PMOS (NMOS) device incorporated in the PTLSCR (NTLSCR) device and not the trigger voltage of the original lateral SCR. This short channel thin oxide PMOS
The snapback breakdown voltage of the NMOS device and the NMOS device varies depending on the manufacturing process, but generally speaking, the snapback breakdown voltage is lower than that of the thin oxide film. This snapback breakdown voltage is also related to the channel length, and generally speaking, the snapback breakdown voltage of PMOS and NMOS devices with shorter channel lengths is lower.

【0019】従ってPTLSCR装置30(NTLSCR
装置50) によりPMOS装置12( NMOS装置14) を防
護すると、静電放電による破壊から免れるが、PTLS
CR装置(NTLSCR装置) 内に組込まれたPMOS
(NMOS) のチャネル長は出力バッファ中のPMOS
装置12( NMOS装置14) のチャネル長に比べ若干短く
なっている。このようにPTLSCR装置30(NTLS
CR装置50) の導通電圧はPMOS装置12(NMOS装
置14) のスナップバック破壊電圧に比べ低くなっている
ため、まず最初にそれを導通させ、静電放電電流をバイ
パスに流し、出力バッファを保護することができるので
ある。
Therefore, the PTLSCR device 30 (NTLSCR
Protecting the PMOS device 12 (NMOS device 14) with the device 50) protects it from damage due to electrostatic discharge,
PMOS embedded in CR device (NTLSCR device)
(NMOS) channel length is PMOS in output buffer
It is slightly shorter than the channel length of device 12 (NMOS device 14). In this way, the PTLSCR device 30 (NTLS
Since the conduction voltage of the CR device 50) is lower than the snapback breakdown voltage of the PMOS device 12 (NMOS device 14), it should be conducted first and the electrostatic discharge current should be passed to the bypass to protect the output buffer. You can do it.

【0020】半導体制御整流器は元来非常に良好な電気
エネルギー伝導性を有しており、静電放電に対する耐圧
能力は非常に高いため(他の静電放電防護装置と比較し
て)、本発明では出力バッファと出力パットの間に直列
抵抗を追加せずに、効果的に出力バッファの静電放電に
対する防護能力を向上させることが可能であり、出力信
号の遅延時間を増加させることもなく、出力バッファの
出力能力に影響を与えることもないのである。 B.装置の構造 図2は図1のPMOS装置12とPTLSCR装置30の装
置断面図である。図2ではPTLSCR装置30とPMO
S装置12が共存しており、N型ウェル/P型基板として
製造され、占有面積の節減が図られている。
Since the semiconductor-controlled rectifier originally has a very good electric energy conductivity and has a very high withstand voltage against electrostatic discharge (compared with other electrostatic discharge protection devices), the present invention It is possible to effectively improve the protection capability of the output buffer against electrostatic discharge without adding a series resistor between the output buffer and the output pad, without increasing the delay time of the output signal. It does not affect the output capability of the output buffer. B. Device Structure FIG. 2 is a device sectional view of the PMOS device 12 and the PTLSCR device 30 of FIG. In FIG. 2, the PTLSCR device 30 and the PMO are shown.
The S device 12 coexists and is manufactured as an N-type well / P-type substrate to reduce the occupied area.

【0021】図2の半導体構造100 が示すように、P型
基板32/N型ウェル34中のPMOS装置12はP型のキャ
リア濃度の高い領域31と33で構成されている。キャリア
濃度の高い領域31はPMOS装置12のソースであり、こ
のソースはVDD に接続されている。キャリア濃度の高い
領域33はPMOS装置のドレインであり、このドレイン
は出力パッド20に接続され、PMOS装置12のゲート電
極35は前段装置16に接続されている。この他N型のキャ
リア濃度の高い領域45と47が同一のN型ウェル34内にあ
り、これらのキャリア濃度の高い領域45と47はVDD に接
続し、N型ウェル34のバイアス電圧を提供し、PMOS
装置12のバルク(bulk)を形成している。
As shown in the semiconductor structure 100 of FIG. 2, the PMOS device 12 in the P-type substrate 32 / N-type well 34 comprises P-type high carrier concentration regions 31 and 33. The high carrier concentration region 31 is the source of the PMOS device 12, which source is connected to VDD. The high carrier concentration region 33 is the drain of the PMOS device, which drain is connected to the output pad 20, and the gate electrode 35 of the PMOS device 12 is connected to the pre-stage device 16. In addition, the N-type high carrier concentration regions 45 and 47 are in the same N-type well 34, and these high-carrier concentration regions 45 and 47 are connected to VDD to provide the bias voltage of the N-type well 34. , PMOS
It forms the bulk of the device 12.

【0022】図2では寄生ダイオードDp60がN型ウェ
ル34とP型のキャリア濃度の高い領域33の接合面を形成
している。この他P型のキャリア濃度の高い領域98がP
型基板32上でラッチアップ(latchup) を防止する保護ル
ープとなっている。この保護ループはレイアウト上でP
MOS装置12とPTLSCR装置30をその中に囲い込む
ことが可能である。このP型のキャリア濃度の高い領域
98はVSS に接続されている。
In FIG. 2, the parasitic diode Dp60 forms a junction surface between the N-type well 34 and the P-type high carrier concentration region 33. In addition, the region 98 of high P-type carrier concentration is P
It is a protective loop on the mold substrate 32 that prevents latchup. This protection loop is P on the layout.
It is possible to have the MOS device 12 and the PTLSCR device 30 enclosed therein. This P-type high carrier concentration region
98 is connected to VSS.

【0023】PTLSCR装置30には、ラテラルSCR
(P型のキャリア濃度の高い領域70、N型ウェル34、P
型基板32及びこれとは別のN型のキャリア濃度の高い領
域72を含むN型ウェル34とで構成されている)と短チャ
ネル薄酸化膜PMOS装置90が含まれている。PTLS
CR装置30に組入れられたPMOS装置90にはP型のキ
ャリア濃度の高い領域70が含まれており、そのソースは
VDD に接続されている。またP型のキャリア濃度の高い
領域80はN型ウェル34とP型基板32の接合面に跨がり、
PMOS装置90のドレインとなっている。このドレイン
はどこにも接続せず、2 個の接合面の間を跨いでいるだ
けである。この他PMOS装置90のゲート電極82はVDD
に接続している。
The PTLSCR device 30 includes a lateral SCR
(P-type high carrier concentration region 70, N-type well 34, P
A substrate 32 and an N-type well 34 including another N-type high carrier concentration region 72) and a short channel thin oxide PMOS device 90. PTLS
The PMOS device 90 incorporated in the CR device 30 includes a P-type high carrier concentration region 70, the source of which is
Connected to VDD. Further, the region 80 having a high P-type carrier concentration extends over the joint surface between the N-type well 34 and the P-type substrate 32,
It is the drain of the PMOS device 90. This drain does not connect anywhere, it just spans between the two mating faces. In addition, the gate electrode 82 of the PMOS device 90 is VDD
Connected to

【0024】PMOS装置90をラテラルSCRに組入れ
PTLSCR装置30を形成している目的は、PTLSC
R装置30がNDモードの静電放電を受ける際に、PMO
S装置90のドレイン80をスナップバック破壊状態で利用
し、ラテラルSCRをトリガーし導通させることであ
る。このPTLSCR装置30の導通電圧はPMOS装置
90のスナップバック破壊電圧に等しく、元のトリガー電
圧(約30〜50V の間)と同じではない。このPTLSC
R装置が導通すると、その保持電圧は元のラテラルSC
Rの保持電圧と等しくなる(約1V前後)が、導通抵抗は
非常に低くなっている(約2 〜5 オーム)。PMOS装
置90のゲート電極82はVDD に接続され、集積回路が正常
に作動している場合、PMOS装置90がオフ状態を保持
するようになっている。
The purpose of incorporating the PMOS device 90 into the lateral SCR to form the PTLSCR device 30 is the PTLSC.
When the R device 30 receives the ND mode electrostatic discharge, the PMO
The drain 80 of the S device 90 is used in a snapback broken state to trigger and bring the lateral SCR into conduction. The conduction voltage of this PTLSCR device 30 is a PMOS device.
Equal to a snapback breakdown voltage of 90, not the same as the original trigger voltage (between about 30 and 50V). This PTLSC
When the R device conducts, its holding voltage is the original lateral SC.
It is equal to the holding voltage of R (about 1V), but the conduction resistance is very low (about 2-5 ohms). The gate electrode 82 of the PMOS device 90 is connected to VDD so that the PMOS device 90 remains off when the integrated circuit is operating normally.

【0025】図3に示すのは半導体の構造200 、つまり
NMOS装置14とNTLSCR装置50の断面図である。
図3ではNTLSCR装置50とNMOS装置14が共存
し、占有面積の節減が図られている。図3に示している
のはNTLSCR装置50とNMOS装置14がN型ウェル
/P型基板の構造物として製造されたものである。NM
OS装置14ではN型のキャリア濃度の高い領域51と53が
それぞれそのソースとドレインを構成しており、P型基
板32はP型のキャリア濃度の高い領域71と73を経由して
VSS に接続され、NMOS装置14のバルク・バイアス電
圧を提供している。またそのゲート電極52は前段装置16
に接続されている。寄生ダイオードDn70はN型のキャ
リア濃度の高い領域53(つまりNMOS装置14のドレイ
ン)とP型基板32で構成されている。図3ではN型のキ
ャリア濃度の高い領域75がN型ウェル54と58中でラッチ
アップを防止する保護ループを構成しており、このルー
プはレイアウト上でNMOS装置14とNTLSCR装置
50をその中に囲い込んでいる。このN型のキャリア濃度
の高い領域75はVDD に接続されている。
Shown in FIG. 3 is a cross-sectional view of semiconductor structure 200, NMOS device 14 and NTLSCR device 50.
In FIG. 3, the NTLSCR device 50 and the NMOS device 14 coexist to reduce the occupied area. Shown in FIG. 3 is an NTLSCR device 50 and an NMOS device 14 fabricated as an N-type well / P-type substrate structure. NM
In the OS device 14, the N-type high carrier concentration regions 51 and 53 respectively constitute the source and the drain thereof, and the P-type substrate 32 passes through the P-type high carrier concentration regions 71 and 73.
Connected to VSS to provide the bulk bias voltage for NMOS device 14. Further, the gate electrode 52 is connected to the front stage device 16
It is connected to the. The parasitic diode Dn70 is composed of an N-type high carrier concentration region 53 (that is, the drain of the NMOS device 14) and a P-type substrate 32. In FIG. 3, the N-type high carrier concentration region 75 constitutes a protection loop for preventing latch-up in the N-type wells 54 and 58, and this loop has a layout in which the NMOS device 14 and the NTLSCR device are protected.
Fifty are enclosed in it. This N-type high carrier concentration region 75 is connected to VDD.

【0026】NTLSCR装置50はラテラルSCRと短
チャネル薄酸化膜NMOS装置98で構成されている。こ
のラテラルSCRはP型のキャリア濃度の高い領域91で
出力パッドに接続され、N型ウェル58、P型基板32及び
これとは別のN型ウェル56(N型のキャリア濃度の高い
領域92がVSS に接続)で構成されている。NMOS装置
98はN型のキャリア濃度の高い領域92がそのソースとな
り、VSS に接続されており、別のN型のキャリア濃度の
高い領域93がドレインとなっている。N型のキャリア濃
度の高い領域92はN型ウェル56を横に跨いでP型基板32
に進入している。別のN型のキャリア濃度の高い領域93
はP型基板32とN型ウェル56の接合面を跨ぎ越している
が、このN型のキャリア濃度の高い領域93は他のどこに
も接続されていない。またNMOS装置98のゲート電極
94はVSS と接続されている。
The NTLSCR device 50 comprises a lateral SCR and a short channel thin oxide NMOS device 98. This lateral SCR is connected to the output pad at the P-type high carrier concentration region 91, and the N-type well 58, the P-type substrate 32 and another N-type well 56 (the N-type high carrier concentration region 92 are Connect to VSS). NMOS device
In the region 98, the region 92 having a high N-type carrier concentration serves as the source and is connected to VSS, and another region 93 having a high N-type carrier concentration serves as the drain. The N-type high carrier concentration region 92 laterally straddles the N-type well 56 and the P-type substrate 32.
Has entered. Another N-type high carrier concentration region 93
Extends over the junction surface between the P-type substrate 32 and the N-type well 56, the region 93 having a high N-type carrier concentration is not connected to any other region. Also the gate electrode of the NMOS device 98
94 is connected to VSS.

【0027】短チャネル薄酸化膜NMOS装置98をラテ
ラルSCRの構造中に組入れNTLSCR装置50を形成
している目的は、NTLSCR装置がPSモードの静電
放電を受ける際に、NMOS装置98のドレイン93をスナ
ップバック破壊状態で利用し、このラテラルSCRをト
リガーし導通させることである。従ってこのNTLSC
R装置50の導通電圧はNMOS装置98のスナップバック
破壊電圧に等しく、ラテラルSCRの元のトリガー電圧
(約30〜50V )と同じではない。このNTLSCR装置
が導通すると、その保持電圧は元のラテラルSCRの保
持電圧と等しくなる(約1V前後)が、導通抵抗は非常に
低くなっている(約2 〜5 オーム)。
The purpose of incorporating the short channel thin oxide NMOS device 98 into the structure of the lateral SCR to form the NTLSCR device 50 is to provide a drain 93 of the NMOS device 98 when the NTLSCR device undergoes PS mode electrostatic discharge. Is used in the snapback destruction state to trigger and bring the lateral SCR into conduction. Therefore, this NTLSC
The conduction voltage of the R device 50 is equal to the snapback breakdown voltage of the NMOS device 98 and not the original trigger voltage of the lateral SCR (about 30-50V). When this NTLSCR device conducts, its holding voltage is equal to the holding voltage of the original lateral SCR (around 1V), but the conduction resistance is very low (about 2-5 ohms).

【0028】図2、図3に示したのはPTLSCR装置
とNTLSCR装置のN型ウェル/P型基板に於ける装
置構造であるが、図4、図5に示しているのはPTLS
CR装置とNTLSCR装置をP型ウェル/N型基板に
作成した場合の装置の構造である。図4と図5中のPT
LSCR装置とNTLSCR装置の作動原理及び設計概
念は共に図2、図3の装置と同様であり、異なった製造
工程でその実現を図ったものである。図4に示している
のは半導体装置構造300 をP型ウェルとN型基板の製造
プロセス中に実現させたものであり、これにはPMOS
装置12とPTLSCR装置30が含まれている。PMOS
装置12はP型のキャリア濃度の高い領域310 と312 で構
成されており、そのソースとドレインはそれぞれVDD と
出力パッド20に接続されている。またPMOS装置12の
ゲート電極は前段装置16に接続されている。PMOS装
置12はラテラルSCR(P型ウェル306 がP型のキャリ
ア濃度の高い領域352 を経由してVDD に接続され、これ
とN型基板302 、P型ウェル308 、及び出力パッド20に
接続されるN型のキャリア濃度の高い領域351 で構成さ
れている)とPMOS装置350 が共存する形で構成され
ている。PMOS装置350 のソース及びドレインはP型
のキャリア濃度の高い領域352 と354 であり、それぞれ
P型ウェル306 及び別のP型ウェル308 とN型基板302
の接合面を跨いでその役割を果たしている。また別のP
型ウェル304 と308 はP型のキャリア濃度の高い領域32
0 を経由してVSS と接続し、PMOS装置12とPTLS
CR装置30全体を取り囲み、ラッチアップを防止する防
護ループを形成している。
2 and 3 show the device structure in the N-type well / P-type substrate of the PTLSCR device and the NTLSCR device, but FIG. 4 and FIG. 5 show the PTLS device.
It is a structure of a device when a CR device and an NTLSCR device are formed on a P-type well / N-type substrate. PT in Figures 4 and 5
The operating principle and design concept of both the LSCR device and the NTLSCR device are the same as those of the devices of FIGS. 2 and 3, and they are realized by different manufacturing processes. Shown in FIG. 4 is a semiconductor device structure 300 realized during the manufacturing process of a P-type well and an N-type substrate.
A device 12 and a PTLSCR device 30 are included. PMOS
Device 12 is comprised of P-type high carrier concentration regions 310 and 312, the sources and drains of which are connected to VDD and output pad 20, respectively. The gate electrode of the PMOS device 12 is connected to the pre-stage device 16. The PMOS device 12 has a lateral SCR (P-type well 306 is connected to VDD via a P-type high carrier concentration region 352, and is connected to the N-type substrate 302, P-type well 308, and output pad 20. The N-type high carrier concentration region 351) and the PMOS device 350 coexist. The source and drain of the PMOS device 350 are P-type high carrier concentration regions 352 and 354, respectively, and a P-type well 306 and another P-type well 308 and N-type substrate 302, respectively.
Plays its role across the joint surface of. Another P
The wells 304 and 308 are regions 32 of high P-type carrier concentration.
Connect to VSS via 0 to connect PMOS device 12 and PTLS
It surrounds the entire CR device 30 and forms a protective loop to prevent latch-up.

【0029】図5で示しているのは半導体構造400 をP
型ウェル/N型基板の製造プロセス中に実現させたもの
であり、これにはNMOS装置14とNTLSCR装置50
が含まれている。NMOS装置14はN型のキャリア濃度
の高い領域420 と422 で構成されており、P型ウェル40
6 内でそのソースとドレインとなっている。またNMO
S装置のゲート電極424 は前段装置16に接続されてい
る。P型ウェル406 はP型のキャリア濃度の高い領域43
0 を経由してVSS に接続し、NMOS装置14のバルク・
バイアス電圧を提供している。NTLSCR装置50はラ
テラルSCRとNMOS装置450 で構成されており、ラ
テラルSCRはP型ウェル408 (P型のキャリア濃度の
高い領域430 を経由して出力パッド20に接続)、N型基
板302 、P型ウェル406 、及びN型のキャリア濃度の高
い領域432(VSS に接続) で構成されている。NMOS装
置450 ではN型のキャリア濃度の高い領域432 と434 が
そのソース及びドレインを構成しており、そのゲート電
極435 はVSS に接続されている。N型のキャリア濃度の
高い領域434 はN型基板302 とP型ウェル406 の接合面
を横に跨いでいるが、どこにも接続されてはいない。ま
た別のN型ウェルのキャリア濃度の高い領域410(VDD に
接続) がN型基板302 上にあり、NMOS装置14とNT
LSCR装置50を取り囲み、ラッチアップを防止する防
護ループを構成している。 C.レイアウトの実施例 図6に示したのは図2の半導体構造100 のレイアウト平
面図600 であり、密なレイアウトとなっている。図6中
の線A−A’は図2の断面図の横断線に対応している。
図6中でPMOS装置12には3 本の互いに平行な指状突
起33があるが、この突起もPMOS装置12のドレインで
ある。PTLSCR装置30は図6の右側である。この他
ラッチアップ防止のためのループ98が最も外縁部分でP
MOS装置12とPTLSCR装置30全体を囲っている。
FIG. 5 shows the semiconductor structure 400 as P
Type well / N-type substrate manufacturing process, which includes NMOS device 14 and NTLSCR device 50.
It is included. The NMOS device 14 is composed of N-type high carrier concentration regions 420 and 422, and has a P-type well 40.
Within 6 are the source and drain. Also NMO
The gate electrode 424 of the S device is connected to the pre-stage device 16. The P-type well 406 is a region 43 having a high P-type carrier concentration.
Connect to VSS via 0 to connect the bulk of NMOS device 14
Provides a bias voltage. The NTLSCR device 50 is composed of a lateral SCR and an NMOS device 450, and the lateral SCR is connected to the P-type well 408 (connected to the output pad 20 via the P-type carrier-rich region 430), the N-type substrate 302, and P-type. The well 406 and the N-type high carrier concentration region 432 (connected to VSS). In the NMOS device 450, N-type high carrier concentration regions 432 and 434 form its source and drain, and its gate electrode 435 is connected to VSS. The N-type high carrier concentration region 434 laterally extends over the junction surface between the N-type substrate 302 and the P-type well 406, but is not connected anywhere. Another N-type well high carrier concentration region 410 (connected to VDD) is on the N-type substrate 302, and is used for the NMOS device 14 and NT.
It surrounds the LSCR device 50 and forms a guard loop to prevent latch-up. C. Layout Example FIG. 6 shows a layout plan view 600 of the semiconductor structure 100 of FIG. 2 with a dense layout. The line AA 'in FIG. 6 corresponds to the transverse line in the cross-sectional view of FIG.
In FIG. 6, the PMOS device 12 has three parallel finger-like protrusions 33, which are also drains of the PMOS device 12. The PTLSCR device 30 is on the right side of FIG. In addition, the loop 98 to prevent latch-up is P at the outermost edge.
It encloses the entire MOS device 12 and the PTLSCR device 30.

【0030】図7に示したのは図3の半導体構造200 の
レイアウト平面図700 であり、密なレイアウトとなって
いる。図7中の線B−B’は図3の断面図の横断線に対
応している。図7中でNMOS装置14には3 本の互いに
平行な指状突起53があるが、この突起53もNMOS装置
14のドレインである。NTLSCR装置50は図7の右側
である。この他ラッチアップ防止のためのループ75が最
も外縁部分でNMOS装置14とNTLSCR装置50全体
を囲っている。
FIG. 7 is a layout plan view 700 of the semiconductor structure 200 of FIG. 3 with a dense layout. The line BB 'in FIG. 7 corresponds to the transverse line in the sectional view of FIG. In FIG. 7, the NMOS device 14 has three finger-like projections 53 that are parallel to each other.
There are 14 drains. The NTLSCR device 50 is on the right side of FIG. In addition, a loop 75 for preventing latch-up surrounds the entire NMOS device 14 and NTLSCR device 50 at the outermost portion.

【0031】図6と図7はこの発明をN型ウェル/P型
基板の製造工程に適用したレイアウトの実施例である。
照合すると、図4と図5の半導体構造300 と400 のレイ
アウト実施例は図6と図7のレイアウト図600 と700 に
示したものと類似している。これは製造工程をP型ウェ
ル/N型基板製造工程に改めただけだからである。しか
し本発明のレイアウト形式は図6と図7に示した例に止
まらず、その他のレイアウト形式によっても本発明は実
現可能である。 D.回路の動作原理 (1) CMOS半導体集積回路が正常に作動している状
態:集積回路が正常に作動している状態では、VDD は5V
の電源に接続されており、VSS は接地されている。この
場合PMOS装置90とNMOS装置98のゲート電極はそ
れぞれのソースに接続されており、PMOS装置90とN
MOS装置98はオフ状態にあるため、PTLSCR装置
30とNTLSCR装置50もオフ状態にあり、NMOS装
置12とPMOS装置14(図1を参照)で構成される出力
バッファは前段装置16の信号の指示に基づき、出力パッ
ド20に信号を出力している。
6 and 7 show examples of layouts in which the present invention is applied to the manufacturing process of an N-type well / P-type substrate.
By comparison, the layout embodiments of semiconductor structures 300 and 400 of FIGS. 4 and 5 are similar to those shown in layout diagrams 600 and 700 of FIGS. 6 and 7. This is because the manufacturing process is only changed to the P-type well / N-type substrate manufacturing process. However, the layout format of the present invention is not limited to the examples shown in FIGS. 6 and 7, and the present invention can be realized by other layout formats. D. Circuit operation principle (1) CMOS semiconductor integrated circuit is operating normally: VDD is 5V when the integrated circuit is operating normally.
Is connected to the power supply of and VSS is grounded. In this case the gate electrodes of PMOS device 90 and NMOS device 98 are connected to their respective sources,
Since the MOS device 98 is in the OFF state, the PTLSCR device is
30 and the NTLSCR device 50 are also in the OFF state, and the output buffer composed of the NMOS device 12 and the PMOS device 14 (see FIG. 1) outputs a signal to the output pad 20 based on the instruction of the signal of the pre-stage device 16. There is.

【0032】この他、寄生ダイオードDp60とDn70は
信号を出力し、電圧固定(クランピング)作用を発揮す
る。電圧信号が出力パッド20に於いてオーバーレベルま
たはローレベル現象を生じた場合、ダイオードDp60は
高電圧のしきい値を約VDD+0.6Vの最高しきい値に固定
し、ダイオードDn70は低電圧のしきい値を約VSS-0.6V
の最低しきい値に固定する。従って正常に作動している
状態(VDD=5V, VSS=0V)では、出力パッド20の電圧しきい
値約5.6V〜-0.6V の間に固定されている。 (2) 静電放電している状態:集積回路が浮いている場
合、いとも簡単に静電放電によって破壊されてしまう。
集積回路の各ピンに対する静電放電について言うと、四
種類の放電モードが考えられる。PS, NS, PD及び
NDモードである(詳細は従来の技術の項で説明済
み)。この場合本発明で追加されたPTLSCR装置3
0、NTLSCR装置50及び寄生ダイオードDp60とD
n70が保護作用を発揮することになる。
In addition, the parasitic diodes Dp60 and Dn70 output signals and exhibit a voltage fixing (clamping) function. When the voltage signal causes an over-level or low-level phenomenon at the output pad 20, the diode Dp60 fixes the high voltage threshold to the maximum threshold of about VDD + 0.6V and the diode Dn70 keeps the low voltage. Threshold about VSS-0.6V
Fixed to the lowest threshold of. Therefore, in the normal operation state (VDD = 5V, VSS = 0V), the voltage threshold of the output pad 20 is fixed between about 5.6V and -0.6V. (2) State of electrostatic discharge: If the integrated circuit is floating, it can be easily destroyed by electrostatic discharge.
Regarding the electrostatic discharge for each pin of the integrated circuit, there are four possible discharge modes. PS, NS, PD and ND modes (details have been described in the prior art section). In this case, the PTLSCR device 3 added in the present invention
0, NTLSCR device 50 and parasitic diodes Dp60 and D
The n70 will have a protective effect.

【0033】PSモードの静電放電が出力パッド20で発
生した場合、この静電電圧はまずNTLSCR装置50の
陽極(図3中のP型のキャリア濃度の高い領域91)に導
通し、次いでN型ウェル58を経由してN型のキャリア濃
度の高い領域93に導通する。このN型のキャリア濃度の
高い領域93もNMOS装置98のドレインである。この静
電放電電圧はNMOS装置98のドレインに導かれ、スナ
ップバック破壊状態に陥り、まず出力パッド上の電圧を
固定する。NMOS装置のドレインでスナップバック破
壊が発生すると、この破壊電流はN型ウェル58からP型
基板32に流れ、ラテラルSCRをトリガーして導通さ
せ、またNTLSCR装置50もトリガーされ、導通す
る。導通したNTLSCR装置50の保持電圧は約1 〜2V
の間であり、その導通抵抗は相当に低くなっているた
め、出力パッド20からバイパス経路(NTLSCR装置
経由)が開かれ、静電放電電流はVSS へ流れてゆく。
When a PS mode electrostatic discharge occurs at the output pad 20, this electrostatic voltage first conducts to the anode of the NTLSCR device 50 (the P-type high carrier concentration region 91 in FIG. 3) and then N It conducts to a region 93 having a high N-type carrier concentration via the mold well 58. This N-type high carrier concentration region 93 is also the drain of the NMOS device 98. This electrostatic discharge voltage is directed to the drain of the NMOS device 98 and falls into a snapback breakdown condition, first fixing the voltage on the output pad. When a snapback breakdown occurs at the drain of the NMOS device, this breakdown current flows from the N-type well 58 to the P-type substrate 32, triggering the lateral SCR to conduct and also the NTLSCR device 50 to conduct. The holding voltage of the connected NTLSCR device 50 is about 1-2V.
Since the conduction resistance is considerably low, the bypass path (through the NTLSCR device) is opened from the output pad 20 and the electrostatic discharge current flows to VSS.

【0034】このNTLSCR装置50は非常に高い電気
エネルギーの伝導性を備えているため、比較的小さな占
有面積で、相対的に高い静電放電電流を受けることが可
能である。従って出力バッファがPSモードで静電放電
する場合、NTLSCR装置によって効果的に保護する
ことが可能である。NSモードの静電放電が出力パッド
20で発生した場合、このマイナスの静電電圧はNMOS
装置14のドレイン、つまり(図3中)のN型のキャリア
濃度の高い領域53に導通する。そして寄生ダイオードD
n70がプラス方向に導通し、静電放電の電流経路を提供
する。従って出力パッド上の静電電圧はダイオードDn
によって固定され、この出力バッファは保護される。つ
まりダイオードがプラス方向に導通する場合にも、高い
静電放電防護能力を有しているのである。
Since the NTLSCR device 50 has a very high electric energy conductivity, it can receive a relatively high electrostatic discharge current with a relatively small occupied area. Therefore, if the output buffer is electrostatically discharged in PS mode, it can be effectively protected by the NTLSCR device. Output pad for electrostatic discharge in NS mode
If it occurs at 20, this negative electrostatic voltage is NMOS
Conduction is made to the drain of the device 14, that is, the region 53 (in FIG. 3) where the N-type carrier concentration is high. And the parasitic diode D
n70 conducts in the positive direction and provides a current path for electrostatic discharge. Therefore, the electrostatic voltage on the output pad is
Fixed by this, this output buffer is protected. That is, even if the diode conducts in the positive direction, it has a high electrostatic discharge protection capability.

【0035】PDモードの静電放電が出力パッド20で発
生した場合、このプラスの静電電圧はPMOS装置12の
ドレイン、つまり(図2中)のP型のキャリア濃度の高
い領域33に導通する。そして寄生ダイオードDp60がプ
ラス方向に導通し、静電放電の電流経路を提供する。従
って出力パッド上の静電電圧はダイオードDpによって
固定され、この出力バッファは保護される。つまりDp
がプラス方向に導通する場合にも、高い静電放電防護能
力を有しているのである。
When a PD mode electrostatic discharge occurs on the output pad 20, this positive electrostatic voltage conducts to the drain of the PMOS device 12, ie, the P-type carrier-rich region 33 (in FIG. 2). . The parasitic diode Dp60 then conducts in the positive direction and provides a current path for electrostatic discharge. Therefore, the electrostatic voltage on the output pad is fixed by the diode Dp and this output buffer is protected. That is, Dp
Has a high electrostatic discharge protection capability even when it conducts in the positive direction.

【0036】NDモードの静電放電が出力パッド20で発
生した場合、このマイナスの静電電圧はPTLSCR装
置30の陰極(図3中のN型のキャリア濃度の高い領域7
2)に導通し、次いでP型基板32を経由してP型のキャ
リア濃度の高い領域80に導通する。このP型のキャリア
濃度の高い領域もPMOS装置90のドレインである。こ
のマイナスの静電放電電圧はPMOS装置90のドレイン
に導かれ、スナップバック破壊状態に陥り、まず出力パ
ッド上のマイナス電圧を固定する。PMOS装置90のド
レインでスナップバック破壊が発生すると、この破壊電
流はN型ウェル34からP型基板32に流れ、ラテラルSC
Rをトリガーして導通させ、またPTLSCR装置30も
トリガーされ、導通する。導通したPTLSCR装置30
の保持電圧は約1 〜2Vの間であり、その導通抵抗は相当
に低くなっているため、出力パッド20からバイパス経路
(PTLSCR装置経由)が開かれ、静電放電電流はVD
D へ流れてゆく。このPTLSCR装置30は非常に高い
電気エネルギーの伝導性を備えているため、比較的小さ
な占有面積で、相対的に高い静電放電電流を受けること
が可能である。従って出力バッファがNDモードで静電
放電する場合、PTLSCR装置30によって効果的に保
護することが可能である。 E.結論 本発明では効果的な静電放電防護回路を提案し、CMO
S半導体出力バッファを保護している。この静電放電防
護回路はレイアウト上でCMOS半導体出力バッファと
密接に結合させることができるため、比較的小さな占有
面積で相対的に大きな静電放電防護能力を提供すること
が可能である。
When an ND-mode electrostatic discharge is generated at the output pad 20, this negative electrostatic voltage causes the negative voltage of the cathode of the PTLSCR device 30 (the N-type high carrier concentration region 7 in FIG. 3).
2) and then to the region 80 having a high P-type carrier concentration via the P-type substrate 32. This P-type high carrier concentration region is also the drain of the PMOS device 90. This negative electrostatic discharge voltage is directed to the drain of the PMOS device 90 and falls into a snapback breakdown condition, first fixing the negative voltage on the output pad. When snapback breakdown occurs at the drain of the PMOS device 90, this breakdown current flows from the N-type well 34 to the P-type substrate 32, and the lateral SC
R is triggered to conduct, and the PTLSCR device 30 is also triggered to conduct. Conducted PTLSCR device 30
Has a holding voltage of about 1 to 2V and its conduction resistance is considerably low, so that the bypass path (via the PTLSCR device) is opened from the output pad 20 and the electrostatic discharge current is VD.
It flows to D. Since the PTLSCR device 30 has a very high electrical energy conductivity, it can receive a relatively high electrostatic discharge current with a relatively small footprint. Therefore, if the output buffer is electrostatically discharged in the ND mode, it can be effectively protected by the PTLSCR device 30. E. Conclusion The present invention proposes an effective electrostatic discharge protection circuit, and
S Semiconductor output buffer is protected. Since this electrostatic discharge protection circuit can be closely coupled with the CMOS semiconductor output buffer in layout, it is possible to provide a relatively large electrostatic discharge protection capability with a relatively small footprint.

【0037】CMOS半導体出力バッファ内には出力電
圧のしきい値を高くするPMOS装置及び出力電圧のし
きい値を低くするNMOS装置が含まれている。本発明
の静電放電防護回路にはPMOS装置によりトリガーす
る半導体制御整流器PTLSCR装置とNMOS装置に
よりトリガーする半導体制御整流器NTLSCR装置が
含まれている。PTLSCR装置は出力バッファ内のP
MOS装置と一つにすることができ、NTLSCR装置
も出力バッファ内のNMOS装置と一つにすることが可
能である。このPTLSCR装置(NTLSCR装置)
の導通電圧はPMOS装置(NMOS装置) のスナップ
バック破壊電圧と等しく、元の半導体制御整流器のトリ
ガー電圧と同じではないため、PTLSCR装置とNT
LSCR装置はCMOS酸化金属半導体出力バッファ内
のPMOS装置とNMOS装置と比べ、より低い静電放
電電圧として設計することが可能である。従ってPMO
S装置とNMOS装置は効果的にCMOS半導体出力バ
ッファを保護することが可能である。この発明では別途
2 個の寄生ダイオードDpとDnも利用し、静電放電に
対して防護している。
The CMOS semiconductor output buffer includes a PMOS device for increasing the threshold of the output voltage and an NMOS device for decreasing the threshold of the output voltage. The electrostatic discharge protection circuit of the present invention includes a semiconductor controlled rectifier PTLSCR device triggered by a PMOS device and a semiconductor controlled rectifier NTLSCR device triggered by an NMOS device. The PTLSCR device uses P in the output buffer.
It can be combined with a MOS device and the NTLSCR device can also be combined with an NMOS device in the output buffer. This PTLSCR device (NTLSCR device)
Since the conduction voltage is equal to the snapback breakdown voltage of the PMOS device (NMOS device) and not the trigger voltage of the original semiconductor controlled rectifier, the PTLSCR device and NT
LSCR devices can be designed with a lower electrostatic discharge voltage compared to PMOS and NMOS devices in CMOS metal oxide semiconductor output buffers. Therefore PMO
The S device and the NMOS device can effectively protect the CMOS semiconductor output buffer. Separately in this invention
Two parasitic diodes Dp and Dn are also used to protect against electrostatic discharge.

【0038】四種類の静電放電、PS, NS, PD及び
NDモードはすべてNTLSCR装置、Dn、Dp及び
PTLSCR装置によって一対一で防護されている。本
発明ではPTLSCR装置とNTLSCR装置を追加し
ているが、それはこの2 つの装置は元来非常に高い静電
放電受容能力を有しており、あまり大きな装置は必要な
いからである。これに加えレイアウト上で出力バッファ
内の装置と一つにすることができるからである。従って
本発明では比較的小さな占有面積で相対的に高い静電放
電防護能力を提供できるのである。
All four types of electrostatic discharge, PS, NS, PD and ND modes are protected one by one by NTLSCR device, Dn, Dp and PTLSCR device. In the present invention, the PTLSCR device and the NTLSCR device are added, because these two devices originally have a very high electrostatic discharge receiving ability, and a very large device is not necessary. In addition to this, the layout can be combined with the device in the output buffer. Therefore, the present invention can provide a relatively high electrostatic discharge protection capability with a relatively small footprint.

【0039】本発明の電気回路及び装置構造はいずれの
CMOS及びBiCMOS製造工程にも適合性があり、
N型ウェル/P型基板、P型ウェル/N型基板、または
双ウェルの製造技術に適用し、本発明の応用幅を広げる
ことも可能である。以上に本発明の設計理念及びその実
施例を記載したが、そこで使用したものは本発明に限定
されるわけではないから、当業者が本発明の精神と範囲
から逸脱することなく、より応用性に富んだものを制作
することが可能である。従って本発明の保護範囲は特許
申請範囲にのみ限定され、それを基準とするものであ
る。
The electrical circuit and device structure of the present invention is compatible with any CMOS and BiCMOS fabrication process,
It is also possible to broaden the range of application of the present invention by applying it to N-type well / P-type substrate, P-type well / N-type substrate, or twin well manufacturing technology. Although the design concept of the present invention and the examples thereof have been described above, those used therein are not limited to the present invention, and therefore, those skilled in the art can further improve the applicability without departing from the spirit and scope of the present invention. It is possible to produce something rich in. Therefore, the scope of protection of the present invention is limited only to the scope of patent application, and is based on that.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の回路接続を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a circuit connection of the present invention.

【図2】本発明に基づき、CMOS出力バッファ内のP
MOS装置とPTLSCR装置をP型基板に共存させた
実施例の断面図である。
FIG. 2 shows a P in a CMOS output buffer according to the present invention.
It is sectional drawing of the Example which made the MOS device and the PTLSCR device coexist on the P-type board | substrate.

【図3】本発明に基づき、CMOS出力バッファ内のN
MOS装置とNTLSCR装置をP型基板に共存させた
実施例の断面図である。
FIG. 3 illustrates N in a CMOS output buffer according to the present invention.
It is sectional drawing of the Example which made the MOS device and the NTLSCR device coexist on the P-type board | substrate.

【図4】本発明に基づき、CMOS出力バッファ内のP
MOS装置とPTLSCR装置をN型基板に共存させた
実施例の断面図である。
FIG. 4 illustrates a P in a CMOS output buffer according to the present invention.
It is sectional drawing of the Example which made the MOS device and the PTLSCR device coexist on the N-type board | substrate.

【図5】本発明に基づき、CMOS出力バッファ内のN
MOS装置とNTLSCR装置をN型基板に共存させた
実施例の断面図である。
FIG. 5 illustrates N in a CMOS output buffer according to the present invention.
It is sectional drawing of the Example which made the MOS device and the NTLSCR device coexist on the N-type board | substrate.

【図6】図2の平面図である。FIG. 6 is a plan view of FIG.

【図7】図3の平面図である。FIG. 7 is a plan view of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 出力バッファ 12 PMOS装置 14 NMOS装置 16 前段装置 17 出力端子 18 接続ライン 20 出力パッド 30 PTLSCR装置 32 P型基板 34、54、58 N型ウェル 31、33、45、51、53、47、70、71、73、75、80、98、31
0 、312 、320 、350、354 、351 、352 キャリア濃
度の高い領域 35、82 ゲート電極 50 NTLSCR装置 Dp60、Dn70 寄生ダイオード 100 、200 、400 半導体構造 90、350 PMOS装置 300 半導体装置構造 302 N型基板 308 P型ウェル 600 、700 レイアウト平面図 33、53 指状突起 75、95、98 ループ
10 Output buffer 12 PMOS device 14 NMOS device 16 Pre-stage device 17 Output terminal 18 Connection line 20 Output pad 30 PTLSCR device 32 P-type substrate 34, 54, 58 N-type well 31, 33, 45, 51, 53, 47, 70, 71, 73, 75, 80, 98, 31
0, 312, 320, 350, 354, 351, 352 High carrier concentration region 35, 82 Gate electrode 50 NTLSCR device Dp60, Dn70 Parasitic diode 100, 200, 400 Semiconductor structure 90, 350 PMOS device 300 Semiconductor device structure 302 N type Substrate 308 P-well 600, 700 Layout plan 33, 53 Fingers 75, 95, 98 Loop

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ソースがVDD 電源に接続された薄酸化膜
PMOS装置と、ソースがVSS 電源に接続された薄酸化
膜NMOS装置と、第一の低電圧トリガーシリコン制御
整流器(SCR) と、第二の低電圧トリガーSCRと、
第一の寄生ダイオードと、第二の寄生ダイオードとを含
み、静電放電保護回路を含む相補式酸化金属半導体(C
MOS)出力バッファであって、 該PMOS装置及びNMOS装置のドレインは互いにか
つ出力パッドに接続され、 第一の低電圧トリガーSCRはVDD と出力パッドの間に
接続され、NDモードの静電放電に対し保護し、 第二の低電圧トリガーSCRは出力パッドとVSS の間に
接続させ、PSモードの静電放電に対し保護し、 第一の寄生ダイオードはVDD と出力パッドの間に接続さ
れ、PDモードの静電放電に対して保護し、 第二の寄生ダイオードは出力パッドとVSS の間に接続さ
れ、NSモードの静電放電に対して保護するCMOS出
力バッファ。
1. A thin oxide PMOS device having a source connected to a VDD power supply, a thin oxide NMOS device having a source connected to a VSS power supply, a first low voltage triggered silicon controlled rectifier (SCR), and Second low voltage trigger SCR,
A complementary metal oxide semiconductor (C) including a first parasitic diode and a second parasitic diode and including an electrostatic discharge protection circuit.
MOS) output buffer, the drains of the PMOS device and the NMOS device are connected to each other and to the output pad, and the first low voltage trigger SCR is connected between VDD and the output pad for ND mode electrostatic discharge. Against protection, the second low voltage trigger SCR is connected between output pad and VSS to protect against PS mode electrostatic discharge, the first parasitic diode is connected between VDD and output pad, PD CMOS output buffer that protects against mode-mode electrostatic discharge and the second parasitic diode is connected between the output pad and VSS to protect against NS-mode electrostatic discharge.
【請求項2】 P型ウェル/N型基板構造を有する請求
項1記載のCMOS出力バッファ。
2. The CMOS output buffer according to claim 1, having a P-type well / N-type substrate structure.
【請求項3】 N型ウェル/P型基板構造を有する請求
項1記載のCMOS出力バッファ。
3. The CMOS output buffer according to claim 1, having an N-type well / P-type substrate structure.
【請求項4】 第一の低電圧トリガーSCRは、ラテラ
ルSCRとPMOS装置とよりなり、ラテラルSCRの
陽極はVDD に接続され、その陰極は出力パッドに接続さ
れており、PMOS装置はそのスナップバック破壊電圧
でラテラルSCRをトリガーする請求項1記載のCMO
S出力バッファ。
4. The first low voltage trigger SCR comprises a lateral SCR and a PMOS device, the anode of the lateral SCR is connected to VDD, its cathode is connected to the output pad, and the PMOS device is its snapback. The CMO of claim 1, wherein the breakdown voltage triggers the lateral SCR.
S output buffer.
【請求項5】 第二の低電圧トリガーSCRはラテラル
SCRとNMOS装置とよりなり、ラテラルSCRの陽
極は出力パッドに接続され、その陰極はVSSに接続され
ており、NMOS装置はそのスナップバック破壊電圧で
ラテラルSCRをトリガーする請求項1記載のCMOS
出力バッファ。
5. The second low voltage trigger SCR comprises a lateral SCR and an NMOS device, the anode of the lateral SCR is connected to the output pad, its cathode is connected to VSS, and the NMOS device is its snapback breakdown. The CMOS of claim 1 wherein the voltage triggers the lateral SCR.
Output buffer.
【請求項6】 ドレインが出力パッドに接続され、ソー
スが夫々第1及び第2の電源に接続された第1のPMO
S及び第1のNMOSと、 陽極が第1の電源に接続され、陰極が出力パッドに接続
され、そのスナップバック破壊電圧で第1のラテラルS
CRをトリガーする第2のPMOS装置を含む第1のラ
テラルSCRと、 陽極が出力パッドに接続され、陰極が第2の電源とその
スナップバック破壊電圧で第2のラテラルSCRをトリ
ガーする第2のNMOS装置とに接続された第2のラテ
ラルSCRとよりなる、 ESD保護回路を有するCMOS出力バッファ。
6. A first PMO having a drain connected to the output pad and a source connected to the first and second power supplies, respectively.
S and the first NMOS, the anode is connected to the first power supply, the cathode is connected to the output pad, the snapback breakdown voltage of the first lateral S
A first lateral SCR that includes a second PMOS device that triggers a CR, a second anode that connects the anode to the output pad and a cathode that triggers the second lateral SCR at the second power supply and its snapback breakdown voltage. A CMOS output buffer with an ESD protection circuit consisting of a second lateral SCR connected to an NMOS device.
【請求項7】 出力パッドと第一の電源との間に接続さ
れた第一の寄生ダイオードを含む請求項6記載のCMO
S出力バッファ。
7. The CMO of claim 6 including a first parasitic diode connected between the output pad and the first power supply.
S output buffer.
【請求項8】 出力パッドと第二の電源との間に接続さ
れた第二の寄生ダイオードを含む請求項6記載のCMO
S出力バッファ。
8. The CMO of claim 6 including a second parasitic diode connected between the output pad and the second power supply.
S output buffer.
【請求項9】 陽極が第1の電源に接続され陰極が集積
回路の出力パッドに接続された半導体基板に形成され、
そのスナップバック破壊電圧でラテラルSCRをトリガ
ーするPMOS装置を組込んだ第1の低電圧トリガーラ
テラルSCRよりなる集積回路中の出力バッファにES
D保護を与える半導体装置。
9. A semiconductor substrate having an anode connected to a first power supply and a cathode connected to an output pad of an integrated circuit,
The output buffer in an integrated circuit consisting of a first low voltage triggered lateral SCR incorporating a PMOS device that triggers a lateral SCR with its snapback breakdown voltage
A semiconductor device that provides D protection.
【請求項10】 第一のラテラルSCRの陰極は、P型
基板にあるN型ウェルに形成されたN+ 型ウェルよりな
る請求項9記載の半導体装置。
10. The semiconductor device according to claim 9, wherein the cathode of the first lateral SCR comprises an N + type well formed in an N type well on a P type substrate.
【請求項11】 第一のラテラルSCRの陰極は、N型
基板にあるP型ウェルに形成されたP+ 型ウェルよりな
る請求項9記載の半導体装置。
11. The semiconductor device according to claim 9, wherein the cathode of the first lateral SCR is a P + type well formed in a P type well in an N type substrate.
【請求項12】 PMOS装置のドレインは該基板と該
基板の第一の領域との接合に亘って形成されており、そ
のソースは半導体基板と第二の領域との接合に亘って形
成されており、該基板は一つのドーパント型であり、第
一の領域と第二の領域はポンプのドーパント型である請
求項9記載の半導体装置。
12. The drain of the PMOS device is formed across the junction of the substrate and the first region of the substrate, and the source thereof is formed across the junction of the semiconductor substrate and the second region. 10. The semiconductor device according to claim 9, wherein the substrate is of one dopant type, and the first region and the second region are of pump dopant type.
【請求項13】 上記ドレインはP+ 型ウェルである請
求項9記載の半導体装置。
13. The semiconductor device according to claim 9, wherein the drain is a P + type well.
【請求項14】 薄酸化膜PMOS装置を含み、このP
MOS装置と第一の低電圧トリガーラテラルSCRは一
体に形成され、この薄酸化膜PMOS装置のドレインは
P型のキャリア濃度の高い領域が半導体基板の上に平行
に配置される形で形成され、この薄酸化膜PMOS装置
はレイアウト上で第一の低電圧トリガーラテラルSCR
と平行に配置され、並列に接続されている請求項9記載
の半導体装置。
14. A thin oxide PMOS device comprising:
The MOS device and the first low voltage trigger lateral SCR are integrally formed, and the drain of this thin oxide film PMOS device is formed such that the P-type high carrier concentration region is arranged in parallel on the semiconductor substrate. This thin oxide PMOS device is the first low voltage trigger lateral SCR in layout.
10. The semiconductor device according to claim 9, wherein the semiconductor device is arranged in parallel with and is connected in parallel.
【請求項15】 第二の低電圧トリガーラテラルSCR
を含み、第一のラテラルSCRと共に同一の半導体基板
上に配置され、その陽極は出力パッドに接続され、陰極
は第二の参考電圧に接続され、この第二の低電圧トリガ
ーラテラルSCR内にはNMOS装置が含まれ、このN
MOS装置はそのドレインがスナップバック破壊した際
に第二の低電圧トリガーラテラルSCRを導通させる請
求項9記載の半導体装置。
15. A second low voltage triggered lateral SCR.
And located on the same semiconductor substrate with the first lateral SCR, the anode of which is connected to the output pad and the cathode of which is connected to the second reference voltage. NMOS device is included, this N
10. The semiconductor device according to claim 9, wherein the MOS device conducts the second low voltage trigger lateral SCR when its drain snaps back.
【請求項16】 第二の低電圧トリガーラテラルSCR
の陽極は、P型のキャリア濃度の高い領域がN型ウェル
内に存在し、これらが共にP型基板上に存在する形で構
成されている請求項15記載の半導体装置。
16. A second low voltage triggered lateral SCR.
16. The semiconductor device according to claim 15, wherein the anode is formed such that a region having a high P-type carrier concentration is present in the N-type well and both are present on the P-type substrate.
【請求項17】 第二の低電圧トリガーラテラルSCR
の陽極は、P型のキャリア濃度の高い領域がP型ウェル
内に存在し、これらが共にN型基板上に存在する形で構
成されている請求項15記載の半導体装置。
17. A second low voltage triggered lateral SCR.
16. The semiconductor device according to claim 15, wherein said anode has a region having a high P-type carrier concentration in a P-type well, and these regions are both present on an N-type substrate.
【請求項18】 NMOS装置のドレインは当該半導体
基板と第一の領域の接合面を横に跨ぎ、そのソースは半
導体基板と第二の領域の接合面を横に跨ぎ、当該半導体
基板は第一型のキャリア濃度であり、第一の領域と第二
の領域は第二型のキャリア濃度である請求項15記載の
半導体装置。
18. A drain of an NMOS device laterally extends across a junction surface between the semiconductor substrate and a first region, and a source thereof horizontally extends across a junction surface between the semiconductor substrate and a second region. 16. The semiconductor device according to claim 15, wherein the carrier concentration is of a second type, and the first region and the second region are of a second type carrier concentration.
【請求項19】 NMOS装置のドレインはN型のキャ
リア濃度の高い領域である請求項15記載の半導体装
置。
19. The semiconductor device according to claim 15, wherein the drain of the NMOS device is an N-type high carrier concentration region.
【請求項20】 薄酸化膜NMOS装置が含まれ、第二
の低電圧トリガーラテラルSCRと一つにされ占有面積
の節減が図られ、この薄酸化膜NMOS装置のドレイン
はN型のキャリア濃度の高い領域が半導体基板の上に平
行に配置される形で形成され、この薄酸化膜NMOS装
置はレイアウト上で第二の低電圧トリガーラテラルSC
Rと平行に配置され、並列に接続される請求項15記載
の半導体装置。
20. A thin oxide NMOS device is included to be combined with a second low voltage trigger lateral SCR to save space and the drain of the thin oxide NMOS device is of an N type carrier concentration. The thin region NMOS device is formed by arranging the high regions in parallel with each other on the semiconductor substrate.
The semiconductor device according to claim 15, wherein the semiconductor device is arranged in parallel with R and is connected in parallel.
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