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JPH0693491B2 - Complementary semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Complementary semiconductor integrated circuit device

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Publication number
JPH0693491B2
JPH0693491B2 JP63109662A JP10966288A JPH0693491B2 JP H0693491 B2 JPH0693491 B2 JP H0693491B2 JP 63109662 A JP63109662 A JP 63109662A JP 10966288 A JP10966288 A JP 10966288A JP H0693491 B2 JPH0693491 B2 JP H0693491B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
potential
type
integrated circuit
semiconductor integrated
circuit device
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP63109662A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH01278772A (en
Inventor
清伸 日野岡
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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 NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH01278772A publication Critical patent/JPH01278772A/en
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路装置に関し、特に、ラッチアッ
プ防止回路を有するように改良した相補型半導体集積回
路装置に関する。
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a complementary semiconductor integrated circuit device improved to have a latch-up prevention circuit.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般に半導体集積回路装置においては、寄生的に形成さ
れたサイリスタ構造が存在する。従って何らかの原因で
このサイリスタループがONすると、大電流が流れつづ
け、アルミ等の金属配線の溶断、P−N接合の破壊等に
よって集積回路が破損してしまうことがある。この現象
はラッチアップと呼ばれ、相補型半導体集積回路装置に
おいては、非常に大きな問題である。従って、このラッ
チマップ現象の防止は相補型半導体集積回路装置におい
ては、必須の事項となっている。
Generally, a semiconductor integrated circuit device has a thyristor structure formed parasitically. Therefore, if the thyristor loop is turned on for some reason, a large current continues to flow, and the integrated circuit may be damaged due to melting of the metal wiring such as aluminum or destruction of the P-N junction. This phenomenon is called latch-up and is a very serious problem in the complementary semiconductor integrated circuit device. Therefore, prevention of the latch map phenomenon is an essential item in the complementary semiconductor integrated circuit device.

一般に、このラッチアップ現象は、集積回路の入出力ピ
ンに外部から入った外来雑音がトリガとなって発生する
場合が多く、この外来雑音によって発生するラッチアッ
プに対しては多くの防止対策が考案されている。しか
し、外部から三種類の電位を供給して動作させる相補型
半導体集積回路装置においては、前記以外の特殊な要因
によって内部回路でラッチアップが発生してしまう。す
なわち三種類の電位の供給される順序(電源の投入順
序)によっては、ラッチアップが発生してしまう。従っ
て、この種の半導体集積回路においては、電源の投入順
序を指定する等の対策が行なわれている。
Generally, this latch-up phenomenon is often triggered by external noise that has entered the input / output pins of the integrated circuit from the outside, and many preventive measures have been devised for the latch-up caused by this external noise. Has been done. However, in a complementary semiconductor integrated circuit device which is operated by supplying three kinds of potentials from the outside, latch-up occurs in the internal circuit due to a special factor other than the above. That is, latch-up occurs depending on the order in which the three types of potentials are supplied (power-on order). Therefore, in this type of semiconductor integrated circuit, measures such as designating the power-on sequence are taken.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

前記のごとく3種類の電位が供給されて動作する相補型
半導体集積回路装置においては特殊な要因、すなわち、
電源の投入順序の選び方によって、ラッチアップが発生
する場合がある。このラッチアップ発生機構を図を用い
て説明する。但し、以下の説明はn型基板にP型島状領
域を形成して作成される、いわゆるPウェル方式の従来
の相補型半導体集積回路装置で、Vcc(正電位),GND,Vs
s(負電位)の3種類の電位が外部から供給される場合
に関して行なう。
As described above, in the complementary semiconductor integrated circuit device which operates by being supplied with three kinds of potentials, a special factor, namely,
Latch-up may occur depending on how the power-on sequence is selected. This latch-up generation mechanism will be described with reference to the drawings. However, the following description is for a conventional complementary semiconductor integrated circuit device of a so-called P-well type, which is formed by forming a P-type island-shaped region on an n-type substrate, and is Vcc (positive potential), GND, Vs
This is performed for the case where three types of potentials of s (negative potential) are supplied from the outside.

この場合、必然的に第4図のごとく、n型基板1を正電
位Vccに、P型島状領域(以下Pウルと記す。)を負電
位Vss又はGNDに接続して使用することになる。
In this case, as shown in FIG. 4, the n-type substrate 1 is inevitably used by connecting it to the positive potential Vcc and the P-type island region (hereinafter referred to as Pul) to the negative potential Vss or GND. .

従って、GNDに接続されたPウェル2と、Vssに接続され
たPウェル3が、同一基板上に存在することになる。こ
の場合、Pウェル3内にはVss電位に固定されたn+型拡
散層7が存在し、n型基板上にはVcc電位に固定されたP
+型拡散層8が存在する。
Therefore, the P well 2 connected to GND and the P well 3 connected to Vss are present on the same substrate. In this case, there is an n + -type diffusion layer 7 fixed at the Vss potential in the P well 3 and a P + fixed at the Vcc potential on the n-type substrate.
The + type diffusion layer 8 exists.

ここで、たとえば、GND→Vss→Vccの順で電位が供給さ
れた場合を考える。
Here, for example, consider a case where the potentials are supplied in the order of GND → Vss → Vcc.

まず、GND電位が固定された状態にあり、次にVss電位を
固定した時点において、n型基板1はまだVcc電位に固
定されておらず、フローティング状態なので、n型基板
1の電位は、第5図に示したPウェル2とn型基板1の
間の接合容量C1と、Pウェル3とn型基板1の間の容量
C2との容量分割で決定され、VssとGNDの中間電位とな
る。この時点でn型基板1の電位が、GND電位のPウェ
ル2とn型基板1との間で形成されるP−n接合ダイオ
ードD1のビルトインポテンシャル以下に下がっている
と、このダイオードD1が順方向バイアスされ、Pウェル
2からn型基板1に多量のホールが注入される。このホ
ールは、バイポーラ動作で、Vss電位のPウェル3に向
かって流れる。Pウェル3中に流れ込んだホールは、P
ウェル3の電位固定用のP+型拡散層5、いわゆるウェル
コンタクトへ向かって流れ、n+型拡散層7近傍のPウェ
ル電位をもち上げる。ここで、Pウェル3とn+型拡散層
7とで形成されるP−n接合ダイオードD3が、順方向に
バイアスされると多量のエレクトロンがPウェル3に注
入される。このエレクトロンは、バイポーラ動作でn型
基板1に流れ込み、そのままn型基板に蓄積される。
First, when the GND potential is fixed and then the Vss potential is fixed, the n-type substrate 1 is not yet fixed to the Vcc potential and is in a floating state. The junction capacitance C1 between the P-well 2 and the n-type substrate 1 and the capacitance between the P-well 3 and the n-type substrate 1 shown in FIG.
Determined by the capacitance division with C2, it becomes the intermediate potential between Vss and GND. At this point, if the potential of the n-type substrate 1 has fallen below the built-in potential of the P-n junction diode D1 formed between the P-well 2 at the GND potential and the n-type substrate 1, this diode D1 will move forward. A large amount of holes are injected from the P well 2 into the n-type substrate 1 by being directionally biased. This hole flows toward the P well 3 having the Vss potential by the bipolar operation. The hole flowing into the P well 3 is P
It flows toward the P + type diffusion layer 5 for fixing the potential of the well 3, so-called well contact, and raises the P well potential in the vicinity of the n + type diffusion layer 7. Here, when the P-n junction diode D3 formed by the P well 3 and the n + type diffusion layer 7 is forward biased, a large amount of electrons are injected into the P well 3. The electrons flow into the n-type substrate 1 by a bipolar operation and are stored in the n-type substrate as it is.

この時点でVcc電位が固定されると、この過剰なエレク
トロンはn型基板の電位固定用n+型拡散層9、いわゆる
サブコンタクトに向かって流れ、このエレクトロン流に
よってP+型拡散層8が順方向バイアスに至るとこのP+
拡散層8からホールが注入され、このホールがPウェル
3内に流れ込んで、Vss−Vcc間でラッチアップが発生し
ていまうことになる。
When the Vcc potential is fixed at this point, the excess electrons flow toward the potential fixing n + type diffusion layer 9 of the n type substrate, so-called sub-contact, and the electron flow causes the P + type diffusion layer 8 to proceed. When the directional bias is reached, holes are injected from the P + type diffusion layer 8, the holes flow into the P well 3, and latchup occurs between Vss and Vcc.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本発明は、外部より3種類の電位を供給して動作する相
補型半導体集積回路装置において、3種類の電位のうち
最高電位をドレイン,中間電位をソースとする第1のn
型デイプリーションMOSトランジスタと、該第1のn型
デイプリーションMOSトランジスタのゲート電位を制御
する中間電位と最低電位の間で形成された第1のインバ
ータと、該インバータの入力電位を制御する中間電位を
ドレイン,該第1のインバータの入力をソース,最高電
位をゲートとする第1のn型エンハンスメントMOSトラ
ンジスタ、及び前記第1のインバータの入力をドレイン
最低電位をソース中間電位をゲートとする第2のn型エ
ンハンスメントMOSトランジスタからなるラッチアップ
防止回路を有することを特徴とするものである。
The present invention relates to a complementary semiconductor integrated circuit device that operates by supplying three types of potentials from the outside, and a first n-type drain having the highest potential of the three types of potentials and an intermediate potential as the source.
Type depletion MOS transistor, a first inverter formed between an intermediate potential and a minimum potential for controlling a gate potential of the first n-type depletion MOS transistor, and controlling an input potential of the inverter. A first n-type enhancement MOS transistor having an intermediate potential as a drain, an input of the first inverter as a source, and a maximum potential as a gate, and an input of the first inverter having a drain minimum potential and a source intermediate potential as a gate It is characterized by having a latch-up prevention circuit composed of a second n-type enhancement MOS transistor.

本発明の相補型半導体集積回路装置は、前記第2のn型
エンハンスメントMOSトランジスタのかわりに第1のイ
ンバータの出力をドレイン最低電位をゲート・ソースと
する第2のn型デイプリーショントランジスタを用いた
ことを特徴とするものである。
The complementary semiconductor integrated circuit device of the present invention uses a second n-type depletion transistor whose drain-minimum potential is the output of the first inverter, instead of the second n-type enhancement MOS transistor. It is characterized by having been.

本発明の相補型半導体集積回路装置は、前記第2のn型
エンハンスメントMOSトランジスタのかわりに第1のイ
ンバータ出力と最低電位間に抵抗を用いたことを特徴と
するものである。
The complementary semiconductor integrated circuit device of the present invention is characterized in that a resistor is used between the output of the first inverter and the lowest potential instead of the second n-type enhancement MOS transistor.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の第1の実施例を図を用いて説明する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

尚説明は、n型基板にPウェルを形成してなるPウェル
方式の相補型半導体集積回路装置で、Vcc(+5V),GND
(0V),Vss(−5V)の3種類の電位が外部から供給され
る場合に関して行なう。
The explanation is for a P-well type complementary semiconductor integrated circuit device in which a P-well is formed on an n-type substrate, and Vcc (+ 5V), GND
This is performed for the case where three types of potentials (0V) and Vss (-5V) are supplied from the outside.

すなわち第1図のごとく、3種類の電位のうちVccをド
レイン,GNDをソースとするn型デイプリーションMOSト
ランジスタM1と、このトランジスタM1のゲート電位を制
御するn型ディプリーションMOSトランジスタM2とn型
エンハンスメントMOSトランジスタM3とから形成される
インバータと、このインバータの入力電位を制御するGN
Dをドレイン,インバータの入力をソース,Vccをゲート
とするn型エンハンスメントトランジスタM4と、前記の
インバータの入力をドレイン,Vssをソース,GNDをゲート
とするn型エンハンスメントMOSトランジスタM5からな
るラッチアップ防止回路である。
That is, as shown in FIG. 1, an n-type depletion MOS transistor M1 having Vcc as a drain and GND as a source among three types of potentials, and an n-type depletion MOS transistor M2 for controlling the gate potential of the transistor M1. An inverter formed of an n-type enhancement MOS transistor M3 and a GN for controlling the input potential of this inverter
Latch-up prevention consisting of n-type enhancement transistor M4 with D as drain, inverter input as source, and Vcc as gate, and n-type enhancement MOS transistor M5 with drain as input, Vss as source, and GND as gate Circuit.

この回路の動作及び効果を説明する。但しこの場合n型
ディプリーショントランジスタのしきい値電圧VTは−4V
以下程度に設定する。前記と同様、GND→Vss→Vccの順
で電位が供給された場合を考える。GND,Vssが供給され
た時点でVccはフローティングであり、n型基板1は、V
ssとGNDの中間電位になろうとするが、M4がOFFでM5がON
するため、節点の電位はVssになる。従って、M2とM3
で構成されるインバータの出力はGNDとなる。従ってM1
はONし、VccをGND電位に固定する。従って第4図におけ
るGND電位のPウェル2とVccに接続されたn型基板1は
同電位となり、このPウェルから基板に対してホールが
注入されることはなくなり、ラッチアップ発生は防止で
きる。その後Vcc電位が供給された時点においては、M4
がONするが、ここでM4のON抵抗をM5のON抵抗に比べて小
さくしておけば、節点の電位は〔GND−(M4のVT)〕
となり、インバータの出力はVss電位となる。ディプ
リーションMOSトランジスタM1のVTは、−4V以下程度に
設定されているため、この時点でM1はOFFし、すべての
電位が供給された時点では、この回路は悪影響を及ぼさ
ない。
The operation and effect of this circuit will be described. However, in this case, the threshold voltage V T of the n-type depletion transistor is −4V.
Set below. Similar to the above, consider the case where the potentials are supplied in the order of GND → Vss → Vcc. When GND and Vss are supplied, Vcc is floating, and the n-type substrate 1 is V
Attempts to reach an intermediate potential between ss and GND, but M4 is off and M5 is on
Therefore, the potential of the node becomes Vss. Therefore, M2 and M3
The output of the inverter composed of is GND. Therefore M1
Turns on and fixes Vcc to the GND potential. Therefore, the P well 2 of GND potential and the n-type substrate 1 connected to Vcc in FIG. 4 have the same potential, holes are not injected from the P well to the substrate, and latch-up can be prevented. After that, when the Vcc potential is supplied, M4
There ON Suruga, if and where smaller than the ON resistance of M4 in the ON resistance of the M5, the node is the potential [GND-(V T of M4)]
And the output of the inverter becomes Vss potential. Since V T of the depletion MOS transistor M1 is set to about −4 V or less, M1 is turned off at this point, and this circuit has no adverse effect at the time when all the potentials are supplied.

第2図は本発明の第2の実施例の回路図、第3図は本発
明の第3の実施例の回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram of the second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a circuit diagram of the third embodiment of the present invention.

第1図の回路においては、M5のトランジスタは常時ONし
ているn型エンハンスメントトランジスタを使用してい
るが、このn型エンハンスメントトランジスタのかわり
にM4のON抵抗よりも大きな抵抗を持つトランジスタ,抵
抗等を用いればよく、第2図のM6のごとく、ゲート・ソ
ース短絡のn型ディプリーションMOSトランジスタを使
用しても全く同様の結果が得られる。さらに第3図のR1
のごとく抵抗で置き換えても全く同様の結果が得られ
る。
In the circuit of Fig. 1, the M5 transistor uses an n-type enhancement transistor that is always on. Instead of this n-type enhancement transistor, a transistor with a resistance greater than the ON resistance of M4, a resistor, etc. The same result can be obtained by using an n-type depletion MOS transistor having a gate-source short circuit as shown by M6 in FIG. Furthermore, R1 in Fig. 3
Even if it is replaced with a resistor like, the same result can be obtained.

ここで、両方の場合ともVccが供給されてM4がONした場
合には、節点の電位が(GND−M4のVT)となるような
ディメンジョン及び抵抗値に設定する必要がある。
Here, in both cases, when Vcc is supplied and M4 is turned on, it is necessary to set the dimensions and resistance values so that the potential of the node becomes (V T of GND-M4).

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

このように本発明では、3種類の電位が外部より供給さ
れて動作する相補型半導体集積回路装置において、前記
のごときラッチアップ防止回路を内蔵することにより、
電源投入順序によるラッチアップ発生は防止できる。
As described above, according to the present invention, in the complementary semiconductor integrated circuit device that operates by being supplied with three kinds of potentials from the outside, by incorporating the latch-up prevention circuit as described above,
It is possible to prevent the occurrence of latch-up due to the power-on sequence.

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

第1図は本発明の第1の実施例の回路構成図、第2図は
本発明の第2の実施例の回路図、第3図は本発明の第3
の実施例の回路図、第4図,第5図は従来例の断面図で
ある。 1……n型基板、2,3……Pウェル、4,5……Pウェル電
位固定用P+拡散層、6,7……n+型拡散層、8……P+型拡
散層、9……基板電位固定用n+型拡散層、M1,M2,M6……
n型ディプリーションMOSトランジスタ、M3,M4,M5……
n型エンハンスメントMOSトランジスタ、R1……抵抗。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram of the embodiment of FIG. 1 ... n type substrate, 2,3 ... P well, 4,5 ... P well potential fixing P + diffusion layer, 6,7 ...... n + type diffusion layer, 8 ...... P + type diffusion layer, 9 …… n + type diffusion layer for fixing substrate potential, M1, M2, M6 ……
n-type depletion MOS transistor, M3, M4, M5 ...
n-type enhancement MOS transistor, R1 ... Resistor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】外部より3種類の電位を供給して動作する
相補型半導体集積回路装置において、3種類の電位のう
ち最高電位をドレイン,中間電位をソースとする第1の
n型デイプリーションMOSトランジスタと、前記中間電
位と最低電位の間で形成され、該第1のn型デイプリー
ションMOSトランジスタのゲート電位を制御するインバ
ータと、前記中間電位をドレイン,該インバータの入力
をソース,前記最高電位をゲートとし、該インバータの
入力電位を制御する第1のn型エンハンスメントMOSト
ランジスタと、前記インバータの入力をドレイン,前記
最低電位をソース,前記中間電位をゲートとする第2の
n型エンハンスメントMOSトランジスタとを具備するこ
とを特徴とする相補型半導体集積回路装置。
1. In a complementary semiconductor integrated circuit device which operates by supplying three kinds of potentials from the outside, a first n-type depletion using the highest potential of the three kinds of potentials as a drain and an intermediate potential as a source. A MOS transistor, an inverter formed between the intermediate potential and the lowest potential, for controlling the gate potential of the first n-type depletion MOS transistor; a drain of the intermediate potential; a source of the inverter; A first n-type enhancement MOS transistor having a maximum potential as a gate and controlling an input potential of the inverter, and a second n-type enhancement having an input of the inverter as a drain, the minimum potential as a source, and the intermediate potential as a gate. A complementary semiconductor integrated circuit device comprising a MOS transistor.
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