(57)【要約】本発明は、静電放電（ＥＳＤ）に対して半導体デバイスの接続端子（ＣＡＮＨ，ＣＡＮＬ）を保護するための回路構成体及び方法であって、各々第一及び第二の極性のＥＳＤに対して保護される第一及び第二の共通ノード（Ｎ１，Ｎ２）がもたらされる回路構成体及び方法に関する。接続端子が第一のダイオード手段（Ｄ５，Ｄ６）を介して第一の共通ノードに接続され、第二のダイオード（Ｄ７，Ｄ８）を介して第二の共通ノードに接続される。従って複数の端子又はピンは、それらを第一及び第二の共通ノードに接続することによって同じＥＳＤ保護デバイスを共有し得る。ダイオードは保護ダイオードよりも小さなチップ面積しか必要としないという事実のために全チップ面積が低減され得る。
2006507678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電放電に対して半導体デバイスの接続端子を保護するための回路構成体であって、
ａ）第一の極性の前記静電放電に対して保護される第一の共通ノードと、
ｂ）前記第一の極性と逆の第二の極性の前記静電放電に対して保護される第二の共通ノードと、
ｃ）前記接続端子と前記第一の共通ノードとの間に接続されると共に前記第一の極性の電荷を前記第一の共通ノードに結合するように構成される第一のダイオード手段と、
ｄ）前記接続端子と前記第二の共通ノードとの間に接続されると共に前記第二の極性の電荷を前記第二の共通ノードに結合するように構成される第二のダイオード手段と
を有する回路構成体。  
【請求項２】
前記第一及び第二の共通ノードが、各々の第一及び第二の静電放電保護手段によって保護される請求項１に記載の回路構成体。  
【請求項３】
前記第一及び第二の共通ノードが、共通静電放電保護手段によって保護され、前記共通静電放電保護手段を通じて前記第一及び第二のダイオード手段の前記結合電荷をルーティングするためにルーティングダイオードがもたらされる請求項１に記載の回路構成体。  
【請求項４】
前記静電放電保護手段がツェナーダイオードを有する請求項２又は３に記載の回路構成体。  
【請求項５】
各々の第三及び第四のダイオード手段を介して前記第一及び第二の共通ノードに接続される他の接続端子を更に有する請求項１乃至４の何れか一項に記載の回路構成体。  
【請求項６】
各々の第三及び第四のダイオード手段を介して前記第一及び第二の静電放電保護手段の各内部接続部に接続される他の接続端子を更に有する請求項１及び２に記載の回路構成体。
【請求項７】
前記第一及び第二の静電放電保護手段がツェナーダイオードの直列接続部を各々有し、前記内部接続部が前記直列接続部の二つの前記ツェナーダイオードの間に構成される請求項６に記載の回路構成体。
【請求項８】
前記第一及び第二のダイオード手段と前記静電放電保護手段とが、前記半導体デバイス上に一体式に組み込まれる請求項１乃至７の何れか一項に記載の回路構成体。
【請求項９】
前記半導体デバイスがコントローラ領域ネットワークのトランシーバを有する請求項１乃至８の何れか一項に記載の回路構成体。
【請求項１０】
静電放電に対して半導体デバイスの接続端子を保護する方法であって、
ａ）第一及び第二の共通ノードをもたらすステップと、
ｂ）第一及び第二の極性の前記静電放電に対して各々、前記第一及び第二の共通ノードを保護するステップと、
ｃ）各々の第一及び第二のダイオード手段を介して前記第一及び第二の共通ノードに前記接続端子を結合するステップと
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電放電（ＥＳＤ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ））に対して接続端子、例えば半導体デバイスの入力パッド又はバスピンを保護するための方法及び回路構成体に関する。  
【背景技術】
【０００２】
超大規模集積（ＶＬＳＩ）回路寸法は縮小し続けており、破壊電圧（ｂｒｅａｋｄｏｗｎ  ｖｏｌｔａｇｅ）に対して、対応するゲート酸化膜厚の減少は、過度の電圧の印加、例えば静電放電（ＥＳＤ）事象によってもたらされる損傷（ダメージ）に対するデバイスのより高い受け易さ（ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ）をもたらす。特にＥＳＤ事象の間、電荷は、集積回路の一つ又はそれより多くのピンと、通常１マイクロ秒よりも短くなる期間に目的物（オブジェクト（ｏｂｊｅｃｔ））を導通させる他のピンとの間で移動させられる。上記に示されているように当該電荷の移動により、デバイス上の絶縁膜、例えばゲート酸化膜を破壊するのに十分大きな電圧が生成されることは可能であり、又はデバイスにおける電熱故障（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｔｈｅｒｍａｌ  ｆａｉｌｕｒｅ）をもたらすのに十分なエネルギが消費されることは可能である。このような故障はコンタクトスパイキング（ｃｏｎｔａｃｔ  ｓｐｉｋｉｎｇ）、シリコン溶融（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｍｅｌｔｉｎｇ）、又はメタル相互結合溶融（ｍｅｔａｌ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  ｍｅｌｔｉｎｇ）を含んでいる。
【０００３】
コントローラ領域（エリア）ネットワーク（ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ））は、特にスマートシステム（ｓｍａｒｔ  ｓｙｓｔｅｍ）又はサブシステムを構築するためにスマートデバイスを相互接続するのに適したシリアルバスシステムである。ＣＡＮは、メッセージ指向送信プロトコル（ｍｅｓｓａｇｅ  ｏｒｉｅｎｔｅｄ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を使用することによって実現されるいわゆるブロードキャスト通信メカニズムに基づいている。それによって、各々の局は誰がデータの作成者かを知ることは不必要となる態様で、複数の局によって情報として必要とされるデータはネットワークを介して送信され得る。従ってデータ送信は局の特定の種類の利用可能性に基づいていないので、供給され易くアップグレード（改良）され易いネットワークが可能になる。ＣＡＮトランシーバはバス線（ワイヤ）を電子制御ユニットに接続する。特にＣＡＮ送信器は、バス上の異なる信号を駆動する二つのドライバＣＡＮＨ及びＣＡＮＬから構成される。ＣＡＮＬ信号の極性がＣＡＮＨ信号に対して反転されるので、二つの線の電磁放射（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）は互いを相殺（キャンセル）する。
【０００４】
ＣＡＮは車両において使用されてもよい通信ネットワークである。バスドライバに対する特別な要求仕様は、車両バッテリへの短絡の間、バスピン上の電圧が非常に高い正の値を有し得ることにあり、トランシーバを含むモジュールに対するグランド接続が妨げられるときバスピン上の電圧が非常に高い負の値を有し得ることにある。他のノードの間の通信の妨害を防止するために、このような故障の間にバス接続ピンＣＡＮＨ及びＣＡＮＬへのいかなる電流又はバス接続ピンＣＡＮＨ及びＣＡＮＬからのいかなる電流も流れることは許容されない。更に、バスピン上に超高周波（ＨＦ）信号がもたらされる間、ＤＣ（直流）シフト（ＤＣ  ｓｈｉｆｔ）が発生するべきではない。ＣＡＮトランシーバにおいて、高い電圧が印加される他のピンはもたらされてもよい。従ってＥＳＤ保護はＣＡＮシステムにおいて極めて重要となる。
【０００５】
図１は、知られているＥＳＤ保護部を備えるバスドライバ出力段を示している。当該回路は、対称信号（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ  ｓｉｇｎａｌ）で二つのバス線ＣＡＮＨ及びＣＡＮＬを駆動するＣＡＮトランシーバにおいて使用される。ＣＡＮＨドライバはＰ形チャネルデバイスＭ１及び直列ダイオードドライバＤ３から構成される。ＣＡＮＬドライバはＮ形チャネルデバイスＭ２及び直列ダイオードドライバＤ４から構成される。ダイオードドライバＤ３及びＤ４は、高い電圧がバス線ＣＡＮＨ及びＣＡＮＬ上にもたらされるときＭ１及びＭ２の本体ダイオードＤ１及びＤ２を通って電流が流れるのを防止するために必要とされる。
【０００６】
図１によれば、ツェナーダイオードＺ１１乃至Ｚ１４がＥＳＤ保護ダイオードとしてもたらされる。他のツェナーダイオードＺ１０は正の動作電圧ＶＤＤを安定化させるために構成される。
【０００７】
ＥＳＤ保護ダイオードＺ１３及びＺ１４と、Ｚ１１及びＺ１２とは逆直列で接続される。このことはバスピンＣＡＮＨ及びＣＡＮＬ上の負の電圧も許容するために必要とされる。例えば４２ボルトバッテリシステムを備える車両のために必要とされるより高いクランプ電圧を実現するために、より多くのＥＳＤデバイスが通常、所望のクランプ電圧を実現するように直列に接続される。従って保護デバイスＺ１１乃至Ｚ１４の各々は、直列に接続される一つ又はそれより多くの低電圧デバイスから構成されてもよい。それ故に、各々の入力端子又はバスピンのＥＳＤ保護部に対して大きなチップ面積が必要とされる。
【０００８】
米国特許第６，１４４，５４２号公報は、多数の分離電力線（ｓｅｐａｒａｔｅｄ  ｐｏｗｅｒ  ｌｉｎｅ）を備える集積回路の保護のためのＥＳＤバスを備える全チップＥＳＤ保護方式を開示している。双方向ＥＳＤ接続セルは、分離電力線の間ではなくて分離電力線とＥＳＤバスとの間に接続される。それ故にＥＳＤ電流は、ＥＳＤバスによって内部回路から離れて導通させられることが可能であり、双方向ＥＳＤ保護デバイスを通ってすばやく接地されることが可能である。当該保護構成体において、一方の双方向保護デバイスは、ＥＳＤバスに対する各々のピンに対して必要とされ、他方の双方向保護デバイスは、ＥＳＤバスとグランドとの間に必要とされる。当該多数の双方向ＥＳＤ保護回路はここでも、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）用途のようなある用途に対して所望され得ない大きな全チップ面積の問題をもたらす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
それ故に本発明の目的は、上記の従来の解決策よりも少ないチップ面積しか必要としないＥＳＤ保護構成体を提供することにある。  
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本目的は、請求項１及び１０のそれぞれに記載の方法及び回路構成体によって実現される。
【００１１】
従って各共通ノードは、各々の極性のＥＳＤに対する保護部に対してもたらされる。それ故にいかなる接続端子又はバスピンも、ダイオード接続部を各共通ノードにもたらすことによって簡単に保護され得る。ダイオード接続部は、一方の端子から他方の端子に電流が流れることを防止する。ダイオードはチップ領域においてＥＳＤ保護ダイオード又はデバイスよりもずっと小さくなるという事実のために、特に複数の端子又はバスピンが保護されなければならないとき全チップ面積はかなり低減され得る。
【００１２】
第一及び第二の共通ノードは、各々の第一及び第二のＥＳＤ保護手段によって、又は代わりに共通ＥＳＤ保護手段によって保護されてもよい。後者（共通ＥＳＤ保護手段）の場合、共通ＥＳＤ保護手段を介して第一及び第二のダイオード手段の各ＥＳＤ電荷をルーティング（送る）するためにルーティングダイオード（ｒｏｕｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）がもたらされてもよい。通常ＥＳＤ保護手段はツェナーダイオードを有していてもよい。
【００１３】
他の接続端子が、各々の第三及び第四のダイオード手段を介して前記第一及び第二の共通ノードに接続されてもよい。従って各々の新たな接続端子は、ＥＳＤ保護を実現するために二つに更なるダイオードしか必要としない。他の接続端子が第一及び第二のＥＳＤ保護手段の各内部接続部に接続される場合、他の接続端子はより低い電圧に対して保護され得る。このことは、ツェナーダイオードの直列接続部を有する第一及び第二のＥＳＤ保護手段をもたらすことによって実現されてもよく、内部接続部は直列接続部の二つのツェナーダイオードの間に構成される。
【００１４】
第一及び第二のダイオード手段とＥＳＤ保護手段とは半導体デバイス上に一体式（モノリシック）に組み込まれてもよい（集積されてもよい）。    
【００１５】
以下本発明は、添付図面を参照して好ましい実施例に基づいてより詳細に記載されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
好ましい実施例がこの場合ＣＡＮトランシーバの集積半導体回路構成体に基づいて記載されるであろう。
【００１７】
図２は二つの共通ＥＳＤ保護デバイスが使用される本発明の第一の好ましい実施例によるＥＳＤ保護回路構成体を示す。
【００１８】
図２によれば、各ツェナーダイオードＺ１及びＺ２によって保護されるＥＳＤとなる二つの共通ノードＮ１及びＮ２がもたらされる。バスピン又は端子ＣＡＮＨ及びＣＡＮＬの各々が各第一のダイオードＤ５及びＤ６を介して第一の共通ノードＮ１に接続され、各第二のダイオードＤ７及びＤ８を介して第二の共通ノードＮ２に接続される。正のＥＳＤパルスが第一の共通ノードＮ１に結合されると共に第一のツェナーダイオードＺ１を介してグランドに放電される一方、負のＥＳＤパルスが第二のダイオードＤ７及びＤ８を介して第二の共通ノードＮ２に結合されると共に第二のツェナーダイオードＺ２を介してグランドに放電されるようにツェナーダイオードＺ１及びＺ２と第一及び第二のダイオードＤ５乃至Ｄ８との極性が選択される。
【００１９】
従って第一のツェナーダイオードＺ１は正のＥＳＤパルス又は電圧のための共通ＥＳＤ保護デバイスであり、第二のツェナーダイオードＺ２は負のＥＳＤパルス又は電圧のための共通ＥＳＤ保護デバイスである。バスピンＣＡＮＨ又はＣＡＮＬ上の正のＥＳＤパルスにおいて第一のダイオードＤ５又はＤ６はそれぞれ順バイアスされ、ＥＳＤ電圧は第一のツェナーダイオードＺ１のクランプ電圧に制限される。バスピンＣＡＮＨ又はＣＡＮＬ上の負のＥＳＤパルスにおいて第二のダイオードＤ７又はＤ８はそれぞれ順バイアスされ、それ故に導通され、第二のツェナーダイオードＺ２は負の電圧を第二のツェナーダイオードＺ２のクランプ電圧に制限するか、又はクランプする。
【００２０】
従ってバスピンＣＡＮＨ及びＣＡＮＬを保護するために二つのＥＳＤ保護ダイオードしか必要とされない。
【００２１】
図３は、更なる端子又はピンＰ１がＥＳＤ保護される第二の好ましい実施例によるＥＳＤ保護回路構成体を示している。このことはただ他のピンＰ１を各ダイオードＤ９及びＤ１０を介して共通ノードＮ１及びＮ２に接続することによって実現される。正のＥＳＤパルスが第一の共通ノードＮ１に供給され、負のＥＳＤパルスが第二の共通ノードＮ２に供給される態様で新たなダイオードＤ９及びＤ１０の極性が選択される。他のピンＰ１が負の電圧に耐性を持たなくてもよい場合、Ｄ１０は第二の共通ノードＮ２の代わりにグランド端子ＧＮＤに接続され得る。
【００２２】
本願の第二の好ましい実施例において、ＥＳＤ保護デバイスが各ツェナーダイオードＺ１及びＺ３並びにＺ２及びＺ４の直列接続部として示されている。それによってより高い保護又はクランプ電圧が各クランプ電圧の好適な選択に基づいて得られ得る。
【００２３】
図４は、他のピンＰ１が、バスピンＣＡＮＨ及びＣＡＮＬよりも低くなる正の電圧及び負の電圧に対してそれぞれ保護される第三の好ましい実施例によるＥＳＤ保護回路構成体を示している。このことは、新たなダイオードＤ９及びＤ１０を直列接続保護ツェナーダイオードＺ１及びＺ３並びにＺ２及びＺ４の内部接続部に接続することによって実現される。この場合ＥＳＤ事象の間、他のピンＰ１におけるＥＳＤ電圧を各ツェナーダイオードＺ２又はＺ３のみが制限し、その結果、より低いクランプ電圧又は制限電圧がもたらされる。ここでもＥＳＤ保護特性を向上させるために更なるダイオードが必要とされる。
【００２４】
図５は、正及び負のＥＳＤ事象が単一の保護デバイス、すなわちツェナーダイオードＺ１によって処理され得る第四の好ましい実施例によるＥＳＤ保護回路構成体を示している。特に同じＥＳＤ保護ツェナーダイオードＺ１を介して各々の正及び負のＥＳＤパルス又は電流をルーティングするために、更なるカップリング（結合）又はルーティングダイオードＤ２０、Ｄ２１、及びＤ２２がもたらされる。バスピンＣＡＮＨ又はＣＡＮＬ上の正のＥＳＤパルスにおいて各々第一のダイオードＤ５及びＤ６と、ルーティングダイオードＤ２１とは順バイアスされ、ツェナーダイオードＺ１は前記電圧を自身のクランプ電圧に制限する。バスピンＣＡＮＨ又はＣＡＮＬ上の負のＥＳＤパルスにおいて各々第二のダイオードＤ７及びＤ８と、ルーティングダイオードＤ２０とは順バイアスされ、ＥＳＤ保護ツェナーダイオードＺ１はここでも前記電圧を自身のクランプ電圧に制限する。バスピンＣＡＮＨ又はＣＡＮＬと正の動作電圧ＶＤＤとの間の正のＥＳＤパルスにおいて、各々ルーティングダイオードＤ２２と第二のダイオードＤ７及びＤ８８とは順バイアスされ、ＥＳＤ保護ツェナーダイオードＺ１はここでも前記電圧を自身のクランプ電圧に制限する。この場合二つのダイオードがＥＳＤ事象の間、直列に接続され、これによりＥＳＤの間、バスピンＣＡＮＨ及びＣＡＮＬに、より高い電圧がもたらされることは注意される。
【００２５】
更に本願の第四の好ましい実施例において、保護されるべき更なる端子又はピンが各々の更なるダイオードを介して第一及び第二の共通ノードＮ１及びＮ２に接続され得る。
【００２６】
図６は、第一及び第二のダイオードＤ５乃至Ｄ８と、他のピンＰ１に対する更なるダイオードＤ９及びＤ１０と、ＥＳＤ保護ツェナーダイオードＺ１及びＺ２とのモノリシック（一体式の）集積部のレイアウトを示す。従って当該レイアウトは基本的に、ツェナーダイオードＺ１及びＺ３並びにＺ２及びＺ４の直列接続部が各単一のツェナーダイオードＺ１及びＺ２によって置換されていることを除いて、図３に示されているように第二の好ましい実施例の回路構成体に対応している。
【００２７】
図６から推論され得るように、第一及び第二の共通ノードＮ１及びＮ２が、バス構成体の間に位置されるバス又は他のピン若しくは端子を備えるパラレルバス構成体の一種として構成される低減されたチップ面積を備える小型回路レイアウトが実現され得る。
【００２８】
本発明はＣＡＮトランシーバに関連する上記好ましい実施例に限定されず、入力端子が保護されなければならないいかなるＥＳＤ保護回路構成体にも適用され得ることは注意される。更に上記好ましい実施例のいかなる好適な組み合わせも本発明によってカバーされるように意図されている。従って好ましい実施例は請求項に記載の範囲内で変化させられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ＣＡＮトランシーバのための従来ＥＳＤ保護回路構成体を示す。
【図２】二つの共通ＥＳＤ保護デバイスを備える本発明の第一の好ましい実施例によるＥＳＤ保護回路構成体を示す。
【図３】他のピンも保護する本発明の第二の好ましい実施例によるＥＳＤ保護回路構成体を示す。
【図４】異なる保護電圧を備える本発明の第三の好ましい実施例によるＥＳＤ保護回路構成体を示す。
【図５】単一のＥＳＤ保護デバイスを備える本発明の第四の好ましい実施例によるＥＳＤ保護回路構成体を示す。
【図６】本発明によるレイアウト構成体の概略図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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