JPH0282648A - Ccd - Google Patents
CcdInfo
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- JPH0282648A JPH0282648A JP63235444A JP23544488A JPH0282648A JP H0282648 A JPH0282648 A JP H0282648A JP 63235444 A JP63235444 A JP 63235444A JP 23544488 A JP23544488 A JP 23544488A JP H0282648 A JPH0282648 A JP H0282648A
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- JP
- Japan
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- region
- semiconductor region
- terminal
- conductivity type
- solid
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分!l!F)
本発明は過大入力に対する保護回路を有した固体l層像
装置に関する。
装置に関する。
本発明は過大入力に対する保護回路を有した固体撮像装
置において、その保護回路は第1導電型の半導体基体中
に形成される第2導電型の半導体領域とその第2導電型
の半導体領域中に形成される第1導電型の半導体領域と
を有し、各半導体領域に接続される各端子に対して過大
入力があった場合に、各半導体領域間の接合が順バイア
スとなる時では半導体領域間に順方向に電流が流れ、各
半導体領域間の接合が逆バイアスとなる時では、第1導
電型の半導体領域と半導体基体の間のパンチスルーによ
り電流が流れることにより、確実な内部回路の保護等を
行うものである。
置において、その保護回路は第1導電型の半導体基体中
に形成される第2導電型の半導体領域とその第2導電型
の半導体領域中に形成される第1導電型の半導体領域と
を有し、各半導体領域に接続される各端子に対して過大
入力があった場合に、各半導体領域間の接合が順バイア
スとなる時では半導体領域間に順方向に電流が流れ、各
半導体領域間の接合が逆バイアスとなる時では、第1導
電型の半導体領域と半導体基体の間のパンチスルーによ
り電流が流れることにより、確実な内部回路の保護等を
行うものである。
通常、CCD等の固体(層像装置においては、内部回路
の保護を図るため、外部ピンに接続するバンド部と内部
回路の間に保護回路が設けられる。
の保護を図るため、外部ピンに接続するバンド部と内部
回路の間に保護回路が設けられる。
第7図と第10図はそれぞれ従来の固体1最像装置の保
護回路を示しており、第7図はnMOS トランジスタ
用の例であり、第10図はCMOSトランジスタ用の例
である。
護回路を示しており、第7図はnMOS トランジスタ
用の例であり、第10図はCMOSトランジスタ用の例
である。
ここで、これらの保護回路について簡単に説明する。ま
ず、nMOsトランジスタ用の例では、n型のノリコン
基板71にp型のウェル9■域72が形成され、そのp
型のウェル領域72にp°型のチャンネルストッパー領
域77と、n9型のソース・ドレイン領域74.76が
形成される。ソース・ドレイン領域74はP端子73に
接続すると共に内部回路に接続される。ソース・ドレイ
ン領域76はL端子75に接続されると共にチャンネル
ストンバー領域77に接続され、さらに抵抗素子79を
介してゲートlj極78に接続される。
ず、nMOsトランジスタ用の例では、n型のノリコン
基板71にp型のウェル9■域72が形成され、そのp
型のウェル領域72にp°型のチャンネルストッパー領
域77と、n9型のソース・ドレイン領域74.76が
形成される。ソース・ドレイン領域74はP端子73に
接続すると共に内部回路に接続される。ソース・ドレイ
ン領域76はL端子75に接続されると共にチャンネル
ストンバー領域77に接続され、さらに抵抗素子79を
介してゲートlj極78に接続される。
その等価回路図が第8図であり、P端子73とL端子7
5の間にnMOSトランジスタ81が設けられ、そのゲ
ート電極78は抵抗素子79を介してL端子75に接続
される。また、基板7Iとの間では、等価的にバイポー
ラトランジスタ82が設けられる。
5の間にnMOSトランジスタ81が設けられ、そのゲ
ート電極78は抵抗素子79を介してL端子75に接続
される。また、基板7Iとの間では、等価的にバイポー
ラトランジスタ82が設けられる。
このnMOsトランジスタ用の保護回路は、P端子73
にL端子75より低い電圧が印加された時、バイポーラ
トランジスタ82が作動し、L端子75゜基板71へと
電流が流れる。また、P@子73に正のパルス高電圧が
印加された時、ゲート電極78とソース・ドレイン領域
74との間の寄生容183によって、ゲート電極78の
電位が上がり、nMOS トランジスタ81がオンにな
り、過大入力から内部回路を保護できる。
にL端子75より低い電圧が印加された時、バイポーラ
トランジスタ82が作動し、L端子75゜基板71へと
電流が流れる。また、P@子73に正のパルス高電圧が
印加された時、ゲート電極78とソース・ドレイン領域
74との間の寄生容183によって、ゲート電極78の
電位が上がり、nMOS トランジスタ81がオンにな
り、過大入力から内部回路を保護できる。
また、第10図に示すようにCMOSトランジスタ用の
保護回路では、n型のシリコン基板lO1にp型のウェ
ル領域102が形成され、このp型のウェル領域102
には、P端子105に接続されるn゛型の半導体領域1
03と、L端子106に接続されるp”型の半導体領域
104が形成される。シリコン基板101の表面には、
さらにP゛型の半導体領域107が形成され、そのp゛
型の半導体領域107は内部回路と共にP端子105に
接続される。第11図はその等価回路図を示しており、
基FiI 01とP端子105の間にはダイオード11
1が設けられ、L端子106をヘース p、53B+子
105をエミソク、基板101をコレクタとするバイポ
ーラトランジスタ112も設けられる。
保護回路では、n型のシリコン基板lO1にp型のウェ
ル領域102が形成され、このp型のウェル領域102
には、P端子105に接続されるn゛型の半導体領域1
03と、L端子106に接続されるp”型の半導体領域
104が形成される。シリコン基板101の表面には、
さらにP゛型の半導体領域107が形成され、そのp゛
型の半導体領域107は内部回路と共にP端子105に
接続される。第11図はその等価回路図を示しており、
基FiI 01とP端子105の間にはダイオード11
1が設けられ、L端子106をヘース p、53B+子
105をエミソク、基板101をコレクタとするバイポ
ーラトランジスタ112も設けられる。
この保護回路では、P端子105の電位■、が基板電位
V subより高ければ、p゛型の半導体領域107と
基板101間のダイオード111に順方向電流が流れ、
P端子105の電位■、がL端子106の電位■、より
低ければ、n゛型の半導体領域103とp型のウェル領
域102間が順バイアスされてバイポーラトランジスタ
112により電流が流れることになる。
V subより高ければ、p゛型の半導体領域107と
基板101間のダイオード111に順方向電流が流れ、
P端子105の電位■、がL端子106の電位■、より
低ければ、n゛型の半導体領域103とp型のウェル領
域102間が順バイアスされてバイポーラトランジスタ
112により電流が流れることになる。
ところが、上述の保護回路には、それぞれ次のような技
術的な課題がある。
術的な課題がある。
第7図に示したnMOS)ランジスク用の回路では、P
端子73に高電圧が入力した時に、nMOSトランジス
タ81を作動させるためには容量83を大きくする必要
がある。このためゲート電極7日をソース・ドレイン領
域74に対して引き回す必要があり、例えば第9図に示
すように、ゲートとなるポリシリコン層91がn゛型の
半導体領域92に対してmi状のパターンにされ、結局
、大きな面積を必要とする。また、MOS)ランジスタ
81の作動では、MOS)ランジスタである故に、Gm
を大きく採れない。この改善にも面積を大きくする必要
が生ずる。さらに、パルス性の人力ではなく、定常的な
過大人力に対しては、ゲート電極7日からのリークによ
りMOS)ランジスタ81がオフになり、保護回路とし
て機能しなくなる。
端子73に高電圧が入力した時に、nMOSトランジス
タ81を作動させるためには容量83を大きくする必要
がある。このためゲート電極7日をソース・ドレイン領
域74に対して引き回す必要があり、例えば第9図に示
すように、ゲートとなるポリシリコン層91がn゛型の
半導体領域92に対してmi状のパターンにされ、結局
、大きな面積を必要とする。また、MOS)ランジスタ
81の作動では、MOS)ランジスタである故に、Gm
を大きく採れない。この改善にも面積を大きくする必要
が生ずる。さらに、パルス性の人力ではなく、定常的な
過大人力に対しては、ゲート電極7日からのリークによ
りMOS)ランジスタ81がオフになり、保護回路とし
て機能しなくなる。
また、第10図に示した保護回路では、共に順方向電流
を用いているために、その電流容量は大きくなる。しか
し、ダイオード111とバイポーラトランジスタ112
が信号として供給される電圧をそれぞれ制限しているた
め、固体撮像装置を作動させるために供給される信号V
P (例えばクロック信号)をV、<V、<Vsub
の関係を満足するようにしなければならない。例えば、
3値制御を行う固体撮像装置では、第12図に示すよう
に、基板電圧V subを9■とした時に、破線で示す
ような15Vの信号V、を与えることができず、信号V
、は9Vに制限されて転送に十分な電圧を供給すること
が困難になる。
を用いているために、その電流容量は大きくなる。しか
し、ダイオード111とバイポーラトランジスタ112
が信号として供給される電圧をそれぞれ制限しているた
め、固体撮像装置を作動させるために供給される信号V
P (例えばクロック信号)をV、<V、<Vsub
の関係を満足するようにしなければならない。例えば、
3値制御を行う固体撮像装置では、第12図に示すよう
に、基板電圧V subを9■とした時に、破線で示す
ような15Vの信号V、を与えることができず、信号V
、は9Vに制限されて転送に十分な電圧を供給すること
が困難になる。
そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、小さい面
積で十分な過大入力に対する保護機能を発揮し、しかも
装置の作動に必要な信号の自由度を大きくするような固
体撮像装置の提供を目的とする。
積で十分な過大入力に対する保護機能を発揮し、しかも
装置の作動に必要な信号の自由度を大きくするような固
体撮像装置の提供を目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は
、内部回路を保護するための保護回路を有するものであ
って、その保護回路は、第1導電型の半導体基体と、そ
の半導体基体中に形成され第2の端子が接続される第2
導電型の半導体領域と、その第2導電型の半導体領域中
に設けられ内部回路及び第1の端子が接続される第1導
電型の半導体領域とを有している。上記半導体基体は例
えばシリコン基板であり、第2導電型の半導体領域はそ
のシリコン基板と反対導電型のウェル領域とすることが
できる。第1導電型の半導体領域は、その第2導電型の
半導体領域中に形成され、その第2導電型の半導体領域
とPN接合を形成する。
、内部回路を保護するための保護回路を有するものであ
って、その保護回路は、第1導電型の半導体基体と、そ
の半導体基体中に形成され第2の端子が接続される第2
導電型の半導体領域と、その第2導電型の半導体領域中
に設けられ内部回路及び第1の端子が接続される第1導
電型の半導体領域とを有している。上記半導体基体は例
えばシリコン基板であり、第2導電型の半導体領域はそ
のシリコン基板と反対導電型のウェル領域とすることが
できる。第1導電型の半導体領域は、その第2導電型の
半導体領域中に形成され、その第2導電型の半導体領域
とPN接合を形成する。
そして、その保護回路は、上記各半導体領域間の接合が
順バイアスとされる過大入力に対しては、各半導体領域
間に順方向電流が流れ、上記各半導体領域の接合が逆バ
イアスとされる過大入力に対しては、第1導電型の半導
体領域と半導体基体の間のパンチスルーにより電流が流
れることを特徴する。ここで、そのパンチスルーにより
電流が流れ始める電圧を、第2導電型の半導体領域中に
、同導電型の濃度を調製した半導体領域を設けることで
制御するようにしても良い。
順バイアスとされる過大入力に対しては、各半導体領域
間に順方向電流が流れ、上記各半導体領域の接合が逆バ
イアスとされる過大入力に対しては、第1導電型の半導
体領域と半導体基体の間のパンチスルーにより電流が流
れることを特徴する。ここで、そのパンチスルーにより
電流が流れ始める電圧を、第2導電型の半導体領域中に
、同導電型の濃度を調製した半導体領域を設けることで
制御するようにしても良い。
また、本発明の固体撮像装置は、上述の各バイアスにお
ける各動作を行う構成に加えて、半導体基体と第2導電
型の半導体領域間の寄生容量を、第2導電型の半導体領
域と第1導電型の半導体領域間の寄生容量よりも大きい
値にすることもできる。
ける各動作を行う構成に加えて、半導体基体と第2導電
型の半導体領域間の寄生容量を、第2導電型の半導体領
域と第1導電型の半導体領域間の寄生容量よりも大きい
値にすることもできる。
また、さらに本発明の固体撮像装置は、上述の各バイア
スにおける各動作を行う構成に加え、又はさらに各半導
体領域間の容量を大きくさせる構成に加えて、基体主面
に絶縁膜を介して臨み且つ半導体基体苦しくは第2導電
型の半導体領域と電気的に接続する電極層を設けること
もできる。
スにおける各動作を行う構成に加え、又はさらに各半導
体領域間の容量を大きくさせる構成に加えて、基体主面
に絶縁膜を介して臨み且つ半導体基体苦しくは第2導電
型の半導体領域と電気的に接続する電極層を設けること
もできる。
〔作用]
本発明の固体撮像装置では、上記各半導体領域間の接合
が逆バイアスになる過大入力に対して、基板と第1導電
型の半導体領域間のパンチスルーにより電流を流して、
内部回路を保護する。従って、第7図に示したnMO5
)ランジスタのようにゲート電極78とソース・ドレイ
ン領域74の間の容量を大きく採る必要もなく、さらに
Gmも大きくなるため、回路のサイズを小さくできる。
が逆バイアスになる過大入力に対して、基板と第1導電
型の半導体領域間のパンチスルーにより電流を流して、
内部回路を保護する。従って、第7図に示したnMO5
)ランジスタのようにゲート電極78とソース・ドレイ
ン領域74の間の容量を大きく採る必要もなく、さらに
Gmも大きくなるため、回路のサイズを小さくできる。
また、本発明の固体撮像装置では、第10図に示した保
護回路のように2つの極性の過大入力の両方が順方向電
流とはならず、逆バイアスになる過大入力でパンチスル
ーが生ずる。このために、そのパンチスルーが生ずる電
圧を制御することで、装置の作動に必要な信号の設定の
自由度が大きくなる。
護回路のように2つの極性の過大入力の両方が順方向電
流とはならず、逆バイアスになる過大入力でパンチスル
ーが生ずる。このために、そのパンチスルーが生ずる電
圧を制御することで、装置の作動に必要な信号の設定の
自由度が大きくなる。
また、本発明の固体撮像装置において、半導体基体と第
2導電型の半導体領域間の寄生容量を、第2導電型の半
導体領域と第1導電型の半導体領域間の寄生容量よりも
大きい値にした時では、それらの容量による容量分割か
ら、第2の端子の電位は、半導体基体側の電位に追従す
る。その結果、第2の端子に何ら電圧が供給されていな
い場合であっても、第1の端子と半導体基体の間で確実
に動作することになる。すなわち、第1の端子に上記各
半導体領域間の接合が順バイアスとなる場合には、順方
向電流が流れ、逆バイアスとなる場合ではパンチスルー
が生ずる。
2導電型の半導体領域間の寄生容量を、第2導電型の半
導体領域と第1導電型の半導体領域間の寄生容量よりも
大きい値にした時では、それらの容量による容量分割か
ら、第2の端子の電位は、半導体基体側の電位に追従す
る。その結果、第2の端子に何ら電圧が供給されていな
い場合であっても、第1の端子と半導体基体の間で確実
に動作することになる。すなわち、第1の端子に上記各
半導体領域間の接合が順バイアスとなる場合には、順方
向電流が流れ、逆バイアスとなる場合ではパンチスルー
が生ずる。
さらに、本発明の固体撮像装置において、基体主面に絶
縁膜を介して臨み且つ半導体基体若しくは第2導電型の
半導体領域と電気的に接続する電極層を設けることで、
その電極層が対向する電極の一部となり、半導体基体と
第2導電型の半導体領域間の寄生容量が大きくなる。ま
た、電極層上に形成されるパッシベーション膜等の中の
固定電荷による悪影響を、その電極層によって電気的に
遮断させることも可能となる。
縁膜を介して臨み且つ半導体基体若しくは第2導電型の
半導体領域と電気的に接続する電極層を設けることで、
その電極層が対向する電極の一部となり、半導体基体と
第2導電型の半導体領域間の寄生容量が大きくなる。ま
た、電極層上に形成されるパッシベーション膜等の中の
固定電荷による悪影響を、その電極層によって電気的に
遮断させることも可能となる。
本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。
第1の実施例
本実施例の固体撮像装置は、第1図に示すような保護回
路を有するものであり、縦型オーバーフロー型のCCD
である。
路を有するものであり、縦型オーバーフロー型のCCD
である。
その要部の保護回路の構造は、第1図に示すように、第
1導電型の半導体基体としてのn型のシリコン基板1に
、第2導電型の半導体領域としてのn型のウェル領域2
が形成される。そのn型のウェル領域2内には、その主
面に臨んで第1導電型の半導体領域であるn゛型の半導
体領域3が形成される。従って、それらn型のシリコン
基板1とn型のウェル領域2の間およびn型のウェル領
域2とn゛型の半導体領域3との間でそれぞれPN接合
が形成される。このn゛型の半導体領域3には、第1の
端子であるP端子4が接続される。
1導電型の半導体基体としてのn型のシリコン基板1に
、第2導電型の半導体領域としてのn型のウェル領域2
が形成される。そのn型のウェル領域2内には、その主
面に臨んで第1導電型の半導体領域であるn゛型の半導
体領域3が形成される。従って、それらn型のシリコン
基板1とn型のウェル領域2の間およびn型のウェル領
域2とn゛型の半導体領域3との間でそれぞれPN接合
が形成される。このn゛型の半導体領域3には、第1の
端子であるP端子4が接続される。
このP端子4には、所要の装置を作動させるために内部
回路に送られる信号が供給され、例えば3値制御するよ
うな転送電極への転送信号等が供給される。すなわち、
P端子4とn°型の半導体領域3の間のノード8からは
内部回路に信号が供給される。上記n型のウェル領域2
の主面には、p゛型の半導体領域5が形成される。この
P゛型の半導体領域5には、第2の端子であるし端子6
が接続され、ウェル領域2の取り出し領域として機能す
る。また、上記n型のシリコン基板1の主面には、n型
のウェル領域2以外のところで、取り出しのためのn°
型の半導体領域7が形成され、このn゛型の半導体領域
7には所要の基板電圧■subが供給される。このよう
に保護回路の近くに取り出し領域を設けることでコレク
タ抵抗を小さ(できる。
回路に送られる信号が供給され、例えば3値制御するよ
うな転送電極への転送信号等が供給される。すなわち、
P端子4とn°型の半導体領域3の間のノード8からは
内部回路に信号が供給される。上記n型のウェル領域2
の主面には、p゛型の半導体領域5が形成される。この
P゛型の半導体領域5には、第2の端子であるし端子6
が接続され、ウェル領域2の取り出し領域として機能す
る。また、上記n型のシリコン基板1の主面には、n型
のウェル領域2以外のところで、取り出しのためのn°
型の半導体領域7が形成され、このn゛型の半導体領域
7には所要の基板電圧■subが供給される。このよう
に保護回路の近くに取り出し領域を設けることでコレク
タ抵抗を小さ(できる。
本実施例の固体撮像装置では、上記n型のウェル領域2
の内部において、n゛型の半導体領域3とシリコン基板
1との間の領域に、n型の不純物導入領域9が形成され
る。このn型の不純物導入領域9は、n型のウェル領域
2のポテンシャルを制御するためのものであり、そのポ
テンシャルの制御からパンチスルーが発生する電圧を決
定させる。従って、パンチスルーが生ずる電圧を所定の
値とするためには、不純物導入領域9の形成のためのイ
オン注入の条件例えば深さ、a度等を適宜選択する必要
がある。
の内部において、n゛型の半導体領域3とシリコン基板
1との間の領域に、n型の不純物導入領域9が形成され
る。このn型の不純物導入領域9は、n型のウェル領域
2のポテンシャルを制御するためのものであり、そのポ
テンシャルの制御からパンチスルーが発生する電圧を決
定させる。従って、パンチスルーが生ずる電圧を所定の
値とするためには、不純物導入領域9の形成のためのイ
オン注入の条件例えば深さ、a度等を適宜選択する必要
がある。
第2図は、第1図に・示した保護回路の等価回路を示す
、上述の構造の保護回路は、実質的に1つのnpn型の
バイポーラトランジスタIOと等価となる。すなわち、
P端子4に接続するn゛型の半導体領域3がエミッタ5
L端子6に接続するp゛型の半導体領域5及びn型の
ウェル領域2がヘース、シリコン基板1がコレクタとし
てそれぞれ機能する。なお、エミッターベース間には、
寄生容it Ct mが形成され、ベース−コレクタ間
には、寄生容ICgcが形成される。また、エミッター
ベース間の耐圧はn゛型の半導体領域3とp°型の半導
体領域5の距離より決定される。
、上述の構造の保護回路は、実質的に1つのnpn型の
バイポーラトランジスタIOと等価となる。すなわち、
P端子4に接続するn゛型の半導体領域3がエミッタ5
L端子6に接続するp゛型の半導体領域5及びn型の
ウェル領域2がヘース、シリコン基板1がコレクタとし
てそれぞれ機能する。なお、エミッターベース間には、
寄生容it Ct mが形成され、ベース−コレクタ間
には、寄生容ICgcが形成される。また、エミッター
ベース間の耐圧はn゛型の半導体領域3とp°型の半導
体領域5の距離より決定される。
ここで、その保護回路の作動について説明する。
先ず、P端子4とL端子6の間に、P端子4側が低電位
となるような過大入力電圧が印加された時では、n゛型
の半導体?■域3とp型のウェル領域2との間のPN接
合が順バイアスとなり、その接合で順方向電流が流れて
、第2図のバイポーラトランジスタlOが作動し、その
過大人力から内部回路を保護できる。この作動状態を、
基板電圧もL端子の電圧も接地電圧GNDである時のP
端子への印加電圧■、と電流I、の関係を示す第4図か
ら説明すると、印加電圧VPが負電圧とされる61域で
の曲線Aで表すことができる。例えば、L端子6に一9
■が印加されている時では、P端子4に印加される電圧
V、が一9■よりも小さい時に順バイアスによる順方向
電流が流れることになる。
となるような過大入力電圧が印加された時では、n゛型
の半導体?■域3とp型のウェル領域2との間のPN接
合が順バイアスとなり、その接合で順方向電流が流れて
、第2図のバイポーラトランジスタlOが作動し、その
過大人力から内部回路を保護できる。この作動状態を、
基板電圧もL端子の電圧も接地電圧GNDである時のP
端子への印加電圧■、と電流I、の関係を示す第4図か
ら説明すると、印加電圧VPが負電圧とされる61域で
の曲線Aで表すことができる。例えば、L端子6に一9
■が印加されている時では、P端子4に印加される電圧
V、が一9■よりも小さい時に順バイアスによる順方向
電流が流れることになる。
次に、P端子4側が高電圧となるような過大入力電圧が
印加された時では、n°型の半導体領域3とp型のウェ
ル領域2との間のPN接合が逆バイアスとなる。従って
、そのPN接合では、印加電圧V、に応して空乏層が成
長する。この時のポテンシャルを第3図を参照しながら
説明すると、バイアスが無い時では、図中00の如きp
型のウェル領域2にピークを有するポテンシャルとなる
。
印加された時では、n°型の半導体領域3とp型のウェ
ル領域2との間のPN接合が逆バイアスとなる。従って
、そのPN接合では、印加電圧V、に応して空乏層が成
長する。この時のポテンシャルを第3図を参照しながら
説明すると、バイアスが無い時では、図中00の如きp
型のウェル領域2にピークを有するポテンシャルとなる
。
ところが、P端子4への印加電圧■、が大きくなるにつ
れて、n°型の半導体領域3のポテンシャルが曲線C+
、 Ct、 C3に順に示すように、p型のウェル領域
2のピークが徐々に基板側の深い方へ移動して行き、同
時にそのピークが低くなって行く。その結果、シリコン
基板1とn゛型の半導体領域3の間でパンチスルーが生
し、過大入力に対して内部回路を保護することが行われ
る。第4図では、正の印加電圧■、がO〜■1の範囲で
電流値Ipがほぼ零の曲線B0とされ、上記パンチスル
ーが発生する■0以上で大幅に電流が流れる曲線B1と
なっている。従って、P端子4への入力電圧■、がO〜
Vatの範囲では、その入力を過大入力とはせずに内部
回路へ送れることになり、換言すれば内部回路の作動の
ために必要な信号はパンチスルーが発生する■pt以下
であれば、自由に設定できることになる。
れて、n°型の半導体領域3のポテンシャルが曲線C+
、 Ct、 C3に順に示すように、p型のウェル領域
2のピークが徐々に基板側の深い方へ移動して行き、同
時にそのピークが低くなって行く。その結果、シリコン
基板1とn゛型の半導体領域3の間でパンチスルーが生
し、過大入力に対して内部回路を保護することが行われ
る。第4図では、正の印加電圧■、がO〜■1の範囲で
電流値Ipがほぼ零の曲線B0とされ、上記パンチスル
ーが発生する■0以上で大幅に電流が流れる曲線B1と
なっている。従って、P端子4への入力電圧■、がO〜
Vatの範囲では、その入力を過大入力とはせずに内部
回路へ送れることになり、換言すれば内部回路の作動の
ために必要な信号はパンチスルーが発生する■pt以下
であれば、自由に設定できることになる。
上記パンチスルーが発生する電圧vI、Lは、特に本実
施例の固体撮像装置において、第1図に示した不純物導
入領域9の形成のだめのイオン注入の条件を選択するこ
とで選ぶことができる。例えば、p型の不純物濃度を高
くした時では、第3図のポテンシャルのピークが高くな
ることになり、電圧■2.を高くすることができる。こ
こで、パンチスルーが発生する電圧■1は、通常5■〜
IOV程度であり、基板電圧を9■とした時では、14
〜19Vまでは少なくともパンチスルーが生しない。
施例の固体撮像装置において、第1図に示した不純物導
入領域9の形成のだめのイオン注入の条件を選択するこ
とで選ぶことができる。例えば、p型の不純物濃度を高
くした時では、第3図のポテンシャルのピークが高くな
ることになり、電圧■2.を高くすることができる。こ
こで、パンチスルーが発生する電圧■1は、通常5■〜
IOV程度であり、基板電圧を9■とした時では、14
〜19Vまでは少なくともパンチスルーが生しない。
従って、電圧V IILをIOV程度とすれば、15V
程度の高レベルの信号を転送電極へ十分に供給できるこ
とになる。
程度の高レベルの信号を転送電極へ十分に供給できるこ
とになる。
このように本実施例の固体撮像装置では、p型のウェル
領域2とn゛型の半導体領域3の間の接合が順バイアス
とされる時に、順方向電流により過大入力から内部回路
を保護できる。また、その接合が逆バイアスとされる時
では、パンチスルーにより過大入力に対して内部回路を
保護できる。
領域2とn゛型の半導体領域3の間の接合が順バイアス
とされる時に、順方向電流により過大入力から内部回路
を保護できる。また、その接合が逆バイアスとされる時
では、パンチスルーにより過大入力に対して内部回路を
保護できる。
従って、容量を稼ぐためにn゛型の半導体領域3等を引
き回す必要はなく、保護回路自体を小さくすることがで
きる。さらに、パルス入力以外でも十分に作動する。ま
た、逆バイアス時ではパンチスルーにより電流を流すた
め、パンチスルーの発生する電圧V IILを選ぶこと
で、内部回路の作動に必要な信号も十分に送れることに
なる。また、その電圧■1の設定は、不純物導入領域9
のイオン注入の条件等により選ぶことも可能である。
き回す必要はなく、保護回路自体を小さくすることがで
きる。さらに、パルス入力以外でも十分に作動する。ま
た、逆バイアス時ではパンチスルーにより電流を流すた
め、パンチスルーの発生する電圧V IILを選ぶこと
で、内部回路の作動に必要な信号も十分に送れることに
なる。また、その電圧■1の設定は、不純物導入領域9
のイオン注入の条件等により選ぶことも可能である。
なお、上述の例では、第1導電型をn型とし、第2導電
型をp型として説明したが、それぞれ反対導電型であっ
ても良い。
型をp型として説明したが、それぞれ反対導電型であっ
ても良い。
第2の実施例
本実施例は第1の実施例の変形例であり、第5図に示す
ように、寄生MO3+−ランジスタの形成防止とベース
−コレクタ間の容ICacの確保のために電極層を設け
た例である。
ように、寄生MO3+−ランジスタの形成防止とベース
−コレクタ間の容ICacの確保のために電極層を設け
た例である。
その構造は、第5図に示すように、半導体基体としての
n型のシリコン基板21に、保護回路を形成するための
第2導電型の半導体領域であるp型のウェル領域22と
CCDのイメージヤ一部となるp型のウェル頌M’29
とが形成される。p型のウェル領域22には、第1の実
施例と同様、保護回路をなすように、P端子24に接続
するn゛型の半導体領域23およびL端子26に接続す
るp°型の半導体領域25とが設けられている。そのn
゛型の半導体領域23とp型のウェル領域22でPN接
合が形成される。また、n型のシリコン基板21はn゛
型の半導体領域27を介して基板電圧V subが与え
られる。上記P端子24は分岐して内部回路に接続され
る。従って、p型のうエル領域22とn゛型の半導体領
域23の間の接合が順バイアスとされる過大入力に対し
ては、順方向電流により内部回路を保護できる。また、
その接合が逆バイアスとされる過大入力に対しては、パ
ンチスルーにより内部回路を保護できる。
n型のシリコン基板21に、保護回路を形成するための
第2導電型の半導体領域であるp型のウェル領域22と
CCDのイメージヤ一部となるp型のウェル頌M’29
とが形成される。p型のウェル領域22には、第1の実
施例と同様、保護回路をなすように、P端子24に接続
するn゛型の半導体領域23およびL端子26に接続す
るp°型の半導体領域25とが設けられている。そのn
゛型の半導体領域23とp型のウェル領域22でPN接
合が形成される。また、n型のシリコン基板21はn゛
型の半導体領域27を介して基板電圧V subが与え
られる。上記P端子24は分岐して内部回路に接続され
る。従って、p型のうエル領域22とn゛型の半導体領
域23の間の接合が順バイアスとされる過大入力に対し
ては、順方向電流により内部回路を保護できる。また、
その接合が逆バイアスとされる過大入力に対しては、パ
ンチスルーにより内部回路を保護できる。
p型のウェル領域29には、図示を省略しているがセン
サ一部や電荷転送部が形成され、その主面にはp9型の
半導体領域からなるチャンネルストンパー領域28も形
成される。このチャンネルストッパー領域28は、当該
p型のウェル領域29の周辺部に配され、接地電圧GN
Dが供給されてチャンネルの形成を防止する。
サ一部や電荷転送部が形成され、その主面にはp9型の
半導体領域からなるチャンネルストンパー領域28も形
成される。このチャンネルストッパー領域28は、当該
p型のウェル領域29の周辺部に配され、接地電圧GN
Dが供給されてチャンネルの形成を防止する。
そして、このような構造を有する本実施例の固体撮像装
置には、基体主面に図示を省略した絶縁膜を介して臨み
且つシリコン基板21若しくはp型のウェル領域22,
29と電気的に接続する電極層31.32.33が設け
られる。これら電極層31〜33は、p型のウェル領域
22.29上からn型のシリコン基板21の主面上まで
延在される。電極層31は上記p゛型の半導体領域25
に接続し、電極層32は上記n゛型の半導体領域27に
接続し、電極層33は上記チャンネルストンパー領域2
8に接続する。このような各電極層31.32.33の
機能は主に2つ挙げられる。
置には、基体主面に図示を省略した絶縁膜を介して臨み
且つシリコン基板21若しくはp型のウェル領域22,
29と電気的に接続する電極層31.32.33が設け
られる。これら電極層31〜33は、p型のウェル領域
22.29上からn型のシリコン基板21の主面上まで
延在される。電極層31は上記p゛型の半導体領域25
に接続し、電極層32は上記n゛型の半導体領域27に
接続し、電極層33は上記チャンネルストンパー領域2
8に接続する。このような各電極層31.32.33の
機能は主に2つ挙げられる。
1つは、n型のシリコン基板21の主面上まで延在させ
て、寄生pMO3)ランジスクの形成を防止することで
ある。すなわち、固体撮像装置においては、眉間絶縁膜
やパッシベーション膜等を用いており、これらの絶縁膜
中に固定電荷が存在する。ところが、その固定電荷が基
板表面に多数存在する時では、p型のウェル領域29と
p型のウェル領域22の間等でチャンネルが形成されて
しまうことになり、問題が生ずる。そこで、このような
各電極層31.32.33を設けることで、汚染防止の
みならず固定電荷から電気的に遮蔽することも可能とな
る。そして、もう1つの機能は、シリコン基板21とp
型のウェル領域22の間の寄生容量Cl1cを、p型の
ウェル8N域22とn゛型の半導体領域23との間の寄
生界Vicesよりも大きい値にすることである。第5
図の断面構造だけでは、空乏層のサイズの比較から寄生
界’!kctm>寄生容量CICとなるが、このように
シリコン基板21若しくはp型のウェル領域22と電気
的に接続する電極層31.32を設けることにより、寄
生界1 c m cO値が増大することになる。このよ
うに寄生容量CSCの値が大きくなることで、L端子2
6が開放され、且つP端子24とシリコン基板21の間
で過大入力が印加された時でも、L端子26の電位はシ
リコン基板21側の電位になる。
て、寄生pMO3)ランジスクの形成を防止することで
ある。すなわち、固体撮像装置においては、眉間絶縁膜
やパッシベーション膜等を用いており、これらの絶縁膜
中に固定電荷が存在する。ところが、その固定電荷が基
板表面に多数存在する時では、p型のウェル領域29と
p型のウェル領域22の間等でチャンネルが形成されて
しまうことになり、問題が生ずる。そこで、このような
各電極層31.32.33を設けることで、汚染防止の
みならず固定電荷から電気的に遮蔽することも可能とな
る。そして、もう1つの機能は、シリコン基板21とp
型のウェル領域22の間の寄生容量Cl1cを、p型の
ウェル8N域22とn゛型の半導体領域23との間の寄
生界Vicesよりも大きい値にすることである。第5
図の断面構造だけでは、空乏層のサイズの比較から寄生
界’!kctm>寄生容量CICとなるが、このように
シリコン基板21若しくはp型のウェル領域22と電気
的に接続する電極層31.32を設けることにより、寄
生界1 c m cO値が増大することになる。このよ
うに寄生容量CSCの値が大きくなることで、L端子2
6が開放され、且つP端子24とシリコン基板21の間
で過大入力が印加された時でも、L端子26の電位はシ
リコン基板21側の電位になる。
このため、P端子24に負電圧が印加された時では、順
方向電流が得られ、P端子24にパンチスルーが発生す
る以上の電圧が印加された時では、パンチスルーにより
内部回路が保護されることになる。
方向電流が得られ、P端子24にパンチスルーが発生す
る以上の電圧が印加された時では、パンチスルーにより
内部回路が保護されることになる。
なお、上記実施例では、電極層31〜33を全て設けて
いるが、いづれか1種乃至2種を設ける構造でも良い。
いるが、いづれか1種乃至2種を設ける構造でも良い。
また、第1導電型をn型とし、第2導電型をp型として
説明したが、それぞれ反対4電型であっても良い。
説明したが、それぞれ反対4電型であっても良い。
第3の実施例
本実施例は、特にレイアウトに特徴を存する固体撮像装
置の例である。
置の例である。
その構造は、第6図に概略的な平面図で示すように、各
P端子としてのパッド部46,47.48に対して、そ
れぞれ保護回路43,44.45が形成されている。各
保護回路43〜45は、例えば第1若しくは第2の実施
例で説明した構造を存する。それら保護回路43〜45
にはし端子にかかる配線も行われるが、特に、本実施例
においては、共通の配線パターン42を用いて配線が行
われ、L端子にかかるパッド部41と各保護回路43〜
45の間の電気的な接続を図っている。その配線パター
ン42は、共通に用いるためにチップ上で長い距離!引
き回されて配線される。そのために、基板との間で配線
に付随した寄生容1c、が増大し、その配線パターン4
2は第2図に示したバイポーラトランジスタIOのベー
スとして保護回路に接続することから、その容量値が各
保護回路43〜45の寄生容I Cs cの値に加わる
ことになる。従って、当該固体撮像装置は、L端子に電
圧が印加されない場合であっても、P端子46〜48に
負電圧が印加された時では、順方向電流が得られ、P端
子46〜48にパンチスルーが発生する以上の電圧が印
加された時では、パンチスルーにより内部回路が保護さ
れることになる。
P端子としてのパッド部46,47.48に対して、そ
れぞれ保護回路43,44.45が形成されている。各
保護回路43〜45は、例えば第1若しくは第2の実施
例で説明した構造を存する。それら保護回路43〜45
にはし端子にかかる配線も行われるが、特に、本実施例
においては、共通の配線パターン42を用いて配線が行
われ、L端子にかかるパッド部41と各保護回路43〜
45の間の電気的な接続を図っている。その配線パター
ン42は、共通に用いるためにチップ上で長い距離!引
き回されて配線される。そのために、基板との間で配線
に付随した寄生容1c、が増大し、その配線パターン4
2は第2図に示したバイポーラトランジスタIOのベー
スとして保護回路に接続することから、その容量値が各
保護回路43〜45の寄生容I Cs cの値に加わる
ことになる。従って、当該固体撮像装置は、L端子に電
圧が印加されない場合であっても、P端子46〜48に
負電圧が印加された時では、順方向電流が得られ、P端
子46〜48にパンチスルーが発生する以上の電圧が印
加された時では、パンチスルーにより内部回路が保護さ
れることになる。
なお、上記配線パターン42は、図示の如く略直線状の
パターンに限定されるものでない。
パターンに限定されるものでない。
本発明の固体撮像装置は、上述のように第1及び第2導
電型の半導体領域間の接合が順バイアスとされる時には
、順方向電流で内部回路が保護され、その接合が逆バイ
アスとされる時には、パンチスルーによって過大入力か
ら内部回路を保護することができる。このため、保護回
路自体を小さくすることができ、パルス入力以外でも十
分に作動する。また、パンチスルーの発生する電圧を設
定できるため、内部回路の作動に必要な信号の自由度も
増大する。
電型の半導体領域間の接合が順バイアスとされる時には
、順方向電流で内部回路が保護され、その接合が逆バイ
アスとされる時には、パンチスルーによって過大入力か
ら内部回路を保護することができる。このため、保護回
路自体を小さくすることができ、パルス入力以外でも十
分に作動する。また、パンチスルーの発生する電圧を設
定できるため、内部回路の作動に必要な信号の自由度も
増大する。
また、半導体基体と第2導電型の半導体領域間の寄生容
量を増大させることにより、第2の端子が開放とされて
いても、確実に内部回路を保護することができ、電極層
を利用することによって、その容量増大の効果が得られ
るのみならず、寄生MO3)ランジスクの形成を防止す
ることも可能となる。
量を増大させることにより、第2の端子が開放とされて
いても、確実に内部回路を保護することができ、電極層
を利用することによって、その容量増大の効果が得られ
るのみならず、寄生MO3)ランジスクの形成を防止す
ることも可能となる。
第1回は本発明の固体撮像装置の一例の要部の概略断面
図、第2図はその等価回路図、第3図はその要部におけ
る電圧を印加した時のポテンシャルの変化を示す図、第
4図はL端子及び基板に接地電圧GNDを印加した時の
P端子への印加電圧■、と電流I、の関係を示す図、第
5図は本発明の固体撮像装置の他の一例の要部の概略断
面図、第6図は本発明の固体撮像装置のさらに他の一例
の要部の概略平面図である。 また、第7図は従来の固体撮像装置の一例の要部の概略
断面図、第8図はその従来の一例の要部の等価回路図、
第9図はその従来の一例の要部のレイアウトである。 また、第10図は従来の固体1M像装置の他の一例の要
部の概略断面図、第11図はその従来の一例の要部の等
価回路図、第12図はその従来の一例を作動させる時の
信号の波形図である。 3.23・・・n°型の半導体領域 4.24・・・P端子 5.25・・・p゛型の半導体領域 626・・・し端子 9・・・不純物導入領域 31〜33・・・電極層 C,、、C,c、C,・・・寄生容量 特許出願人 ソニー株式会社 代理人弁理士 小池 晃(他2名) 1.21・・・n型のシリコン基板 2.22.29・・・p型のウェル領域Δ−イトげ普1
ニイ糸ろCCD 算 1 図 等価回?谷 第2図 第3図 第4図 /L リソ 第7図 第8図 第9図 従米例 第10図 n1 第11図 第12図
図、第2図はその等価回路図、第3図はその要部におけ
る電圧を印加した時のポテンシャルの変化を示す図、第
4図はL端子及び基板に接地電圧GNDを印加した時の
P端子への印加電圧■、と電流I、の関係を示す図、第
5図は本発明の固体撮像装置の他の一例の要部の概略断
面図、第6図は本発明の固体撮像装置のさらに他の一例
の要部の概略平面図である。 また、第7図は従来の固体撮像装置の一例の要部の概略
断面図、第8図はその従来の一例の要部の等価回路図、
第9図はその従来の一例の要部のレイアウトである。 また、第10図は従来の固体1M像装置の他の一例の要
部の概略断面図、第11図はその従来の一例の要部の等
価回路図、第12図はその従来の一例を作動させる時の
信号の波形図である。 3.23・・・n°型の半導体領域 4.24・・・P端子 5.25・・・p゛型の半導体領域 626・・・し端子 9・・・不純物導入領域 31〜33・・・電極層 C,、、C,c、C,・・・寄生容量 特許出願人 ソニー株式会社 代理人弁理士 小池 晃(他2名) 1.21・・・n型のシリコン基板 2.22.29・・・p型のウェル領域Δ−イトげ普1
ニイ糸ろCCD 算 1 図 等価回?谷 第2図 第3図 第4図 /L リソ 第7図 第8図 第9図 従米例 第10図 n1 第11図 第12図
Claims (3)
- (1)内部回路を保護するための保護回路を有する固体
撮像装置において、 その保護回路は、第1導電型の半導体基体と、その半導
体基体中に形成され第2の端子が接続される第2導電型
の半導体領域と、その第2導電型の半導体領域中に設け
られ内部回路及び第1の端子が接続される第1導電型の
半導体領域とを有してなり、 上記各半導体領域間の接合が順バイアスとされる過大入
力に対しては、各半導体領域間に順方向電流が流れ、上
記各半導体領域の接合が逆バイアスとされる過大入力に
対しては、第1導電型の半導体領域と半導体基体の間の
パンチスルーにより電流が流れることを特徴する固体撮
像装置。 - (2)半導体基体と第2導電型の半導体領域間の寄生容
量が、第2導電型の半導体領域と第1導電型の半導体領
域間の寄生容量よりも大きい値であることを特徴とする
請求項第(1)項記載の固体撮像装置。 - (3)基体主面に絶縁膜を介して臨み且つ半導体基体若
しくは第2導電型の半導体領域と電気的に接続する電極
層が設けられることを特徴とする請求項第(1)項又は
第(2)項記載の固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63235444A JP2822395B2 (ja) | 1988-09-20 | 1988-09-20 | Ccd |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63235444A JP2822395B2 (ja) | 1988-09-20 | 1988-09-20 | Ccd |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0282648A true JPH0282648A (ja) | 1990-03-23 |
| JP2822395B2 JP2822395B2 (ja) | 1998-11-11 |
Family
ID=16986202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63235444A Expired - Lifetime JP2822395B2 (ja) | 1988-09-20 | 1988-09-20 | Ccd |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2822395B2 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55102268A (en) * | 1979-01-31 | 1980-08-05 | Toshiba Corp | Protecting circuit for semiconductor device |
| JPS60125077A (ja) * | 1983-12-10 | 1985-07-04 | Matsushita Electronics Corp | 固体撮像装置 |
| JPS62154776A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-09 | Agency Of Ind Science & Technol | サ−ジ吸収素子 |
-
1988
- 1988-09-20 JP JP63235444A patent/JP2822395B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55102268A (en) * | 1979-01-31 | 1980-08-05 | Toshiba Corp | Protecting circuit for semiconductor device |
| JPS60125077A (ja) * | 1983-12-10 | 1985-07-04 | Matsushita Electronics Corp | 固体撮像装置 |
| JPS62154776A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-09 | Agency Of Ind Science & Technol | サ−ジ吸収素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2822395B2 (ja) | 1998-11-11 |
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