JPH04214662A - 集積回路用入力端保護装置 - Google Patents

集積回路用入力端保護装置

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JPH04214662A
JPH04214662A JP3041311A JP4131191A JPH04214662A JP H04214662 A JPH04214662 A JP H04214662A JP 3041311 A JP3041311 A JP 3041311A JP 4131191 A JP4131191 A JP 4131191A JP H04214662 A JPH04214662 A JP H04214662A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
base
emitter
collector
transistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP3041311A
Other languages
English (en)
Inventor
Burkhard Becker
ブルクハルト、ベツカー
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.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
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Publication date
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Publication of JPH04214662A publication Critical patent/JPH04214662A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D89/00—Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
    • H10D89/60—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD]

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  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板内に配設さ
れ、少なくとも1つのトランジスタと集積ダイオードと
を含む集積回路用入力端保護装置に関する。
【0002】
【従来の技術】集積回路は静電気放電に対して確実な保
護を必要とする。このために集積回路は入力端保護装置
が設けられる。従来の保護装置の幾つかはドイツ連邦共
和国特許出願公開第3616394号公報に記載されて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、両極性の静
電気放電に対して迅速でかつ信頼できる保護を可能にす
る集積回路用入力端保護装置を提供することを課題とす
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】このような課題は、本発
明によれば、入力端と基準電位の端子との間に接続され
、半導体基板内に配設され、少なくとも1つのトランジ
スタと集積ダイオードとを含み、コレクタは埋込み形コ
レクタとして形成され入力端に接続され、エミッタとし
て作用する少なくとも1つのドーピング領域が基準電位
に接続可能であり、ベースとして作用する少なくとも1
つのドーピング領域が電気的コンタクトから見てエミッ
タとコレクタとに対して絶縁され(浮動ベース)、集積
ダイオードはトランジスタのコレクタ−エミッタ区間に
対して並列に接続され少なくとも埋込み領域と半導体基
板とによって形成されることによって解決される。
【0005】本発明の構成は請求項2以下に記載されて
いる。
【0006】
【実施例】次に本発明を図面に示された実施例に基づい
て詳細に説明する。
【0007】図1によれば、集積回路、特にバイポーラ
集積回路の入力端子1と、基準電位2の端子、特にアー
ス端子との間に、トランジスタ3と、このトランジスタ
のコレクタ−エミッタ区間に並列接続されたダイオード
4とによって形成された保護装置が位置している。トラ
ンジスタ3のコレクタ11、12aとダイオード4の極
11とは入力端1に接続され、トランジスタ3のエミッ
タ16とダイオード4の他極10とは基準電位2に接続
可能である。トランジスタ3のベース15は外部端子を
有しておらず(浮動ベース)、コレクタ11、12aと
エミッタ16とだけに接触している。
【0008】図2ないし図4には半導体装置において図
1の本発明による保護装置を実現するための3つの実施
例が示されている。この場合、後方へ向かう斜視図を付
加した断面図が使用されている。符号は図1の符号と同
じである。3つのいずれの実施例においても、シリコン
から成り第1導電形、特にp導電形の半導体基板10が
使用されており、この半導体基板10上には保護装置の
製造工程において逆の第2導電形、特にn導電形のエピ
タキシャル層12が公知の方法にて設けられる。さらに
、全ての実施例は第2導電形の埋込み領域11を共通に
有しており、この埋込み領域11は詳細に説明すべき他
のドーピング領域と同様に従来の方法、例えば熱処理工
程を有するインプランテーションによって生成すること
ができる。
【0009】図2に示された第1実施例においては、絶
縁枠13は第1導電形のドーピング領域から構成され、
隣接するデバイスに対して保護装置全体を絶縁(pn絶
縁)するために使われる。この閉鎖絶縁枠13はその内
部に位置するエピタキシャル層12の部分領域12aを
外部に位置する他のエピタキシャル層12から分離する
。部分領域12aは埋込み領域11と協働してトランジ
スタ3のコレクタを形成し、同じ導電形の特に高ドーピ
ング領域14によって接続される。なお、高ドーピング
領域14は是非必要というわけではないが特に埋込み領
域11内へ達していると有利である。部分領域12a内
には第1導電形のドーピング領域15が位置しており、
これはトランジスタ3のベースを構成する。この領域1
5内にはさらにトランジスタ3のエミッタとして第2導
電形のドーピング領域16が位置している。本発明によ
れば、上述のドーピング領域はほぼ中心対称に配置され
る、つまり、高ドーピング領域14は部分領域12aの
ほぼ中央に位置し、領域15、16は高ドーピング領域
14の回りに位置している。埋込み領域11は特に、ベ
ース−エミッタリングの領域15、16の下方において
これらによって包囲された領域を完全に覆うような大き
さとするのが有利である。この保護装置全体の周囲に絶
縁枠13が配設されている。半導体装置の表面は絶縁層
18によって被覆されている。この絶縁層18は特に酸
化シリコンから構成され、先行する熱処理工程の際に生
成されるかまたは別個に設けられる。絶縁層18は、高
ドーピング領域14が導体路20に接続可能でありかつ
同様に特にリング状開口部がエミッタとして使われるリ
ング状領域16の上方においてその絶縁層18内に存在
するようにパターン化されている。エミッタとして用い
られる領域16はそのリング状開口部を通して導体路2
1を介して基準電位2に接続され得るようになっている
。ベースを形成する領域15は表面が絶縁層18によっ
て完全に覆われている。半導体基板10は保護装置の外
に位置するアース端子を有しており、その結果集積ダイ
オード4は埋込み領域11と半導体基板10とによって
形成されている。
【0010】図3に示された第2実施例は同様に隣接す
るデバイスのpn絶縁を行う際に設置可能であり(絶縁
枠13)、本質的には第1実施例と同じである。しかし
ながら、トランジスタ3のためにnpn標準デバイスが
設置されており、従って条帯状構造をしている。エミッ
タ16は中央に配置されており、このエミッタ16に接
触する導体路21は同時に基準電位2に絶縁枠13を介
して半導体基板10を接続するために使われる。トラン
ジスタ3のベース領域15はエミッタ領域16に対して
ほぼ対称に配置され、そして図3に示されているように
絶縁層18内に相応して対称配置されている2つの開口
部を通して導体路22と結合されるようになっている。 これらの両導体路22は外部へさらに接続されていない
が、しかしながら相互に結合することは有利である。即
ち、両導体路22はベース領域に均一電位分布を生ぜし
めるのに用いられるが、必ずしも必要ではない。埋込み
領域11とエピタキシャル層12の部分領域12aとか
ら形成されているコレクタは、高ドーピング領域14か
ら構成されてエミッタ領域16に対してほぼ対称配置さ
れた2つの端子を有している。なお、高ドーピング領域
14は是非必要と言う訳ではないが埋込み領域11内へ
達している。コレクタは導体路20を介して入力端1に
接続されている。集積ダイオード4は埋込み領域11と
半導体基板10とにより形成されており、半導体基板1
0は絶縁枠13と導体路21とを介してエミッタ領域1
6と共に基準電位2に接続されている。
【0011】図4にはnpn標準トランジスタを使用し
て隣接するデバイスの酸化絶縁を行う本発明による第3
実施例が示されている。トランジスタ3はほぼ第2実施
例におけるトランジスタと同じに形成されており、ベー
ス領域15は導体路22に接続するために2つの補助的
な高ドーピングベース接触領域15aを有している。少
なくともエピタキシャル層12の下面の深さにまで達し
ている絶縁領域19は、個々のドーピング領域相互の絶
縁ならびに他のデバイスに対する保護装置全体の絶縁を
行うために使われる。フィールド酸化物領域19を用い
ると有利である。このフィールド酸化物領域19は入力
端保護装置の外において所謂チャネル・ストッパーとし
て知られている第1導電形の高ドーピング領域17によ
って取囲まれている。このチャネル・ストッパー領域1
7はここでは同時に半導体装置の表面に半導体基板10
を接続するために使われており、その表面のところでチ
ャネル・ストッパー領域17は導体路21と高ドーピン
グ領域15bとの接触を有している。なお、高ドーピン
グ領域15bはベース接触領域15aと同時に生成され
、従って同様に第1導電形を有している。このようにし
て半導体基板10はエミッタ16と共に基準電位2に接
続される。集積ダイオード4は前述した実施例と同じよ
うに埋込み領域11と半導体基板10とにより形成され
ており、導体路20、21によって入力端と基準電位と
の間に接続される。
【0012】本発明による入力端保護装置の動作態様は
個々の実施例に拘束されない。
【0013】入力端1における負電圧は保護装置内に集
積されたダイオード4を介して基準電位2へ導かれる。 敏感なベース−エミッタ接合はここでは阻止方向に極性
化されており、図2の中心対称構造が大きな利点をもた
らしている。拡大されたリング状阻止層により、負荷は
ベース−エミッタ接合の大きな面上に分散され、それに
よってダイオード区間を介する単一の導出路の欠点が補
償される。正パルスの導出(以下参照)がこの場合に行
われる本来のトランジスタ動作態様により助長されるに
も拘わらず、図2の中心対称構造はかかる理由から数千
ボルトのオーダで両極性の電圧に対して同じ大きさの負
荷耐量ないし保護作用を保証する。
【0014】入力端1に正パルスが印加される場合には
トランジスタ3は通常の動作範囲にあり、それによって
敏感なベース−エミッタ接合は僅かしか負荷を受けない
。ベース領域15が接続されていないので、パルスはU
CEO ブレークダウンによって導出される。エミッタ
−コレクタ残留電流ICEOはコレクタ−ベース残留電
流ICBO に比べてB+1倍だけ大きい(B=電流増
幅率)。 これによって、入力端における電圧が破壊をもたらす程
大きく増大する前に、早期のブレークダウンが保証され
る。早期のアバランシェブレークダウンは破壊を伴わな
いパルス導出を促進する。
【0015】ここでも図2の中心対称構造は正であるこ
とが分かる。その場合、大きなエミッタ面16はエミッ
タ効果を高める作用をし、従ってパルスの導出を促進す
る。他方においては、大きなエミッタ面によって付加容
量を高める点に関して欠点は生じない。というのは、正
の信号電圧にとっては、エピタキシャル層とベース領域
との間の接合部および埋込み領域11と基板10との間
の接合部つまり比較的弱くドーピングされた領域間の接
合部だけが重要であるからである。
【0016】pn絶縁を持つ集積回路に対しては上記で
詳細に述べた考察により図2の保護装置の適用が提案さ
れる。この図2の保護装置は、必要面積が僅少である、
付加容量が小さい、両極性の電圧に対して均等の保護作
用を行うという利点の他に、接続されていないベース領
域により高められた阻止電流の欠点を有するだけである
。
【0017】図3に示されたnpn標準トランジスタを
使用すると、ベース15に結合された導体路22により
作られるベース領域内の均一電位分布が局部的な阻止層
ブレークダウン(この阻止層ブレークダウンは空間的に
制限されたパワーにより破壊をもたらし得る。)の発生
を少なくする。
【0018】酸化絶縁を持つ集積回路においては、図4
に示された対称保護装置を使用するのが有利である。そ
の場合、高められた阻止電流の欠点を有することは一般
に覚悟しなければならない。この保護装置においては、
高ドーピングされエミッタに対して対称配置された2つ
のベース接触領域15aを使用することは有利であり、
これらのベース接触領域15aはその導体路22(接続
されていない)と共にベース領域15(一般に弱ドーピ
ングされる)内の電位分布を均一化するために寄与する
。
【0019】さらに、ベース接触領域15aは正パルス
が印加された際エピタキシャル層とベース領域(両領域
は一般に弱ドーピングされる)との間の阻止層の拡大を
少なくし、これによってアバランシェブレークダウンは
高電圧が印加されたとき始めて破壊に導く。
【図面の簡単な説明】
【図1】少なくとも1つのトランジスタと集積ダイオー
ドとを備えた本発明による入力端保護装置の等価回路図
である。
【図2】半導体装置において図1の入力端保護装置を実
現するための第1実施例の概略図である。
【図3】半導体装置において図1の入力端保護装置を実
現するための第2実施例の概略図である。
【図4】半導体装置において図1の入力端保護装置を実
現するための第3実施例の概略図である。
【符号の説明】
1  入力端 2  基準電位 3  トランジスタ 4  集積ダイオード 10  半導体基板 11  埋込み領域(コレクタ) 12a  部分領域(コレクタ) 14  高ドーピング領域 15  ベース領域 16  エミッタ領域

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  入力端(1)と基準電位(2)の端子
    との間に接続され、半導体基板(10)内に配設され、
    少なくとも1つのトランジスタ(3)と集積ダイオード
    (4)とを含み、そのコレクタ(11、12a)は埋込
    み形コレクタとして形成されて前記入力端(1)に接続
    され、エミッタ(16)として作用する少なくとも1つ
    のドーピング領域が前記基準電位(2)に接続可能であ
    り、ベース(15)として作用する少なくとも1つのド
    ーピング領域が電気的接触から見て前記エミッタ(16
    )とコレクタ(11、12a)とに対して絶縁され(浮
    動ベース)、前記集積ダイオード(4)は前記トランジ
    スタ(3)のコレクタ−エミッタ区間に対して並列に接
    続されかつ少なくとも埋込み領域(11)と半導体基板
    (10)とによって形成されることを特徴とする集積回
    路用入力端保護装置。
  2. 【請求項2】  エミッタ−ベース領域はコレクタ(1
    1、12a)の端子(14)の回りに中心対称に配置さ
    れることを特徴とする請求項1記載の入力端保護装置。
  3. 【請求項3】  前記コレクタ端子(14)とコレクタ
    (11、12a)とは前記トランジスタ(3)のエミッ
    タ−ベース領域に対して対称配置されることを特徴とす
    る請求項1記載の入力端保護装置。
  4. 【請求項4】  ベース(15)として作用するドーピ
    ング領域は導体路(22)に対する電気的接触を有し、
    前記導体路は保護装置の他の全てのパターンから絶縁さ
    れ前記ベース(15)内における電位分布を均一化する
    ために用いられることを特徴とする請求項3記載の入力
    端保護装置。
  5. 【請求項5】  隣接するデバイスに対するpn絶縁ま
    たは酸化絶縁を持つバイポーラ集積回路において使用さ
    れることを特徴とする請求項1ないし4の1つに記載の
    入力端保護装置。
JP3041311A 1990-02-15 1991-02-13 集積回路用入力端保護装置 Pending JPH04214662A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4004752 1990-02-15
DE4004752.0 1990-02-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04214662A true JPH04214662A (ja) 1992-08-05

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ID=6400250

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JP3041311A Pending JPH04214662A (ja) 1990-02-15 1991-02-13 集積回路用入力端保護装置

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EP (1) EP0442064B1 (ja)
JP (1) JPH04214662A (ja)
DE (1) DE59010248D1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005109050A (ja) * 2003-09-29 2005-04-21 Sanyo Electric Co Ltd 半導体集積回路装置

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EP0442064B1 (de) 1996-03-27
EP0442064A1 (de) 1991-08-21
DE59010248D1 (de) 1996-05-02

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