JPH04280670A - スイッチ回路およびゲート電圧クランプ型半導体装置 - Google Patents

スイッチ回路およびゲート電圧クランプ型半導体装置

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JPH04280670A
JPH04280670A JP3069256A JP6925691A JPH04280670A JP H04280670 A JPH04280670 A JP H04280670A JP 3069256 A JP3069256 A JP 3069256A JP 6925691 A JP6925691 A JP 6925691A JP H04280670 A JPH04280670 A JP H04280670A
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gate voltage
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Tadashi Nose
能勢 忠司
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Kansai Nippon Electric Co Ltd
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Kansai Nippon Electric Co Ltd
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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、チャージポンプ回路に
より電源電圧以上にゲート電圧を持ち上げて駆動するM
OS型半導体装置に関し、詳しくはそのゲート電圧をク
ランプしてゲート酸化膜を保護するようにしたゲート電
圧クランプ型半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】MOS型電界効果トランジスタ(以下、
MOSFETと称す。)を用いたスイッチ回路の一例を
図4を参照して次に示す。図において(Vi)は入力端
子、(Vcc)は電源端子、(Qo)はスイッチ用MO
SFET、(CP)はチャージポンプ回路、(IV)は
インバータ回路、(ZL)は負荷である。上記MOSF
ET(Qo)は、ドレイン(Do)を電源端子(Vcc
)に接続すると共に、ソース(So)を負荷(ZL)を
介して接地し、且つ、ゲート(Go)をチャージポンプ
回路(CP)の出力に接続する。チャージポンプ回路(
CP)は、その入力をインバータ回路(IV)を介して
入力端子(Vi)に接続すると共に、出力をMOSFE
T(Qa)を介して入力端子(Vi)に直接接続する。 インバータ回路(IV)はMOSFET(Qb)(Qc
)の直列接続からなる。
【0003】上記構成において入力端子(Vi)にパル
ス信号(P)を入力する。そうすると、そのハイにおい
てゲート(Go)が接地され、MOSFET(Qo)は
遮断する。次に、パルス信号(P)がロウになると、チ
ャージポンプ回路(CP)の入力に電源端子(Vcc)
の電圧(Vcc)が印加されて、チャージポンプ回路(
CP)が動作すると共に、MOSFET(Qa)が遮断
し、ゲート(Go)にゲート電圧(Vg)が加わり、M
OSFET(Qo)が動作する。
【0004】そこで、ゲート(Go)・ソース(So)
間の電圧を(Vgs)、ソース電圧(出力電圧)を(V
out)とすると、Vg=Vout+Vgsとなり、出
力電圧(Vout)を電源電圧(Vcc)に近付けるた
めには、  Vg=Vcc+Vgs  にすること、即
ち、図3の点線(H)に示すように、チャージポンプ回
路(CP)にてゲート電圧(Vg)を電源電圧(Vcc
)以上に持ち上げる必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は、スイッチ用MOSFET(Qo)のゲート電圧(V
g)をチャージポンプ回路(CP)により電源電圧(V
cc)以上に持ち上げていく際、それが上がりすぎて、
又は外乱によりサージ電圧が印加されて、ゲート酸化膜
を破壊する恐れがある点である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、一導電型半導
体基板の相異なる2つの素子形成領域に、他導電型不純
物を選択拡散して形成した他導電型第1、第2不純物領
域と、上記第1、第2不純物領域にそれぞれ一導電型不
純物を選択拡散して形成した一導電型第3、第4不純物
領域と、第1不純物領域の基板表面にゲート酸化膜を介
して形成され、且つ、第4不純物領域に電気的接続した
ゲート電極とを具備し、上記半導体基板と第3不純物領
域をそれぞれドレイン及びソースとするMOS電界効果
型第1トランジスタを形成すると共に、上記半導体基板
と第2不純物領域と第4不純物領域とをそれぞれコレク
タ、ベース、及びエミッタとする第2トランジスタを形
成し、ゲート電圧上昇時に第2トランジスタのベース、
エミッタ間でツェナ破壊を生じさせてゲート電圧をクラ
ンプするようにしたことを特徴とし、又、上記ゲート電
圧クランプ型半導体装置を有してなり、その第1トラン
ジスタのドレイン及びソースにそれぞれ接続した電源電
圧及び負荷と、入力を抵抗を介して第2トランジスタの
ベースに接続すると共に、出力を第1トランジスタのゲ
ート電極に接続したチャージポンプ回路とを具備したス
イッチ回路を提供する。
【0007】
【作用】上記技術的手段によれば、第1トランジスタの
ゲート電圧をチャージポンプ回路により上昇させていく
と、第2トランジスタのベース、エミッタ間でツェナ破
壊が生じ、上記ゲート電圧をツェナ電圧と電源電圧との
和にてクランプする。
【0008】
【実施例】本発明の実施例を図1乃至図3を参照して以
下に説明する。まず図1は本発明に係るゲート電圧クラ
ンプ型半導体装置(Q)の側断面図を示し、図において
(A)は半導体基板、(1)(2)は第1、第2不純物
領域、(3)(4)は第3、第4不純物領域、(Gm)
はゲート電極、(Qm)(Qn)は第1、第2トランジ
スタである。上記半導体基板(A)はN−型基板で、裏
面側にN+型不純物領域(5)からなる電極引き出し層
を有し、そこから電源端子(Vcc)に接続される。第
1、第2不純物領域(1)(2)は半導体基板(A)の
相異なる2つの素子形成領域に、P−型及びP+型各不
純物を選択拡散して形成される。又、第3、第4不純物
領域(3)(4)は第1、第2不純物領域(1)(2)
に、N+型不純物を選択拡散して形成され、第3不純物
領域(3)には電極引き出し用P+ 型不純物領域(6
)を形成しておく。ゲート電極(Gm)は第1不純物領
域(1)の基板表面にゲート酸化膜(7)を介してポリ
シリにて形成され、且つ、第4不純物領域(4)に電気
的接続する。第1トランジスタ(Qm)は、半導体基板
(A)と第3不純物領域(3)をそれぞれドレイン及び
ソース(Dm)(Sm)とし、ゲート電極(Gm)とで
NチャンネルMOSFETを形成する。第2トランジス
タ(Qn)は、半導体基板(A)と第2不純物領域(2
)と第4不純物領域(4)とをコレクタ、ベース、及び
エミッタ(C)(B)(E)としてトランジスタを形成
し、特にベース(B)とエミッタ(E)とでツェナダイ
オードを形成する。
【0009】上記構成において第1トランジスタ(Qm
)のゲート電圧(Vg)が上がりすぎると、第2トラン
ジスタ(Qn)のベース・エミッタ間(第2、第4不純
物領域(2)(4)間)のPNジャンクションが破れて
ツェナ破壊を生じ、ツェナ電圧が生じる。そこで、第2
不純物領域(2)(ベース)と半導体基板(A)とは略
同電位と見做せるので、ゲート電圧(Vg)は基板電位
、即ち電源電圧(Vcc)にツェナ電圧を加算したもの
になってその値でクランプされる。
【0010】次に、上記半導体装置(Q)の実際の動作
例を、図2に示すスイッチ回路(8)に適用した場合に
ついて次に示す。図4に示す部分と同一部分には同一参
照符号を付してその説明を省略する。相違する点は、M
OSFET(Qo)に代えて半導体装置(Q)を用いた
ことで、第1トランジスタ(Qm)のドレイン及びソー
ス(Dm)(Sm)にそれぞれ電源端子(Vcc)及び
負荷(ZL)を接続すると共に、、チャージポンプ回路
(CP)の入力と第2トランジスタ(Qn)のベース(
B)を接続し、出力を第1トランジスタ(Qm)のゲー
ト電極(Gm)に接続する。
【0011】そこで、入力端子(Vi)よりパルス信号
(P)を入力すると、そのハイでは第1トランジスタ(
Qm)は遮断する。次に、ロウになると、その瞬間、チ
ャージポンプ回路(CP)の入力と、第2トランジスタ
(Qn)のベース(B)とに電源電圧(Vcc)が加わ
る。そうすると、まず、第1トランジスタ(Qm)のゲ
ート電圧(Vg)は、第2トランジスタ(Qn)のベー
ス・エミッタ(B)(E)を経て、図3に示すように、
電圧(Vcc−Vbe)(但し、Vbeは第2トランジ
スタ(Qn)のベース・エミッタ間電圧)まで立ち上が
り、第2トランジスタ(Qn)のコレクタ・エミッタ(
C)(E)間が遮断すると共に、ゲート電圧(Vg)が
チャージポンプ回路(CP)によって更に上昇し始める
。そこで、ゲート電圧(Vg)がそのまま上昇を続けて
いくと、ゲート電極(Gm)と第2トランジスタ(Qn
)のエミッタ(E)とが電気的に繋がっているため、第
2トランジスタ(Qn)のベース・エミッタ(B)(E
)間でツェナ破壊が生じ、ゲート電圧(Vg)はそれ以
上には上がらず、ツェナ電圧(Vz)に電源電圧(Vc
c)を加算した電圧(Vcc+Vz)にてクランプされ
る。
【0012】尚、上記スイッチ回路(8)は負論理で作
動するが、インバータを一段追加する等により正論理に
ても同様に作動する。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、チャージポンプ回路に
よりMOSFETのゲート電圧を電源電圧以上に持ち上
げて駆動する際、ゲート電圧をツェナ電圧にてクランプ
したから、MOSFETのゲート酸化膜を保護して素子
の破壊を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るゲート電圧クランプ型半導体装置
の実施例を示す断面図である。
【図2】図1の適用例を示すスイッチ回路図である。
【図3】ゲート電圧の時間的変化を示すグラフである。
【図4】チャージポンプ回路によりMOSFETのゲー
ト電圧を電源電圧以上に持ち上げて駆動するスイッチ回
路の従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
1、2、3、4  第1、第2、第3、第4不純物領域
7  ゲート酸化膜 8  スイッチ回路 A  半導体基板 Qm、Qn  第1、第2トランジスタVcc  電源
端子 ZL  負荷 Gm  ゲート電圧

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  一導電型半導体基板の相異なる2つの
    素子形成領域に、他導電型不純物を選択拡散して形成し
    た他導電型第1、第2不純物領域と、上記第1、第2不
    純物領域にそれぞれ一導電型不純物を選択拡散して形成
    した一導電型第3、第4不純物領域と、第1不純物領域
    の基板表面にゲート酸化膜を介して形成され、且つ、第
    4不純物領域に電気的接続したゲート電極とを具備し、
    上記半導体基板と第3不純物領域をそれぞれドレイン及
    びソースとするMOS電界効果型第1トランジスタを形
    成すると共に、上記半導体基板と第2不純物領域と第4
    不純物領域とをそれぞれコレクタ、ベース、及びエミッ
    タとする第2トランジスタを形成し、ゲート電圧上昇時
    に第2トランジスタのベース、エミッタ間でツェナ破壊
    を生じさせてゲート電圧をクランプするようにしたこと
    を特徴とするゲート電圧クランプ型半導体装置。
  2. 【請求項2】  請求項1記載のゲート電圧クランプ型
    半導体装置を有してなり、その第1トランジスタのドレ
    イン及びソースにそれぞれ接続した電源電圧及び負荷と
    、入力を第2トランジスタのベースに接続すると共に、
    出力を第1トランジスタのゲート電極に接続したチャー
    ジポンプ回路とを具備したことを特徴とするスイッチ回
    路。
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