JPH0766405A - 半導体保護装置 - Google Patents
半導体保護装置Info
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- JPH0766405A JPH0766405A JP5210240A JP21024093A JPH0766405A JP H0766405 A JPH0766405 A JP H0766405A JP 5210240 A JP5210240 A JP 5210240A JP 21024093 A JP21024093 A JP 21024093A JP H0766405 A JPH0766405 A JP H0766405A
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- mosfet
- potential
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- gate electrode
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、サージによるMOSFETのゲー
ト絶縁膜の破壊を防止することを目的とする。 【構成】 ドレイン領域103が被保護半導体装置の入
力端子又は出力端子14の何れかに接続されたMOSF
ET110が形成されている基板領域100内における
ドレイン領域103近傍部分の電位を検出する第1の手
段104と、検出された電位の変動をMOSFET11
0のゲート電極106にフィードバックする第2の手段
115とを有することを特徴とする。
ト絶縁膜の破壊を防止することを目的とする。 【構成】 ドレイン領域103が被保護半導体装置の入
力端子又は出力端子14の何れかに接続されたMOSF
ET110が形成されている基板領域100内における
ドレイン領域103近傍部分の電位を検出する第1の手
段104と、検出された電位の変動をMOSFET11
0のゲート電極106にフィードバックする第2の手段
115とを有することを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、静電サージ(以下、単
にサージと記す)等によって半導体装置が破壊されるの
を防止するための半導体保護装置に関する。
にサージと記す)等によって半導体装置が破壊されるの
を防止するための半導体保護装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体保護装置としては、例えば
図13及び図14に示すようなものがある。図13は出
力保護装置を構成するCMOSを示している。N型基板
1の主面にP型ウェル2とP+ 型領域10,11及びN
+ 型領域12が形成されている。2つのP+ 型領域10
と11の間のN型基板1の主面上にはゲート酸化膜8を
介してゲート電極13が形成されている。P型ウェル2
の主面にはN+ 型領域6,7とP+ 型領域5が形成され
ている。2つのN+ 型領域6,7の間のP型ウェル2の
主面上にはゲート酸化膜8を介してゲート電極9が形成
されている。N型基板1及びP型ウェル2の主面上には
フィールド酸化膜3を介して保護膜4が形成されてい
る。
図13及び図14に示すようなものがある。図13は出
力保護装置を構成するCMOSを示している。N型基板
1の主面にP型ウェル2とP+ 型領域10,11及びN
+ 型領域12が形成されている。2つのP+ 型領域10
と11の間のN型基板1の主面上にはゲート酸化膜8を
介してゲート電極13が形成されている。P型ウェル2
の主面にはN+ 型領域6,7とP+ 型領域5が形成され
ている。2つのN+ 型領域6,7の間のP型ウェル2の
主面上にはゲート酸化膜8を介してゲート電極9が形成
されている。N型基板1及びP型ウェル2の主面上には
フィールド酸化膜3を介して保護膜4が形成されてい
る。
【0003】図14は上述の出力保護装置及び被保護半
導体装置である前段のCMOS部分の等価回路を示して
いる。P+ 型領域11をソース領域、P+ 型領域10を
ドレイン領域とし、これにゲート酸化膜8上のゲート電
極13とさらにN+ 型領域12を基板コンタクトとして
PchMOSFET20が形成されている。またP+型
領域10をコレクタ、N型基板1をベース、P+ 型領域
11をエミッタとするPNP型Tr22が形成され、P
+ 型領域10をアノード、N型基板1をカソードとする
ダイオード24が形成されている。一方、P型ウェル2
内では、N+ 型領域7をドレイン領域、N+ 型領域6を
ソース領域とし、これにゲート酸化膜8上のゲート電極
9とさらにP+ 型領域5をウェルコンタクトとしてNc
hMOSFET21が形成されている。またN+ 型領域
7をコレクタ、P型ウェル2をベース、N+ 型領域6を
エミッタとするNPN型Tr23が形成され、N+ 型領
域7をカソード、P型ウェル2をアノードとするダイオ
ード25が形成されている。両MOSFET20,21
のゲート電極は、前段の被保護半導体装置であるCMO
Sのドレインに接続されている。NchMOSFET2
1のソース領域、NPN型Tr23のエミッタ及びダイ
オード25のアノードはVss(低電位)端子に接続さ
れている。PchMOSFET20のソース領域、PN
P型Tr22のエミッタ及びダイオード24のカソード
はVdd(高電位)端子に接続されている。またNch
MOSFET21のドレイン領域とPchMOSFET
20のドレイン領域、NPN型Tr23のコレクタとP
NP型Tr22のコレクタ及びダイオード25のカソー
ドとダイオード24のアノードは出力端子14に接続さ
れてる。抵抗60は出力保護装置を構成するCMOSの
ゲート保護抵抗である。
導体装置である前段のCMOS部分の等価回路を示して
いる。P+ 型領域11をソース領域、P+ 型領域10を
ドレイン領域とし、これにゲート酸化膜8上のゲート電
極13とさらにN+ 型領域12を基板コンタクトとして
PchMOSFET20が形成されている。またP+型
領域10をコレクタ、N型基板1をベース、P+ 型領域
11をエミッタとするPNP型Tr22が形成され、P
+ 型領域10をアノード、N型基板1をカソードとする
ダイオード24が形成されている。一方、P型ウェル2
内では、N+ 型領域7をドレイン領域、N+ 型領域6を
ソース領域とし、これにゲート酸化膜8上のゲート電極
9とさらにP+ 型領域5をウェルコンタクトとしてNc
hMOSFET21が形成されている。またN+ 型領域
7をコレクタ、P型ウェル2をベース、N+ 型領域6を
エミッタとするNPN型Tr23が形成され、N+ 型領
域7をカソード、P型ウェル2をアノードとするダイオ
ード25が形成されている。両MOSFET20,21
のゲート電極は、前段の被保護半導体装置であるCMO
Sのドレインに接続されている。NchMOSFET2
1のソース領域、NPN型Tr23のエミッタ及びダイ
オード25のアノードはVss(低電位)端子に接続さ
れている。PchMOSFET20のソース領域、PN
P型Tr22のエミッタ及びダイオード24のカソード
はVdd(高電位)端子に接続されている。またNch
MOSFET21のドレイン領域とPchMOSFET
20のドレイン領域、NPN型Tr23のコレクタとP
NP型Tr22のコレクタ及びダイオード25のカソー
ドとダイオード24のアノードは出力端子14に接続さ
れてる。抵抗60は出力保護装置を構成するCMOSの
ゲート保護抵抗である。
【0004】被保護半導体装置(内部回路)のCMOS
部分においても上述とほぼ同様であり、まずPchMO
SFET50のソース・ドレイン間にはPNP型Tr5
2とダイオード54が並列に接続されている。NchM
OSFET51のソース・ドレイン間にはNPN型Tr
53とダイオード55が並列に接続されている。またV
dd端子とVss端子の間にはNchMOSFET51
のソース領域をエミッタ、P型ウェルをベース、N型基
板をコレクタとするNPN型バーティカルTr56及び
P型ウェルとN型基板の接合からなるダイオード57が
接続されている。
部分においても上述とほぼ同様であり、まずPchMO
SFET50のソース・ドレイン間にはPNP型Tr5
2とダイオード54が並列に接続されている。NchM
OSFET51のソース・ドレイン間にはNPN型Tr
53とダイオード55が並列に接続されている。またV
dd端子とVss端子の間にはNchMOSFET51
のソース領域をエミッタ、P型ウェルをベース、N型基
板をコレクタとするNPN型バーティカルTr56及び
P型ウェルとN型基板の接合からなるダイオード57が
接続されている。
【0005】次に、上述の半導体保護装置の動作を説明
する。
する。
【0006】(A)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が正となる場合;ダイオード25が降伏す
るとともにNPN型Tr23がターンオンする。またダ
イオード24が順バイアスされるとともに以下の3通り
の電流パスが生じる。(i) ダイオード54と55が降伏
する。 (ii) ダイオード54と55の降伏によりNPN
型Tr53がターンオンする。(iii) ダイオード57が
降伏するとともにNPN型Tr56がターンオンする。
よってサージ電流は出力端子14からVss端子へ流れ
る。
出力端子14が正となる場合;ダイオード25が降伏す
るとともにNPN型Tr23がターンオンする。またダ
イオード24が順バイアスされるとともに以下の3通り
の電流パスが生じる。(i) ダイオード54と55が降伏
する。 (ii) ダイオード54と55の降伏によりNPN
型Tr53がターンオンする。(iii) ダイオード57が
降伏するとともにNPN型Tr56がターンオンする。
よってサージ電流は出力端子14からVss端子へ流れ
る。
【0007】(B)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が負となる場合;ダイオード25が順バイ
アスされる。またダイオード54と55及びダイオード
57が順バイアスされるとともにダイオード24が降伏
し、PNP型Tr22がターンオンする。よってサージ
電流はVss端子から出力端子14へ流れる。
出力端子14が負となる場合;ダイオード25が順バイ
アスされる。またダイオード54と55及びダイオード
57が順バイアスされるとともにダイオード24が降伏
し、PNP型Tr22がターンオンする。よってサージ
電流はVss端子から出力端子14へ流れる。
【0008】(C)サージの極性がVdd端子に対して
出力端子14が正となる場合;ダイオード24が順バイ
アスされる。またダイオード25が降伏しNPN型Tr
23がターンオンしてダイオード54と55及びダイオ
ード57が順バイアスされる。よってサージ電流は出力
端子14からVdd端子へ流れる。
出力端子14が正となる場合;ダイオード24が順バイ
アスされる。またダイオード25が降伏しNPN型Tr
23がターンオンしてダイオード54と55及びダイオ
ード57が順バイアスされる。よってサージ電流は出力
端子14からVdd端子へ流れる。
【0009】(D)サージの極性がVdd端子に対して
出力端子が負となる場合;ダイオード24が降伏すると
ともにPNP型Tr22がターンオンする。またダイオ
ード25が順バイアスされるとともに、以下の3通りの
電流パスが生じる。(i) ダイオード54と55が降伏す
る。 (ii) ダイオード54と55の降伏によってPNP
型Tr52とNPN型Tr53がターンオンする。(ii
i) ダイオード57が降伏するとともにNPN型Tr5
6がターンオンする。よってサージ電流はVdd端子か
ら出力端子14へ流れる。
出力端子が負となる場合;ダイオード24が降伏すると
ともにPNP型Tr22がターンオンする。またダイオ
ード25が順バイアスされるとともに、以下の3通りの
電流パスが生じる。(i) ダイオード54と55が降伏す
る。 (ii) ダイオード54と55の降伏によってPNP
型Tr52とNPN型Tr53がターンオンする。(ii
i) ダイオード57が降伏するとともにNPN型Tr5
6がターンオンする。よってサージ電流はVdd端子か
ら出力端子14へ流れる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体保護装置にあっては、以下に示すような問題点が
あった。(A)サージの極性がVss端子に対して出力
端子14が正となる場合;NchMOSFET21のド
レインの電位は高くなる。一方、NchMOSFET2
1のゲート電位はダイオード55の降伏電位でクランプ
されるのでサージ電圧より十分に低い。よってNchM
OSFET21のドレイン・ゲート間の電位差が大きく
なり、ゲート酸化膜が破壊される。(B)サージの極性
がVss端子に対して出力端子14が負となる場合;N
chMOSFET21のドレイン電位は低くなる。一
方、NchMOSFET21のゲート電位はVss端子
の電位からダイオード55の順バイアス電圧程度の電圧
降下しかない。よってNchMOSFET21のドレイ
ン・ゲート間の電位差が大きくなり、ゲート酸化膜が破
壊される。(C)サージの極性がVdd端子に対して出
力端子14が正となる場合;PchMOSFET20の
ドレイン電位は高くなる。一方、PchMOSFET2
0のゲート電位はダイオード54の順バイアス電圧程度
しか上昇しない。よってPchMOSFET20のドレ
イン・ゲート間の電位差が大きくなり、ゲート酸化膜が
破壊される。(D)サージの極性がVdd端子に対して
出力端子14が負となる場合;PchMOSFET20
のドレイン電圧は低くなる。一方、PchMOSFET
20のゲート電位はVdd端子の電位からダイオード5
4の降伏電圧を減じた値程度の電圧にクランプされる。
よってPchMOSFET20のドレイン・ゲート間の
電位差が大きくなり、ゲート酸化膜が破壊される。
半導体保護装置にあっては、以下に示すような問題点が
あった。(A)サージの極性がVss端子に対して出力
端子14が正となる場合;NchMOSFET21のド
レインの電位は高くなる。一方、NchMOSFET2
1のゲート電位はダイオード55の降伏電位でクランプ
されるのでサージ電圧より十分に低い。よってNchM
OSFET21のドレイン・ゲート間の電位差が大きく
なり、ゲート酸化膜が破壊される。(B)サージの極性
がVss端子に対して出力端子14が負となる場合;N
chMOSFET21のドレイン電位は低くなる。一
方、NchMOSFET21のゲート電位はVss端子
の電位からダイオード55の順バイアス電圧程度の電圧
降下しかない。よってNchMOSFET21のドレイ
ン・ゲート間の電位差が大きくなり、ゲート酸化膜が破
壊される。(C)サージの極性がVdd端子に対して出
力端子14が正となる場合;PchMOSFET20の
ドレイン電位は高くなる。一方、PchMOSFET2
0のゲート電位はダイオード54の順バイアス電圧程度
しか上昇しない。よってPchMOSFET20のドレ
イン・ゲート間の電位差が大きくなり、ゲート酸化膜が
破壊される。(D)サージの極性がVdd端子に対して
出力端子14が負となる場合;PchMOSFET20
のドレイン電圧は低くなる。一方、PchMOSFET
20のゲート電位はVdd端子の電位からダイオード5
4の降伏電圧を減じた値程度の電圧にクランプされる。
よってPchMOSFET20のドレイン・ゲート間の
電位差が大きくなり、ゲート酸化膜が破壊される。
【0011】本発明は、こような従来の問題点に着目し
てなされたもので、サージによるMOSFETのゲート
絶縁膜の破壊を防止することができる半導体保護装置を
提供することを目的とする。
てなされたもので、サージによるMOSFETのゲート
絶縁膜の破壊を防止することができる半導体保護装置を
提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第1に、ドレイン領域が被保護半導体装
置の入力端子又は出力端子の何れかに接続されたMOS
FETを有する半導体保護装置において、前記MOSF
ETが形成されている基板領域内における前記ドレイン
領域近傍部分の電位を検出する第1の手段と、該第1の
手段で検出された電位の変動を前記MOSFETのゲー
ト電極にフィードバックして当該ゲート電極と前記ドレ
イン領域間の電界を緩和する第2の手段とを有すること
を要旨とする。
に、本発明は、第1に、ドレイン領域が被保護半導体装
置の入力端子又は出力端子の何れかに接続されたMOS
FETを有する半導体保護装置において、前記MOSF
ETが形成されている基板領域内における前記ドレイン
領域近傍部分の電位を検出する第1の手段と、該第1の
手段で検出された電位の変動を前記MOSFETのゲー
ト電極にフィードバックして当該ゲート電極と前記ドレ
イン領域間の電界を緩和する第2の手段とを有すること
を要旨とする。
【0013】第2に、上記第1の構成において、前記第
1の手段は前記ドレイン領域近傍に形成され前記基板領
域と同電導型の高濃度領域であり、前記第2の手段は前
記高濃度領域と前記ゲート電極とを接続するコンデンサ
であることを要旨とする。
1の手段は前記ドレイン領域近傍に形成され前記基板領
域と同電導型の高濃度領域であり、前記第2の手段は前
記高濃度領域と前記ゲート電極とを接続するコンデンサ
であることを要旨とする。
【0014】第3に、上記第1の構成において、前記第
1の手段は前記ドレイン領域近傍に形成され前記基板領
域と同電導型の高濃度領域であり、前記第2の手段は前
記高濃度領域から前記ゲート電極に順方向に接続された
ダイオードであることを要旨とする。
1の手段は前記ドレイン領域近傍に形成され前記基板領
域と同電導型の高濃度領域であり、前記第2の手段は前
記高濃度領域から前記ゲート電極に順方向に接続された
ダイオードであることを要旨とする。
【0015】第4に、ドレイン領域が被保護半導体装置
の入力端子又は出力端子の何れかに接続された第1のM
OSFETを有する半導体保護装置において、前記第1
のMOSFETが形成されている第1の基板領域内にお
ける前記ドレイン領域近傍部分の電位を検出する第1の
手段と、該第1の手段で検出された電位の変動を前記第
1のMOSFETのゲート電極にフィードバックして当
該ゲート電極と前記ドレイン領域間の電界を緩和する第
2の手段と、前記第1の手段で検出された電位の変動を
前記第1のMOSFETのソース領域にフィードバック
して前記ゲート電極と当該ソース領域間の電界を緩和す
る第3の手段とを有することを要旨とする。
の入力端子又は出力端子の何れかに接続された第1のM
OSFETを有する半導体保護装置において、前記第1
のMOSFETが形成されている第1の基板領域内にお
ける前記ドレイン領域近傍部分の電位を検出する第1の
手段と、該第1の手段で検出された電位の変動を前記第
1のMOSFETのゲート電極にフィードバックして当
該ゲート電極と前記ドレイン領域間の電界を緩和する第
2の手段と、前記第1の手段で検出された電位の変動を
前記第1のMOSFETのソース領域にフィードバック
して前記ゲート電極と当該ソース領域間の電界を緩和す
る第3の手段とを有することを要旨とする。
【0016】第5に、上記第4の構成において、前記第
1の手段は前記ドレイン領域近傍に形成され前記第1の
基板領域と同電導型の第1の高濃度領域であり、前記第
2の手段は前記第1の高濃度領域と前記ゲート電極とを
接続する第1のコンデンサ又は前記第1の高濃度領域か
ら前記ゲート電極に順方向に接続された第1のダイオー
ドの何れかであり、前記第3の手段は前記第1の高濃度
領域と前記ソース領域とを接続する第2のコンデンサ又
は前記第1の高濃度領域から前記ソース領域に順方向に
接続された第2のダイオードの何れかであり、さらに前
記第1の基板領域の主面に該第1の基板領域と逆電導型
の低濃度領域を形成し、該低濃度領域の一端に前記ソー
ス領域を設け他端に該ソース領域と同電導型の第2の高
濃度領域を設け当該ソース領域と第2の高濃度領域との
間には前記第1の基板領域と同電導型の第3の高濃度領
域を設け、前記第2の高濃度領域と第3の高濃度領域と
を前記第1の基板領域に高電位を与える高電位端子又は
低電位を与える低電位端子の何れかに接続してなること
を要旨とする。
1の手段は前記ドレイン領域近傍に形成され前記第1の
基板領域と同電導型の第1の高濃度領域であり、前記第
2の手段は前記第1の高濃度領域と前記ゲート電極とを
接続する第1のコンデンサ又は前記第1の高濃度領域か
ら前記ゲート電極に順方向に接続された第1のダイオー
ドの何れかであり、前記第3の手段は前記第1の高濃度
領域と前記ソース領域とを接続する第2のコンデンサ又
は前記第1の高濃度領域から前記ソース領域に順方向に
接続された第2のダイオードの何れかであり、さらに前
記第1の基板領域の主面に該第1の基板領域と逆電導型
の低濃度領域を形成し、該低濃度領域の一端に前記ソー
ス領域を設け他端に該ソース領域と同電導型の第2の高
濃度領域を設け当該ソース領域と第2の高濃度領域との
間には前記第1の基板領域と同電導型の第3の高濃度領
域を設け、前記第2の高濃度領域と第3の高濃度領域と
を前記第1の基板領域に高電位を与える高電位端子又は
低電位を与える低電位端子の何れかに接続してなること
を要旨とする。
【0017】第6に、上記第4の構成において、前記第
1の手段は前記第1のMOSFETのドレイン領域近傍
に形成され前記第1の基板領域と同電導型の高濃度領域
であり、前記第2の手段は前記高濃度領域と前記第1の
MOSFETのゲート電極とを接続するコンデンサ又は
前記高濃度領域から前記第1のMOSFETのゲート電
極に順方向に接続されたダイオードの何れかであり、前
記第3の手段は前記第1の基板領域と同電導型の第2の
基板領域に前記第1のMOSFETと同極性の第2のM
OSFETを形成し、前記高濃度領域をインバータを介
して前記第2のMOSFETのゲート電極に接続し、該
第2のMOSFETのドレイン領域を前記第1のMOS
FETのソース領域に接続し、前記第2のMOSFET
のソース領域と前記第2の基板領域とを前記第1の基板
領域に高電位を与える高電位端子又は低電位を与える低
電位端子の何れかに接続して構成したものであることを
要旨とする。
1の手段は前記第1のMOSFETのドレイン領域近傍
に形成され前記第1の基板領域と同電導型の高濃度領域
であり、前記第2の手段は前記高濃度領域と前記第1の
MOSFETのゲート電極とを接続するコンデンサ又は
前記高濃度領域から前記第1のMOSFETのゲート電
極に順方向に接続されたダイオードの何れかであり、前
記第3の手段は前記第1の基板領域と同電導型の第2の
基板領域に前記第1のMOSFETと同極性の第2のM
OSFETを形成し、前記高濃度領域をインバータを介
して前記第2のMOSFETのゲート電極に接続し、該
第2のMOSFETのドレイン領域を前記第1のMOS
FETのソース領域に接続し、前記第2のMOSFET
のソース領域と前記第2の基板領域とを前記第1の基板
領域に高電位を与える高電位端子又は低電位を与える低
電位端子の何れかに接続して構成したものであることを
要旨とする。
【0018】
【作用】上記構成において、第1に、MOSFETのド
レイン領域にサージが印加されたとき、基板領域内にお
けるドレイン領域近傍部分の電位の変動がゲート電極に
フィードバックされ、ゲート・ドレイン間の電位差が小
さくなってゲート絶縁膜の破壊が防止される。
レイン領域にサージが印加されたとき、基板領域内にお
けるドレイン領域近傍部分の電位の変動がゲート電極に
フィードバックされ、ゲート・ドレイン間の電位差が小
さくなってゲート絶縁膜の破壊が防止される。
【0019】第2に、上記フィードバック用の第2の手
段は、具体的にはコンデンサとすることにより、電位変
動のフィードバック作用がよりよく達成される。またこ
れとともにフィードバック手段の半導体基板上への容易
形成性が得られる。
段は、具体的にはコンデンサとすることにより、電位変
動のフィードバック作用がよりよく達成される。またこ
れとともにフィードバック手段の半導体基板上への容易
形成性が得られる。
【0020】第3に、上記フィードバック用の第2の手
段は、具体的にはダイオードとすることにより、サージ
の極性に応じてダイオードの順方向又は降伏特性により
電位変動のフィードバック作用が行われ、その降伏電圧
をゲート絶縁膜の破壊電圧より低く設定しておくことに
より、ゲート絶縁膜の破壊が防止される。また、前記と
同様にフィードバック手段の半導体基板上への容易形成
性が得られる。
段は、具体的にはダイオードとすることにより、サージ
の極性に応じてダイオードの順方向又は降伏特性により
電位変動のフィードバック作用が行われ、その降伏電圧
をゲート絶縁膜の破壊電圧より低く設定しておくことに
より、ゲート絶縁膜の破壊が防止される。また、前記と
同様にフィードバック手段の半導体基板上への容易形成
性が得られる。
【0021】第4に、上記のドレイン領域近傍部分の電
位の変動をゲート電極にフィードバックする第2の手段
に加え、その電位の変動をソース領域にフィードバック
する第3の手段を設けることにより、ゲート・ソース間
の電位差も小さくなって一層確実にゲート絶縁膜の破壊
が防止される。
位の変動をゲート電極にフィードバックする第2の手段
に加え、その電位の変動をソース領域にフィードバック
する第3の手段を設けることにより、ゲート・ソース間
の電位差も小さくなって一層確実にゲート絶縁膜の破壊
が防止される。
【0022】第5に、上記第3の手段は、具体的には、
前記第2の手段と同様に、コンデンサ又はダイオードと
することにより、電位変動のフィードバック作用が適切
に達成される。またドレイン領域にサージが加わったと
きソース領域を通じて第1の基板領域と逆電導型の低濃
度領域の電位が変動し、この低濃度領域と第1の基板領
域間及びこの低濃度領域とは逆電導型の第3の高濃度領
域間の各接合が逆バイアス状態となり、低濃度領域内部
の中性領域が狭くなる。この結果、MOSFETのソー
ス領域、ドレイン領域等で形成される寄生バイポーラト
ランジスタのエミッタ抵抗が増大し、サージ電流が減少
して一層確実にMOSFETの破壊が防止される。
前記第2の手段と同様に、コンデンサ又はダイオードと
することにより、電位変動のフィードバック作用が適切
に達成される。またドレイン領域にサージが加わったと
きソース領域を通じて第1の基板領域と逆電導型の低濃
度領域の電位が変動し、この低濃度領域と第1の基板領
域間及びこの低濃度領域とは逆電導型の第3の高濃度領
域間の各接合が逆バイアス状態となり、低濃度領域内部
の中性領域が狭くなる。この結果、MOSFETのソー
ス領域、ドレイン領域等で形成される寄生バイポーラト
ランジスタのエミッタ抵抗が増大し、サージ電流が減少
して一層確実にMOSFETの破壊が防止される。
【0023】第6に、第1のMOSFETのドレイン領
域に、ある極性のサージが加わったとき、第2のMOS
FETはオフとなり、第1のMOSFETのソース領域
がフローティングとなる。この結果、第1のMOSFE
Tのソース領域、ドレイン領域等で形成される寄生バイ
ポーラトランジスタがオフとなりラッチアップの発生が
防止されて一層確実に第1のMOSFETの破壊が防止
される。
域に、ある極性のサージが加わったとき、第2のMOS
FETはオフとなり、第1のMOSFETのソース領域
がフローティングとなる。この結果、第1のMOSFE
Tのソース領域、ドレイン領域等で形成される寄生バイ
ポーラトランジスタがオフとなりラッチアップの発生が
防止されて一層確実に第1のMOSFETの破壊が防止
される。
【0024】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【0025】図1乃至図3は、本発明の第1実施例を示
す図である。図1は出力保護装置を構成するCMOSの
うちNchMOSFETの部分のみについて示す図であ
り、図2はこのNchMOSFETを含む実施例の等価
回路を示している。なお図2において前段の被保護半導
体装置(内部回路)であるCMOS部分は、前記図14
と同じ構成なので各素子については前記と同一符号を以
って示し、重複した説明を省略する。
す図である。図1は出力保護装置を構成するCMOSの
うちNchMOSFETの部分のみについて示す図であ
り、図2はこのNchMOSFETを含む実施例の等価
回路を示している。なお図2において前段の被保護半導
体装置(内部回路)であるCMOS部分は、前記図14
と同じ構成なので各素子については前記と同一符号を以
って示し、重複した説明を省略する。
【0026】まず、図1、図2を用いて出力保護装置の
構成を説明する。N型基板1の主面にP型ウェル100
が形成されている。P型ウェル100の主面にはP+ 型
領域101と2つのN+ 型領域102,103が形成さ
れている。またN+ 型領域103近傍のP型ウェル10
0の主面にP+ 型領域104が形成されている。2つの
N+ 型領域102と103の間のP型ウェル100の主
面上にはゲート酸化膜105を介してゲート電極106
が形成されている。一方、P+ 型領域104の主面上に
は誘電体107を介して電極108が形成されている。
構成を説明する。N型基板1の主面にP型ウェル100
が形成されている。P型ウェル100の主面にはP+ 型
領域101と2つのN+ 型領域102,103が形成さ
れている。またN+ 型領域103近傍のP型ウェル10
0の主面にP+ 型領域104が形成されている。2つの
N+ 型領域102と103の間のP型ウェル100の主
面上にはゲート酸化膜105を介してゲート電極106
が形成されている。一方、P+ 型領域104の主面上に
は誘電体107を介して電極108が形成されている。
【0027】P+ 型領域101とN+ 型領域102はV
ss端子に接続され、N+ 型領域103は出力端子14
及びPchMOSFET20のドレイン領域に接続され
ている。またゲート電極106は前段のCMOSのドレ
イン及びPchMOSFET20のゲート電極に接続さ
れ、電極108はゲート電極106に接続されている。
ss端子に接続され、N+ 型領域103は出力端子14
及びPchMOSFET20のドレイン領域に接続され
ている。またゲート電極106は前段のCMOSのドレ
イン及びPchMOSFET20のゲート電極に接続さ
れ、電極108はゲート電極106に接続されている。
【0028】N+ 型領域102をソース領域、N+ 型領
域103をドレイン領域とし、これに、ゲート酸化膜1
05上のゲート電極106によりNchMOSFET1
10が形成されている。P型ウェル100は、このNc
hMOSFET110に対し基板領域となり、またP+
型領域104により、この基板領域内におけるドレイン
領域103近傍部分の電位を検出する第1の手段が形成
されている。N+ 型領域102をエミッタ、P型ウェル
100をベース、N+ 型領域103をコレクタとするN
PN型Tr113が形成され、N+ 型領域103をカソ
ード、P型ウェル100をアノードとするダイオード1
11が形成されている。P+ 型領域104、誘電体10
7及び電極108によりコンデンサ115が形成され、
このコンデンサ115により第1の手段であるP+ 型領
域104がNchMOSFET110のゲート電極10
6に接続されている。N+ 型領域103とP+ 型領域1
01の間のP型ウェル100内部に抵抗112が形成さ
れ、N+ 型領域103とP+ 型領域104の間のP型ウ
ェル100内部に抵抗114が形成されている。
域103をドレイン領域とし、これに、ゲート酸化膜1
05上のゲート電極106によりNchMOSFET1
10が形成されている。P型ウェル100は、このNc
hMOSFET110に対し基板領域となり、またP+
型領域104により、この基板領域内におけるドレイン
領域103近傍部分の電位を検出する第1の手段が形成
されている。N+ 型領域102をエミッタ、P型ウェル
100をベース、N+ 型領域103をコレクタとするN
PN型Tr113が形成され、N+ 型領域103をカソ
ード、P型ウェル100をアノードとするダイオード1
11が形成されている。P+ 型領域104、誘電体10
7及び電極108によりコンデンサ115が形成され、
このコンデンサ115により第1の手段であるP+ 型領
域104がNchMOSFET110のゲート電極10
6に接続されている。N+ 型領域103とP+ 型領域1
01の間のP型ウェル100内部に抵抗112が形成さ
れ、N+ 型領域103とP+ 型領域104の間のP型ウ
ェル100内部に抵抗114が形成されている。
【0029】次に、上述のように構成された出力保護装
置の動作を説明する。
置の動作を説明する。
【0030】(A)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が正となる場合;ダイオード111が降伏
してNPN型Tr113がターンオンする。またダイオ
ード24が順バイアスされてダイオード57が降伏する
ことによりNPN型Tr56がターンオンする。よって
サージ電流は出力端子14からVss端子へ流れる。こ
こで本実施例によるゲート酸化膜105の保護作用を図
3を用いて説明する。図3は、図2の等価回路におい
て、NchMOSFET110のゲート・ドレイン間コ
ンデンサ120の充放電に関与する部分を示した回路図
である。121はダイオード55及びNPN型Tr53
からなるインピーダンス素子である。サージ印加により
コンデンサ120の出力端子14側の電位が上昇する。
抵抗114の値が小さいため、コンデンサ115のダイ
オード111側の電位も サージ電圧−ダイオード111の降伏電圧 …(1) にまで速かに上昇する。コンデンサ120の他端側の電
位も、コンデンサ120とコンデンサ115の並列接続
により決る値まで上昇する。以上よりコンデンサ12
0、即ちNchMOSFET110のゲート・ドレイン
間の電位差は従来例の場合より小さくなる。その後、抵
抗60とインピーダンス素子121を介してコンデンサ
115と120の充電が始まる。ここで静電サージのよ
うな短時間高電圧ストレスにおいては酸化膜内の電荷が
ある一定量に達した時に酸化膜の破壊が起きることが知
られている(例えばPhilips Journal of Research Vol.
40 No.3 1985 P.144)。よってコンデンサ115がある
ために、コンデンサ120の抵抗60側の電位低下が抑
えられる。即ち、ゲート酸化膜105での電位差が減少
するとともにコンデンサ120への電荷注入が抑制され
る。これにより、サージによるNchMOSFET11
0の破壊が起きにくくなる。
出力端子14が正となる場合;ダイオード111が降伏
してNPN型Tr113がターンオンする。またダイオ
ード24が順バイアスされてダイオード57が降伏する
ことによりNPN型Tr56がターンオンする。よって
サージ電流は出力端子14からVss端子へ流れる。こ
こで本実施例によるゲート酸化膜105の保護作用を図
3を用いて説明する。図3は、図2の等価回路におい
て、NchMOSFET110のゲート・ドレイン間コ
ンデンサ120の充放電に関与する部分を示した回路図
である。121はダイオード55及びNPN型Tr53
からなるインピーダンス素子である。サージ印加により
コンデンサ120の出力端子14側の電位が上昇する。
抵抗114の値が小さいため、コンデンサ115のダイ
オード111側の電位も サージ電圧−ダイオード111の降伏電圧 …(1) にまで速かに上昇する。コンデンサ120の他端側の電
位も、コンデンサ120とコンデンサ115の並列接続
により決る値まで上昇する。以上よりコンデンサ12
0、即ちNchMOSFET110のゲート・ドレイン
間の電位差は従来例の場合より小さくなる。その後、抵
抗60とインピーダンス素子121を介してコンデンサ
115と120の充電が始まる。ここで静電サージのよ
うな短時間高電圧ストレスにおいては酸化膜内の電荷が
ある一定量に達した時に酸化膜の破壊が起きることが知
られている(例えばPhilips Journal of Research Vol.
40 No.3 1985 P.144)。よってコンデンサ115がある
ために、コンデンサ120の抵抗60側の電位低下が抑
えられる。即ち、ゲート酸化膜105での電位差が減少
するとともにコンデンサ120への電荷注入が抑制され
る。これにより、サージによるNchMOSFET11
0の破壊が起きにくくなる。
【0031】(B)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が負となる場合;ダイオード111が順バ
イアスされるとともにダイオード54,55,57が順
バイアスされ、ダイオード24が降伏する。よってサー
ジ電流はVss端子から出力端子14へ流れる。ここで
サージ酸化膜105の保護作用を図3を用いて説明す
る。サージ印加によりコンデンサ120の出力端子14
側の電位が低下する。またダイオード111が順バイア
スされるため、コンデンサ115のダイオード111側
の電位も サージ電圧−ダイオード111の順バイアス電圧≒サー
ジ電圧 …(2) まで速かに低下する。コンデンサ120の他端側の電位
もコンデンサ120とコンデンサ115の並列接続によ
って決る値まで低下する。よってコンデンサ120での
電位差は従来例の場合より小さくなる。その後、抵抗6
0とインピーダンス素子121を介してコンデンサ11
5と120の充電が始まる。ここで(A)の場合と同様
にしてコンデンサ115があるためにコンデンサ120
の電位差増加と電荷注入が抑制される。これにより、サ
ージによるNchMOSFET110の破壊が起きにく
くなる。なお、本実施例ではNchMOSFET110
についてのみ説明したが、PchMOSFET20につ
いても同様の構造とすることにより出力端子14とVd
d端子間に印加されたサージについてPchMOSFE
T20のゲート酸化膜の保護を行うことができる。また
コンデンサ115は出力端子14に直接接続されていな
いため、サージによりコンデンサ115が破壊されるこ
とはない。コンデンサ115は、P+ 型領域104の主
面上に形成されるので本実施例による保護回路面積の増
加はP+ 型領域104の面積だけであり、被保護半導体
装置の集積度を大きく損うことはない。
出力端子14が負となる場合;ダイオード111が順バ
イアスされるとともにダイオード54,55,57が順
バイアスされ、ダイオード24が降伏する。よってサー
ジ電流はVss端子から出力端子14へ流れる。ここで
サージ酸化膜105の保護作用を図3を用いて説明す
る。サージ印加によりコンデンサ120の出力端子14
側の電位が低下する。またダイオード111が順バイア
スされるため、コンデンサ115のダイオード111側
の電位も サージ電圧−ダイオード111の順バイアス電圧≒サー
ジ電圧 …(2) まで速かに低下する。コンデンサ120の他端側の電位
もコンデンサ120とコンデンサ115の並列接続によ
って決る値まで低下する。よってコンデンサ120での
電位差は従来例の場合より小さくなる。その後、抵抗6
0とインピーダンス素子121を介してコンデンサ11
5と120の充電が始まる。ここで(A)の場合と同様
にしてコンデンサ115があるためにコンデンサ120
の電位差増加と電荷注入が抑制される。これにより、サ
ージによるNchMOSFET110の破壊が起きにく
くなる。なお、本実施例ではNchMOSFET110
についてのみ説明したが、PchMOSFET20につ
いても同様の構造とすることにより出力端子14とVd
d端子間に印加されたサージについてPchMOSFE
T20のゲート酸化膜の保護を行うことができる。また
コンデンサ115は出力端子14に直接接続されていな
いため、サージによりコンデンサ115が破壊されるこ
とはない。コンデンサ115は、P+ 型領域104の主
面上に形成されるので本実施例による保護回路面積の増
加はP+ 型領域104の面積だけであり、被保護半導体
装置の集積度を大きく損うことはない。
【0032】図4乃至図6には、本発明の第2実施例を
示す。図4は出力保護装置を構成するCMOSのうちN
chMOSFETの部分のみについて示し、図5はその
等価回路を示している。構成を説明すると、本実施例で
は、前記第1の実施例のように、誘電体及び電極を有せ
ず、フィールド酸化膜3上にP型半導体領域201を間
に挟んでP+ 型半導体領域200とN+ 型半導体領域2
02が形成されている。P+ 型半導体領域200はP+
型領域104に接続され、N+ 型半導体領域202はゲ
ート電極106に接続されている。その他の構成は前記
第1の実施例のものと同様である。本実施例では、前記
図2におけるコンデンサ115の代りにP+ 半導体領域
200、P型半導体領域201及びN+ 型半導体領域2
02からなるダイオード203が抵抗114とNchM
OSFET110のゲート電極106との間に接続され
ている。
示す。図4は出力保護装置を構成するCMOSのうちN
chMOSFETの部分のみについて示し、図5はその
等価回路を示している。構成を説明すると、本実施例で
は、前記第1の実施例のように、誘電体及び電極を有せ
ず、フィールド酸化膜3上にP型半導体領域201を間
に挟んでP+ 型半導体領域200とN+ 型半導体領域2
02が形成されている。P+ 型半導体領域200はP+
型領域104に接続され、N+ 型半導体領域202はゲ
ート電極106に接続されている。その他の構成は前記
第1の実施例のものと同様である。本実施例では、前記
図2におけるコンデンサ115の代りにP+ 半導体領域
200、P型半導体領域201及びN+ 型半導体領域2
02からなるダイオード203が抵抗114とNchM
OSFET110のゲート電極106との間に接続され
ている。
【0033】次に、上述のように構成された出力保護装
置の動作を説明する。
置の動作を説明する。
【0034】(A)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が正となる場合;サージ電流は第1実施例
(A)の場合と同様にして出力端子14からVss端子
へ流れる。ここで本実施例によるゲート酸化膜105の
保護作用を図6を用いて説明する。図6は、本実施例の
等価回路において、NchMOSFET110のゲート
・ドレイン間コンデンサ120の充放電に関与する部分
を示している。サージ印加によりコンデンサ120の出
力端子14側の電位が上昇する。抵抗114の値が小さ
いため、ダイオード203のアノード電位も サージ電圧−ダイオード111の降伏電圧 …(3) まで速かに上昇する。よってダイオード203のカソー
ド電位、即ちコンデンサ120の抵抗60側の電位は、
ダイオード203のアノード電位−ダイオード203の
順バイアス電圧 ≒ダイオード203のアノード電位 …(4) となる。このためサージ印加直後のコンデンサ120に
かかる電位差は、サージ電圧−コンデンサ120の抵抗
60側の電位 =サージ電圧−(4)式 ≒サージ電圧−(3)式 =ダイオード111の降伏電圧 …(5) 程度になり、コンデンサ120の絶縁破壊電圧よりも十
分に低い。その後、抵抗60とインピーダンス素子12
1部分を電流がVss端子へ向けて流れる。しかし、ダ
イオード203があるために、コンデンサ120の抵抗
60側の電位は依然として、(4)式の値、即ち、ダイ
オード203のアノード電位−ダイオード203の順バ
イアス電圧にクランプされる。このためコンデンサ12
0の電位差は(5)式の値、即ちダイオード111の降
伏電圧のままであり、コンデンサ120に高電圧が印加
されることはない。これにより、サージによるNchM
OSFET110の破壊が防止される。
出力端子14が正となる場合;サージ電流は第1実施例
(A)の場合と同様にして出力端子14からVss端子
へ流れる。ここで本実施例によるゲート酸化膜105の
保護作用を図6を用いて説明する。図6は、本実施例の
等価回路において、NchMOSFET110のゲート
・ドレイン間コンデンサ120の充放電に関与する部分
を示している。サージ印加によりコンデンサ120の出
力端子14側の電位が上昇する。抵抗114の値が小さ
いため、ダイオード203のアノード電位も サージ電圧−ダイオード111の降伏電圧 …(3) まで速かに上昇する。よってダイオード203のカソー
ド電位、即ちコンデンサ120の抵抗60側の電位は、
ダイオード203のアノード電位−ダイオード203の
順バイアス電圧 ≒ダイオード203のアノード電位 …(4) となる。このためサージ印加直後のコンデンサ120に
かかる電位差は、サージ電圧−コンデンサ120の抵抗
60側の電位 =サージ電圧−(4)式 ≒サージ電圧−(3)式 =ダイオード111の降伏電圧 …(5) 程度になり、コンデンサ120の絶縁破壊電圧よりも十
分に低い。その後、抵抗60とインピーダンス素子12
1部分を電流がVss端子へ向けて流れる。しかし、ダ
イオード203があるために、コンデンサ120の抵抗
60側の電位は依然として、(4)式の値、即ち、ダイ
オード203のアノード電位−ダイオード203の順バ
イアス電圧にクランプされる。このためコンデンサ12
0の電位差は(5)式の値、即ちダイオード111の降
伏電圧のままであり、コンデンサ120に高電圧が印加
されることはない。これにより、サージによるNchM
OSFET110の破壊が防止される。
【0035】(B)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が負となる場合;サージ電流は第1実施例
(B)と同様にしてVss端子から出力端子14へ流れ
る。ここで、ゲート酸化膜105の保護作用を図6を用
いて説明する。サージ印加によりコンデンサ120の出
力端子14側の電位が低下する。ダイオード111が順
バイアスされるため、ダイオード203のアノード電位
は サージ電圧−ダイオード111の順バイアス電圧≒サー
ジ電圧(<0)…(6) まで速かに低下する。ダイオード203での電位差がそ
の降伏電圧より大きくなれば、ダイオード203は降伏
するのでダイオード203のカソード電位、即ちコンデ
ンサ120の抵抗60側の電位は、(6)式を用いて、 ダイオード203のアノード電位+ダイオード203の降伏電圧 =サージ電圧+ダイオード203の降伏電圧(<0) …(7) となる。このためサージ印加直後のコンデンサ120の
電位差は、(7)式を用いて、 (サージ電圧+ダイオード203の降伏電圧)−サージ電圧 =ダイオード203の降伏電圧 …(8) 程度になる。その後サージ電流の一部分が、Vss端子
からインピーダンス素子121及び抵抗60を介してダ
イオード203へ流れる。しかし、ダイオード203の
降伏によりコンデンサ120の電位差は ダイオード203の降伏電圧 …(9) にクランプされたままである。これにより、ダイオード
203の降伏電圧をコンデンサ120の絶縁破壊電圧よ
り低くすれば、サージによるNchMOSFET110
の破壊が起きにくくなる。またダイオード203は出力
端子14に直接接続されておらず、かつダイオード20
3を流れるサージ電流の大きさは、インピーダンス素子
121及び抵抗60により制限されるので、サージによ
りダイオード203が破壊されることはない。なお、本
実施例では、NchMOSFET110についてのみ説
明したが、PchMOSFETについても同様の構造と
することにより、出力端子14とVdd端子間に印加さ
れたサージについてPchMOSFETのゲート酸化膜
を保護することができる。またダイオード111,20
3をツェナーダイオード構造にしてダイオード111,
203の降伏電圧を低くすれば、より効果的にMOSF
ETのゲート酸化膜の保護を行うことができる。
出力端子14が負となる場合;サージ電流は第1実施例
(B)と同様にしてVss端子から出力端子14へ流れ
る。ここで、ゲート酸化膜105の保護作用を図6を用
いて説明する。サージ印加によりコンデンサ120の出
力端子14側の電位が低下する。ダイオード111が順
バイアスされるため、ダイオード203のアノード電位
は サージ電圧−ダイオード111の順バイアス電圧≒サー
ジ電圧(<0)…(6) まで速かに低下する。ダイオード203での電位差がそ
の降伏電圧より大きくなれば、ダイオード203は降伏
するのでダイオード203のカソード電位、即ちコンデ
ンサ120の抵抗60側の電位は、(6)式を用いて、 ダイオード203のアノード電位+ダイオード203の降伏電圧 =サージ電圧+ダイオード203の降伏電圧(<0) …(7) となる。このためサージ印加直後のコンデンサ120の
電位差は、(7)式を用いて、 (サージ電圧+ダイオード203の降伏電圧)−サージ電圧 =ダイオード203の降伏電圧 …(8) 程度になる。その後サージ電流の一部分が、Vss端子
からインピーダンス素子121及び抵抗60を介してダ
イオード203へ流れる。しかし、ダイオード203の
降伏によりコンデンサ120の電位差は ダイオード203の降伏電圧 …(9) にクランプされたままである。これにより、ダイオード
203の降伏電圧をコンデンサ120の絶縁破壊電圧よ
り低くすれば、サージによるNchMOSFET110
の破壊が起きにくくなる。またダイオード203は出力
端子14に直接接続されておらず、かつダイオード20
3を流れるサージ電流の大きさは、インピーダンス素子
121及び抵抗60により制限されるので、サージによ
りダイオード203が破壊されることはない。なお、本
実施例では、NchMOSFET110についてのみ説
明したが、PchMOSFETについても同様の構造と
することにより、出力端子14とVdd端子間に印加さ
れたサージについてPchMOSFETのゲート酸化膜
を保護することができる。またダイオード111,20
3をツェナーダイオード構造にしてダイオード111,
203の降伏電圧を低くすれば、より効果的にMOSF
ETのゲート酸化膜の保護を行うことができる。
【0036】図7及び図8には、本発明の第3実施例を
示す。図7は出力保護装置を構成するCMOSのうちN
chMOSFETの部分のみについて示し、図8はその
等価回路を示している。構成を説明すると、本実施例で
は、前記第2実施例においてP+ 型領域104が形成さ
れた部分にN+ 型領域300が形成され、ゲート電極1
06に接続されている。P型ウェル100とN+ 型領域
300によりダイオード301が形成され、このダイオ
ード301が抵抗114とNchMOSFET110の
ゲート電極106の間に接続されることになる。サージ
が印加された場合のNchMOSFET110の保護作
用は、第2実施例の場合と同様である。本実施例では、
フィールド酸化膜3上に複数の半導体領域を形成する必
要がないため、プロセスが簡単になるという利点があ
る。ダイオード301をツェナーダイオード構造にすれ
ば、より効果的にゲート酸化膜の保護ができる。なお、
PchMOSFETについても同様の構造にすれば、出
力端子14とVdd端子間に印加されたサージに対する
保護ができる。
示す。図7は出力保護装置を構成するCMOSのうちN
chMOSFETの部分のみについて示し、図8はその
等価回路を示している。構成を説明すると、本実施例で
は、前記第2実施例においてP+ 型領域104が形成さ
れた部分にN+ 型領域300が形成され、ゲート電極1
06に接続されている。P型ウェル100とN+ 型領域
300によりダイオード301が形成され、このダイオ
ード301が抵抗114とNchMOSFET110の
ゲート電極106の間に接続されることになる。サージ
が印加された場合のNchMOSFET110の保護作
用は、第2実施例の場合と同様である。本実施例では、
フィールド酸化膜3上に複数の半導体領域を形成する必
要がないため、プロセスが簡単になるという利点があ
る。ダイオード301をツェナーダイオード構造にすれ
ば、より効果的にゲート酸化膜の保護ができる。なお、
PchMOSFETについても同様の構造にすれば、出
力端子14とVdd端子間に印加されたサージに対する
保護ができる。
【0037】図9及び図10には、本発明の第4実施例
を示す。図9は出力保護装置を構成するCMOSのうち
NchMOSFETの部分のみについて示し、図10は
その等価回路を示している。構成を説明すると、P型ウ
ェル100の主面にN型領域403が形成され、そのN
型領域403の一端にNchMOSFET110のソー
ス領域であるN+ 型領域102が形成されており、他端
にはN+ 型領域400が形成されている。そして両N+
型領域102,400の間におけるN型領域403の主
面にP+ 型領域401が形成されている。またP+ 型領
域104の主面上には誘電体107を介して第2の電極
405が形成されている。N+ 型領域400とP+ 型領
域401とはVss端子に接続され、第2の電極405
はN+ 型領域102に接続されている。なお、N+ 型領
域102はVss端子には接続されていない。第2の電
極405、誘電体107及びP+ 型領域104により形
成されたコンデンサ407が抵抗114とNchMOS
FET110のソース領域102との間に接続されてい
る。このコンデンサ407によりP型ウェル100にお
けるNchMOSFET110のドレイン領域103近
傍部分の電位の変動をそのソース領域102にフィード
バックする第3の手段が形成されている。N型領域40
3内部に形成された抵抗408がNchMOSFET1
10のソース領域102とVss端子の間に接続されて
いる。その他の構成は第1実施例と同様である。
を示す。図9は出力保護装置を構成するCMOSのうち
NchMOSFETの部分のみについて示し、図10は
その等価回路を示している。構成を説明すると、P型ウ
ェル100の主面にN型領域403が形成され、そのN
型領域403の一端にNchMOSFET110のソー
ス領域であるN+ 型領域102が形成されており、他端
にはN+ 型領域400が形成されている。そして両N+
型領域102,400の間におけるN型領域403の主
面にP+ 型領域401が形成されている。またP+ 型領
域104の主面上には誘電体107を介して第2の電極
405が形成されている。N+ 型領域400とP+ 型領
域401とはVss端子に接続され、第2の電極405
はN+ 型領域102に接続されている。なお、N+ 型領
域102はVss端子には接続されていない。第2の電
極405、誘電体107及びP+ 型領域104により形
成されたコンデンサ407が抵抗114とNchMOS
FET110のソース領域102との間に接続されてい
る。このコンデンサ407によりP型ウェル100にお
けるNchMOSFET110のドレイン領域103近
傍部分の電位の変動をそのソース領域102にフィード
バックする第3の手段が形成されている。N型領域40
3内部に形成された抵抗408がNchMOSFET1
10のソース領域102とVss端子の間に接続されて
いる。その他の構成は第1実施例と同様である。
【0038】次に、上述のように構成された出力保護装
置の動作を説明する。
置の動作を説明する。
【0039】(A)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が正となる場合;この場合、第1実施例の
作用、効果に加えて以下のような作用、効果がある。即
ち、第1に、コンデンサ407によりNchMOSFE
T110のソース電位が上昇する。このため、ゲート電
極106とドレイン領域103間、活性領域間だけでな
く、ゲート電極106とソース領域102との間の電位
差も減少するため、サージによるNchMOSFET1
10のゲート酸化膜105の破壊がますます起きにくく
なる。第2に、N+ 型領域(ソース領域)102の電位
が上昇するために、N型領域403の電位も高くなる。
このため、N型領域403とP+ 型領域401からなる
接合及びN型領域403とP型ウェル100からなる接
合が逆バイアス状態になり、N型領域403内部に空乏
層が広がる。この結果、N型領域403内部の中性領域
が狭くなり、抵抗408の値が増大する。よってNPN
Tr113のエミッタ抵抗が大きくなるのでNPNTr
113を流れるサージ電流が減少し、サージによるNc
hMOSFET110の破壊がますます起きにくくな
る。
出力端子14が正となる場合;この場合、第1実施例の
作用、効果に加えて以下のような作用、効果がある。即
ち、第1に、コンデンサ407によりNchMOSFE
T110のソース電位が上昇する。このため、ゲート電
極106とドレイン領域103間、活性領域間だけでな
く、ゲート電極106とソース領域102との間の電位
差も減少するため、サージによるNchMOSFET1
10のゲート酸化膜105の破壊がますます起きにくく
なる。第2に、N+ 型領域(ソース領域)102の電位
が上昇するために、N型領域403の電位も高くなる。
このため、N型領域403とP+ 型領域401からなる
接合及びN型領域403とP型ウェル100からなる接
合が逆バイアス状態になり、N型領域403内部に空乏
層が広がる。この結果、N型領域403内部の中性領域
が狭くなり、抵抗408の値が増大する。よってNPN
Tr113のエミッタ抵抗が大きくなるのでNPNTr
113を流れるサージ電流が減少し、サージによるNc
hMOSFET110の破壊がますます起きにくくな
る。
【0040】(B)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が負となる場合;この場合、第1実施例の
作用、効果に加えて、コンデンサ407があるために、
NchMOSFET110のソース電位が低下する。こ
のためゲート電極106とドレイン領域103間、活性
領域間だけでなく、ゲート電極106とソース領域10
2との間の電位差も減少するため、サージによるNch
MOSFET110のゲート酸化膜105の破壊はます
ます起きにくくなる。
出力端子14が負となる場合;この場合、第1実施例の
作用、効果に加えて、コンデンサ407があるために、
NchMOSFET110のソース電位が低下する。こ
のためゲート電極106とドレイン領域103間、活性
領域間だけでなく、ゲート電極106とソース領域10
2との間の電位差も減少するため、サージによるNch
MOSFET110のゲート酸化膜105の破壊はます
ます起きにくくなる。
【0041】なお、PchMOSFETについても同様
の構造にすれば、出力端子14とVdd端子間に印加さ
れたサージに対するPchMOSFETの保護ができ
る。また本実施例では抵抗114とNchMOSFET
110のソース領域102との間をコンデンサで接続し
たが、第2実施例、第3実施例のようにダイオードで接
続しても同様の保護作用が生じる。
の構造にすれば、出力端子14とVdd端子間に印加さ
れたサージに対するPchMOSFETの保護ができ
る。また本実施例では抵抗114とNchMOSFET
110のソース領域102との間をコンデンサで接続し
たが、第2実施例、第3実施例のようにダイオードで接
続しても同様の保護作用が生じる。
【0042】図11及び図12には、本発明の第5実施
例を示す。図11は出力保護装置を構成するCMOSの
うちNchMOSFETの部分のみについて示し、図1
2はその等価回路を示している。構成を説明すると、N
型基板1の主面に、第1のP型ウェル100に隣接して
第2のP型ウェル500が形成されている。第2のP型
ウェル500の主面にはP+ 型領域502と2つのN+
型領域505,506が形成されている。2つのN+ 型
領域505と506の間の第2のP型ウェル500の主
面上にはゲート酸化膜105を介してゲート電極511
が形成されている。P+ 型領域502とN+ 型領域50
5はVss端子に接続されている。N+型領域506は
N+ 型領域102に接続されている。また第1のP型ウ
ェル100におけるP+ 型領域104がインバータ(断
面構造は図示せず)513を介してゲート電極511に
接続されている。なお、N+ 型領域102はVss端子
には接続されていない。N+ 型領域505をソース領
域、N+ 型領域506をドレイン領域とし、これらとゲ
ート酸化膜105上のゲート電極511により第2のN
chMOSFET521が形成されている。またN+ 型
領域505をエミッタ、P型ウェル500をベース、N
+ 型領域506をコレクタとするNPN型Tr525
と、N+ 型領域506をカソード、P型ウェル500を
アノードとするダイオード523が形成されている。第
2のNchMOSFET521のドレインは第1のNc
hMOSFET110のソースに接続されている。その
他の構成は第1実施例の場合と同様である。
例を示す。図11は出力保護装置を構成するCMOSの
うちNchMOSFETの部分のみについて示し、図1
2はその等価回路を示している。構成を説明すると、N
型基板1の主面に、第1のP型ウェル100に隣接して
第2のP型ウェル500が形成されている。第2のP型
ウェル500の主面にはP+ 型領域502と2つのN+
型領域505,506が形成されている。2つのN+ 型
領域505と506の間の第2のP型ウェル500の主
面上にはゲート酸化膜105を介してゲート電極511
が形成されている。P+ 型領域502とN+ 型領域50
5はVss端子に接続されている。N+型領域506は
N+ 型領域102に接続されている。また第1のP型ウ
ェル100におけるP+ 型領域104がインバータ(断
面構造は図示せず)513を介してゲート電極511に
接続されている。なお、N+ 型領域102はVss端子
には接続されていない。N+ 型領域505をソース領
域、N+ 型領域506をドレイン領域とし、これらとゲ
ート酸化膜105上のゲート電極511により第2のN
chMOSFET521が形成されている。またN+ 型
領域505をエミッタ、P型ウェル500をベース、N
+ 型領域506をコレクタとするNPN型Tr525
と、N+ 型領域506をカソード、P型ウェル500を
アノードとするダイオード523が形成されている。第
2のNchMOSFET521のドレインは第1のNc
hMOSFET110のソースに接続されている。その
他の構成は第1実施例の場合と同様である。
【0043】次に、サージが印加された場合のゲート酸
化膜の保護作用を説明する。
化膜の保護作用を説明する。
【0044】(A)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が正となる場合;第1実施例の作用、効果
に加えて以下のような作用、効果がある。第1に、第2
のNchMOSFET521はオフであるので、N+ 型
領域102と506の電位は固定されない。コンデンサ
115によって第1のNchMOSFET110のゲー
ト電極106の電位が上昇すると、N+ 型領域102の
電位も上る。このため、ゲート電極106とドレイン領
域103間、活性領域間だけでなく、ソース領域102
との間の電位差も減少する。第2に、N+ 型領域102
の電位が上昇し、N+ 型領域102と第1のP型ウェル
100からなる接合が逆バイアスとなるため、NPN型
Tr113がターンオンしない。このためNPN型Tr
113への電流集中が起きない。これにより、サージに
よる第1のNchMOSFET110のゲート酸化膜1
05の破壊がますます起きにくくなる。
出力端子14が正となる場合;第1実施例の作用、効果
に加えて以下のような作用、効果がある。第1に、第2
のNchMOSFET521はオフであるので、N+ 型
領域102と506の電位は固定されない。コンデンサ
115によって第1のNchMOSFET110のゲー
ト電極106の電位が上昇すると、N+ 型領域102の
電位も上る。このため、ゲート電極106とドレイン領
域103間、活性領域間だけでなく、ソース領域102
との間の電位差も減少する。第2に、N+ 型領域102
の電位が上昇し、N+ 型領域102と第1のP型ウェル
100からなる接合が逆バイアスとなるため、NPN型
Tr113がターンオンしない。このためNPN型Tr
113への電流集中が起きない。これにより、サージに
よる第1のNchMOSFET110のゲート酸化膜1
05の破壊がますます起きにくくなる。
【0045】(B)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が負となる場合;この場合は、第1実施例
と同様の作用、効果がある。
出力端子14が負となる場合;この場合は、第1実施例
と同様の作用、効果がある。
【0046】ここで、本実施例では、通常の回路動作に
おいては、第1のP型ウェル100の電位がVss電位
であるため、インバータ513の出力がVdd電位にな
って第2のNchMOSFET521がオンする。よっ
て回路動作を損うことがない。さらに本実施例では通常
の回路動作時において出力端子14に正の過電圧サージ
が印加された際に、次に述べるような保護作用がある。
即ち、ダイオード111のブレークダウンによって生じ
た正孔が抵抗112を流れることによって第1のP型ウ
ェル100の電位が上昇する。これによりインバータ5
13の出力がVss電位に転じ、第2のNchMOSF
ET521がオフとなる。N+ 型領域102がフローテ
ィングとなる結果、第1のP型ウェル100内部のNP
NラテラルTr113及びNPNバーティカルTr(図
示せず)のターンオン、いわゆるスナップバック現象が
起きない。またスナップバックが引き金となってラッチ
アップが起きることもない。この保護作用は、コンデン
サ115が無くても生じる。なお、第2実施例或いは第
3実施例と同様にコンデンサ115の代りにダイオード
を用いてP+ 型領域104と第1のNchMOSFET
110のゲート電極106とを接続しても、上記と同様
の保護作用が生じる。また、PchMOSFETについ
ても同様の構造とすれば、出力端子14とVdd端子間
に印加されたサージに対しても同様の保護作用が生じ
る。
おいては、第1のP型ウェル100の電位がVss電位
であるため、インバータ513の出力がVdd電位にな
って第2のNchMOSFET521がオンする。よっ
て回路動作を損うことがない。さらに本実施例では通常
の回路動作時において出力端子14に正の過電圧サージ
が印加された際に、次に述べるような保護作用がある。
即ち、ダイオード111のブレークダウンによって生じ
た正孔が抵抗112を流れることによって第1のP型ウ
ェル100の電位が上昇する。これによりインバータ5
13の出力がVss電位に転じ、第2のNchMOSF
ET521がオフとなる。N+ 型領域102がフローテ
ィングとなる結果、第1のP型ウェル100内部のNP
NラテラルTr113及びNPNバーティカルTr(図
示せず)のターンオン、いわゆるスナップバック現象が
起きない。またスナップバックが引き金となってラッチ
アップが起きることもない。この保護作用は、コンデン
サ115が無くても生じる。なお、第2実施例或いは第
3実施例と同様にコンデンサ115の代りにダイオード
を用いてP+ 型領域104と第1のNchMOSFET
110のゲート電極106とを接続しても、上記と同様
の保護作用が生じる。また、PchMOSFETについ
ても同様の構造とすれば、出力端子14とVdd端子間
に印加されたサージに対しても同様の保護作用が生じ
る。
【0047】なお、第1〜第5実施例は出力保護装置に
ついて説明したが、MOSFETのゲートを抵抗を介し
てソースに接続し、ドレインを入力端子に接続すれば入
力保護装置として用いることができる。さらにP型半導
体基板を用いる場合は、各実施例において、Vdd端子
とVss端子とを入れ替え、拡散層のN型とP型を入れ
替えれば、サージに対し同様の保護作用がある。
ついて説明したが、MOSFETのゲートを抵抗を介し
てソースに接続し、ドレインを入力端子に接続すれば入
力保護装置として用いることができる。さらにP型半導
体基板を用いる場合は、各実施例において、Vdd端子
とVss端子とを入れ替え、拡散層のN型とP型を入れ
替えれば、サージに対し同様の保護作用がある。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第1に、ドレイン領域が被保護半導体装置の入力端子又
は出力端子の何れかに接続されたMOSFETを有する
半導体保護装置において、前記MOSFETが形成され
ている基板領域内における前記ドレイン領域近傍部分の
電位を検出する第1の手段と、該第1の手段で検出され
た電位の変動を前記MOSFETのゲート電極にフィー
ドバックして当該ゲート電極と前記ドレイン領域間の電
界を緩和する第2の手段とを具備させたため、MOSF
ETのドレイン領域にサージが加わったとき、基板領域
内におけるドレイン領域近傍部分の電位の変動がゲート
電極にフィードバックされ、ゲート・ドレイン間の電位
差が小さくなってMOSFETのゲート絶縁膜の破壊を
防止することができる。
第1に、ドレイン領域が被保護半導体装置の入力端子又
は出力端子の何れかに接続されたMOSFETを有する
半導体保護装置において、前記MOSFETが形成され
ている基板領域内における前記ドレイン領域近傍部分の
電位を検出する第1の手段と、該第1の手段で検出され
た電位の変動を前記MOSFETのゲート電極にフィー
ドバックして当該ゲート電極と前記ドレイン領域間の電
界を緩和する第2の手段とを具備させたため、MOSF
ETのドレイン領域にサージが加わったとき、基板領域
内におけるドレイン領域近傍部分の電位の変動がゲート
電極にフィードバックされ、ゲート・ドレイン間の電位
差が小さくなってMOSFETのゲート絶縁膜の破壊を
防止することができる。
【0049】第2に、前記第1の手段は前記ドレイン領
域近傍に形成され前記基板領域と同電導型の高濃度領域
であり、前記第2の手段は前記高濃度領域と前記ゲート
電極とを接続するコンデンサとしたため、ドレイン領域
近傍部分の電位変動のフィードバック作用をよりよく達
成することができ、これとともにフィードバック手段の
半導体基板上への容易形成性を得ることができる。
域近傍に形成され前記基板領域と同電導型の高濃度領域
であり、前記第2の手段は前記高濃度領域と前記ゲート
電極とを接続するコンデンサとしたため、ドレイン領域
近傍部分の電位変動のフィードバック作用をよりよく達
成することができ、これとともにフィードバック手段の
半導体基板上への容易形成性を得ることができる。
【0050】第3に、前記第1の手段は前記ドレイン領
域近傍に形成され前記基板領域と同電導型の高濃度領域
であり、前記第2の手段は前記高濃度領域から前記ゲー
ト電極に順方向に接続されたダイオードとしたため、サ
ージの極性に応じてダイオードの順方向又は降伏特性に
より電位変動のフィードバック作用が行われ、その降伏
電圧をゲート絶縁膜の破壊電圧より低く設定しておくこ
とにより、MOSFETのゲート絶縁膜の破壊を防止す
ることができる。また前記と同様にフィードバック手段
の半導体基板上への容易形成性を得ることができる。
域近傍に形成され前記基板領域と同電導型の高濃度領域
であり、前記第2の手段は前記高濃度領域から前記ゲー
ト電極に順方向に接続されたダイオードとしたため、サ
ージの極性に応じてダイオードの順方向又は降伏特性に
より電位変動のフィードバック作用が行われ、その降伏
電圧をゲート絶縁膜の破壊電圧より低く設定しておくこ
とにより、MOSFETのゲート絶縁膜の破壊を防止す
ることができる。また前記と同様にフィードバック手段
の半導体基板上への容易形成性を得ることができる。
【0051】第4に、ドレイン領域が被保護半導体装置
の入力端子又は出力端子の何れかに接続された第1のM
OSFETを有する半導体保護装置において、前記第1
のMOSFETが形成されている第1の基板領域内にお
ける前記ドレイン領域近傍部分の電位を検出する第1の
手段と、該第1の手段で検出された電位の変動を前記第
1のMOSFETのゲート電極にフィードバックして当
該ゲート電極と前記ドレイン領域間の電界を緩和する第
2の手段と、前記第1の手段で検出された電位の変動を
前記第1のMOSFETのソース領域にフィードバック
して前記ゲート電極と当該ソース領域間の電界を緩和す
る第3の手段とを具備させたため、MOSFETのドレ
イン領域にサージが加わったとき、ゲート・ドレイン間
の電位差が小さくなるとともに、ゲート・ソース間の電
位差も小さくなってMOSFETのゲート絶縁膜の破壊
を一層確実に防止することができる。
の入力端子又は出力端子の何れかに接続された第1のM
OSFETを有する半導体保護装置において、前記第1
のMOSFETが形成されている第1の基板領域内にお
ける前記ドレイン領域近傍部分の電位を検出する第1の
手段と、該第1の手段で検出された電位の変動を前記第
1のMOSFETのゲート電極にフィードバックして当
該ゲート電極と前記ドレイン領域間の電界を緩和する第
2の手段と、前記第1の手段で検出された電位の変動を
前記第1のMOSFETのソース領域にフィードバック
して前記ゲート電極と当該ソース領域間の電界を緩和す
る第3の手段とを具備させたため、MOSFETのドレ
イン領域にサージが加わったとき、ゲート・ドレイン間
の電位差が小さくなるとともに、ゲート・ソース間の電
位差も小さくなってMOSFETのゲート絶縁膜の破壊
を一層確実に防止することができる。
【0052】第5に、前記第1の手段は前記ドレイン領
域近傍に形成され前記第1の基板領域と同電導型の第1
の高濃度領域であり、前記第2の手段は前記第1の高濃
度領域と前記ゲート電極とを接続する第1のコンデンサ
又は前記第1の高濃度領域から前記ゲート電極に順方向
に接続された第1のダイオードの何れかであり、前記第
3の手段は前記第1の高濃度領域と前記ソース領域とを
接続する第2のコンデンサ又は前記第1の高濃度領域か
ら前記ソース領域に順方向に接続された第2のダイオー
ドの何れかであり、さらに前記第1の基板領域の主面に
該第1の基板領域と逆電導型の低濃度領域を形成し、該
低濃度領域の一端に前記ソース領域を設け他端に該ソー
ス領域と同電導型の第2の高濃度領域を設け当該ソース
領域と第2の高濃度領域との間には前記第1の基板領域
と同電導型の第3の高濃度領域を設け、前記第2の高濃
度領域と第3の高濃度領域とを前記第1の基板領域に高
電位を与える高電位端子又は低電位を与える低電位端子
の何れかに接続するようにしたため、第1の基板領域に
おけるドレイン領域近傍部分の電位変動をソース領域に
適切にフィードバックすることができる。またドレイン
領域にサージが加わったときソース領域を通じて第1の
基板領域と逆電導型の低濃度領域の電位が変動し、この
低濃度領域と第1の基板領域間及びこの低濃度領域とは
逆電導型の第3の高濃度領域間の各接合が逆バイアス状
態となり、低濃度領域内部の中性領域が狭くなる。これ
により、MOSFETのソース領域、ドレイン領域等で
形成される寄生バイポーラトランジスタのエミッタ抵抗
が増大し、サージ電流が減少して一層確実にMOSFE
Tの破壊を防止することができる。
域近傍に形成され前記第1の基板領域と同電導型の第1
の高濃度領域であり、前記第2の手段は前記第1の高濃
度領域と前記ゲート電極とを接続する第1のコンデンサ
又は前記第1の高濃度領域から前記ゲート電極に順方向
に接続された第1のダイオードの何れかであり、前記第
3の手段は前記第1の高濃度領域と前記ソース領域とを
接続する第2のコンデンサ又は前記第1の高濃度領域か
ら前記ソース領域に順方向に接続された第2のダイオー
ドの何れかであり、さらに前記第1の基板領域の主面に
該第1の基板領域と逆電導型の低濃度領域を形成し、該
低濃度領域の一端に前記ソース領域を設け他端に該ソー
ス領域と同電導型の第2の高濃度領域を設け当該ソース
領域と第2の高濃度領域との間には前記第1の基板領域
と同電導型の第3の高濃度領域を設け、前記第2の高濃
度領域と第3の高濃度領域とを前記第1の基板領域に高
電位を与える高電位端子又は低電位を与える低電位端子
の何れかに接続するようにしたため、第1の基板領域に
おけるドレイン領域近傍部分の電位変動をソース領域に
適切にフィードバックすることができる。またドレイン
領域にサージが加わったときソース領域を通じて第1の
基板領域と逆電導型の低濃度領域の電位が変動し、この
低濃度領域と第1の基板領域間及びこの低濃度領域とは
逆電導型の第3の高濃度領域間の各接合が逆バイアス状
態となり、低濃度領域内部の中性領域が狭くなる。これ
により、MOSFETのソース領域、ドレイン領域等で
形成される寄生バイポーラトランジスタのエミッタ抵抗
が増大し、サージ電流が減少して一層確実にMOSFE
Tの破壊を防止することができる。
【0053】第6に、前記第1の手段は前記第1のMO
SFETのドレイン領域近傍に形成され前記第1の基板
領域と同電導型の高濃度領域であり、前記第2の手段は
前記高濃度領域と前記第1のMOSFETのゲート電極
とを接続するコンデンサ又は前記高濃度領域から前記第
1のMOSFETのゲート電極に順方向に接続されたダ
イオードの何れかであり、前記第3の手段は前記第1の
基板領域と同電導型の第2の基板領域に前記第1のMO
SFETと同極性の第2のMOSFETを形成し、前記
高濃度領域をインバータを介して前記第2のMOSFE
Tのゲート電極に接続し、該第2のMOSFETのドレ
イン領域を前記第1のMOSFETのソース領域に接続
し、前記第2のMOSFETのソース領域と前記第2の
基板領域とを前記第1の基板領域に高電位を与える高電
位端子又は低電位を与える低電位端子の何れかに接続し
て構成したため、第1のMOSFETのドレイン領域
に、ある極性のサージが加わったとき、第2のMOSF
ETはオフとなり、第1のMOSFETのソース領域が
フローティングとなる。この結果、第1のMOSFET
のソース領域、ドレイン領域等で形成される寄生バイポ
ーラトランジスタがオフとなりラッチアップの発生が防
止されて一層確実に第1のMOSFETの破壊を防止す
ることができる。
SFETのドレイン領域近傍に形成され前記第1の基板
領域と同電導型の高濃度領域であり、前記第2の手段は
前記高濃度領域と前記第1のMOSFETのゲート電極
とを接続するコンデンサ又は前記高濃度領域から前記第
1のMOSFETのゲート電極に順方向に接続されたダ
イオードの何れかであり、前記第3の手段は前記第1の
基板領域と同電導型の第2の基板領域に前記第1のMO
SFETと同極性の第2のMOSFETを形成し、前記
高濃度領域をインバータを介して前記第2のMOSFE
Tのゲート電極に接続し、該第2のMOSFETのドレ
イン領域を前記第1のMOSFETのソース領域に接続
し、前記第2のMOSFETのソース領域と前記第2の
基板領域とを前記第1の基板領域に高電位を与える高電
位端子又は低電位を与える低電位端子の何れかに接続し
て構成したため、第1のMOSFETのドレイン領域
に、ある極性のサージが加わったとき、第2のMOSF
ETはオフとなり、第1のMOSFETのソース領域が
フローティングとなる。この結果、第1のMOSFET
のソース領域、ドレイン領域等で形成される寄生バイポ
ーラトランジスタがオフとなりラッチアップの発生が防
止されて一層確実に第1のMOSFETの破壊を防止す
ることができる。
【図1】本発明に係る半導体保護装置の第1実施例を示
す縦断面図である。
す縦断面図である。
【図2】上記第1実施例の等価回路を示す回路図であ
る。
る。
【図3】第2の等価回路においてNchMOSFETの
ゲート・ドレイン間コンデンサの充放電に関与する部分
を示す回路図である。
ゲート・ドレイン間コンデンサの充放電に関与する部分
を示す回路図である。
【図4】本発明の第2実施例を示す縦断面図である。
【図5】図4の等価回路を示す回路図である。
【図6】上記第2実施例においてNchMOSFETの
ゲート・ドレイン間コンデンサの充放電に関与する部分
を示す回路図である。
ゲート・ドレイン間コンデンサの充放電に関与する部分
を示す回路図である。
【図7】本発明の第3実施例を示す縦断面図である。
【図8】図7の等価回路を示す回路図である。
【図9】本発明の第4実施例を示す縦断面図である。
【図10】図9の等価回路を示す回路図である。
【図11】本発明の第5実施例を示す縦断面図である。
【図12】図11の等価回路を示す回路図である。
【図13】従来の半導体保護装置の縦断面図である。
【図14】図13の等価回路を示す回路図である。
14 出力端子 20 PchMOSFET 50,51 被保護半導体装置を構成するPch,Nc
hのMOSFET 100 第1の基板領域となるP型ウェル 102,505 ソース領域となるN+ 型領域 103,506 ドレイン領域となるN+ 型領域 104 P+ 型領域(第1の手段) 105 ゲート酸化膜(ゲート絶縁膜) 106,511 ゲート電極 110 NchMOSFET 115 コンデンサ(第2の手段) 203 ダイオード(第2の手段) 400 N+ 型領域(ソース領域と同電導型の第2の高
濃度領域) 401 P+ 型領域(第1の基板領域と同電導型の第3
の高濃度領域) 403 N型領域(第1の基板領域と逆電導型の低濃度
領域) 407 第2のコンデンサ(第3の手段) 500 第2の基板領域となるP型ウェル 513 インバータ 521 第2のNchMOSFET
hのMOSFET 100 第1の基板領域となるP型ウェル 102,505 ソース領域となるN+ 型領域 103,506 ドレイン領域となるN+ 型領域 104 P+ 型領域(第1の手段) 105 ゲート酸化膜(ゲート絶縁膜) 106,511 ゲート電極 110 NchMOSFET 115 コンデンサ(第2の手段) 203 ダイオード(第2の手段) 400 N+ 型領域(ソース領域と同電導型の第2の高
濃度領域) 401 P+ 型領域(第1の基板領域と同電導型の第3
の高濃度領域) 403 N型領域(第1の基板領域と逆電導型の低濃度
領域) 407 第2のコンデンサ(第3の手段) 500 第2の基板領域となるP型ウェル 513 インバータ 521 第2のNchMOSFET
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/088 8934−4M H01L 27/08 102 F
Claims (6)
- 【請求項1】 ドレイン領域が被保護半導体装置の入力
端子又は出力端子の何れかに接続されたMOSFETを
有する半導体保護装置において、前記MOSFETが形
成されている基板領域内における前記ドレイン領域近傍
部分の電位を検出する第1の手段と、該第1の手段で検
出された電位の変動を前記MOSFETのゲート電極に
フィードバックして当該ゲート電極と前記ドレイン領域
間の電界を緩和する第2の手段とを有することを特徴と
する半導体保護装置。 - 【請求項2】 前記第1の手段は前記ドレイン領域近傍
に形成され前記基板領域と同電導型の高濃度領域であ
り、前記第2の手段は前記高濃度領域と前記ゲート電極
とを接続するコンデンサであることを特徴とする請求項
1記載の半導体保護装置。 - 【請求項3】 前記第1の手段は前記ドレイン領域近傍
に形成され前記基板領域と同電導型の高濃度領域であ
り、前記第2の手段は前記高濃度領域から前記ゲート電
極に順方向に接続されたダイオードであることを特徴と
する請求項1記載の半導体保護装置。 - 【請求項4】 ドレイン領域が被保護半導体装置の入力
端子又は出力端子の何れかに接続された第1のMOSF
ETを有する半導体保護装置において、前記第1のMO
SFETが形成されている第1の基板領域内における前
記ドレイン領域近傍部分の電位を検出する第1の手段
と、該第1の手段で検出された電位の変動を前記第1の
MOSFETのゲート電極にフィードバックして当該ゲ
ート電極と前記ドレイン領域間の電界を緩和する第2の
手段と、前記第1の手段で検出された電位の変動を前記
第1のMOSFETのソース領域にフィードバックして
前記ゲート電極と当該ソース領域間の電界を緩和する第
3の手段とを有することを特徴とする半導体保護装置。 - 【請求項5】 前記第1の手段は前記ドレイン領域近傍
に形成され前記第1の基板領域と同電導型の第1の高濃
度領域であり、前記第2の手段は前記第1の高濃度領域
と前記ゲート電極とを接続する第1のコンデンサ又は前
記第1の高濃度領域から前記ゲート電極に順方向に接続
された第1のダイオードの何れかであり、前記第3の手
段は前記第1の高濃度領域と前記ソース領域とを接続す
る第2のコンデンサ又は前記第1の高濃度領域から前記
ソース領域に順方向に接続された第2のダイオードの何
れかであり、さらに前記第1の基板領域の主面に該第1
の基板領域と逆電導型の低濃度領域を形成し、該低濃度
領域の一端に前記ソース領域を設け他端に該ソース領域
と同電導型の第2の高濃度領域を設け当該ソース領域と
第2の高濃度領域との間には前記第1の基板領域と同電
導型の第3の高濃度領域を設け、前記第2の高濃度領域
と第3の高濃度領域とを前記第1の基板領域に高電位を
与える高電位端子又は低電位を与える低電位端子の何れ
かに接続してなることを特徴とする請求項4記載の半導
体保護装置。 - 【請求項6】 前記第1の手段は前記第1のMOSFE
Tのドレイン領域近傍に形成され前記第1の基板領域と
同電導型の高濃度領域であり、前記第2の手段は前記高
濃度領域と前記第1のMOSFETのゲート電極とを接
続するコンデンサ又は前記高濃度領域から前記第1のM
OSFETのゲート電極に順方向に接続されたダイオー
ドの何れかであり、前記第3の手段は前記第1の基板領
域と同電導型の第2の基板領域に前記第1のMOSFE
Tと同極性の第2のMOSFETを形成し、前記高濃度
領域をインバータを介して前記第2のMOSFETのゲ
ート電極に接続し、該第2のMOSFETのドレイン領
域を前記第1のMOSFETのソース領域に接続し、前
記第2のMOSFETのソース領域と前記第2の基板領
域とを前記第1の基板領域に高電位を与える高電位端子
又は低電位を与える低電位端子の何れかに接続して構成
したものであることを特徴とする請求項4記載の半導体
保護装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5210240A JPH0766405A (ja) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | 半導体保護装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5210240A JPH0766405A (ja) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | 半導体保護装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0766405A true JPH0766405A (ja) | 1995-03-10 |
Family
ID=16586108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5210240A Pending JPH0766405A (ja) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | 半導体保護装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0766405A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007214526A (ja) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Analog & Power Electronics Corp | 静電防護装置 |
| JP2008235592A (ja) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Denso Corp | 半導体装置 |
| US9111750B2 (en) | 2013-06-28 | 2015-08-18 | General Electric Company | Over-voltage protection of gallium nitride semiconductor devices |
| US9997507B2 (en) | 2013-07-25 | 2018-06-12 | General Electric Company | Semiconductor assembly and method of manufacture |
-
1993
- 1993-08-25 JP JP5210240A patent/JPH0766405A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007214526A (ja) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Analog & Power Electronics Corp | 静電防護装置 |
| JP2008235592A (ja) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Denso Corp | 半導体装置 |
| US9111750B2 (en) | 2013-06-28 | 2015-08-18 | General Electric Company | Over-voltage protection of gallium nitride semiconductor devices |
| US9997507B2 (en) | 2013-07-25 | 2018-06-12 | General Electric Company | Semiconductor assembly and method of manufacture |
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