JPS6034824B2 - Mos電界効果形半導体装置 - Google Patents

Mos電界効果形半導体装置

Info

Publication number
JPS6034824B2
JPS6034824B2 JP54054620A JP5462079A JPS6034824B2 JP S6034824 B2 JPS6034824 B2 JP S6034824B2 JP 54054620 A JP54054620 A JP 54054620A JP 5462079 A JP5462079 A JP 5462079A JP S6034824 B2 JPS6034824 B2 JP S6034824B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
field effect
voltage
mos field
gate
base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP54054620A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS55146975A (en
Inventor
輝昭 原田
武生 小松
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP54054620A priority Critical patent/JPS6034824B2/ja
Publication of JPS55146975A publication Critical patent/JPS55146975A/ja
Publication of JPS6034824B2 publication Critical patent/JPS6034824B2/ja
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D89/00Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
    • H10D89/60Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD]
    • H10D89/601Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はMOS電界効果形トランジスタを主要能動素子
とするMOS・ICに係り、特に異常電圧によるゲート
酸化膜の破壊を防止する回路に関する。
第1図は従釆のMOS電界効果形トランジスタの入力保
護回路の一例である。
同図において、1は破壊防止用のダイオード、2はそれ
によって破壊防止されるMOS電界効果形トランジスタ
である。すなわち、MOS電界効果形トランジスタのゲ
ートは、その構造上、例えば、アルミニウムからなるゲ
ート金属Mと基板Bとをその両電極とし、かつその中間
に絶縁物、つまりシリコン酸化膜○をもつ平行コンデン
サであるとみなされるので、許容し得る印加電圧の大き
さには自ずから限度がある。
そこで、入力端子Tとアース端子Eとの間に前記ダイオ
ードDを介挿しておくことによって、MOS電界効果形
トランジスタの入力ゲートGに過大な電圧が印加される
のを阻止し、ゲートの破壊を防止しようとしているので
ある。しかして、前記ダイオードDが、MOS電界効果
形トランジスタのゲート破壊防止のために有効に働くに
は、ダイオードのブレークダウン電圧VBが、MOS電
界効果形トランジスタのゲート破壊耐圧VMより低くな
らなければならないが、この条件を満足させることは、
次に述べるように、実際問題としてきわめて困難である
すなわち、ダイオードのブレークダウン電圧VBは、基
板Sの濃度の関数であるが、基板の濃度はMOS・IC
の諸特性に直接関係してくるため、使用できる基板の濃
度にはある範囲があり、その結果として、ダイオードの
ブレークダウン電圧は80V以下には容易になし得ない
事情にある。
一方MOS電界効果形トランジスタのゲート破壊耐圧V
Mは、ゲート酸化膜の厚さや、酸化膜中のピンホールの
有無によって変わるが、ゲート酸化膜厚1000△程度
の場合、5の翼度にまで下がることがあり、前記条件V
B<VMを満足しない場合がでてくる。ところで、実際
にMOS電界効果形トランジスタのゲ−ト酸化膜が破壊
されるのは、人体等に帯電した静電気によることが多く
、その場合の入力信号の等価回路は第2図のようになる
同図において、3は高電圧発生装置、4は人体の静電容
量(通常100〜200pF)、5は人体の内部抵抗及
び接触抵抗(通常5000程度)、6はMIS・IC、
7はリレーである。最初、リレー7が高電圧発生装置3
側に接触すると、高電圧が静電容量4の両端にたくわえ
られる。次に、リレー7がMOS・IC6側に切換わる
と、静電容量4にたくわえられていた電荷が、抵抗5を
通してMOS・IC6の入力端子Tに放電される。この
場合、MOS・ICの入力端子Tに加わる電圧波形は、
リレーが切換わった瞬間は高電圧であるが、電荷が放電
されるに従って急速に減衰するものである。
換言すれば、MOS・ICの入力保護回路としては、直
流的な高電圧からゲ−ト酸化膜を保護することよりも、
むしろ、瞬間的な高電圧によく応答し、ある一定の電荷
量をアース端子Eに放電させて、MOS電界効果形トラ
ンジスタのゲートに、ゲート破壊耐圧VM以上の高電圧
がか)らないようにすることが重要である。本発明は、
上記のような問題を解決するためになされたもので、そ
の目的とするところは、人体に帯電した静電気等による
瞬間的な高電圧の発生からMOS電界効果形トランジス
タのゲートを保護し、ゲート破壊耐圧が小さい場合でも
確実にゲートを保護し得る破壊防止回路を提供すること
である。
以下、本発明の詳細を図示の実施例に従って説明する。
第3図は、本発明の−実施例を示す回路図である。図中
、8はNPN形トランジスタ、9,10はそれぞれ抵抗
R,,R2,10はコンデンサC,2は破壊防止される
MOS電界効果形トランジスタである。入力端子Tとア
ース端子Eの間に抵抗R,,R2とコンデンサCの直列
回路ができており、抵抗R,とR2の後続点がNPN形
トランジスタのベースに接続されている。
従って、瞬間的な入力電圧に対してNPN形トランジス
タのベース.ェミツタ間電圧はR,とR2の分割比で決
まる。今、MOS電界効果形トランジスタ2の入力電圧
規格の最大値をVIMAxとし、NPN形トランジスタ
8のベース・ェミツタ間のオン電圧をVB8とするなら
ばV肌;母2≦V班 〔1〕 となるように抵抗R,とR2をつくる。
次に、第3図の破壊防止回路の動作について説明する。
入力端子Tに、第2図の等価回路で示される装置より負
極性の高電圧が印加されると、NPN形トランジスタ8
のベース・ェミッタ接合には順方向電圧がか)り、ベー
ス・コレクタ接合には逆方向電圧がか)る。逆方向電圧
がか)つたPN接合はブレークダウンしていない場合、
等価的にコンデンサとみなされるが、その容量は第3図
11の,コンデンサの容量を十分大きくとることにより
、無視できる程度のものとする。抵抗R,とR2を式〔
1〕のように設定するNPN形トランジスタ8は入力端
子Tから印放された電圧が入力電圧規格の最大値V,M
Ax以下ではベース・ェミッタ接合が順バイアスこれな
いので動作せず、入力端子Tからの印加電圧がそのま)
八40S電界効果形トランジスタ2のゲート入力となる
が、入力端子Tからの印カロ電圧が入力電圧規格の最大
値V,M^xを越え、かつ式〔1〕を満たさなくなると
、ベース・ヱミッタ接合が順バイアスされ動作する。
その場合のベース電圧は前記抵抗R,,R2の和(R,
十R2)とコンデンサCの時定数(7:C(R,十R2
))に従って変化し、ベース・ヱミッタ接合が順バイア
スされている期間だけNPN形トランジスタ8は導通し
、入力端子Tに印加された負電荷をアース端子Eに放電
する。そして、時間がたてだベース・ェミッタ接合は順
バイアスされなくなり、NPN形トランジスタ8は非導
通となる。前にも述べたように、人体の静電容量は10
0〜200pFと小さく、これにたくわえられている電
荷量も小さいから、NPN形トランジスタ8の導適期間
が短かくても、瞬間的な高電圧の発生を防止し、MOS
電界効果形トランジスタのゲートを保護することができ
る。注意すべきことは、以上述べた動作がター−ィオー
ドのブレークダウン電圧VBより低い電圧がおこってい
ることである。
つまり第3図のゲート破壊防止回路では、入力端子Tに
印加される電圧が上昇して、ダイオードがブレークダウ
ンする以前にNPN形トランジスタ8が導通して高電圧
の発生を防ぐので、たとえゲート破壊耐圧VMが50V
程度にまで低下しても、確実にゲートを保護することが
できる。しかも抵抗9,10(R,,R2)の比を式〔
1〕で決めることにより、入力端子から印加される電圧
がMOS−ICの入力電圧規格の最大値以下ではゲート
保護回路が働かず、MOS−ICの入力電圧規格の最大
値を越え、かつ式〔1〕を満たさなくなると、ゲート保
護回路が働くようにすることができる。第4図は、第3
図の回路の一実施例を示す縦断面図である。
図中、12はN形導電性を有するシリコ‐ン基板で、M
OS電界効果形トランジスタ2の基板Sとなり、またN
PN形トランジスタ8のコレクタとなる。そして、この
N形基板12の上に、例えばボロン等のP形不純物を拡
散して、NPN形トランジスタ8のベースとなる深いP
形領域14と、抵抗9となる浅いP形領域15と、一部
が抵抗10となり、一部がコンデンサー1の一方の電極
となる浅いP形領域13、更にMOS電界効果形トラン
ジスタ2のソース及びドレィンとなる浅いP形領域16
,17を形成する。そして深いP形領域14の上に、N
PN形トランジスタ8のェミッタとなるN形領域が形成
してあり、前記浅いP形領域15,16,17とN形領
域18の一部を除いて、表面はシリコン酸化膜19でお
おわれている。また前記シリコン酸化膜19の一部19
aは、膜厚が他の部分よりも薄く形成してある。そして
、上記のごとく形成したもののさらに外表面には、ァI
Jミニウム等の導電膜20が、引出し用等の配線、ある
いはコンデンサ11の一方の電極として選択的に形成し
てある。ここで、コンデンサー1の形成に使われている
シリコン酸化膜厚が厚いのは、入力端子Tに高電圧が印
加された時、酸化膜が破壊されるのを防止するためであ
る。第5図は、本発明の他の実施例を示す回路図である
第3図と異なる点は、NPN形トランジスタ8のェミッ
タではなく、ベースをMOS電界効果形トランジスタ2
のゲートに接続したことで、前述のようにベースの電圧
波形は抵抗R,,R2の和とコンデンサCの時定数によ
り、なまったものとなるから、より大きな保護効果が得
られる。第6図、第5図の回路の一実施例を示す縦断面
図である。第7図は、本発明の他の実施例を示す回路図
であり、特性面からいえば、第3図の回路とほぼ同じで
ある。
第8図は、第7図の回路の一実施例を示す縦断面図であ
る。
図中、21は浅いP形領域であり、第7図の抵抗101
こなる。図中、22は浅いP形領域であり、第7図のコ
ンデンサ11の一方の電極になる。第4図、第6図、第
8図において、抵抗9,1川ま拡散抵抗を用いているが
、これに限定されるものではなく、種々の変形が可能で
ある。
また、コンデンサ11の形式も第4図、第6図、第8図
の方式に限られるものではない。第3図、第5図、第7
図では入力端子TとNPN形トランジスタ8のェミッタ
の間に抵抗が存在しないが、保護効果を増すために保護
抵抗を介在させてもよい。
しかし、この場合も入力端子Tに印加された高電圧をト
ランジスタ8を導通させてアース端子Eに放電し、MO
S電界効果形トタランジス夕2のゲートを保護するのは
、本発明による保護回路であることはもちろんである。
本発明の他の実施例として、第7図の回路のNPN形ト
ランジスタ8のェミツタではなく、ベースをMOS電界
効果形トランジスタのゲートに0接続したものがある。
回路の形及び特性は第5図の回路とほぼ同じになる。な
お、上記の説明では、半導体の導電型および電位極性を
固定して説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、それぞれ逆にした場合夕にも、同様の効果を奏
することはいうまでもない。
以上詳述したように、本発明は入力端子とアース端子の
間にェミッ夕とベースを抵抗を介して電気的に接続し、
ベースとコレクタの間を抵抗とコ0ンデンサの直列回路
を介して電気的に接続したバィポーラ形トランジスタ設
けて、瞬間的な高電圧の発生から、MOS電界効果形ト
ランジスタのゲートを保護し、ゲート破壊耐圧が低くて
も確実にゲートを保護し得る効果がある。
さらに、ェミツタ・ベース間の抵抗とべ‐ス・コレクタ
間の抵抗との比によって、保護回路が動作する電圧を任
意に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のゲート破壊防止回路の一例を示す回路図
、第2図は静電気発生装置の等価回路図、第3図は本発
明のゲート破壊防止回路の一実施例を示す回路図、第4
図は第3図の回路の一実施例を示す縦断面図、第5図及
び第7図は本発明の他の施例を示す回路図、第6図及び
第8図はそれぞれ第5図及び第7図の回路の−実施例を
示す縦断面図。 2.・・.・・MOS電界効果形トランジスタ、8・・
・・・・バィポーラトランジスタ、9・・・・・・第1
の抵抗、10・…・・第2の抵抗、11…・・・コンデ
ンサ、12・・・・・・シリコン基板。 なお図中同一符号は同一又は相当する部分を示す。第1
図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 MOS電界効果形半導体素子と、エミツタとベース
    を第1の抵抗を介して電気的に接続し、かつベースとコ
    レクタを第2の抵抗とコンデンサの直列回路を介して電
    気的に接続したバイポーラ形半導体素子とを備え、前記
    MOS電界効果形半導体素子の基板に、前記バイポーラ
    形半導体素子のコレクタあるいはエミツタ若しくはベー
    スを電気的に接続すると共に、前記MOS電界効果形半
    導体素子のゲートに、前記バイポーラ半導体素子のエミ
    ツタ若しくはベースあるいはコレクタをそれぞれ電気的
    に接続したことを特徴とするMOS電界効果形半導体装
    置。
JP54054620A 1979-05-03 1979-05-03 Mos電界効果形半導体装置 Expired JPS6034824B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP54054620A JPS6034824B2 (ja) 1979-05-03 1979-05-03 Mos電界効果形半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP54054620A JPS6034824B2 (ja) 1979-05-03 1979-05-03 Mos電界効果形半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS55146975A JPS55146975A (en) 1980-11-15
JPS6034824B2 true JPS6034824B2 (ja) 1985-08-10

Family

ID=12975774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP54054620A Expired JPS6034824B2 (ja) 1979-05-03 1979-05-03 Mos電界効果形半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6034824B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6260230U (ja) * 1985-10-02 1987-04-14

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60128653A (ja) * 1983-12-16 1985-07-09 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6260230U (ja) * 1985-10-02 1987-04-14

Also Published As

Publication number Publication date
JPS55146975A (en) 1980-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2938571B2 (ja) 集積回路のためのscr静電放電保護
US5548134A (en) Device for the protection of an integrated circuit against electrostatic discharges
US5043782A (en) Low voltage triggered snap-back device
US6861711B2 (en) Thick gate oxide transistor and electrostatic discharge protection utilizing thick gate oxide transistors
JP3851001B2 (ja) 静電気保護回路
JPS6223467B2 (ja)
JPH0666402B2 (ja) 半導体集積回路装置の入力保護回路
JP2843514B2 (ja) 保護半導体コンポーネント
US5706156A (en) Semiconductor device having an ESD protective circuitry
JP2965264B2 (ja) 低電圧でトリガされるスナップバック装置
CA1179406A (en) Protection circuit for integrated circuit devices
JP3559075B2 (ja) Cmos技術の集積電子回路用の極性反転保護装置
US5138413A (en) Piso electrostatic discharge protection device
US20030081362A1 (en) Semiconductor controlled rectifier for use in electrostatic discharge protection circuit
JPS6127916B2 (ja)
EP0202646B1 (en) Input protection device
JPS62183184A (ja) Mos型集積回路
JP2723904B2 (ja) 静電保護素子及び静電保護回路
JPH0766405A (ja) 半導体保護装置
US4509068A (en) Thyristor with controllable emitter short circuits and trigger amplification
JP2656045B2 (ja) 静電放電保護回路
JP2621538B2 (ja) Mos保護装置
JP3101481B2 (ja) 半導体装置
JPS6015338Y2 (ja) 半導体装置
JPH0556657B2 (ja)