JPS6048905B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS6048905B2
JPS6048905B2 JP50087916A JP8791675A JPS6048905B2 JP S6048905 B2 JPS6048905 B2 JP S6048905B2 JP 50087916 A JP50087916 A JP 50087916A JP 8791675 A JP8791675 A JP 8791675A JP S6048905 B2 JPS6048905 B2 JP S6048905B2
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JP
Japan
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transistor
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transistors
semiconductor integrated
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JP50087916A
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和雄 佐藤
三彦 上野
八十二 鈴木
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/80—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs
    • H10D84/82—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components
    • H10D84/83—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components of only insulated-gate FETs [IGFET]
    • H10D84/85—Complementary IGFETs, e.g. CMOS
    • H10D84/854—Complementary IGFETs, e.g. CMOS comprising arrangements for preventing bipolar actions between the different IGFET regions, e.g. arrangements for latchup prevention

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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は相補型電界効果トランジスタ(以下、CM
OSと略称する)に寄生するバイポーラトランジスタに
よつて生じる難点を除去した半導体集積回路装置に関す
る。
従来からCMOSて構成した回路は種々知られている
が、その代表例として第1図に示したCMOSインバー
タ回路を採りあげて説明する。
このイン バータ回路はPチャネル型MOSトランジス
タQ1 とNチャネル型MOSトランジスタQ2とで構
成され、トランジスタQ、のソース電極は正電源VDD
に接続するとともに、このQ1のドレイン電極は トラ
ンジスタQ2のドレイン電極と共通に接続して出力W)
UTに結線し、トランジスタQ2のソース電極は負電源
Vssと結線される。またトランジスタQ、、Q。のゲ
ート電極は共に入力端INに接続 してインバータを構
成している。 この回路を半導体ウェハー上に完成した
ものの断面図が第2図である。
この例では、1×10’゜atoms/d位の濃度をも
つN型基板1に2×10″゜atomo/ C77f程
度のP型不純物を有したいわゆるp−well層2を形
成し、この層2外部のN型基板1にPチャネルMOSト
ランジスタとなるP型領域3、4を例えば濃度10’゜
atoms/d程度に拡散形成する。
一方、p−well層2内部にもNチャネルMOSトラ
ンジスタのストッパとなるP型領域を、更にP−wel
l層2にはNチャネルMOSトJランジスタとなるN型
領域5、6をN型不純物を1Patoms/d程度に拡
散して形成する。その後、各MOSトランジスタのゲー
トとなる位置に約1500Aの薄い珪素酸化膜を設け、
必要部分を開孔してN等の導電体Cli回路結線してい
る。必要ならば、基板1上に保護膜も設け、CMOSの
半導体素子が得られる。この工程説明は概略でありかつ
一例を示すにすぎない。前記ストッパは各MOSトラン
ジスタのサブストレート電極のバイアス接続に用いられ
実際には電源VDDあるいはV,,と接続されるが、こ
のストッパはなくともよい。このような構造を有するC
MOS回路は、NおよびPチャネルMOSトランジスタ
のしきい値電圧Vthが互いに逆極性をもつから、入力
電圧に対してそれぞれ全く逆の動作をなし、その動作パ
ワーは非常に小さいものである。
例えば電源V,,を接地(GND)とした場合、入力I
Nに+5Vの信号が供給されればトランジスタQ2は導
通しトランジスタQ,は非導通となるから、電源V,,
−VDD間には直流電流は全く流れない。逆に入力因に
零ボルトが供給されると、トランジスタQ2は非導通、
トランジスタQ,は導通となり、同様に電源−V。,−
VDD間に直流電流が流れないことになる。その故、C
MOS回路は一般に動作消費電力が殆どなく、入力情報
のパルス過渡領域においてトランジスタQ,,Q。がと
もに導通して瞬時の過渡電流が流れること、あるいはP
N接合におこるリーク;電流および出力端にある負荷容
量を充放電することのため電流が流れるに過ぎない。し
たがつて一般にはCMOS回路のパワーは極小となりう
るものである。しかし、このようなCMOS回路系にあ
つも、出5力或いは入力にインパル状のノイズが加わつ
た時、電源VSS−VDD間に直流の大電流(数+MA
〜数百MA)が流れ、そのノイズが消滅した後にも定常
的に大電流が保持し続けるという現象がみられる。
3 こうした現象は、一般にサイリスタ現象あるいはラッチ
アップ現象といわれ、インパルス状ノイズの極性が正、
負いずれの場合も生起するもので、この現象を解除する
には電源VDDをある一定電圧以下に下げるか、あるい
はCMOS回路系の電4r源を切らなければならなかつ
た。
そして、CMOS回路がラッチアップされた場合には、
極小パワーであるという利点が全く失なわれ、反対に熱
的破壊を引き起こしたりするから回路系の信頼性は著し
く低下することになる。また、CMOS回路構造は上述
したインバータ回路に限らず常にサイリスタ効果が発生
しうる構造であるから、電気的特性の良好性を保持する
ためには、外来ノズルに対して何らかの対策をたてる必
要性があつた。この発明は上記の点の鑑みなされたもの
で、簡単な手法によつてCMOS回路系のサイリスタ現
象の発生を抑えた半導体集積回路装置を提供することを
目的としている。
以下この発明の実施例を図面を参照して説明する。
CMOS回路系におけるサイリスタ現象は、CMOS構
造たとえば第2図のインバータにあつて第3図に示す如
きサイリスタ回路が構成されることがその原因なのであ
つた。第3図のサイリスタ回路としては、N型半導体基
板1に形成されたP−Well領域2に基板1の厚さ方
向に沿つて寄生バイポーラトランジスタTr2,Tr4
が、またP一Well領域外部の基板1には厚さ方向と
直交する方向に寄生バイポーラトランジスタTrl,T
r3が形成され、またP−Well領域2と基板1の保
有する抵T7!LRpwell,RNSUbl,RNS
Ub2が形成される。そして、図中一点鎖線矢印で示す
ように、出力0UTに正のイパルスノイズが加わると、
α3 ×Iinの電流がSwell領域をバイパスして
流れ、その電圧降下がVBE。になつたときTr。のベ
ースに電流が流れる。Ib2ΣA3Iin(Rpwel
l>Rbe2) (1)Ic2β212=β2 α3I
in(2)ただしル2,IC2はトランジスタTr2の
ベース、コレクタ電流、α1,α2,α3,α4はトラ
ンジスタTr,,Tr。
,Tr。,Tr,の電流増幅率、βn=ー色L(nは1
〜4)、Iinはインパルス状ノイ1−αnズ電流であ
る。
同様にIc2がドライブ電流となつてRN.U.2の端
子間電圧降下がVBE,になつたときトランジスタTr
lのベース電流Iblが流れて導通状態になる。
11)1:IC2(RNSUb2≧Rbel)) (3
)Icl=βIlbi=β1β2α3Iin(4)次の
外部からのノイズが取除かれても電源VDD−GND間
即ちTr,,Tr2間で電流が保持されるためには11
),≦Ic,なる条件が満足されていれば良,、。
これはしたがつて次式で表現される。α,Iinくβ,
β。α。Hin(5)β1β2≧1 (6) またβ1β2>1が成立しているときは、トランジスタ
Tr,,Tr。
のループ回路においてあるサイクルのベース電流ル′よ
り次の1サイクルのベース電流Ib″の方が大きくなる
から、サイクルをL繰返すことによつてCMOS回路系
を流れる電流は増加する。そしてβ,,β2によつて決
まる定常状態にこの電流が達すると、サイリスタ回路が
ラッチアップされたことになる。第4図aはこの発明に
よるCMOS回路の一例でlある。
これは、N型半導体基板11に第2図と同様のインバー
タ回路を形成する工程で、P−Well領域12と同時
にこれとは別のP−Well領域13を形成し、この領
域13内にN゛型半導体領域14を、そして領域13外
にP゛型半導体領域15をそれぞれ形成している。つま
り、出力端子0UTと電源端子VDD,V,.間にバー
チカルトランジスタTrvとラテラルトランジスタT,
Lとを積極的に挿入してノイズ吸収回路を構成し、前述
した寄生的に形成されるトランジスタTrl〜Tr4に
よつて発生するサイリスタ回路におけるサイリスタ現象
を防止しようとするものである。このようにノイズ吸収
回路を設ける場合、P−Well領域13はCMOS(
7)Nチャネル型MOSトランジスタQ2を形成する領
域12とは別異に形成し、しかもここでのシート抵抗を
極力小さくするためストッパ領域となるP゛型半導体領
域16を周囲に形成するとともに、同様にN型基板11
のシート抵抗を極力小さくするたへN゛型半導体領域1
7をストッパ領域として設ける。第4図bは同図aの等
価回路図であり、第4図cはサイリスタ回路に対して上
記トランジスタT,v,T,Lで構成したノイズ吸収回
路がどう配置されるかを示した図である。このように出
力端子0UTに対してノイズ吸収回路を設け、このノイ
ズ吸収回路を中継して出力信号を外部に取出すようにし
たこの発明の実施例では、外部ノズルあるいは内部動作
により生じるノイズが次の様にして処理、吸収される。
すなわち、正のインパルスノイズに対しては、トランジ
スタTrVのベース電極がVDDに等しく、そのオン
’(条件はVB≧VDD+VBEであるから、VDD=
+3v,VBE=0.7vならば+3.7ボルト以上の
ノイズによつて上記ラテラルトランジスタT,Lはオン
リる。したがつて+3.7ボルト以上のノイズは、コM
OS回路系の内部に伝達されずトランジスタTLを介し
て電源Vss(接地)に吸収され、寄生トランジスタT
raはオフ状態を保つことになるからサイリスタ回路は
ラッチアップされない。また負のインパルスノイズに対
しては、トランジスタT,vのベース電極がVs,に等
しく、そのオン条件はVB≧VBEであつて、VDD=
+3V,VBE=0.7vとすれば−0.7ボルト以上
にノイズで上記パーチカルトランジスタT,vはオンす
る。
したがつて0.7ボルト以上の大きさの負のノイズは、
CMOS回路系の内部に伝達されずトランジスタTrv
を介して電源VDDに吸収され、寄生トランジスタTr
。はオフ状態を保つことになるからサイリスタ回路はラ
ッチアップされない。このように上記実施例ではサイリ
スタ回路を構成するのに同様のバイポーラトランジスタ
を利用してCMOS回路系のラッチアップを防止してい
る。
このことは、一面ではCMOS回路系のラッチアップを
防ぐために寄生トランジスタの作用に抑制することが行
なわれ、ある程度の効果を得てはいるが、ここでは、よ
ソー層確実にラッチアップ現象を防ぐため上記バイポー
ラトランジスタを積極的に利用していることを示してい
る。また、トランジスタによるノイズ吸収回路の構成は
極めて簡単なものであり、グイオードあるいは抵抗など
と併用してノイズ吸収効果を高めることも可能である。
なおこの発明は上記実施例に限定されるものではなく、
第1図に示すインバータ回路以外でもサフイリスタ回路
が形成される各種CMOS回路に適用でき、またそのC
MOS構造もP型半導体基板にN−Well領域を設け
る場合でもよく、またさらにシリコンゲートCMOSで
あつてもよい。
以上述べた様にこの発明によれば、CMOS回路5系の
サイリスタ現象を惹起するノイズに対してトランジスタ
によるノイズ吸収回路を設けたので、消費電力を低減し
回路特性の向上がはかれる半導体集積回路装置を提供で
きる。
【図面の簡単な説明】
o 第1図はCMOS回路系の一例を示すインバータ回
路図、第2図はCMOS半導体素子の構造を示す側断面
図、第3図は寄生的に形成されるサイリスタ回路を示す
回路構成図、第4図a−cはこの発明の一実施例を示す
説明図である。 1 ・・・・・・N型半導体基板、12・・・・・・P
−Well領Trv....・.パーチカルトランジ
スタ、TrL......ラテラルトランジスタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導体基板にこれと逆導電型の半導体領域を形成し
    、この半導体領域内およびその領域外にそれぞれ互いに
    異なるチャンネル型のMOSトランジスタを形成し、こ
    れをMOSトランジスタを形成したことにより寄生的に
    形成されるトランジスタによつてサイリスタ回路が構成
    される半導体集積回路装置において、上記半導体集積回
    路装置における電源の一方と出力端子間に設けられ、ベ
    ースが上記電源の他方に接続れるバーチカルトランジス
    タと、上記出力端子と上記電源の他方間に設けられ、ベ
    ースが上記電源の一方に接続されるラテラルトランジス
    タとから成るノイズ吸収回路を設けたことを特徴とする
    半導体集積回路装置。
JP50087916A 1975-07-18 1975-07-18 半導体集積回路装置 Expired JPS6048905B2 (ja)

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JP50087916A JPS6048905B2 (ja) 1975-07-18 1975-07-18 半導体集積回路装置
GB29761/76A GB1558502A (en) 1975-07-18 1976-07-16 Semiconductor integrated circuit device
MY315/81A MY8100315A (en) 1975-07-18 1981-12-30 Semiconductor r circuit device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS58192359A (ja) * 1982-05-07 1983-11-09 Hitachi Ltd 半導体装置
JPS6089960A (ja) * 1984-08-06 1985-05-20 Nec Corp 半導体集積回路装置
JPS62165969A (ja) * 1986-01-17 1987-07-22 Sanyo Electric Co Ltd Cmos半導体装置

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