CN103022998A - 半导体装置 - Google Patents

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加藤一洋
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Abstract

本发明提供半导体装置，具备：在电源端子和接地端子间连接的MOS晶体管；在上述MOS晶体管的漏极和栅极间连接的第1二极管；在上述MOS晶体管的漏极和栅极间与上述第1二极管以正向相反的方式串联连接的第2二极管；在上述MOS晶体管的漏极和栅极间与上述第1及第2二极管串联连接的电容器。

Description

半导体装置
关联申请的参照
本申请享受2011年9月22日申请的日本专利申请编号2011-207266的优先权，该日本专利申请的全部内容在本申请中援用。
技术领域
这里所述的实施方式涉及半导体装置。
背景技术
以往，作为浪涌(surge，电涌)用保护电路，已知有在电源端子和接地端子间等使用MOS晶体管作为半导体装置的电路。该种半导体装置不同于输入保护电路，期望在浪涌电压未施加的通常状态下，通过设为电流不流向保护元件的状态，实现低消耗功率化。另外，期望在不增大电路面积的情况下提高浪涌的承受能力。
发明内容
本发明解决的课题是提供可实现低消耗功率化及电路面积的削减的半导体装置。
实施方式的半导体装置，其特征在于，具备：在电源端子和接地端子间连接的MOS晶体管；在上述MOS晶体管的漏极和栅极间连接的第1二极管；在上述MOS晶体管的漏极和栅极间与上述第1二极管以正向相反的方式串联连接的第2二极管；在上述MOS晶体管的漏极和栅极间与上述第1及第2二极管串联连接的电容器。
其他实施方式的半导体装置，其特征在于，具备内部电路和保护上述内部电路的保护电路，上述保护电路具备：在电源端子和接地端子间连接的MOS晶体管；在上述MOS晶体管的漏极和栅极间连接的第1二极管；在上述MOS晶体管的漏极和栅极间与上述第1二极管以正向相反的方式串联连接的第2二极管；在上述MOS晶体管的漏极和栅极间与上述第1及第2二极管串联连接的电容器。
另外，其他实施方式的半导体装置，其特征在于，具备内部电路和保护上述内部电路的保护电路，上述保护电路具备：在电源端子和接地端子间连接的MOS晶体管；在上述MOS晶体管的漏极和栅极之间连接的多个二极管及电容器的串联电路。
根据上述构成的半导体装置，可以实现低消耗功率化及电路面积的削减。
附图说明
图1是第1实施方式的半导体装置的构成的电路图。
图2是第1实施方式的保护电路的构成的电路图。
图3是第2实施方式的保护电路的构成的电路图。
图4是第3实施方式的保护电路的构成的电路图。
图5是比较例的保护电路的构成的电路图。
具体实施方式
实施方式的半导体装置，具备：在电源端子和接地端子间连接的MOS晶体管；在MOS晶体管的漏极和栅极间连接的第1二极管；在MOS晶体管的漏极和栅极间与第1二极管以正向相反的方式串联连接的第2二极管；在MOS晶体管的漏极和栅极间与第1及第2二极管串联连接的电容器。
[第1实施方式]
图1是第1实施方式的半导体装置的构成图，图2是保护电路100的构成图。该半导体装置具备内部电路200和保护内部电路的保护电路100。保护电路100在例如电源端子11～接地端子间12连接，具备漏极与电源端子11连接而源极与接地端子12连接的N沟道的MOS晶体管13。这里，MOS晶体管13的背栅极与接地端子12连接。在MOS晶体管13的栅极和源极间连接齐纳二极管(第3二极管)14，以阳极为源极侧，阴极为栅极侧。另外，在MOS晶体管13的漏极和栅极间，齐纳二极管(第1二极管)15、齐纳二极管(第2二极管)16及电容器17串联连接。齐纳二极管15的阳极与MOS晶体管13的漏极连接，阴极与齐纳二极管16的阴极连接。齐纳二极管16的阳极与电容器17的一个端子连接，电容器17的另一个端子与MOS晶体管13的栅极连接。
接着，说明保护电路100的工作。
首先，在第1实施方式的保护电路100的工作之前，说明图5所示比较例的工作。比较例中，N沟道的MOS晶体管3的漏极与电源端子1连接，背栅极和源极与接地端子2连接，在MOS晶体管3的栅极和源极间连接了以阳极为源极侧，阴极为栅极侧的齐纳二极管4。
比较例中，以接地端子2为基准，向电源端子1施加负浪涌后，从接地端子2经由由MOS晶体管3的背栅极和漏极形成的二极管，电流流向电源端子1。此时电流正向流向二极管，因此在二极管发生的热量小。一般，正向电流流过二极管的负浪涌的试验的耐量(承受量)高。但是，若容许电流值以上的电流流向二极管，则MOS晶体管3被热损坏。
另一方面，以接地端子2为基准，向电源端子1施加正浪涌后，在MOS晶体管3形成以漏极为集电极，背栅极为基极，源极为发射极的寄生双极晶体管，从电源端子1向接地端子2流过电流。该寄生双极晶体管流过电流时的发热量是电流流过前述二极管时的数倍。另外，由于双极晶体管向导通转变形成的回弹(snap-back)工作，电流容易集中到阻抗低的局部部分。其结果，正浪涌的容许电流值低，耐量低，作为保护元件，需要大面积。
接着，说明本实施方式的保护电路100。本实施方式的保护电路100中，以接地端子12为基准向电源端子11施加负浪涌的场合，从接地端子12经由由MOS晶体管13的背栅极和漏极形成的二极管，电流流向电源端子11。此时电流正向流向二极管，因此在二极管发生的热量小，耐量高。迄今为止与比较例同样。本实施方式中，负浪涌是瞬态电压，因此，从接地端子12经由齐纳二极管14、电容器17及齐纳二极管16、15到电源端子11的路径也流过电流。因而，流向二极管的电流降低，可以降低MOS晶体管13的热损坏。另外，在MOS晶体管13的漏极及栅极间连接的齐纳二极管15，使因流向该线的电流而对MOS晶体管13的栅极施加的电压不会过大，具有防止栅极氧化膜的损坏的功能。
接着，说明以接地端子12为基准，向电源端子11施加正浪涌的场合。该场合，经由齐纳二极管15、16、电容器17及齐纳二极管14的串联电路，从电源端子11向接地端子12流过电流。由于该电流，电源端子11的电压上升，MOS晶体管13的栅极电压也上升。其结果，在MOS晶体管13的栅极下形成沟道，经由该沟道从电源端子11向接地端子12流过电流，因此，在MOS晶体管13不形成前述以漏极为集电极，背栅极为基极，源极为发射极的双极晶体管。从而，电流一样流向元件，可以防止热损坏的发生。其结果，保护元件不需要大面积。
另外，在MOS晶体管13的漏极及栅极间连接的齐纳二极管14、16限制因向电源端子11施加的正浪涌而对MOS晶体管13的栅极施加的电压，防止MOS晶体管13的栅极氧化膜的损坏。另外，在MOS晶体管13的漏极及栅极间，电容器17与电流通路串联连接，因此，稳定状态下电流不流向MOS晶体管13。因而，无需在MOS晶体管13的栅极施加不必要的偏置，可以防止误工作的发生及消耗功率的增大。
[其他实施方式]
另外，本发明不限于上述实施方式。齐纳二极管15、16和电容器17也可以串联连接，例如图3所示，也可以将电容器17在齐纳二极管15、16间连接(第2实施方式)，如图4所示，也可以与齐纳二极管15、16相比，在靠电源端子11侧连接(第3实施方式)。另外，图2～图4所示的第1～第3实施方式中的齐纳二极管15和齐纳二极管16的位置也可以变更。而且，也可以取代齐纳二极管14～16，使用肖特基势垒二极管等其他二极管。
虽然说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是例示，而不是限定发明的范围。这些新实施方式可以各种形态实施，在不脱离发明的要旨的范围，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形是发明的范围和要旨所包含的，也是权利要求的范围记载的发明及其均等的范围所包含的。

Claims (20)

1.一种半导体装置，其特征在于，具备：
在电源端子和接地端子间连接的MOS晶体管；
在上述MOS晶体管的漏极和栅极间连接的第1二极管；
在上述MOS晶体管的漏极和栅极间与上述第1二极管以正向相反的方式串联连接的第2二极管；和
在上述MOS晶体管的漏极和栅极间与上述第1及第2二极管串联连接的电容器。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，还具备：
在上述MOS晶体管的栅极和源极间以阴极为上述栅极侧，阳极为上述源极侧的方式连接的第3二极管。
3.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，
上述第3二极管是齐纳二极管。
4.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
上述第1及第2二极管是齐纳二极管。
5.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
上述MOS晶体管的背栅极与上述接地端子连接。
6.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
从上述MOS晶体管的漏极到栅极，按上述第1二极管、上述第2二极管及上述电容器的顺序连接。
7.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
从上述MOS晶体管的漏极到栅极，按上述第1二极管、上述电容器及上述第2二极管的顺序连接。
8.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
从上述MOS晶体管的漏极到栅极，按上述电容器、上述第1二极管及上述第2二极管的顺序连接。
9.一种半导体装置，其特征在于，
具备内部电路和保护上述内部电路的保护电路，
上述保护电路具备：
在电源端子和接地端子间连接的MOS晶体管；
在上述MOS晶体管的漏极和栅极间连接的第1二极管；
在上述MOS晶体管的漏极和栅极间与上述第1二极管以正向相反的方式串联连接的第2二极管；和
在上述MOS晶体管的漏极和栅极间与上述第1及第2二极管串联连接的电容器。
10.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于，还具备：
在上述MOS晶体管的栅极和源极间以阴极为上述栅极侧，阳极为上述源极侧的方式连接的第3二极管。
11.如权利要求10所述的半导体装置，其特征在于，
上述第3二极管是齐纳二极管。
12.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于，
上述第1及第2二极管是齐纳二极管。
13.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于，
上述MOS晶体管的背栅极与上述接地端子连接。
14.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于，
从上述MOS晶体管的漏极到栅极，按上述第1二极管、上述第2二极管及上述电容器的顺序连接。
15.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于，
从上述MOS晶体管的漏极到栅极，按上述第1二极管、上述电容器及上述第2二极管的顺序连接。
16.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于，
从上述MOS晶体管的漏极到栅极，按上述电容器、上述第1二极管及上述第2二极管的顺序连接。
17.一种半导体装置，其特征在于，
具备内部电路和保护上述内部电路的保护电路，
上述保护电路具备：
在电源端子和接地端子间连接的MOS晶体管；和
在上述MOS晶体管的漏极和栅极之间连接的多个二极管及电容器的串联电路。
18.如权利要求17所述的半导体装置，其特征在于，还具备：
在上述MOS晶体管的栅极和源极间以阴极为上述栅极侧，阳极为上述源极侧的方式连接的其他二极管。
19.如权利要求18所述的半导体装置，其特征在于，
上述多个二极管及上述其他二极管是齐纳二极管。
20.如权利要求17所述的半导体装置，其特征在于，
上述MOS晶体管的背栅极与上述接地端子连接。
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