DE1639255B1 - Intergrierte Halbleiterschaltung mit einem Isolierschicht-Feldeffekttransistor - Google Patents

Intergrierte Halbleiterschaltung mit einem Isolierschicht-Feldeffekttransistor

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DE1639255B1
DE1639255B1 DE1968H0065417 DEH0065417A DE1639255B1 DE 1639255 B1 DE1639255 B1 DE 1639255B1 DE 1968H0065417 DE1968H0065417 DE 1968H0065417 DE H0065417 A DEH0065417 A DE H0065417A DE 1639255 B1 DE1639255 B1 DE 1639255B1
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Description

  • Die Erfinduno, bezieht sich auf eine integrierte Halbleiterschaltun- mit einem Isolierschicht-Feldeffekttransistor und einer die Durchbruchspannung von desscii Gatterisolierschicht kontrollierenden Einrichtunz, die als Schaltmittel eine an die Gatterelektrode des Feldeffekttransistors an(Yeschlossene Schutzdiode aufweist.
  • Es ist bereits bekannt (vgl. USA.-Patentschrift 2655608), eine Schaltungsanordnung zur Kontrol!e der Durchbruchsspannung eines bipolaren Transistors, bei der eine diskrete Zener-Diode als Schaltmittel verwendet wird, deren Durchbruchsspannung unterhalb der Durchbruchsspannung des Transistors lieat.
  • Bei einem bekannten MIS-(Metall-Isolierstoff-Halbleiter)-Halbleiterbauelement wie einern Metall-Oxyd-Halbleiter-Feldeffekttransistor (im folgenden mit MOS-Feldeffekttransistor bezeichnet), wird bei der Herstellun-, im Betrieb oder bei der Beschickuna einer tyedruckten Schaltun- eine dürine Isolierschicht C CD unter der Gatterelektrode (kurz Gatterisolierschicht) aenannt) leicht durch äußeres Störrauschen mit ein.--m äußerst hohen Spitzenwert der Spannung (oder hoher Amplitude) durchbrochen. Zum Beispiel bricht eine SiO.,-Gatterisolierschicht einer Dicke von etwa 1000 Ä durch Anlegun ' a einer Spannung von eIwa 100 Volt durch. Um den Durchbruch der SiO.,-Gatt--r-Isolierschicht zu verhindern. ist es üblich, ein uleichrichtendes Bauelement, 7-. B. eine Schutzdiode, zwischen die metallische Gatterelektrode und den Halbleitergrundkörper zu schalten.
  • ",dessen tritt. da die Schetzwirkung der Schutzdiode infolae einiger nachfolaend beschriebener Gründe nicht ausreicht, der Durcbschlan, der Gatterisolierschicht recht häufig auf. was für die Herstelluno, und Verwendung eines MIS-Halbleiterbauelements sehr nachteilig ist.
  • Der Erfindunc, lieut daher die Aufaabe zu-unde. eine sicher arbeitende Einrichtur- zur Kontrolle d.-r Durchbruchsspannung der Gatterisolierschicht eines Isolierschicht-Feldeffekttransistors anzuaeben, bei welcher diese Einrichtuno, mit e;ner Schutzdiode und dem Feldeffekttransistor inte2riert ist.
  • Diese Aufgabe wird bei einer integrierten Halbleiterschaltuna mit einem isolierschicht-Feldeffekttransistor und einer die Durchbruchsspannung von dessen Gatterisolierscilicht kontroffierenden Einrichtuna, die als Schaltmittel eine an die Gatterelektrode des Feldelfekttransistors an-,-schlossene Schutzdiode aufweist. dadurch aelöst. daß zwischen der Gattereielz-trode und der SchLitzdiode ein Zeitkonstantensteuermittel vorzeseilen ist. das so eimiestellt ist# daß die Schutzdiode 7eitlich vor der Gatterisolierschicht einer Durchbruch erfährt.
  • Dadurch wird also vorteilhaftervveise 2ewährleistet. daß bei Cberspannungen auf jeden Fall die Schutzdiode zuerst einen Durchbruch erfährt. #o daß der Felcleffekttransistor wirksam -,Teschützt wird.
  • -nie Erfinduriii all ' Hand in der ZcichnLin#z dargestellter Awführungsheispiele 2r!äLltC1-1. Is zei!#,en F i g. 1 a Lind 1 b einen QLiersc!initt Lind das Ersatzschalthild einer 1-)okannten :Liitt2,-,-iiurtcn 'HalbleiterschalturiL, mit einem sistor Lind einer die- DUrchbruchsspannung von dessen Gatterisolierschicht kontrollierenden F-inri,-htLiiiLl-.
  • V i --. 2 das Ersatzschalthild eitles ALI.St'iillrtllll.!Stleispiels der integrierten Halbleiten;chaltung. F i 3 a einen Querschnitt durch ein Ausführunolsbeispiel der Halbleiterschaltung nach [llb-[Ilb in F i 3 b, F i cy. 3 b eine Draufsicht auf die Halbleiterschaltunu von F i (y. 3 a, F io,.4 das Ersatzschaltbild der Halbleiterschaltunt, nach F i (y. 3 a und 3 b, F i 5 eine Kurvenschar zur Erläuterung des Betriebs der Halbleiterschaltungl F i 6, 7 und 8 Teilquerschnitte von integrierten Schaltunaen nach anderen AusführunGsbeispielen.
  • F i g. 1 a zeigt eine bekannte inte-rierte Halbleiterschaltun- mit einem Isolierschicht-Feld,-ffekttransistor und einer die Durchbruchsspannung von dessen Gatterisolierschicht kontrollierende Einrichtuna, während F i o,. 1 b das Ersatzschaltbild der Halbleiterschaltung von F i g. la darstellt (vgl. Prospekt der General Microe!2ctronic3 Inc. in Santa Clara, California, 95051. USA., vom Februar 1965, unter der Bezeichnung »Tentat;ve specificaion: MOS 3 nput gate SC 1170«).
  • Wie diese FiLmren ze;gen. ist eine Schutzdiode 6 zwischen einer Gatterelektrode 4 und einem N-Siliziumarundkörper 1 eines Isolferschicht-Feldeffekttransistors 7 in Form eines MOS-Feldeffekttransistors angeschlossen. Die Gatterisolierschicht 3 (aus SiO.,) des Isolierschicht-Feldeffekt:trapsistors 7 erfährt oft einen Durchbruch. Man nimmt an, daß eine Stoßspannun-, wie z. B. eine Spannung vom aufgeladenen körper eines Menschen. der mit dem Isolierschicht-Feldeffekttransistor 7 um2eht, oder eine Wechselspannung, die durch einen Lötkolben während der Montage des Isolierschicht-Feldeffekttransistors auf einer -edruckten Schaltuno, induziert wird, das elektrische Potential der Gatterelektrode 4 so hoch wie die Durchbruchsspannung, der Gatterisolierschicht 8 macht, bevor die Spannung der Schutzdiode 6 deren Durchbruchsspannung in Sperrichtung erreicht.
  • Dies wird durch F i!z. 5 veranschaulicht, wo die Zeit t als Abszisse und ä-er Wert der anaeleaten Spannunien als Ordinate auAetra-en sind. Nlan. betrachte den Fall. daß bei t=rl eine Störsig n alspannung, e wie ein Spannungssprung 51a. der die Durchbruchsspannung - V[,i der Gatterisolierschicht 8 Lind - VI",l der Schutzdiode 6 überschreitet. über einen Einrano, 9 an die Gatterelektrode -4 und einen positiven Anschluß der Schutzdi--de 6 anL-z-,legt \vird. Dann steiit die ani PN-Ober-an- der SchLitzd;ode 6 angelegte Spannung exponentiell an. wie, durch die Kurvc 5425#, #Lir eine
    . . f wälircnd die an
    -2ebene Ze;"k-onstante T.: gezeigt ist.
    der Gatterisolierschicht 8 angelegte Spannuna, expo-
    nentiell wächst. \vie durch die lZurve 52 a mit eine-
    ZeitKollstante -r, < gezeigt ist. Bevor die Spannung
    (54a) am PN-CLierLaiiii die Durchbruchsspannung
    erreicht. d. h. hei i = t- erreich t dic Spann ung
    (5-1ci) der Gatter;solierschicht 8 'bereits de-,zn Durch-
    bruchsspannung r,[;; bei t=! Da also die Gatteriso-
    lierschicht 8 durchi)richt. hat die Sclititzd;#)(,lc keine
    Dic#;es Problern der bekannten
    mit wird, ',#ie uyelöst. Cin
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    ., -tan, isL.#lemeiit23 (100-(2 Ihis !0!#i2) ist rnit n r
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    der als
    sistor Lind eine Ci#ittürelektrorl", 25. ein-,
    EmittereIck-trode 26. üIne Kollektorelektrode 27 Lind
    Oille CII-Undkörperelektrode 28 Das Wider-
    standselement 23 ist außerdem mit der Anode einer (Halbleiter-Kristall-)Schutzdiode 22 und einem Ein-,gang 24 verbunden. Ein gemeinsames Bezugspotential wird der Kathode der Schutzdiode 22, der Emitterelektrode 26 und der Grundkörperelektrode 28 des Feldeffekttransistors 21 zugeführt. Der Widerstandswert des Widerstandselementes 23 wird so gewählt, daß die Zeitkonstante -r eines Eingangskreises des Feldeffekttransistors 21, der zu den beiden Anschlüssen der Schutzdiode 22 parallel geschaltet ist, in einer weiter unten beschriebenen Beziehung zur Zeitkonstante zd der Schutzdiode 22 steht, welche im wesentlichen durch die Ersatzkapazität des PN-Oberganges und den Ersatzwiderstand des Halbleitergrundkörpers bestimmt wird. In Fi '-.5 steigt die Spannung am PN-übergang der Schutzdiode22, wie durch die Kurve54a mit einer Zeitkonstanterd ge-C zeigt ist, und erreicht im Punkt 54 c die Durchbruchsspannung -VBd zur Zeitt=t", wo die Schutzdiode 22 durchbricht. Die Zeitkonstantev des Eingangskreises muß so gewählt werden, daß die an der Gatterisolierschicht des Isolierschicht-Feldeffekttransistors21 angelegte Spannung die Durchbruchsspannung -VBi nicht übersteigt (bevor t=t, ist). Mit anderen Worten, die Zeitkonstante -c muß größer als -c., einer Grenzkurve 53 a sein, bei welcher V= VB1 (bei t = t.,) ist. Die Zeitkonstante -r des Gattereingangskreises kann beliebig durch- den Wert des Widerstandselements 23 vorgegeben werden, das in Reihe mit der einen Kondensator bildenden Gatterelektrode 25 -eschaltet ist. Durch Festsetzung von ,r > 7., durch eine geeignete Wahl des Widerstandswerts des Widerstandselements 23 -eht der Durchbruch der Schutzdiode 22 dem der Gatterisolierschicht voraus und verhindert deren Durchbruch.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich weiter, daß auch die Verbindung eines Widerstandselements mit anderen Stellen als dem Gatter und/oder die Verbindung eines Kondensators damit zu einer Beziehun- T>n, führen kann. Um die Aufgabe zu lösen, kann ein Widerstandselement zwischen der Emitterelektrode 26 und dem gemeinsamen Bezugspotential angeschlossen werden, wodurch ein Rückkopplungseffekt eintritt. Darüber hinaus wandeln der Anschluß eines Widerstandselements am Eingangskreis und/oder der Anschluß eines Kondensators oft die Form eines normalen Eingangsimpulssignals ab. Daher sollten die Lage des Anschlusses und die Werte des Widerstandselements und Kondensators sorgfältig gewählt werden.
  • Im folgenden werden im Zusammenhang mit einem anderen Ausfühl ungsbeispiel die F i g. 3 a und 3 b erläutert. Eine MOS-Halbleiterschaltung, die in diesen Figuren dargestellt ist, besteht aus einem N-Halbleitergrundkörper 31 (aus halbleitendem Silizium mit einem Widerstand von 1 Q - cm), emer P-Emitterzone 32, - einer P-Kollektorzone 33, einer P-Widerstandszone 38 und einer P-Diodenzone 42, die gleichzeitig durch selektive Diffusion von Fremd- oder Störatomen wie Bor in der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers 31 hergestellt werden, einem Siliziumoxydfilm 41 (5000 bis 6000 Ä), der auf der Oberfläche des Grundkörpers erzeugt wird, Kontakte 36, 37, 39 und 40 aus Aluminium, die an jeder Zone unter dem Siliziumoxydfilm 41 über Löcher in bestimmten Teilen des Siliziumoxydfilms 41 angebracht sind, einer relativ dünnen Siliziumoxydschicht als Gatterisloierschicht 35 von etwa 100 bis 1500 Ä Dicke zwischen der Emitter- und Kollektorzone 32 bzw. 33 des Grundkörpers und einer Gatterelektrode 34 aus Aluminium auf der Gatterisolierschicht 35. Die an zwei verschienenen Stellen der Widerstandzone 38 angebrachten Kontakte 39 und 40 sind mit der Eingangselektrode 43 an der Diodenzone 42 und der Gatterelektrode 34 verbunden. F i g. 3 a zeigt einen Querschnitt entsprechend der LinieIIIb-IIIb nach Fig.3b, worin die rechte Hälfte einen P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor zeigt. Wenn kein Signal an der Gatterelektrode 34 auftritt, ist der Kanal zwischen der Ernitterzone 32 und der Kollektorzone 33 nichtleitend, während, wenn ein Signal mit negativer Spannung bezüglich der Leiterschicht 36 an der Emitterzone 32 (und des Halbleitergrundkörpers 31) an die Gatterelektrode 34 angelegt wird, der Kanal leitend wird. Die Durchbruchsspannung des PN-überganges 48 der Diodenzone 42, welche bezüglich der Signalspannung umgekehrt vorgespannt ist, wird beträchtlich niedriger als die der Gatterisolierschicht 35 gewählt, welche etwa 100 Volt, z. B. 60 bis-70 Volt, beträgt. Alle P-Diffusionszonen 32, 33, 38 und 42 haben eine Fremdatomkonzentration von 1019 Atome/cm3 und eine Tiefe von etwa 4 #tra. Die Widerstandszone 38 hat ein Breite-Länge-Verhältnis von etwa 1: 10 und einen Widerstandswert von etwa 2 kQ. Es wurde durch verschiedene Experimente gefunden, daß der Widerstandswert der Widerstandszone 38 vorzugsweise im Bereich von 100 9 bis 10 k-Q liegt.
  • Die integrierte MIS-Halbleiterschaltung, wie vorstehend beschrieben, entspricht nicht exakt, jedoch modellmäßig der in F i g. 2 gezeigten Schaltung. Um das Funktionieren der in den F i g. 3 a und 3 b gezeigten Schaltung während eines Signals zu untersuchen, ist eine genauere Ersatzschaltung geeignet, die in F i g. 4 gezeigt ist. Wenn der Halbleitergrundkörper 31 mit der Emitterzone 32 verbunden wird, können eine Ersatzkapazität 68 und ein Ersatzwiderstand 69 zwischen der Gatterelektrode 34 und der Emitterzone 36 durch eine einfache RC-Reihenschaltung wiedergegeben werden, wie sie in F i g. 4 gezeigt ist. Die Widerstandszone 38 bildet einen PN-Übergang 47 mit dem Halbleitergrundkörper 31 und ist davon elektrisch isoliert. Wechselstrommäßig ist indessen die Widerstandszone 38 kapazitiv mit dem Halbleitergrundkörper 31 so gekoppelt, daß sie ersatzschaltbildmäßig durch einen Widerstand 65, der zwischen den Kontakten 39 und 40 existiert, und eine Kapazität 66, die zwischen der Widerstandszone 38 und dem Halbleitergrundkörper 31 verteilt ist, dargestellt wird. 64 und 67 sind Ersatzwiderstände des Halbleitergrundkörpers 31. Die Diodenzone 42 kann durch eine ideale Schutzdiode 62 und eine übergangskapazität 63 wiedergegeben werden, die damit parallel geschaltet ist. 61 ist eine Eingangssignalquelle.
  • Die Funktion der die Durchbruchsspannung der Gatterisolierschicht des Feldeffekttransistors kontrollierenden Einrichtung ist im Grunde die gleiche, wie sie für F i g. 2 erklärt wurde, was man ohne weiteres dem Schaltbild nach F i g. 4 entnimmt. Die Zeitkonstante der Schutzdiode 62, die durch die übergangskapazität 63 und den Widerstand 64 bestimmt wird, und die Zeitkonstante des Eingangskreises des Feldeffekttransistors, die durch die Kapazität 68 und die Widerstände 65 und 69 bestimmt wird, können die Verhinderung eines Durchbruches erklären. Gemäß einer von den Erfindern durchgeführten Messung zeigt die Kapazität 68 zwischen der Gatterelektrode 34 und der Emitterzone 32 etwa 4 pF, und der Widerstand 65 in der Widerstandszone 38 beträgt etwa 2 kQ, so daß die Zeitkonstante des Eingangskreises des Feldeffekttransistors etwa 8 nsec ist. Andererseits ist die Kapazität 63 des PN-überganges 48 etwa 2 pF und der im Halbleitergrundkörper 31 unter der Diodenzone 42 existierende Widerstand 64 etwa 500 Q, die Zeitkonstante des Schutzdiodenkreises beträgt daher etwa 1 nsec. Da, wie oben beschrieben, in dem Isolierschicht-Feldeffekttransistor des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Zeitkonstante des Eingangskreises so bestimmt wird, daß sie größer als die des Schutzdiodenkreises ist, kann der Durchbruch der Gatterisolierschicht fast völlig verhindert werden.
  • Wenn eine Rechteckwelle einer Breite, die durch 51 b in F i g. 5 dargestellt ist, von der Eingangssignalquelle 61 ankommt, wird sie durch die Wirkung eines Tiefpaß-RC-Filters umgeformt, welches durch die Kapazität 66 und den Widerstand 65 gebildet wird. Die an der Gatterisolierschicht des Feldeffekttransistors angelegte Spannung steigt zunächst entlang der Kurve 55 a in F i g. 5. Bei t= t. beginnt sie durch Ansprechen der Schutzdiode bei 54 c bzw. 54 b abzusinken (55 b). Es ist daher anzunehmen, daß das Tiefpaß-RC-Filter so wirkt, daß der Durchbruch der Gatterisolierschicht verhindert wird.
  • In dem in den F i g. 3 a und 3 b gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Zeitkonstanter (c > -c,) im wesentlichen durch den Widerstand 65 und die Kapazität 68 bestimmt.
  • Darüber hinaus ist, obwohl in dem in den F i g. 3 a und 3 b dargestellten Ausführungsbeispiel die Diodenzone 42 und die Widerstandszone 38 getrennt in der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers 31 ausgebildet werden, ohne weiteres erkennbar, daß diese Zonen integriert werden können. Um dies an Hand der F i g. 3 a und 3 b zu erläutern, ein Endteil 49 der Widerstandszone kann als Diodenzone verwendet werden, ohne daß sie getrennt in der Oberfläche des Halbleiterkörpers 31 erzeugt werden. Mit anderen Worten, ein Endteil kann zwischen der Widerstandszone 38 und dem Halbleitergrundkörper 31 als PN-übergang 50 der Schutzdiode dienen. Daher wird in einem solchen modifizierten Ausführungsbeispiel der Eingang 43 direkt mit dem Kontakt 39 verbunden, und es ergibt sich der Vorteil, daß die Fläche des Halbleiterinaterials, die für den Aufbau einer Schaltung nötig ist, reduziert werden kann. 45 und 46 sind PN-übergänge der Emitter- bzw. Kollektorzone zum Halbleitergrundkörper 31.
  • Um einen notwendigen Wert von c unter Bezugnahme auf die F i g. 4 und 5 festzusetzen, ist es möglich, die Werte der Kapazität und des Widerstandes dieser Schaltung auf dem Halbleitergrundkörper 31 zu wählen, indem gut bekannte Verfahren zur Herstellung eines passiven Elements angewendet werden.
  • F i g. 6 zeigt eine Abwandlung. Eine P-Diodenzone 71 ist auf einem P-Siliziumgrundkörper 70 flacher als eine Widerstandszone 72 ausgebildet, nämlich etwa 2 Rm dick, wodurch eine verhältnismäßig niedrige Durchbruchsspannung (50 bis 60 Volt) erhalten wird.
  • Wie aus F i g. 5 hervorgeht, hat, je niedriger VBd ist, die Funktion der Schutzdiode einen um so größeren Bereich. Da weiter die Schutzdiode in einer kürzeren Zeit nach der Anlegung eines Störeingangssignals zusammen ricbt, kann die Auswahl von v im Isolierschicht-Feldeffekttransistor in einem größeren Bereich vorgenommen werden, was für den Schaltungsentwurf vorteilhaft ist. In F i g. 6 hängt die Durchbruchsspannung des durch die Diodenzone 71 gebildeten PN-übergangs von der Tiefe dieser Diffusionsschicht oder der maximalen Krümmung ab (in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Tiefe und der Radius der Krümmung als nahezu gleich angenommen). Je geringer die Tiefe oder je stärker die Krümmung ist, desto niedriger wird die Durchbruchsspannung. In F i g. 6 ist 73 eine Kollektorzone, 77 eine Kollektorelektrode und 76 ein Kontakt längs einer Isolierschicht 74 aus SiO, von einem Ende der Widerstandszone 72 zur (nicht gezeigten) Gatterelektrode. 75 ist ein die Diodenzone 71 lind das andere Ende der Widerstandszone 72 verbindender Kontakt. Ein Eingangssignal wird dem Kontakt 75 zugeführt.
  • F i g. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Eine Diodenzone 82 und eine Kollektorzone 83 sind in der Oberfläche eines Halbleitergrundkörpers 81 aus Silizium vorgesehen. Eine längliche Widerstandsschicht 85 aus Widerstandsmaterial, wie Aluminium oder einer Nickelchromlegierung, ist durch Aufdampfung auf einer Isolierschicht 87 aus Siliziumoxyd angebracht, die die Oberfläche des Halbleitergrundkörpers 81 bedeckt. 84 ist ein Eingangsanschluß.
  • F i g. 8 zeigt einen Fall, in dem ein Kontakt 94 für eine andere Verbindung auf einer Isolierschicht 93 über einer Widerstandzone 92 vorgesehen ist, die in einem Halbleitergrundkörper 91 gebildet ist. Unter Benutzung dieser Methode ist es möglich, viele Komponenten in einem kleinen Halbleiter-Substrat zu integrieren.
  • Obwohl die hier verwendete Isolierschicht aus Siliciumoxyd besteht, kann die Isolierschicht selbstverständlich auch aus Siliziumnitrid bestehen.
  • Oft wird durch ein Eingangssignal an der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers unter dem verbindenden Kontakt oder unter der Widerstandsschicht 85 in F i g. 7 ein parasitärer Feldeffekt erzeugt. Wenn die Funktion der Schutzdiode dadurch beeinträchtigt wird, kann eine hochdotierte N+-Zone 88 vom gleichen Leitungstyp wie der Halbleitergrundkörper durch Eindiffundieren von N-Fremdatomen wie Phosphor und Antimon erzeugt werden, um die Bildung des erwähnten parasitären Feldeffekts zu verhindern.
  • Obwohl in den obigen Ausführungsbeispielen Erläuterungen des Schutzes eines P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors gegeben wurden, kann die beschriebene integrierte Halbleiterschaltung außerdem zum Schutz einer Halbleiterschaltung mit anderen MIS-Feldeffekttransistoren angewendet werden, wenn die Schutzdiode vorgespannt ist oder zwei PN-übergänge vorhanden sind, die wahlweise sowohl auf positive als auch auf negative Signale ansprechen.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Integriert-- Halbleiterschaltung mit einem Isolierschicht-Feldeffekttransistor und einer die Durchbruchsspannung von dessen Gatterisolierschicht kontrollierenden Einrichtung, die als Schaltmittel eine an die Gatterelektrode des Feldeffekttransistors angeschlossene Schutzdiode aufweist, dadurch aekennzeichnet, daß zwischen der Gatterelektrode (25) und der Schutzdiode (22) ein Zeitkonstantensteuermittel (23) vorgesehen ist, das so eingestellt ist, daß die Schutzdiode zeitlich vor der Gatterisolierschicht einen Durchbruch erfährt.
  2. 2. Integrierte Halbleiterschaltuno, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzdiode durch einen PN-Cibergang (48) zwischen einem Halbleitergrundkörper (31) mit einem ersten Leitungstyp und einer Halbleiterzone (42) mit einem zweiten Leitungstyp in der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers gebildet ist. 3. Inte-rierte- Halbleiterschaltuna nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitkonstantensteuermittel ein Widerstandselement zwischen der Gatterelektrode (34) und der Halbleiterzone (42) ist. 4. Intearierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement durch eine in der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers (31) eindiffundierte weitere Halbleiterzone (38) mit dem umgekehrten Leitungsty - bildet ist. 5. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement eine Widerstandsschicht (85) ist. die auf einer Isolierschicht (87) auf dem Halbleitergrundkörper (81) niedergeschlagen ist. 6. Intearierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, bei der ein erster Kontakt als Eingang einer Halbleiterschaltuna dient und ein zweiter Kontakt elektrisch mit der Gatterelektrode des Feldeffekttransistors verbunden ist, dadurch aekennzeichnet, daß die Schutzdiode ein PN-Über-(Yan- (50) zwischen einem Halbleitergrundkörper (3 mit einem ersten Leitungstyp und einer Halbleiterzone (38) mit einem zweiten Leitungstyp an der Oberfläche des Halbleiter-rundkörpers (31) ist, daß die beiden Kontakte (39, 40) mit verschiedenen Abschnitten der Oberfläche der Halbleiterzone (38) ohmisch verbunden sind und daß die Halbleiterzone zwischen den beiden Kontakten ein das Zeitkonstantensteuermittel bildendes Widerstandselement ist. 7. Intearierte Halbleiterschaltuno, nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstandselementes (23) 100 Q bis 10 kQ beträgt. 8. Halbleiterschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterarundkörper (31) aus N-Silizium, die Halbleiterzonen (38, 42) aus P-Silizium und die Gatterisolierschicht aus einer isolierenden Siliziumverbindun- besteht. C
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2531846A1 (de) * 1974-07-16 1976-01-29 Nippon Electric Co Integrierter halbleiterschaltkreis

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4836598B1 (de) * 1969-09-05 1973-11-06
JPS5122794B1 (de) * 1970-06-24 1976-07-12
US3673428A (en) * 1970-09-18 1972-06-27 Rca Corp Input transient protection for complementary insulated gate field effect transistor integrated circuit device
JPS5321838B2 (de) * 1973-02-28 1978-07-05
FR2289051A1 (fr) * 1974-10-22 1976-05-21 Ibm Dispositifs a semi-conducteur du genre transistors a effet de champ et a porte isolee et circuits de protection cotre les surtensions
US3967295A (en) * 1975-04-03 1976-06-29 Rca Corporation Input transient protection for integrated circuit element
US4198696A (en) * 1978-10-24 1980-04-15 International Business Machines Corporation Laser cut storage cell
EP0072690A3 (de) * 1981-08-17 1983-11-09 Fujitsu Limited MIS Halbleiteranordnung und Verfahren zu deren Herstellung
US4455739A (en) * 1982-04-19 1984-06-26 Texas Instruments Incorporated Process protection for individual device gates on large area MIS devices
US4757363A (en) * 1984-09-14 1988-07-12 Harris Corporation ESD protection network for IGFET circuits with SCR prevention guard rings
JPS6170475A (ja) * 1984-09-14 1986-04-11 Hitachi Ltd 集積回路用入出力共用回路
US4763184A (en) * 1985-04-30 1988-08-09 Waferscale Integration, Inc. Input circuit for protecting against damage caused by electrostatic discharge
EP0242383B1 (de) * 1985-10-15 1991-08-28 AT&T Corp. Schutz eines igfet integrierten schaltkreises vor elektrostatischer entladung
DE3714647C2 (de) * 1987-05-02 1993-10-07 Telefunken Microelectron Integrierte Schaltungsanordnung
JP2569053B2 (ja) * 1987-06-26 1997-01-08 キヤノン株式会社 イメ−ジセンサ
US4835653A (en) * 1988-01-19 1989-05-30 Unisys Corporation ESD protection circuit employing channel depletion
KR920015549A (ko) * 1991-01-23 1992-08-27 김광호 반도체소자의 정전방전 보호장치
KR950007572B1 (ko) * 1992-03-31 1995-07-12 삼성전자주식회사 Esd 보호장치
TW445627B (en) * 1999-10-04 2001-07-11 Winbond Electronics Corp Electrostatic discharge buffer apparatus
DE10032389A1 (de) * 2000-07-06 2002-01-17 Philips Corp Intellectual Pty Empfänger mit Kapazitätsvariationsdiode
US6770938B1 (en) * 2002-01-16 2004-08-03 Advanced Micro Devices, Inc. Diode fabrication for ESD/EOS protection
KR100593444B1 (ko) * 2004-02-12 2006-06-28 삼성전자주식회사 모오스 바렉터를 갖는 반도체소자 및 그것을 제조하는 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3390314A (en) * 1964-10-30 1968-06-25 Rca Corp Semiconductor translating circuit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2531846A1 (de) * 1974-07-16 1976-01-29 Nippon Electric Co Integrierter halbleiterschaltkreis

Also Published As

Publication number Publication date
NL159235C (nl) 1982-05-17
GB1209271A (en) 1970-10-21
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NL6802685A (de) 1968-08-28
NL159235B (nl) 1979-01-15
US3590340A (en) 1971-06-29
DE1639255C2 (de) 1979-07-19

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