DE1805843B2 - Elektrische Schutzschaltung - Google Patents

Description

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Fig.4 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie Schutztransistors ist eine kontinuierliche Schicht, a

4-4derFig. 6, sie über die Gate-Isolierschicht 17 zu der D/ani-

Fig. 5 ein Schaltdiagramm di·:· Schutzschaltung Zone 23 verläuft, wodurch der leitenae ivamu

eemäß der Erfindung und die Drain-Zone des Schutztransistors 21

gemäß der Erfindung und die DrainZone des

Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf eine inte- 5 sind. Der leitende Kanal 9 des ScuMrtztrajte grierte Schaltung mit einem zu schützenden und bindet die gemeinsame Source-Zone 12mit einem schützenden Transistor. Zone 23. . , , _di

Fig. 1 «igt Arbeitskennlinien eines typischen Fig. 6 ist eine schematische Drauisicni am u

MOS-Feldeffekttransistors, wobei /_Ds der Drain- integrierte Schaltung der Fig. 4. Die ^υ™ΤΤ-^α' Source-Strom, V_DS die Drain-Source-Spannung und io der leitende Kanal 7 und die Source-zone yl "" V_G< die Gate-Source-Spannung bedeutet. In Fig. 2, schützenden Transistors besitzen alle eine ^se^" , die"einen Schnitt durch einen bekannten MOS-FeId- Abmessung (in F i g. 6), die ein Vieltacnes groDc effekttransistor zeigt, stellt der p-Bereich 12 die di& waagrechte Abmessung (F ι g. 4 und o; lsi. u Source-Zone dar, und der Halbleiterkörper 18 be- Grund hierfür wird noch erläutert, ton eieKin^u steht aus einem n-Halbleitermaterial. Die Drain-Elek- _l5 Anschluß 50 ist mit der Source-EleKroae is, ei trode 11 ist aus elektrisch leitendem Material, das Anschluß 52 mit der Drain-Elektrode xi ^a auf der Drain-Zone 10 abgelagert ist. In ähnlicher schützenden Transistors verbunden, tin ^^ns Weise besteht die Source-Elektrode 13 aus elektrisch 54 ist mit der Gate-Elektrode 14 des zu ^sc leitendem Material, das über der Source-Zone 12 Transistors und auch mit der elektriscn abgelagert ist. Der Bereich zwischen der Drain- 20 Schicht 15 verbunden, wodurch sich die notwendigen Zone 10 und der Source-Zone 12 ist die Gate-Zone elektrischen Verbindungen ergeben. ^uer «1 oder der leitende Kanal 7. Eine dünne amorphe sprechende leitende Kanal 9 und Drain-z.one:« u Quarzschicht 16 (Siliziumdioxyd) ist über dem lei- Schutztransistors besitzen eine Form, die^a^J^CI"e tenden Kanal 7 auf dem Halbleiterkörper 18 vor- der entsprechenden Elektrode entspncnt. PL/~ B eesehen. Die Gate-Elektrode 14 ist ebenfalls aus elek- 25 sich somit, daß der leitende Kanal y una wimi trisch leitendem Material, beispielsweise Aluminium, Zone 23 des Schutztransistors wesentlicn Kurzer * welches auf der dünnen Quarzschicht 16 abgelagert der leitende Kanal 7 und die Drain-Zone cies1 zu ist. Eine an die Gate-Elektrode 14 angelegte Span- schützenden Transistors sind oogieicn «J mine steuert den Stromfluß durch den leitenden dieser Zonen annähernd gleich ist. uer uruiiu11 K_an ⁸ _a17 30 diese kürzere Ausführung besteht dann, daßi hier-

. 3 zeigt Kennlinien38, 42 und 43, und zwar durch die äußere Kapazität reduziert wird, <üe an /-/„Aennlinien bzw. -F₀₅/-/,«-Kenn- die Gate-Elektrode 14 des zu schutzenden Tran-

f i dh di|S°halt

-^/-/„Aennlinien bzw. -F₀₅/-/,«-Kenn- die Gate-Elektrode 14 des zu schutzend

linien (da-V₀₅=-V₀₈) dreier MOS-Fefdeffekt- sistors angeschlossen ist, wodurch di|S°halt-

transistoren mit unterschiedlich dicken Gate-Isolier- geschwindigkeit dieses Transistors bei beliebigen

schichten, die als Diode geschaltet sind. Die Kenn- 35 Schaltspannungen vergrößert wird, linie 38 gehört zu dem Transistor mit der dünnsten Fig. 5 zeigt ein Schaltungsdiagramm einerbcnutz-

Oxydschicht und die Kurve 43 zu demjenigen mit schaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel Bei emem

der dicksten Oxydschicht. Aus Fig. 3 wird deutlich, MOS-FeldeSekttransistor 26 ist die V⁸^¹!^"

daß eine Begrenzungsspannung eingehalten wird, 28 und die Drain-Elektrode 30 ge^m^^ins™ ™^^Γ

auch wenn der Drain-Source-Strom über den Be- 40 Gate-Elektrode 24 eines zu schützend^ MOS-FeId-

grenzungswert hinaus erhöht wird; je dicker die eflekttransistors 22 verbunden. Die Source-Elektrode

Gate-Oxydschicht um so größer ist der Wert dieser 32 des Schutztransistors 26 ,st mit der Source-bU*

BeerenzunessoannunE ^{trode 34 des zu schutzenden} Transistors 22 vermin

"SSSll der Dicke der Gate-Isolier- den, wobei die Source-Elektrode 32, 34 gemeinsarn

schicht erleben sich Schutztransistoren für beliebige *5 an einer Klemme 61 angeschlossen sind an die> bei

Spannungswerte im Bereich von 3 bis 35 V. Ein spielsweise Taktimpulse angelegt werden können,

derartige? Schutztransistor bietet auch Schutz gegen- wenn die Schaltung in dynamischen Verknupfungs

über Spannungsspitzen oder Impulsen entgegen- anordnunger,l verwendet wird Der ,u' »huteende

gesetzte? Polarität, und zwar auf Grund des nieder- Transistor 22 kann der Eingangstransistor emer inte ohmigen Teiles 45 der Arbeitskennlinien der Fi g. 3. ₅o gierten Verknupfungsschatung 60 sein di^^nu:jei

F ig. 4 zeigt konstruktive Einzelheiten einer inte- ner Drain-Elektrode ^3S ^™^"^¹!¹ *™ _dtr

grierten Schaltung, die eine Kombination aus einem grenzungswiderstand 40 kann, aWianggvn ae^

zu schützenden und einem schützenden Transistor Größe der Eingangsspannung, jwis^n «

besitzt. Ein Abschnitt 19 für den zu schutzenden gangsklemme 36 und dei Gate-ΕJekjrod^24 Transistor besteht aus einem üblichen MOS-FeId- 55 schützenden Trans ist ors M erfo^rderl^lc _T ^h _a^"_genkön. effekttransistor, wie er an Hand von Fig. 2 be- Sich ansammelnde elektrostatis^che Ladungn^

schrieben wurde. Ein Abschnitt 21 für einen schüt- nen an der 1Eingangsleitung 39 ™Λ der Gate zenden Transistor verwendet die p-Source-Zone 12 Elektrode 24 des Transistors 22 und d[e^ingangs

,0

zu schützenden Transistors 22 und Streu- und anderen äußeren Kapazitäten dar, die an die Gate-Elektrode 24 des Transistors 22 gekoppelt sind. Diese äquivalente Kapazität wird verringert, wenn die Gesamtfläche der Gate-Zone oder des leitenden Kanals 9 und der Drain-Zone 23 des Schutztransistors durch die oben beschriebene Verringerung der Breite des Schutztransistors reduziert wird.
Die Schutzschaltung soll insbesondere in dynamischen MOS-Feldeffekttransistor-Verknüpfungsschal· tungen eingesetzt werden. Es ist jedoch auch eine Verwendung in Gleichstrom-MOS-Feldeffekttransistor-Verknüpfungsschaltungen und überhaupt ir anderen MOS-FeldefFekttransistorschaltungen möglich. Durch die Schutzschaltung kann auch der Eingangstransistor einer integrierte MOS-Feldeffekttransistor-Verknüpfungsschaltungen tragenden Scheibe geschützt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

der Stromfluß zwischen Source- und Drain-Zone Patentansprüche: hängt von der an die Gate-Elektrode angelegten Spannung ab.

1. Elektrische Schutzschaltung, die einen ersten MOS-Feldeffekttransistoren besitzen eine erhöhte MOS-Feldeffekttransistor gegen an seine Gate- 6 Anpassungsfähigkeit, sie sind billig und klein und Isolierschicht angelegte überhöhte Spannungen benötigen weniger Betriebsleistung als übliche Trandadurch schützt, daß zwischen seine Gate-Elek- sistorea. MOS-Feldeffekttransistoren haben jedoch trode und eine seiner Hauptelektroden ein als den Nachteil, daß die Oxydschicht zerstört wird und Diode geschalteter zweiter MOS-Feldeffekttran- der Transistor ausfällt, wenn eine überhöhte Spansistor gelegt ist, dadurch gekennzeich-io nung zwischen Source- und Gateelektrode anliegt, net, daß der zweite MOS-Feldeffekttransistor beispielsweise eine Spannung über 100 V.

(26) zwischen Gate-Elektrode (24) und Source- Es wurde bereits eine Schutzschaltung für einen Elektrode (34) des ersten MOS-Feldeffekttran- MOS-Feldeffekttransistor vorgeschlagen, die aus einer sistors (22) liegt und seine Gate-Isolierschicht zwischen Gate- und Source-Elektrode des Trandicker ist als die Gate-Isolierschicht des ersten 15 sistors geschalteten Halbleiterdiode mit Durchbruchs-MOS-Feldeffekttransistors. Spannungscharakteristik besteht.

2. Elektrische Schutzschaltung nach Anspruch 1, Diese Anordnung ist jedoch dann nachteilig, wenn dadurch gekennzeichnet, daß Gate-Elektrode (28) — wie üblich — ein MOS-Feldeffekttransistor einen und Drain-Elektrode (30) des zweiten Transistors Teil einer integrierten Schaltung bildet, denn es (26) gemeinsam mit der Gate-Elektrode (24) des 20 müssen dann Verbindungen für eine diskrete äußere ersten Transistors (22) verbunden und die Source- Diode vorgesehen werden. Selbst wenn die Diode Elektroden (32, 34) beider Transistoren (22, 26) als pn-Strecke in der integrierten Schaltung vorzusammengeschaltet sind. gesehen wird, sind zusätzliche Schritte erforderlich,

3. Elektrische Schutzschaltung nach An- um diese Strecke geeignet für die Verwendung in spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die 25 einer Schutzschaltung zu machen.
Gesamtoberfläche des leitenden Kanals (9) und Aus der USA.-Patentschrift 3 272 989 ist eine Schalder Drain-Zone (23) des zweiten Transistors (26) tung aus einem ersten MOS-FeldeSekttransistor und geringer als die Gesamtoberfläche des leitenden einem zweiten mit einem Kondensator verbundenen Kanals (7) und der Drain-Zone (10) des ersten MOS-Feldeffekttransistor bekannt. Der zweite Tran-Transistors (22) ist. 30 sistor bildet mit dem Kondensator ein Phasenver-

4. Elektrische Schutzschaltung nach einem det Schiebungsglied. Seine Source-Elektrode und seine vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- Gate-Elektrode sind mit der Gate-Elektrode des kennzeichnet, daß die elektrische Schutzschaltung ersten Transistors verbunden. Die beiden Drainais integrierte Schaltung ausgeführt ist und die Elektroden der Transistoren sind ebenfalls miteinbeiden Transistoren (22, 26) sich eine gemein- 35 ander verbunden, so daß eine Spannungsschutzwirsame Source-Zone (12, F i g. 4) teilen. kung für den ersten Transistor erzielt wird. Die

5. Elektrische Schutzschaltung nach An- durch den zweiten Transistor erzielte Schutzwirkung spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste ist relativ klein, da der zweite Transistor ebenfalls Transistor (22) der Eingangstransistor einer inte- gegen Überspannung empfindlich ist.

grierten Verknüpfungsschaltung (60) ist. 40 Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schutzschaltung aufzuzeigen, die einen besseren Schutz als die vorgenannte Schaltung bietet und in der keine

zusätzlichen Fertigungsschritte notwendig sind.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der

45 zweite MOS-Feldeffekttransistor zwischen Gate- und

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schutz- Source-Elektrode des ersten MOS-FeIdeffekttran-

schaltung, die einen ersten MOS-Feldeffekttransistor sistors liegt und seine Gate-Isolierschicht dicker ist

gegen an seine Gate-Isolierschicht angelegte über- als die Gate-Isolierschicht des ersten MOS-FeId-

höhte Spannungen dadurch schützt, daß zwischen effekttransistors.

seine Gate-Elektrode und eine seiner Hauptelek- 50 Gemäß einer bevorzugten Ausführung sind Gatetroden ein als Diode geschalteter zweiter MOS-FeId- Elektrode und Drain-Elektrode des zweiten Traneffekttransistor gelegt ist. sistors gemeinsam mit der Gate-Elektrode des ersten Ein derartiger MOS-Feldeffekttransistor ist ein Transistors verbunden und die Source-Elektroden Halbleiterelement mit einem Halbleiterträgerkörper beider Transistoren zusammengeschaltet,
einer ersten Leitfähigkeit, in dem Zonen einer zwei- 55 Die erfindungsgemäße Schutzschaltung hat den ten Leitfähigkeit vorgesehen sind, die als Source- und Vorteil, daß die Höhe der Spannung, bei der die Drainzonen bezeichnet werden, an die Elektroden Schutzwirkung eintreten soll, sehr einfach durch die mit der entsprechenden Bezeichnung, nämlich Dicke der Oxydschicht des zweiten Transistors be-Source- und Drainelektrode, angeschlossen sind. stimmt werden kann.

Durch eine Isolierschicht, von der Oberfläche des 60 Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun

Halbleiterkörpers getrennt, ist im Bereich zwischen an Hand der F i g. 3 bis 6 der Zeichnung beschrieben.

Source- und Drainelektrode eine Elektrode vor- Es zeigt

gesehen, die Gate-Elektrode genannt wird. Die Iso- Fig. 1 eine Kennlinienschar eines typischen MOS-

lierschicht besteht zweckmäßigerweise aus einem ge- Feldeffekttransistors,

eigneten Oxyd, beispielsweise Siliziumdioxyd. Wird 65 F i g. 2 einen Schnitt durch einen bekannten MOS-

an die Gate-Elektrode ein geeignetes Potential an- Feldeffekttransistor,

gelegt, so ergibt sich ein leitender Kanal in dem Fig. 3 Stromspannungskennlinien von Schutz-Halbleiterkörper zwischen Source- und Drain-Zone; transistoren, die als Diode geschaltet sind,