DE2313312A1 - Integrierte schaltung mit isolierte gate-elektroden aufweisenden feldeffekttransistoren - Google Patents

Integrierte schaltung mit isolierte gate-elektroden aufweisenden feldeffekttransistoren

Info

Publication number
DE2313312A1
DE2313312A1 DE2313312A DE2313312A DE2313312A1 DE 2313312 A1 DE2313312 A1 DE 2313312A1 DE 2313312 A DE2313312 A DE 2313312A DE 2313312 A DE2313312 A DE 2313312A DE 2313312 A1 DE2313312 A1 DE 2313312A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
zone
conductivity type
integrated circuit
field effect
area
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.)
Pending
Application number
DE2313312A
Other languages
English (en)
Inventor
Goetz Wolfgang Steudel
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.)
RCA Corp
Original Assignee
RCA 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 RCA Corp filed Critical RCA Corp
Publication of DE2313312A1 publication Critical patent/DE2313312A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
    • H01L27/0255Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using diodes as protective elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/092Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
    • H01L27/0927Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors comprising a P-well only in the substrate

Description

Dipl.-lng. H. Sauerland · Dr.-lng. R. König · Dipl.-lng. K. Bergen Patentanwälte · <4αοα Düsseldorf 3o · Cecilienallee 76 ■ Telefon .43273s
16. März 1973 28 269 B
RGA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza, New York. N.Y. 10020 (V.St.A.)
"Integrierte Schaltung mit isolierte Gate-Elektroden aufweisenden Feldeffekttransistoren"
Die Erfindung "bezieht sich auf integrierte Schaltungen mit isolierte Gate-Elektroden aufweisenden Feldeffekttransistoren, insbesondere MOS-Transistoren.
Die Transistoren bekannter integrierter Schaltungen aus Feldeffekttransistoren mit isolierten Gate-Elektroden weisen einen Gate-Isolator auf, der in der Regel aus thermisch gezüchtetem Siliziumdioxid besteht« Siliziumdioxid
7 hat eine Durchschlagsstabilität von etwa 10 Volt pro cm, so daß eine Einschaltspannung auf die Gate-Elektrode von etwa 10 V pro 100 2. Oxid wahrscheinlich einen Durchschlag des Oxids bewirkt« Dieses Problem trat gewöhnlich nur während der Herstellungs-, Prüf- Aufbau- oder anderer Operationen der Baueinheiten auf, da die normalen Schaltungsimpedanzen und Spannungen eine Beschädigung dieser Art unwahrscheinlich machen. Trotzdem ist der Durchschlagseffekt destruktiv, so daß Bauelemente bereits vor ihrem Einsatz in eine Schaltung verloren gingen.
Eine bekannte Lösung des Problems des Einschaltdurchschlags ist in Fig. 1 gezeigt. Die Schaltung 10 in Fig. 1 wird in im Handel erhältlichen Baueinheiten, z.B. in der
309841/0821
6 fu
integrierten Schaltung CD4013 eier Anmelderin verwendet. Die zu schützende Schaltung ist in Figo 1 durch ein einfaches komplementäres Inverterpaar mit einem P-leiten- " den Feldeffekttransistor 12 mit isolierter Gate-Elektrode und einem N-leitenden Feldeffekttransistor 14 mit isolierter Gate—Elektrode dargestellt, welche in Reihe zwischen einem Versorgungsanschluß 16 zur Einspeisung von V-j und einem Versorgungsanschluß 18 zur Einspeisung
von V eingeschaltet sind. Die Transistoren 12 und 14 ss °
weisen isolierte Gate-Elektroden 20 und 22 auf, welche zusammengeschaltet sind und daher dasselbe Eingangssignal aufnehmen. Die zugehörigen Drain-Elektroden der Transistoren 12 und 14 liegen zusammen an einem Ausgangsanschluß 23. "
Die zum Schutz der Gate-Isolierschichten der Transistoren 12 und 14 dienenden Schaltungselemente liegen zwischen einem Eingangsanschluß 24, den Gate-Elektroden 20 und und den Anschlüssen 16 und 18, wie im folgenden beschrieben wird. Zu diesen Elementen gehört zunächst ein Widerstand 26, der zwischen dem Eingangsanschluß 24 und den Gate-Elektroden 20 und 22 liegt. Vom Widerstand 26 führen Dioden 28, 29 zum V, ..-Anschluß 16, wobei ihre Anoden mit dem Widerstand 26 und ihre Kathoden zusammen mit dem Anschluß 16 verbunden sind. Bei der praktisch ausgeführten Baueinheit sind die Dioden 28 und 29 als eine einzelne verteilte Diode ausgebildet, die von der Widerstandszone selbst definiert ist.
Eine Diode 30 ist zwischen dem Erdanschluß 18 und dem Verbindungspunkt zwischen den zu schützenden Gate-Elektroden 20 und 22 eingeschaltete Die Diode 30 ist mit ihrer Anode mit dem Anschluß 18 und mit ihrer Kathode mit den Gate-Elektroden 20 und 22 verbunden.
3 09 8A1/0821
Fig. 2 zeigt die Ausfeildung der Schaltung 10 als integrierte Schaltung« Gezeigt ist eine integrierte Schaltung 32 mit einem N-leitenden Siliziumkörper, dessen spezifischer Widerstand zwischen etwa 0,1 und 10 Ohm cm liegen sollte. Der Körper hat eine Oberfläche 36, der diejenigen Zonen benachbart sind, welche die aktiven und passiven Schaltungselemente bilden.
Der Transistor 12 weist in gegenseitigem Abstand angeordnete eindiffundierte Source- und Drain-Zonen 38 und 39 des P+Leitungstyps auf, die nahe der Oberfläche 36 ausgebildet sind. Als Substrat für den N-leitenden Transistor 14 dient eine P-leitende Zone 40, die als P-Senke bezeichnet wird und eine größere Diffusionstiefe sowie einen stärker abgestuften Dotierstoffkonzentrationsgradienten besitzt als die P+leitenden Zonen 38 und 39· Innerhalb der P-Senke 40 hat der Transistor 14 N+leitende Source— und Drain-Zonen 42 bzw« 43·
Die Gate-Elektroden 20 und 22 der Transistoren 12 und 14 sind über den Zwischenräumen zwischen den zugehörigen Source- und Drain—Zonen angeordnet und von diesen durch dünne Gate—Isolierschichten 44 und 45 isoliert, wobei letztere beispielsweise durch Oxydation der Oberfläche des Körpers 34 ausgebildet sind.
Ferner sind in Fig. 2 eine P+leitende Schutzringzone 46, welche den Transistor 14 umgibt, und eine N+leitende Schutzringzone 48 gezeigt, welche den Transistor 12 umgibt. Andere, nicht dargestellte Zonen können in Form von P+ oder N+ Zonen ausgebildet sein, welche als Widerstände, . Tunnel od.dgl. dienen.
Die Funktion des Widerstandes 26 erfüllt eine P+leitende diffundierte Zone 50, welche gleichzeitig mit den Source— und Drainzonen 38 und 39 des Transistors 12 aufgebaut
309841/0821
wird, wie dies dem Grundprinzip des Aufbaus integrierter Schaltungen entspricht,- gemäß" dem so viele Zonen des gleichen Leitungstyps als möglich gleichzeitig, d.ho in demselben Diffusionsschritt, ausgebildet werden,, Die Funktion der Dioden 28, 29 erfüllt der PN-Übergang 52 "zwischen der Zone 50 und dem Körper 34 der integrierten Schaltung. Metallische Leiter 60 und 61 sind mit den entsprechenden entgegengesetzten Enden der Zone 50 verbunden und erstrecken sich zu den Elementen, zwischen denen die Widerstandszone 50 angeschlossen werden soll.
Die Funktion der Diode 30 gemäß Figo 1 erfüllt eine eindiffundierte Kathodenzone 62 des N+Leitungstyps nahe der Oberfläche 36 innerhalb der P-Senke 40, wobei letztere als Anodenzone dient. Ein metallischer Kontakt 65 dient zum Anschluß der Zone 62 an dem Metallkontakt 61 über eine schematisch bei 65 dargestellte Leitung,, Die Betriebsweise der Schaltung 10 ist bekannt. Sie ist beispielsweise in der von der Anmelderin im Februar 1970 publizierten Application Note ICAN 6128 beschrieben. Wichtig ist, daß die Schaltung die Spannung an den Gate-Isolierschichten der Transistoren 12 und 14 auf einen Wert begrenzt, der nicht höher als etwa die Durchbruchs spannungen der Dioden 28, 29 und 30 in Sperrichtung ist.
Die Schaltung 10 wird erfolgreich zum Schutz der meisten Schaltungen angewendet» Es hat sich jedoch gezeigt, daß es viele Schaltungen, Z0B0 RG-Multivibratoren oder logische Pegelverbinder gibt, welche bei Verwendung der Schaltung 10 nicht in Wirkung gesetzt werden können. Die Beschränkung besteht darin, daß die Eingangsspannung von der Schaltung 10 auf Werte festgelegt ist, welche um nur einen Betrag gleich dem DurchlaßSpannungsabfall der Dioden 28-29 und 30 oberhalb von V,, und unterhalb von
V" liegen. Mit anderen Worten, sobald die Eingangsss
309841/0821
spannung den Wert von V-, ·, geringfügig übersteigt,' werden die Dioden 28-29 in Durchlaßrichtung vorgespannt, so daß keine höhere Spannung am Eingangsanschluß 24 anstehen kanno Sobald die Eingangsspannung geringfügig unter V
abfällt, wird die Diode 30 in ähnlicher Weise in Durchlaßrichtung vorgespannt, so daß eine weitere Spannung am Eingangsanschluß zusammenbricht. Im Falle von Multivibratoren verringern diese Beschränkungen deren Wirkungsgrad und/oder die Frequenzstabilität der Baueinheit.
Es ist bekannt, gegensinnig geschaltete Dioden an die Gate-Isolierschicht des Feldeffekttransistors mit isolierter Gate-Elektrode anzuschließen. In diesem Zusammenhang wird auf die US-PS 3 512 058 verwiesen. Diese Maßnahme hat die Wirkung, daß die Clamping-Grenze auf etwa den Durchbruchsspannungswert in Sperrichtung oberhalb der Clamping-Grenze bei einer Einzeldiode ausgedehnt wird. Signalbegrenzungswiderstände entsprechend der Diffusionszone 50 wurden bei diesen speziellen Ausführungen nicht verwendet. Diese bekannten integrierten Schaltungen wurden gewöhnlich für Frequenzen vorgesehen, welche viel höher als diejenigen sind, bei denen COS/MOS integrierte Schaltungen betrieben werden. Bei derartig hohen Frequenzen muß die RC-Zeitverzögerung der Schutzschaltung für geeigneten Betrieb relativ kurz gehalten werden. Die Widerstands- und Kapazitätswerte einer Widerstandsdiffusionszone sind so, daß in der Regel eine zu diesem Zweck zu lange Zeitverzögerung auftritt. Andererseits wurden gegensinnig geschaltete Schutzdioden bisher nicht in COS/MOS integrierten Schaltungen verwendet, da man bisher nicht wußte, wie eine solche Ausführung in einer komplizierten integrierten Schaltung wirksam erreicht werden kann. Dies zu erreichen, ist Aufgabe der Erfindung, die dadurch gelöst wird, daß die Isolator-Schutzeinrichtung eine gegensinnig gepolte Diodenschaltung, die über den Gate-Isolatoren der beiden Feldeffekttransistoren mit isolierten
309841/0821
Gate-Elektroden geschaltet sind, und eine in dem Körper gelegene Zone zwischen einem Eingangsanschluß der integrierten Schaltung und jeder Gate-Elektrode aufweist, wobei die Zone den ersten Leitungstyp besitzt und innerhalb eines Gebiets des entgegengesetzten Leitungstyps angeordnet ist.
In der Zeichnung zeigen:
Figo 1 ein schematisches Schaltbild einer bekannten Schutzschaltungj
Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine integrierte Schaltungseinheit mit der Schaltung gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht ähnlich derjenigen gemäß Fig. 2, in welcher die erfindungsgemäße Konstruktion dargestellt ist j
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Teil der Ausführungsform nach Fig. 3j und
Fig. 5 ein schematisches Schaltbild der neuen Schaltung.
Beispiel
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist eine erfindungsgemäße integrierte Schaltung 32f Transistoren 121 und 14* auf, welche ähnlich den zuvor beschriebenen Transistoren 12 und 14 ausgebildet sind. Insbesondere weist die Einrichtung 32* einen Körper 341 eines Leitungstyps, bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel N-leitend, mit einer Oberfläche 36* auf, an der die Diffusionszonen des Bauteils ausgebildet sinde
Der Transistor 121 weist mit Abstand zueinander angeordnete Source- und Drainzonen 38 * und 39* des P+Leitungs-
309841/08 21
typs auf, während der Transistor 141 eine eindiffundierte, P-leitende Senken-Zone 40 * und im Abstand zueinander angeordnete N+leitende Source— und Drainzonen 42l und 43 * besitzt. Die Gate-Elektroden 20* und 22* der Transistoren 121 und 14* sind durch Isolierschichten 44' bzwo 45 l von dem Halbleiterkörper getrennt angeordneto Darüber hinaus können bekannte Elemente, z.Bo Schutzringelemente, in die Schaltung einbezogen werden.
Die neue Schutzeinrichtung ist in Fig» 3 mit dem Bezugszeichen 66 bezeichnet und weist eine erste Zone 68 von mit dem Körper 34s übereinstimmendem Leitungstyp auf, welche als langgestreckte Widerstandszone ausgebildet ist und vorzugsweise gleichzeitig mit den N+leitenden Source- und Drainzonen 42s und 43 l des Transistors 141 aufgebaut wird. Die Widerstandszone 68 ist innerhalb einer ersten P-leitenden Zone 69 angeordnet, welche vorzugsweise gleichzeitig mit der Senken-Zone 40' ausgebildet wird. Ein PN-Übergang 70 wird von den Zonen 68 und 69 definiert, Ein weiterer PN-Übergang 71 wird von der Zone 69 und dem Körper 34* gebildete
Die erste P-leitende Zone 69 enthält ferner eine zweite N+ leitende Zone 72, welche mit der ersten P-leitenden Zone 69 einen PN-Übergang 63 bildet. Die zweite N+leitende Zone 72 ist über einen Metalleiter 74 mit einer N+leitenden Zone 75 verbunden, welche innerhalb der Senken-Zone 40 x angeordnet ist und mit der zweiten N+leitenden Zone 72 einen PN-Übergang 76 bildet. Die zu schützenden Gate-Elektroden 20f und 22' sind mit einem Ende der Widerstandszone 68 über ein schematisch bei 77 dargestelltes Verbindungselement verbunden. Das andere Ende der Widerstandszone 68 ist über ein Verbindungselement 78 mit einem nicht dargestellten Eingangsanschluß verbunden.
309841 /0821
Fig. 4 zeigt die Schutzelemente in Draufsicht und soll die neuartige Konfiguration der Widerstands zone 68 darstellen. Die gezeigte Widerstandszone 68 hat einen '"'"' schmalen, langgestreckten Mittelabschnitt 80 mit verbreiterten Zonen 81 und 82 an den entgegengesetzten Enden des Abschnitts 80. An den verbreiterten Zonen 81 und 82 ist der Kontakt zur Widerstandszone 68 hergestellt. Es ist allgemein bekannt, eindiffundierte Wideistände mit verbreiterten Endbereichen zur Kontaktierung herzustellen. Bei herkömmlichen Ausführungen haben die Kontaktzonen eine vorgegebene Fläche, die gerade groß genug ist, um eine relativ leichte Kontaktierung zu ermöglichen. Bei der neuartigen Ausführung sind die verbreiterten Zonen 81 und 82 viel größer als herkömmliche vergrößerte Kontaktbereiche. Der Zweck dieser Konfiguration besteht darin, eine relativ große Fläche und eine dementsprechend relativ hohe Übergangskapazität für den PN-Übergang 70 zwischen der Widerstandszone 68 und der ersten P-leitenden Zone zu schaffen. Gegebenenfalls kann nur eine der verbreiterten Zonen 81 und 82 so groß bemessen werden, daß die gewünschte Kapazität erreicht wirdo
Die relativ hohe Kapazität im Übergang 70 dient zur Entwicklung einer vorgegebenen RC-Zeitkonstante für die Schutzeinrichtung 66. Ein angemessener Gate-Oxid-Schutz macht eine Schutzeinrichtung mit einer RC-Zeitverzögerung notwendig, die größer als die erwartete Dauer der schädlichen Einschaltstöße ist, vor deren Auswirkungen die integrierte Schaltung geschützt werden soll. Bei der bekannten Schaltung 10 besaß der Widerstand 26 bei einer Ausführungsform einen Widerstandswert von etwa 500 0hm, wobei sein PN-Übergang 52 eine Kapazität von etwa 1 ,. Picofarad hatte, was zu einer Zeitverzögerung von etwa 0,5 Nanosekunden führte. Andere Ausführungen mit Zeitverzögerungen bis zu etwa 5 Nanosekunden wurden ebenfalls verwendet«, Der Widerstandswert einer für Source- und Drainelektroden geeigneten N+leitenden Zone ist niedriger
309841/082 1
als derjenige einer P+leitenden Zone, so daß zur Erzielung eines ähnlichen Widerstandswertes und.einer dementsprechend ähnlichen Zeitkonstanten eine viel längere N+ leitende Widerstandszone als bei einer P+leitenden Widerstandszone vorgesehen werden muße Zur zweckmäßigen Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raums sollte der langgestreckte Abschnitt 80 der Zone 68 bei der vorliegenden Konstruktion nicht so lang gemacht werden, daß ein Widerstandswert entsprechend demjenigen eines P+leitenden Widerstands 26 entsprechend der Schaltung 10 erreicht wird. Stattdessen sollte in der erfindungsgemäßen Weise vorgegangen werden« Bei der neuen Konstruktion kann der Widerstandswert der Zone 68 kleiner als derjenige der Widerstandszone 26 bei der bekannten Schaltung sein, während seine Kapazität zur Kompensation des verringerten Widerstandswerts größer sein kann.
Innerhalb dieser Richtlinien können die genauen Abmessungen der Widerstandszone 68 im Ermessen des Konstrukteurs bleiben. Beispielsweise kann die Zone 68 einen spezifischen Flächenwiderstand von etwa 15 Ohm pro Flächeneinheit und eine Länge von 10 Einheiten für einen effektiven Widerstandswert von etwa 150 Ohm haben. Eine effektive Kapazität von etwa 3,3 Picofarad ergibt dann eine Verzögerung von 0,5 Nanosekunden. Die zur Erzielung dieser Kapazität erforderliche Übergangsfläche hängt von anderen Faktoren, z.B. den Dotierstoffkonzentrationen in den Zonen 68 und 69, ab und kann routinemäßig bestimmt werden.
Die Betriebsweise der neuen Schutzeinrichtung wird unter Bezugnahme auf das in Fig. 5 dargestellte Schaltbild erläutert. Dieses Schaltbild ist ähnlich demjenigen gemäß Fig. 1 und zeigt die zwischen einem V,.-Anschluß 161 und
einem V_ -Anschluß 18' in Reihe geschalteten Transistoren ss
12* und I4f, Die Drain-Elektroden der Transistoren 12e
309841/0821
und "T4* liegen zusammen an einem Aus gangs ans chluß 23f· Die neue Schutzeinrichtung 66 ist zwischen einem Ein— gangsanschluß 24' und den Anschlüssen 16* und 18* sowie den zu schützenden Gate-Elektroden 20f und 22 l in einer der Schaltung 10 ähnlichen Weise eingeschaltet.
Der Widerstand der Zone 68 ist in Fig. 5 durch einen Widerstand 84 dargestellt, der zwischen dem Eingangsanschluß 24' und den Gate-Elektroden 20f und 22» liegt. Der PN-Übergang 70 bildet eine verteilte Diode, welche in Fig. 5 durch mit entsprechenden Enden des Widerstands 84 verbundene Dioden 85-86 dargestellt ist. Die Anoden dieser Dioden, welche gemeinsam durch die Zone 69 gebildet sind, dienen auch als Anode einer anderen Diode 87, welche zwischen den Dioden 85-86 und dem Anschluß i6r eingeschaltet ist. Der die Diode 87 bildende Übergang ist der Übergang 71 zwischen der Zone 69 und dem Körper 34! des Bauelements. Die verteilte Diode 85-86 und die Diode 87 bilden gegensinnig geschaltete Dioden über der Isolierschicht bzw. dem Isolator des Transistors 12*β
Die P-leitende Zone 69 bildet auch die Anodenzone einer weiteren Diode 88, deren aktiver Übergang von dem PN-Übergang 73 zwischen der P-leitenden Zone 69 und der N+ leitenden Zone 72 gebildet ist. Eine andere Diode 89, die in Gegenrichtung zur'Diode 88 geschaltet ist, wird durch den Übergang 76 zwischen der Zone 75 und der Senkenzone 40' gebildet. Die Dioden 85-86 und 88 können als gegensinnig geschaltete Dioden angesehen werden, welche über der Isolierschicht des Transistors 14* liegen. ■ .
Die Schutzeinrichtung 66 arbeitet wie folgt. Es sei der Fall betrachtet, daß ein positiver Einschaltimpuls, der die Isolierschicht zerstören könnte, zwischen dem Eingangsanschluß 24* und dem Vdd-Anschluß 161 ansteht, d.h„
30984 1/082
daß der Eingangsanschluß bezüglich V,^ angehoben wird. Unter diesen Umständen ist die verteilte Diode 85-86 in Sperrichtung vorgespannt und kommt bei einem Spannungspegel zum Durchbruch, der von den Dotierstoffkonzentrationen und anderen physikalischen Eigenschaften der Diode abhängig ist. Bei einer Ausführungsform des hier angegebenen Bauelements beträgt dieser Wert angenähert 20 Volt» Wenn die Diode 85-86 zum Durchbruch kommt, ergibt sich ein Leitungsweg zwischen dem Eingangsanschluß 24 * und dem Anschluß 161, wodurch die Spannung an der Isolierschicht des Transistors 12* auf einen Wert begrenzt wird, der gleich der Durchbruchs spannung der Diode 85-86 in Sperrrichtung und dem Durchlaßspannungsabfall über die Diode 87 ist.
Wenn der schädliche positive Einschaltstoß am Anschluß 18 * in bezug auf den Eingangsanschluß 241 angelegt wird, so wird der Transistor 141 wie folgt geschützt. Unter diesen Umständen ist die Diode 88 in Sperrichtung vorgespannt. Bei einem Spannungspegel, der der Durchbruchs spannung der Diode 88 in Sperrichtung entspricht, wird die Diode leitend, wobei die Spannung am Isolator des Transistors 14* auf einen Wert begrenzt wird, der gleich der Durchbruchsspannung der Diode 88 in Sperrichtung und der Summe der Durchlaßspannungsabfälle der Diode 89 und der verteilten Diode 85-86 ist.
Die Diode 89 ist bei dieser Schaltung notwendig, da die Diode 88 und die verteilte Diode 85-86 eine gemeinsame Anodenzone haben. Wäre die Diode 89 nicht vorhanden, so würde die Anodenzone 69 während der positiven Auslen— kungen des am Eingangsanschluß 24* anstehenden Signals über der Durchbruchsspannung der Diode 85-86 auf V
ss
festgelegt.
Mit Hilfe der neuen Schaltungsanordnung kann die Ein-
309841/0821
gangsspannung um eine volle N+ zu P-Durchbruchsspannung oberhalb und unterhalb von V,, bzw. "V schwanken. Auf diese Weise können weit mehr geschützte COS/MOS-Schaltungen realisiert werden, als dies bisher möglich war.
0 9841/0821

Claims (1)

  1. RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y0 10020 (V.St.A.)
    Patentansprüche:
    πβ)Integrierte Schaltung mit einem Körper aus Halbleitermaterial eines ersten Leitungstyps und -grads, in dem nahe einer Oberfläche mehrere Zonen zur Definition von Schaltungselementen eindiffundiert sind, einschließlich eines Paars von Feldeffekttransistoren mit isolierten Gate-Elektroden, von denen einer in gegenseitigem Abstand angeordnete Source- und Drainzonen des demjenigen des Körpers entgegengesetzten Leitungstyps und der andere eine eindiffundierte Senkenzone des entgegengesetzten Leitungstyps sowie ein Paar von in der Senkenzone gelegenen Source- und Drainzonen des ersten Leitungstyps aufweisen, wobei die Gate-Elektrode jedes Feldeffekttransistors von dem Körper durch einen Gate-Isolator getrennt ist, zu dessen Durchschlagsschutz eine Isolator-Schutzeinrichtung vorgesehen ist, dadurch gekenn zeichnet , daß die Isolator-Schutzeinrichtung (66) eine gegensinnig gepolte Diodenschaltung (85, 86, 87), die über den Gate-Isolatoren (44*, 45!) der beiden Feldeffekttransistoren (12*, 14«) mit isolierten Gate-Elektroden (201, 22O geschaltet sind, und eine in dem Körper (34*) gelegene Zone (68) zwischen einem Eingangs« anschluß (24* ) der integrierten Schaltung (32l) und jeder Gate-Elektrode (20«, 22*) aufweist, wobei die Zone (68) den ersten Leitungstyp besitzt und innerhalb eines Gebiets (69) des entgegengesetzten lieitungstyps angeordnet ist«,
    3 0 9841/0821
    Z0 Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Leitungstyp N-leitend ist.
    3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zone (68) die Form eines schmalen, langgestreckten Abschnitts (80) mit einem verbreiterten Bereich (81, 82) an jedem seiner Enden hat, wobei die Kontaktierung an jedem der verbreiterten Bereiche (81 , 82) der einen PN-Übergang (70) mit dem Umgebungsmaterial bildenden Zone (68) vorgesehen ist, und daß die Größe wenigstens eines der verbreiterten Bereiche (81, 82) so gewählt ist^-daß das Produkt aus dem Widerstand der Zone (68) und der Kapazität des PM-Übergangs (70) einen vorgegebenen Wert, erreichto
    4. Integrierte Schaltung nach Anspruch Z$ dadurch gekennzeichnet s daß die Zone die Form eines schmalen, langgestreckten Abschnitts mit einem verbreiterten Bereich an jedem seiner Enden hat, wobei die Kontaktierung an den verbreiterten Bereichen vorgesehen ist, und daß die Zone mit dem Umgebungsmaterial einen PN-Übergang bildet^ wobei die Fläche wenigstens eines der verbreiterten Bereiche wesentlich größer als die Fläche der Kontakte am Widerstand isto
    5« Integrierte Schaltung mit einem Körper aus Halbleitermaterial eines ersten Leitungstyps und -grads, in dem nahe einer Oberfläche mehrere Zonen zur Definition von Schaltungselementen eindiffundiert sind3 einschließlich eines Paars von Feldeffekttransistoren mit isolierten Gate-Elektroden., von denen einer in gegenseitigem Abstand angeordnete Source- und Drainzonen des demjenigen des Körpers entgegengesetzten Leitungstyps und der andere, eine eindiffundierte Senkenzone des entgegengesetzten Leitungstyps so-
    309841/0821
    wie ein Paar von in der Senkenzone gelegenen Source- und Drainzonen des ersten Leitungstyps aufweisen, wobei die Gate—Elektrode jedes Feldeffekttransistors von dem Körper durch einen Gate-Isolator getrennt ist, zu dessen Durchschlags schutz bei hohen an ihm anstehenden Spannungen eine Isolator-Schutzeinrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolator-Schutzeinrichtung eine in dem Körper ausgebildete erste Zone des entgegengesetzten Leitungstyps, in dieser Zone ausgebildete erste und zweite Gebiete des ersten Leitungstyps, von denen das erste Gebiet einen länglichen Abschnitt hat, ein in der Senkenzone angeordnetes drittes Gebiet des ersten Leitungstyps, eine ein Ende des ersten Gebiets des ersten Leitungstyps mit dem Eingangsanschluß der integrierten Schaltung verbindende Einrichtung, eine das andere Endedes ersten Gebiets des ersten Leitungstyps mit den Gate-Elektroden der Feldeffekttransistoren verbindende Einrichtung und eine das zweite Gebiet des ersten Leitungstyps mit dem dritten Gebiet des ersten Leitungstyps verbindende Einrichtung aufweist.
    6. Integrierte Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Abschnitt einen verbreiterten Bereich an jedem seiner Enden aufweist, an dem die Kontakte zu dem länglichen Abschnitt niedergeschlagen sind, und daß jeder niedergeschlagene Kontakt eine vorgegebene Fläche einnimmt, wobei die Fläche wenigstens eines der verbreiterten Bereiche viel größer als diese vorgegebene Fläche ist.
    7. Integrierte Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Leitungstyp N-leitend ist.
    309841/082 1
DE2313312A 1972-03-27 1973-03-17 Integrierte schaltung mit isolierte gate-elektroden aufweisenden feldeffekttransistoren Pending DE2313312A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US23848672A 1972-03-27 1972-03-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2313312A1 true DE2313312A1 (de) 1973-10-11

Family

ID=22898111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2313312A Pending DE2313312A1 (de) 1972-03-27 1973-03-17 Integrierte schaltung mit isolierte gate-elektroden aufweisenden feldeffekttransistoren

Country Status (9)

Country Link
US (1) US3712995A (de)
JP (1) JPS5422277B2 (de)
CA (1) CA959171A (de)
DE (1) DE2313312A1 (de)
FR (1) FR2177994B1 (de)
GB (1) GB1359979A (de)
IT (1) IT980654B (de)
MY (1) MY7500146A (de)
SE (1) SE383230B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0267465A1 (de) * 1986-10-22 1988-05-18 Siemens-Elema AB Schutz für den Ausgangsschalter eines Schrittmachers

Families Citing this family (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3934399A (en) * 1972-06-12 1976-01-27 Kabushiki Kaisha Seikosha Electric timepiece incorporating rectifier and driving circuits integrated in a single chip
JPS5321838B2 (de) * 1973-02-28 1978-07-05
US3916430A (en) * 1973-03-14 1975-10-28 Rca Corp System for eliminating substrate bias effect in field effect transistor circuits
US3913125A (en) * 1973-06-11 1975-10-14 Gte Laboratories Inc Negative impedance converter
US4015147A (en) * 1974-06-26 1977-03-29 International Business Machines Corporation Low power transmission line terminator
US3955210A (en) * 1974-12-30 1976-05-04 International Business Machines Corporation Elimination of SCR structure
US4099074A (en) * 1975-03-06 1978-07-04 Sharp Kabushiki Kaisha Touch sensitive electronic switching circuitry for electronic wristwatches
US3967295A (en) * 1975-04-03 1976-06-29 Rca Corporation Input transient protection for integrated circuit element
IN144541B (de) * 1975-06-11 1978-05-13 Rca Corp
GB1559583A (en) * 1975-07-18 1980-01-23 Tokyo Shibaura Electric Co Complementary mosfet device and method of manufacturing the same
US4209713A (en) * 1975-07-18 1980-06-24 Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. Semiconductor integrated circuit device in which difficulties caused by parasitic transistors are eliminated
US4168442A (en) * 1975-07-18 1979-09-18 Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. CMOS FET device with abnormal current flow prevention
DE2539890B2 (de) * 1975-09-08 1978-06-01 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Schaltungsanordnung zum Schutz von Eingängen integrierter MOS-Schaltkreise
US4203126A (en) * 1975-11-13 1980-05-13 Siliconix, Inc. CMOS structure and method utilizing retarded electric field for minimum latch-up
JPS5286083A (en) * 1976-01-12 1977-07-16 Hitachi Ltd Production of complimentary isolation gate field effect transistor
JPS5299786A (en) * 1976-02-18 1977-08-22 Agency Of Ind Science & Technol Mos integrated circuit
US4037140A (en) * 1976-04-14 1977-07-19 Rca Corporation Protection circuit for insulated-gate field-effect transistors (IGFETS)
US4068278A (en) * 1976-05-27 1978-01-10 Williams Bruce T Overload protection circuit for amplifiers
US4066918A (en) * 1976-09-30 1978-01-03 Rca Corporation Protection circuitry for insulated-gate field-effect transistor (IGFET) circuits
US4240093A (en) * 1976-12-10 1980-12-16 Rca Corporation Integrated circuit device including both N-channel and P-channel insulated gate field effect transistors
CH621036B (fr) * 1977-02-28 Berney Sa Jean Claude Circuit integre pour piece d'horlogerie.
US4135955A (en) * 1977-09-21 1979-01-23 Harris Corporation Process for fabricating high voltage cmos with self-aligned guard rings utilizing selective diffusion and local oxidation
US4350906A (en) * 1978-06-23 1982-09-21 Rca Corporation Circuit with dual-purpose terminal
US4240042A (en) * 1979-04-05 1980-12-16 Rca Corporation Bandwidth limited large signal IC amplifier stage
JPS55136726A (en) * 1979-04-11 1980-10-24 Nec Corp High voltage mos inverter and its drive method
US4282556A (en) * 1979-05-21 1981-08-04 Rca Corporation Input protection device for insulated gate field effect transistor
US4296335A (en) * 1979-06-29 1981-10-20 General Electric Company High voltage standoff MOS driver circuitry
US4295176A (en) * 1979-09-04 1981-10-13 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Semiconductor integrated circuit protection arrangement
US4342045A (en) * 1980-04-28 1982-07-27 Advanced Micro Devices, Inc. Input protection device for integrated circuits
JPS577966A (en) * 1980-06-19 1982-01-16 Oki Electric Ind Co Ltd Semiconductor integrated circuit device
IT1211141B (it) * 1981-12-04 1989-09-29 Ates Componenti Elettron Circuito limitatore-trasduttore disegnali in alternata codificati in forma binaria, come stadio d'ingresso di un circuito integrato a igfet.
JPS58119670A (ja) * 1982-01-11 1983-07-16 Nissan Motor Co Ltd 半導体装置
GB2128021A (en) * 1982-09-13 1984-04-18 Standard Microsyst Smc CMOS structure including deep region and process for fabrication
JPS60767A (ja) * 1983-06-17 1985-01-05 Hitachi Ltd 半導体装置
JPS6027145A (ja) * 1983-07-25 1985-02-12 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置
US4605980A (en) * 1984-03-02 1986-08-12 Zilog, Inc. Integrated circuit high voltage protection
US4745450A (en) * 1984-03-02 1988-05-17 Zilog, Inc. Integrated circuit high voltage protection
JPS60254651A (ja) * 1984-05-30 1985-12-16 Mitsubishi Electric Corp Cmos回路の入力保護回路
US4626882A (en) * 1984-07-18 1986-12-02 International Business Machines Corporation Twin diode overvoltage protection structure
JPS6153761A (ja) * 1984-08-24 1986-03-17 Hitachi Ltd 半導体装置
JPS63305545A (ja) * 1987-06-05 1988-12-13 Hitachi Ltd 半導体集積回路装置
IT1226438B (it) * 1988-07-05 1991-01-15 Sgs Thomson Microelectronics Circuito elettronico con dispositivo di protezione da variazioni di tensione della batteria di alimentazione.
US4890143A (en) * 1988-07-28 1989-12-26 General Electric Company Protective clamp for MOS gated devices
IT1227104B (it) * 1988-09-27 1991-03-15 Sgs Thomson Microelectronics Circuito integrato autoprotetto da inversioni di polarita' della batteria di alimentazione
US4922371A (en) * 1988-11-01 1990-05-01 Teledyne Semiconductor ESD protection circuit for MOS integrated circuits
US5032742A (en) * 1989-07-28 1991-07-16 Dallas Semiconductor Corporation ESD circuit for input which exceeds power supplies in normal operation
JP3124144B2 (ja) * 1993-01-27 2001-01-15 株式会社東芝 半導体装置
JPH0888323A (ja) * 1994-09-19 1996-04-02 Nippondenso Co Ltd 半導体集積回路装置
KR960015900A (ko) * 1994-10-06 1996-05-22 반도체 장치 및 그 제조방법
US5844370A (en) 1996-09-04 1998-12-01 Micron Technology, Inc. Matrix addressable display with electrostatic discharge protection
US6410964B1 (en) * 1998-03-31 2002-06-25 Nec Corporation Semiconductor device capable of preventing gate oxide film from damage by plasma process and method of manufacturing the same
US6184557B1 (en) * 1999-01-28 2001-02-06 National Semiconductor Corporation I/O circuit that utilizes a pair of well structures as resistors to delay an ESD event and as diodes for ESD protection
TW495952B (en) * 2001-07-09 2002-07-21 Taiwan Semiconductor Mfg Electrostatic discharge protection device
JP5511124B2 (ja) * 2006-09-28 2014-06-04 セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー 絶縁ゲート型半導体装置
JP2008085188A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Sanyo Electric Co Ltd 絶縁ゲート型半導体装置
JP5337470B2 (ja) * 2008-04-21 2013-11-06 セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー 絶縁ゲート型半導体装置
US8482029B2 (en) * 2011-05-27 2013-07-09 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device and integrated circuit including the semiconductor device
CN110828564B (zh) 2018-08-13 2022-04-08 香港科技大学 具有半导体性栅极的场效应晶体管
JP2021010286A (ja) * 2019-07-03 2021-01-28 ローム株式会社 駆動回路
JP2021188518A (ja) 2020-05-26 2021-12-13 株式会社不二工機 排水ポンプ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0267465A1 (de) * 1986-10-22 1988-05-18 Siemens-Elema AB Schutz für den Ausgangsschalter eines Schrittmachers

Also Published As

Publication number Publication date
JPS4916391A (de) 1974-02-13
IT980654B (it) 1974-10-10
CA959171A (en) 1974-12-10
SE383230B (sv) 1976-03-01
FR2177994B1 (de) 1977-09-02
FR2177994A1 (de) 1973-11-09
US3712995A (en) 1973-01-23
GB1359979A (en) 1974-07-17
MY7500146A (en) 1975-12-31
JPS5422277B2 (de) 1979-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2313312A1 (de) Integrierte schaltung mit isolierte gate-elektroden aufweisenden feldeffekttransistoren
DE2143029C3 (de) Integrierte Halbleiterschutzanordnung für zwei komplementäre Isolierschicht-Feldeffekttransistoren
DE3136682C2 (de)
DE2559360A1 (de) Halbleiterbauteil mit integrierten schaltkreisen
DE1614373C2 (de)
DE1489893B1 (de) Integrierte halbleiterschaltung
DE102005013686A1 (de) ESD-Schutzschaltung mit skalierbarer Stromfestigkeit und Spannungsfestigkeit
DE2505573C3 (de) Halbleiterschaltungsanordnung mit zwei Isolierschicht-Feldeffekttransistoren
DE1639254A1 (de) Feldeffekthalbleitereinrichtung mit isoliertem Gatter und einem Durchschlagverhinderungsschaltelement sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
DE1965340A1 (de) Schottky-Diode
DE2832154A1 (de) Halbleitervorrichtung mit isoliertem gate
DE10216015A1 (de) Überspannungsschutzschaltung
DE2300116A1 (de) Hochfrequenz-feldeffekttransistor mit isolierter gate-elektrode fuer breitbandbetrieb
DE3309223C2 (de)
DE3337156C2 (de)
DE2131167B2 (de) Isolierschicht-Feldeffekttransistor mit als Schutzdiode wirkendem PN-Übergang
DE3119288A1 (de) Halbleiteranordnung
DE1185294C2 (de) Schaltungsanordnung mit unipolartransistoren auf einer einkristallinen halbleiterplatte
DE10247431A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE2852200A1 (de) Integrierte logische schaltung
DE3103785A1 (de) Halbleiteranordnung mit hoher durchbruchspannung
DE1300993B (de) Elektronisches Duennschichtbauelement
EP0656659B1 (de) ESD-Schutzstruktur für integrierte Schaltungen
DE1949523A1 (de) Halbleiterbauelement,insbesondere Metall-Isolator-Halbleiter-Feldwirkungstransistor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE1439268B1 (de) Integrierte Halbleiterschaltungsanordnung

Legal Events

Date Code Title Description
OHW Rejection