DE4040070C2 - PNP-Transistor mit einem Schutzelement zum Schutz vor statischer Elektrizität - Google Patents

PNP-Transistor mit einem Schutzelement zum Schutz vor statischer Elektrizität

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Description

Die Erfindung geht aus von einem PNP-Transistor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 2. Ein derartiger Transistor ist aus der EP 01 36 868 A2 bekannt.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich, werden bei einem konventionellen, lateralen PNP-Transistor auf einem p--Substrat 10 eine vergrabene n⁺-Schicht 11 und eine n--Epitaxialschicht 12 vorgesehen und auf diese n--Epitaxialschicht 12 eine p-Diffusionsschicht 13 für den Emitter, eine p-Diffusionsschicht 14 für den Kollektor und eine n⁺-Diffusionsschicht 15 für die Basis des PNP- Lateraltransistors eindiffundiert. Auf den Diffusionsschichten sind über Kontaktlöcher entsprechende Elektroden 13′, 14′ und 15′ ausgebildet. Das Bezugszeichen 16 stellt eine p⁺- Elementtrennschicht dar.
Wird bei einem derartigen Aufbau statische Elektrizität der Basis des PNP-Lateraltransistors zugeführt, wird der Entladeweg für diese statische Elektrizität durch einen zwischen der Basis 15 und dem Kollektor 14 oder zwischen der Basis 15 und dem Emitter 13 verlaufenden Weg ausgebildet.
Aus der US 4 291 319 ist ein als Schalttransistor verwendeter lateraler Transistor bekannt, bei dem die Spannung zwischen Basis und Kollektor mit Hilfe eines Schutztransistors vor einem unkontrollierten Anstieg geschützt wird. Dieser eine offene Basis aufweisende Schutztransistor ist von der gleichen Art wie der zu schützende Schalttransistor und weist eine Durchbruchspannung auf, die etwas niedriger als die des Schalttransistors ist. Auf diese Weise kann eine Zerstörung des Schalttransistors infolge eines von einer induktiven Last hervorgerufenen Spannungsstoßes verhindert werden. Für die Realisierung dieses Schutztransistors muß jedoch ein eigener Emitter und eine eigene Basis vorgesehen werden, wodurch eine größere Substratfläche erforderlich ist und somit die Abmessungen des Chips mit Integration dieser Schutzmaßnahme steigen.
Aus der eingangs erwähnten EP 01 36 868 A2 ist ein Halbleiteraufbau in Form eines ECL-Gate-Array bekannt, bei dem zum Schutz vor statischer Elektrizität ein Schutzelement z. B. in Form eines Transistors vorgesehen ist, dessen Basis und dessen Emitter direkt miteinander verbunden sind. Dieses Schutzelement stellt jedoch ein separates Bauteil dar, das dem ECL-Gate-Array hinzugefügt werden muß, so daß gleichfalls die Größe des Chips steigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen PNP- Transistor mit Schutzelement anzugeben, ohne daß zusätzliche Fläche der integrierten Schaltung erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 2 gelöst.
Es wurde festgestellt, daß, falls bei der Ausbildung des Entladewegs für die statische Elektrizität die Durchbruchspannung eine niedrigere Spannung annimmt, das Widerstandsvermögen gegenüber statischer Elektrizität gesteigert werden kann. Im einzelnen werden die Durchbruchspannungen BVCBO und BVEBO des lateralen PNP- Transistors durch die zwischen Emitter und Kollektor eines NPN-Transistors liegende Sperrspannung LVCEO "ersetzt". Hierzu wird im ersten Ausführungsbeispiel eine n⁺-Diffusionsschicht in der Diffusionsschicht ausgebildet, die dem Emitter- oder Kollektorbereich des lateralen PNP-Transistors entspricht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit dem schematischen Aufbau eines lateralen PNP-Transistors in seitlicher und senkrechter Richtung,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit einem modifizierten schematischen Aufbau des lateralen PNP- Transistors in seitlicher und senkrechter Richtung,
Fig. 3a ein Ersatzschaltbild entsprechend Fig. 1,
Fig. 3b ein Ersatzschaltbild entsprechend Fig. 2,
Fig. 4 ein Schaltbild, das ein Beispiel erläutert, bei dem das Ersatzschaltbild gemäß Fig. 3a an einer Eingangsklemme eines konventionellen Operationsverstärkers verwendet wird und bei dem die Erfindung realisiert ist,
Fig. 5 den schematischen Aufbau eines konventionellen, lateralen PNP- Transistors in seitlicher und senkrechter Richtung.
Fig. 1 zeigt den Aufbau für den Fall, daß eine n⁺- Diffusionsschicht 20 im Kollektorbereich eines lateralen PNP- Transistors ausgebildet ist. Gemäß Fig. 1 sind eine vergrabene n⁺-Schicht 11 und eine n--Epitaxialschicht 12 aufeinanderfolgend auf einem p--Substrat 10 ausgebildet, während in der n--Epitaxialschicht 12 eine p-Diffusionsschicht 13 für einen Emitter, eine p-Diffusionsschicht 14 für einen Kollektor und eine n⁺-Diffusionsschicht 15 für eine Basis ausgebildet sind. Die n⁺-Diffusionsschicht 20 ist in der für den Kollektor vorgesehenen p-Diffusionsschicht 14 vorgesehen, die mit einer Kollektorelektrode 14′ verbunden wird. Hierbei zeigt die untere Seite der Zeichnung den Aufbau des lateralen PNP- Transistors in vertikaler Richtung und die obere Seite der Zeichnung den Aufbau des lateralen PNP-Transistors in horizontaler Richtung.
Fig. 2 zeigt den Aufbau für den Fall, daß eine n⁺- Diffusionsschicht 21 im Emitterbereich eines lateralen PNP- Transistors ausgebildet ist. Bei diesem Aufbau sind nacheinander eine p--Substratschicht 10, eine vergrabene n⁺- Schicht 11 und eine n--Epitaxialschicht 12 ausgebildet, während in der n--Epitaxialschicht 12 eine p-Diffusionsschicht 13 für einen Emitter, eine p-Diffusionsschicht 14 für einen Kollektor und eine n⁺-Diffusionsschicht 15 für eine Basis ausgebildet sind. Die n⁺-Diffusionsschicht 21 ist in der für den Emitter vorgesehenen p-Diffusionsschicht 13 vorgesehen, die mit der Emitterelektrode 13′ verbunden ist.
Fig. 3a stellt das Ersatzschaltbild für die Anordnung gemäß Fig. 1 dar. Hierbei sind die Basis und der Kollektor des Transistors Q11 entsprechend mit dem Kollektor und dem Emitter des Transistors Q12 verbunden. Die Basis und der Emitter des Transistors Q12 sind gemeinsam miteinander verbunden. Der Transistor Q11 besteht aus den in Fig. 1 gezeigten Diffusionsschichten 13, 14 und 15, wobei die p-Diffusionsschicht 14 für den Kollektor und die n⁺-Diffusionsschicht 20 gemeinsam mit dem Kollektor des Transistors Q11 verbunden sind.
Fig. 3b stellt das Ersatzschaltbild für die Anordnung gemäß Fig. 2 dar. Hierbei sind die Basis und der Emitter des Transistors Q21 entsprechend mit dem Kollektor und dem Emitter des Transistors Q22 verbunden. Die Basis und der Emitter des Transistors Q22 sind gemeinsam miteinander verbunden. Der Transistor Q21 besteht aus den in Fig. 2 gezeigten Diffusionsschichten 13, 14 und 15, wobei die p-Diffusionsschicht 13 für den Emitter und die n⁺-Diffusionsschicht 21 gemeinsam mit dem Emitter des Transistors Q21 verbunden sind.
Fig. 4 zeigt einen Differenzverstärker, der auf der Grundlage des in Fig. 3a gezeigten Aufbaus aufgebaut ist, d. h. in Fig. 4 findet die Erfindung bei einer Schaltung Anwendung, die an der Eingangsseite eines Operationsverstärkers verwendet wird. Bei dem als Eingangsschaltung eines Operationsverstärkers verwendeten Differenzverstärker werden die Transistoren Q2 und Q3 als Basistransistor des Differenzverstärkers verwendet, wobei der Emitter und der Kollektor des Transistors Q4 bzw. Q5 entsprechend mit dem Kollektor und der Basis des Transistors Q2 bzw. Q3 verbunden sind. Die Basis und der Emitter des Transistors Q4 bzw. Q5 sind gemeinsam miteinander verbunden. Der Kollektor des Transistors Q2 ist mit dem Kollektor eines Transistors Q6 und der Kollektor des Transistors Q3 mit dem Kollektor eines Transistors Q7 verbunden, während der Emitter des Transistors Q6 über einen Widerstand R2 und der Emitter des Transistors Q7 über einen Widerstand R3 mit Masse bzw. Erde verbunden sind. Die Basen der Transistoren Q6 und Q7 sind gemeinsam verbunden. Der Ausgang des Transistors Q3 steht mit der Basis eines Transistors Q8 und der Ausgang des Transistors Q8 mit dem nicht gezeigten Operationsverstärker in Verbindung.
Der Differenzverstärker besteht in diesem Fall aus den Transistoren Q2 und Q4 und den Transistoren Q3 und Q5, weist den in Fig. 3a gezeigten Aufbau als Grundstruktur auf und ist in Fig. 4 in dem mit A gekennzeichneten Block dargestellt.
Nachfolgend wird die Erfindung in ihrer Funktionsweise in Hinblick auf die Fig. 1 bzw. 4 beschrieben.
An der Basis des Transistors Q1 liegt eine Vorspannung und an dessen Emitter über einen Widerstand R1 die Betriebs- bzw. Netzspannung Vcc an. Der Transistor Q1 liefert den Strom für den Differenzverstärker. In Fig. 4 dient der Widerstand R4 als Last für die Eingangsschaltung.
Wird die positive statische Elektrizität dem Kollektor 14 und der Basis 15 des lateralen Transistors zugeführt, der den in Fig. 1 gezeigten Aufbau aufweist, so wird gemäß der Erfindung der Entladeweg von der Sperrspannung (latch voltage) LVCBO des NPN-Transistors gebildet, während dieser bei einem konventionellen PNP-Lateraltransistor durch die Durchbruchspannung BVCBO gebildet wird. Da die Durchbruchspannung BVCBO des PNP-Lateraltransistors im Vergleich zur Sperrspannung LVCEO des NPN-Transistors einen höheren Pegel aufweist, ist das Widerstandsvermögen gegenüber statischer Elektrizität bei der Sperrspannung LVCEO des NPN- Transistors Q12 größer als auf dem Entladeweg der Durchbruchspannung BVCBO des PNP-Transistors Q11.
Gemäß der Erfindung wird somit ein lateraler PNP- Transistor vorgesehen, der hinsichtlich der Schaltfunktion als PNP-Transistor wirkt und dabei ein größeres Widerstandsvermögen gegenüber statischer Elektrizität aufweist. Das vorerwähnte Prinzip findet auch für den Fall Anwendung, daß die n⁺-Diffusionsschicht 21 im Emitter 13 ausgebildet ist, wie dies in den Fig. 2 und 3b gezeigt ist.

Claims (2)

1. PNP-Transistor mit einem Schutzelement zum Schutz vor statischer Elektrizität, dadurch gekennzeichnet,
daß der PNP-Transistor (Q₁₁) ein lateraler Transistor ist und
daß das Schutzelement zur Ausbildung eines als Diode zwischen Basis (B) und Kollektor (C) des lateralen PNP- Transistors (Q₁₁) geschalteten NPN-Transistors (Q₁₂) eine n⁺-Diffusionsschicht (20) in der für den Kollektor (C) vorgesehenen p-Diffusionsschicht (14) des lateralen PNP-Transistors (Q₁₁) aufweist, wobei die p-Diffusionsschicht (14) und die n⁺-Diffusionsschicht (20) gemeinsam mit dem Kollektor (C) des lateralen PNP-Transistors (Q₁₁) verbunden sind.
2. PNP-Transistor mit einem Schutzelement zum Schutz vor statischer Elektrizität, dadurch gekennzeichnet, daß der PNP-Transistor (Q₁₁) ein lateraler Transistor ist und
daß das Schutzelement zur Ausbildung eines als Diode zwischen Basis (B) und Emitter (E) des lateralen PNP-Transistors (Q₁₁) geschalteten NPN-Transistors (Q₁₂) eine n⁺- Diffusionsschicht (21) in der für den Emitter (E) vorgesehenen p-Diffusionsschicht (13) des lateralen PNP-Transistors (Q₁₁) aufweist, wobei die p-Diffusionsschicht (13) und die n⁺-Diffusionsschicht (21) gemeinsam mit dem Emitter (E) des lateralen PNP-Transistors (Q₁₁) verbunden sind.
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