JP2557984B2 - 半導体装置の入力保護回路 - Google Patents

半導体装置の入力保護回路

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JP2557984B2 JP1196000A JP19600089A JP2557984B2 JP 2557984 B2 JP2557984 B2 JP 2557984B2 JP 1196000 A JP1196000 A JP 1196000A JP 19600089 A JP19600089 A JP 19600089A JP 2557984 B2 JP2557984 B2 JP 2557984B2
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Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、半導体装置の入力保護回路に関する。
《従来の技術》 従来、この種の回路としては第6図に示すものが知ら
れている(特願昭62−259595号参照)。
同図において、1はN型基板であり、N型基板1の主
面には、P+拡散層2,N+基板コンタクト領域3および2個
のPウェル4,5が形成されているとともにPウェル4の
表面部一端側の部分にはP+ウェルコンタクト領域6が形
成されている。また、Pウェル4内にはダイオード用の
N+拡散層7が形成されており、他のPウェル5内にはN+
拡散層8が形成され、このN+拡散層8の上に絶縁膜9を
介して多結晶シリコン電極11が形成されている。また、
12はシリコン酸化膜である。
一方、第7図は第6図の等価回路図であるが、P+拡散
層2で抵抗13が形成され、その一端に入力端子14が接続
されている。
また、P+拡散層2とN型基板1とのPN接合で、第1の
ダイーオード15が構成され、そのカソードがN+基板コン
タクト領域3を介して電源VDDに接続されている。
Pウェル4とN+拡散層7とのPN接合で第2のダイオー
ド16が構成され、そのカソードは抵抗13の他端に接続さ
れ、アノードはP+ウェルコンタク領域6を介して低電位
点VSSに接続されている。また、N+拡散層8,絶縁膜9お
よび多結晶シリコン電極11のMOSキャパシタによりコン
デンサ17が構成され、その一端は抵抗13の他端に接続さ
れ、コンデンサ17の他端は低電位点VSSに接続されてい
る。そして、このコンデンサ17と抵抗13とでフィルタ回
路が構成され、その出力線路18が、出力端子20を介して
N型基板1の他の部位に形成された図示省略のCMOSに接
続されている。
そして通常の動作時には、入力端子14から入った信号
は、抵抗13を介してCMOSに伝わる。この時、第1,第2の
ダイオード15,16は、共に逆バイアスされていて非導通
状態とされている。
入力端子14から電源電圧VDDよりも高い電圧のノイズ
等が入力された場合は、第1のダイオード15が順バイア
スされ、ノイズはN型基板1中を通って電源VDDにバイ
パスされる。
また、低電位VSSよりも低い電圧のノイズ等が入力さ
れた場合は、第2のダイオード16が順バイアスされ、ノ
イズはPウェル4を通って低電位点VSSにバイパスされ
る。
《発明が解決しようとする課題》 しかしながら、上記の如き従来の半導体装置の入力保
護回路にあっては、入力端子14から電源電圧VDDよりも
高い電圧のノイズ等が入力された場合、上記の如くP+
散層2とN型基板1とのPN接合で形成される第1のダイ
オード15が順バイアスされ、ノイズはN型基板1中を通
って電源側VDDにバイパスされるが、この時、P+拡散層
2からN型基板1に向かって多量の正孔(少数キャリ
ア)が注入される。この注入された正孔は、N型基板1
中を拡散し、他のPウェルに到達してそのPウェルの電
位変動を引き起こし、寄生バイポーラトランジスタ、ま
たは寄生サイリスタをON状態に転じさせるいわゆるラッ
チアップ現象のトリガとなるおそれがある。
このラッチアップ現象の発生を防止するためには、P+
拡散層2はN型基板1上においてCMOS等の半導体装置の
形成部位から十分離れた位置に形成する等の手段を講じ
て寄生バイポーラトランジスタ等を動作しにくくしてや
る必要があるが、このような手段をとると、チップ面積
の増大をもたらすという問題点があった。
この発明は、上記課題に鑑み、ラッチアップ現象の発
生を防止でき、かつチップ面積を小さくすることができ
る半導体装置の入力保護回路を提供することを目的とす
る。
《課題を解決するための手段》 この発明は、上記目的を達成するために、半導体基板
上に形成される半導体装置の入力保護回路において、 第1導電型の半導体基板主面に形成された第1導電型
高濃度拡散層と、 上記第1導電型高濃度拡散層上に該第1導電型高濃度拡
散層より低い不純物濃度を有して抵抗として形成され、
かつ入出力端子が接続される第2導電型の半導体層と、 上記第2導電型の半導体層内であって上記第1導電型高
濃度拡散層との接合面に、上記第1導電型高濃度拡散層
より低い不純物濃度を有するとともに上記第2導電型の
半導体層より高い不純物濃度を有して形成された第1導
電型の半導体層と、を有し、 上記第2導電型の半導体層に接続された出力端子に半
導体装置を接続することにより1つの基板上に入力保護
回路と半導体装置が形成されることを特徴とする。
《作用》 この発明では、第1導電型高濃度拡散層上に形成され
た第2導電型の半導体層が第1導電型高濃度拡散層より
低い不純物濃度を有して抵抗として形成され、第1導電
型の半導体層が第2導電型の半導体層内であって第1導
電型高濃度拡散層との接合面に、第1導電型高濃度拡散
層より低い不純物濃度を有するとともに第2導電型の半
導体層より高い不純物濃度を有して形成されるようにし
たので、電源電圧より高い電圧のノイズが入力された場
合、上記第1導電型の半導体層内に正孔(少数キャリ
ア)の拡散を妨げる向きの内臓電界が発生する。このた
め、第1導電型高濃度拡散層領域へ注入される正孔の量
が低く抑えられ、ラッチアップ現象のトリガとなること
が抑止される。
《実施例の説明》 次に本発明の実施例を図面に基いて説明する。
第1図は本発明が適用された第1の実施例の縦断面図
であり、第2図は第1図の等価回路図である。
第1図においてN型基板1の主面一側端部にはN+拡散
層30が形成され、このN+拡散層30上にはさらに選択エピ
タキシャル法等によりP型半導体層31が形成されてい
る。そして、このP型半導体層31中であってN+拡散層30
との接合面側には、N+拡散層30内のN型不純物を上方拡
散させることにより、N型半導体層31Aが形成されてい
る。
また、この例では、上記P型半導体層31で抵抗34が形
成され、その一端は入力端子14側に接続されるととも
に、上記抵抗34を形成するP型半導体層31とN型半導体
層31AとのPN接合で第1のダイオード35が形成され、そ
のカソードがN+基板コンタクト領域3を介して電源VDD
に接続されている。
なお、上記以外の他の構成は上記従来例と全く同一な
ので同一符号を付し、その説明を省略する。
ところで、この実施例では、通常の動作時には、入力
端子14から入力された信号は、抵抗34を介してCMOSに伝
わる。このとき、第1,第2のダイオード35,16はともに
逆バイアスされて非導通状態とされている。
一方、入力端子14から電源電圧VDDよりも高い電圧の
ノイズ等が入力された場合、第1のダイオード35が順バ
イアスされ、ノイズはN型基板1中を通って電源側VDD
にバイパスされる。
ところで、この場合、P型半導体層31をエミッタ、N
型半導体層31AおよびN+拡散層30をベース、内部ロジッ
クのPウェルをコレクタとする寄生ラテラルPNPトラン
ジスタ40が形成される。
この場合、まず寄生PNPトランジスタ40のエミッタを
形成するP型半導体層31の不純物濃度を下げることは容
易である。これによりまずN型基板1中に注入される正
孔の量を制限することができる。
また、寄生PNPトランジスタ40のベース領域を構成す
るN型半導体層31A内であってP型半導体層31の接合部
近傍にはN+型の高濃度領域が存在し、エミッタを構成す
るP型半導体層31から注入された正孔の拡散を妨げる向
きの内蔵電界が発生する。そして、上記N+型の高濃度領
域によって、P型エミッタからベース側へ注入された正
孔は再結合されてしまう。このため、エミッタを単結晶
で形成し、エミッタ・ベース接合部近傍のベース領域中
に高濃度領域がない上記従来例に比して、エミッタ領域
からベース領域への正孔の移動が妨げられ、エミッタ電
流の内に占める正孔電流の割合すなわちエミッタ注入効
率が下がり、電流増幅率hFEが小さくなる。
このため、第1のダイオード35が順バイアスされても
内部ロジックのPウェルへ流れる正孔の量、すなわち寄
生ラテラルPNPトランジスタのコレクタ電流が低く抑え
られ、ラッチアップ現象のトリガとなることが抑止され
る。また、これにより入力保護回路とCMOS等の半導体装
置の形成部位との間隔を短くすることができ、同一基板
上に入力保護回路とCMOS等の半導体装置を形成できると
ともにチップ面積も小さくできる。
次に、本発明の第2の実施例を説明する。
第3図は第2の実施例の縦断面図であり、第4図は第
3図の等価回路図である。
ところで、この第2の実施例が上記第1の実施例と異
なるのは、N+拡散層30上には、P型多結晶シリコン41が
形成されて、このP型多結晶シリコン41中であってN+
散層30との接合面側にはN型多結晶シリコン41Aが形成
されていることである。
そして、この例では、P型多結晶シリコン41で抵抗44
が形成され、このP型多結晶シリコン41とN型多結晶シ
リコン41AとのPN接合で第1のダイオード(過電圧バイ
パスダイオード)45が形成されている。
ところで、この実施例では、P型多結晶シリコン41を
エミッタ、N型多結晶シリコン41AおよびN+拡散層30を
ベース、内部ロジックのPウェルをコレクタとする寄生
ラテラルPNPトランジスタ50が形成され、エミッタ・ベ
ース接合は多結晶シリコン中にある。一方、多結晶シリ
コンより形成されるエミッタ・ベース接合近傍には、上
記第1の実施例の場合に比して正孔の再結合中心が多く
存在する。このためP型エミッタからベースへ注入され
た正孔は上記第1の実施例に比べてより多く再結合され
てしまい、本実施例によって形成される寄生ラテラルPN
Pトランジスタ50では、さらにエミッタ領域からベース
領域への正孔の移動が妨げられ、電磁増幅率hFEもさら
に小さくなる。このため、この実施例では第1の実施例
に比してよりラッチアップ現象が抑止され、チップ面積
も小さくすることができる。
次に、上記実施例に示した半導体装置の入力保護回路
の製造方法について説明するが、ここでは第2の実施例
に示した入力保護回路の製造方法について第5図を参照
しながら説明する。
まず、同図(a)に示す如く、N型基板1の主面上に
シリコン酸化膜12を形成する。次に、該形成されたシリ
コン酸化膜12のうち、拡散層形成部分30,3,7,6,8の部分
のシリコン酸化膜12を除去する。その後、N型基板1の
主面に2つのPウェル4,5を形成し、さらに上記シリコ
ン酸化膜12の除去部分にN+拡散層30,3,7,8およびP+拡散
層6を設ける。また、N+拡散層8上には絶縁膜9を介し
て多結晶シリコン電極11を蒸着形成する。
次に、同図(b)に示す如く、N+拡散層30上に多結晶
シリコン層を選択エピタキシャル法によって形成し、さ
らに該多結晶シリコン層にP型不純物を注入してP型多
結晶シリコン41を形成する。
こうして、N+拡散層30上にP型多結晶シリコン41が形
成されると、この状態で熱処理を行ない、N+拡散層30中
のN型不純物をP型多結晶シリコン41中に上方拡散さ
せ、同図(c)に示す如く、P型多結晶シリコン41中で
あってN+拡散層30との接合面側にN型多結晶シリコン41
Aを形成する。
最後に、同図(d)に示す如く、P型多結晶シリコン
41の一側を入力端子14に、他側を出力線路18を介して出
力端子20に接続し、該出力線路18にN+拡散層7,多結晶シ
リコン電極11を接続する。また、N+拡散層3を電源側V
DDに、P+拡散層6とN+拡散層8を低電位点VSSに接続す
る。
こうして、第2の実施例に示した入力保護回路が製造
されることになる。
なお、第1の実施例に示した入力保護回路を製造する
には、第5図(c)において、N+拡散層30上にP型多結
晶シリコン41を形成する代わりにP型半導体層31を形成
し、しかる後に熱処理を行ない、これによってN+拡散層
30中のN型不純物をP型半導体31中に上方拡散し、N+
散層30との接合面側にN型半導体層31Aを形成すれば良
い。
《発明の効果》 本発明に係る半導体装置の入力保護回路は、第1導電
型高濃度拡散層上に形成された第2導電型の半導体層が
第1導電型高濃度拡散層より低い不純物濃度を有して抵
抗として形成され、第1導電型の半導体層が第2導電型
の半導体層内であって第1導電型高濃度拡散層との接合
面に、第1導電型高濃度拡散層より低い不純物濃度を有
するとともに第2導電型の半導体層より高い不純物濃度
を有して形成されるようにしたので、電源電圧より高い
電圧のノイズが入力された場合でもラッチアップ現象の
発生を防止でき、かつチップ面積を小さくすることがで
きる半導体装置の入力保護回路を得ることができる等の
効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明が適用された第1の実施例の縦断面図、
第2図は第1図の等価回路図、第3図は第2の実施例の
縦断面図、第4図は第3図の等価回路図、第5図は第2
の実施例に係る半導体装置の入力保護回路の製造方法の
説明図、第6図は従来例の縦断面図、第7図は第6図の
等価回路図である。 1……N型基板 3……N+基板コンタクト領域 4,5……Pウェル 6……P+ウェルコンタクト領域 7,8……N+拡散層 9……絶縁膜 11……多結晶シリコン電極 12……シリコン酸化膜 14……入力端子 16……第2のダイオード 18……出力線路 20……出力端子 30……N+拡散層 31……P型半導体層 31A……N型半導体層 13,34,44……抵抗 15,35,45……第1のダイオード 40,50……寄生ラテラルPNPトランジスタ 41……P型多結晶シリコン 41A……N型多結晶シリコン

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に形成される半導体装置の入
    力保護回路において、 第1導電型の半導体基板主面に形成された第1導電型高
    濃度拡散層と、 上記第1導電型高濃度拡散層上に該第1導電型高濃度拡
    散層より低い不純物濃度を有して抵抗として形成され、
    かつ入出力端子が接続される第2導電型の半導体層と、 上記第2導電型の半導体層内であって上記第1導電型高
    濃度拡散層との接合面に、上記第1導電型高濃度拡散層
    より低い不純物濃度を有するとともに上記第2導電型の
    半導体層より高い不純物濃度を有して形成された第1導
    電型の半導体層と、を有し、 上記第2導電型の半導体層に接続された出力端子に半導
    体装置を接続することにより1つの基板上に入力保護回
    路と半導体装置が形成されることを特徴とする半導体装
    置の入力保護回路。
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