JP2599037B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JP2599037B2
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和夫 縣
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、バイポーラ半導体集
積回路装置において、入力端子と内部回路の間に接続し
て使用される静電破壊防止素子を備えた半導体集積回路
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年のカメラやカメラ一体型VTR等で
みられるように、電子機器の多機能化に伴ってワンチッ
プマイコンを内蔵したものが少なくない。この様な電子
機器では、必要に応じて前記ワンチップマイコンのON
/OFF制御信号が各種制御用ICに印加され、これを
受けて前記制御用ICがモータ等を駆動するようになっ
ている。そして、斯る機器ではマイコンに日時データ等
を温存するため、主バッテリーの他にマイコンのバック
アップ用の副電源を有するものや、マイコン用のバッテ
リーと制御IC用のバッテリーとを完全に分離して備え
たものが少なくない。
【0003】すると、利用時間や状況によってはマイコ
ンの電源電圧と制御用ICの電源電圧とで差が生じるこ
とがあり、特に制御用ICのバッテリー電圧が下がって
くると、前記制御信号が印加される外部制御入力端子に
は、制御用IC自らの電源電圧を越える電圧の制御信号
が印加されることになる。従って、前記外部制御入力端
子の静電破壊保護素子としては、上述した電源電圧を越
える制御信号を許可し且つ正側サージパルスを吸収する
ような構成が求められる。
【0004】従来から知られている静電破壊保護の手法
としては、図5に示すように入力端子と各電源(VCC
よびGND)との間にサージパルス吸収用の保護ダイオ
ードを接続したものか、あるいは入力端子に直列に図6
に示す保護抵抗を挿入したものがある。図6の保護抵抗
を説明する。同図において、(1)は基板、(2)はエ
ピタキシャル層、(3)は分離領域(4)で形成した島
領域、(5)はP型の抵抗領域、(6)はコンタクト領
域である。抵抗領域(5)の一端は外部入力端子に接続
され、抵抗領域(5)の他端は内部回路に接続され、島
領域(3)にはVCC電圧が印加されたものである。
【0005】ところが、上述したように電源電圧
(VCC)を越える信号が印加される入力端子では、定常
状態においてダイオードが順方向バイアスされる可能性
があるため、正側のダイオードを付加した図5の手法を
採ることができない。また、図6の手法でも、抵抗領域
(5)と島領域(3)とで寄生ダイオード(6)が形成
されるため、従来は島領域(3)をフローティングにす
るか、又は入力端子の電圧に追従するような構成として
いた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6の
保護抵抗はサージパルスによる電流を単に制限するだけ
の機能に留まり、サージパルスを放流することができな
い。そのため保護作用が不十分であって、正側サージパ
ルスによりICが破壊する欠点があった。また、特開昭
59−175152号公報のようにPNPNサイリスタ
構造を利用する案もあるが、この従来例は負側パルスに
対して考慮したものであり、本願の如く正側パルスに対
応したものではない。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の欠点
に鑑み成されたもので、1つの島領域(14)に第1、
第2および第3の半導体領域(16)(17)(18)
を形成して横方向にPNPNサイリスタ構造を形成し、
カソードとなる第3の半導体領域(18)を入力端子
(30)に接続し、アノードとなる第2の半導体領域
(17)を接地することにより、ICの電源電圧
(VCC)を超える入力信号を許可し且つ規定値以上の正
側サージパルスを吸収できる静電破壊保護素子を内蔵し
た半導体集積回路を提供するものである。
【0008】
【作用】本発明によれば、PNPNサイリスタのブレー
クオーバー電圧以上の過電圧が印加された時にサイリス
タがONし、外部入力端子(30)から接地電位(GN
D)へとサージ電流を流す。ブレークオーバー電圧以下
ではOFFしているので、前記ブレークオーバー電圧を
ICの電源電圧より大としておけば、外部入力端子(3
0)に電源電圧(VCC)以上の信号を印加できる。
【0009】
【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら詳細に説明する。図1は本発明の半導体集積回路に内
蔵される静電破壊保護素子を示す平面図、図2は図1の
AA断面図である。先ずは図2において、(11)はP
型シリコン半導体基板、(12)は基板(11)上に形
成したN型のエピタキシャル層、(13)はエピタキシ
ャル層(12)を貫通するP+型の分離領域、(14)
は分離領域(13)によって囲まれ島状に分離した島領
域、(15)はN+型の埋め込み層、(16)は島領域
(14)の表面に形成したP型の第1の半導体領域、
(17)は第1の半導体領域(16)の表面に形成した
+型の第2の半導体領域、(18)は第1の半導体領
域(16)と離間するように島領域(14)表面に形成
したP型の第3の半導体領域、(19)はN+型のコン
タクト領域である。第1と第3の半導体領域(16)
(18)はNPNトランジスタのベース拡散により、第
2の半導体領域(17)とコンタクト領域(19)はN
PNトランジスタのエミッタ拡散によって行う。
【0010】図1において、第1の半導体領域(16)
と第3の半導体領域(18)とは少なくとも一辺が対向
するように配置されて横方向PNPトランジスタQ1を
形成する。第3の半導体領域(18)の表面には第1の
電極(20)がコンタクトホール(21)を介してオー
ミックコンタクトし、第1の電極(20)は酸化膜上を
延在して外部制御入力用の接続パッド(22)に接続さ
れ、且つ保護すべき内部回路に接続される。第3の半導
体領域(18)には図示するようにコの字状に連続して
延在するP型拡散領域(23)が設けられ、第1の抵抗
体R1を形成する。第1の抵抗体R1の他端にはコンタ
クト領域(19)が境を接し、両者にまたがるコンタク
トホール(24)を介して接続電極(25)がオーミッ
クコンタクトすることで第1の抵抗体R1の他端と島領
域(14)とが電気接続される。
【0011】第2の半導体領域(17)の表面にはコン
タクトホール(26)を介して接地電極(27)がコン
タクトし、接地電極(27)は内部回路に接地電位(G
ND)を与える他、基板(11)を逆バイアスする。第
1の半導体領域(16)をベース、第2の半導体領域
(17)をエミッタ、そして島領域(14)をコレクタ
としてNPNトランジスタQ2を構成する。
【0012】第1の半導体領域(16)には図示するよ
うに連続して延在するP型拡散領域(28)が設けら
れ、P型拡散領域(28)が第2の抵抗体R2を形成す
る。第2の抵抗体R2の他端は分離領域(13)と連結
し、基板(11)を介して接地電位(GND)に接続さ
れる。斯る構成においては、ラテラル型PNPトランジ
スタQ1とNPNトランジスタQ2とが組み合わさって
PNPNサイリスタ構造を形成する。その等価回路図を
図3に示す。同図において、PNPトランジスタQ1は
エミッタが入力端子(30)に接続され、ベース・エミ
ッタ間に第1の抵抗体R1が接続され、コレクタがNP
NトランジスタQ2のベースと第2の抵抗体R2の一端
に接続される。NPNトランジスタQ2はエミッタが接
地端子(31)に接続され、ベース・エミッタ間に第2
の抵抗体R2が接続され、コレクタがPNPトランジス
タQ1のベースと第1の抵抗体R1の一端に接続され
る。従って本願のPNPNサイリスタは、アノードとな
る第3の半導体領域(18)が入力端子(30)に、カ
ソードとなる第2の半導体領域(17)が接地端子(3
1)に夫々接続された順方向接続となる。
【0013】上記PNPNサイリスタのブレークオーバ
ー電圧特性を図4に示す。このサイリスタは、順方向電
圧VFが45〜50Vの値を示すので、マイコンからの
ON/OFF制御電圧のように5〜7Vの制御信号では
OFF状態を保つ。尚、本願の半導体集積回路の電源電
圧VCCは5〜7Vである。今、入力端子(30)にブレ
ークオーバー電圧を越える電圧のサージパルスが印加さ
れると、サイリスタがONし、前記サージパルスによる
電流を接地電位(GND)に放流して内部回路を静電破
壊から保護する。放流に伴って両端電圧が低下し、電流
がサイリスタの保持電流(IH≒4mA)以下になると
サイリスタがOFFし、定常状態に復帰する。
【0014】本願の第1と第2の抵抗体R1R2は、サ
イリスタがOFF状態のアノード・カソード間の順方向
電流を抑制する働きをする。この電流を抑制することに
よって、定常状態におけるマイコン側のバッテリーの無
駄な消費を抑える。また、ラテラルPNPトランジスタ
Q1のベース幅、即ち第1の半導体領域(16)と第3
の半導体領域(18)との離間距離を選択することによ
り、PNPトランジスタQ1のBVCEOを変更してサイ
リスタのブレークオーバー電圧VFを変更できる。さら
に、PNPトランジスタQ1のベース幅を変更すること
によって、保持電流IHを調整することができる。ブレ
ークオーバー電圧はこのサイリスタが組み込まれる半導
体集積回路の電源電圧(VCC)より大きくする。
【0015】尚、本願のサイリスタは正側サージパルス
に対して有効に動作するよう構成したものである。その
ため、負側サージパルスに対しては、図5の従来例と同
様に保護ダイオードを逆バイアス接続する。この場合、
サイリスタとは別の島領域に、島領域をアノードとし基
板をカソードとするPNダイオードを形成し、第1の電
極(20)を前記アノードに接続する。
【0016】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、自
らの電源電圧(VCC)を越える制御信号が印加されるよ
うな外部入力端子(30)においても、前記制御信号を
内部回路に伝達でき、且つ正側サージパルスが印加され
た場合に半導体集積回路を静電破壊から防止できる利点
を有する。
【0017】また、第1と第2の抵抗体R1R2を設け
ることにより、順方向電流を抑制してバッテリーの無駄
な消費を防止できる利点を有する。さらに、PNPトラ
ンジスタQ1のベース幅を変えることにより、様々な動
作電圧を有する機器に即対応できる利点をも有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を説明するための平面図である。
【図2】図1のAA線断面図である。
【図3】本発明の静電破壊保護素子の等価回路図であ
る。
【図4】本発明の静電破壊保護素子のブレークオーバー
電圧特性図である。
【図5】従来例を説明するための回路図である。
【図6】従来例を説明するための断面図である。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型の半導体基板上に形成した逆導
    電型のエピタキシャル層と、 前記エピタキシャル層を貫通する分離領域によって形成
    した島領域と、 前記島領域の表面に形成した一導電型の第1の半導体領
    域と、 前記第1の半導体領域の表面に形成した逆導電型の第2
    の半導体領域と、 前記第2の半導体領域とは離れた島領域の表面に形成し
    た一導電型の第3の島領域と、 前記第3の半導体領域表面にコンタクトし、外部入力端
    子に接続されると共に内部回路に接続される第1の電極
    と、 前記第2の半導体領域表面にコンタクトする接地電極
    と、 前記第3の半導体領域に一端が接続され前記島領域に他
    端が接続される第1の抵抗体と、 前記第1の半導体領域に一端が接続され他端が接地され
    る第2の抵抗体とを具備することを特徴とする半導体集
    積回路。
  2. 【請求項2】 前記第1と第2の抵抗体は前記島領域の
    表面に形成した一導電型の拡散領域であることを特徴と
    する請求項第1項記載の半導体集積回路。
  3. 【請求項3】 前記第1と第2の抵抗体は夫々前記第1
    の半導体領域と前記第3の半導体領域に連結した一導電
    型の拡散領域であることを特徴とする請求項第1項記載
    の半導体集積回路。
  4. 【請求項4】 前記分離領域に接地電位が与えられ、前
    記第2の抵抗体は前記第1の半導体領域と前記分離領域
    とを橋絡する拡散領域であることを特徴とする請求項第
    2項記載の半導体集積回路。
  5. 【請求項5】 前記外部入力端子に前記半導体集積回路
    の電源電圧Vccを超えるような制御信号が印可される
    ことを特徴とする請求項第1項記載の半導体集積回路。
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