JP2867546B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路装置に関し、特にMOSトラン
ジスタを含む論理回路部及び前述のMOSトランジスタよ
り厚いゲート絶縁膜を有する他のMOSトランジスタを含
む高耐圧出力バッファ回路部を有する半導体集積回路装
置に関する。
〔従来の技術〕
第2図(a)は従来例を示す半導体チップの断面図、
第2図(b)はその電源保護回路の回路図である。
この従来例はpMOSトランジスタ8を含む論理回路部及
びpMOSトランジスタ8のゲート酸化膜84より厚いゲート
酸化膜94を有するP型の高耐圧オフセットゲートMOSト
ランジスタ9とNPNトランジスタ10を含む高耐圧出力バ
ッファ回路部を含む半導体集積回路装置であるが、その
電源保護回路には低耐圧の電源保護ダイオード11が挿入
されこのダイオードのPN接合逆方向耐圧をイオン注入量
等により適切に制御することにより、電源−接地間に最
大電圧が印加される場合の保護を行なっていた。例えば
電源の最大定格電圧7Vの半導体集積回路装置の電源ラッ
チアップが15Vで発生する場合、イオン注入量等を適切
に制御することにより電源ダイオード逆方向耐圧を例え
ば10Vとなるように設定し電源−接地間に瞬間的に過大
な電圧が印加されても、電源保護ダイオードの逆方向電
流が流れることにより、論理回路部の電源−接地間の電
圧上昇は抑えられ、電源ラッチアップ等による、電源及
び内部素子の破壊・損傷等は防止されていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の半導体集積回路装置では、電源保護ダ
イオードの逆方向耐圧を適切に制御する必要がある為、
イオン注入量や熱処理条件等を必要とされる逆方向耐圧
が得られるように、条件設定せねばならないが、一方こ
の電源保護ダイオードで使用するPN接合のアノード領域
113のP型拡散層は同一チップ上に形成される他素子の
P型拡散層(例えば、NPNトランジスタ10のベース領域1
05、高耐圧オフセットゲートMOSトランジスタ9のオフ
セットドレイン領域97等)と共通に使用されるのが普通
である。しかし、例えばNPNトランジスタのhFEを上げる
為にはベース層の濃度、即ちベース層形成時のイオン注
入量は少ない方が好ましいがベース層のイオン注入量が
少ないと電源保護ダイオードのPN接合の耐圧は高くなっ
てしまう(接合の不純物濃度が低下する為)。また、オ
フセットゲートMOSトランジスタのオフセット部の濃度
は、オフセットゲートMOSトランジスタの耐圧と相関が
あり、それぞれ必要とされる素子の特性を得る為には、
P型拡散層の形成条件を独立に設定できることが望まし
いが、従来はこれを共通条件で行なう場合が多かった
為、素子の特性に制約を受け特に電源保護ダイオードの
耐圧設定を優先する場合、他素子の特性が、その条件に
よって決まってしまいそれぞれの素子の最良の特性が得
られる条件設定が困難であるという欠点があった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、第1のMOSトランジスタを含む論理回路部
及び前記第1のMOSトランジスタより厚いゲート絶縁膜
を有する第2のMOSトランジスタを含む高耐圧出力バッ
ファ回路部を有する半導体集積回路装置において、前記
第2のMOSトランジスタと実質的に同じ厚さのゲート絶
縁膜を有する絶縁ゲートバイポーラトランジスタのコレ
クタとゲートを電源配線にエミッタを設置配線にそれぞ
れ接続した、前記論理回路部の電源保護回路を有すると
いうものである。
〔実施例〕
次に本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図(a)は本発明の一実施例を示す半導体チップ
の縦断面図、第1図(b)は一実施例の電源保護回路図
である。
この実施例はpMOSトランジスタ8(第1のMOSトラン
ジスタ)を含む論理回路部及びpMOSトランジスタより厚
いゲート酸化膜94を有するP型の高耐圧オフセットゲー
トMOSトランジスタ9(第2のMOSトランジスタ)及びNP
Nトランジスタ10を含む高耐圧出力バッファ回路部を有
する半導体集積回路装置において、高耐圧MOSトランジ
スタと実質的に同じ厚さ(同一工程で形成された)のゲ
ート酸化膜74を有する絶縁ゲートバイポーラトランジス
タ(IGBT7)のコレクタ電極72とゲート電極73を電源配
線VDDにエミッタ電源71を接地配線VSSにそれぞれ接続し
た前述の論理回路部の電源保護回路を有するというもの
である。
電源配線VDD−接地配線VSS間に、電源保護回路のIGBT
のしきい電圧VT(例えば10V)以上の電圧が印加される
と、そのIGBTがオンし、過電圧が電源配線−接地配線間
にかかることを防ぐことができる。従来の低耐圧電源保
護ダイオードを用いていないので、電源保護ダイオード
の拡散条件による高耐圧オフセットゲートMOSトランジ
スタのオフセット部の拡散条件への制約がなくなる。論
理回路部の電源電圧は例えば5ボルト、高耐圧出力バッ
ファ回路部の電源電圧は100〜200ボルトなどで、高耐圧
オフセットゲートMOSトランジスタのしきい電圧とIGBT
のしきい電圧は無関係ではないけれどもIGBTのしきい電
圧を電源保護に必要な値に設定しても高耐圧出力バッフ
ァ回路の動作に支障をきたすことはない。
又、IGBTは通常のMOSトランジスタと比べ大電流密度
で動作可能であり、ターンオン時間は通常のバイポーラ
トランジスタより速いので効率よくかつ速やかに電源保
護作用を発揮できる。更にNPNトランジスタとP型の高
耐圧オフセットゲートMOSトランジスタを同一チップ上
に設けているので、NPNトランジスタのベースとオフセ
ットゲートMOSトランジスタのオフセットドレインを同
時形成するのが普通であるが、従来のように電源保護ダ
イオードの耐圧を考慮する必要が無い分だけ設定条件の
制約は少なくなる。
第3図は一実施例の変形を示す半導体チップの縦断面
図である。
IGBT7による電源保護回路を低耐圧をMOSトランジスタ
8、nMOSトランジスタ13からなる論理回路部にとりつけ
たもので高耐圧のNチャネルVDMOSトランジスタ12で高
耐圧出力バッファ回路を構成している。従来のように低
耐圧の電源保護ダイオードのP型拡散層をVDMOSトラン
ジスタのP型ベース形成と同時に形成する必要がないの
で電源保護ダイオードの耐圧設定によるベース形成条件
の制約がなくなり、VDMOSトランジスタの最適な条件設
定が可能になる。なお、VDMOSトランジスタ12のゲート
酸化膜124とIGBTのゲート酸化膜74を同一工程で形成さ
れたもので、CMOSのゲート酸化膜84,134より厚くなって
いる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は論理回路部のMOSトラン
ジスタより厚いゲート酸化膜のIGBTを電源保護回路に挿
入し、ゲート及びコレクタを電源(VDD)側に、エミッ
タをグラウンド(VSS)側に接続することにより、厚い
ゲート酸化膜のIGBTのしきい電圧以上の電源−接地間に
加えられた場合に、このIGBTがオンし、電源−接地間に
IGBTのオン電流を流すことにより、論理回路の電源−接
地間にIGBTのオン電流を流すことにより、論理回路の電
源−接地間の電圧上昇を抑え、電源及び内部素子が破壊
・損傷等に至るのを防止することができる。更にIGBTは
通常のMOSFETと比べ単位面積当り大電流を流すことが可
能で、かつターンオンに要する時間は通常のバイポーラ
トランジスタより速いので、効率よく、速く、電流を流
すことが可能となる。また、この電源保護回路には従来
のような低耐圧の電源ダイオードがなくイオン注入量や
熱処理の条件等により逆方向耐圧を設定する必要がない
為同一チップ上に形成された高耐圧出力バッファ回路を
構成する素子(NPNトランジスタ、高耐圧オフセットゲ
ートMOSトランジスタ又はVDMOSトランジスタ)の特性に
対する制約がない為、これらの素子の最良の特性を得る
条件で設計が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の一実施例を示す縦断面図、第1
図(b)は実施例の電源保護回路の回路図、第2図
(a)は従来例を示す縦断面図、第2図(b)は従来例
の電源保護回路の回路図、第3図は実施例の変形を示す
縦断面図である。 1……P型Si基板、2a〜2f……N型埋込層、3……P型
突き抜け拡散層、4a〜4f……N型エピタキャル層、5…
…フィールド酸化膜、6……層間絶面膜、7……IGBT、
71……IGBTのエミッタ電極、72……IGBTのコレクタ電
極、73……IGBTのゲート電極、74……IGBTのゲート酸化
膜、75……IGBTのコレクタ領域、76……IGBTのエミッタ
領域、77……IGBTのベース領域、8……pMOSトランジス
タ、81……pMOSトランジスタのソース電極、82……pMOS
トランジスタのドレイン電極、83……pMOSトランジスタ
のゲート電極、84……pMOSトランジスタのゲート酸化
膜、85……pMOSトランジスタのソース領域、86……pMOS
トランジスタのドレイン領域、9……高耐圧オフセット
ゲートMOSトランジスタ、91……9のソース電極、92…
…9のドレイン電極、93……9のゲート電極、94……9
のゲート酸化膜、95……9のソース領域、96……9のオ
フセットドレイン領域、10……NPNトランジスタ、101…
…10のエミッタ電極、102……10のベース電極、103……
10のコレクタ電極、104……10のエミッタ領域、105……
10のベース領域、106……10のコレクタ引出領域、11…
…電源保護ダイオード、111……11のアノード電極、112
……11のカソード電極、113……11のアノード領域、114
……11のカソード領域、12……VDMOSトランジスタ、121
……12のソース電極、122……12のゲート酸化膜、123…
…12のドレイン電極、124……12のゲート酸化膜、125…
…12のドレイン引出領域、126……12のソース領域、127
−1,127−2……12のP型ベース領域、128−1,128−2
……12のソース領域。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1のMOSトランジスタを含む論理回路部
    及び前記第1のMOSトランジスタより厚いゲート絶縁膜
    を有する第2のMOSトランジスタを含む高耐圧出力バッ
    ファ回路部を有する半導体集積回路装置において、前記
    第2のMOSトランジスタと実質的に同じ厚さのゲート絶
    縁膜を有する絶縁ゲートバイポーラトランジスタのコレ
    クタとゲートを電源配線にエミッタを接地配線にそれぞ
    れ接続した、前記論理回路部の電源保護回路を有するこ
    とを特徴とする半導体集積回路装置。
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