JP3101481B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP3101481B2
JP3101481B2 JP06008752A JP875294A JP3101481B2 JP 3101481 B2 JP3101481 B2 JP 3101481B2 JP 06008752 A JP06008752 A JP 06008752A JP 875294 A JP875294 A JP 875294A JP 3101481 B2 JP3101481 B2 JP 3101481B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、出力端子が負電位に引
かれる出力端子に接続される保護ダイオードを具備する
半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】誘導性負荷または容量性負荷を駆動する
場合、出力端子が接地電位(GND)より低い電位に引
かれることが知られている(特開昭56−98839
号)。通常は、このような電位が発生しても出力トラン
ジスタが破壊されないよう、出力端子を接地電位にクラ
ンプするダイオードを付加するなどの回路構成が成され
ている。
【0003】図5は誘導性負荷を駆動する保護ダイオー
ド内蔵の駆動回路を示す回路図である。入力端子INに
印加された信号によってトランジスタTR1がONし、
トランジスタTR1のコレクタ電流によって出力トラン
ジスタTR2をONさせて出力端子OUTに出力信号を
出力するようになっている。入力端子INがロ−レベル
の時、出力端子OUTは前記誘導性負荷の放電に伴い、
瞬間的にマイナス数百Vの電圧になる。
【0004】前記マイナス数百Vの電圧から出力トラン
ジスタTR2を保護するため、トランジスタTR2のベ
ース・コレクタ間に保護ダイオードD1、D2を直列接
続する。バイポーラ型の半導体装置にあっては、P型基
板上に形成したN型エピタキシャル層を接合分離して多
数の島領域を形成し、前記島領域に回路素子を作り込む
ものであり、前記接合分離のために基板に接地電位を印
加しているので、回路素子に接地電位より低い電圧が印
加されると寄生効果の原因になる。そこで、保護ダイオ
ードD1、D2が働いた場合に出力端子OUTを接地電
位付近の電圧にクランプするように回路設計がなされ
る。例えば、電源電位が12Vであるときは、逆方向耐
圧が5〜6Vのツエナーダイオードを2個直列接続する
ことにより、前記負電位が印加された出力端子OUTの
電位を VCC−(VBE+VZ1+VZ2)≒0V ・・・・・・・(1) に設計するものである。但し、VBEはトランジスタT
R2のベース・エミッタ間電圧、VZ1、VZ2はダイ
オードD1、D2のツエナー電圧である。 尚、ダイオ
ードD1、D2のツエナー電圧VZ1、VZ2は、拡散
の不純物濃度で決定されるものであって、容易に変更す
ることはできない性質のものである。
【0005】図6、図7は上記保護ダイオードD1、D
2の構造を示す平面図とCC線断面図である。P型半導
体基板1上に形成したN型エピタキシャル層をP+型分
離領域2で分離することにより多数の島領域3を形成
し、島領域3の表面にP+型アノード領域4とN+型カ
ソード領域5を拡散して両者のPN接合をダイオードと
するものである。そして、各々個別の島領域3に形成し
たダイオードD1、D2を図6に示すように電極で直列
接続していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記半
導体装置をリチウム電池等の蓄電池で駆動した場合、電
源電位VCCが使用時間に応じて減少するために弊害が
生じることが明かになった。即ち、ダイオードD1、D
2はその構造上、基板1と島領域3(カソード)との間
に寄生ダイオードD3を有するものであり、電源電位V
CCが低下してダイオードD1、D2の接続点Aの電位
が(VCC−VBE−VZ1)によりマイナス0.7V
以下になると寄生ダイオードD3がONし、出力端子O
UTの電位を GND−(VF+VZ2)・・・・・・・・・・(2) の電位にしかクランプできなくなるのである。但し、V
Fは寄生ダイオードD3の順方向電圧である。出力端子
OUTの電位が(2)式に従う負の低い電圧でクランプ
されると、出力トランジスタTR2のベース・エミッタ
間やダイオードD1、またはダイオードD2に大電流が
流れて接合破壊を招くほか、接地電位GNDより低い電
圧が印加されることから寄生効果が発生して回路の誤動
作等を招く欠点があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上述した欠点に
鑑み成されたもので、直列接続される保護ダイオードD
1、D2を一つの島領域内に形成し、前記島領域へは最
も高いカソード電位を印加することにより、寄生ダイオ
ードD3が形成されないような構造にすることを骨子と
するものである。
【0008】
【作用】本発明によれば、ダイオードD1、D2を同じ
島領域3内に形成し、島領域3にはダイオードD1のカ
ソード電位を印加しているので、島領域3は電源電位V
CCから出力トランジスタTR2のVBEを引いた電位
にクランプされる。よって島領域3と基板1との寄生ダ
イオードD3がONすることはない。
【0009】
【実施例】以下に本発明の第1の実施例を説明する。図
1と図2は本発明の第1の実施例を説明するための平面
図とAA線断面図である。P型半導体基板1上に形成し
たN型エピタキシャル層をP+型分離領域2で分離して
多数の島領域3を形成し、そのうちの一つにP+型の第
1のアノード領域14とN+型の第1のカソード領域1
5を形成して第1のダイオードD1とする。同じ島領域
3に第1のアノード領域14とは離間してP+型の第2
のアノード領域24とN+型の第2のカソード領域25
を形成して第2のダイオードD2とする。島領域3表面
にN+型のコンタクト領域6を形成し、第1のカソード
領域15とアルミ配線で接続する。さらに、第1のアノ
ード領域14と第2のカソード領域25とをアルミ配線
で接続し、第2のアノード領域24を出力トランジスタ
TR2のコレクタと出力端子OUTに接続する。第1の
カソード領域15は出力トランジスタTR2のベースに
接続する。基板1には接地電位VCCが印加されてい
る。島領域3の底部には高濃度の埋め込み層7を有し、
各アノード領域14、24の表面にはコンタクトホール
8の開口を容易にするためのP型コンタクト領域9を有
する。
【0010】かかる構成によれば、第2のダイオードD
2のカソードが第2のアノード領域24により電気的に
独立するので、従来の寄生ダイオードD3は形成されな
い。本実施例における基板1と島領域3とのPN接合
は、島領域3の電位が第1のダイオードD1のカソード
電位に等しく、カソード電位がVCCから出力トランジ
スタTR2のVBEを引いた電位でクランプされるの
で、電源電位VCCが多少低下しても(例えば、12V
が3V程度になったとしても)ONすることがない。よ
って、電源電位VCCが低下しての寄生ダイオードが働
くことがなく、出力端子OUTに印加される負電位から
半導体装置を保護することができる。
【0011】図3と図4に本発明の第2の実施例を示
す。図4は図3のBB線断面図である。通常、P型コン
タクト領域9はNPNトランジスタのベース拡散によ
り、N+型のカソード領域15、25はNPNトランジ
スタのエミッタ拡散工程により形成する。P+型アノー
ド領域14、24はベース拡散より高不純物濃度の拡散
で形成されるので、その上にエミッタ拡散を行っても、
カソード領域15、25の拡散深さはNPNトランジス
タのエミッタ領域より若干浅くなる。そのため、P+型
アノード領域14、24とN+型カソード領域15、2
5のPN接合の上にコンタクトホール8を配置すると、
アルミスパイクによる接合破壊またはリーク電流が生じ
やすい。そこで第2の実施例では、ベース拡散によるコ
ンタクト領域9等を伸長して、ダイオードを形成するP
N接合上からコンタクトホール8をずらしたものであ
る。
【0012】即ち、第1のダイオードD1では、島領域
3表面にP+型アノード領域14を形成し、第1のカソ
ード領域15を第1のアノード領域14から島領域3に
達するまで伸ばし、第1のアノード領域14が存在しな
い部分に一方のコンタクトホール8を配置し、コンタク
ト領域9上に他方のコンタクトホール8を配置する。第
2のダイオードD2では、P型コンタクト領域9とN+
型第2のカソード領域25を伸ばして第2のアノード領
域24が存在しない部分に一方のコンタクトホール8を
配置し、第2のカソード領域25が存在しない部分に他
方のコンタクトホール8を配置する。このように、P+
型層とN+型層とのPN接合の上にコンタクトホール8
を配置しないことにより、アルミスパイクによるリーク
電流の発生を防止できる。P型コンタクト領域9とN+
第2のカソード領域25とを重ねた位置にコンタクトホ
ール8を形成しても、不純物濃度の関係で第2のカソー
ド領域25の拡散深さが浅くならないので、リーク電流
は少ない。また、アルミスパイクを防止する材料として
アルミーシリコン材料が上げられるが、本実施例のパタ
ーンによりピュア・アルミ材料でも実施できるパターン
となる。
【0013】さらに他の実施例として、N+型カソード
領域15、25を図3、図4に示すように意識的に長く
形成し、カソード領域15、25に抵抗分を持たせる
と、出力端子OUTに印加される負電位の放電電流を制
限して保護機能を強化することができる。尚、上記各実
施例はダイオード素子が2つのものを説明したが、電源
電位VCCの値により、またはダイオード素子のツェナ
ー電圧VZの値により、3つ、4つのダイオード素子を
直列接続した場合でも同様に実施できる。
【0014】
【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明は直列接
続されるダイオード素子D1、D2を全て同じ島領域3
に形成し、島領域3へは最も高いカソード電位を印加し
たので、島領域3と基板1とのPN接合が寄生ダイオー
ドとして働くことがなく、電源電位VCCが低下した場
合でも集積回路を確実に保護できるものである。また、
第2の実施例によればアルミスパイクによる危惧を解消
でき、第3の実施例では放電電流を制限して保護機能を
一層強化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】本発明の第2の実施例を説明するための平面図
である。
【図4】図3のBB線平面図である。
【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平面図である。
【図7】図6のCC線断面図である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/04 H01L 21/822

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型の半導体基板と、前記基板の上
    に形成した逆導電型のエピタキシャル層を分離した島領
    域と、前記島領域の表面に形成した一導電型の第1のア
    ノ−ド領域と、前記第1のアノ−ド領域との接合で第1
    のダイオードを形成し且つ前記島領域とも電気的に同電
    位になる逆導電型の第1のカソード領域と、前記島領域
    の表面に形成され前記第1のアノ−ド領域とは電気的に
    分離される一導電型の第2のアノ−ド領域と、前記第1
    のアノ−ド領域に接続され且つ前記第2のアノ−ド領域
    との接合で第2のダイオードを形成し且つ前記第1のア
    ノ−ド領域に接続する第2のカソード領域とを具備する
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 一導電型の半導体基板と、前記基板の上
    に形成した逆導電型のエピタキシャル層を分離した島領
    域と、前記島領域の表面に形成した一導電型の第1のア
    ノ−ド領域と、前記第1のアノ−ド領域との接合で第1
    のダイオードを形成し且つ前記島領域とも電気的に同電
    位になる逆導電型の第1のカソード領域と、前記島領域
    の表面に形成され前記第1のアノ−ド領域とは電気的に
    分離される一導電型の第2のアノ−ド領域と、前記第1
    のアノ−ド領域に接続され且つ前記第2のアノ−ド領域
    との接合で第2のダイオードを形成し且つ前記第1のア
    ノ−ド領域に接続する第2のカソード領域とを具備し、 前記第1と第2のアノ−ド領域は、各々前記カソード領
    域との降伏電圧を決める高濃度層と前記高濃度層より低
    不純物濃度のコンタクト層からなり、 前記第1と第2のダイオードを接続する電極のコンタク
    トホールを、前記高濃度層と前記第1、第2のカソード
    領域との接合を形成する部分から離れた位置に配置した
    ことを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記高濃度層とカソード領域とのPN接
    合から前記コンタクトホールまでの前記カソード領域を
    伸長したことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
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