JPH02214164A - Mosfet with input protection circuit - Google Patents
Mosfet with input protection circuitInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、lチップ内に絶縁ゲート電界効果トランジス
タとこのゲート破壊を防止すべき入力保護回路を備えた
MOSFETに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a MOSFET that includes an insulated gate field effect transistor and an input protection circuit to prevent the gate from being destroyed in a l-chip.
従来、この種の人力保護回路を備えたMOSFETの回
路構成は、第4図に示すように、保護すべき絶縁ゲート
電界効果トランジスタMと、人力電極INとゲート電極
Gとの間に接続された電流制限抵抗Rと、カンードがゲ
ート電極Gに接続されると共にアノードが接地されたゲ
ート電圧制限ダイオードDとからなる。かかる構成の回
路において、入力電極INに絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタMのゲート酸化膜破壊電圧Vll+より大のサー
ジ電圧が印加した場合、ゲート電圧はその破壊電圧VI
Gより低いブレイクダウン(降伏) 電圧(vo) を
持つゲート電圧制限ダイオードDのブレイクダウンによ
って抑制され、これによりゲ・−ト酸化膜の破壊が防止
される。電流制限抵抗りはゲート電圧制限ダイオードD
のブレイクダウン時の電流を制限し、接合破壊を防止す
るものである。Conventionally, the circuit configuration of a MOSFET equipped with this type of manual protection circuit is as shown in FIG. It consists of a current limiting resistor R and a gate voltage limiting diode D whose cand is connected to the gate electrode G and whose anode is grounded. In a circuit with such a configuration, when a surge voltage greater than the gate oxide film breakdown voltage Vll+ of the insulated gate field effect transistor M is applied to the input electrode IN, the gate voltage becomes equal to the breakdown voltage VI.
This is suppressed by the breakdown of the gate voltage limiting diode D, which has a breakdown voltage (vo) lower than G, thereby preventing breakdown of the gate oxide. Current limiting resistance is gate voltage limiting diode D
This is to limit the current at the time of breakdown and prevent junction breakdown.
上記のゲート電圧制限ダイオードDの半導体構造は、第
5図及び第6図に示す構造で、p型基板l上にn+型埋
込層2を挟んで形成されたn−型工ピタキシャル層をア
イソレイション3で分離して得られた画成領域4に作り
込まれている。5はn+型埋込層2に接するp−型拡散
層で、このp−型拡散層5内にはn+領領域カソード領
域6とこれを囲む p+領領域アノード領域7とが形成
されている。カソード領域6に接続するカソード領域6
aは他の画成領域に作り込まれた絶縁ゲート効果トラン
ジスタ(図示せず)のゲート電極に接続され、アノード
領域7に接続するアノード電極7aは接地されている。The semiconductor structure of the gate voltage limiting diode D described above is the structure shown in FIGS. It is created in the defined area 4 obtained by separation using Ration 3. Reference numeral 5 denotes a p- type diffusion layer in contact with the n+ type buried layer 2, and within this p- type diffusion layer 5, an n+ region cathode region 6 and a p+ region anode region 7 surrounding it are formed. Cathode region 6 connected to cathode region 6
a is connected to the gate electrode of an insulated gate effect transistor (not shown) built in another defined region, and an anode electrode 7a connected to the anode region 7 is grounded.
また画成領域4のn−型エピタキシャル層にはp−型拡
散層5を囲むn+型拡散領域8が形成され、これには電
源電極8aが接続されている。ゲート電圧制限ダイオー
ドDのpn接合は p−型拡散層5とカソード領域6と
の接合であり、そのブレイクダウン電圧Vanは例えば
p−の不純物濃度2 xlO”/ cj、 n+の不
純物濃度lXl0”/cstのときV++o::25V
である。Further, an n+ type diffusion region 8 surrounding the p− type diffusion layer 5 is formed in the n− type epitaxial layer of the definition region 4, and a power supply electrode 8a is connected to this. The pn junction of the gate voltage limiting diode D is a junction between the p- type diffusion layer 5 and the cathode region 6, and its breakdown voltage Van is, for example, p- impurity concentration 2xlO''/cj, n+ impurity concentration lXl0''/ V++o::25V when cst
It is.
デバイスの微細化及び高速化に伴い、絶縁ゲート電界効
果トランジスタMのゲート酸化膜の厚さは薄くなる傾向
にある。ゲート酸化膜の厚さが薄くなるに従い、その破
壊電圧VIGは低下する。例えば、膜厚1000人では
Via:100V、膜厚250人でIt V ma :
25 Vである。As devices become smaller and faster, the thickness of the gate oxide film of the insulated gate field effect transistor M tends to become thinner. As the thickness of the gate oxide film becomes thinner, its breakdown voltage VIG decreases. For example, if the film thickness is 1000 people, Via: 100V, and if the film thickness is 250 people, It V ma :
It is 25V.
ところで、上記のゲート電圧制限ダイオードDのブレイ
クダウン電圧v0は25V程度で、膜厚250人の絶縁
ゲート電界効果トランジスタの破壊電圧VIGと等しく
なるので、人力電極INにサージ電圧が印加すると、ゲ
ート電圧が破壊電圧VIIGまで上昇し、ゲート破壊が
引き起こされる。By the way, the breakdown voltage v0 of the gate voltage limiting diode D is about 25V, which is equal to the breakdown voltage VIG of an insulated gate field effect transistor with a film thickness of 250 mm, so when a surge voltage is applied to the manual electrode IN, the gate voltage increases to breakdown voltage VIIG, causing gate breakdown.
そこでゲート電圧制限ダイオードDのブレイクダウン電
圧を下げることが必要となるが、その方法としては、
p−型拡散層5又はカソード領域6の不純物濃度を変更
する方法やカソード領域6とアノード領域7との間隔を
狭くする方法が考えられる。しかしながら、不純物濃度
の変更は絶縁ゲート電界効果トランジスタ自体のデバイ
ス特性に影響を与えたり、新たな拡散工程及びマスクの
追加を余儀なくする。またカソード領域6とアノード領
域7との間隔を狭くすることは、マスクずれ等によりブ
レイクダウン電圧の信頼性・バラツキの問題が生じる。Therefore, it is necessary to lower the breakdown voltage of the gate voltage limiting diode D, and the method for doing so is as follows.
Possible methods include changing the impurity concentration of p-type diffusion layer 5 or cathode region 6, and narrowing the distance between cathode region 6 and anode region 7. However, changing the impurity concentration affects the device characteristics of the insulated gate field effect transistor itself, or necessitates the addition of a new diffusion process and mask. Further, narrowing the distance between the cathode region 6 and the anode region 7 causes problems of reliability and variation in breakdown voltage due to mask misalignment and the like.
そこで、本発明の課dは、作り込み構造を変更したゲー
ト電圧制限ダイオードを採用することにより、絶縁ゲー
ト電界効果トランジスタのデバイス特性に影響なく、ま
た新たな工程の追加もなく、しかもブレイクダウン電圧
の信頼性を維持したまま、低ブレイクダウン電圧のゲー
ト電圧制限ダイオードを有する入力保護回路を備えたM
OSFETを提供することにある。Therefore, the feature d of the present invention is that by adopting a gate voltage limiting diode with a modified structure, the device characteristics of the insulated gate field effect transistor are not affected, and no new process is added, and the breakdown voltage can be reduced. M with input protection circuit with low breakdown voltage gate voltage limiting diode while maintaining reliability.
Our goal is to provide OSFETs.
上記課題を解決するために、本発明の講じた手段は、
p−型拡散層内にカソード領域及びアノード領域を形成
するのではなく、そのp−型拡散層のないエピタキシャ
ル層に形成された横型トランジスタのエミッタ/コレク
タ・ダイオードをゲート電圧制限ダイオードとするもの
である。In order to solve the above problems, the measures taken by the present invention are as follows:
Rather than forming the cathode region and anode region in the p-type diffusion layer, the emitter/collector diode of the lateral transistor formed in the epitaxial layer without the p-type diffusion layer is used as the gate voltage limiting diode. be.
かかる手段によれば、比較的に不純物濃度が低い第2導
電型のエピタキシャル層内にこれと逆導電型のカソード
領域とアノード領域を有するゲート電圧制限ダイオード
が形成されているので、ブレイクダウン電圧を例えば2
5V以下に設定することができ、ゲート破壊以前にブレ
イクダウンを起こすことができる。According to this method, a gate voltage limiting diode having a cathode region and an anode region of the opposite conductivity type is formed in the epitaxial layer of the second conductivity type with a relatively low impurity concentration, so that the breakdown voltage can be reduced. For example 2
It can be set to 5V or less, and breakdown can occur before the gate is destroyed.
次に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described based on the accompanying drawings.
第1図は、本発明の一実施例の半導体構造の平面図で、
第2図は、第1図中のII−II線で切断した状態を示
す切断矢視図である。なお、第1図及び第2図において
第5図及び第6図に示す部分と同一部分には同一参照符
号を付しである。FIG. 1 is a plan view of a semiconductor structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1. Note that the same parts in FIGS. 1 and 2 as those shown in FIGS. 5 and 6 are given the same reference numerals.
p型基板l上にはn+型埋込層2を挟んでn−型エピタ
キシャル層10が形成されている。 n−型エピタキシ
ャル層10は p+型のアイソレイション3によって画
成領域とされている。この画成領域10内には横型PN
P )ランジスタのベース領域拡散工程を除いて作り込
まれた p1型のエミッタ領域11とこれを囲む p”
型のコレクタ領域12が形成されている。両領域11.
12の形成は絶縁ゲート電界効果トランジスタ(図示せ
ず)の製造プロセスと同時に行われる。エミッタ領域1
1はエミッタ電極11aを介して他の画成領域に作り込
まれた絶縁ゲート電界効果トランジスタ(図示せず)の
ゲート電極に接続されており(第3図参照)、ゲート電
圧制限ダイオードのカソード領域として作用する。An n − type epitaxial layer 10 is formed on a p type substrate l with an n + type buried layer 2 interposed therebetween. The n-type epitaxial layer 10 is defined by a p+-type isolation 3. In this definition area 10, there is a horizontal PN.
P) The p1 type emitter region 11 and the surrounding p” formed without the transistor base region diffusion process
A collector region 12 of the mold is formed. Both areas 11.
The formation of 12 is performed simultaneously with the manufacturing process of an insulated gate field effect transistor (not shown). Emitter area 1
1 is connected to the gate electrode of an insulated gate field effect transistor (not shown) formed in another defined region via an emitter electrode 11a (see FIG. 3), and is connected to the cathode region of a gate voltage limiting diode. It acts as.
また、コレクタ領域12はコレクタ電極12aを介して
接地されており(第3図参照)、ゲート電圧制限ダイオ
ードのアノード領域として作用する。なお、13はシリ
コン酸化膜で、14はLOCO3(ロコス)である。本
実施例の場合、 n−型エピタキシャル層10の不純物
濃度は1.5xlOtsで、エミッタ領域11及びコレ
クタ領域12の不純物濃度は5,0XIO”であり、ベ
ース開放のコレクタ・エミッタ耐圧はBVcto:IO
Vである。Further, the collector region 12 is grounded via a collector electrode 12a (see FIG. 3), and acts as an anode region of a gate voltage limiting diode. Note that 13 is a silicon oxide film, and 14 is LOCO3. In the case of this embodiment, the impurity concentration of the n-type epitaxial layer 10 is 1.5xlOts, the impurity concentration of the emitter region 11 and the collector region 12 is 5.0xIO'', and the collector-emitter breakdown voltage of the base open is BVcto:IO
It is V.
第3図は、本実施例の回路構成図で、pはゲート電圧制
限ダイオードとして機能するベース開放の横型PNP
)ランジスタを示し、エミッタEはゲート電極Gに接続
され、コレクタCは接地されている。Figure 3 is a circuit configuration diagram of this embodiment, where p is a horizontal PNP with an open base that functions as a gate voltage limiting diode.
) shows a transistor, the emitter E is connected to the gate electrode G, and the collector C is grounded.
このように、電圧制限ダイオードとしてベース開放の横
型PNP )ランジスタpがn−型エピタキシャル層l
O内に形成されているため、そのコレクタ・エミッタ耐
圧BVC!◎がゲート酸化膜破壊電圧VIOより小さい
。このため、ゲート電圧を常に破壊電圧v0より低く抑
えることができ、ゲート破壊を防止することができる。In this way, as a voltage limiting diode, a lateral PNP transistor p with an open base is connected to an n-type epitaxial layer l.
Since it is formed in O, its collector-emitter breakdown voltage BVC! ◎ is smaller than the gate oxide film breakdown voltage VIO. Therefore, the gate voltage can always be kept lower than the breakdown voltage v0, and gate breakdown can be prevented.
また、横型PNPトランジスタpをゲート電圧制限ダイ
オードとして用いたため、 p+型のエミッタ領域11
とコレクタ領域12の形成は絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタの製造プロセスと同時に行われるので、デバイス
特性が影響されず、新たな工程やマスクの追加もなく、
またエミッタ領域11とコレクタ領域12との間隔を特
段狭くする必要もない。更に、従来のようなp−型拡散
層5(第6図参照)を形成せずに、n−型エピタキシャ
ル層の画成領域10の全領域を利用できるので、単一画
成領域10内に複数の横型PNP )ランジスタ即ちゲ
ート電圧制限ダイオードを形成できる。このため、チッ
プ面積の縮小化又は高密度集積化を図ることができる。In addition, since the lateral PNP transistor p is used as a gate voltage limiting diode, the p+ type emitter region 11
Since the formation of the collector region 12 and the collector region 12 are performed simultaneously with the manufacturing process of the insulated gate field effect transistor, the device characteristics are not affected and there is no need to add new processes or masks.
Further, there is no need to make the distance between the emitter region 11 and the collector region 12 particularly narrow. Furthermore, since the entire area of the defined region 10 of the n-type epitaxial layer can be used without forming the conventional p-type diffusion layer 5 (see FIG. 6), Multiple lateral PNP transistors or gate voltage limiting diodes can be formed. Therefore, it is possible to reduce the chip area or achieve high-density integration.
以上説明したように、本発明に係る入力保護回路を備え
たMOSFETは、人力保護回路のゲート電圧制限ダイ
オードとして横型トランジスタのエミッタ/コレクタ・
ダイオードをエピタキシャル層の画成領域に形成したも
のであるから、次の効果を奏する。As explained above, the MOSFET equipped with the input protection circuit according to the present invention serves as the gate voltage limiting diode of the human power protection circuit, and the emitter/collector of the horizontal transistor.
Since the diode is formed in the defined region of the epitaxial layer, the following effects are achieved.
■従来に比し低いブレイクダウン電圧を持つゲート電圧
制限ダイオードが実現されるから、ゲート電圧をゲート
酸化膜破壊電圧より常に低く抑えることができ、ゲート
酸化膜の薄膜化に伴うゲート破壊を有効的に防止できる
。■Since a gate voltage limiting diode with a lower breakdown voltage than conventional ones has been realized, the gate voltage can always be kept lower than the gate oxide film breakdown voltage, effectively preventing gate breakdown due to thinning of the gate oxide film. can be prevented.
■絶縁ゲート電界効果型トランジスタの形成プロセスと
同時にゲート電圧制限ダイオードを作り込むことが可能
であるから、絶縁ゲート電界効果型トランジスタ自体の
特性が損われず、また新たな工程やマスクの増加を必要
とせず、しかもエミッタ領域とコレクタ領域との間隔を
特に狭く微細化する必要もない。■It is possible to create a gate voltage limiting diode at the same time as the insulated gate field effect transistor formation process, so the characteristics of the insulated gate field effect transistor itself are not impaired, and additional processes and masks are not required. Furthermore, there is no need to make the interval between the emitter region and the collector region particularly narrow or fine.
■更に、エピタキシャル層の画成領域全体を横型トラン
ジスタの作成に利用できるから、同一画成領域内に複数
のゲート電圧制限ダイオードを形成でき、チップ面積縮
小化又は高密度集積化の利点がある。(2) Furthermore, since the entire defined area of the epitaxial layer can be used to create a lateral transistor, a plurality of gate voltage limiting diodes can be formed within the same defined area, which has the advantage of reducing the chip area or increasing the density of integration.
第1図は本発明の一実施例の半導体構造を示す平面図で
ある。
第2図は第1図中の■−■線で切断した状態を示す切断
矢視図である。
第3図は同実施例の回路構成図である。
第4図は従来の入力保護回路を備えたMOSFETの一
例を示す回路構成図である。
第5図は同従来例の半導体構造を示す平面図である。
第6図は第5図中のVl−Vl線で切断した状態を示す
切断矢視図である。
l p型基板、2n+型埋込層、 3 アイソレイショ
ン、1On−型エピタキシャル層の画成領域、llp+
型のエミッタ領域(ゲート電圧制限ダイオードのカソー
ド領域) 、11a エミッタ電極、12・p+型のコ
レクタ領域(ゲート電圧制限ダイオードのアノード領域
)、12a コレクタ電極、p ベース開放の横型
PN’P)ランジスタ(ゲート電圧制限ダイオード)、
M −MOS F E T、 R第
図
第
図FIG. 1 is a plan view showing a semiconductor structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line ■-■ in FIG. 1. FIG. 3 is a circuit diagram of the same embodiment. FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing an example of a MOSFET equipped with a conventional input protection circuit. FIG. 5 is a plan view showing the semiconductor structure of the conventional example. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line Vl--Vl in FIG. 5. lp type substrate, 2n+ type buried layer, 3 isolation, 1 On- type epitaxial layer definition region, llp+
type emitter region (cathode region of gate voltage limiting diode), 11a emitter electrode, 12.p+ type collector region (anode region of gate voltage limiting diode), 12a collector electrode, p horizontal open base PN'P) transistor ( gate voltage limiting diode),
M-MOS FET, R diagram
Claims (1)
された第2導電型エピタキシャル層をアイソレイション
で分離画成した画成領域を有し、該画成領域内に作り込
まれた絶縁ゲート電界効果トランジスタと、他の画成領
域内に作り込まれたゲート電圧制限ダイオードと、入力
電極と該絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート電極
との間に接続された電流制限抵抗とを合む入力保護回路
を備えたMOSFETにおいて、 該ゲート電圧制限ダイオードは横型トランジスタのエミ
ッタ/コレクタ・ダイオードであることを特徴とする入
力保護回路を備えたMOSFET。[Scope of Claims] 1) A defined region in which a second conductivity type epitaxial layer formed on a first conductivity type substrate with a second conductivity type buried layer sandwiched therebetween is separated and defined by isolation; An insulated gate field effect transistor formed in a defined region, a gate voltage limiting diode formed in another defined region, and a connection between an input electrode and a gate electrode of the insulated gate field effect transistor. A MOSFET equipped with an input protection circuit including a current limiting resistor, wherein the gate voltage limiting diode is an emitter/collector diode of a lateral transistor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3558089A JPH02214164A (en) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | Mosfet with input protection circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3558089A JPH02214164A (en) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | Mosfet with input protection circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02214164A true JPH02214164A (en) | 1990-08-27 |
Family
ID=12445709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3558089A Pending JPH02214164A (en) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | Mosfet with input protection circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02214164A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011142242A (en) * | 2010-01-08 | 2011-07-21 | Panasonic Corp | Esd protective element, semiconductor device, and plasma display |
-
1989
- 1989-02-15 JP JP3558089A patent/JPH02214164A/en active Pending
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