JPH04316369A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

Info

Publication number
JPH04316369A
JPH04316369A JP3082788A JP8278891A JPH04316369A JP H04316369 A JPH04316369 A JP H04316369A JP 3082788 A JP3082788 A JP 3082788A JP 8278891 A JP8278891 A JP 8278891A JP H04316369 A JPH04316369 A JP H04316369A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
jfet
igfet
drain
field effect
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP3082788A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2985352B2 (ja
Inventor
Noriyuki Takao
高尾 典行
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP3082788A priority Critical patent/JP2985352B2/ja
Publication of JPH04316369A publication Critical patent/JPH04316369A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2985352B2 publication Critical patent/JP2985352B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート保護に関する
【0002】
【従来の技術】半導体装置とは受動,能動の回路素子が
一つの基板上又は、基板内に分離不能の状態で微細加工
されて形成された装置である。
【0003】特に絶縁ゲート電界効果トランジスタ(以
下IGFETと記す)とは一導電型の半導体基板の上に
薄いゲート絶縁膜を有し、その上にゲート電極となる金
属層又は、多結晶シリコン層などの導電層を有し、ゲー
ト電極と一導電型の半導体基板との間に電圧を印加する
ことにより、一導電型の半導体基板表面に反転層を誘起
させて、電流のスイッチングを行なう半導体装置である
【0004】従来のIGFETは低消費電力という特徴
を有し、バイポーラトランジスタにかわってスイッチン
グ素子として広く用いられている。特に500mA以上
の大電流のスイッチング素子としては電圧駆動のため駆
動電力を下げることが可能、多数キャリアで動作するた
め少数キャリアの蓄積がなく高速化が可能、バイポーラ
トランジスタのように2次降伏がなく安定動作領域が広
いなど多くの特徴を有し、広く用いられているが、一方
、IGFETはその薄いゲート絶縁膜のために、静電気
に弱いという欠点がある。
【0005】図8(a),(b)は従来のIGFETの
第1の例を示す等価回路図及び入力端子に静電気を印加
したときのゲート絶縁膜の電圧波形図である。
【0006】図8(a)に示すように、人体などの等価
容量Cexから素子のゲート端子Gに印加された静電圧
はゲート配線、ゲート電極などの抵抗Rg 及びインダ
クタンスLg を通ってゲート絶縁膜のキャパシタンス
Cg に印加される。この特、インダクタンスLg ,
キャパシタンスCg のためにゲート絶縁膜に生ずる電
圧Vg は図8(b)に示すように、オーバーシュート
を生じ、ゲート絶縁膜は容易に破壊される。このオーバ
ーシュートを防ぐために、ゲート入力抵抗を追加するこ
とが行なわれている。
【0007】図9(a),(b)は従来のIGFETの
第2の例を示す等価回路図及びゲート絶縁膜に生ずる電
圧波形図である。
【0008】図9(a)に示すように、ゲート入力抵抗
RG を挿入することにより、図9(b)に示すように
、オーバーシュートはおさえられ、ゲート絶縁膜の破壊
が抑えられる。改善の度合はゲート入力抵抗RG が大
きいほど大きくなる。ところが、ゲート入力抵抗を追加
するとゲートのキャパシタンスCg の充放電に時間が
かかるようになりスイッチング動作が遅くなる。図10
に示すように、絶縁膜に生ずる電圧Vg に対してゲー
ト入力抵抗RG を追加したときのドレイン電流が流れ
出すまでに大きな遅れが生じ、また、スイッチングオフ
時の遅れ時間t(off) を生ずる。
【0009】このように、IGFETのゲート保護とし
て入力抵抗RG を挿入した場合はスイッチング速度と
の両立をはかることが困難であった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のIGF
ETは、スイッチング素子として使用した時、ゲート入
力抵抗RG によりゲートのキャパシタンスCg の充
放電に時間がかかり、スイッチング速度が低下するとい
う問題点があった。また充分なゲート保護効果を出すた
めにはゲート入力抵抗RG は充分大きくする必要があ
り、スイッチング速度と両立させるのが問題であった。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板上に形成した絶縁ゲート電界効果トランジス
タと、前記半導体基板上に形成して前記絶縁ゲート電界
効果トランジスタのゲート電極に接続した電界効果トラ
ンジスタのオン動作方向を互に逆向きにして並列接続し
てなる可変抵抗素子を備えている。
【0012】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0013】図1は本発明の第1の実施例を示す等価回
路図である。
【0014】図1に示すように、IGFETQ3のゲー
ト電極とゲート端子Gとの間にゲート配線などの寄生イ
ンダクタンスLg 及び、寄生抵抗Rg を介して二つ
の接合型電界効果トランジスタ(以下JFETと記す)
Q1,Q2を並列接続した可変抵抗素子が接続されてい
る。このJFETQ1,Q2は同じNチャネルタイプで
、各々のゲートはソースに接続され、JFETQ1のド
レインとJFETQ2のソース及びゲートが保護すべき
IGFETQ3のゲート電極に接続され、JFETQ1
のゲート及びソースとJFETQ2のドレインは入力端
子Gに接続されている。二つのダイオードDi1,Di
2は寄生ダイオードであり、JFETQ1のゲートとI
GFETQ3のドレインDの間にDi1が寄生しており
、JFETQ2のゲートとIGFETQ3のドレインD
の間にDi2が寄生している。
【0015】図2は並列接続されたJFETQ1,Q2
のドレイン・ソース間の電圧対電流特性を示す図である
【0016】図2に示すように、ドレイン電流ID(J
FET) が約200mAまでは、約3Ωであり、スイ
ッチング速度はほとんど影響がない。次に、静電気がゲ
ート端子Gに印加されると、保護回路のない従来のIG
FETでは大きなオーバーシュートが生じるが本実施例
ではJFETQ1,Q2の定電流特性により等価的に、
数KΩ〜数100KΩの抵抗と同等の効果を有しオーバ
ーシュートをおさえてゲート絶縁膜の破壊を防止する。
【0017】図3(a),(b)は本発明の保護回路特
性を示す図である。
【0018】図3(a),(b)に示すように、VD(
JFET) =10Vのときの飽和電流IP をパラメ
ータにしたゲート絶縁膜破壊に要する入力端子の印加電
圧及びIGFETのスイッチング遅れ時間はRG =1
00Ωとした時に比べて、共に改善されている。
【0019】図4は本発明の第1の実施例を示す半導体
チップの模式的断面図である。
【0020】図4に示すように、N型シリコン基板1を
ドレイン領域とする縦型MOSFETと同じ基板上にJ
FETQ1,Q2を形成したものである。N型シリコン
基板1に設けたP型ウェル2,2aと、P型ウェル2,
2aの夫々にN型のチャネル領域3,3aとN型チャネ
ル領域3,3a内に設けたJFETQ1,Q2のN+ 
型ドレイン4,4a及びN+ 型ソース領域5,5aと
、N+ 型ソース領域に隣接して設けたP型ゲート領域
6,6aとを有し、JFETQ2のP型ウェル2a,チ
ャネル領域3a,N+ 型ソース領域5a,ゲート領域
5aと、JFETQ1,P型ウェル2,チャネル領域3
,N+ 型ソース領域5,ゲート領域6の夫々は各々ポ
リシリコン配線7a,7で接続され、ゲート端子Gに印
加された電圧はゲート端子Gに接続されたJFETQ2
のN+ 型ドレイン領域4aとJFETQ1のN+ 型
ソース領域5に供給される。IGFETQ3のゲート電
極8にはJFETQ2のソース領域5aとJFETQ1
のドレイン領域4が接続される。なお可変抵抗としては
図5(a)に示すように、PチャネルJFETを二つ並
列に接続しても良く、また、図5(b)に示すように、
PチャネルJFETとNチャネルJFETを並列に接続
してもよい。保護されるIGFETとしてはIGBTや
MOSサイリスタでもよい。又、可変抵抗素子として三
つ以上のFETを並列に接続して動作抵抗を下げてもよ
い。
【0021】図6は本発明の第2の実施例を示す等価回
路図、図7は本発明の第2の実施例を示す半導体チップ
の模式的断面図である。
【0022】図6及び図7に示すように、保護用の可変
抵抗としてデプリージョン型IGFETを使用したもの
である。N型シリコン基板1をドレインとするIGFE
TQ3と同じ基板上にP型ウェル2,2aを形成しデプ
リージョン型IGFET(以下DFETと記す)Q4,
Q5のN+ 型ドレイン領域4,4a及びN+ 型ソー
ス領域5,5a並びにゲート電極9,9aを形成する。 各々のP型ウェル2,2aとN+ 型ソース領域5,5
aはゲート電極9,9aで接続する。ゲート端子Gから
の印加電圧はDFETQ5のドレイン領域4aとDFE
TQ4のソース領域5に印加する。本体のIGFETQ
3のゲート電極8にはDFETQ5のソース領域5aと
DFETQ4のドレイン領域4に接続する。
【0023】この例ではJFETのときのチャネル領域
が不要であり、本体のIGFETの製造プロセスとの整
合性がよく、工程が簡単になる。またPNPNのサイリ
スタ構造をさけることができ、ラッチアップのような寄
生効果を防ぐことができる。
【0024】また、PチャネルのDFET2つ以上の並
列接続あるいはPチャネルとNチャネルのDFETの2
つ以上の並列接続を可変抵抗素子として用いてもよい。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、IGFE
Tのゲート保護として、従来の固定抵抗にかわって、小
電流動作時には低い抵抗値を示し、大電流動作時には高
い抵抗値を持つ可変抵抗素子を有し、制御電圧をその可
変抵抗素子を通してゲート電極に印加するのでスイッチ
ング速度を低下させることなく大きなゲート破壊最大電
圧を有するという効果を有する。
【0026】また、可変抵抗として電界効果トランジス
タを使用することにより本体のIGFETの製造プロセ
スを利用して可変抵抗を同一基板に作り込むことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す等価回路図である
【図2】本発明の第1の実施例の並列接続されたJFE
Tのドレイン・ソース間の電圧対電流特性を示す図であ
る。
【図3】本発明の第1の実施例の保護回路特性を示す図
である。
【図4】本発明の第1の実施例を示す半導体チップの模
式的断面図である。
【図5】本発明の第1の実施例のJFETの接続方法を
示す回路図である。
【図6】本発明の第2の実施例を示す等価回路図である
【図7】本発明の第2の実施例を示す半導体チップの模
式的断面図である。
【図8】従来のIGFETの第1の例を示す等価回路図
及び電圧波形図である。
【図9】従来のIGFETの第2の例を示す等価回路図
及び電圧波形図である。
【図10】従来のIGFETのスイッチング特性を示す
波形図である。
【符号の説明】
1    N型シリコン基板 2,2a    P型ウェル 3    N型チャネル領域 4,4a    N+ 型ドレイン領域5,5a   
 N+ 型ソース領域 6,6a    P型ゲート領域 7,7a    ポリシリコン配線 8    ゲート電極 Q1,Q2    JFET Q3    IGFET Q4,Q5    DFET

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体基板上に形成した絶縁ゲート電
    界効果トランジスタと、前記半導体基板上に形成して前
    記絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート電極に接続
    した電界効果トランジスタのオン動作方向を互に逆向き
    にして並列接続してなる可変抵抗素子を備えたことを特
    徴とする半導体装置。
JP3082788A 1991-04-16 1991-04-16 半導体装置 Expired - Lifetime JP2985352B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3082788A JP2985352B2 (ja) 1991-04-16 1991-04-16 半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3082788A JP2985352B2 (ja) 1991-04-16 1991-04-16 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04316369A true JPH04316369A (ja) 1992-11-06
JP2985352B2 JP2985352B2 (ja) 1999-11-29

Family

ID=13784149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3082788A Expired - Lifetime JP2985352B2 (ja) 1991-04-16 1991-04-16 半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2985352B2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6373672B1 (en) 1995-12-20 2002-04-16 Sgs-Thomson Microelectronics S.A. Static and monolithic current limiter and circuit-breaker component
US6426744B2 (en) 1997-09-12 2002-07-30 Nec Corporation Display driving apparatus having variable driving ability
CN102292813A (zh) * 2008-12-16 2011-12-21 美国亚德诺半导体公司 用于基于隔离型nmos的esd箝位单元的系统和方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6373672B1 (en) 1995-12-20 2002-04-16 Sgs-Thomson Microelectronics S.A. Static and monolithic current limiter and circuit-breaker component
US6426744B2 (en) 1997-09-12 2002-07-30 Nec Corporation Display driving apparatus having variable driving ability
CN102292813A (zh) * 2008-12-16 2011-12-21 美国亚德诺半导体公司 用于基于隔离型nmos的esd箝位单元的系统和方法
JP2012512544A (ja) * 2008-12-16 2012-05-31 アナログ ディヴァイスィズ インク 分離されたnmosベースのesdクランプセルのためのシステムおよび方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2985352B2 (ja) 1999-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3262579B2 (ja) 金属酸化物半導体電界効果型トランジスタ回路
US5072268A (en) MOS gated bipolar transistor
US5801420A (en) Lateral semiconductor arrangement for power ICS
US6091086A (en) Reverse blocking IGBT
US4893157A (en) Semiconductor device
US5406096A (en) Device and method for high performance high voltage operation
JP2689703B2 (ja) Mos型半導体装置
US5221850A (en) Conductivity-modulating mosfet
KR100239424B1 (ko) 정전기 보호회로
US6057726A (en) Output circuit for power IC with high breakdown voltage
JPS58501205A (ja) モノリシツクに合併されたfet及びバイポ−ラ接合トランジスタ
US6355513B1 (en) Asymmetric depletion region for normally off JFET
US6972475B2 (en) Semiconductor device
US5401996A (en) Overvoltage protected semiconductor switch
US6894351B2 (en) Semiconductor device for electrostatic protection
JP3665367B2 (ja) 半導体装置
US4845536A (en) Transistor structure
US5596216A (en) Semiconductor device with diode and capable of device protection
JP2985352B2 (ja) 半導体装置
JPH04241452A (ja) 半導体集積回路装置
CN108039365B (zh) 一种晶体管、钳位电路及集成电路
US5698886A (en) Protection circuit against electrostatic discharges
JPH098147A (ja) 半導体装置の保護回路
US20190326277A1 (en) Electronic Circuit with a Transistor Device and a Clamping Circuit
CA1209718A (en) High voltage mos/bipolar power transistor apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19990831