JPH05198801A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH05198801A
JPH05198801A JP2233492A JP2233492A JPH05198801A JP H05198801 A JPH05198801 A JP H05198801A JP 2233492 A JP2233492 A JP 2233492A JP 2233492 A JP2233492 A JP 2233492A JP H05198801 A JPH05198801 A JP H05198801A
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semiconductor
gate
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resistance
clamp element
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Hiroo Masuda
弘生 増田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】保護機能が大きく、かつ通常動作時に於いては
直列抵抗の小さいゲート保護回路を有する半導体装置を
提供する。 【構成】ゲート保護回路の保護抵抗を接合型電界効果ト
ランジスタで構成する。 【効果】保護抵抗をMOS型電界効果トランジスタから
接合型電界効果トランジスタに代えることにより、通常
動作時の直列抵抗を1/2程度すなわちゲート保護抵抗
による信号遅延を1/2程度にすることができ、特に高
速用ICに於いて有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はMOS型集積回路等のゲ
ート保護回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】通常、MOS型集積回路(以下MOS
ICと略記する。)では、入力端子に過大電圧(サージ
電圧)が印加された場合、その入力端子に流れ込む電流
を一定値以下に制限するための保護回路が設けられてい
る。
【0003】図1は従来のMOS ICのゲート保護回
路の一構成例を示すもので、同図(a)は断面構造図、
(b)はその等価回路である。図において同一符号又は
同一記号のものは同一または均等部分を示すものとし、
かつ便宜上NチャネルMOSICの場合について示すこ
とにする(以下の図面に於ても同様とする)。
【0004】図1の1は入力端子、2はN型拡散層抵抗
(保護抵抗)、3はP型基板、4は絶縁膜、5は出力端
子。6はゲート7の電圧クランプ素子、8は保護される
MOS型電界効果トランジスタ(以下MOSTと略記す
る。)で一例としてドライバーを示し、9はそのロード
トランジスタである。10は電源電圧(Vcc)の印加
端子である。なお、上記電圧クランプ素子6は従来主と
して電圧クランプ素子の降服電圧をN(+)P(拡散抵
抗、基板)接合の降服電圧よりも低くするためにMOS
Tのゲート(G)とソース(S)を短絡したものが用い
られているので、その場合の断面構造を示してあるが、
N(+)保護抵抗層と出力端部で接するようにP(+)
層を形成したP(+)N(+)接合ダイオードを用いて
もかまわない。
【0005】入力にサージ電圧が印加されると、出力端
にとりつけられたドレイン(D)接合が降服して出力が
クランプされる動作を行なう。出力端に現われる電圧は
拡散層抵抗2とMOST(電圧クランプ素子6)の降服
後のソース(S)・ドレイン(D)間オン抵抗との比が
大きい程クランプの効果が良くなるために、サージ電圧
に対するゲート保護効果を大きくするには拡散層抵抗
(保護抵抗)2の抵抗値を大きくし、上記MOST降服
後のオン抵抗を小さくすることが望ましい。しかし拡散
層抵抗を大きくすると信号の伝達速度が遅くなるために
拡散層抵抗を大きくしてゲート保護機能を大きくするこ
とはできない。
【0006】図2は他の従来例(例えば特公昭51−3
9513号公報参照)を示すもので、同図(a)は要部
構成断面図、(b)はその等価回路図である。
【0007】前述した(図1参照)N型拡散層抵抗2の
代りに、ゲート(G)を出力端側のソース(S)〔又は
ドレイン(D)拡散層〕と短絡したデブレーション型電
界効果トランジスタ20を保護抵抗として用い、その飽
和電流特性を利用している。
【0008】図2(b)の等価回路図中抵抗Rlで示し
た部分は、同図(a)の断面構造の中にlで示したドレ
イン(D)部での電界集中をさけるために設けた部分に
相当する。このような構造ではゲートがソースに接続さ
れているために、入力電圧に対する入出力間の抵抗は、
図3に示すB線のように変化する。同図のA線は図1の
従来例で用いた拡散層抵抗の特性を示したものである。
図3から明らかなように図2に示した回路構成では、保
護抵抗の抵抗値が電圧クランプ素子6の降服電圧BVD
を超えた後は入力電圧にほぼ比例して大きくなるため、
図1の従来例よりも大きなゲート保護機能が得られる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この保
護抵抗を構成するMOST20自体が、入力にかかった
サージ電圧でゲート絶縁膜が破壊されやすいこと、及び
電界集中を避けるために設けたlで示した部分の加工寸
法にばらつきが生じるとゲート保護回路の直列抵抗が大
きく変動するなどの問題点が残されていた。
【0010】本発明は、これら従来の回路構成に於ける
問題点を解消し、保護機能が大きく、かつ通常動作時に
於いては直列抵抗の小さいゲート保護回路を有する半導
体装置を提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の半導体装置では、ゲート保護回路の保護抵
抗を接合型電界効果トランジスタ(以下J−FETと略
記する。)で構成した。
【0012】
【作用】J−FETのソース(S)・ドレイン(D)間
抵抗の特性は図3に示すC線の形状を有する。また、M
OSTのソース(S)・ドレイン(D)間抵抗の特性は
図3に示すB線の形状を有する。本発明は、両トランジ
スタのソース(S)・ドレイン(D)間の抵抗特性曲線
の形状を積極的に活用したものである。すなわち、本発
明は、J−FETおよびMOSTの電圧クランプ素子と
しての性能、すなわちその降服電圧BVDのときの両ト
ランジスタのソース(S)・ドレイン(D)間抵抗の値
を等しくした場合、両トランジスタの抵抗特性曲線の互
いの位置関係が、図3のB線およびC線の位置関係にな
ることを見い出し、この事実を積極的に活用したもので
ある。
【0013】図3から明らかなように、入力電圧が電圧
クランプ素子6の降服電圧BVDを超えるとB線とC線
は重なり、両トランジスタの回路は同じ動作を行なう。
しかし、入力電圧が電圧クランプ素子6の降服電圧BV
Dより小さい通常動作(信号振幅e)の領域において
は、本発明における抵抗は、図2の回路ける抵抗に比べ
て小さく、例えば1/2程度にすることができる。
【0014】したがって、本発明によれば、図2の回路
と同程度のゲート保護特性をもち、しかもゲート保護抵
抗による信号遅延が1/2程度のゲート保護回路を実現
することができる。
【0015】また、保護抵抗を構成するJ−FETはM
OSTに比べ特性の揃ったものが作り易く、かつサージ
電圧により破壊されにくいので、従来の問題点が全て解
消できる。
【0016】
【実施例】以下本発明を実施例によって詳細に説明す
る。
【0017】実施例1 図4は本発明の一実施例を示すもので、同図(a)は要
部断面構造図、(b)はその等価回路図である。保護抵
抗部分は、P型基板3の表面にN型不純物層11を形成
し、その中に入、出力端子1,5と接続するN(+)層
12,13および上記2つのN(+)層の間に形成した
P(+)層14からなり、P(+)層14は端子15を
介して基板と同電位(VBB)にバイアスされる。等価
回路的には、図4(b)に示すようにゲート(G)を基
板と同電位(VBB)としたJ−FETで表わされる。
【0018】このような構造に於いてゲート(G)が基
板電位(VBB)にバイアスされたJ−FETにより構
成された抵抗の特性は図3に示すC線のようになる。す
なわち、入力電圧が電圧クランプ素子6の降服電圧BV
Dを超えると図2の回路と同じ動作(B線)を行なうの
に対し、通常動作(信号振幅e)の領域における抵抗は
例えば1/2程度にすることができる。
【0019】したがって、本実施例によれば、図2の回
路と同程度のゲート保護特性をもち、しかもゲート保護
抵抗による信号遅延が1/2程度のゲート保護回路を実
現することがてきる。
【0020】なお、本実施例では、J−FETのゲート
G(端子15)を基板と同電位とし、P(+)N接合が
逆バイアス状態となる固定バイアスに設定したが、例え
ば0Vにバイアスしても同様の効果を得ることができ
る。
【0021】実施例2 図5は本発明の他の実施例を示すもので、同図(a)は
断面構造図、(b)は等価回路図である。なお図面を簡
略化するため要部構成のみ示し、保護されるMOS I
Cのトランジスタ等の図示は省略した。
【0022】本実施例に於いては、図から明らかなよう
に、保護抵抗部分はJ−FETで構成し、電圧クランプ
素子にショットキーダイオード16を用いている。ショ
ットキーダイオード16はN型不純物層にアルミニウム
(Al)等の金属を直接接触させて作ることができる。
このショットキーダイオードの逆方向耐圧を5〜30V
程度に設定すればショットキーダイオードのオン抵抗は
図4のMOSTを使った電圧クランプ素子のオン抵抗に
比較して十分小さくすることができるため出力を効果的
にクランプすることができる。
【0023】なお、以上の説明では便宜上トランジスタ
の導電型や各部印加電圧の極性を規定して説明したが、
これに限定されるものではなく、導電型や印加電圧の極
性を反対にした場合にも本発明が適用されることは勿論
である。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば過
大なサージ電圧によっても保護抵抗、電圧クランプ素子
が破壊されることなく、特に高速用ICに於いて有用な
ゲート保護回路が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一従来技術の断面構造図(a)および等価回路
図(b)である。
【図2】他の従来技術の断面構造図(a)および等価回
路図(b)である。
【図3】本発明および従来技術の保護抵抗の特性図であ
る。
【図4】本発明の一実施例の断面構造図(a)および等
価回路図(b)である。
【図5】本発明の他の実施例の断面構造図(a)および
等価回路図(b)である。
【符号の説明】
1…入力端子、3…基板、5…出力端子、6…電圧クラ
ンプ素子、7…ゲート、8…MOS型電界効果トランジ
スタ、15…端子、16…ショットキーダイオード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/812 // H01L 27/04 H 8427−4M H03F 1/52 8124−5J 9171−4M H01L 29/80 P

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板と、該半導体基板上に形成され
    た電界効果トランジスタ、電圧クランプ素子、抵抗体、
    および上記電界効果トランジスタのゲートと上記電圧ク
    ランプ素子との間および上記電界効果トランジスタのゲ
    ートと上記抵抗体との間を電気的に接続する接続体を有
    する半導体装置において、上記抵抗体は抵抗体本体を構
    成する一導電型の第1の半導体と、該第1の半導体と同
    一導電型でかつ該第1の半導体より多くの不純物を含む
    上記抵抗体の電流端子となる第2の半導体と、上記電流
    端子間の上記抵抗体本体に接して形成された上記第1の
    半導体とは反対導電型の第3の半導体を有し、上記第2
    の半導体の一方と上記接続体が接続しており、かつ上記
    第1の半導体と上記第3の半導体とが逆バイアス状態と
    なるべく構成されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】上記一導電型はN型であり、上記反対導電
    型はP型であり、上記半導体基板はP型であり、上記第
    1の半導体は上記半導体基板内に形成され、上記第2の
    半導体は上記第1の半導体内に形成されている請求項1
    記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】上記一導電型はN型であり、上記反対導電
    型はP型であり、上記半導体基板はP型であり、上記第
    1の半導体は上記半導体基板内に形成され、上記接続体
    と接続している第2の半導体は上記第1の半導体および
    上記半導体基板にまたがって形成されている請求項1記
    載の半導体装置。
  4. 【請求項4】上記電圧クランプ素子はショットキーダイ
    オードである請求項1乃至3のいずれか一に記載の半導
    体装置。
  5. 【請求項5】上記電圧クランプ素子はゲートとソースが
    短絡されたMOS型電界効果トランジスタである請求項
    1乃至3のいずれか一に記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】上記電圧クランプ素子はP(+)N(+)
    接合ダイオードである請求項1乃至3のいずれか一に記
    載の半導体装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0878663A (ja) * 1994-08-19 1996-03-22 Texas Instr Inc <Ti> Ccdの電荷検出ノード
US7733133B2 (en) * 2008-01-10 2010-06-08 Nec Electronics Corporation Power switch circuit having variable resistor coupled between input terminal and output transistor and changing its resistance based on state of output transistor

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5980973A (ja) * 1983-09-02 1984-05-10 Hitachi Ltd ゲ−ト保護回路

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