JPH0556657B2 - - Google Patents

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JPH0556657B2
JPH0556657B2 JP14238684A JP14238684A JPH0556657B2 JP H0556657 B2 JPH0556657 B2 JP H0556657B2 JP 14238684 A JP14238684 A JP 14238684A JP 14238684 A JP14238684 A JP 14238684A JP H0556657 B2 JPH0556657 B2 JP H0556657B2
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region
type region
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emitter
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Japanese (ja)
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JPS6123353A (en
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Yasuaki Kowase
Takayoshi Ichikawa
Tatsutoshi Takagi
Yoshinori Akamatsu
Makoto Ishikawa
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Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Renesas Technology America Inc
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Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Hitachi Micro Systems Inc
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Publication of JPH0556657B2 publication Critical patent/JPH0556657B2/ja
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection

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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、過電圧保護技術さらには能動タイ
プの過電圧保護素子に適用して特に有効な技術に
関するもので、たとえば、バイポーラ型半導体集
積回路装置における静電破壊防止に利用して有効
な技術に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field] The present invention relates to overvoltage protection technology and technology that is particularly effective when applied to active type overvoltage protection elements, such as electrostatic discharge damage in bipolar semiconductor integrated circuit devices. This article relates to effective techniques that can be used for prevention.

〔背景技術〕[Background technology]

一般に、C−MOS型の半導体集積回路装置で
は、その内部回路を構成するMOS電界効果トラ
ンジスタのゲート絶縁が静電気などによつて破壊
されるのを防止するために、外部接続用の端子パ
ツドと内部回路との間に過電圧保護素子を挿入す
ることが行なわれている。
Generally, in a C-MOS type semiconductor integrated circuit device, in order to prevent the gate insulation of the MOS field effect transistor that constitutes the internal circuit from being destroyed by static electricity, etc. An overvoltage protection element is inserted between the circuit and the circuit.

他方、バイポーラ型の半導体集積回路装置で
は、内部回路を構成する能動素子が電流駆動型素
子であるので、静電気などの高圧サージに対して
は概して強く、このため、過電圧保護素子の必要
性は低かつた。
On the other hand, in bipolar semiconductor integrated circuit devices, the active elements that make up the internal circuit are current-driven elements, so they are generally resistant to high-voltage surges such as static electricity, and therefore the need for overvoltage protection elements is low. It was.

ところが、最近のように、バイポーラ型の半導
体集積回路装置の集積度が上がつて素子の最小寸
法が小さくなつてくると、バイポーラ型と言えど
も、その内部回路を過電圧保護素子の保護する必
要性が大であることが本発明者の検討から明らか
となつた。
However, as the degree of integration of bipolar semiconductor integrated circuit devices has increased recently and the minimum dimensions of the devices have become smaller, it has become necessary to protect the internal circuitry of bipolar semiconductor integrated circuit devices with overvoltage protection elements. It has become clear from the inventor's study that this is large.

バイポーラ型半導体集積回路装置の集積度を高
めるために、その半導体基体に形成されるバイポ
ーラトランジスタの寸法を小さくして行くと、こ
れにともなつて、そのバイポーラトランジスタの
接合が浅くなつてくる。つまり、バイポーラトラ
ンジスタのベース領域やエミツタ領域を形成する
拡散層が薄くなつて、その接合が浅くなつてく
る。このように浅い接合を有するバイポーラトラ
ンジスタは、例えば静電気などによる高圧サージ
によつて、その浅い接合の部分が破壊されやすく
なる。従つて、半導体集積回路装置の集積度を上
げるようとすると、バイポーラ型と言えども、な
んらかの過電圧保護対策が必要であることがわか
つた。
In order to increase the degree of integration of bipolar semiconductor integrated circuit devices, as the dimensions of bipolar transistors formed on the semiconductor substrate are reduced, the junctions of the bipolar transistors become shallower. In other words, the diffusion layers that form the base region and emitter region of bipolar transistors become thinner, and their junctions become shallower. In a bipolar transistor having such a shallow junction, the shallow junction portion is likely to be destroyed by high voltage surges caused by, for example, static electricity. Therefore, it has been found that if the degree of integration of a semiconductor integrated circuit device is to be increased, even if it is a bipolar type device, some kind of overvoltage protection measure is required.

バイポーラ型半導体集積回路装置に使用される
過電圧保護素子としては、例えば特公昭53−
21838号公報に記載されたものがある。同公報に
記載された過電圧保護素子は、第1図に示すよう
に、第1導電型領域としてのn-型エピタキシヤ
ル層3と、このエピタキシヤル層3内に形成され
た第2導電型領域としてのp型ベース拡散層60
と、さらにこのp型ベース拡散層60内に形成さ
れた第1導電型領域としてのn+型エミツタ拡散
層70とによつて構成されている。この3つの導
電型領域3,60,70の両側部には、2つの
npn型バイポーラトランジスタQ1,Q2が等価
的に形成される。さらに、このバイポーラトラン
ジスタQ1,Q2は、その一方のエミツタが外部
入力端子パツドPi側に、その他方のエミツタが被
保護回路10側にそれぞれ接続され、これととも
に両エミツタ間に抵抗Riが接続されている。
As an overvoltage protection element used in bipolar semiconductor integrated circuit devices, for example, the
There is one described in Publication No. 21838. As shown in FIG. 1, the overvoltage protection element described in the publication includes an n - type epitaxial layer 3 as a first conductivity type region, and a second conductivity type region formed within this epitaxial layer 3. p-type base diffusion layer 60 as
and an n + -type emitter diffusion layer 70 as a first conductivity type region formed within the p-type base diffusion layer 60 . On both sides of these three conductivity type regions 3, 60, 70, there are two
NPN type bipolar transistors Q1 and Q2 are formed equivalently. Furthermore, one emitter of the bipolar transistors Q1 and Q2 is connected to the external input terminal pad Pi side, and the other emitter is connected to the protected circuit 10 side, and a resistor Ri is connected between both emitters. There is.

上記2つのバイポーラトランジスタQ1,Q2
は、正常時には非導通状態を保つが、静電気など
による高圧サージが端子パツドPiから印加される
と、いずれか一方のバイポーラトランジスタQ1
あるいはQ2がインバース・トランジスタとなつ
て導通し、これによつて印加された高圧サージが
電源Vccの電位付近にバイパスされて内部回路1
0が保護される。
The above two bipolar transistors Q1, Q2
maintains a non-conducting state under normal conditions, but when a high voltage surge due to static electricity is applied from the terminal pad Pi, one of the bipolar transistors Q1
Alternatively, Q2 becomes an inverse transistor and becomes conductive, whereby the applied high voltage surge is bypassed to the potential of the power supply Vcc, and the internal circuit 1
0 is protected.

ところが、上述した従来の過電圧保護素子で
は、上記バイポーラトランジスタQ1,Q2の最
内側の第1導電型領域すなわちn+型エミツタ拡
散層70が外部入力端子パツドPi側に接続される
構成となつている。このため、外部から印加され
る高圧サージは、その最内側のn+型エミツタ拡
散層70に集中してしまう。従つて、印加される
高圧サージの規模が大きくなると、そのエミツタ
拡散層70とベース拡散層60との間の半導体接
合が上記高圧サージによつて破壊される恐れが生
じてくる。
However, in the conventional overvoltage protection element described above, the innermost first conductivity type region of the bipolar transistors Q1 and Q2, that is, the n + type emitter diffusion layer 70, is connected to the external input terminal pad Pi side. . Therefore, a high voltage surge applied from the outside is concentrated on the innermost n + type emitter diffusion layer 70. Therefore, as the magnitude of the applied high voltage surge increases, there is a risk that the semiconductor junction between the emitter diffusion layer 70 and the base diffusion layer 60 will be destroyed by the high voltage surge.

以上のように、従来の過電圧保護素子は、その
耐久性の点において、まだ改善の余地が残つてい
た。
As described above, conventional overvoltage protection elements still have room for improvement in terms of their durability.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

この発明の目的は、過電圧保護素子の耐久性を
高めて、規模の大きな高圧サージからも被保護回
路を確実に保護できるようにした技術を提供する
ものである。
An object of the present invention is to provide a technique that improves the durability of an overvoltage protection element and makes it possible to reliably protect a protected circuit even from large-scale high voltage surges.

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規
な特徴については、本明細書の記述および添附図
面から明らかになるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本願において開示される発明のうち代表的なも
のの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。
A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows.

すなわち、バイポーラトランジスタを形成する
3つの導電領域の中で、最も大きな導電領域に高
圧サージを導くようにすることにより、印加され
た高圧サージのエネルギーを分散させるように
し、これにより保護素子の耐久性を高めて確実な
保護動作が得られるようにする、という目的を達
成するものである。
In other words, by guiding the high voltage surge to the largest conductive area among the three conductive areas forming the bipolar transistor, the energy of the applied high voltage surge is dispersed, thereby improving the durability of the protection element. The purpose of this is to improve the protection and provide reliable protection.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の代表的な実施例を図面を参照
しながら説明する。
Hereinafter, typical embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

なお、図面において同一符号は同一あるいは相
当部分を示す。
In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

第2図はこの発明による過電圧保護素子の構造
を断面図と平面レイアウト図によつて示す。同図
において、aはその断面状態を、bはその平面レ
イアウト状態をそれぞれ示す。
FIG. 2 shows the structure of the overvoltage protection element according to the present invention using a sectional view and a plan layout diagram. In the figure, a indicates its cross-sectional state, and b indicates its planar layout state.

第2図a,bに示す過電圧保護素子は、バイポ
ーラトランジスタを用いて構成される能動タイプ
の過電圧保護素子であつて、バイポーラ型半導体
集積回路装置の内部回路10と外部入力端子パツ
ドPiとの間に介在させられる。
The overvoltage protection device shown in FIGS. 2a and 2b is an active type overvoltage protection device constructed using bipolar transistors, and is connected between the internal circuit 10 of the bipolar semiconductor integrated circuit device and the external input terminal pad Pi. be mediated by

半導体集積回路装置は、p-Uシリコン半導体基
板1にn-型エピタキシヤル層3を形成してなる
半導体基体を用い、バイポーラ素子による内部回
路10がアイソ・プレナー法によつて形成されて
いる。エピタキシヤル層3の下には、各素子形成
領域ごとにn+型埋込層2が島状に形成されてい
る。また、厚い部分酸化膜5とp+型分離拡散層
4とによつて各素子形成領域の電気的な分離が行
なわれている。
The semiconductor integrated circuit device uses a semiconductor substrate formed by forming an n - type epitaxial layer 3 on a p -U silicon semiconductor substrate 1, and has an internal circuit 10 made of bipolar elements formed by the iso-planar method. An island-shaped n + type buried layer 2 is formed under the epitaxial layer 3 for each element formation region. Further, each element forming region is electrically isolated by the thick partial oxide film 5 and the p + type isolation diffusion layer 4.

過電圧保護素子は、この実施例では、2種類の
バイポーラトランジスタが使用され、これにより
正負いずれの極性の高圧サージに対しても動作す
るように構成されている。
In this embodiment, the overvoltage protection element uses two types of bipolar transistors, and is configured to operate against high voltage surges of either positive or negative polarity.

ここで、先ず、上記バイポーラトランジスタの
一つとしてnpn型バイポーラトランジスタQ2が
使用されている。このnpn型バイポーラトランジ
スタQ2は垂直型構造に形成されている。すなわ
ち、第1導電型領域としてのn-型エピタキシヤ
ル層3内に第2導電型領域としてのp型ベース拡
散層63が形成され、さらにこのp型ベース拡散
層63内に第1導電型領域としてのn+型エミツ
タ拡散層7が形成されている。そして、このバイ
ポーラトランジスタQ2の最外側の第1導電型領
域すなわちここではコレクタ領域が外部入力端子
パツドPi側に接続されている。これにより、この
コレクタ領域から高圧サージが導入されるように
なつている。
First, an npn bipolar transistor Q2 is used as one of the bipolar transistors. This npn type bipolar transistor Q2 is formed in a vertical structure. That is, a p-type base diffusion layer 63 as a second conductivity type region is formed in the n - type epitaxial layer 3 as a first conductivity type region, and a first conductivity type region is further formed in this p-type base diffusion layer 63. An n + type emitter diffusion layer 7 is formed. The outermost first conductivity type region of this bipolar transistor Q2, that is, the collector region here, is connected to the external input terminal pad Pi side. This allows high pressure surges to be introduced from this collector region.

さらに、上記npn型バイポーラトランジスタQ
2においては、コレクタ領域をなすn-型エピタ
キシヤル層3に高導電不純物濃度のn+型コレク
タ拡散層(CN+)82が形成され、このn+型コ
レクタ拡散層82からアルミニウム配線9によつ
て取出されたコレクタ電極が上記外部入力端子パ
ツドPiに接続されている。このコレクタ電極は、
抵抗Riを直列に介して内部回路10の入力側に
も接続されている。バイポーラトランジスタQ2
のベースとエミツタは共に電源の負側すなわちこ
こでは接地電位に接続されている。
Furthermore, the above npn type bipolar transistor Q
2, an n + type collector diffusion layer (CN + ) 82 with a high conductive impurity concentration is formed in the n - type epitaxial layer 3 forming the collector region, and an aluminum wiring 9 is formed from this n + type collector diffusion layer 82. The collector electrode taken out is connected to the external input terminal pad Pi. This collector electrode is
It is also connected to the input side of the internal circuit 10 via a resistor Ri in series. bipolar transistor Q2
The base and emitter of are both connected to the negative side of the power supply, here to ground potential.

今一つのバイポーラトランジスタQ1として
は、pnp型バイポーラトランジスタQ1が使用さ
れている。このpnp型バイポーラトランジスタQ
2はラテラル型構造に形成されている。すなわ
ち、第1導電型領域としてのn-型エピタキシヤ
ル層3を挟んで2つの第2導電型領域が横方向に
配設されている。2つの第2導電型領域はp+
拡散層61,62であつて、その一方がコレクタ
領域として、またその他方がエミツタ領域として
機能する。そして、一方の第2導電型領域すなわ
ちコレクタ領域となるp+型拡散層62が上記外
部入力端子パツドPi側に接続される。このとき、
そのコレクタ領域となるp+型拡散層62の大き
さは、エミツタ領域となるp+型拡散層61と同
じかそれよりも大きく形成される。この実施例で
は、両者がほぼ同じ大きさに形成されている。拡
散層61,62は互いに対向するように配置され
ており、レイアウト面積の縮小が図られている。
またこれにより寄生容量も小とできる。
As the other bipolar transistor Q1, a pnp type bipolar transistor Q1 is used. This pnp type bipolar transistor Q
2 is formed in a lateral type structure. That is, two second conductivity type regions are disposed laterally with the n - type epitaxial layer 3 as the first conductivity type region sandwiched therebetween. The two second conductivity type regions are p + type diffusion layers 61 and 62, one of which functions as a collector region and the other as an emitter region. Then, one of the second conductivity type regions, that is, the p + type diffusion layer 62 serving as the collector region is connected to the external input terminal pad Pi side. At this time,
The size of the p + -type diffusion layer 62 which becomes the collector region is the same as or larger than that of the p + -type diffusion layer 61 which becomes the emitter region. In this embodiment, both are formed to have approximately the same size. The diffusion layers 61 and 62 are arranged to face each other, thereby reducing the layout area.
This also makes it possible to reduce parasitic capacitance.

さらに、上記pnp型バイポーラトランジスタQ
1については、ベース領域をなすn-型エピタキ
シヤル層3に高導電不純物濃度のn+型コレクタ
拡散層(CN+)81が形成され、このn+型コレ
クタ拡散層81からアルミニウム配線9によつて
ベース電極が取出されている。このベース電極
は、同じくアルミニウム配線9によつて取出され
たエミツタ電極と共に正の電源Vccに接続されて
いる。また、p+型拡散層62からアルミニウム
配線9によつて取出されているコレクタ電極は、
抵抗Riを直列に介して内部回路10の入力側に
も接続されている。
Furthermore, the above pnp type bipolar transistor Q
Regarding No. 1, an n + type collector diffusion layer (CN + ) 81 with a high conductive impurity concentration is formed in the n - type epitaxial layer 3 forming the base region, and from this n + type collector diffusion layer 81 an aluminum wiring 9 is formed. The base electrode is taken out. This base electrode is connected to the positive power supply Vcc together with the emitter electrode taken out by the aluminum wiring 9 as well. In addition, the collector electrode taken out from the p + type diffusion layer 62 by the aluminum wiring 9 is
It is also connected to the input side of the internal circuit 10 via a resistor Ri in series.

第3図は、第2図に示した過電圧保護素子の等
価回路を示す。
FIG. 3 shows an equivalent circuit of the overvoltage protection element shown in FIG. 2.

第3図に示す過電圧保護素子の回路は、先ず、
同図aに示すように、pnp型バイポーラトランジ
スタQ1とnpn型バイポーラトランジスタQ2の
各コレクタ62,3側が外部入力端子パツドPi側
にそれぞれ接続されている。これとともに、pnp
型バイポーラトランジスタQ1のベースとエミツ
タが正の電源Vccに、npn型バイポーラトランジ
スタQ2のベースとエミツタが接地電位にそれぞ
れ接続されている。このとき、入力端子パツド
Pinに正負いずれの高圧サージも印加されていな
い場合、各トランジスタQ1,Q2はそれぞれ、
そのベース・エミツタ間電圧がほぼ0(ゼロ)に
なることにより、いずれもOFF(非導通)状態を
維持する。これにより、入力端子パツドPiに与え
られた信号は、その2つのトランジスタQ1,Q
2に関係なく、内部回路10の入力側まで正常に
導かれる。
The circuit of the overvoltage protection element shown in FIG.
As shown in FIG. 1A, the collectors 62 and 3 of the pnp bipolar transistor Q1 and the npn bipolar transistor Q2 are respectively connected to the external input terminal pad Pi. Along with this, pnp
The base and emitter of the type bipolar transistor Q1 are connected to a positive power supply Vcc, and the base and emitter of the npn type bipolar transistor Q2 are connected to the ground potential. At this time, the input terminal pad
When neither positive nor negative high voltage surge is applied to Pin, each transistor Q1, Q2 is
Since the voltage between the base and emitter becomes almost 0 (zero), both maintain an OFF (non-conducting) state. As a result, the signal given to the input terminal pad Pi is transmitted to the two transistors Q1 and Q.
2, it is normally guided to the input side of the internal circuit 10.

ここで、同図bに示すように、上記入力端子パ
ツドPiに正の高圧サージ電源+Vpが接続される
と、pnp型バイポーラトランジスタQ1がインバ
ース・トランジスタとして動作するようになる。
すると、このpnp型バイポーラトランジスタQ1
は、入力端子パツドPi側からベース電流の供給を
受けてON(導通)状態となる。これにより、入
力端子パツドPinに印加された正の高圧サージ
は、そのpnp型バイポーラトランジスタQ1のコ
レクタ−エミツタを通つて電源Vcc側にバイパス
される。この結果、内部回路10は、その入力側
電位が電源Vccの電圧付近にまでクランプされる
ことにより、上記高圧サージ電源+Vpから確実
に保護されるようになる。
Here, as shown in FIG. 5B, when a positive high voltage surge power supply +Vp is connected to the input terminal pad Pi, the pnp type bipolar transistor Q1 starts to operate as an inverse transistor.
Then, this pnp type bipolar transistor Q1
receives base current from the input terminal pad Pi side and becomes ON (conducting) state. As a result, the positive high voltage surge applied to the input terminal pad Pin is bypassed to the power supply Vcc side through the collector-emitter of the pnp type bipolar transistor Q1. As a result, the input side potential of the internal circuit 10 is clamped to near the voltage of the power supply Vcc, so that the internal circuit 10 is reliably protected from the high voltage surge power supply +Vp.

また、同図cに示すように、上記入力端子パツ
ドPiに負の高圧サージ電源−Vpが接続されると、
今度は、npn型バイポーラトランジスタQ2がイ
ンバース・トランジスタとして動作するようにな
る。このnpn型バイポーラトランジスタQ2は、
入力端子パツドPi側からベース電流の供給を受け
てON(導通)状態となる。これにより、入力端
子パツドPinに印加された負の高圧サージは、そ
のnpn型バイポーラトランジスタQ2のコレクタ
−エミツタを通つて電源Vccの負側すなわちここ
では接地電位側にバイパスされる。この結果、内
部回路10は、その入力側電位が接地電位付近に
までクランプされることにより、上記高圧サージ
電源−Vpから確実に保護されるようになる。
Also, as shown in Figure c, when the negative high voltage surge power supply -Vp is connected to the input terminal pad Pi,
This time, the npn type bipolar transistor Q2 begins to operate as an inverse transistor. This npn type bipolar transistor Q2 is
The input terminal pad receives base current from the Pi side and becomes ON (conducting). As a result, the negative high voltage surge applied to the input terminal pad Pin is bypassed to the negative side of the power supply Vcc, that is, to the ground potential side here, through the collector-emitter of the npn bipolar transistor Q2. As a result, the input side potential of the internal circuit 10 is clamped to near the ground potential, so that the internal circuit 10 is reliably protected from the high voltage surge power supply -Vp.

以上のようにして、正極性の高圧サージあるい
は負極性の高圧サージから内部回路10を保護す
ることができるのであるが、ここで注目すべきこ
とは、上記高圧サージが、比較的大きな導電領域
をもつコレクタ領域に導かれてバイパスされるよ
うになつているということである。このように比
較的大きな導電領域に高圧サージを導くことによ
り、その高圧サージのエネルギーが分散され、こ
れにより保護素子を構成するバイポーラトランジ
スタにおけるエミツタとベース間の接合が破壊さ
れ難くなり、この結果、規模の大きな高圧サージ
に対しても破壊されることなく確実に保護動作を
行なうことができるようになる。
In the manner described above, the internal circuit 10 can be protected from positive polarity high voltage surges or negative polarity high voltage surges.What should be noted here is that the high voltage surges cover a relatively large conductive area. This means that it is bypassed by being guided to the collector region. By guiding the high voltage surge to a relatively large conductive area in this way, the energy of the high voltage surge is dispersed, which makes it difficult to destroy the junction between the emitter and base of the bipolar transistor that constitutes the protection element, and as a result, It becomes possible to reliably perform protective operation without being destroyed even in the face of large-scale high-pressure surges.

〔効果〕〔effect〕

(1) pnp型バイポーラトランジスタとnpn型バイ
ポーラトランジスタの各コレクタ側を外部端子
側にそれぞれ接続するとともに、pnp型バイポ
ーラトランジスタのベースとエミツタを電源の
正側に、npn型バイポーラトランジスタのベー
スとエミツタを電源の負側にそれぞれ接続し、
正の過電圧が印加されたときにpnp型バイポー
ラトランジスタを、負の過電圧が印加されたと
きにnpn型バイポーラトランジスタをそれぞれ
インバース・トランジスタとして導通動作させ
るようにしたことにより、正負いずれの極性の
高圧サージに対しても保護素子として動作する
ことができる、という効果が得られる。
(1) Connect the collector sides of the pnp bipolar transistor and npn bipolar transistor to the external terminal side, and connect the base and emitter of the pnp bipolar transistor to the positive side of the power supply, and connect the base and emitter of the npn bipolar transistor to the positive side of the power supply. Connect each to the negative side of the power supply,
By making the pnp bipolar transistor conductive when a positive overvoltage is applied, and the npn bipolar transistor conducting as an inverse transistor when a negative overvoltage is applied, high voltage surges of either positive or negative polarity can be prevented. The effect is that it can also operate as a protection element against.

(2) これとともに、高圧サージを比較的大きな導
電領域からなるコレクタ領域に導くことによつ
て、該高圧サージのエネルギーを分散させるこ
とができ、これにより、過電圧保護素子自身の
耐久性を高めて、規模の大きな高圧サージから
も被保護回路を確実に保護できる、という効果
が得られる。
(2) At the same time, the energy of the high voltage surge can be dispersed by guiding the high voltage surge to the collector region consisting of a relatively large conductive area, thereby increasing the durability of the overvoltage protection element itself. The effect is that the protected circuit can be reliably protected even from large-scale high-voltage surges.

〔利用分野〕[Application field]

以上の説明では主として本発明者によつてなさ
れた発明をその背景となつた利用分野であるバイ
ポーラ型半導体集積回路装置の過電圧保護素子に
適用した場合について説明したが、それに限定さ
れるものではなく、例えば、C−MOS型あるい
はバイポーラ/MOS混在型の半導体集積回路装
置の過電圧保護素子にも適用できる。
The above explanation has mainly been about the application of the invention made by the present inventor to an overvoltage protection element for a bipolar semiconductor integrated circuit device, which is the background field of application, but the invention is not limited thereto. For example, it can also be applied to overvoltage protection elements of C-MOS type or bipolar/MOS mixed type semiconductor integrated circuit devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の過電圧保護素子の一例を示す
図、第2図a,bはこの発明による過電圧保護素
子の一実施例を示す断面図および平面レイアウト
図、第3図a〜cは第2図に示した過電圧保護素
子の等価回路を示す図である。 1……p-型シリコン半導体基板、2……n+
埋込層、3……第1導電型領域(n-型エピタキ
シヤル層)、4……p+型分離拡散層、5……部分
酸化膜、61,62……第2導電型領域(p+
拡散層)、63……第2導電型領域(p型ベース
拡散層)、7……第1導電型領域(n+型エミツタ
拡散層)、81,82……n+型コレクタ拡散層
(CN+)、9……アルミニウム配線、10……被
保護回路(内部回路)、Ri……抵抗、Vcc……電
源(正)、Q1……ラテラル型構造のpnp型バイ
ポーラトランジスタ、Q2……垂直型構造のnpn
型バイポーラトランジスタ、Pi……入力端子パツ
ド、+Vp……正の高圧サージ電源、−Vp……負の
高圧サージ電源。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a conventional overvoltage protection element, FIGS. FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of the overvoltage protection element shown in the figure. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... p - type silicon semiconductor substrate, 2... n + type buried layer, 3... first conductivity type region (n - type epitaxial layer), 4... p + type isolation diffusion layer, 5... Partial oxide film, 61, 62... Second conductivity type region (p + type diffusion layer), 63... Second conductivity type region (p type base diffusion layer), 7... First conductivity type region (n + type Emitter diffusion layer), 81, 82...n + type collector diffusion layer (CN + ), 9... Aluminum wiring, 10... Protected circuit (internal circuit), Ri... Resistor, Vcc... Power supply (positive) , Q1...PNP bipolar transistor with lateral structure, Q2...NPN with vertical structure
type bipolar transistor, Pi...Input terminal pad, +Vp...Positive high voltage surge power supply, -Vp...Negative high voltage surge power supply.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 過電圧印加時だけ導通して電圧クランプ動作
を行なうバイポーラトランジスタを用いて構成さ
れる能動タイプで、被保護回路を構成したバイポ
ーラトランジスタの入力ベースを保護するための
入力端子に接続される過電圧保護素子であつて、
その保護素子用バイポーラトランジスタは、 P型半導体基板を有し、その基板主面にN型エ
ピタキシヤル層を有し、そのN型エピタキシヤル
層はその層主面から前記基板に到達した分離層に
よつて分離された第1、第2の島領域を構成し、
その第1、第2の島領域内にはそれぞれ前記基板
に接する高濃度の第1、第2のN型埋込層を有
し、前記第1の島領域をベース領域とするその主
面には互いに離間してラテラルPNP構成として
のエミツタ用P型領域及びコレクタ用P型領域、
そして前記第1のN型埋込層に接する高濃度の第
1のN型領域を有し、前記第2の島領域をコレク
タとするその主面には垂直型NPN構成としての
ベース用P型領域及びそのベース用P型領域内に
エミツタ用N型領域そして前記第2のN型埋込層
に接する高濃度の第2のN型領域を有し、前記高
濃度の第1のN型領域と前記エミツタ用P型領域
とが電気的に一つの正電源に接続され、前記エミ
ツタ用N型領域と前記ベース用P型領域とが電気
的に接地され、前記高濃度の第2のN型領域とコ
レクタ用P型領域とが電気的に接続され、かつ前
記入力端子に接続して構成されてなり、正の過電
圧が印加されたときにPNP型バイポーラトラン
ジスタを、負の過電圧が印加されたときにNPN
型バイポーラトランジスタをそれぞれインバー
ス・トランジスタとして導通動作させるようにし
たことを特徴とする過電圧保護素子。 2 過電圧印加時だけ導通して電圧クランプ動作
を行なうバイポーラトランジスタを用いて構成さ
れる能動タイプで、被保護回路を構成したバイポ
ーラトランジスタの入力ベースを保護するための
入力端子に接続される過電圧保護素子であつて、
その保護素子用バイポーラトランジスタは、 P型半導体基板を有し、その基板主面にN型エ
ピタキシヤル層を有し、そのN型エピタキシヤル
層はその層主面から前記基板に到達した分離層に
よつて分離された第1、第2の島領域を構成し、
その第1、第2の島領域内にはそれぞれ前記基板
に接する高濃度の第1、第2のN型埋込層を有
し、前記第1の島領域をベース領域とするその主
面には互いに離間してラテラルPNP構成として
のエミツタ用P型領域及びコレクタ用P型領域、
そして前記第1のN型埋込層に接する高濃度の第
1のN型領域を有し、前記第2の島領域をコレク
タとするその主面には垂直型NPN構成としての
ベース用P型領域及びそのベース用P型領域内に
エミツタ用N型領域そして前記第2のN型埋込層
に接する高濃度の第2のN型領域を有し、前記第
1の島領域内には前記エミツタ用P型領域と前記
高濃度の第1のN型領域との間に位置して前記第
1のN型埋込層に到達しない厚い部分酸化膜を有
し、前記第2の島領域内には前記ベース用P型領
域と前記高濃度の第2のN型領域との間に位置し
て前記第2のN型埋込層に到達しない厚い部分酸
化膜を有し、前記高濃度の第1のN型領域と前記
エミツタ用P型領域とが電気的に一つの正電源に
接続され、前記エミツタ用N型領域と前記ベース
用P型領域とが電気的に接地され、前記高濃度の
第2のN型領域とコレクタ用P型領域とが電気的
に接続され、かつ前記入力端子に接続して構成さ
れてなり、正の過電圧が印加されたときにPNP
型バイポーラトランジスタを、負の過電圧が印加
されたときにNPN型バイポーラトランジスタを
それぞれインバース・トランジスタとして導通動
作させるようにしたことを特徴とする過電圧保護
素子。
[Claims] 1. An active type constructed using a bipolar transistor that conducts only when an overvoltage is applied to perform a voltage clamping operation, and an input terminal for protecting the input base of the bipolar transistor that constitutes the circuit to be protected. An overvoltage protection element to be connected,
The bipolar transistor for the protection element has a P-type semiconductor substrate, an N-type epitaxial layer on the main surface of the substrate, and a separation layer that reaches the substrate from the main surface of the N-type epitaxial layer. thus forming separated first and second island regions,
In the first and second island regions, there are first and second N-type buried layers of high concentration in contact with the substrate, respectively, and on the main surface thereof with the first island region as a base region. are a P-type region for emitter and a P-type region for collector as a lateral PNP configuration separated from each other,
It has a first N-type region of high concentration in contact with the first N-type buried layer, and has a P-type base for a vertical NPN configuration on its main surface with the second island region as a collector. an emitter N-type region in the base P-type region and a highly doped second N-type region in contact with the second N-type buried layer, and the highly doped first N-type region and the P-type emitter region are electrically connected to one positive power supply, the N-type emitter region and the P-type base region are electrically grounded, and the high concentration second N-type region and a collector P-type region are electrically connected and connected to the input terminal, so that when a positive overvoltage is applied, the PNP type bipolar transistor is activated, and when a negative overvoltage is applied, the PNP type bipolar transistor is activated. Sometimes NPN
An overvoltage protection element characterized in that bipolar transistors are made conductive as inverse transistors. 2. An overvoltage protection element that is an active type constructed using a bipolar transistor that conducts only when an overvoltage is applied to perform a voltage clamping operation, and is connected to the input terminal to protect the input base of the bipolar transistor that constitutes the protected circuit. And,
The bipolar transistor for the protection element has a P-type semiconductor substrate, an N-type epitaxial layer on the main surface of the substrate, and a separation layer that reaches the substrate from the main surface of the N-type epitaxial layer. thus forming separated first and second island regions,
In the first and second island regions, there are first and second N-type buried layers of high concentration in contact with the substrate, respectively, and on the main surface thereof with the first island region as a base region. are a P-type region for emitter and a P-type region for collector as a lateral PNP configuration separated from each other,
It has a first N-type region of high concentration in contact with the first N-type buried layer, and has a P-type base for a vertical NPN configuration on its main surface with the second island region as a collector. In the first island region, there is an N-type emitter region in the P-type region for the base and a second N-type region with a high concentration in contact with the second N-type buried layer. A thick partial oxide film is located between the emitter P-type region and the high concentration first N-type region and does not reach the first N-type buried layer; has a thick partial oxide film that is located between the base P-type region and the high concentration second N-type region and does not reach the second N-type buried layer; The first N-type region and the emitter P-type region are electrically connected to one positive power supply, the emitter N-type region and the base P-type region are electrically grounded, and the high concentration The second N-type region and the collector P-type region are electrically connected and connected to the input terminal, and when a positive overvoltage is applied, the PNP
An overvoltage protection element characterized in that the NPN type bipolar transistors are made to conduct as inverse transistors when a negative overvoltage is applied.
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