JPH0766405A - Semiconductor protection device - Google Patents

Semiconductor protection device

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JPH0766405A
JPH0766405A JP5210240A JP21024093A JPH0766405A JP H0766405 A JPH0766405 A JP H0766405A JP 5210240 A JP5210240 A JP 5210240A JP 21024093 A JP21024093 A JP 21024093A JP H0766405 A JPH0766405 A JP H0766405A
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JP
Japan
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region
mosfet
potential
type
gate electrode
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JP5210240A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Tajima
豊 田島
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent the gate insulation film of a MOSFET from being broken down by surge. CONSTITUTION:It has a first means 104 for detecting the potential near a drain region 103 of a MOSFET 110 in a substrate region 100 wherein the region 103 is connected to the input or output terminal 14 of a semiconductor device to be protected, and second means 115 for feedback of the variation of the detected potential to a gate electrode 106 of the FET 110.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、静電サージ(以下、単
にサージと記す)等によって半導体装置が破壊されるの
を防止するための半導体保護装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor protection device for preventing a semiconductor device from being destroyed by an electrostatic surge (hereinafter simply referred to as surge).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体保護装置としては、例えば
図13及び図14に示すようなものがある。図13は出
力保護装置を構成するCMOSを示している。N型基板
1の主面にP型ウェル2とP+ 型領域10,11及びN
+ 型領域12が形成されている。2つのP+ 型領域10
と11の間のN型基板1の主面上にはゲート酸化膜8を
介してゲート電極13が形成されている。P型ウェル2
の主面にはN+ 型領域6,7とP+ 型領域5が形成され
ている。2つのN+ 型領域6,7の間のP型ウェル2の
主面上にはゲート酸化膜8を介してゲート電極9が形成
されている。N型基板1及びP型ウェル2の主面上には
フィールド酸化膜3を介して保護膜4が形成されてい
る。
2. Description of the Related Art As a conventional semiconductor protection device, there is one shown in FIGS. 13 and 14, for example. FIG. 13 shows a CMOS that constitutes the output protection device. On the main surface of the N-type substrate 1, a P-type well 2, P + -type regions 10, 11 and N
A + type region 12 is formed. Two P + type regions 10
A gate electrode 13 is formed on the main surface of the N-type substrate 1 between the gate electrodes 11 and 11 with a gate oxide film 8 interposed therebetween. P-type well 2
N + type regions 6 and 7 and a P + type region 5 are formed on the main surface of. A gate electrode 9 is formed on the main surface of the P-type well 2 between the two N + type regions 6 and 7 with a gate oxide film 8 interposed therebetween. A protective film 4 is formed on the main surfaces of the N-type substrate 1 and the P-type well 2 with a field oxide film 3 interposed therebetween.

【0003】図14は上述の出力保護装置及び被保護半
導体装置である前段のCMOS部分の等価回路を示して
いる。P+ 型領域11をソース領域、P+ 型領域10を
ドレイン領域とし、これにゲート酸化膜8上のゲート電
極13とさらにN+ 型領域12を基板コンタクトとして
PchMOSFET20が形成されている。またP+
領域10をコレクタ、N型基板1をベース、P+ 型領域
11をエミッタとするPNP型Tr22が形成され、P
+ 型領域10をアノード、N型基板1をカソードとする
ダイオード24が形成されている。一方、P型ウェル2
内では、N+ 型領域7をドレイン領域、N+ 型領域6を
ソース領域とし、これにゲート酸化膜8上のゲート電極
9とさらにP+ 型領域5をウェルコンタクトとしてNc
hMOSFET21が形成されている。またN+ 型領域
7をコレクタ、P型ウェル2をベース、N+ 型領域6を
エミッタとするNPN型Tr23が形成され、N+ 型領
域7をカソード、P型ウェル2をアノードとするダイオ
ード25が形成されている。両MOSFET20,21
のゲート電極は、前段の被保護半導体装置であるCMO
Sのドレインに接続されている。NchMOSFET2
1のソース領域、NPN型Tr23のエミッタ及びダイ
オード25のアノードはVss(低電位)端子に接続さ
れている。PchMOSFET20のソース領域、PN
P型Tr22のエミッタ及びダイオード24のカソード
はVdd(高電位)端子に接続されている。またNch
MOSFET21のドレイン領域とPchMOSFET
20のドレイン領域、NPN型Tr23のコレクタとP
NP型Tr22のコレクタ及びダイオード25のカソー
ドとダイオード24のアノードは出力端子14に接続さ
れてる。抵抗60は出力保護装置を構成するCMOSの
ゲート保護抵抗である。
FIG. 14 shows an equivalent circuit of the preceding CMOS portion which is the above-mentioned output protection device and protected semiconductor device. A Pch MOSFET 20 is formed using the P + type region 11 as a source region and the P + type region 10 as a drain region, and the gate electrode 13 on the gate oxide film 8 and the N + type region 12 as a substrate contact. Further, a PNP type Tr 22 having the P + type region 10 as a collector, the N type substrate 1 as a base, and the P + type region 11 as an emitter is formed.
A diode 24 having the + type region 10 as an anode and the N type substrate 1 as a cathode is formed. On the other hand, P-type well 2
In the inside, the N + type region 7 is used as a drain region, the N + type region 6 is used as a source region, and the gate electrode 9 on the gate oxide film 8 and the P + type region 5 are further used as well contacts to form Nc.
The hMOSFET 21 is formed. Further, an NPN type Tr 23 having the N + type region 7 as a collector, the P type well 2 as a base, and the N + type region 6 as an emitter is formed, and the diode 25 having the N + type region 7 as a cathode and the P type well 2 as an anode 25 is formed. Are formed. Both MOSFETs 20, 21
The gate electrode of the CMO which is the protected semiconductor device in the previous stage.
It is connected to the drain of S. Nch MOSFET2
The source region 1, the emitter of the NPN type Tr 23 and the anode of the diode 25 are connected to the Vss (low potential) terminal. Source region of Pch MOSFET 20, PN
The emitter of the P-type Tr 22 and the cathode of the diode 24 are connected to the Vdd (high potential) terminal. Also Nch
Drain region of MOSFET 21 and Pch MOSFET
20 drain region, collector of NPN type Tr23 and P
The collector of the NP type Tr 22, the cathode of the diode 25 and the anode of the diode 24 are connected to the output terminal 14. The resistor 60 is a CMOS gate protection resistor that constitutes an output protection device.

【0004】被保護半導体装置(内部回路)のCMOS
部分においても上述とほぼ同様であり、まずPchMO
SFET50のソース・ドレイン間にはPNP型Tr5
2とダイオード54が並列に接続されている。NchM
OSFET51のソース・ドレイン間にはNPN型Tr
53とダイオード55が並列に接続されている。またV
dd端子とVss端子の間にはNchMOSFET51
のソース領域をエミッタ、P型ウェルをベース、N型基
板をコレクタとするNPN型バーティカルTr56及び
P型ウェルとN型基板の接合からなるダイオード57が
接続されている。
CMOS of protected semiconductor device (internal circuit)
The part is almost the same as the above, and first, PchMO
Between the source and drain of SFET50, PNP type Tr5
2 and the diode 54 are connected in parallel. NchM
NPN type Tr is provided between the source and drain of the OSFET 51.
53 and the diode 55 are connected in parallel. Also V
Nch MOSFET 51 is provided between the dd terminal and the Vss terminal.
Is connected to an NPN type vertical Tr 56 having a source region as an emitter, a P type well as a base, and an N type substrate as a collector, and a diode 57 including a junction between the P type well and the N type substrate.

【0005】次に、上述の半導体保護装置の動作を説明
する。
Next, the operation of the above semiconductor protection device will be described.

【0006】(A)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が正となる場合;ダイオード25が降伏す
るとともにNPN型Tr23がターンオンする。またダ
イオード24が順バイアスされるとともに以下の3通り
の電流パスが生じる。(i) ダイオード54と55が降伏
する。 (ii) ダイオード54と55の降伏によりNPN
型Tr53がターンオンする。(iii) ダイオード57が
降伏するとともにNPN型Tr56がターンオンする。
よってサージ電流は出力端子14からVss端子へ流れ
る。
(A) When the polarity of the surge is positive at the output terminal 14 with respect to the Vss terminal; the diode 25 breaks down and the NPN Tr 23 turns on. Further, the diode 24 is forward-biased and the following three current paths occur. (i) The diodes 54 and 55 break down. (ii) NPN due to breakdown of diodes 54 and 55
The mold Tr53 turns on. (iii) The diode 57 breaks down and the NPN type Tr 56 turns on.
Therefore, the surge current flows from the output terminal 14 to the Vss terminal.

【0007】(B)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が負となる場合;ダイオード25が順バイ
アスされる。またダイオード54と55及びダイオード
57が順バイアスされるとともにダイオード24が降伏
し、PNP型Tr22がターンオンする。よってサージ
電流はVss端子から出力端子14へ流れる。
(B) When the polarity of the surge is negative at the output terminal 14 with respect to the Vss terminal; the diode 25 is forward biased. Further, the diodes 54 and 55 and the diode 57 are forward biased, the diode 24 breaks down, and the PNP type Tr 22 is turned on. Therefore, the surge current flows from the Vss terminal to the output terminal 14.

【0008】(C)サージの極性がVdd端子に対して
出力端子14が正となる場合;ダイオード24が順バイ
アスされる。またダイオード25が降伏しNPN型Tr
23がターンオンしてダイオード54と55及びダイオ
ード57が順バイアスされる。よってサージ電流は出力
端子14からVdd端子へ流れる。
(C) When the polarity of the surge is positive at the output terminal 14 with respect to the Vdd terminal; the diode 24 is forward biased. In addition, the diode 25 breaks down and the NPN type Tr
23 turns on and diodes 54 and 55 and diode 57 are forward biased. Therefore, the surge current flows from the output terminal 14 to the Vdd terminal.

【0009】(D)サージの極性がVdd端子に対して
出力端子が負となる場合;ダイオード24が降伏すると
ともにPNP型Tr22がターンオンする。またダイオ
ード25が順バイアスされるとともに、以下の3通りの
電流パスが生じる。(i) ダイオード54と55が降伏す
る。 (ii) ダイオード54と55の降伏によってPNP
型Tr52とNPN型Tr53がターンオンする。(ii
i) ダイオード57が降伏するとともにNPN型Tr5
6がターンオンする。よってサージ電流はVdd端子か
ら出力端子14へ流れる。
(D) When the polarity of the surge is negative at the output terminal with respect to the Vdd terminal; the diode 24 breaks down and the PNP type Tr 22 turns on. Further, the diode 25 is forward-biased, and the following three types of current paths occur. (i) The diodes 54 and 55 break down. (ii) PNP due to breakdown of diodes 54 and 55
The type Tr 52 and the NPN type Tr 53 are turned on. (ii
i) The diode 57 breaks down and NPN type Tr5
6 turns on. Therefore, the surge current flows from the Vdd terminal to the output terminal 14.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体保護装置にあっては、以下に示すような問題点が
あった。(A)サージの極性がVss端子に対して出力
端子14が正となる場合;NchMOSFET21のド
レインの電位は高くなる。一方、NchMOSFET2
1のゲート電位はダイオード55の降伏電位でクランプ
されるのでサージ電圧より十分に低い。よってNchM
OSFET21のドレイン・ゲート間の電位差が大きく
なり、ゲート酸化膜が破壊される。(B)サージの極性
がVss端子に対して出力端子14が負となる場合;N
chMOSFET21のドレイン電位は低くなる。一
方、NchMOSFET21のゲート電位はVss端子
の電位からダイオード55の順バイアス電圧程度の電圧
降下しかない。よってNchMOSFET21のドレイ
ン・ゲート間の電位差が大きくなり、ゲート酸化膜が破
壊される。(C)サージの極性がVdd端子に対して出
力端子14が正となる場合;PchMOSFET20の
ドレイン電位は高くなる。一方、PchMOSFET2
0のゲート電位はダイオード54の順バイアス電圧程度
しか上昇しない。よってPchMOSFET20のドレ
イン・ゲート間の電位差が大きくなり、ゲート酸化膜が
破壊される。(D)サージの極性がVdd端子に対して
出力端子14が負となる場合;PchMOSFET20
のドレイン電圧は低くなる。一方、PchMOSFET
20のゲート電位はVdd端子の電位からダイオード5
4の降伏電圧を減じた値程度の電圧にクランプされる。
よってPchMOSFET20のドレイン・ゲート間の
電位差が大きくなり、ゲート酸化膜が破壊される。
However, the conventional semiconductor protection device has the following problems. (A) When the polarity of the surge is positive at the output terminal 14 with respect to the Vss terminal; the potential of the drain of the NchMOSFET 21 becomes high. On the other hand, Nch MOSFET2
Since the gate potential of 1 is clamped by the breakdown potential of the diode 55, it is sufficiently lower than the surge voltage. Therefore NchM
The potential difference between the drain and gate of the OSFET 21 increases, and the gate oxide film is destroyed. (B) When the polarity of the surge is negative at the output terminal 14 with respect to the Vss terminal; N
The drain potential of the chMOSFET 21 becomes low. On the other hand, the gate potential of the Nch MOSFET 21 has only a voltage drop of about the forward bias voltage of the diode 55 from the Vss terminal potential. Therefore, the potential difference between the drain and gate of the Nch MOSFET 21 becomes large, and the gate oxide film is destroyed. (C) When the polarity of the surge is positive at the output terminal 14 with respect to the Vdd terminal; the drain potential of the PchMOSFET 20 becomes high. On the other hand, PchMOSFET2
The gate potential of 0 rises only about the forward bias voltage of the diode 54. Therefore, the potential difference between the drain and gate of the Pch MOSFET 20 becomes large, and the gate oxide film is destroyed. (D) When the polarity of the surge is negative at the output terminal 14 with respect to the Vdd terminal; PchMOSFET 20
Drain voltage is low. On the other hand, Pch MOSFET
The gate potential of 20 is from the potential of the Vdd terminal to the diode 5
It is clamped at a voltage of about the value obtained by subtracting the breakdown voltage of 4.
Therefore, the potential difference between the drain and gate of the Pch MOSFET 20 becomes large, and the gate oxide film is destroyed.

【0011】本発明は、こような従来の問題点に着目し
てなされたもので、サージによるMOSFETのゲート
絶縁膜の破壊を防止することができる半導体保護装置を
提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor protection device capable of preventing the gate insulating film of the MOSFET from being destroyed by a surge.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第1に、ドレイン領域が被保護半導体装
置の入力端子又は出力端子の何れかに接続されたMOS
FETを有する半導体保護装置において、前記MOSF
ETが形成されている基板領域内における前記ドレイン
領域近傍部分の電位を検出する第1の手段と、該第1の
手段で検出された電位の変動を前記MOSFETのゲー
ト電極にフィードバックして当該ゲート電極と前記ドレ
イン領域間の電界を緩和する第2の手段とを有すること
を要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention firstly proposes a MOS having a drain region connected to either an input terminal or an output terminal of a protected semiconductor device.
In a semiconductor protection device having a FET, the MOSF
First means for detecting the potential of the portion in the vicinity of the drain region in the substrate region where ET is formed, and the variation of the potential detected by the first means is fed back to the gate electrode of the MOSFET to obtain the gate. The gist is to have a second means for relaxing an electric field between the electrode and the drain region.

【0013】第2に、上記第1の構成において、前記第
1の手段は前記ドレイン領域近傍に形成され前記基板領
域と同電導型の高濃度領域であり、前記第2の手段は前
記高濃度領域と前記ゲート電極とを接続するコンデンサ
であることを要旨とする。
Secondly, in the first structure, the first means is a high-concentration region which is formed in the vicinity of the drain region and has the same conductivity type as the substrate region, and the second means is the high-concentration region. The gist is that it is a capacitor that connects a region and the gate electrode.

【0014】第3に、上記第1の構成において、前記第
1の手段は前記ドレイン領域近傍に形成され前記基板領
域と同電導型の高濃度領域であり、前記第2の手段は前
記高濃度領域から前記ゲート電極に順方向に接続された
ダイオードであることを要旨とする。
Thirdly, in the first structure, the first means is a high-concentration region which is formed in the vicinity of the drain region and has the same conductivity type as the substrate region, and the second means is the high-concentration region. The gist is that the diode is connected in the forward direction from the region to the gate electrode.

【0015】第4に、ドレイン領域が被保護半導体装置
の入力端子又は出力端子の何れかに接続された第1のM
OSFETを有する半導体保護装置において、前記第1
のMOSFETが形成されている第1の基板領域内にお
ける前記ドレイン領域近傍部分の電位を検出する第1の
手段と、該第1の手段で検出された電位の変動を前記第
1のMOSFETのゲート電極にフィードバックして当
該ゲート電極と前記ドレイン領域間の電界を緩和する第
2の手段と、前記第1の手段で検出された電位の変動を
前記第1のMOSFETのソース領域にフィードバック
して前記ゲート電極と当該ソース領域間の電界を緩和す
る第3の手段とを有することを要旨とする。
Fourth, the drain region is connected to either the input terminal or the output terminal of the protected semiconductor device.
In a semiconductor protection device having an OSFET, the first
Means for detecting the potential of the portion in the vicinity of the drain region in the first substrate region in which the second MOSFET is formed, and the fluctuation of the potential detected by the first means is applied to the gate of the first MOSFET. A second means for feeding back to the electrode to relax an electric field between the gate electrode and the drain area; and a variation in the potential detected by the first means to the source area of the first MOSFET to be fed back to the source area. It is a gist to have a third means for relaxing an electric field between the gate electrode and the source region.

【0016】第5に、上記第4の構成において、前記第
1の手段は前記ドレイン領域近傍に形成され前記第1の
基板領域と同電導型の第1の高濃度領域であり、前記第
2の手段は前記第1の高濃度領域と前記ゲート電極とを
接続する第1のコンデンサ又は前記第1の高濃度領域か
ら前記ゲート電極に順方向に接続された第1のダイオー
ドの何れかであり、前記第3の手段は前記第1の高濃度
領域と前記ソース領域とを接続する第2のコンデンサ又
は前記第1の高濃度領域から前記ソース領域に順方向に
接続された第2のダイオードの何れかであり、さらに前
記第1の基板領域の主面に該第1の基板領域と逆電導型
の低濃度領域を形成し、該低濃度領域の一端に前記ソー
ス領域を設け他端に該ソース領域と同電導型の第2の高
濃度領域を設け当該ソース領域と第2の高濃度領域との
間には前記第1の基板領域と同電導型の第3の高濃度領
域を設け、前記第2の高濃度領域と第3の高濃度領域と
を前記第1の基板領域に高電位を与える高電位端子又は
低電位を与える低電位端子の何れかに接続してなること
を要旨とする。
Fifth, in the above-mentioned fourth structure, the first means is a first high-concentration region which is formed in the vicinity of the drain region and has the same conductivity type as the first substrate region, and the second region. Means is either a first capacitor connecting the first high-concentration region and the gate electrode or a first diode forwardly connected from the first high-concentration region to the gate electrode. The third means includes a second capacitor connecting the first high-concentration region and the source region, or a second diode connected in a forward direction from the first high-concentration region to the source region. And a low-concentration region of reverse conductivity type to the first substrate region is formed on the main surface of the first substrate region, the source region is provided at one end of the low-concentration region, and the other end is provided at the other end. A second high concentration region of the same conductivity type as the source region is provided. A third high-concentration region of the same conductivity type as the first substrate region is provided between the source region and the second high-concentration region, and the second high-concentration region and the third high-concentration region are connected to each other. The gist is that the first substrate region is connected to either a high-potential terminal that gives a high potential or a low-potential terminal that gives a low potential.

【0017】第6に、上記第4の構成において、前記第
1の手段は前記第1のMOSFETのドレイン領域近傍
に形成され前記第1の基板領域と同電導型の高濃度領域
であり、前記第2の手段は前記高濃度領域と前記第1の
MOSFETのゲート電極とを接続するコンデンサ又は
前記高濃度領域から前記第1のMOSFETのゲート電
極に順方向に接続されたダイオードの何れかであり、前
記第3の手段は前記第1の基板領域と同電導型の第2の
基板領域に前記第1のMOSFETと同極性の第2のM
OSFETを形成し、前記高濃度領域をインバータを介
して前記第2のMOSFETのゲート電極に接続し、該
第2のMOSFETのドレイン領域を前記第1のMOS
FETのソース領域に接続し、前記第2のMOSFET
のソース領域と前記第2の基板領域とを前記第1の基板
領域に高電位を与える高電位端子又は低電位を与える低
電位端子の何れかに接続して構成したものであることを
要旨とする。
Sixthly, in the fourth structure, the first means is a high-concentration region formed in the vicinity of the drain region of the first MOSFET and of the same conductivity type as the first substrate region. The second means is either a capacitor that connects the high-concentration region and the gate electrode of the first MOSFET, or a diode that is connected in the forward direction from the high-concentration region to the gate electrode of the first MOSFET. The third means includes a second M having the same polarity as the first MOSFET in the second substrate region of the same conductivity type as the first substrate region.
OSFET is formed, the high concentration region is connected to the gate electrode of the second MOSFET through an inverter, and the drain region of the second MOSFET is connected to the first MOS.
The second MOSFET connected to the source region of the FET
And connecting the source region and the second substrate region to either a high potential terminal that gives a high potential or a low potential terminal that gives a low potential to the first substrate region. To do.

【0018】[0018]

【作用】上記構成において、第1に、MOSFETのド
レイン領域にサージが印加されたとき、基板領域内にお
けるドレイン領域近傍部分の電位の変動がゲート電極に
フィードバックされ、ゲート・ドレイン間の電位差が小
さくなってゲート絶縁膜の破壊が防止される。
In the above structure, firstly, when a surge is applied to the drain region of the MOSFET, the fluctuation of the potential in the vicinity of the drain region in the substrate region is fed back to the gate electrode, and the potential difference between the gate and the drain is reduced. Therefore, the breakdown of the gate insulating film is prevented.

【0019】第2に、上記フィードバック用の第2の手
段は、具体的にはコンデンサとすることにより、電位変
動のフィードバック作用がよりよく達成される。またこ
れとともにフィードバック手段の半導体基板上への容易
形成性が得られる。
Secondly, the feedback means for the potential fluctuation can be better achieved by specifically using a capacitor as the second means for feedback. At the same time, the ease of forming the feedback means on the semiconductor substrate can be obtained.

【0020】第3に、上記フィードバック用の第2の手
段は、具体的にはダイオードとすることにより、サージ
の極性に応じてダイオードの順方向又は降伏特性により
電位変動のフィードバック作用が行われ、その降伏電圧
をゲート絶縁膜の破壊電圧より低く設定しておくことに
より、ゲート絶縁膜の破壊が防止される。また、前記と
同様にフィードバック手段の半導体基板上への容易形成
性が得られる。
Thirdly, the second means for feedback is specifically a diode, and the feedback action of the potential fluctuation is performed by the forward direction or the breakdown characteristic of the diode according to the polarity of the surge. By setting the breakdown voltage to be lower than the breakdown voltage of the gate insulating film, the breakdown of the gate insulating film can be prevented. Further, similar to the above, the ease of forming the feedback means on the semiconductor substrate can be obtained.

【0021】第4に、上記のドレイン領域近傍部分の電
位の変動をゲート電極にフィードバックする第2の手段
に加え、その電位の変動をソース領域にフィードバック
する第3の手段を設けることにより、ゲート・ソース間
の電位差も小さくなって一層確実にゲート絶縁膜の破壊
が防止される。
Fourthly, in addition to the second means for feeding back the fluctuation of the potential in the vicinity of the drain region to the gate electrode, the third means for feeding back the fluctuation of the potential to the source region is provided. -The potential difference between the sources is also reduced, and the breakdown of the gate insulating film is prevented more reliably.

【0022】第5に、上記第3の手段は、具体的には、
前記第2の手段と同様に、コンデンサ又はダイオードと
することにより、電位変動のフィードバック作用が適切
に達成される。またドレイン領域にサージが加わったと
きソース領域を通じて第1の基板領域と逆電導型の低濃
度領域の電位が変動し、この低濃度領域と第1の基板領
域間及びこの低濃度領域とは逆電導型の第3の高濃度領
域間の各接合が逆バイアス状態となり、低濃度領域内部
の中性領域が狭くなる。この結果、MOSFETのソー
ス領域、ドレイン領域等で形成される寄生バイポーラト
ランジスタのエミッタ抵抗が増大し、サージ電流が減少
して一層確実にMOSFETの破壊が防止される。
Fifth, specifically, the third means is
Similar to the second means, by using a capacitor or a diode, the feedback action of potential fluctuation is appropriately achieved. When a surge is applied to the drain region, the potentials of the first substrate region and the reverse conductivity type low concentration region fluctuate through the source region, and the potential between the low concentration region and the first substrate region and the low concentration region is opposite. Each junction between the conductive type third high-concentration regions is reverse-biased, and the neutral region inside the low-concentration region is narrowed. As a result, the emitter resistance of the parasitic bipolar transistor formed in the source region, drain region, etc. of the MOSFET increases, the surge current decreases, and the destruction of the MOSFET is prevented more reliably.

【0023】第6に、第1のMOSFETのドレイン領
域に、ある極性のサージが加わったとき、第2のMOS
FETはオフとなり、第1のMOSFETのソース領域
がフローティングとなる。この結果、第1のMOSFE
Tのソース領域、ドレイン領域等で形成される寄生バイ
ポーラトランジスタがオフとなりラッチアップの発生が
防止されて一層確実に第1のMOSFETの破壊が防止
される。
Sixth, when a surge of a certain polarity is applied to the drain region of the first MOSFET, the second MOS
The FET is turned off and the source region of the first MOSFET becomes floating. As a result, the first MOSFE
The parasitic bipolar transistor formed in the source region, drain region, etc. of T is turned off, latch-up is prevented from occurring, and destruction of the first MOSFET is prevented more reliably.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】図1乃至図3は、本発明の第1実施例を示
す図である。図1は出力保護装置を構成するCMOSの
うちNchMOSFETの部分のみについて示す図であ
り、図2はこのNchMOSFETを含む実施例の等価
回路を示している。なお図2において前段の被保護半導
体装置(内部回路)であるCMOS部分は、前記図14
と同じ構成なので各素子については前記と同一符号を以
って示し、重複した説明を省略する。
1 to 3 are views showing a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram showing only the NchMOSFET portion of the CMOS constituting the output protection device, and FIG. 2 shows an equivalent circuit of an embodiment including this NchMOSFET. Note that, in FIG. 2, the CMOS portion which is the protected semiconductor device (internal circuit) in the preceding stage is the same as in FIG.
Since the configuration is the same as the above, each element is denoted by the same reference numeral as the above, and duplicate description is omitted.

【0026】まず、図1、図2を用いて出力保護装置の
構成を説明する。N型基板1の主面にP型ウェル100
が形成されている。P型ウェル100の主面にはP+
領域101と2つのN+ 型領域102,103が形成さ
れている。またN+ 型領域103近傍のP型ウェル10
0の主面にP+ 型領域104が形成されている。2つの
+ 型領域102と103の間のP型ウェル100の主
面上にはゲート酸化膜105を介してゲート電極106
が形成されている。一方、P+ 型領域104の主面上に
は誘電体107を介して電極108が形成されている。
First, the structure of the output protection device will be described with reference to FIGS. The P-type well 100 is formed on the main surface of the N-type substrate 1.
Are formed. A P + type region 101 and two N + type regions 102 and 103 are formed on the main surface of the P type well 100. In addition, the P-type well 10 near the N + -type region 103
A P + type region 104 is formed on the 0 main surface. A gate electrode 106 is formed on the main surface of the P-type well 100 between the two N + -type regions 102 and 103 via a gate oxide film 105.
Are formed. On the other hand, an electrode 108 is formed on the main surface of the P + type region 104 via a dielectric 107.

【0027】P+ 型領域101とN+ 型領域102はV
ss端子に接続され、N+ 型領域103は出力端子14
及びPchMOSFET20のドレイン領域に接続され
ている。またゲート電極106は前段のCMOSのドレ
イン及びPchMOSFET20のゲート電極に接続さ
れ、電極108はゲート電極106に接続されている。
The P + type region 101 and the N + type region 102 are V
The N + type region 103 is connected to the ss terminal and the N + type region 103 is connected to the output terminal 14
And the drain region of the Pch MOSFET 20. The gate electrode 106 is connected to the drain of the CMOS in the previous stage and the gate electrode of the Pch MOSFET 20, and the electrode 108 is connected to the gate electrode 106.

【0028】N+ 型領域102をソース領域、N+ 型領
域103をドレイン領域とし、これに、ゲート酸化膜1
05上のゲート電極106によりNchMOSFET1
10が形成されている。P型ウェル100は、このNc
hMOSFET110に対し基板領域となり、またP+
型領域104により、この基板領域内におけるドレイン
領域103近傍部分の電位を検出する第1の手段が形成
されている。N+ 型領域102をエミッタ、P型ウェル
100をベース、N+ 型領域103をコレクタとするN
PN型Tr113が形成され、N+ 型領域103をカソ
ード、P型ウェル100をアノードとするダイオード1
11が形成されている。P+ 型領域104、誘電体10
7及び電極108によりコンデンサ115が形成され、
このコンデンサ115により第1の手段であるP+ 型領
域104がNchMOSFET110のゲート電極10
6に接続されている。N+ 型領域103とP+ 型領域1
01の間のP型ウェル100内部に抵抗112が形成さ
れ、N+ 型領域103とP+ 型領域104の間のP型ウ
ェル100内部に抵抗114が形成されている。
The N + type region 102 is used as a source region and the N + type region 103 is used as a drain region.
Nch MOSFET 1 by the gate electrode 106 on 05
10 are formed. The P-type well 100 is
Substrate region for hMOSFET 110, and P +
The mold region 104 forms a first means for detecting the potential in the vicinity of the drain region 103 in this substrate region. N + type region 102 is an emitter, P type well 100 is a base, and N + type region 103 is a collector N
A diode 1 in which a PN type Tr 113 is formed and whose N + type region 103 is a cathode and whose P type well 100 is an anode
11 is formed. P + type region 104, dielectric 10
7 and the electrode 108 form a capacitor 115,
With this capacitor 115, the P + -type region 104, which is the first means, causes the gate electrode 10 of the Nch MOSFET 110 to move.
Connected to 6. N + type region 103 and P + type region 1
The resistor 112 is formed inside the P-type well 100 between 01 and 01, and the resistor 114 is formed inside the P-type well 100 between the N + type region 103 and the P + type region 104.

【0029】次に、上述のように構成された出力保護装
置の動作を説明する。
Next, the operation of the output protection device configured as described above will be described.

【0030】(A)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が正となる場合;ダイオード111が降伏
してNPN型Tr113がターンオンする。またダイオ
ード24が順バイアスされてダイオード57が降伏する
ことによりNPN型Tr56がターンオンする。よって
サージ電流は出力端子14からVss端子へ流れる。こ
こで本実施例によるゲート酸化膜105の保護作用を図
3を用いて説明する。図3は、図2の等価回路におい
て、NchMOSFET110のゲート・ドレイン間コ
ンデンサ120の充放電に関与する部分を示した回路図
である。121はダイオード55及びNPN型Tr53
からなるインピーダンス素子である。サージ印加により
コンデンサ120の出力端子14側の電位が上昇する。
抵抗114の値が小さいため、コンデンサ115のダイ
オード111側の電位も サージ電圧−ダイオード111の降伏電圧 …(1) にまで速かに上昇する。コンデンサ120の他端側の電
位も、コンデンサ120とコンデンサ115の並列接続
により決る値まで上昇する。以上よりコンデンサ12
0、即ちNchMOSFET110のゲート・ドレイン
間の電位差は従来例の場合より小さくなる。その後、抵
抗60とインピーダンス素子121を介してコンデンサ
115と120の充電が始まる。ここで静電サージのよ
うな短時間高電圧ストレスにおいては酸化膜内の電荷が
ある一定量に達した時に酸化膜の破壊が起きることが知
られている(例えばPhilips Journal of Research Vol.
40 No.3 1985 P.144)。よってコンデンサ115がある
ために、コンデンサ120の抵抗60側の電位低下が抑
えられる。即ち、ゲート酸化膜105での電位差が減少
するとともにコンデンサ120への電荷注入が抑制され
る。これにより、サージによるNchMOSFET11
0の破壊が起きにくくなる。
(A) When the polarity of the surge is positive at the output terminal 14 with respect to the Vss terminal; the diode 111 breaks down and the NPN type Tr 113 turns on. Further, the diode 24 is forward biased and the diode 57 breaks down, so that the NPN type Tr 56 is turned on. Therefore, the surge current flows from the output terminal 14 to the Vss terminal. Here, the protective effect of the gate oxide film 105 according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing a portion related to charging / discharging of the gate-drain capacitor 120 of the Nch MOSFET 110 in the equivalent circuit of FIG. 121 is a diode 55 and NPN type Tr53
Is an impedance element. The potential on the output terminal 14 side of the capacitor 120 rises due to the application of the surge.
Since the value of the resistor 114 is small, the potential of the capacitor 115 on the diode 111 side rapidly rises to surge voltage-breakdown voltage of diode 111 (1). The potential on the other end side of the capacitor 120 also rises to a value determined by the parallel connection of the capacitors 120 and 115. From the above, the capacitor 12
0, that is, the potential difference between the gate and drain of the Nch MOSFET 110 becomes smaller than that in the conventional example. After that, the charging of the capacitors 115 and 120 starts via the resistor 60 and the impedance element 121. Here, it is known that in short-time high-voltage stress such as electrostatic surge, the oxide film is destroyed when the charge in the oxide film reaches a certain amount (for example, Philips Journal of Research Vol.
40 No.3 1985 P.144). Therefore, the presence of the capacitor 115 suppresses the potential decrease on the resistor 60 side of the capacitor 120. That is, the potential difference in the gate oxide film 105 is reduced and the charge injection into the capacitor 120 is suppressed. As a result, the Nch MOSFET 11 due to the surge
Zero destruction is less likely to occur.

【0031】(B)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が負となる場合;ダイオード111が順バ
イアスされるとともにダイオード54,55,57が順
バイアスされ、ダイオード24が降伏する。よってサー
ジ電流はVss端子から出力端子14へ流れる。ここで
サージ酸化膜105の保護作用を図3を用いて説明す
る。サージ印加によりコンデンサ120の出力端子14
側の電位が低下する。またダイオード111が順バイア
スされるため、コンデンサ115のダイオード111側
の電位も サージ電圧−ダイオード111の順バイアス電圧≒サー
ジ電圧 …(2) まで速かに低下する。コンデンサ120の他端側の電位
もコンデンサ120とコンデンサ115の並列接続によ
って決る値まで低下する。よってコンデンサ120での
電位差は従来例の場合より小さくなる。その後、抵抗6
0とインピーダンス素子121を介してコンデンサ11
5と120の充電が始まる。ここで(A)の場合と同様
にしてコンデンサ115があるためにコンデンサ120
の電位差増加と電荷注入が抑制される。これにより、サ
ージによるNchMOSFET110の破壊が起きにく
くなる。なお、本実施例ではNchMOSFET110
についてのみ説明したが、PchMOSFET20につ
いても同様の構造とすることにより出力端子14とVd
d端子間に印加されたサージについてPchMOSFE
T20のゲート酸化膜の保護を行うことができる。また
コンデンサ115は出力端子14に直接接続されていな
いため、サージによりコンデンサ115が破壊されるこ
とはない。コンデンサ115は、P+ 型領域104の主
面上に形成されるので本実施例による保護回路面積の増
加はP+ 型領域104の面積だけであり、被保護半導体
装置の集積度を大きく損うことはない。
(B) When the polarity of the surge is negative at the output terminal 14 with respect to the Vss terminal; the diode 111 is forward biased, the diodes 54, 55 and 57 are forward biased, and the diode 24 breaks down. Therefore, the surge current flows from the Vss terminal to the output terminal 14. Here, the protective effect of the surge oxide film 105 will be described with reference to FIG. Output terminal 14 of capacitor 120 when surge is applied
Side potential drops. Further, since the diode 111 is forward-biased, the potential of the capacitor 115 on the diode 111 side also rapidly decreases to (surge voltage) − (forward bias voltage of diode 111≈surge voltage) (2). The potential at the other end of the capacitor 120 also drops to a value determined by the parallel connection of the capacitors 120 and 115. Therefore, the potential difference in the capacitor 120 becomes smaller than that in the conventional example. After that, resistance 6
Capacitor 11 via 0 and impedance element 121
Charging of 5 and 120 begins. Since there is the capacitor 115 as in the case of (A), the capacitor 120
The increase in potential difference and charge injection are suppressed. As a result, the breakdown of the Nch MOSFET 110 due to the surge is less likely to occur. In this embodiment, the Nch MOSFET 110 is
However, by using the same structure for the Pch MOSFET 20, the output terminal 14 and Vd
Regarding the surge applied between the d terminals, PchMOSFE
The gate oxide film of T20 can be protected. Further, since the capacitor 115 is not directly connected to the output terminal 14, the surge does not damage the capacitor 115. Since the capacitor 115 is formed on the main surface of the P + -type region 104, the area of the protection circuit according to the present embodiment is increased only by the area of the P + -type region 104, and the integration degree of the protected semiconductor device is greatly impaired. There is no such thing.

【0032】図4乃至図6には、本発明の第2実施例を
示す。図4は出力保護装置を構成するCMOSのうちN
chMOSFETの部分のみについて示し、図5はその
等価回路を示している。構成を説明すると、本実施例で
は、前記第1の実施例のように、誘電体及び電極を有せ
ず、フィールド酸化膜3上にP型半導体領域201を間
に挟んでP+ 型半導体領域200とN+ 型半導体領域2
02が形成されている。P+ 型半導体領域200はP+
型領域104に接続され、N+ 型半導体領域202はゲ
ート電極106に接続されている。その他の構成は前記
第1の実施例のものと同様である。本実施例では、前記
図2におけるコンデンサ115の代りにP+ 半導体領域
200、P型半導体領域201及びN+ 型半導体領域2
02からなるダイオード203が抵抗114とNchM
OSFET110のゲート電極106との間に接続され
ている。
FIGS. 4 to 6 show a second embodiment of the present invention. FIG. 4 shows N of the CMOS constituting the output protection device.
Only the chMOSFET portion is shown, and FIG. 5 shows an equivalent circuit thereof. Explaining the configuration, in the present embodiment, unlike the first embodiment, the dielectric and electrode are not provided, and the P + type semiconductor region 201 is sandwiched on the field oxide film 3 so as to sandwich the P + type semiconductor region. 200 and N + type semiconductor region 2
02 is formed. The P + type semiconductor region 200 is P +
The N + type semiconductor region 202 is connected to the mold region 104, and the N + type semiconductor region 202 is connected to the gate electrode 106. The other structure is similar to that of the first embodiment. In the present embodiment, instead of the capacitor 115 in FIG. 2, the P + semiconductor region 200, the P-type semiconductor region 201 and the N + -type semiconductor region 2 are used.
A diode 203 composed of 02 is a resistor 114 and NchM.
It is connected to the gate electrode 106 of the OSFET 110.

【0033】次に、上述のように構成された出力保護装
置の動作を説明する。
Next, the operation of the output protection device configured as described above will be described.

【0034】(A)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が正となる場合;サージ電流は第1実施例
(A)の場合と同様にして出力端子14からVss端子
へ流れる。ここで本実施例によるゲート酸化膜105の
保護作用を図6を用いて説明する。図6は、本実施例の
等価回路において、NchMOSFET110のゲート
・ドレイン間コンデンサ120の充放電に関与する部分
を示している。サージ印加によりコンデンサ120の出
力端子14側の電位が上昇する。抵抗114の値が小さ
いため、ダイオード203のアノード電位も サージ電圧−ダイオード111の降伏電圧 …(3) まで速かに上昇する。よってダイオード203のカソー
ド電位、即ちコンデンサ120の抵抗60側の電位は、
ダイオード203のアノード電位−ダイオード203の
順バイアス電圧 ≒ダイオード203のアノード電位 …(4) となる。このためサージ印加直後のコンデンサ120に
かかる電位差は、サージ電圧−コンデンサ120の抵抗
60側の電位 =サージ電圧−(4)式 ≒サージ電圧−(3)式 =ダイオード111の降伏電圧 …(5) 程度になり、コンデンサ120の絶縁破壊電圧よりも十
分に低い。その後、抵抗60とインピーダンス素子12
1部分を電流がVss端子へ向けて流れる。しかし、ダ
イオード203があるために、コンデンサ120の抵抗
60側の電位は依然として、(4)式の値、即ち、ダイ
オード203のアノード電位−ダイオード203の順バ
イアス電圧にクランプされる。このためコンデンサ12
0の電位差は(5)式の値、即ちダイオード111の降
伏電圧のままであり、コンデンサ120に高電圧が印加
されることはない。これにより、サージによるNchM
OSFET110の破壊が防止される。
(A) When the polarity of the surge is positive at the output terminal 14 with respect to the Vss terminal; the surge current flows from the output terminal 14 to the Vss terminal in the same manner as in the first embodiment (A). Here, the protective effect of the gate oxide film 105 according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a portion related to charging / discharging of the gate-drain capacitor 120 of the Nch MOSFET 110 in the equivalent circuit of the present embodiment. The potential on the output terminal 14 side of the capacitor 120 rises due to the application of the surge. Since the value of the resistor 114 is small, the anode potential of the diode 203 also rapidly rises to surge voltage-breakdown voltage of the diode 111 (3). Therefore, the cathode potential of the diode 203, that is, the potential on the resistor 60 side of the capacitor 120 is
The anode potential of the diode 203-the forward bias voltage of the diode 203 ≈ the anode potential of the diode 203 (4). Therefore, the potential difference applied to the capacitor 120 immediately after the application of the surge is the surge voltage-the potential on the side of the resistor 60 of the capacitor 120 = surge voltage- (4) formula ≈ surge voltage- (3) formula = breakdown voltage of the diode 111 (5) And is sufficiently lower than the dielectric breakdown voltage of the capacitor 120. After that, the resistor 60 and the impedance element 12
A current flows through one portion toward the Vss terminal. However, due to the presence of the diode 203, the potential of the capacitor 120 on the side of the resistor 60 is still clamped to the value of the equation (4), that is, the anode potential of the diode 203-the forward bias voltage of the diode 203. Therefore, the capacitor 12
The potential difference of 0 remains the value of the equation (5), that is, the breakdown voltage of the diode 111, and the high voltage is not applied to the capacitor 120. As a result, NchM due to surge
The destruction of the OSFET 110 is prevented.

【0035】(B)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が負となる場合;サージ電流は第1実施例
(B)と同様にしてVss端子から出力端子14へ流れ
る。ここで、ゲート酸化膜105の保護作用を図6を用
いて説明する。サージ印加によりコンデンサ120の出
力端子14側の電位が低下する。ダイオード111が順
バイアスされるため、ダイオード203のアノード電位
は サージ電圧−ダイオード111の順バイアス電圧≒サー
ジ電圧(<0)…(6) まで速かに低下する。ダイオード203での電位差がそ
の降伏電圧より大きくなれば、ダイオード203は降伏
するのでダイオード203のカソード電位、即ちコンデ
ンサ120の抵抗60側の電位は、(6)式を用いて、 ダイオード203のアノード電位+ダイオード203の降伏電圧 =サージ電圧+ダイオード203の降伏電圧(<0) …(7) となる。このためサージ印加直後のコンデンサ120の
電位差は、(7)式を用いて、 (サージ電圧+ダイオード203の降伏電圧)−サージ電圧 =ダイオード203の降伏電圧 …(8) 程度になる。その後サージ電流の一部分が、Vss端子
からインピーダンス素子121及び抵抗60を介してダ
イオード203へ流れる。しかし、ダイオード203の
降伏によりコンデンサ120の電位差は ダイオード203の降伏電圧 …(9) にクランプされたままである。これにより、ダイオード
203の降伏電圧をコンデンサ120の絶縁破壊電圧よ
り低くすれば、サージによるNchMOSFET110
の破壊が起きにくくなる。またダイオード203は出力
端子14に直接接続されておらず、かつダイオード20
3を流れるサージ電流の大きさは、インピーダンス素子
121及び抵抗60により制限されるので、サージによ
りダイオード203が破壊されることはない。なお、本
実施例では、NchMOSFET110についてのみ説
明したが、PchMOSFETについても同様の構造と
することにより、出力端子14とVdd端子間に印加さ
れたサージについてPchMOSFETのゲート酸化膜
を保護することができる。またダイオード111,20
3をツェナーダイオード構造にしてダイオード111,
203の降伏電圧を低くすれば、より効果的にMOSF
ETのゲート酸化膜の保護を行うことができる。
(B) When the polarity of the surge is negative at the output terminal 14 with respect to the Vss terminal; the surge current flows from the Vss terminal to the output terminal 14 as in the first embodiment (B). Here, the protective effect of the gate oxide film 105 will be described with reference to FIG. The potential on the output terminal 14 side of the capacitor 120 decreases due to the application of the surge. Since the diode 111 is forward-biased, the anode potential of the diode 203 rapidly drops to surge voltage-forward bias voltage of diode 111≈surge voltage (<0) (6). If the potential difference in the diode 203 becomes larger than its breakdown voltage, the diode 203 will breakdown. Therefore, the cathode potential of the diode 203, that is, the potential on the side of the resistor 60 of the capacitor 120, can be calculated by using equation (6) using the anode potential of the diode 203. + Breakdown voltage of diode 203 = surge voltage + breakdown voltage of diode 203 (<0) (7) Therefore, the potential difference of the capacitor 120 immediately after the application of the surge becomes (surge voltage + breakdown voltage of the diode 203) −surge voltage = breakdown voltage of the diode 203 (8) using the equation (7). After that, a part of the surge current flows from the Vss terminal to the diode 203 via the impedance element 121 and the resistor 60. However, due to the breakdown of the diode 203, the potential difference of the capacitor 120 remains clamped to the breakdown voltage of the diode 203 (9). As a result, if the breakdown voltage of the diode 203 is made lower than the dielectric breakdown voltage of the capacitor 120, the Nch MOSFET 110 due to the surge is generated.
Will be less likely to be destroyed. Further, the diode 203 is not directly connected to the output terminal 14, and the diode 20
Since the magnitude of the surge current flowing through 3 is limited by the impedance element 121 and the resistor 60, the diode 203 is not destroyed by the surge. Although only the NchMOSFET 110 has been described in the present embodiment, the PchMOSFET having the same structure can protect the gate oxide film of the PchMOSFET against a surge applied between the output terminal 14 and the Vdd terminal. In addition, the diodes 111 and 20
3 is a Zener diode structure, and the diode 111,
If the breakdown voltage of 203 is lowered, the MOSF will be more effective.
The gate oxide film of ET can be protected.

【0036】図7及び図8には、本発明の第3実施例を
示す。図7は出力保護装置を構成するCMOSのうちN
chMOSFETの部分のみについて示し、図8はその
等価回路を示している。構成を説明すると、本実施例で
は、前記第2実施例においてP+ 型領域104が形成さ
れた部分にN+ 型領域300が形成され、ゲート電極1
06に接続されている。P型ウェル100とN+ 型領域
300によりダイオード301が形成され、このダイオ
ード301が抵抗114とNchMOSFET110の
ゲート電極106の間に接続されることになる。サージ
が印加された場合のNchMOSFET110の保護作
用は、第2実施例の場合と同様である。本実施例では、
フィールド酸化膜3上に複数の半導体領域を形成する必
要がないため、プロセスが簡単になるという利点があ
る。ダイオード301をツェナーダイオード構造にすれ
ば、より効果的にゲート酸化膜の保護ができる。なお、
PchMOSFETについても同様の構造にすれば、出
力端子14とVdd端子間に印加されたサージに対する
保護ができる。
7 and 8 show a third embodiment of the present invention. FIG. 7 shows N out of CMOS constituting the output protection device.
Only the chMOSFET portion is shown, and FIG. 8 shows an equivalent circuit thereof. Explaining the structure, in the present embodiment, the N + type region 300 is formed in the portion where the P + type region 104 is formed in the second embodiment, and the gate electrode 1 is formed.
It is connected to 06. A diode 301 is formed by the P-type well 100 and the N + -type region 300, and this diode 301 is connected between the resistor 114 and the gate electrode 106 of the Nch MOSFET 110. The protective action of the Nch MOSFET 110 when a surge is applied is similar to that in the second embodiment. In this embodiment,
Since it is not necessary to form a plurality of semiconductor regions on the field oxide film 3, there is an advantage that the process is simplified. If the diode 301 has a Zener diode structure, the gate oxide film can be protected more effectively. In addition,
If the Pch MOSFET has a similar structure, it is possible to protect against a surge applied between the output terminal 14 and the Vdd terminal.

【0037】図9及び図10には、本発明の第4実施例
を示す。図9は出力保護装置を構成するCMOSのうち
NchMOSFETの部分のみについて示し、図10は
その等価回路を示している。構成を説明すると、P型ウ
ェル100の主面にN型領域403が形成され、そのN
型領域403の一端にNchMOSFET110のソー
ス領域であるN+ 型領域102が形成されており、他端
にはN+ 型領域400が形成されている。そして両N+
型領域102,400の間におけるN型領域403の主
面にP+ 型領域401が形成されている。またP+ 型領
域104の主面上には誘電体107を介して第2の電極
405が形成されている。N+ 型領域400とP+ 型領
域401とはVss端子に接続され、第2の電極405
はN+ 型領域102に接続されている。なお、N+ 型領
域102はVss端子には接続されていない。第2の電
極405、誘電体107及びP+ 型領域104により形
成されたコンデンサ407が抵抗114とNchMOS
FET110のソース領域102との間に接続されてい
る。このコンデンサ407によりP型ウェル100にお
けるNchMOSFET110のドレイン領域103近
傍部分の電位の変動をそのソース領域102にフィード
バックする第3の手段が形成されている。N型領域40
3内部に形成された抵抗408がNchMOSFET1
10のソース領域102とVss端子の間に接続されて
いる。その他の構成は第1実施例と同様である。
9 and 10 show a fourth embodiment of the present invention. FIG. 9 shows only the Nch MOSFET portion of the CMOS constituting the output protection device, and FIG. 10 shows its equivalent circuit. To explain the configuration, an N-type region 403 is formed on the main surface of the P-type well 100, and
The N + type region 102 which is the source region of the NchMOSFET 110 is formed at one end of the type region 403, and the N + type region 400 is formed at the other end. And both N +
A P + type region 401 is formed on the main surface of the N type region 403 between the mold regions 102 and 400. A second electrode 405 is formed on the main surface of P + type region 104 with dielectric 107 interposed. The N + type region 400 and the P + type region 401 are connected to the Vss terminal, and the second electrode 405
Are connected to the N + type region 102. The N + type region 102 is not connected to the Vss terminal. The capacitor 407 formed by the second electrode 405, the dielectric 107 and the P + type region 104 is a resistor 114 and an NchMOS.
It is connected between the FET 110 and the source region 102. The capacitor 407 forms a third means for feeding back the fluctuation of the potential in the vicinity of the drain region 103 of the N-channel MOSFET 110 in the P-type well 100 to the source region 102 thereof. N-type region 40
The resistor 408 formed inside 3 is the Nch MOSFET 1
10 source regions 102 and Vss terminals. Other configurations are similar to those of the first embodiment.

【0038】次に、上述のように構成された出力保護装
置の動作を説明する。
Next, the operation of the output protection device configured as described above will be described.

【0039】(A)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が正となる場合;この場合、第1実施例の
作用、効果に加えて以下のような作用、効果がある。即
ち、第1に、コンデンサ407によりNchMOSFE
T110のソース電位が上昇する。このため、ゲート電
極106とドレイン領域103間、活性領域間だけでな
く、ゲート電極106とソース領域102との間の電位
差も減少するため、サージによるNchMOSFET1
10のゲート酸化膜105の破壊がますます起きにくく
なる。第2に、N+ 型領域(ソース領域)102の電位
が上昇するために、N型領域403の電位も高くなる。
このため、N型領域403とP+ 型領域401からなる
接合及びN型領域403とP型ウェル100からなる接
合が逆バイアス状態になり、N型領域403内部に空乏
層が広がる。この結果、N型領域403内部の中性領域
が狭くなり、抵抗408の値が増大する。よってNPN
Tr113のエミッタ抵抗が大きくなるのでNPNTr
113を流れるサージ電流が減少し、サージによるNc
hMOSFET110の破壊がますます起きにくくな
る。
(A) When the polarity of the surge is positive at the output terminal 14 with respect to the Vss terminal; In this case, the following actions and effects are obtained in addition to the actions and effects of the first embodiment. That is, firstly, the capacitor 407 allows NchMOSFE
The source potential of T110 rises. Therefore, not only the potential difference between the gate electrode 106 and the drain region 103 and between the active regions but also the potential difference between the gate electrode 106 and the source region 102 is reduced.
The breakdown of the gate oxide film 105 of 10 becomes more difficult to occur. Secondly, since the potential of the N + type region (source region) 102 rises, the potential of the N type region 403 also rises.
Therefore, the junction formed by the N-type region 403 and the P + -type region 401 and the junction formed by the N-type region 403 and the P-type well 100 are in the reverse bias state, and the depletion layer spreads inside the N-type region 403. As a result, the neutral region inside the N-type region 403 becomes narrower, and the value of the resistor 408 increases. Therefore NPN
Since the emitter resistance of Tr113 increases, NPNTr
The surge current flowing through 113 decreases and Nc due to the surge
The destruction of the hMOSFET 110 becomes more difficult to occur.

【0040】(B)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が負となる場合;この場合、第1実施例の
作用、効果に加えて、コンデンサ407があるために、
NchMOSFET110のソース電位が低下する。こ
のためゲート電極106とドレイン領域103間、活性
領域間だけでなく、ゲート電極106とソース領域10
2との間の電位差も減少するため、サージによるNch
MOSFET110のゲート酸化膜105の破壊はます
ます起きにくくなる。
(B) When the polarity of the surge is negative at the output terminal 14 with respect to the Vss terminal; In this case, in addition to the function and effect of the first embodiment, there is the capacitor 407,
The source potential of the Nch MOSFET 110 decreases. Therefore, not only between the gate electrode 106 and the drain region 103, between the active regions, but also between the gate electrode 106 and the source region 10.
Since the potential difference between 2 and N also decreases, Nch due to surge
The breakdown of the gate oxide film 105 of the MOSFET 110 becomes more difficult to occur.

【0041】なお、PchMOSFETについても同様
の構造にすれば、出力端子14とVdd端子間に印加さ
れたサージに対するPchMOSFETの保護ができ
る。また本実施例では抵抗114とNchMOSFET
110のソース領域102との間をコンデンサで接続し
たが、第2実施例、第3実施例のようにダイオードで接
続しても同様の保護作用が生じる。
If the PchMOSFET has a similar structure, the PchMOSFET can be protected against a surge applied between the output terminal 14 and the Vdd terminal. Further, in this embodiment, the resistor 114 and the Nch MOSFET
The capacitor 110 is connected to the source region 102 of the capacitor 110, but the same protection effect is obtained by connecting a diode as in the second and third embodiments.

【0042】図11及び図12には、本発明の第5実施
例を示す。図11は出力保護装置を構成するCMOSの
うちNchMOSFETの部分のみについて示し、図1
2はその等価回路を示している。構成を説明すると、N
型基板1の主面に、第1のP型ウェル100に隣接して
第2のP型ウェル500が形成されている。第2のP型
ウェル500の主面にはP+ 型領域502と2つのN+
型領域505,506が形成されている。2つのN+
領域505と506の間の第2のP型ウェル500の主
面上にはゲート酸化膜105を介してゲート電極511
が形成されている。P+ 型領域502とN+ 型領域50
5はVss端子に接続されている。N+型領域506は
+ 型領域102に接続されている。また第1のP型ウ
ェル100におけるP+ 型領域104がインバータ(断
面構造は図示せず)513を介してゲート電極511に
接続されている。なお、N+ 型領域102はVss端子
には接続されていない。N+ 型領域505をソース領
域、N+ 型領域506をドレイン領域とし、これらとゲ
ート酸化膜105上のゲート電極511により第2のN
chMOSFET521が形成されている。またN+
領域505をエミッタ、P型ウェル500をベース、N
+ 型領域506をコレクタとするNPN型Tr525
と、N+ 型領域506をカソード、P型ウェル500を
アノードとするダイオード523が形成されている。第
2のNchMOSFET521のドレインは第1のNc
hMOSFET110のソースに接続されている。その
他の構成は第1実施例の場合と同様である。
11 and 12 show a fifth embodiment of the present invention. FIG. 11 shows only the Nch MOSFET portion of the CMOS that constitutes the output protection device.
2 shows the equivalent circuit. Explaining the configuration, N
A second P-type well 500 is formed adjacent to the first P-type well 100 on the main surface of the mold substrate 1. A P + type region 502 and two N + type regions are formed on the main surface of the second P type well 500.
Mold regions 505 and 506 are formed. A gate electrode 511 is formed on the main surface of the second P-type well 500 between the two N + -type regions 505 and 506 via a gate oxide film 105.
Are formed. P + type region 502 and N + type region 50
5 is connected to the Vss terminal. The N + type region 506 is connected to the N + type region 102. Further, the P + type region 104 in the first P type well 100 is connected to the gate electrode 511 via an inverter (a cross sectional structure is not shown) 513. The N + type region 102 is not connected to the Vss terminal. The N + type region 505 is used as a source region and the N + type region 506 is used as a drain region, and these and the gate electrode 511 on the gate oxide film 105 are used to form a second N region.
A chMOSFET 521 is formed. Also, the N + type region 505 is the emitter, the P type well 500 is the base,
NPN type Tr 525 having a + type region 506 as a collector
And a diode 523 having the N + type region 506 as a cathode and the P type well 500 as an anode is formed. The drain of the second Nch MOSFET 521 is the first Nc.
It is connected to the source of the hMOSFET 110. The other structure is the same as that of the first embodiment.

【0043】次に、サージが印加された場合のゲート酸
化膜の保護作用を説明する。
Next, the protective action of the gate oxide film when a surge is applied will be described.

【0044】(A)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が正となる場合;第1実施例の作用、効果
に加えて以下のような作用、効果がある。第1に、第2
のNchMOSFET521はオフであるので、N+
領域102と506の電位は固定されない。コンデンサ
115によって第1のNchMOSFET110のゲー
ト電極106の電位が上昇すると、N+ 型領域102の
電位も上る。このため、ゲート電極106とドレイン領
域103間、活性領域間だけでなく、ソース領域102
との間の電位差も減少する。第2に、N+ 型領域102
の電位が上昇し、N+ 型領域102と第1のP型ウェル
100からなる接合が逆バイアスとなるため、NPN型
Tr113がターンオンしない。このためNPN型Tr
113への電流集中が起きない。これにより、サージに
よる第1のNchMOSFET110のゲート酸化膜1
05の破壊がますます起きにくくなる。
(A) When the polarity of the surge is positive at the output terminal 14 with respect to the Vss terminal; In addition to the functions and effects of the first embodiment, the following functions and effects are obtained. First, second
Since the Nch MOSFET 521 is off, the potentials of the N + type regions 102 and 506 are not fixed. When the potential of the gate electrode 106 of the first Nch MOSFET 110 is increased by the capacitor 115, the potential of the N + type region 102 is also increased. Therefore, not only between the gate electrode 106 and the drain region 103, between the active regions, but also between the source region 102.
The potential difference between and also decreases. Second, the N + type region 102
Potential rises and the junction of the N + type region 102 and the first P type well 100 is reverse biased, so that the NPN type Tr 113 does not turn on. Therefore, NPN type Tr
Current concentration on 113 does not occur. As a result, the gate oxide film 1 of the first Nch MOSFET 110 due to the surge is generated.
The destruction of 05 becomes more difficult to occur.

【0045】(B)サージの極性がVss端子に対して
出力端子14が負となる場合;この場合は、第1実施例
と同様の作用、効果がある。
(B) When the polarity of the surge is negative at the output terminal 14 with respect to the Vss terminal: In this case, the same action and effect as those of the first embodiment are obtained.

【0046】ここで、本実施例では、通常の回路動作に
おいては、第1のP型ウェル100の電位がVss電位
であるため、インバータ513の出力がVdd電位にな
って第2のNchMOSFET521がオンする。よっ
て回路動作を損うことがない。さらに本実施例では通常
の回路動作時において出力端子14に正の過電圧サージ
が印加された際に、次に述べるような保護作用がある。
即ち、ダイオード111のブレークダウンによって生じ
た正孔が抵抗112を流れることによって第1のP型ウ
ェル100の電位が上昇する。これによりインバータ5
13の出力がVss電位に転じ、第2のNchMOSF
ET521がオフとなる。N+ 型領域102がフローテ
ィングとなる結果、第1のP型ウェル100内部のNP
NラテラルTr113及びNPNバーティカルTr(図
示せず)のターンオン、いわゆるスナップバック現象が
起きない。またスナップバックが引き金となってラッチ
アップが起きることもない。この保護作用は、コンデン
サ115が無くても生じる。なお、第2実施例或いは第
3実施例と同様にコンデンサ115の代りにダイオード
を用いてP+ 型領域104と第1のNchMOSFET
110のゲート電極106とを接続しても、上記と同様
の保護作用が生じる。また、PchMOSFETについ
ても同様の構造とすれば、出力端子14とVdd端子間
に印加されたサージに対しても同様の保護作用が生じ
る。
Here, in the present embodiment, in the normal circuit operation, the potential of the first P-type well 100 is the Vss potential, so that the output of the inverter 513 becomes the Vdd potential and the second Nch MOSFET 521 is turned on. To do. Therefore, the circuit operation is not impaired. Further, in this embodiment, when a positive overvoltage surge is applied to the output terminal 14 during the normal circuit operation, there is a protective action as described below.
That is, the holes generated by the breakdown of the diode 111 flow through the resistor 112, and the potential of the first P-type well 100 rises. This allows the inverter 5
The output of 13 turns to the Vss potential, and the second NchMOSF
ET521 is turned off. As a result of the N + -type region 102 floating, the NP inside the first P-type well 100
The turn-on of the N lateral Tr 113 and the NPN vertical Tr (not shown), that is, the so-called snapback phenomenon does not occur. In addition, snapback does not trigger and latch-up does not occur. This protective action occurs even without the capacitor 115. As in the second or third embodiment, a diode is used instead of the capacitor 115 and the P + type region 104 and the first Nch MOSFET are used.
Even if the gate electrode 106 of 110 is connected, the same protective action as described above occurs. Further, if the Pch MOSFET has a similar structure, a similar protection action is produced against a surge applied between the output terminal 14 and the Vdd terminal.

【0047】なお、第1〜第5実施例は出力保護装置に
ついて説明したが、MOSFETのゲートを抵抗を介し
てソースに接続し、ドレインを入力端子に接続すれば入
力保護装置として用いることができる。さらにP型半導
体基板を用いる場合は、各実施例において、Vdd端子
とVss端子とを入れ替え、拡散層のN型とP型を入れ
替えれば、サージに対し同様の保護作用がある。
Although the output protection device has been described in the first to fifth embodiments, it can be used as an input protection device if the gate of the MOSFET is connected to the source through the resistor and the drain is connected to the input terminal. . Further, when a P-type semiconductor substrate is used, in each embodiment, if the Vdd terminal and the Vss terminal are exchanged and the N-type and P-type of the diffusion layer are exchanged, the same protection effect against surge is obtained.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第1に、ドレイン領域が被保護半導体装置の入力端子又
は出力端子の何れかに接続されたMOSFETを有する
半導体保護装置において、前記MOSFETが形成され
ている基板領域内における前記ドレイン領域近傍部分の
電位を検出する第1の手段と、該第1の手段で検出され
た電位の変動を前記MOSFETのゲート電極にフィー
ドバックして当該ゲート電極と前記ドレイン領域間の電
界を緩和する第2の手段とを具備させたため、MOSF
ETのドレイン領域にサージが加わったとき、基板領域
内におけるドレイン領域近傍部分の電位の変動がゲート
電極にフィードバックされ、ゲート・ドレイン間の電位
差が小さくなってMOSFETのゲート絶縁膜の破壊を
防止することができる。
As described above, according to the present invention,
First, in a semiconductor protection device having a MOSFET whose drain region is connected to either an input terminal or an output terminal of a protected semiconductor device, a potential of a portion near the drain region in a substrate region where the MOSFET is formed. And a second means for feeding back the fluctuation of the potential detected by the first means to the gate electrode of the MOSFET to relax the electric field between the gate electrode and the drain region. Since it is equipped with MOSF
When a surge is applied to the drain region of ET, the potential fluctuation in the vicinity of the drain region in the substrate region is fed back to the gate electrode, and the potential difference between the gate and drain is reduced to prevent the breakdown of the gate insulating film of the MOSFET. be able to.

【0049】第2に、前記第1の手段は前記ドレイン領
域近傍に形成され前記基板領域と同電導型の高濃度領域
であり、前記第2の手段は前記高濃度領域と前記ゲート
電極とを接続するコンデンサとしたため、ドレイン領域
近傍部分の電位変動のフィードバック作用をよりよく達
成することができ、これとともにフィードバック手段の
半導体基板上への容易形成性を得ることができる。
Secondly, the first means is a high-concentration region which is formed in the vicinity of the drain region and has the same conductivity type as the substrate region, and the second means includes the high-concentration region and the gate electrode. Since the capacitor is connected, the feedback action of the potential fluctuation in the vicinity of the drain region can be better achieved, and at the same time, the ease of forming the feedback means on the semiconductor substrate can be obtained.

【0050】第3に、前記第1の手段は前記ドレイン領
域近傍に形成され前記基板領域と同電導型の高濃度領域
であり、前記第2の手段は前記高濃度領域から前記ゲー
ト電極に順方向に接続されたダイオードとしたため、サ
ージの極性に応じてダイオードの順方向又は降伏特性に
より電位変動のフィードバック作用が行われ、その降伏
電圧をゲート絶縁膜の破壊電圧より低く設定しておくこ
とにより、MOSFETのゲート絶縁膜の破壊を防止す
ることができる。また前記と同様にフィードバック手段
の半導体基板上への容易形成性を得ることができる。
Thirdly, the first means is a high-concentration region formed in the vicinity of the drain region and having the same conductivity type as the substrate region, and the second means is arranged from the high-concentration region to the gate electrode. Since the diode is connected in the direction, the feedback action of the potential fluctuation is performed by the forward direction or the breakdown characteristic of the diode according to the polarity of the surge, and the breakdown voltage is set lower than the breakdown voltage of the gate insulating film. It is possible to prevent the gate insulating film of the MOSFET from being destroyed. Further, similar to the above, the ease of forming the feedback means on the semiconductor substrate can be obtained.

【0051】第4に、ドレイン領域が被保護半導体装置
の入力端子又は出力端子の何れかに接続された第1のM
OSFETを有する半導体保護装置において、前記第1
のMOSFETが形成されている第1の基板領域内にお
ける前記ドレイン領域近傍部分の電位を検出する第1の
手段と、該第1の手段で検出された電位の変動を前記第
1のMOSFETのゲート電極にフィードバックして当
該ゲート電極と前記ドレイン領域間の電界を緩和する第
2の手段と、前記第1の手段で検出された電位の変動を
前記第1のMOSFETのソース領域にフィードバック
して前記ゲート電極と当該ソース領域間の電界を緩和す
る第3の手段とを具備させたため、MOSFETのドレ
イン領域にサージが加わったとき、ゲート・ドレイン間
の電位差が小さくなるとともに、ゲート・ソース間の電
位差も小さくなってMOSFETのゲート絶縁膜の破壊
を一層確実に防止することができる。
Fourth, the drain region is connected to either the input terminal or the output terminal of the protected semiconductor device.
In a semiconductor protection device having an OSFET, the first
Means for detecting the potential of the portion in the vicinity of the drain region in the first substrate region in which the second MOSFET is formed, and the fluctuation of the potential detected by the first means is applied to the gate of the first MOSFET. A second means for feeding back to the electrode to relax an electric field between the gate electrode and the drain area; and a variation in the potential detected by the first means to the source area of the first MOSFET to be fed back to the source area. Since the third means for relaxing the electric field between the gate electrode and the source region is provided, when the surge is applied to the drain region of the MOSFET, the potential difference between the gate and the drain becomes smaller and the potential difference between the gate and the source becomes smaller. It is possible to prevent the breakdown of the gate insulating film of the MOSFET more reliably.

【0052】第5に、前記第1の手段は前記ドレイン領
域近傍に形成され前記第1の基板領域と同電導型の第1
の高濃度領域であり、前記第2の手段は前記第1の高濃
度領域と前記ゲート電極とを接続する第1のコンデンサ
又は前記第1の高濃度領域から前記ゲート電極に順方向
に接続された第1のダイオードの何れかであり、前記第
3の手段は前記第1の高濃度領域と前記ソース領域とを
接続する第2のコンデンサ又は前記第1の高濃度領域か
ら前記ソース領域に順方向に接続された第2のダイオー
ドの何れかであり、さらに前記第1の基板領域の主面に
該第1の基板領域と逆電導型の低濃度領域を形成し、該
低濃度領域の一端に前記ソース領域を設け他端に該ソー
ス領域と同電導型の第2の高濃度領域を設け当該ソース
領域と第2の高濃度領域との間には前記第1の基板領域
と同電導型の第3の高濃度領域を設け、前記第2の高濃
度領域と第3の高濃度領域とを前記第1の基板領域に高
電位を与える高電位端子又は低電位を与える低電位端子
の何れかに接続するようにしたため、第1の基板領域に
おけるドレイン領域近傍部分の電位変動をソース領域に
適切にフィードバックすることができる。またドレイン
領域にサージが加わったときソース領域を通じて第1の
基板領域と逆電導型の低濃度領域の電位が変動し、この
低濃度領域と第1の基板領域間及びこの低濃度領域とは
逆電導型の第3の高濃度領域間の各接合が逆バイアス状
態となり、低濃度領域内部の中性領域が狭くなる。これ
により、MOSFETのソース領域、ドレイン領域等で
形成される寄生バイポーラトランジスタのエミッタ抵抗
が増大し、サージ電流が減少して一層確実にMOSFE
Tの破壊を防止することができる。
Fifth, the first means is formed in the vicinity of the drain region and is of the same conductivity type as the first substrate region.
The second capacitor is connected to the gate electrode in the forward direction from the first capacitor or the first high concentration region connecting the first high concentration region and the gate electrode. And a third capacitor connected to the first high concentration region and the source region in order from the first high concentration region to the source region. Which is one of the second diodes connected in a direction, and further has a low-concentration region of a reverse conductivity type to the first substrate region formed on the main surface of the first substrate region, and one end of the low-concentration region is formed. And a second high-concentration region of the same conductivity type as the source region at the other end and a second high-concentration region of the same conductivity type as the source region between the source region and the second high-concentration region. A third high-concentration region of the second high-concentration region and the third high-concentration region of The potential region is connected to either a high-potential terminal that gives a high potential to the first substrate region or a low-potential terminal that gives a low potential. Appropriate feedback can be given to the source area. When a surge is applied to the drain region, the potentials of the first substrate region and the reverse conductivity type low concentration region fluctuate through the source region, and the potential between the low concentration region and the first substrate region and the low concentration region is opposite. Each junction between the conductive type third high-concentration regions is reverse-biased, and the neutral region inside the low-concentration region is narrowed. As a result, the emitter resistance of the parasitic bipolar transistor formed in the source region, the drain region, etc. of the MOSFET increases, and the surge current decreases, so that the MOSFE can be more reliably processed.
The destruction of T can be prevented.

【0053】第6に、前記第1の手段は前記第1のMO
SFETのドレイン領域近傍に形成され前記第1の基板
領域と同電導型の高濃度領域であり、前記第2の手段は
前記高濃度領域と前記第1のMOSFETのゲート電極
とを接続するコンデンサ又は前記高濃度領域から前記第
1のMOSFETのゲート電極に順方向に接続されたダ
イオードの何れかであり、前記第3の手段は前記第1の
基板領域と同電導型の第2の基板領域に前記第1のMO
SFETと同極性の第2のMOSFETを形成し、前記
高濃度領域をインバータを介して前記第2のMOSFE
Tのゲート電極に接続し、該第2のMOSFETのドレ
イン領域を前記第1のMOSFETのソース領域に接続
し、前記第2のMOSFETのソース領域と前記第2の
基板領域とを前記第1の基板領域に高電位を与える高電
位端子又は低電位を与える低電位端子の何れかに接続し
て構成したため、第1のMOSFETのドレイン領域
に、ある極性のサージが加わったとき、第2のMOSF
ETはオフとなり、第1のMOSFETのソース領域が
フローティングとなる。この結果、第1のMOSFET
のソース領域、ドレイン領域等で形成される寄生バイポ
ーラトランジスタがオフとなりラッチアップの発生が防
止されて一層確実に第1のMOSFETの破壊を防止す
ることができる。
Sixth, the first means is the first MO.
A high-concentration region that is formed in the vicinity of the drain region of the SFET and is of the same conductivity type as the first substrate region; and the second means connects the high-concentration region and the gate electrode of the first MOSFET, or One of the diodes connected in the forward direction from the high-concentration region to the gate electrode of the first MOSFET, wherein the third means is disposed on the second substrate region of the same conductivity type as the first substrate region. The first MO
A second MOSFET having the same polarity as that of the SFET is formed, and the high concentration region is connected to the second MOSFET through an inverter.
The drain region of the second MOSFET is connected to the source region of the first MOSFET, and the source region of the second MOSFET and the second substrate region are connected to the first region of the first MOSFET. Since the substrate region is configured to be connected to either a high-potential terminal that gives a high potential or a low-potential terminal that gives a low potential, when a surge of a certain polarity is applied to the drain region of the first MOSFET, the second MOSF
ET is turned off, and the source region of the first MOSFET becomes floating. As a result, the first MOSFET
The parasitic bipolar transistor formed in the source region, the drain region, etc. is turned off, latch-up is prevented from occurring, and the first MOSFET can be more reliably prevented from being destroyed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る半導体保護装置の第1実施例を示
す縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a first embodiment of a semiconductor protection device according to the present invention.

【図2】上記第1実施例の等価回路を示す回路図であ
る。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the first embodiment.

【図3】第2の等価回路においてNchMOSFETの
ゲート・ドレイン間コンデンサの充放電に関与する部分
を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a portion related to charging and discharging of a gate-drain capacitor of an Nch MOSFET in a second equivalent circuit.

【図4】本発明の第2実施例を示す縦断面図である。FIG. 4 is a vertical sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図5】図4の等価回路を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of FIG.

【図6】上記第2実施例においてNchMOSFETの
ゲート・ドレイン間コンデンサの充放電に関与する部分
を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a portion related to charging / discharging of a gate-drain capacitor of an Nch MOSFET in the second embodiment.

【図7】本発明の第3実施例を示す縦断面図である。FIG. 7 is a vertical sectional view showing a third embodiment of the present invention.

【図8】図7の等価回路を示す回路図である。8 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of FIG.

【図9】本発明の第4実施例を示す縦断面図である。FIG. 9 is a vertical cross-sectional view showing a fourth embodiment of the present invention.

【図10】図9の等価回路を示す回路図である。10 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of FIG. 9. FIG.

【図11】本発明の第5実施例を示す縦断面図である。FIG. 11 is a vertical sectional view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図12】図11の等価回路を示す回路図である。12 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of FIG.

【図13】従来の半導体保護装置の縦断面図である。FIG. 13 is a vertical cross-sectional view of a conventional semiconductor protection device.

【図14】図13の等価回路を示す回路図である。14 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

14 出力端子 20 PchMOSFET 50,51 被保護半導体装置を構成するPch,Nc
hのMOSFET 100 第1の基板領域となるP型ウェル 102,505 ソース領域となるN+ 型領域 103,506 ドレイン領域となるN+ 型領域 104 P+ 型領域(第1の手段) 105 ゲート酸化膜(ゲート絶縁膜) 106,511 ゲート電極 110 NchMOSFET 115 コンデンサ(第2の手段) 203 ダイオード(第2の手段) 400 N+ 型領域(ソース領域と同電導型の第2の高
濃度領域) 401 P+ 型領域(第1の基板領域と同電導型の第3
の高濃度領域) 403 N型領域(第1の基板領域と逆電導型の低濃度
領域) 407 第2のコンデンサ(第3の手段) 500 第2の基板領域となるP型ウェル 513 インバータ 521 第2のNchMOSFET
14 output terminals 20 Pch MOSFETs 50, 51 Pch, Nc constituting a protected semiconductor device
h MOSFET 100 P-type well 102, 505 serving as a first substrate region N + type region 103, 506 serving as a source region N + type region 104 serving as a drain region P + type region (first means) 105 Gate oxidation Film (gate insulating film) 106, 511 Gate electrode 110 NchMOSFET 115 Capacitor (second means) 203 Diode (second means) 400 N + type region (second high-concentration region of the same conductivity type as the source region) 401 P + type region (the same conductivity type as the first substrate region)
403 N-type region (first substrate region and reverse conductivity type low-concentration region) 407 Second capacitor (third means) 500 P-well 513 to be the second substrate region 513 Inverter 521 2 Nch MOSFET

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/088 8934−4M H01L 27/08 102 F ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 27/088 8934-4M H01L 27/08 102 F

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ドレイン領域が被保護半導体装置の入力
端子又は出力端子の何れかに接続されたMOSFETを
有する半導体保護装置において、前記MOSFETが形
成されている基板領域内における前記ドレイン領域近傍
部分の電位を検出する第1の手段と、該第1の手段で検
出された電位の変動を前記MOSFETのゲート電極に
フィードバックして当該ゲート電極と前記ドレイン領域
間の電界を緩和する第2の手段とを有することを特徴と
する半導体保護装置。
1. A semiconductor protection device having a MOSFET whose drain region is connected to either an input terminal or an output terminal of a protected semiconductor device, wherein a portion of the substrate region in which the MOSFET is formed is located in the vicinity of the drain region. First means for detecting an electric potential, and second means for feeding back the fluctuation of the electric potential detected by the first means to the gate electrode of the MOSFET to relax the electric field between the gate electrode and the drain region. A semiconductor protection device comprising:
【請求項2】 前記第1の手段は前記ドレイン領域近傍
に形成され前記基板領域と同電導型の高濃度領域であ
り、前記第2の手段は前記高濃度領域と前記ゲート電極
とを接続するコンデンサであることを特徴とする請求項
1記載の半導体保護装置。
2. The first means is a high-concentration region formed in the vicinity of the drain region and having the same conductivity type as the substrate region, and the second means connects the high-concentration region and the gate electrode. The semiconductor protection device according to claim 1, wherein the semiconductor protection device is a capacitor.
【請求項3】 前記第1の手段は前記ドレイン領域近傍
に形成され前記基板領域と同電導型の高濃度領域であ
り、前記第2の手段は前記高濃度領域から前記ゲート電
極に順方向に接続されたダイオードであることを特徴と
する請求項1記載の半導体保護装置。
3. The first means is a high-concentration region formed in the vicinity of the drain region and having the same conductivity type as the substrate region, and the second means is in the forward direction from the high-concentration region to the gate electrode. The semiconductor protection device according to claim 1, wherein the semiconductor protection device is a connected diode.
【請求項4】 ドレイン領域が被保護半導体装置の入力
端子又は出力端子の何れかに接続された第1のMOSF
ETを有する半導体保護装置において、前記第1のMO
SFETが形成されている第1の基板領域内における前
記ドレイン領域近傍部分の電位を検出する第1の手段
と、該第1の手段で検出された電位の変動を前記第1の
MOSFETのゲート電極にフィードバックして当該ゲ
ート電極と前記ドレイン領域間の電界を緩和する第2の
手段と、前記第1の手段で検出された電位の変動を前記
第1のMOSFETのソース領域にフィードバックして
前記ゲート電極と当該ソース領域間の電界を緩和する第
3の手段とを有することを特徴とする半導体保護装置。
4. A first MOSF whose drain region is connected to either an input terminal or an output terminal of a protected semiconductor device.
In the semiconductor protection device having ET, the first MO
First means for detecting the potential of the portion in the vicinity of the drain region in the first substrate region in which the SFET is formed, and the variation of the potential detected by the first means is applied to the gate electrode of the first MOSFET. Second means for relieving the electric field between the gate electrode and the drain region by feeding back to the source region of the first MOSFET by feeding back the potential fluctuation detected by the first means. A semiconductor protection device comprising: an electrode and a third means for relaxing an electric field between the source region and the source region.
【請求項5】 前記第1の手段は前記ドレイン領域近傍
に形成され前記第1の基板領域と同電導型の第1の高濃
度領域であり、前記第2の手段は前記第1の高濃度領域
と前記ゲート電極とを接続する第1のコンデンサ又は前
記第1の高濃度領域から前記ゲート電極に順方向に接続
された第1のダイオードの何れかであり、前記第3の手
段は前記第1の高濃度領域と前記ソース領域とを接続す
る第2のコンデンサ又は前記第1の高濃度領域から前記
ソース領域に順方向に接続された第2のダイオードの何
れかであり、さらに前記第1の基板領域の主面に該第1
の基板領域と逆電導型の低濃度領域を形成し、該低濃度
領域の一端に前記ソース領域を設け他端に該ソース領域
と同電導型の第2の高濃度領域を設け当該ソース領域と
第2の高濃度領域との間には前記第1の基板領域と同電
導型の第3の高濃度領域を設け、前記第2の高濃度領域
と第3の高濃度領域とを前記第1の基板領域に高電位を
与える高電位端子又は低電位を与える低電位端子の何れ
かに接続してなることを特徴とする請求項4記載の半導
体保護装置。
5. The first means is a first high-concentration region formed near the drain region and having the same conductivity type as the first substrate region, and the second means is the first high-concentration region. A first capacitor connecting a region and the gate electrode or a first diode connected in a forward direction from the first high concentration region to the gate electrode, wherein the third means is the third device. One of a second capacitor connecting the high concentration region and the source region or a second diode connected in a forward direction from the first high concentration region to the source region; On the main surface of the substrate area of
Of the substrate region and a low-concentration region of reverse conductivity type are formed, the source region is provided at one end of the low-concentration region, and a second high-concentration region of the same conductivity type as the source region is provided at the other end. A third high concentration region of the same conductivity type as the first substrate region is provided between the second high concentration region and the second high concentration region and the third high concentration region. 5. The semiconductor protection device according to claim 4, wherein the substrate protection region is connected to either a high potential terminal that applies a high potential or a low potential terminal that applies a low potential.
【請求項6】 前記第1の手段は前記第1のMOSFE
Tのドレイン領域近傍に形成され前記第1の基板領域と
同電導型の高濃度領域であり、前記第2の手段は前記高
濃度領域と前記第1のMOSFETのゲート電極とを接
続するコンデンサ又は前記高濃度領域から前記第1のM
OSFETのゲート電極に順方向に接続されたダイオー
ドの何れかであり、前記第3の手段は前記第1の基板領
域と同電導型の第2の基板領域に前記第1のMOSFE
Tと同極性の第2のMOSFETを形成し、前記高濃度
領域をインバータを介して前記第2のMOSFETのゲ
ート電極に接続し、該第2のMOSFETのドレイン領
域を前記第1のMOSFETのソース領域に接続し、前
記第2のMOSFETのソース領域と前記第2の基板領
域とを前記第1の基板領域に高電位を与える高電位端子
又は低電位を与える低電位端子の何れかに接続して構成
したものであることを特徴とする請求項4記載の半導体
保護装置。
6. The first means is the first MOSFE.
A high concentration region formed in the vicinity of the drain region of T and having the same conductivity type as the first substrate region, and the second means connects the high concentration region and the gate electrode of the first MOSFET, or From the high concentration region to the first M
One of the diodes connected in the forward direction to the gate electrode of the OSFET, wherein the third means includes the first MOSFET in the second substrate region of the same conductivity type as the first substrate region.
A second MOSFET having the same polarity as T is formed, the high concentration region is connected to the gate electrode of the second MOSFET through an inverter, and the drain region of the second MOSFET is the source of the first MOSFET. And connecting the source region of the second MOSFET and the second substrate region to either a high potential terminal that gives a high potential or a low potential terminal that gives a low potential to the first substrate region. The semiconductor protection device according to claim 4, wherein the semiconductor protection device is configured as follows.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007214526A (en) * 2006-02-07 2007-08-23 Analog & Power Electronics Corp Electrostatic discharge protection device
JP2008235592A (en) * 2007-03-20 2008-10-02 Denso Corp Semiconductor device
US9111750B2 (en) 2013-06-28 2015-08-18 General Electric Company Over-voltage protection of gallium nitride semiconductor devices
US9997507B2 (en) 2013-07-25 2018-06-12 General Electric Company Semiconductor assembly and method of manufacture

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