JPH08321588A - 静電気放電保護回路 - Google Patents

静電気放電保護回路

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JPH08321588A
JPH08321588A JP3978596A JP3978596A JPH08321588A JP H08321588 A JPH08321588 A JP H08321588A JP 3978596 A JP3978596 A JP 3978596A JP 3978596 A JP3978596 A JP 3978596A JP H08321588 A JPH08321588 A JP H08321588A
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JP
Japan
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transistor
terminal
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terminals
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Pending
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JP3978596A
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English (en)
Inventor
Enrico M A Ravanelli
エム ア ラヴァネーリ エンリコ
Fabrizio Martignoni
マルティニョーニ ファブリツィオ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SGS THOMSON MICROELECTRONICS
STMicroelectronics SRL
Original Assignee
SGS THOMSON MICROELECTRONICS
SGS Thomson Microelectronics SRL
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L27/0251Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
    • H01L27/0259Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using bipolar transistors as protective elements

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  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で、バイCMOS型の処理によっても高
速で容易に集積化でき、いかなる動作状態の下でも入力
及び出力端子の双方を保護しうる静電気放電保護回路を
提供する。 【解決手段】 集積回路の端子と接地点との間に接続し
うる、静電気放電に対し集積回路を保護する保護回路で
あって、集積回路の前記の端子と接地点との間にエミッ
タ端子とコレクタ端子とを以て接続された第1トランジ
スタQ1 と、この第1トランジスタのベース端子に接続
されたベース端子と第1トランジスタのコレクタ端子に
接続されたエミッタ及びコレクタ端子とを有する第2ト
ランジスタQ2 とを具える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路を静電気
放電に対し保護する装置、特に混合型の技術を用いて形
成され低電源電圧で動作する集積回路に対する小型保護
器に関するものである。
【0002】集積回路の接点パッドは、集積回路の製造
中や、これら集積回路の、回路装置への組立て中や、或
いは動作中に、帯電物体と偶発的に接触しやすいという
ことが分かっている。その結果、集積回路の領域又は部
分間に充分大きな電位差が発生して、MOS型のトラン
ジスタのゲート酸化物のような、装置中に設けられてい
る薄肉の誘電体を損傷するか又は破壊さえもするおそれ
がある。
【0003】静電気状態により生じる電位差がゲート分
離部の絶縁耐力を越えると、このゲート分離部を経て生
じる静電気放電によりMOSトランジスタが使用不可能
となる。これが、例えば1.2μmの最小ゲート寸法を
得るMOS型の技術により集積化した回路においては、
約12V程度の低い電圧で、すなわちある場合の静電気
放電により生じる値よりも著しく低い値の電圧で生じる
おそれのある破壊効果である。
【0004】
【従来の技術】集積特性に明らかに影響を及ぼす静電気
放電から集積回路の入出力端子を保護する数種類の手段
が知られている。これらの手段のあるものは、放電によ
る電流を制限又は“抑圧”するために、集積回路の基板
に集積化した直列接続抵抗や直列又は並列接続ダイオー
ドを使用するものであり、基本的に入力端子を保護する
のに実効性がある。
【0005】他のより優れた手段は、サイリスタ構造又
はSCR(シリコン制御整流器)を使用するものであ
り、場合により点弧電圧を低くする変更を施して入力端
子と出力端子との双方を保護するのに採用することがで
きる。
【0006】本明細書に添付の図1に、バイCMOS型
の、すなわち混合型の技術を用いた回路に対する入力保
護回路を示す。トランジスタQ1 及びQ2 が相俟って、
集積回路の入力端子INと接地点との間に接続されたツ
ェナーダイオードの等価構造を形成している。この種類
のESD(静電気放電)保護器及びその動作は例えば
A.R. Alvarez (Cypress Semiconductor Corporation)
発行の本“BiCMOS Technology and Applications”、第
2版に開示されている。
【0007】この保護器は可成り小型なものであり、バ
イCMOS型の処理により容易に集積化しうるものであ
り、このことは、外部物体と接触するおそれのある集積
回路の各端子に対し保護器を設ける場合に極めて便利で
ある。しかし、この保護器は、動作中負のダイナミック
レンジとなる端子に対しては適用できない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する技術的課題は、小型で、バイCMOS型の処理によ
っても高速で容易に集積化でき、いかなる動作状態の下
でも(電源端子を含む)入力端子及び出力端子の双方を
保護するのに用いうる、静電気放電に対する保護器を提
供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、集積回路装置
にモノリシック集積化でき、この集積回路装置の端子と
接地点との間に接続されうる静電気放電保護回路におい
て、この静電気放電保護回路が第1トランジスタ及び第
2トランジスタを有し、各トランジスタが第1及び第2
端子と制御端子とを有し、前記の第1トランジスタがそ
の第1及び第2端子を以てそれぞれ前記の集積回路装置
の前記の端子と前記の接地点との間に接続され、前記の
第2トランジスタの制御端子は第1トランジスタの制御
端子に接続され、第2トランジスタの第1及び第2端子
の双方が第1トランジスタの第2端子に接続されている
ことを特徴とする。
【0010】又、本発明は、第1導電型の半導体基板上
のモノリシック集積回路用静電気放電保護装置であっ
て、この保護装置は第1導電型とは反射の第2導電型の
第1領域を有し、この第1領域は基板の表面からこの基
板内に延在している保護装置において、前記の第1領域
は、前記の表面から当該第1領域内に延在する第1導電
型の少なくとも1つの第2領域を有し、この第2領域は
集積回路の端子に電気接続され、前記の保護装置は、第
1導電型で前記の表面から基板の領域内及び第1領域の
周辺領域内に延在する少なくとも1つの第3領域を有
し、前記の第3領域は集積回路の接地点に電気接続され
ていることを特徴とする。
【0011】本発明の特徴及び利点は以下の実施例の説
明から明らかとなるも、本発明はこの実施例に限定され
るものではない。
【0012】
【発明の実施の形態】図2に示す静電気放電保護回路は
極めて簡単であり、第1トランジスタQ1 及び第2トラ
ンジスタQ2 を有し、好適例ではこれら双方のトランジ
スタをバイポーラNPN型とする。
【0013】トランジスタQ1 は集積回路の、保護すべ
き端子T1と好ましくは接地端子T2との間にこのトラ
ンジスタのエミッタ端子及びコレクタ端子をそれぞれ以
て接続されており、この集積回路は1つの保護器回路
(集積回路の複数個の端子を静電気放電に対し保護する
必要がある場合には、複数個の保護器回路)を有する。
トランジスタQ2 はそのエミッタ及びコレクタの双方の
端子を以てトランジスタQ1 のコレクタ端子に、従って
この場合接地端子T2に接続されている。。トランジス
タQ1 及びQ2 のそれぞれのベース端子は互いに接続さ
れている。
【0014】電源端子を含む場合でも、保護器回路は常
に、保護を要する端子と接地端子との間に接続するのが
安全である。この場合、2つの端子間に1つの保護器回
路を接続することによりある程度の保護を達成しうる
も、2つの電源端子の各々に1つづつ、計2つの保護器
回路を用いるのが更に良好である。
【0015】正の放電中は、トランジスタQ1 のエミッ
タ−ベース接合がなだれ導通状態となり、トランジスタ
2 がダイオードバイアスされ、トランジスタQ1 のベ
ース−コレクタ接合が順方向導通で動作する。従って、
トランジスタQ1 はBVcer動作モードで逆に作用
し、極めて低い出力インピーダンスを呈する。一方、負
の放電中は、なだれ導通を受けるのはトランジスタQ2
のエミッタ−ベース接合であり、トランジスタQ1 はベ
ース電流が供給され、活性範囲で動作し始める。
【0016】トランジスタQ1 はターン・オンすると電
流の大部分を流し、この構造体の直列抵抗値は極めて小
さくなる。トランジスタQ1 及びQ2 が同じトランジス
タである場合には、この構造体の降伏電圧は正及び負の
静電気放電に対し“対称的”となる。いずれの場合で
も、降伏電圧は2つのトランジスタQ1 及びQ2 の選択
に依存する。
【0017】図3は、混合型の技術により構成できるも
これに限定されない本発明による可能な保護器回路を示
す断面図である。この構造体はP型の不純物がドーピン
グされた基板を有しこの基板上にN型の不純物がドーピ
ングされたエピタキシァル層が位置している単結晶シリ
コン片上に形成しうる。このエピタキシァル層の厚さは
8〜10μm、その固有抵抗は約1.5Ω・cmとす
る。
【0018】エピタキシァル層1の成長中、当業者にと
って周知の技術により埋め込み領域すなわち層2を形成
する。この層2はこの層2以外のエピタキシァル層1の
部分よりも多量にドーピングされており(N+ )、同じ
くN+ 型の侵入領域3により表面に連結されている。
【0019】埋め込み層2の上方でエピタキシァル層1
上には、本例では1・1013cm2〜3・1013cm2
の範囲内のドーズ量で約1.25μmの深さまで硼素を
注入することによりP型(P−BODY)表面領域4を
形成する。約1・1015cm2 のドーズ量で約0.3μ
mの深さまで砒素を注入することにより、表面からP型
表面領域4内に延在するN+ 型の領域5を形成する。更
に、侵入領域3からP型表面領域4の縁部領域まで延在
する表面領域6を同様にして形成する。
【0020】簡単のために図面にはリードT1及びT2
で示すも、実際には一部がN+ 型の拡散領域を以て構成
され他の一部がアルミニウム又はドーピングされた多結
晶シリコンのような導電性材料の通路を以て構成されて
いる適切な電気接続手段を領域5及び3上にこれら領域
と抵抗接触するように設ける。これにより、図2に示す
保護器回路構造が極めて簡単に形成されたことになる。
【0021】保護すべき端子T1と接地端子T2との間
に接続されているトランジスタQ1は領域5,4及び2
の順次のNPN構造を以て構成され、この場合、領域5
がエミッタであり、P型表面領域4がベースであり、エ
ピタキシァル層、特にその埋め込み領域2がコレクタを
構成する。
【0022】トランジスタQ2 に対しても同様のことが
言え、そのエミッタはP型表面領域(ベース領域)の周
辺領域の上側にある領域6であり、共通コレクタ領域2
によって得られ、侵入領域3を経てエミッタ領域6に連
結されている。
【0023】上述した実施例は、いかなる静電気放電が
発生しても信頼性を確保する必要のある装置を全体とし
て適切に動作させるのに重要なあらゆる技術的特徴を、
本発明にとって本質を成すものでなくても含むものであ
ることに注意すべきである。
【0024】一例として、エミッタ領域5及び6の縁部
にHVS(高電圧シフト)拡散を行ない、そのドーピン
グ濃度を中心部よりも低くして、PN接合縁部の曲率半
径を大きくし、従って破壊性の“ホットスポット”の形
成を回避してその降伏を良好に制御するようにする。
【0025】更に、2つのエミッタ領域5及び6間にP
型の領域7を介在させ、この領域7のドーピング濃度を
P型表面領域4の他の領域よりも高くして、2つのエミ
ッタ領域5及び6の互いの分離を高めるようにする。
【0026】本発明の範囲を逸脱することなく、上述し
た実施例に種々の変更を加えうること勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の保護回路を示す回路図である。
【図2】本発明による保護回路の一例を示す回路図であ
る。
【図3】本発明による保護装置の一例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 ,Q2 トランジスタ 2 埋め込み層 3 侵入領域 4 表面領域 5 N+ 型領域 6 周辺領域 7 P型領域
フロントページの続き (72)発明者 ファブリツィオ マルティニョーニ イタリア国 ヴァレーゼ 21040 モラゾ ーネ ヴィア マッツィーニ 5

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 集積回路装置にモノリシック集積化で
    き、この集積回路装置の端子と接地点との間に接続され
    うる静電気放電保護回路において、 この静電気放電保護回路が第1トランジスタ(Q1 )及
    び第2トランジスタ(Q2 )を有し、各トランジスタが
    第1及び第2端子と制御端子とを有し、前記の第1トラ
    ンジスタがその第1及び第2端子を以てそれぞれ前記の
    集積回路装置の前記の端子と前記の接地点との間に接続
    され、前記の第2トランジスタの制御端子は第1トラン
    ジスタの制御端子に接続され、第2トランジスタの第1
    及び第2端子の双方が第1トランジスタの第2端子に接
    続されていることを特徴とする保護回路。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の保護回路において、第
    1及び第2トランジスタがバイポーラトランジスタであ
    り、前記の第1端子、第2端子及び制御端子がそれぞれ
    トランジスタのエミッタ端子、コレクタ端子及びベース
    端子を構成していることを特徴とする保護回路。
  3. 【請求項3】 第1導電型の半導体基板(1)上のモノ
    リシック集積回路用静電気放電保護装置であって、この
    保護装置は第1導電型とは反射の第2導電型の第1領域
    (4)を有し、この第1領域は基板の表面からこの基板
    内に延在している保護装置において、 前記の第1領域は、前記の表面から当該第1領域内に延
    在する第1導電型の少なくとも1つの第2領域(5)を
    有し、この第2領域は集積回路の端子に電気接続され、 前記の保護装置は、第1導電型で前記の表面から基板の
    領域内及び第1領域の周辺領域内に延在する少なくとも
    1つの第3領域(3)を有し、前記の第3領域は集積回
    路の接地点に電気接続されていることを特徴とする保護
    装置。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の保護装置において、前
    記の第3領域の少なくとも一部分に、基板をドーピング
    するのに用いた不純物よりも高い濃度で不純物がドーピ
    ングされ、この第3領域の部分は基板上で第1領域の下
    側の領域内にも延在していることを特徴とする保護装
    置。
  5. 【請求項5】 請求項3又は4に記載の保護装置におい
    て、前記の第2領域は、少なくとも1つの領域を有する
    中央部分を囲む周辺部分を有しており、この少なくとも
    1つの領域は前記周辺部分よりも浅く第1領域内に延在
    し、前記の周辺部分は前記の少なくとも1つの領域内よ
    りも低い濃度で不純物がドーピングされていることを特
    徴とする保護装置。
  6. 【請求項6】 請求項3〜5のいずれか一項に記載の保
    護装置において、前記の第3領域が周辺部分を有し、こ
    の周辺部分は、当該周辺部分よりも高い濃度で不純物が
    ドーピングされている非周辺部分よりも浅く第1領域内
    に延在していることを特徴とする保護装置。
JP3978596A 1995-02-28 1996-02-27 静電気放電保護回路 Pending JPH08321588A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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IT95830067:5 1995-02-28
EP95830067A EP0730300B1 (en) 1995-02-28 1995-02-28 Device for the protection of an integrated circuit against electrostatic discharges

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ID=8221864

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JP (1) JPH08321588A (ja)
DE (1) DE69524858T2 (ja)

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EP0730300A1 (en) 1996-09-04
EP0730300B1 (en) 2002-01-02
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