JPH08504297A - 集積回路保護バイアシングのための回路構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 接合分離回路における電源電位回路素子を含むポケット近くにバイアスする回路構造。通常の動作では、電源電圧の極性が意図された極性と逆であるならば、ポケットが遮断される。このためには、一実施例では、トランジスタのエミッタが正の電源電圧にことができるされる。このトランジスタのコレクタは、回路素子を含むポケットをバイアスするため用いられ、通常の動作では、電源電圧を受取る。電源電圧が逆である時、エミッタ−ベース接合が逆バイアスされ、コレクタ−ベース接合はオフにされる。このように、ポケットが電源の逆転中は電源から遮断される。トランジスタはまた、飽和状態にある時キャリヤの再注入に対処する第２のコレクタを持つ。この第２のコレクタは、ベースに接続することができ、あるいは飽和状態が生じる時を検出するため他の回路により使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 集積回路保護バイアシングのための回路構造 （技術分野） 本発明は、回路素子を逆電圧から保護するための回路に関する。特に、本発明 は、逆電圧が電源端子に現れる時に集積回路の如き回路素子に対する破損を防止 する回路に関する。 （背景技術） 本文ではＶ＋およびＶ−と呼ばれる２つの入力端子における電源電圧を受取る ように設計された電子回路において、Ｖ＋端子は、通常の動作においてＶ−端子 より高い（即ち、より大きな正の）電位を受取ることが意図される。一般に、Ｖ ＋端子は、基準接地に対して正の電圧を受取り、Ｖ−端子は負の電圧を受取り、 あるいは両方電圧は同じ極性であるが異なる大きさのものであり得る。しかし、 ある場合には、例えば、電源コネクタの逆の取付けによって電源電圧の接続が逆 にあることがあり得る。電子回路に対する電源電圧が不幸にも逆転される時、電 子回路は破損され得る。多くの種類の回路、特に接合分離された集積回路が、電 源の逆転によって破損され得る。 図１は、典型的な従来技術の集積回路の一部の部分的斜視図、部分断面図を示 し、この集積回路は、ｐ−タイプの基板１０と、ｎ＋タイプ材料の埋設層１２と 、ｎ−タイプのエピタキシャル層１４と、接点として働くようエピタキシャル層 １４に形成されたｎ＋タイプ拡散領域２０と、ｐ−タイプ分離帯１６とを含んで いる。埋設層１２と、（接合分離帯１６内に封込められた）エピタキシャル層１ ４と、拡散領域２０とは、一般に「ポケット（ｐｏｃｋｅｔ）」と呼ばれる。こ のポケットは、典型的に、できるだけＶ＋に近くバイアスされるが、ｐ−タイプ 分離帯は、Ｖ−にバイアスされる。前記ポケットと分離帯１６との間に形成され たｐ−ｎ接合は、このように逆バイアスが課される。電源の逆転が生じるならば 、 この接合は順方向バイアス状態となり、回路は破損されることになる。この場合 、この接合における順方向バイアスを防止するために、ポケットはしばしばダイ オード（図示せず）を介してＶ＋電源に接続される。電源の逆転が生じると、ダ イオードがポケットを電源から遮断し、この接合は順方向バイアスを受けない。 不幸にもこのようなｎ−タイプのポケットに形成されたある回路素子は、ダイオ ードが許容する以上にポケットをＶ＋電源に近づけるようバイアスすることを要 求する。このような回路素子の２つの事例は、薄膜抵抗と拡散抵抗である。 また、図１には、エピタキシャル層１４の上面における酸化層（図示せず）上 に形成された薄膜抵抗１８が示される。このような薄膜抵抗１８があると、例え ばダイオードのオフセットによりポケットがこの抵抗より更に負にバイアスされ るならば、電圧差から生じる電界が薄膜抵抗１８の長期の腐食を生じることがあ る。従って、ダイオードは、ポケットをＶ＋電源に接続するために使用すること ができない。しかし、ポケットとＶ＋電源との間の直接的な接続は、電源の逆転 が生じる時、回路に対する破損を生じる結果となる。 図２は、ｐ−タイプの拡散抵抗２２を含む典型的な従来技術の集積回路の部分 斜視部分断面図を示している。この集積回路の構造は、他の点では全体的に図１ の回路と類似している。このような構造により、抵抗２２とｎ−タイプのポケッ トとの間に結果として得るｐ−ｎ接合は、逆バイアスを受けた状態に止まる。（ 抵抗がＶ＋電源に接続されるものとして）ダイオードのオフセットの電圧差がこ の接合を順方向バイアスするに充分である故に、ダイオードはＶ＋電源にポケッ トを接続するためには使用することができない。しかし、ポケットとＶ＋電源と の間の直接的な接続は、電源の逆転が生じると、回路に対する破損を生じる結果 となる。 ｎ−タイプのポケットを正の（Ｖ＋）電源端子に対して直接に接続することは 問題ない。しかし、正の電源端子における負の電圧に対する保護を必要とする自 動車用回路または他の製品にとっては、ｎ−タイプのポケットを正の（Ｖ＋）電 源端子に接続することは問題を生じ得る。逆電圧は、ｐ−タイプの分離帯と基板 とｎ−タイプおポケット間に形成された接合に順方向バイアスを生じる。この結 果、正の電源端子を負の電源端子の電圧以内にクランプすることになる。自動車 用回路の場合は、野外の腐食事態およびバッテリが逆に接続される時に、大きな 電流が生じ得る。集積回路、あるいは更にボンド・ワイヤは、バッテリのこのよ うな逆接続により、あるいは野外の腐食事態において完全に破損されることにな る。 他のタイプの集積回路もまた、電源の逆転により破損され得る。本発明は、こ のような回路にも容易に適用することができる。 従って、本発明の目的は、集積回路素子の保護的なバイアシングのための回路 構造を提供することである。 本発明の別の目的は、負の電圧が正の電源端子に印加される時、トランジスタ の分離を生じ、かつ不要なキャリヤの注入を防止する回路手段を提供することで ある。 本発明の更に他の目的は、集積回路素子を逆の電源接続から保護し、特に自動 車用回路をバッテリの逆接続から保護する回路手段を提供することである。 （発明の概要） 本発明の上記および他の目的は、エミッタが更に大きな正の電源電圧Ｖ＋に接 続されて回路素子を包囲するポケットをＶ＋電源に近づけるようバイアスする飽 和状態のｐｎｐトランジスタのコレクタ電圧を用いることにより達成される。電 源電圧が逆転されると、トランジスタのエミッタ−ベース接合は逆方向にバイア スされて、そのコレクタ−ベース接合を遮断させる。その結果、回路素子を包囲 するポケットがＶ＋電源から遮断された状態となる。従って、ｎ−タイプのポケ ットとｐ−タイプの接合の分離帯および基板間のｐ−ｎ接合は、順方向バイアス とならない。更に、ｎ−タイプのポケットにおけるｐ−タイプの拡散抵抗の場合 は、抵抗が負に駆動され得る。ポケットをバイアスするｐｎｐトランジスタもま た、飽和状態の間分離帯に対するキャリヤの漏洩に対処する別のコレクタが提供 され得る。 本発明の上記および他の目的、特徴および利点については、添付図面に関して 本発明の望ましい実施態様の以降の特定の記述によって明らかになるであろ う。 （図面の簡単な説明） 図１は、典型的な従来技術の集積回路において形成される典型的な薄膜抵抗の 断面斜視図、 図２は、典型的な従来技術の集積回路において形成される典型的な拡散抵抗の 断面斜視図、 図３は、本発明により用いられるラテラルｐｎｐトランジスタの断面斜視図、 図４は、抵抗の保護において用いられる本発明による回路例の概略図、 図５は、別の材料リングを内蔵するラテラルｐｎｐトランジスタの回路斜視図 、および 図６は、エピタキシャルＦＥＴのドレーンに接続された本発明による回路例の 概略図である。 （実施例） 本発明の一実施例について、次に図３乃至図６に関して詳細に記述することに する。各図における同じ参照番号は類似の構造を示している。 図３は、ｎ−タイプ領域１２、１４および２４により規定されるベースと、コ レクタ２６と、エミッタ２８とを有するラテラルｐｎｐトランジスタを示してい る。ｎ＋タイプの領域２４が、ベースに対するコネクタを提供する。 次に図４において、ｐｎｐトランジスタ４０が、図３に示したトランジスタを 略図的に示す。このトランジスタのエミッタ２８は、給電レール（ｓｕｐｐｌｙ ｒａｉｌ）３２に接続され、このレールが通常の動作において電源４２からＶ ＋電源電圧を受取る。抵抗３６が、ベース２４と給電レール３８との間に接続さ れ、このレールが通常の動作においてＶ−電源電圧を受取る。抵抗３６は、トラ ンジスタ４０を飽和状態にするドライブとして用いられる。トランジスタ４０の コレクタ２６は、回路素子（例えば、拡散抵抗４３）を包囲するポケットに接続 されて、このポケットを飽和電圧Ｖ_CESATでバイアスする。抵抗４３は、（図示 しない伝導線を介して）Ｖ＋給電レール３２と回路４５との間に接続されている 。 回路４５の詳細は、多数の回路が用いられるため、本論とは関係がない。抵抗４ ３が（図２に示される如く）ｐ−タイプの拡散抵抗であれば、これはポケットと 共にダイオード４６を形成する。図２に示される如き回路のｐ−タイプ基板１０ および分離拡散領域１６は、領域１２、１４および２０により規定されたポケッ トと共にダイオード４４を形成する。これらのｐ−タイプ領域１０および１６は 、通常はＶ−給電レール３８に接続され、ｐ−タイプ領域１０、１６とポケット （ｎ−タイプ領域１２、１４、２０）との間のｐ−ｎ接合が逆バイアスされるよ うにする。 電源電圧が例えば、自動車の回路において自動車用バッテリがその端子と不適 正に反対に接続されて逆転されると、比較的低い電位がレール３２に現れ、トラ ンジスタ４０のエミッタ−ベース接合は逆バイアス状態になって、そのコレクタ −ベース接合をオフにさせる。その結果、抵抗２２を包囲するポケットはレール ３２における電圧から遮断される。従って、ｎ−タイプのポケットとｐ−タイプ の分離帯１６と領域１０間のｐ−ｎ接合が順方向バイアスされず、これによりポ ケットを破損から保護する。更に、ｐ−タイプの抵抗２２は、レール３２に現れ る逆電圧によって破損することなく負に駆動され得る。 ｐｎｐトランジスタ４０（図４）が飽和状態で動作する故に、図３の矢印Ａで 示される如くｐ−タイプ基板１０および１６に対するキャリヤの漏洩によって望 ましくない電流が生じる。この望ましくない電流を除去するため、コレクタ２６ と同じタイプ（例えば、ｐ−タイプ）の材料のリング材３０（図５）が、コレク タ２６を包囲してキャリヤを遮蔽し、（図示しない伝導線などの）適当な相互接 続により、対応する電流をベース２４へ戻す。このような相互接続は、図６にノ ード３４として略図的に示される。リング材（ｒｉｎｇ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａ ｌ）３０によるキャリヤの遮蔽は、トランジスタのベース２４に対する駆動電流 を減衰させて、過大なエミッタ電流を最小限に抑える。このため、エミッタ電流 は、大半が駆動抵抗３６（図４）からの駆動電流、あるいは使用され得る他の電 流制限ドライブ、およびコレクタによって得られる何らかの負荷電流からなる。 リング材３０がなければ、大きな電流がエミッタ２８に引出されて、基板１０へ 送られることになる。過大なエミッタ電流が問題を生じなければ、リング材３０ がベースから遮断され、より低い電圧で他の回路を動作させる電流を提供するた め、あるいは単にｐｎｐコレクタが飽和状態にされる表示として使用される。 次に図６において、ｐｎｐトランジスタ４０はまた、先に述べた遮断機能以外 の機能を提供するためにも用いられる。ｐｎｐトランジスタ４０を「オン」状態 にバイアスするため用いられるバイアス電流もまた、回路内部で用いることがで きる。更に、遮断特性は、ＦＥＴ４８および（または）制御回路５０の如き他の 構造を保護するために用いることができる。図６においては、図１の抵抗３６は 、制御回路５０と直列にエピタキシャルＦＥＴ４８により置換されている。始動 あるいは他の目的のため使用されるエピタキシャルＦＥＴのドレーンは、逆方向 の遷移により基板に対して順方向にバイアスされるため、電源電圧Ｖ＋と直接に 接続することができない。エピタキシャルＦＥＴ４８をｐｎｐトランジスタ４０ と組合わせることにより、遮断特性がエピタキシャルＦＥＴ４８を保護する間、 始動電流はｐｎｐトランジスタ４０をバイアスすることが許容される。制御回路 ５０は、正の端子に現れる逆電圧によっては間され得る回路でもよい。 本文に例示としてのみ述べた本発明のこれまでの記述が単に例示であることを 意図することを理解すべきである。当業者には、本発明の趣旨から逸脱すること なく他の多くの実施例、修正例および相当例が明らかであろう。例えば、本発明 の代替的実施例は、ｐｎｐタイプのトランジスタ１０の代わりにｎｐｎトランジ スタを内蔵してもよく、また負の電源端子に跨がる正の電圧の発生時に集積回路 を保護するためこれを負の電源電圧Ｖ−に接続することもできる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年３月７日 【補正内容】 １９９４年３月７日付３４条補正 英文明細書第４頁第１行から第４頁第３４行迄 （翻訳文明細書第２頁第２８行から第３頁第１８行迄） （中略）この結果、正の電源端子の負の電源端子の電圧以内にクランプすること になる。自動車用回路の場合は、野外の腐食事態およびバッテリが逆に接続され る時に、大きな電流が生じ得る。集積回路、あるいは更にボンド・ワイヤは、バ ッテリのこのような逆接続により、あるいは野外の腐食事態において完全に破壊 されることになる。 米国特許第３，８２９，７０９号は、正の電源電圧をｎ−タイプのポケットに おける抵抗に接続するためラテラルｐｎｐトランジスタを用いる電源逆転保護回 路を開示している。このトランジスタのベースは、ｎｐｎトランジスタのコレク タに接続され、更にエミッタが共通に接続されている。Ｍａｉｇｒｅｔは、この ｐｎｐトランジスタが通常の飽和状態下で動作させられる時に生じる問題を確認 していない。 他のタイプの集積回路もまた、電源の逆転により破壊され得る。本発明は、こ のような回路にも容易に適用することができる。 従って、本発明の目的は、集積回路素子の保護的なバイアシングのための回路 構造を提供することである。 本発明の別の目的は、負の電圧が正の電源端子に印加される時、トランジスタ の分離を生じ、かつ不要なキャリヤの注入を防止する回路手段を提供することで ある。 本発明の更に他の目的は、集積回路素子を逆の電源接続から保護し、特に自動 車用回路をバッテリの逆接続から保護する回路手段を提供することである。 （発明の概要） 本発明の上記および他の目的は、（中略）飽和状態のｐｎｐトランジスタのコ レクタ電圧を用いることにより達成される。 英文明細書第９頁第１行から第９頁第２８行迄 （翻訳文明細書第６頁第４行から第６頁第２１行迄） 次に図６において、ｐｎｐトランジスタ４０はまた、先に述べた遮断機能以外 の機能を提供するためにも用いられる。ｐｎｐトランジスタ４０を「オン」状態 にバイアスするため用いられるバイアス電流もまた、回路内部で用いることがで きる。更に、遮断特性は、ＦＥＴ４８および（または）制御回路５０の如き他の 構造を保護するために用いることができる。図６においては、図１の抵抗３６は 、制御回路５０と直列にエピタキシャルＦＥＴ４８により置換されている。始動 あるいは他の目的のため使用されるエピタキシャルＦＥＴのドレーンは、逆方向 の遷移により基板に対して順方向にバイアスされるため、電源電圧Ｖ＋と直接に 接続することができない。エピタキシャルＦＥＴ４８をｐｎｐトランジスタ４０ と組合わせることにより、遮断特性がエピタキシャルＦＥＴ４８を保護する間、 始動電流はｐｎｐトランジスタ４０をバイアスすることが許容される。制御回路 ５０は、正の端子に現れる逆電圧によっては間され得る回路でもよい。 本文に例示としてのみ述べた本発明のこれまでの記述が単に例示であることを 意図することを理解すべきである。当業者には、本発明の趣旨から逸脱すること なく他の多くの実施例、修正例および相当例が明らかであろう。例えば、本発明 の代替的実施例は、ｐｎｐタイプのトランジスタ１０の代わりにｎｐｎトランジ スタを内蔵してもよく、また負の電源端子に跨がる正の電圧の発生から集積回路 を保護するためこれを負の電源電圧Ｖ−に接続することもできる。 英文明細書第１０頁第１行から第１２頁第１０行迄 （翻訳文明細書第７頁第１行から第８頁第２２行迄） １．第１のタイプの半導体材料から形成された基板１０、１４と、該基板１０上 に形成されかつ第２のタイプの半導体材料から作られたベース２４と、それぞれ 前記ベースに形成されかつ第１のタイプの半導体材料から作られたコレクタ２６ とエミッタ２８とを有するトランジスタ４０において、 前記ベース２４に形成され、前記コレクタ２６を包囲し、前記トランジスタが 飽和した時に該コレクタ２６から前記トランジスタのベース２４へ再注入される キャリヤを集めるための、前記第１のタイプの半導体材料から作られたリング３ を含む トランジスタ。 ２．前記リング３０が前記ベースに対する駆動電流を制御するよう接続される請 求の範囲第１項記載のトランジスタ４０。 ３．その間予め定めた極性の電源電圧を受取る第１および第２の手段を持つ回路 素子の保護的バイアシングのための回路において使用されて、該電源電圧が第１ および第２の端子で与えられるトランジスタ４０において、 前記第２の受取る手段が第２の端子３８に接続され、 前記トランジスタの基板１０、１６が第１の端子３２に接続され、 前記エミッタ２８が第１の端子３２に接続され、 前記コレクタ２６が前記第１の受取る手段に接続され、 前記ベース２４が、前記第２の端子３８に接続され、 前記リング３０が前記ベース２４に対する駆動電流を制御するよう接続される 請求の範囲第１項記載のトランジスタ４０。 ４．前記リング３０が前記ベース２４に直接に接続される請求の範囲第２項また は第３項に記載のトランジスタ。 ５．前記回路素子が、第１のタイプの半導体材料の基板１０、１６上に形成され た第２のタイプの半導体材料のポケット１２、１４に形成された集積回路素子で あり、これにより接合が前記ポケットと前記基板との間に形成され、前記コレク タ２６が前記ポケットに接続されるトランジスタ。 ５．前記回路素子が、前記第１のタイプの半導体材料の基板１０、１４上に形成 された第２のタイプの半導体材料のポケット１２、１４に形成された集積回路素 子であり、これにより接合が前記ポケットと前記基板との間に形成され、前記コ レクタ２６が前記ポケットに接続される請求の範囲第３項記載のトランジスタ。 ６．前記集積回路素子が前記ポケット上に形成された薄膜抵抗である請求の範囲 第５項記載のトランジスタ。 ７．前記集積回路素子が前記ポケットに拡散された抵抗である請求の範囲第５項 記載のトランジスタ。 ８．前記ベースが、バイアス手段を介して第２の端子に接続されて前記トランジ スタを飽和状態にさせる請求の範囲第３項記載のトランジスタ。 ９．前記バイアス手段が、ソースと、前記基板に接続されたゲートと、前記トラ ンジスタのベースに接続されたドレーンとを持つ電界効果トランジスタを含み、 始動電流が前記トランジスタをバイアスし、前記電界効果トランジスタが電源電 圧の逆転と同時に遮断される請求の範囲第８項記載のトランジスタ。 10．前記トランジスタがｐｎｐトランジスタであり、前記電源電圧が正の電源電 圧である請求の範囲第３項記載のトランジスタ。 11．前記トランジスタがｎｐｎトランジスタであり、前記電源電圧が負の電圧で ある請求の範囲第３項記載のトランジスタ。 11．前記バイアス手段が、ソースと、前記基板に接続されたゲートと、前記トラ ンジスタのベースに接続されたドレーンとを持つ電界効果トランジスタを含み、 始動電流が該トランジスタをバイアスし、前記電界効果トランジスタが電源電圧 の逆転と同時に遮断される請求の範囲第３項記載の回路構造。 12．前記集積回路素子が自動車用回路素子であり、前記電源電圧が自動車用バッ テリにより供給される請求の範囲第３項記載のトランジスタ。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０１Ｌ 23/522 23/556 23/60 23/62 27/06 29/73 9355−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 27/06 １０１ Ｐ 7608−4Ｍ 29/72

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１の半導体タイプの材料の基板に形成された集積回路素子のバイアシング を保護する回路構造において、 予め定めた極性の電源電圧をその間で受取るためのソース接続された第１およ び第２の手段を備え、 前記第１の受取るための手段に接続されている基板と、、 該基板に形成されてその間に接合を形成する第２の半導体タイプの材料のポケ ットと、 前記ポケット内に形成された回路素子と、 前記ソースが前記第１および第２の受取るための手段に接続されて、その間の 極性が予め定めた極性と逆となる場合に、前記基板と前記ポケットとの間の接合 を順方向バイアスされないように保護する手段を備え、該保護手段が、前記ソー スが前記第１および第２の受取るための手段に接続されて予め定めた極性を生じ る場合に前記第２の受取るための手段と前記ポケットとの間の電圧降下がダイオ ードの順方向バイアス電圧より小さくなるように前記ポケットを前記第２の受取 るための手段に接続する手段を含む 回路構造。 ２．前記接続手段が、前記第２の受取るための手段に接続されたエミッタと、コ レクタと、ベースとを有するトランジスタと、 前記ベースを前記第１の受取るための手段に接続する手段とを含み、 前記第１および第２の受取るための手段間の極性が予め定めた極性と反対とな るように前記ソースが接続される時、前記トランジスタのコレクタ−ベース接合 がオフとなり、前記ポケットを前記第２の収受手段から電気的に遮断する請求の 範囲第１項記載の回路構造。 ３．前記トランジスタのベースを接続する前記手段が、該トランジスタを飽和状 態にさせるバイアス手段を含む請求の範囲第１項記載の回路構造。 ４．前記バイアス手段が、ソースと、前記基板に接続されたゲートと、トランジ スタのベースに接続されたドレーンとを持つ電界効果トランジスタを含み、始動 電流が該トランジスタをバイアスするように、かつ該電界効果トランジスタが電 源電圧の逆転と同時に遮断されるようにする請求の範囲第３項記載の回路構造。 ５．前記第１の回路素子が抵抗であり、抵抗−ポケット接合が、電源電圧が逆転 する時に前記保護手段によって逆バイアスされる請求の範囲第２項記載の回路構 造。 ６．前記ポケットがｎ−タイプのポケットであり、前記抵抗がｐ−タイプの抵抗 である請求の範囲第５項記載の回路構造。 ７．前記コレクタが飽和状態にある時、該コレクタからのキャリヤを前記トラン ジスタのベースに対して再注入する手段を更に備える請求の範囲第２項記載の回 路構造。 ８．前記再注入手段が、前記トランジスタのベースに前記キャリヤを戻すため前 記コレクタを包囲する前記第１の半導体タイプの材料のリングである請求の範囲 第７項記載の回路構造。 ９．前記トランジスタがｐｎｐトランジスタであり、前記電源電圧が正の電源電 圧である請求の範囲第２項記載の回路構造。 10．前記トランジスタがｎｐｎトランジスタであり、前記電源電圧が負の電圧で ある請求の範囲第２項記載の回路構造。 11．前記集積回路素子が自動車用回路素子であり、前記電源電圧が自動車用バッ テリにより供給される請求の範囲第２項記載の回路構造。