JPH11312789A - 保護構造 - Google Patents

保護構造

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JPH11312789A
JPH11312789A JP7139499A JP7139499A JPH11312789A JP H11312789 A JPH11312789 A JP H11312789A JP 7139499 A JP7139499 A JP 7139499A JP 7139499 A JP7139499 A JP 7139499A JP H11312789 A JPH11312789 A JP H11312789A
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JP
Japan
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circuit
potential
region
regions
protection structure
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JP7139499A
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English (en)
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Lotz Thierry
ロッツ ティエリー
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EM Microelectronic Marin SA
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EM Microelectronic Marin SA
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路を静電放電から保護するための構造の実
現。 【解決手段】 特に静電放電に対して保護すべき回路(1
6)の外部端子(A) に接続された保護構造は、第1の伝導
タイプを有する3つの拡散領域(34 ,35,36) によって
形成され、3つの拡散領域(34 ,35,36) は、第2の伝
導タイプを有するウェル領域(32)に形成され、ウェル領
域(32)は、第1の伝導タイプの半導体基板(30)に形成さ
れ、3つの拡散領域(34 ,35,36) のうちの2つの拡散
領域(34 ,36) は、リファレンス電位(Vss) に接続さ
れ、他の拡散領域(35)は、外部端子に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回路を静電放電か
ら保護するための構造に関する。本発明はまた、そのよ
うな基板に接続された回路の外部端子において、回路に
供給される電源電位よりも大きく、この回路の接地電位
よりも小さい電位の印加を可能にする集積回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】静電放電は、これにさらされる集積回路
において永続的な劣化を引き起こすということは周知で
ある。この現象は幅広く研究されており、数多くの集積
構造が、このような放電から当該回路を保護するために
作られている。このような保護を達成するための最も有
効な構造の1つは、SCR(silicon controlled rect
ifier:シリコン制御整流器)と一般に呼ばれている。
【0003】米国特許US 5,400,202は、SCR構造を有
する静電放電保護回路を開示している。本願の図1及び
2はそれぞれ、この回路の回路図及び、この回路が形成
されている半導体基板の断面図を示す。本質的には、参
照番号1によって示される回路は、PNP形のバイポー
ラトランジスタ12とNPN形のバイポーラトランジスタ
14とによって形成されるSCR構造10を有する。
【0004】トランジスタ12及び14は、保護されるべき
集積回路16のボンディングパッド15とこの回路のグラン
ドとの間にわたって結合される。より正確には、トラン
ジスタ12のエミッタ端子は、ボンディングパッド15に接
続され、かつトランジスタ14のコレクタ端子に抵抗Rw
を介して接続され、トランジスタ14のエミッタ端子はグ
ランドに接続され、トランジスタ12のコレクタは抵抗R
sを介してグランドに接続される。
【0005】図2に示されるように、トランジスタ12は
N形の伝導性を有するウェル領域において形成される
が、この領域は参照符号「NWELL」によって示さ
れ、また、トランジスタ14はP- 形の伝導性を有する基
板に形成されるが、この基板は参照符号「p−sub」
によって示される。NWELL領域の抵抗及び、SCR
構造10が全体として形成される基板は、それぞれ抵抗R
w及びRsと対応している。
【0006】回路1はNチャネル電界効果トランジスタ
18を更に有し、SCR構造10のトリガ電圧をトランジス
タ18の降伏電圧に等しい値に低減する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この保護回路1の欠点
の1つは、静電放電の後、トランジスタ18をトリガする
ことができず、それは前で引用した米国特許US 5,400,2
02でより詳細に述べられているように、このような放電
によって誘導される過電圧に対する耐性の良好なレベル
を保証しないということにある。
【0008】この欠点を克服するために、この米国特許
は別の保護構造(protective structure)を説明してい
る。しかし、これらの構造は、半導体工業における合理
化、空間要件及びコストに関する通常の関心事に十分な
答えを出しているわけではない。図1及び2を参照して
説明したような保護構造の別の欠点は、この構造によっ
て保護される回路の電源電位より大きい電位の印加も、
この回路の接地電位よりも小さい電位の印加もこの構造
ではできないということにある。
【0009】更に本発明の出願人は、この欠点によっ
て、例えばアクティブなトランスポンダにおいて、保護
構造を実現することができないことを観測している。簡
単には、トランスポンダは、データ処理手段と、例えば
識別データを含む無線電気信号信号を受信しかつその逆
に、処理手段に提供される電気信号の形式でこのような
データに応答して提供するために構成されるコイル又は
アンテナと、を有する装置であることが想起されるであ
ろう。
【0010】電流トランスポンダは、データ処理手段に
提供される電源電位とトランスポンダの接地電位との間
に含まれる通常の動作範囲を超えるコイル電位に誘導す
る無線電気信号を受信することができる。本発明の目的
の1つは、保護されるべき回路の外部端子に接続するこ
とができる、静電誘導に対する保護構造を提供すること
であり、この構造により、上述の困難及び欠点を克服す
る。
【0011】本発明の別の目的は、前述の回路の電源電
位よりも大きい電位と、回路の接地電位よりも小さい電
位とを前述の外部端子に印加することができるタイプの
保護構造を提供することである。本発明の別の目的は、
半導体工業における合理化、空間要件及びコストに関す
る通常の関心事を満足するタイプの保護構造を提供する
ことである。
【0012】
【課題を解決するための手段】これらの目的その他は請
求項1による保護構造によって達成される。その他に、
本発明の目的及び特徴は、添付された図面を参照して、
単に例として与えられる本発明の好適な実施例の詳細な
説明を読むことによってより明確になるであろう。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明による保護構造は、外部端
子が当該回路の接地に関する端子に存在する電位の異常
な増加を引き起こす障害の場所であり得るようなあらゆ
る回路に対して接続できる。以下の説明では、参照符号
Aは外部端子を示し、参照符号Vddは当該回路に提供
される電源電位を示し、参照符号Vssは当該回路の接
地電位を示す。
【0014】図3は本発明による、シリコン基板30に形
成された保護構造20の断面図を示す。この例としてだけ
であるが、基板30はP- 形の伝導性を有する。基板30で
は、N形の伝導性のウェル領域32が形成される。P+
の伝導性を有する3つの拡散領域34,35,36はウェル領
域32に形成され、P+ 形の伝導性を有する2つの拡散領
域37,38は基板30に形成される。
【0015】領域34,35,36,37,38は次のように接続
される。領域34及び37は、電位Vssを受信するために
互いに接続され、手段16のグランドに接続される。同様
に、領域36及び38は、互いに接続され、手段16のグラン
ドに接続される。領域35は外部端子Aに接続される。当
業者は、保護構造20が公知のステップを有する集積回路
製造プロセスにより作ることができることに注目するで
あろう。それゆえ構造20の製造方法は、半導体製品製造
分野の知識を有する当業者にとっては明らかであると思
われる。それゆえ、直接得られる製品が図3に示される
タイプの構造であるこのタイプの方法は本明細書では詳
細には説明しない。
【0016】当業者は、N- + 接合は領域34〜36と領
域32との間にオーム接触を形成しないので、ウェル領域
32はどの電位にも接続されないことにも注目するであろ
う。換言すれば、ウェル領域32はフローティングのウェ
ルとして構成される。当業者は、領域34及び35と、領域
34及び35によって定められるウェル領域32の領域32a と
が、参照符号41によって下文で示される第1のPNP形
バイポーラトランジスタを形成していることにも注目す
るであろう。同様に、領域34及び35と、領域35及び36に
よって定められるウェル領域32の領域32b とが、参照符
号42によって下文で示される第2のPNP形バイポーラ
トランジスタを形成している。
【0017】保護構造20の動作を、図4及び5を参照し
て説明する。図3を参照して既に前で説明され上記のよ
うな参照符号によって示される要素は例示を用いて言及
されているが、その要素は図4及び5に示される同じ要
素を示すということは言うまでもない。図4は、外部端
子Aにおいて印加される電位の極性の機能として、保護
構造20の等価回路図を示す。以下の説明においては、参
照符号VAは外部端子Aに印加される電位を示し、参照
符号IAはその端子に存在する電流強度を示す。図5は
電位VAと強度IAとの関係を例示する曲線50を示す。
【0018】電位VAが電位Vssよりも大きい場合に
ついて考える。この場合、ウェル領域32の電位は、電位
VAがしきい値+Vbdよりも小さい限りは実質的に電
位VAに等しい。それゆえに、領域32と領域36とのN+
- 接合のように、領域32と領域34とのN+ - 接合は
逆バイアスを有する。その結果、図5に示されるよう
に、電位VAが電位Vssとしきい値+Vbdとの間に
含まれるとき、強度IAはゼロである。
【0019】しきい値+Vbdは、領域34〜36とウェル
領域32との間のP+ - 接合の降伏電圧のしきい値を表
すことに注意する。単に例示を用いることによれば、有
益な半導体製品製造方法に対して、しきい値電圧Vbd
はおおよそ16ボルトであり得る。電位VAがしきい値
電圧+Vbdより大きくなるとき、上記のP+ - 接合
において降伏が生じる。このように極性が与えられた領
域35とウェル領域32とのP + - 接合は順方向にバイア
スされたダイオードに対応する。このように極性が与え
られた領域34とウェル領域32とのP+ - 接合は逆方向
にバイアスされたダイオードに対応する。同様に、この
ように極性が与えられた領域36とウェル領域32とのP+
- 接合は逆方向にバイアスされたダイオードに対応す
る。ウェル領域32はもはやフローティングのウェルでは
なく、領域34及び36の電位はしきい値+Vbdに固定さ
れる。
【0020】換言すれば、電位VAはしきい値+Vbd
よりも大きくなるとき、バイポーラ効果は現われ、図5
に示されるように強度IAは劇的に増加する。そして、
保護構造20は、図4(a) に示され、後で説明するように
接続されるバイポーラトランジスタ41及び42に電気的に
等しい。領域35はトランジスタ41及び42のエミッタを構
成し、領域34及び36はそれぞれその2つのトランジスタ
のコレクタを構成する。領域32a 及び32b はそれぞれト
ランジスタ41及び42のベースを構成する。トランジスタ
41及び42のベースは電気抵抗44を介して互いに接続され
るが、電気抵抗44は、領域32a と領域32b との間の、領
域32における抵抗性のある経路に対応する。
【0021】次に、電位VAが電気Vssよりも小さい
場合について考える。状態は前述したものと同じであ
る。電位VAが、電位Vssと、しきい値+Vbdの正
反対に等しいしきい値−Vbdとの間に含まれるとき、
強度IAはゼロである。電位VAがしきい値ーVbdよ
りも小さいとき、保護構造20は図4(b)に示され、以下
で説明されるように接続されるバイポーラトランジスタ
41及び42に電気的に等しい。
【0022】領域35はトランジスタ41及び42のコレクタ
を構成し、領域34及び36はそれぞれこれら2つのトラン
ジスタのエミッタを構成し、領域32a 及び32b はそれぞ
れトランジスタ41及び42のベースを構成する。当業者
は、保護構造20によって保護される回路の外部端子A
の、電位VAと強度IAとの間の特徴的な特性は、上述
のタイプの従来の保護構造に対して特に2つの利点を達
成することを注目するであろう。
【0023】実際には、例えば保護された回路の外部端
子において、有害な放電の存在により、この回路に対す
る高い強度の電流の供給を含まず、通常の動作範囲を超
えるような過電圧に対する保護の機能を形成する。さら
に、本発明による保護構造の動作によって、(一般にお
およそ+5Vである)供給電位より大きい、又は回路の
接地電位よりも小さい電位で動作しなければならない回
路に適用する場合にこの構造を実現できる。
【0024】当業者は、本発明による保護構造が、半導
体製品工業における従来の製造プロセスのステップによ
って作ることができることに注目するであろう。当業者
は、本発明による保護構造が、簡単であり、コンパクト
であり、それゆえ高価ではないことに注目するであろ
う。当業者が、前述の詳細な説明について、本発明の範
囲を逸脱することなく様々に修正されることができるこ
とはいうまでもない。例を用いて、本発明の構造は、図
3〜5において説明される基板の伝導タイプの逆の伝導
タイプを有するシリコン基板に作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術による、保護されるべき回路に接続さ
れた保護構造の回路図である。
【図2】図1の構造が形成される半導体の断面図であ
る。
【図3】本発明による保護構造が構成された半導体基板
の断面図である。
【図4】図3の保護構造の等価回路図である。
【図5】図3の構造によって保護される回路の外部端子
に関する2つの電気的な変数の関係を例示する曲線を示
す図である。
【符号の説明】
10…SCR構造 12,41,42…PNP形バイポーラトランジスタ 14…NPN形のバイポーラトランジスタ 15…ボンディングパッド 16…集積回路 18…Nチャネル電界効果トランジスタ 20…保護構造 30…半導体基板 32…ウェル領域 34,35,36,37,38…拡散領域 44…電気抵抗

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 特に静電放電に対して保護すべき回路(1
    6)の外部端子(A) に接続された保護構造であって、該保
    護構造は、第1の伝導タイプを有する3つの拡散領域(3
    4 ,35,36) によって形成され、3つの前記拡散領域(3
    4 ,35,36)は第2の伝導タイプを有するウェル領域(3
    2)に形成され、前記ウェル領域(32)は前記第1の伝導
    タイプの半導体基板(30)に形成され、3つの前記拡散領
    域のうちの2つの前記拡散領域(34 ,36) は、リファレ
    ンス電位(Vss) に接続され、他の前記拡散領域(35)は、
    前記外部端子(A)に接続されることを特徴とする保護
    構造。
  2. 【請求項2】 集積された前記回路(16)は送受信機のア
    ンテナに接続されたトランスポンダであり、前記外部端
    子(A) は前記アンテナの端子の1つに接続されて前記ト
    ランスポンダが前記保護構造によって保護される請求項
    1に記載の保護構造。
  3. 【請求項3】 前記保護構造及び集積された前記回路(1
    6)は前記半導体基板(30)においてモノリシック手法で形
    成される請求項1に記載の保護構造。
JP7139499A 1998-03-18 1999-03-17 保護構造 Pending JPH11312789A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002057286A (ja) * 2000-08-08 2002-02-22 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP2019006108A (ja) * 2017-06-28 2019-01-17 キヤノン株式会社 記録装置、及び記録ヘッド基板
WO2022050040A1 (ja) * 2020-09-01 2022-03-10 オムロン株式会社 過電流保護回路及びスイッチング回路

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TW441068B (en) 2001-06-16

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