JPS5823949B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS5823949B2
JPS5823949B2 JP50087917A JP8791775A JPS5823949B2 JP S5823949 B2 JPS5823949 B2 JP S5823949B2 JP 50087917 A JP50087917 A JP 50087917A JP 8791775 A JP8791775 A JP 8791775A JP S5823949 B2 JPS5823949 B2 JP S5823949B2
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Japan
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transistor
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transistors
integrated circuit
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JP50087917A
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JPS5211884A (en
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和雄 佐藤
三彦 上野
八十二 鈴木
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Priority to US05/911,164 priority patent/US4209713A/en
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/80Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs
    • H10D84/82Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components
    • H10D84/83Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of at least one component covered by groups H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integration of IGFETs of only field-effect components of only insulated-gate FETs [IGFET]
    • H10D84/85Complementary IGFETs, e.g. CMOS
    • H10D84/854Complementary IGFETs, e.g. CMOS comprising arrangements for preventing bipolar actions between the different IGFET regions, e.g. arrangements for latchup prevention

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は相補型電界効果トランジスタ(以下CMO8と
略称する)に寄生したバイポーラトランジスタによる難
点を除去した半導体集積回路装置に関するものである。
従来からCMO8で構成した回路は種々知られているが
、その代表例として第1図に示したCMOSインパーク
回路により以下説明する。
このインパーク回路はPチャンネル型MO8I−ランジ
スクQ1とNチャンネル型MO8I−ランジスタQ2と
で構成され、トランジスタQ1のソース電極はIE電源
VDDに接続するほか、トランジスタQ1のドレイン電
極はトランジスタQ2のドレイン電極と共通に接続して
出力端OUTに結び、トランジスタQ2のソース電極は
負電源VSSに結ぶ。
またトランジスタQ1及びQ2のゲート電極は共に入力
端INに接続してインバータを構成する。
この回路を半導体ウェハに完成したものの断面図が第2
図である。
この例では、I X 1015a t oms/crA
位の濃度をもつN型基板1に2X 1.016atom
s/Cr1L程度の濃度のP型不純物を有したいわゆる
P−we I 1層2を形成し、この層2外のN型基板
にPチャネルMOSトランジスタとなるP型頭域3゜4
を例えば濃度が1019atoms/ffl程度となる
ように拡散形成する。
一方、P −we I 1層2内にもNチャネルMOS
トランジスタのストッパとなるP型頭域を、更にP−w
el1層にはNチャネルMOSトランジスタとなるN型
領域5,6をN型不純物を1020atoms/i程度
拡散して形成する。
その後MO8)ランジスタのゲートとなる位置に約15
00人の薄い珪素酸化膜を設け、必要部分を開孔し、A
1等の導電体で回路結線する。
必要ならば基板上に保護膜も設けてCMO8の半導体素
子が得られる。
この工程は概略でありかつ一例を示した。前記ストッパ
は各MOSトランジスタのサブストレート電極のバイア
ス接続に用いられ実際には電源VDDまたはVSSに接
続されるが、このストッパはなくでもよい。
このような構造をもつCMO8回路は、N、Pチャネル
MOSトランジスタのしきい値電圧vthが逆極性を有
するため、入力電圧に対してそれぞれ全く逆く動作を行
ない、その動作パワーは非常に小さいものである。
例えば電源VDDに+5■、電源VSSを接地GNDと
した場合、入力INに+5■が供給されれば、トランジ
スタQ2は導通し、トランジスタQ1は非導通し、電源
VDD vss間に直流電流が全く流れない。
逆に入力INに零Vが供給されれば、トランジスタQ2
は非導通となり、トランジスタQ1は導通となり、同様
に電源VDD vss間に直流電流が流れないことにな
る。
それゆえCMO8回路は一般に動作消費電力が殆んどな
く、入力情報のパルス過渡領域においてトランジスタQ
、、Q2が共に導通し、瞬時の過渡電流が流れることと
、PN接合に起るリーフ電流及び出力にある負荷容量を
充放電するための電流が流れるに過ぎない。
従って一般にCMO8回路のパワー極少といえる。
しかしこのようなCMO8回路系にあっては、出力或は
入力にインパルス的にノイズが加わった時に電源VDD
vss間に直流の大電流(数十mA〜数百mA)が流
れ、そのノイズを取り除いても、定常的に大電流が保持
し続ける現象が起った。
このインパルスの極性には正、負があり、この現象を解
除するには電源VDDをある一定電圧以下に下げるか、
回路系の電源を切らねばならなかった。
本発明は上記の欠点を除去した新規な半導体集積回路装
置を提供するものである。
即本発明はCMO8構造にあっては、第3図に示したサ
イリスタ回路が構成されることを見出した事実をもとに
完成したものである。
第2図は前記サイリスク回路が第1図のCMOSインバ
ータ回路でどのように形成されるかということも示し、
第3図がその等価回路図であるが、これは複数の寄生バ
イホープトランジスタからなり、サイリスク動作が一度
生じるとパワーは膨大になることが多く、また熱的破壊
をひき起して信頼性低下の原因ともなる。
上記サイリスク回路を第3図により説明するとN型半導
体基板1に形成されたP’−we l l領域2には、
基板1の厚さ方向に沿って寄生バイポーラトランジスタ
Tr2 、 Tr4が、またP−we l l領域外の
基板1にはこの厚さ方向に直交する方向に寄生トランジ
スタTr1 、 Tr3が形成されるほか、P−wel
l領域2及び基板1の保有する抵抗RpWe11.RN
8ub1゜RNsub2が形成される。
そして第3図の一点鎖線矢印で示すように、出力OUT
に正のインパルスノイズが加わると、α3×■inの電
流がRpwe 11領域をバイパスして流れ、その電圧
降下がVBE2になった時トランジスタTr2のベース
に電流が流れる。
■b2−=α3■1訂旦pwe l l > 7″be
2 )・・・・・・・・・・・・(1)IC2−β2I
2−β2α311n ・・・・・・・・・・・
・(2)ただし、■b2.■o2はトランジスタTr2
のベース、コレクタ電流、α1.α2.α3.α4はト
ランジスタαI Trl + Tr2 + Tr3+ Tr4の電流増巾
率、β1−1−tl。
α2 篤−1−−へ、■1nはインパルスノイズである。
同様に■。
2がドライブ電流となってRNsub2間の電圧降下が
VBElになった時トランジスタT r 1のベース電
流が流れて導通状態になる。
■b1−IC2(RNsub≧rbet) ’・・
・・・・・・・・・(3)■c1−β1■b1−βAa
3Ii H・・・・・・・・・・・・(4)次の外部か
らのノイズが取り除かれても電源VDD−■Φ間即ちT
rl + Tr2間で電流が保持されるためには、 ■b2≦■C1・・・・・・・・・・・・(5)の条件
が満足されていればよい。
即ちα3■in<β1β2α3■in ;+ ’≦β1
β2・・・・・・・・・(6)また1くβ1β2の条件
が成立した時、ループ回路のサイクルのベース電流1′
より次の1サイクルのベース電流f!b2が大きくな
るので、サイクルを繰返すことによって系を流れる電流
は増加することになるが、無限に発散するわけではない
βの電流依存性により電流が増加すると、βmaxを境
にしてβが減少し始め、定常状態において前述のような
異常電流としては次の2条件を同時に満すところで落ち
つくものと考えられる。
■b2(n−1)−■b2(n)、β(n) ・A(n
) > まただし■b2(n)は安定保持される時の電
流で、この場合n回目のループ電流で安定すると考える
また先にトランジスタの寸法の大小が前記異常電流が流
れる現象の起りやすさについての主要因ではないが、上
式をもとに考察する。
トランジスタの寸法(正確にはドレイン面積)の大小を
バラメークとした電流増巾率を測定したところ、異常電
流が収斂した際の電流値とトランジスタ寸法の大小とは
相関があり、大きなドレイン面積を持ったトランジスタ
はど異常電流が犬となり、逆に小さいトランジスタはそ
の値が小さくなる。
また出力OUTに点線矢印で示す負のノイズが加わった
場合でも、正のノイズと同様に ■b1)α4■in(RNsub〉rbet) ・・
・・・・・・・・・・(力’C1−β、■b1−β1α
4■in ■b2−■。
1(Rowell)rbe2)IC2−β2Ib2−β
□β2α4■in系の電流が保持するための条件として
は ■b1≦IC2””≦β1β2 ・・・・・・・・・
・・・(8)となる。
しかして本発明では、0MO8構造のPチャネルMO8
I−ランリスク、NチャネルMOSトランジスタでイン
バータ回路を構成する拡散層に出力部から順方向電流が
流れ込むのを極力遮けて異常型。
流が生じるのを防止すべく、上記0MO8構造の出力部
または入力部に保護抵抗を設けたものである。
以下本発明の詳細な説明する。
即ち第4図に示す如<0M08回路の出力部OUTに例
えば15にΩの抵抗値を有する保護抵抗21を介挿する
の、である。
このような回路構成にすれば、出力部OUTから正また
は負のノイズが供給されても、抵抗21が、ノイズによ
るインパルス的電流を、第3図の寄生サイリスクが異常
電流の通電を開始するのに必要な電流■La以下おさえ
る役割をし1、従って寄生サイリスクの異常電流を防止
できるものである。
また0M08回路の入力部には、ゲート破壊を防止する
ため、第5図に示す如くダイオードD51D6を入れる
ことがある。
これを集積回路構造で示すと第6図のようになる。
このダイオードD5゜D6 は図示の如く寄生バイポー
ラトランジスタTr’3 、 Tr4をも形成すること
になる。
このトランジスタは第3図の寄生バイポーラトランジス
タT r3 + T r4に相当するから、異常電流の
原因になる。
従って第6図のような構成の場合には入力部INに、出
力部に設けた場合と対応して保護抵抗(例えば数にΩ)
21を設ければ、入力部INへのノイズ電流は前記異常
電流の通電開始に必要な■La以下におさえることがで
き、異常電流が防止できるものである。
なお、以上の説明ではCMOSインパークを例にとって
説明したが、これのみに限られず寄生サイリスクが生じ
るCMO8集積回路全般に応用できる等、本発明は種々
の変形が可能である。
以上説明した如く、本発明によれば、0M08回路に寄
生して生じる異常電流を防止できるから、電力消費が異
常にならず、熱的破壊も防止でき、信頼性の向上した半
導体集積回路装置が提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はCMOSインバータ回路図、第2図はCMOS
インバータの断面構成図、第3図は同インバータの寄生
サイリスク部を示す等価回路図、第4図は本発明の一実
施例を示す回路図、第5図は本発明の他の実施例を示す
回路図、第6図は同ダイオード部の断面構成図である。 Ql・・・・・・Pチャネル型MOSトランジスタ、Q
2・・・・・・Nチャネル型MOSトランジスタ、IN
・・・・・・入力部、OUT・・・・・・出力部、D5
.D6・・・・・・ゲ゛−ト破壊防止用ダイオード、2
1・・・・・・保護抵抗。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導体基体上に形成される異なったチャネルのMO
    8I−ランジスクを直列接続してなる相補MO8回路と
    、上記基体上に形成され上記両MOSトランジスタのゲ
    ートとそれぞれのソースとの間に逆方向に挿入され、か
    つそれぞれ寄生バイポーラトランジスタが形成されるよ
    うに構成された一対のゲート破壊防止用保護ダイオード
    と、上記回路の入力部に介挿された異常電流防止用抵抗
    とを具備したことを特徴とする半導体集積回路装置。
JP50087917A 1975-07-18 1975-07-18 半導体集積回路装置 Expired JPS5823949B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP50087917A JPS5823949B2 (ja) 1975-07-18 1975-07-18 半導体集積回路装置
GB29762/76A GB1558606A (en) 1975-07-18 1976-07-16 Semiconductor integrated circuit device
US05/911,164 US4209713A (en) 1975-07-18 1978-05-31 Semiconductor integrated circuit device in which difficulties caused by parasitic transistors are eliminated

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP50087917A JPS5823949B2 (ja) 1975-07-18 1975-07-18 半導体集積回路装置

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JPS5211884A JPS5211884A (en) 1977-01-29
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2141521C3 (de) * 1971-08-19 1984-04-26 Trumpf & Co, 7257 Ditzingen Einstelleinrichtung für eine Soll- Hublage des bewegbaren Werkzeugteils einer Stanz- oder Nibbelmaschine
JPS51146188A (en) * 1975-06-11 1976-12-15 Fujitsu Ltd Diode device
JPS596065B2 (ja) * 1975-06-16 1984-02-08 富士通株式会社 ハンドウタイソウチ

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JPS5211884A (en) 1977-01-29

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