JPS5830143A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPS5830143A
JPS5830143A JP12857881A JP12857881A JPS5830143A JP S5830143 A JPS5830143 A JP S5830143A JP 12857881 A JP12857881 A JP 12857881A JP 12857881 A JP12857881 A JP 12857881A JP S5830143 A JPS5830143 A JP S5830143A
Authority
JP
Japan
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collector
emitter
transistor
integrated circuit
potential
Prior art date
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Pending
Application number
JP12857881A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Shibata
淳 柴田
Toshiki Mori
俊樹 森
Toyoki Takemoto
竹本 豊樹
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5830143A publication Critical patent/JPS5830143A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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 at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Element Separation (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体集積回路に関するものである。
時代的な背景もあって、最近のバイポーラ集積回路は、
高速化および低消費電力化を意図した設計のものが目立
つ。このような要請から、シリコy+7エハ基板へのエ
ピタキシャル層の堆積ヲ薄層化して、トランジスタの構
造を微細なものeこし、接合容量の低減、ベース幅の短
縮が図られている。
ところが、薄層エピタキシャルに集積した素子の場合に
は、耐圧が低い、寄生効果が大きいなどの欠点を有する
寄生効果とけ、Pfllfリコン基板上にN型エピタキ
シャル層を堆積し、それをコレクタ領域として使用する
NPN )ランジスタの場合について説明すると、この
トランジスタが何らかの原因によって飽和動作し念際、
ペースコレクタ接合が順方向にバイアスされ、ペース領
域からコレクタ領域に注入された正孔がコレクタ・PM
シリコン基板間の逆バイアスに引き込まれ、P型シリコ
ン基板内に電流が流れることを言い、NPNトランジス
タのペースおよびコレクタ領域をそれぞれエミッタおよ
びペース領域とじPaシリコン基板をコレクタ領域とす
るPNP )ランジスタが存在するのと等価な効果を示
すものである。
寄生効果による障害は、それによってラッチ・アップが
引き起されることである。ラッチ・アップとは、一種の
サイリスタが構造的に生じて集積回路内で電圧源が短絡
状態に陥ることを言う。ランチ・アップの発生は、例え
ば外来雑音によってトランジスタが飽和して寄生効果を
生じ、このトランジスタの近傍にコレクタ電位の低い別
のトランジスタが存在している場合などに起る0このよ
うにラッチ・アップの発生原因としては、寄生効果とト
リガになる雑音などの入力のほかに、前記した2つのト
ランジスタの距離的要素が加わる。
IJi1図囚はラッチ・アップを起す集積回路の断面図
であり、同図中1はシリコン基板、2はシリコン基板1
と逆の導電性をもつ薄いエピタキシャル層、3はエピタ
キシャル層2内に形成したエピタキシャル層2とは逆の
導電性を有する拡散層。
4は拡散層3内に形成したこの拡散層3とは逆の導電性
をもつ拡散層、5は絶縁性被膜、6〜10け配線用金属
電極を示す。11はエピタキシャル層2内の分布的抵抗
であり、12tiシリコン基板1内の分布的抵抗を示す
013は寄生効果によって生じ九寄生PNP )ランジ
スタを示し、14は横方向に生じる寄生NPN )ラン
ジスタを示す。配線用金属電極9.10に接続されるト
ランジスタは、ペースおよびコレクタを共通接続し九ダ
イオード15として使用されるもので、そのエミッタは
金属電極10と共通接続され最低電位に接続されるO最
低電位をO■とすると、前記ダイオードのコレクタ領域
の電位は0.6〜0.7vと低い値になる0#!1図(
B)if第第1囚囚構造断面を等価回路にしたものであ
り、サイリスタ構造を示し、そのターン・オン電流■1
は VBE、P:  寄生PNP )ランジスタ順方向バイ
アス電圧 vBF、N:  寄生NPN トランジスタ順方向バイ
アス電圧 βP : 寄生PNP トランジスタの電流増幅率β 
 : 寄生NPN )ランジスタの電流増幅率R: エ
ピタキシャル層内の抵抗 pl R6ub:  シリコン基板内の抵抗 として与えられる。
前記式において、β、)1 、 R,p、=1209’
 Rsub”= 600 B 、  1//M= 20
 とすれば、ターン・オン電流!、jは100mAとな
り、ラッチ・アップの発生が集積回路誤動作の原因にな
るだけでなく、過大電流により配線用金属電極を溶断し
て集積回路を破壊してしまうおそれがあることがわかる
したがって、この発明の目的は、寄生効果に伴うラッチ
・アップの発生による回路破壊を防止することのできる
半導体集積回路を提供することである。
この発明は、前述のラッチ・°アップの原因が、i生P
NP)ランジスタによってシリコン基板に電流が流れ電
位が上昇すること、およびその近傍にコレクタ電位の低
いトランジスタが存在してサイリスタ構造を作ることに
あることに着目して、(1)  電位の低いエピタキシ
ャルの島を作らない。
(2)  サイリスタ構造ができて電流が流れた場合、
直ちにエピタキシャルの島の電位が上昇しサイリスタ構
造をつぶす。
の2つの条件を満たす機能を集積回路に付与することに
より、外乱を敗り除き回路破壊の防止をはかつ友もので
あり、その第1の実施例t−第2図に示す。すなわち、
この半導体集積回路は、薄いエピタキシャル層2を用い
た前記従来例のバイポーラ集積回路において、前記(1
) 、 (2)の条件を満たす低抵抗16f:介して前
記ダイオード15のエミッタ領域(拡散層4からなる)
t−最低電位部すなわち配線用金属電極10に接続した
ものである。
前記低抵抗16の値は、この集積回路が正常動作してい
るときには回路に影響を与えることがなく、一旦、異常
が発生した場合に前記(1) 、 (2)の条件を満た
す値となるように設定する。
すなわち、この実施例のように薄いエピタキシャル層2
t−用いたトランジスタのバイアス電流はたかだか数1
00μA程度であるので、低抵抗16の値は数10Ω程
度に設計される。例えば、この値を50Ωとした場合、
この低抵抗16での電圧降下は、バイアス電1t100
μAとすると5mVとなる。この値は、ベース番エミッ
タ順方向バイアス電圧700 mVに比べて十分率さい
ので回路に与える影響は無視できる。一方、この回路に
外乱が加わって、サイリスタ効果により前記計算のよう
に100mA程度のターン・オン電流が流れようとする
場合には、前記低抵抗16での電圧降下#isvとなり
、ダイオード15のエミッタ電位が上昇しさらにコレク
タ電位も5v上昇する0その結果、シリコン基板1から
コレクタへの順方向バイアスが一転して逆方向にな#)
、横方向の寄生NPN )ランジスタ14はなくなる。
よってサイリスタ効果は止まり、過大電流は阻止される
低抵抗16の形成は、拡散層3と同じ拡散工程によシ形
成される。
このように構成したため、次のような効果が得られる。
■ 正常動作時の回路に影響を与えることのない低抵抗
16でラッチ−アップが防止できる。ことに、高密度城
積したバイポーラ集積回路でダイオードが最低電位に接
続されている場合、あるいはトランジスタのエミッタが
最低電位に接続されスイッチ動作をしている場合のよう
に、コレクタ領域の電位がダイオードの層方向電圧以下
になりラッチ・アップを起し易い構成では、前記低抵抗
16が効果的なランチ・アップ防止策となる。
■ 低抵抗16は、トランジスタのベース拡散工程と同
じ工程で作ることができるので、工程の変更が不用でそ
の製造が簡単である。
この発明の第2の実施例を#I3図に示す0すなわち、
この半導体集積回路は、前記第1の実施例における低抵
抗16の電位が常にコレクタ領域の電位よりも低くPN
接合が逆バイアスとなる(したがって前記実施例のよう
に分離する必要がない)ことに着目して、この低抵抗1
6′ヲ、ダイオード15のコレクタ領域内に形成したも
のであり、そのほかの構成は前記allの実施例と同様
である。
このように構成したため、低抵抗16′の占める領域を
大幅に削減することができ、集積密度を大幅に向上させ
ることができる。そのほかの効果は#紀第1の実施例と
同様である。
この発明の第3の実施例を第4図に示す。すなわち、こ
の半導体集積回路は、前記第1の実施例の低抵抗16に
替えて、配線用金属電極lOとダイオード15のエミッ
タ領域との接触に際し、不純物がドープされた多結晶シ
リコン層を介在させこの多結晶シリコン層を低抵抗16
′としたものである0そのほかの構成は前記第1の実施
例と同様である。
このように構成しfcfcめ、低抵抗16 を付加する
のに別の面域を確保する必要がなく、前記第2の実施例
に比して一層の高密度集積化が可能となるばかりでなく
、エミッタ、ペースの浅い接合を配線用金属電極10が
突き抜けることがなくその製造が容易になるなどの効果
を有する。そのほかの効果は前記第1の実施例と同様で
ある。
この発明の第4の実施例を!5図に示す。すなわち、こ
の半導体集積回路は、前記第1の実施例における低抵抗
16に替え、ダイオード15のエミッタ拡散領域と配線
用金属電極10との接触抵抗を低抵抗16  として用
いたものである。
接触抵抗(Contact Re5Nstor )は、
#!6図に示すように理論的にも安定しており、コンタ
クト寸法(Contact Length ) を変え
ることによって接触抵抗の値を変更することができる。
この原理を利用して、低抵抗】6を挿入すべきダイオー
ド15のエミッタとこれに対応する配線用金属電極10
との接触部の開孔を他のエミッタのものより小さくする
こと171mよって、等価的に低抵抗16″を入れるこ
とができる。
前記配線用金属電極との接触部の開孔は、トランジスタ
17のエミッタ(金属電極7が対応)の場合と比べると
ダイオード15のエミッタの場合が小さくなっているが
、接合面積については差がないので電流密度は両方とも
同一であり、単に接触抵抗のみがダイオード15の場合
には大きくなるという特徴を持つにすぎない。
このように構成したため、従来の半導体集積回路の製造
工程に別の工程を付加するといった変更を要さず、接触
抵抗を所定値に設定することにより簡単に低抵抗16#
/を付加することができ、この接触抵抗による電圧環上
によってエミッタ電位およびコレクタ電位を上昇させ、
横方向の寄生NPNトランジスタの動作を阻止しラッチ
・アップを防止できるとともに製造が容易になり、高密
度集積化も可能となるなどの効果を有する。
以上のように、この発明の半導体集積回路は、半導体基
板上に分散形成した薄層エピタキシャル層と、この薄層
エピタキシャル層をコレクタ領域として集積形成した互
に隣接し合う第1.第2のトランジスタと、前記@1.
第2のトランジスタのうちコレクタ領域の電位が自己の
PN接合部の順方向電圧以下となる第2のトランジスタ
のエミッタ端子と前記半導体基板の最低電位部との間に
接続した低抵抗とを備えたものである友め、寄生効果に
伴うラッチ・アップの発生を回避し、2ツチ・アップに
よる回路破壊を確実に防止することができるという効果
を有する。
【図面の簡単な説明】
fg1図(4)、@はそれぞれ従来例の断面図およびそ
のラッチ・アップ等価回路を示す回路図、@2図はこの
発明の第1の実施例を示す断面図、第3図はこの発明の
第2の実施例を示す断面図、第4図はこの発明の纂3の
実施例を示す断面図、第5図はこの発明のJ1!4の実
施例を示す断面図、第6図はその開孔部寸法と接触抵抗
との関係を示す説明図である。 1・・シIJ:ff/fi[%2・・・エピタキシャル
層、3゜4・・・拡散層、5・・・絶縁性被膜、6〜1
0・・・配線用金属電極、11.12・・・分布的抵抗
、13・・・寄生PNP )ランジスタ、14・・・寄
生NP、N )ランジスタ、15・・・ダイオード、1
6,16,16,16  ・・・低抵抗第1図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  半導体基板上に分散形成した薄層エピタキシ
    ャル層と、この薄層エビタキクヤル層ヲコレクタ領域と
    して集積形成した互に隣接し合う第1゜第2のトランジ
    スタと、前記$1.第2のトランジスタのうちコレクタ
    領域の電位が自己のPN接合部の順方向電圧以下となる
    li2のトランジスタのエミッタ端子と前記半導体基板
    の最低電位部との間に接続した低抵抗とを備えた半導体
    集積回路。
  2. (2)前記第2のトランジスタは、そのベースとコレク
    タを短絡してダイオードとして用いたものである特許請
    求の範囲第(1)項・記載の半導体集積回路0
  3. (3)前記低抵抗は、前記薄層エピタキシャル層内に形
    成した他のトランジスタのペース領域と等しい拡散層か
    らなり、その値を数102としたものである特許請求の
    範i!!第(13項記載の半導体集積回路。
  4. (4)前記低抵抗は、前記$2のトランジスタのエミッ
    タ領域とこのエミッタ領域に接続される配線用金属電極
    との間に介在させた多結晶シリコン層によって付与する
    ようにし念ものである特許請求の範囲fH(1)項記載
    の半導体集積回路0(5)前記低抵抗は、前記第2のト
    ランジスタのエミッタ領域とこのエミッタ領域に接続さ
    れる配線用金属電極との間の接触抵抗によって付与する
    ようにし友ものである特許請求の範囲第(1)項記載の
    半導体集積回路0
JP12857881A 1981-08-14 1981-08-14 半導体集積回路 Pending JPS5830143A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6825504B2 (en) * 1999-05-03 2004-11-30 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6825504B2 (en) * 1999-05-03 2004-11-30 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same

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