JPS5937582B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS5937582B2
JPS5937582B2 JP56100828A JP10082881A JPS5937582B2 JP S5937582 B2 JPS5937582 B2 JP S5937582B2 JP 56100828 A JP56100828 A JP 56100828A JP 10082881 A JP10082881 A JP 10082881A JP S5937582 B2 JPS5937582 B2 JP S5937582B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体装置の構造に関し、とくに好ましくは
二電源以上の多電源を使用する半導体集積回路装置の構
造に関するものである。
多電源を使用する半導体集積回路装置には、センスアン
プ、ワード・ドライバー、デジット・ドライバー等のメ
モリー周辺回路や、電流切替型論理回路(CML)とト
ランジスタ・トランジスタ論理回路(TTL)との間の
レベル変換回路などの使用電源電圧の異なる論理回路間
のレベル変換回路がある。
従来、この種の半導体集積回路装置を使用した電子機器
に於ては、事故等の原因で電源の一つが切れた場合、特
に最高電位を供給している電源のみが切れた場合に、半
導体集積回路装置の人力端子(外部回路に接続され、外
部回路から人力信号をうける端子)から過大電流が流れ
こみ装置を破壊することがしばしばみられた。この発明
の目的は人力端子から流れ込む過大電流による装置の破
損を防止することのできる新規なる半導体集積回路装置
を提供することにある。次にこの発明によシ良く理解す
るために装置の破壊現象につき図を用いて説明する。こ
の種の回路の代表的な例として、正電源(VDD)と負
電源(VEE)の二種の電源を使用する場合をとり、か
つ回路の入力部分がトランジスタであつて、外部回路か
らの人力信号として人力電圧(VIN)がトランジスタ
のベース端子に加えられる場合〔第1図A〕と、入力部
分が抵抗であつて前記人力電圧が抵抗端子の一端に加え
られる場合〔第1図B〕をとる。
多電源回路の主要部はブロック20、21で示される。
これらの回路を従来の半導体集積回路技術を用いて集積
化した場合、人力端子1に接続された回路人力部分のト
ランジスタ、抵抗の構造は各々第2図A、Bに示す断面
構造をとる。NPN形トランジスタを主体とする回路に
あつては、P形半導体基体7からPN接合によυ分離さ
れたN形半導体領域8にプレーナ技術でP形不純物を選
択拡散して形成されたP形半導体領域9を各々NPNト
ランジスタのベース領域、あるいは抵抗素子として使用
する。基板7は回路の最低電位の電源電圧(この場合端
子4)に接続され、N形分離領域8は回路の最高電位電
源(この場合端子2)に接続される。PNPトランジス
タを主体とした回路ではこの逆になる。回路20、21
を構成する素子は基板7の他の部分に設けられるが、第
2図Bの構成ではN形分離領域8内に他の抵抗素子が設
けられているのが普通である。このような構成の入力部
素子構造にあつては、第3図A,Bに等価回路で示す如
く、外部回路に接続される入力端子1が接続されたP形
領域9をエミツタとし、正電源端子2が接続されたN形
領域8をベースとし、負電源端子4が接続されたP形基
板7をコレクタとするPNPトランジスタが寄生してい
る。一般に、正常な値の電源電圧が印加されている場合
は、外部回路からの入力電圧(VON)〈正電源電圧(
VOOい関係を満足しているため寄生PNPトランジス
タは遮断動作域にあジ、その作用が殺されている。しか
るに電源に事故が発生して正電源電圧(VOO)/lく
低下しVlN>VDDの条件が満たされると寄生PNP
トランジスタは活性動作域に入り、入力端子1からの負
電源端子4に向つて電流を引き込む。このとき入力端子
1に流れる電流値は、寄生PNPトランジスタのエミツ
タ接地電流増幅度をβ,NP、正電源と負電源間のイン
ピーダンスをzオーム、入力端子に印加されている電圧
をVlNボルト、負電源電圧をVEEボルトとすれば(
1+β,N,)(VlN一VEE−VF)/Zであられ
される。ただしは寄生PNPトランジスタのエミツタ・
ベース間順方向電位降下値で通常0.7ボルト程度の値
をとる。又、埋込層を有する通常の集積回路素子構造で
はβPNPは1〜4程度の値をもつ。一方、電子機器に
於ては電源ラインには多数の集積回路が並列に接続され
ているのが普通であるから、正電源(VOO)と負電源
(VEE期の等価インピーダンスzは各々の回路のイン
ピーダンスをZl,Z2・・・・・・とすれば1/Z=
(1/Z1+1/Z2+・・・:とあられされ一般にか
な9低い値をとる。今、かジに10Ωの等価インピーダ
ンスをもつ電子機器に事故が発生し、正電源のみが切れ
、−5ボルトの負電源及びOボルトの入力電圧は正常に
印加されている場合を想定すると、このとき集積回路の
入力端子に流れ込む最大電流値はβPN,の値に依存し
て約0.9アンペアから2アンペアに至る過大電流が流
れることになる。このように電子機器に於ては一般に電
源ラインのインピーダンスがかなリ低い値をもつために
電源事故により過大電流が流れ集積回路内の金属配線路
を熔断することがしばしばみられる。このような過電流
を防止するためには入力端子に保護抵抗を直列に接続し
てやればよいわけであるが、前述の如く通常の集積回路
構成法では最高電位を供給する電源が切れた場合にはも
はや抵抗体としては動作せず、PNPトランジスタのエ
ミツタ領域を提供することとな9何らの保護効果を持た
ない。
したがつて装置を保護するためには集積回路の入力端子
1に抵抗体を外付接続する必要がある。しかるに各入力
端子に保護抵抗体を外部接続することは電子機器の構成
上極めて手数のかかるものであ9、かつ実装密度を著し
く低下させるものである。この発明は、最高電位が切れ
た場合に於いても保護低抗体としての機能を保有する抵
抗素子を新規な構造で集積回路に内蔵させ、高電位遮断
時における外部回路から入力端子を通して流れ込む過大
電流による集積回路の破壊を防止したものである。
したがつて抵抗体の外付けは一切不要であ9電子機器の
構成上極めて好都合である。この発明の特徴は、外部回
路に接続され入力信号をうける入力端子を有し、多電源
駆動される集積回路装置において、多電源駆動される集
積回路が形成された一導電型半導体基板に逆導電型の分
離領域が形成され、この分離領域内に一導電型の抵抗素
子が形成され、前記分離領域と前記抵抗素子の一端部と
が接続され、該一端部が前記入力端子に接続され、他端
部が前記多電源駆動される集積回路に接続されるように
構成し、前記低抗素子を前記入力端子に印加される過大
入力電圧に対する保護抵抗素子としたことを特徴とする
集積回路装置にある。
本発明においては外部から印加される入力信号は分離領
域と短絡された抵抗素子の一端部に印加されるようにな
つている。
このため外部回路に接続される入力端子に静電気等によ
る異常電圧が印加されてもこの異常電圧は分離領域と半
導体基板とによつて形成されるPN接合ダイオードによ
つて吸収されてしまい、異常電圧が抵抗素子には印加さ
れることはない。しかも基板と分離領域とによつて形成
されるダイオードは耐圧が高く、かつ破壊に至る熱容量
も大きいため、このダイオード自体は異常電圧によつて
破壊され難い。ここで仮に抵抗素子の他端(すなわち分
離領域と接続されていない方)を人力端子に接続した場
合、入力信号による異常電圧はほぼそのまま抵抗素子に
直接印加され、抵抗素子の破壊、抵抗素子の分離領域と
の間の接合の破壊が容易に発生してしまうこととなる。
また本願発明では分離領域は抵抗素子の一端部すなわち
人力端子への接続側に接続されているため、その電位レ
ベルはほぼ入力信号電圧となつている。このために基板
と分離領域との間の接合が順バイアスになることを効果
的に阻止することができる。一方もし分離領域が抵抗素
子の他端部に接続されていたとすると、他端部は抵抗素
子による電圧降下によつて人力信号電圧よリ小さくなつ
ているために、基板と分離領域とを充分に逆バイアスす
ることはできない。?下、第4図を用いて本発明の一実
施例について詳述する。
第4図:吐入力端子と多電源1駆動集積回路との間に直
列に接続される保護抵抗素子の断面構造を示したもので
ある。
この保護抵抗素子は通常の集積回路技術を用いて他のト
ランジスタ、及び抵抗素子と同時に製造されるが、通常
の低抗素子と異な9、外部回路に接続される各入力端子
に一端が接続される各々の保護抵抗素子が各々独立して
分離絶縁された構造をとる点に特徴がある。すなわち、
P型基板7に形成された一つのN型分離領域8の中にた
だ一つのP型抵抗領域9を設け、その表面一端部を11
を、また他端部を端に夫々接続したものである。これら
領域8,9と隔離して半導体基板7内に所定の多電源駆
動集積回路、たとえば第1,2図A,Bに示したような
回路が通常の集積回路技術を用いて形成され、一方の抵
抗端12がその多電源駆動集積回路の入力端(第1図A
では入力トランジスタのベース、第1図Bでは人力抵抗
の一端(なお、この場合第1図B,A全体を多電源回路
とみる)に接続され、他方の抵抗端11が外部回路に接
続される入力端子に接続される。いいかえれば、第1図
A,Bの入力端子1と入力トランジスタもしくは抵抗と
の間に挿入される。そして、さらに唯一つの保護抵抗素
子9を包含するN形分離領域8は外部回路に接続される
入力端子に接続される保護抵抗素子の一端部11側と短
絡して使用される。これは、保護抵抗素子のN形分離領
域との間のPN接合によるコンデンサに電荷が蓄積され
るとこの保護抵抗素子が不安定になることを防止するた
めである。また、このようにN形分離領域を保護抵抗素
子と接続することによ兎外部入力端子に印加される静電
気に対する耐性も向上する。鳩上のように、かかる構造
の保護抵抗素子は電源電圧とは無関係に常に一定の値の
抵抗値を保有する。
本発明の集積回路装置を使用した電子機器に於ては事故
発生時に入力端子に流れ込む最大電流値は、保護抵抗値
をRオームとして(VON一VOE−VF)/Rであら
れされ、R=100Ω程度の値であつても前述の条件下
で最大電流値を高高50ミリアンペア程度におさえるこ
とができる。以上この発明につき説明したが、この発明
の主たる部分は電源電圧が正常な値からずれた場合に過
電流が流れる可能性のある集積回路端子に直列に、単独
分離された保護抵抗素子を半導体集積回路の内部に於い
て接続することにあリ、この発明の大きな効果は、過電
流による半導体集積回路装置の破損を防止できることに
ある。また本発明の構成の保護抵抗は上記の場合に限ら
ず、過大な人力電圧に対する保護低抗としても用いて効
果がある。
すなわち、第2図Bのような構成の抵抗の場合、回路が
多電源でなく一電源であつても、分離領域にかかる高電
位2よりも端子1の電位が高くなると、やは9過電流が
流れるが第4図のような構成にすれば、隙領域9は他と
分離されているので、入力端子11に過大な入力電圧が
かかつても回路を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図A,Bは従米の問題点を説明するための回路概略
図、第2図A,Bは各々第1図A,Bに示した回路を集
積化した場合の人力素子部分の断面構造図、第3図A,
Bは各々第2図A,Bに示した入力素子部分の等価回路
図、第4図は本発明の一実施例による半導体集積回路装
置の人力保護抵抗素子部分の断面構造図、である。 なお図において、1,11・・・・・・入力端子、2・
・・・・・回路の最高電圧の電源端子、3・・・・・・
接地端子、4・・・・・・回路の最低電位の電源端子、
5・・・・・・NPNトランジスタのエミツタ、3・・
・・・・接地端子、4・・・・・・回路の最低電位の電
源端子、6・・・・・・プロツク21へ接続される抵抗
端、7・・・・・・P型半導体基板、8・・・・・・N
型領域、9・・・・・・P型領域、12・・・・・・抵
抗の電流切替型論理回路へ接続される側、20,21・
・・回路の主要プロツクである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 外部回路に接続され入力信号をうける入力端子と、
    多電源駆動される集積回路とを含む半導体集積回路装置
    において、多電源駆動される集積回路が形成された一導
    電型の半導体基板に逆導電型の分離領域が形成され、こ
    の分離領域内に前記一導電型と抵抗素子領域が形成され
    、前記分離領域と前記抵抗素子領域の一端部とが接続さ
    れ、該一端部が前記入力端子に接続され、他端部が前記
    多電源駆動される集積回路に接続されるように構成され
    たことを特徴とする半導体集積回路装置。
JP56100828A 1981-06-29 1981-06-29 半導体集積回路装置 Expired JPS5937582B2 (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3491274A (en) * 1965-06-04 1970-01-20 Centre Electron Horloger Diffused resistance in an integrated circuit

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3491274A (en) * 1965-06-04 1970-01-20 Centre Electron Horloger Diffused resistance in an integrated circuit

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