JPS60154554A - 相補型絶縁ゲ−ト電界効果半導体装置 - Google Patents

相補型絶縁ゲ−ト電界効果半導体装置

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JPS60154554A
JPS60154554A JP59011184A JP1118484A JPS60154554A JP S60154554 A JPS60154554 A JP S60154554A JP 59011184 A JP59011184 A JP 59011184A JP 1118484 A JP1118484 A JP 1118484A JP S60154554 A JPS60154554 A JP S60154554A
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JP
Japan
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region
electrode
type
parasitic
insulated gate
Prior art date
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Pending
Application number
JP59011184A
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English (en)
Inventor
Kohei Matsuda
松田 公平
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60154554A publication Critical patent/JPS60154554A/ja
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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
    • H01L27/04Devices 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 the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices 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 the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085Devices 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 the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088Devices 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 the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/092Devices 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 the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
    • H01L27/0921Means for preventing a bipolar, e.g. thyristor, action between the different transistor regions, e.g. Latchup prevention

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】 (技術分野) 不発明は相補型電界効果トランジスタを用いた(以下、
CMtJS型と称す)集積回路に係シ、特に。
出力端子に接続されたCM(J8型N(JT回路(以下
出カバ曖77と称ず)の改良に関するものである。
(発明の背景) UMLlS型集積回路はPチャンネルトランジスタとN
チャンネルトランジスタとを組み合せたものであるが、
一方がウェル領域に形成されるため。
寄生サイリスタが構成されやすく、外部ノイズによりこ
の寄生サイリスタが導通するいわゆ石ラッチアップが起
こりやすいとい9欠点がある。外部ノイズとして電源ノ
イズ、入力あるいは出力に加わるノイズがあり、それら
によって起こるラッチアップをそれぞれ電源ラッチア、
ブ、入カラッチア、プ、出力ラッチアップと称している
0例えは、出力う、チア、プは出力端子が電源重圧よシ
高くなった場合あるいは接地電位より低くなっ−fc場
合、ソース電極から電源へあるいは接地′を極へと各局
に電流が流れこの電流がトリガーとなってラッチアップ
を起こす、この出力ラッチアップが上記の3つのう、チ
アツブの中で最も起こりやすいものであり、出力ラッチ
の同上が最大の課題であった。
出力ラッチアップ対策として、従来、Pチャンネルトラ
ンジスタとNチャンネルトランジスタの間隔全床り゛る
。高a度基板に低濃度層をエピタキシャル成長させた基
板を使用するなどの方法があるが、いずれもチップ面積
が増大する。コストが高くつくなどの欠点があった。
(発明の目的) 、 不発明の目的はチップ面積を増大させることなく低コス
トでラッチアップに強い相補型電界効果半導体装置を提
イt(することにある・(発明の構成) 本発明によれは、半尋体系僕にPチャンネルトランジス
タとNチャンネルトランジスタを有し。
Pチャンネルトランジスタのドレイン電極とNチャンネ
ルトランジスタのドレイン電極を共通に接続して外部出
力端子に接続した相補型電界効果半導体装置に於て、少
く共一方のトランジスタのソース電極を非整流型抵抗体
を介して電源に接続した半導体装置を得る。
以下1図面を参照して1本発明をよシ詳細に説明する。
(従来技術) 先ず出力ラッチアップの発生原理を第1図および第2図
を使って説明する。第1図は従来の一般的なCMO8I
Cの出力バッファ部の断面図である。N型シリコン基板
21にP型のウェル領域22を有し、基板21にPチャ
ンネルトランジスタのソース、ドレイン領域23.24
と電源接続領域25とをそれぞれP型およびN型で4L
、ウェル領域22にdNチャンネルトランジスタのソー
ス。
ドレイン領域26,27と電源接続領域28とをN型お
よびP型で有している。PチャンネルトランジスタとN
チャンネルトランジスタのソース領域23.26は共に
出力端子に接続され、ドレイン領域24と接続領域25
とは■DD端子に、ドレイン領域27と接続領域28と
はVss端子に接続されている。ソースおよびドレイン
領域23゜24 + 2 e t 27とウェル領域2
2とによって寄生バイポーラトランジスタが形成され、
これら寄生バイポーラトランジスタTr!、Trz、’
l’raを図中iCC八人ている。第2図は寄生トラン
ジスタTrt。
Trz、 Trs によって形成される等価回路図であ
る。
例として出力端子■DDより高くなった場合のラッチア
ップの発生原理を説明する。出力が■DDより高くなる
とPチャンネルトランジスタのドレイン17とN型基板
11とで構成されるダイオードに出力から■DDの向き
に電流が流れる。このX流の一部はウェル領域(Trz
のコレクタ)12に達し寄生トランジスタTr2が導通
する。寄生トランジスタTrz を流れる…:流は寄生
抵抗R1を通ってVSSに流れ込むが、舒生抵抗几鵞の
電圧降下が寄生トランジスタTr3のベースにバイアス
をかけ、寄生トランジスタTraを導通する。寄生トラ
ンジスタTr3の4通時の電流は寄生抵抗R+1を通っ
てVl)]) K流れるが、寄生抵抗R1の電圧降下が
寄生トランジスタTri のベースをバイアスすると、
寄生トランジスタTrxが4通する。寄生トランジスタ
Tr1の導通時の電流は寄生トランジスタTraのベー
ス電流となって正帰環がかかる。
寄生トランジスタ’l’r1とTrz 0自流増幅率の
和が@1”を超えると寄生トランジスタTr1とTra
で4′f4成されるサイリスタが導通してしまうeラッ
チアップを起こしにくくするためには、寄生トランジス
タTrtとTrl の電流増幅率を小さくするか、寄生
抵抗几・(R冨)を小さくする等の手段がとられる。
(実施例) 第3図は本発明の一実施例を示す出カバ、ファの断面図
である。N型基板1円に形成されたP型ドレイン領域3
.ソース領域4及びゲート酸化l換13、ゲート電極1
1によりPチャンネルMUSトランジスタが形成される
。N型基板1円に形成されたP型ウェル領域2内に形成
されたN型ドレイン領域6.ソース領域7及びゲート酸
化d13’。
ゲートー:極11′によjQNチャンネルMO8)ラン
ジスタが形成される。N型基板1とP型ウェル領域2と
にそれぞれ電源電位を与えるためN基板1にN+領域5
及びPウェル領域2内にP+領域8を形成する。P+領
域5に”DD に接続する電極40を形成する。Nチャ
ンネルトランジスタのソース領域7とP+領域8にvs
sに接続する電極9を形成する。Pチャンネルトランジ
スタのドレイン3とNチャンネルトランジスタのドレイ
ン6′f:共通に接続して出力に接続する電極12を形
成する。
次にPチャンネルトランジスタのソース領域4と電源V
DD10’e絶縁膜14上に形成したポリ81 抵抗1
輪’1sVcよ!l接続する。第1図に示す従来のCM
08出力バッ7アではPチャンネルトランジスタのソー
ス24に@接vDDの電源を接続していたが、不実施例
ではPチャンネルトランジスタのソース4をポリStの
抵抗15を弁してVDDの電源に接続している。
次に1本実施例によるラッチアップの改善効果について
説明する。
第4図は第3図のCM(J8出力バッファに形成される
寄生バイポーラトランジスタの回路t IM 酪化した
等価回路図である。寄生トランジスタTr1xUPチャ
ンネルトランジスタのソース4.N型基板1.P型ウェ
ル領域2で構成されるPNP)ランジスタウ寄生トラン
ジスタTr3はNチャンネルトランジスタのンース7.
P型ウェル領域2.N型基板1で構成されるNPN)ラ
ンジスタである。
寄生抵抗R1はP型ウェル領域2からN+電極5間の抵
抗値、抵抗11+3はボ+)SH抵抗層15の抵抗値で
ある。1gはN型基板内でサイリスタのトリガー電流と
して寄与する市流i@金表している。
定性的にはを生抵抗RiVcよるs=電圧降下より。
奇生トランジスタTrlのエミッターベース間が順バイ
アスされて% VDDから抵抗R3を通って電流が流れ
ようセすると、抵抗R3による電圧降下により、奇生ト
ランジスタTri のエミッタの電位が下がシ、寄生ト
ランジスタTr1の導通時電流を抑制するように働く、
その結果、寄生トランジスタTr1とTra の電流増
幅率の和が”1”になるのを妨ぎサイリスタが導通しに
くくなる。
次に、寄生トランジスタIll rl 、 ll+ r
3 の電流増幅 I率をそれぞれα1*a8 とすると
VDD から流れる電流は次式で表わされる。
ここでvl−は奇生トランジスタTrtのエミッターベ
ース間の順電圧である。
上式ニ於て α1+α3=1 とすると分母の第1項は
′0″になるが第2項がθ″′でないため■は次の式で
表わされる。
従来のCMU S 出力バッ7アでは、抵抗R,かない
ため、(2)式に於て分母がo″になり電流が無限に流
れトリガー電[:奴υ去っても電流が流れ続けるという
ラッチアップを生ずる。不実施例では(2)式に示すよ
うにvDDから流れる電流は抵抗R,vcよシ制限され
実質的にラッチアップは起こらない事になる。
ポリSt+に)の抵抗値Rsは大きくすればする#1ど
ラッチアップは起こシにくくなるが、あまシ大きくする
と通常使用状態でハイレベル出力電圧の低下が起こり望
ましくない、抵抗R3の抵抗値としては、Pチャンネル
トランジスタのオン抵抗に比べて無視できるくらいの大
きさ、例えばオン抵抗の1/10〜115が望ましい、
芙験によればオン抵抗の1710で約lOΩあれば十分
ラッチアップの防止に効果がある事が羅められている。
lOΩのボIJ8i抵抗層による面積増加は無視できる
程度であシ、全体のチップ面積の増大にはならない。
不実施例ではPチャンネルトランジスタのソースとVD
D電極を抵抗で接続したが、Nチャンネルトランジスタ
のソースとv 電極を抵抗で接続しても同様の効果が得
られる事は明らかである。
又両方に抵抗を接続しても良いが一方だけで十分である
。但しソースと基板バイアス効果を考えるとPチャンネ
ルトランジスタの方が影響が少いのでPチャンネルトラ
ンジスタのソースとVDD間を抵抗で接続するのが一番
良い方法と言える。
又不実施例ではボIJSI抵抗層を使用したがN型基板
内vcN+拡散層の抵抗を使用しても同様の効果が得ら
れる。ただしN型基板内にP+拡散層を抵抗として使う
方法はP+拡散層がサイリスタのアノードとして働くの
で逆効果となる。
以上のように、不発明によれば、チップサイズを大きく
する事なく出力う、チに強いCMU S型出カバ、ファ
を得ることができる―
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のCMUS型出力バッファの断面図。 第2図はう、チアツブ現象を説明する等価回路図、第3
図は不発明の一実施例を示すCMO8型O8バッ7アの
等価回路図、第4図は第3図の寄生サイリスタを示す等
価回路図である。 1.21・・・・・・シリコン基板、2.22・・・・
・・ウェル領域、3,4,23.24・・・・・・Pチ
ャ゛ンネ−ルトランジスタのソース、ドレイン% 5.
25・・・・・・・・・vDD ’Ji!領域、 6,
7,26.27−−Nfヤンネルトランジスタのソース
、ドレイン、8.28・・・・・・VSS接続領域、9
,10.12・・・・・・電極、11.11’ ・・・
・・・ゲート′出、椿−13,13’ ・・・・・・ゲ
ート酸化膜、14・・・・・酸化膜、15・・・・・・
ポリン −リコン抵抗。 5S z4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 十専体期仮に第1および第2導電型絶縁ゲート電界効果
    トランジスタを有し、前記第14電型絶縁ゲート電界効
    果トランジスタのドレイン電極と前記第2411型絶縁
    ゲート電界漏果トラレジスタのドレイン電極とを共通に
    接続して外部出力端子に接続し、少く共一方の絶縁ゲー
    ト電界効果トランジスタのソース両極を多結晶シリコン
    の抵抗体を介して電源に接続しfc$を特徴とする相補
    型絶縁ゲート電界効果半導体装置。
JP59011184A 1984-01-24 1984-01-24 相補型絶縁ゲ−ト電界効果半導体装置 Pending JPS60154554A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62249472A (ja) * 1986-04-22 1987-10-30 Nec Corp 相補型半導体集積回路装置
US10155233B2 (en) 2008-04-09 2018-12-18 Carlisle Fluid Technologies, Inc. Splash plate retention method and apparatus

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