JPS61276369A - 静電放電に対する保護のための装置 - Google Patents

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】 この発明は特にバイポーラ集積回路における静電放電に
対する保護のための装置に関する。

公知のとおり、バイポーラ集積回路は静電放電に対して
ますます高い保護を必要としている。特に、バイポーラ
回路はそれらの製造作業の間に保護されることを必要と
し、それらはワークピースの処理のいかなる段階でも損
傷を受けるかもじれない。しかしながら最もきわどい段
階は閉じられたワークピースを取扱うときに起こる。

バイポーラ集積回路を静電放電に対してどのように保護
するかという問題は２つの異なった角度から取り組むこ
とができるだろう。対静電の種類の手段を設けるか、ま
たは集積保護構造を設計するかであり、それよって集積
回路が成る規制基準にわたって広く保護されることを確
実にすることが可能になる。

後者に関連して、いくつかの解決策が提案されており、
それらの中で放電電圧のスパイクを接地または電源にク
ランプする原理を利用したものがこれ以降考慮される。

通常、その原理によって動作する保護装置は次のような
要求に応じることが必要とされる。

１、　接地への低抵抗値 ２、　保護されるべき回路の通常動作がいかなる方法で
も変えられないような完全な透明性３、　要求される面
積が最小であること４、　良好な保護レベル、また従っ
て、適当な強さ ５、　保護されるべき回路よりも前に適当に活性化され
るための十分な速度 ６、　すべてのバイポーラ処理に適用可能であること。

公知の解決策の中で、上に挙げられた必要条件のいくつ
かに関連して興味深い局面を示すものがいくつか以下に
載せられる。

公知の一解決策はたとえば、保護構造として動作する適
当な大きさのダブルＳＣＲを用いて構成されている。こ
の解決策は好ましい局面も有するが、−刃欠点がないわ
けではない。実際、もしもＳＣＲが古典的な方法で作ら
れれば、それは大きな面積を必要とし、したがって小型
の寸法の要求に応じることができない。別な解決策はＳ
ＣＲ形成のために装置内の既存の寄生構造を利用して構
成されている。しかしながら、この解決策は、寄生構造
が利用されるときにそれらの通常動作の間に起こる現象
をあまり高度に制御することができないために、設計者
から抵抗されている。

もう１つの解決策はいわゆる仮想エミッタを利用して構
成されている。この場合、保護されるべき回路内の弱い
トランジスタは仮想エミッタトランジスタに置き換えら
れ、これはベースへ短絡された第２のエミッタ拡散を有
しかつ通常のエミッタ拡散からベースコンタクトが分離
されていることで従来のトランジスタとは異なる。この
構造は面積の消費に関しては非常に役に立ち、ベースと
エミッタ間の間隔のわずかな付加的な費用を除いては、
保護するべき集積装置の面積内にちょうど得ることがで
きる。しかしながら、この構造はＮＰＮ）ランジスタで
のみ実現されＰＮＰトランジスタには適用できないので
、その使用はほんのわずかな場合のみに制限される。

もう１つの解決策は増幅器入力上に配置されたクランプ
トランジスタを提供することによって構成される（ナシ
ョナル・セミコンダクタ・カンパニーによって製造され
ＬＭＩＯＩとして示される装置を参照せよ）。この装置
は増幅器の入力への使用のために特に開発されてきたの
で、異なった型の装置で利用することは問題や困難を引
き起こすであろうという制限がある。

他の解決策はたとえば、ツェナーＭＣＥ　　ＡＤ２０　
８５１８　　Ｃ（Ｌ７３１）、ショットキーＭＣＥ　　
２ＯＡ３７９　　Ｂ　（Ｌ７３０）またはモトローラ社
によって製造されたショットキーダイオードなどのツェ
ナーまたはショットキーダイオードを用いて構成される
。このような解決策は電圧スパイクをクランプするクラ
ンプトランジスタを利用する異なった代替手段を表わす
。これらの装置もまた優先的な応用を有しいくつかの特
定の場合には不適当であろう。

上で概要を述べた状況に鑑みて、この発明の基礎をなす
目的は、特にバイポーラ集積口路のための静電充電に対
する保護のための新規な装置であって、そのような装置
に課される必要条件を満たすことができる新規な装置を
提供し、従来の装置を適用することのできない場合にお
いても適用可能な解決策を提供することからなる。

この発明の特定の目的は、特に信頼できる様態で動作し
、公知の装置が満足のいくように働かないところではど
こでも設計者によって用いられることができる保護装置
を提供することである。

この発明の別の目的は正および負のスパイクの両方に対
して保護を提供することのできる保護装置を提供するこ
とである。

この発明の少なからぬ目的は面積を高度に消費すること
なしに集積されることのできる保護装置を提供すること
である。

示された目的およびこれ以降さらに明らかになるものは
保護されるべき回路と並列に接続される、特にバイポー
ラ集積回路における静電放電に対する保護のための装置
によって達成され、これはバイポーラトランジスタと前
記トランジスタのベースとエミッタ間に形成される集積
抵抗要素とを含む少なくとも１つの段階を含むことを特
徴とする。

他の特徴および利点は添付の図面に例としてそして限定
するものでなく例示される、好ましい、しかし余すとこ
ろないものではない実施例の以下の説明によって明らか
に理解されるであろう。

第１図はこの発明の装置と全く同等の回路図を示す。図
かられかるように、装置は２つの類似の段からなり、そ
の上部の一方は参照番号１０’で示され下部の一方は１
０’で示されている。詳細には、上部の段１０’は電源
ＶＣＣを形成する第１の基準電位ラインと入力端子２０
を点線のブロック５で概略的に示される保護されるべき
装置の入力端子１８に接続するライン１３の間に配置さ
れており、一方下部の段１０′はライン１３と接地を規
定する第２の基準電位ラインとの間に接続されている。

詳細には各段゛１０′および１０′はトランジスタ１５
′または１５′からなり、そのベースおよびエミッタは
抵抗要素１６′または１６′を介して互いに接続されて
いる。特にトランジスタ１５′のコレクタは電源ＶＣＣ
に接続されており、一方トランジスタ１５′のエミッタ
、また従って抵抗器１６′の一方の端子はライン１３に
接続されており、ここにトランジスタ１５′のコレクタ
もまた接続されている。一方トランジスタ１５′のエミ
ッタまたしたがって抵抗器１６′の一方の端子は接地さ
れている。最後に、各トランジスタのベースはそれぞれ
の抵抗器１６′　または１６′の第２の端子に接続され
ている。

第１図の装置の各段は第２図および第３図に示されるよ
うに作られている。これらの図面かられかるように、１
０で示され第１図の段１０’　または１０′のいずれか
を表わす各段は、サブストレート３５、ｎ＋型の極性の
埋込層３３、ｎ型極性のコレクタ領域２７を含み、コレ
クタコンタクト２６と接続されたｎ＋型型性性よりドー
プされた領域２５とｐ型性性のベース領域２９を収容す
るシリコンチップ内に作られている。ベース領域２９の
中にｎ＋型型性性エミッタ領域２８が形成されている。

ベースおよびエミッタ領域はそれぞれ金属層３２によっ
て一緒に短絡されたベースコンタクト３１およびエミッ
タコンタクト３０に接続されている。回路はｐ＋型型性
性絶縁領域３４によって完成される。

第２図および第３図かられかるように、ベース領域はベ
ースコンタクト２１からエミッタ領域２８とそれぞれの
コンタクト３０の下へ延びる延長された形状を有する。

さらに、ベース領域（第２図を参照せよ）は中心に減じ
られた横断面のゾーンを存し、これは言わばピンチされ
たゾーンを形成する。平面図で２重の丁字形を形成する
この減じられた横断面の構造は、第１図で参照番号１６
′または１６′で示された抵抗要素を形成する。

減じられた横断面の幅は最適の抵抗値を提供するために
変えられてもよいが、しかしながら８００オームから１
２００オームの間で変化可能な値で、有利な結果は約１
キロオームの抵抗で得られている。実際には、ベース領
域２９とエミッタ領域２８の間の接合Ｉにダイオードを
備えた、ベース領域に縦に延びた抵抗が得られる。

第３図の段１０が第１図の下部の段１０′を表わすと仮
定すれば、この発明に従った保護装置の動作は以下のと
おりである。この場合、負の電圧スパイクが存在すると
ベース−エミッタ接合上に形成されたダイオードは逆方
向にバイアスされる。

この結果、電流は制限されたベース領域によって形成さ
れた集積抵抗器を通って流れ、これに対してベース−コ
レクタ接合は順方向にバイアスされる。したがって、ト
ランジスタは従来のものとまさに反対の方法で動作し、
コレクタはエミッタとして動作しエミッタはコレクタと
して動作する。

こうしてトランジスタのゲインは小さく、負のスパイク
のクリッピングが起こる。

代わりに、正のスパイクの場合には、ベース−コレクタ
接合が逆方向にバイアスされる。その場合トランジスタ
のコレクタとエミッタ間の電圧降下は第４図に示される
曲線ＶｃＥａのパターンを存する。

第４図はまたトランジスタの異なった形状でコレクタ電
流に対するコレクターエミッタ電圧を示す。特に見られ
るとおり、この発明に従った装置のコレクタからエミッ
タへの電圧（Ｖｃ　Ｅ　１１　）は開放ベースコレクタ
ーエミッタ電圧ＶＣＥＯと開放エミッタコレクターベー
ス電圧ｖｃａｏの間に含まれている。したがって第２図
および第３図に示されるように抵抗器をベース領域２９
内に作ることは、段の動きが開放ベースコレクターエミ
ッタ電圧に関してもまたより好ましくなるので特に適し
ている。実際抵抗要素の存在は端子２０上に供給された
電力のいくらかを保護されるべき回路の外に消散するこ
とを可能にする。

上部の段１０′は保護されるべき集積回路のピンと電力
と接地に向かう負の放電との間に正の放電を与えること
を基準が要求する場合にのみ設けられる。

これらの試験条件では、上部の段は正の放電が試験され
たピン（端子２０）に存在するときにオンにスイッチさ
れる。電流は抵抗器１６′を通って流れ、相互に反転さ
れたコレクタおよびエミッタ端子（すなわちコレクタが
エミッタとして動作しエミッタがコレクタとして動作す
る）とともに働くようにバイアスされるトランジスタ１
５′をオンにスイッチし、こうしてトランジスタのゲイ
ンを減少する。

こうして、正の放電は電源を通り、試験中の回路の低い
抵抗の経路を通って流れて接地に達する。

上述の説明かられかるように、この発明は述べられた目
的を完全に達成する。実際、述べられた必要条件を満た
し特に他の保護の形式と異なって正および負の電圧スパ
イクの両方に対して下流に配置された装置の保護を可能
にする保護装置が提供された。

この発明に従った装置は下流への保護だけを達成するた
めにも、また電源への保護を達成するためにも両方に用
いることができるという事実は強調されるべきであり、
ここで前者の場合には１０′で示される下部の段を作る
ことだけが必要であり、一方後者の場合には第１図に示
される完全な構造を作ることが必要であろう。

さらに、この発明の装置は大いに減じられた集積面積し
か要しないことは非常に有利である。たとえば、特に低
い電圧の処理での許容範囲を含んで、電源および接地の
両方に向かう保護の場合約６５．０２平方ミルの面積消
費が得られる。

電圧スパイクのある場合の装置の適正な動作はまた抵抗
要素を介したエネルギの消散のために付加的な経路を提
供したためである。

特に、製造過程にかかわりなく、この発明に従った装置
で静電放電を彼る構造のいかなる型をも保護し４０００
ボルト以上の保護を確実にすることができる。

この発明はこの発明の概念の範囲内で多くの修正や変更
を受けることができる。特に既に説明されたように構造
１．を必要に応じて１つの段だけまたは両方の段、上部
および下部の段で作られてもよい。さらに、抵抗器１６
′、１６’の抵抗値は設計の仕様に適するように変えて
もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の保護装置の回路図である。 第２図は第１図の装置の半分のレイアウトを示す上面図
である。 第３図は第２図に示された装置の横断面を示す。 第４図はコレクタ電流の対数に対するバイポーラトラン
ジスタの接続のいくつかの状態でのコレクターエミッタ
電圧を示す。 図において５は保護されるべき装置、１０′、１０’は
段、１５′、１５″はトランジスタ、１６′、１６″は
抵抗要素、２０は入力端子、２６はコレクタコンタクト
、２７はコレクタ領域、２８はエミッタ領域、２９はベ
ース領域、３０はエミッタコンタクト、３１はベースコ
ンタクト、３３は埋込層、３５はサブストレートである
。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）特にバイポーラ集積回路において保護されるべき
   回路と平行に接続するための、静電放電に対する保護の
   ための装置であって、エミッタ、ベースおよびコレクタ
   電極を有するバイポーラ技術のトランジスタ手段（１５
   ′、１５″）を含む少なくとも１つの段（１０、１０′
   、１０″）と前記トランジスタ手段のベースとエミッタ
   電極の間に集積された集積抵抗手段（１６′、１６″）
   とを含むことを特徴とする装置。
2. （２）前記トランジスタ手段（１５′、１５″）のベー
   ス領域（２９）が前記トラジスタのベース電極（３１）
   からエミッタ領域（２８）へ延在する長手の形状を有し
   、前記抵抗手段（１６′、１６″）を形成することを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
3. （３）前記ベース領域が減じられた横断面の中間部分（
   ２９′）を有することを特徴とする、特許請求の範囲第
   ２項に記載の装置。
4. （４）前記減じられた横断面の中間部分が減じられた幅
   の部分（２９′）を含むことを特徴とする、特許請求の
   範囲第３項に記載の装置。
5. （５）前記ベース領域が２重のＴ字形形状を有すること
   を特徴とする、特許請求の範囲第２項に記載の装置。
6. （６）前記ベース電極（３１）が金属層（３２）を介し
   て前記エミッタ電極（３０）に短絡されていることを特
   徴とする、前記特許請求の範囲のいずれかに記載の装置
   。
7. （７）前記抵抗手段（１６′、１６″）が約８００オー
   ムから１２００オームまで変化する抵抗を有することを
   特徴とする、前記特許請求の範囲のいずれかに記載の装
   置。
8. （８）前記少なくとも１つの段（１０″）が保護される
   べき回路（５）の入力（１８）と接地との間に配置され
   、前記トランジスタ（１５″）の前記コレクタ電極が保
   護されるべき回路（５）の入力（１８）に接続されかつ
   前記トランジスタの前記エミッタ電極が接地されている
   ことを特徴とする、前記特許請求の範囲のいずれかに記
   載の保護装置。
9. （９）前記少なくとも１つの段（１０′）が保護される
   べき回路（５）の入力（１８）と電源（Ｖ＿ｃ＿ｃ）の
   間に配置され、前記トランジスタ（１５′）のコレクタ
   電極が電源（Ｖ＿ｃ＿ｃ）に接続されかつ前記トランジ
   スタのエミッタ電極が保護されるべき回路（５）の入力
   （１８）に接続されていることを特徴とする、前記特許
   請求の範囲のいずれかに記載の保護装置。