KR100373880B1 - 전계효과에의해제어가능한반도체소자를정전방전으로부터보호하기위한장치 - Google Patents

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Abstract

MOSFET(1)의 조작시 정전 방전으로부터 보호하기 위해, 바이폴라 트랜지스터(2)의 에미터-콜렉터 구간이 MOSFET의 게이트 단자(G)와 드레인 단자(D) 사이에 접속된다. 따라서, 조작시 발생하는 정전하가 바이폴라 트랜지스터를 통해 흐를 수 있다.

Description

전계효과에 의해 제어가능한 반도체 소자를 정전 방전으로부터 보호하기 위한 장치{DEVICE FOR PROTECTING SEMICONDUCTOR CONDTROLLED BY FIELD EFFECT AGAINST ELECTROSTATIC DISCHARGE}
본 발명은 게이트 단자에 접속된 전압 제한 보호소자로, 전계효과에 의해 제어가능한 반도체 소자를 정전 방전으로부터 보호하기 위한 장치에 관한 것이다.
전계효과에 의해 제어가능한 반도체 소자, 예컨대 MOSFET 또는 IGBT는 정전 방전에 대해 특히 민감하다. 이것은 조작자가 단자 중 하나, 특히 게이트 단자를 접촉할 때 정전기를 발생시키면 일어날 수 있다. 정전압은 대개 수백 볼트의 크기이므로, 특히 게이트 전극과 드레인 구역 사이에 놓인 산화물 또는 게이트 전극과 소오스 구역 사이에 놓인 산화물이 파괴된다.
정전 방전을 피하기 위한 많은 방법이, 예컨대 "Power MOSFET, Theory and Applications", D. A. Grant und J. Gowar저, 1989, 486 내지 492 페이지에 제시되어 있다. 특히, 게이트 단자와 소오스 단자 사이에 정전하를 유도하는 제너 다이오드를 접속하는 것이 추천된다. 그러나, 이것에 의해서는 전하가 게이트 전극으로 방전되고 소오스 단자가 접지되거나 또는 그 역인 경우에만 소자가 보호된다.
본 발명의 목적은 드레인 단자 또는 소오스 단자가 접지 또는 다른 전위에 접속되는 경우에도 소자가 두 극성의 방전으로부터 보호되도록 전술한 방식의 장치를 구성하는 것이다.
상기 목적은 반도체 소자가 집적 바이폴라 트랜지스터이고, 그것의 콜렉터-에미터 구간이 전계효과에 의해 제어가능한 반도체 소자의 드레인 단자 및 게이트 단자 사이에 접속됨으로써 달성된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 특허청구의 범위 종속항에 제시된다.
본 발명을 실시예를 참고로 설명하면 하기와 같다,
제 1도에 따른 회로는 MOSFET(1)를 포함한다. 상기 MOSFET의 드레인 단자(D), 소오스 단자(S) 및 게이트 단자(G)가 도시되어 있다. 드레인 단자(D)와 게이트 단자(G) 사이에는 바이폴라 트랜지스터(2)의 콜렉터-에미터 구간이 접속된다. MOSFET는 n채널 타입이고, 바이폴라 트랜지스터는 npn 타입이다. 바이폴라 트랜지스터의 에미터(E)는 게이트 단자(G)에 접속되고, 그것의 콜렉터 단자(C)는 드레인 단자(D)에 접속된다. MOSFET(1)가 PMOS 이면, pnp 바이폴라 트랜지스터(2)가 사용된다. 바이폴라 트랜지스터(2)의 베이스 단자(B)는 저항(3)을 통해 소오스 단자(S)에 접속된다. 소오스 단자(S)와 드레인 단자(D) 사이에는 (S)로부터 (D)로의 전류 흐름을 가능하게 하는 다이오드(4)가 접속된다. 상기 다이오드(4)는 모든 파워 MOSFET 또는 IGBT내에 포함된다.
보호장치의 기능을 설명하기 위해, 먼저 양의 정전하가 게이트 단자로 방전되고, 소오스 단자는 접지 또는 다른 낮은 전위에 접속된다고 가정한다. 이 경우, MOSFET(1)는 도통되게 제어되고, 바이폴라 트랜지스터(2)는 에미터 구역 및 베이스 구역 사이를 차단시킨다. 베이스 구역과 콜렉터 구역 사이의 pn 접합이 통과 방향으로 바이어스되기 때문에, 전류가 바이폴라 트랜지스터 및 도통 MOSFET(1)를 통해 소오스 단자 및 접지로 흐른다.
정전하가 음이고 소오스 단자가 접지되면, 바이폴라 트랜지스터가 도통되게 제어된다. 방전 전류는 소오스 단자로부터 다이오드(4) 및 바이폴라 트랜지스터(2)를 통해 게이트 단자로 흐른다.
드레인 단자가 낮은 전위에 접속되거나 또는 접지되고 양의 정전하가 게이트단자로 방전되는 경우에는, 에미터-베이스가 pn 접합을 차단시키고, 방전 전류는 게이트 단자로부터 드레인 단자로 흐른다. 반대의 경우에는 콜렉터-베이스가 pn 접합을 차단시키고, 방전 전류는 드레인 단자로부터 게이트 단자로 흐른다.
음의 전하가 드레인 단자로 방전되고 소오스 단자가 접지되면, 전류가 전방 방향으로 다이오드(4)를 통해 흐른다. 양의 전하가 드레인 단자로 방전되면, 다이오드(4)가 차단되고, 전류가 드레인 단자로부터 소오스 단자로 흐른다.
보호회로는 간단한 방식으로 MOSFET(1)의 반도체 몸체내에 집적될 수 있다(제 2도). MOSFET(1)는 기판(10)상에 구성되며, 상기 기판(10)상에는 드레인 구역(11)이 구성된다. 드레인 구역에는 베이스 구역(12)이 매립된다. 상기 베이스 구역에는 소오스 구역(14)이 평탄하게 매립된다. MOSFET의 표면은 게이트 산화물 층(15)으로 덮히고, 게이트 산화물 층(15)상에는 게이트 전극(16)이 배치된다. 상기 게이트 전극(16)은 재차 산화물 층(17)으로 덮히며, 상기 산화물 층(17)상에는 금속층(18)이 놓인다. 상기 금속층(18)은 소오스 전극으로서 사용된다. 기판(10)의 도핑 및 도전성은 예컨대 n+n-pn+이다.
드레인 구역(11)에는 드레인 구역(11)과 반대의 도전형을 가진 구역(5)이 매립되며, 상기 구역(5)은 바이폴라 트랜지스터(2)의 베이스 구역으로 사용된다. 베이스 구역(5)에는 강한 n-도전형 에미터 구역(6) 및 강한 p-도전형 콘택 구역(7)이 매립된다. 에미터 구역(6)은 라인(20)을 통해 게이트 단자(G)에 접속되고, 베이스 구역(5)은 콘택 구역(7) 및 라인(19)을 통해 소오스 단자(S)에 접속된다. 상기 라인은 통상의 알루미늄 스트립 도체이다.
정전 방전시에는 극성에 따라 전술한 바와 같이 에미터 구역(6)과 베이스 구역(5) 사이의 pn 접합(8)이 차단되거나, 또는 콜렉터 구역으로 작용하는 드레인 구역(11)과 베이스 구역(5) 사이에 놓인 pn 접합(9) 또는 바이폴라 트랜지스터가 도통되게 제어된다.
바이폴라 트랜지스터의 베이스 구역이 MOSFET의 베이스 구역과 동일한 도핑 및 깊이를 가지며 바이폴라 트랜지스터의 에미터 구역이 MOSFET의 소오스 구역과 동일한 도핑 및 깊이를 가지면, 바이폴라 트랜지스터(2)의 집적은 많지 않은 추가 비용을 필요로 한다. 바이폴라 트랜지스터의 실시예는 예컨대 5×1015cm-2의 도우즈로 도핑된 에미터 구역(6)을 갖는다. 상기 에미터 구역(6)은 예컨대 0.3 내지 0.6㎛의 길이를 갖는다. 베이스 구역은 예컨대 1013cm-2의 도핑을 가지며 3 내지 4㎛의 길이를 갖는다. 콘택 구역(7)은 예컨대 5×1014cm-2의 도핑을 가질 수 있다. 에미터 구역(6)과 콘택 구역(7) 사이의 간격은 예컨대 5㎛이다. 이로 인해 예컨대 베이스 구역이 1013cm-2의 도핑, 및 도면 평면에서 볼 때 약 1mm의 폭을 가지면, 약 100옴의 저항이 생긴다.
본 발명이 MOSFET로 설명되었으나, 보호장치는 전계효과에 의해 제어되는 다른 반도체 소자, 예컨대 IGBT 또는 MOS-GTO-다이리스터에도 적용될 수 있다.
제 1도는 본 발명의 실시예를 나타낸 회로도.
제 2도는 제 1도에 따른 회로의 집적된 구성을 나타낸 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : MOSFET 2 : 바이폴라 트랜지스터
3 : 저항 4 : 다이오드
5 : 베이스 구역 6 : 에미터 구역
7 : 콘택 구역 8 : pn 접합
10 : 기판 11 : 드레인 구역
12 : 베이스 구역 14 : 소오스 구역
15 : 게이트 산화물 층 16 : 게이트 전극
17 : 산화물 층 18 : 금속층

Claims (5)

  1. 게이트 단자에 접속된 전압 제한 보호 소자로, 전계효과에 의해 제어가능한 반도체 소자를 정전 방전으로부터 보호하기 위한 장치에 있어서, 반도체 소자가 집적 바이폴라 트랜지스터(2)이고, 그것의 콜렉터-에미터 구간이 전계효과에 의해 제어가능한 반도체 소자(1)의 드레인 단자(D)와 게이트 단자(G) 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 전계효과에 의해 제어가능한 반도체 소자를 정전 방전으로부터 보호하기 위한 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 바이폴라 트랜지스터(2)의 베이스 단자가 저항(3)을 통해 반도체 소자의 소오스 단자(S)에 접속되는 것을 특징으로 하는 전계효과에 의해 제어가능한 반도체 소자를 정전 방전으로부터 보호하기 위한 장치.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 바이폴라 트랜지스터(2) 및 반도체 소자가 단일 반도체 몸체가 집적되는 것을 특징으로 하는 전계효과에 의해 제어가능한 반도체 소자를 정전 방전으로부터 보호하기 위한 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 바이폴라 트랜지스터(2)가 반도체 소자의 드레인 구역(19)내로 매립된, 드레인 구역과 반대 도전형의 베이스 구역(5)을 가지며, 바이폴라 트랜지스터의 에미터 구역(6)이 베이스 구역(5)내로 매립되는 것을 특징으로 하는 전계효과에 의해 제어가능한 반도체 소자를 정전 방전으로부터 보호하기 위한 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 바이폴라 트랜지스터(2)의 베이스 구역(5)이 MOSFET의 베이스 구역과 동일한 도핑 및 깊이를 가지며, 바이폴라 트랜지스터의 에미터 구역(6)이 반도체 소자(1)의 소오스 구역(14)과 동일한 도핑 및 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 전계효과에 의해 제어가능한 반도체 소자를 정전 방전으로부터 보호하기 위한 장치.
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