JP2701758B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices 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
- H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
- H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
- H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はトランジスタを有する半
導体装置に係り、特にトランジスタの破壊防止に好適な
構造を有する半導体装置に関する。
導体装置に係り、特にトランジスタの破壊防止に好適な
構造を有する半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術について図3、図4に示す。
図3は、従来の半導体装置の等価回路図であり、図4
は、従来の半導体装置の要部断面図である。従来のゲー
ト・ドレイン間に、ツェナーダイオードを逆直列接続し
た半導体装置は、図4に示すように、MosFETのド
レイン電極(12)の接触するn+基板(2)の上のド
リフト層となるn−エピタキシャル層(1)の表面層
に、MosFETのPウェルと同時に形成されるp+ア
ノード層(3)と、その表面層にMosFETのn+ソ
ース層と同時に形成されるn+カソード層(4)とから
なるツェナーダイオードZ1およびZ2が在存してい
る。
図3は、従来の半導体装置の等価回路図であり、図4
は、従来の半導体装置の要部断面図である。従来のゲー
ト・ドレイン間に、ツェナーダイオードを逆直列接続し
た半導体装置は、図4に示すように、MosFETのド
レイン電極(12)の接触するn+基板(2)の上のド
リフト層となるn−エピタキシャル層(1)の表面層
に、MosFETのPウェルと同時に形成されるp+ア
ノード層(3)と、その表面層にMosFETのn+ソ
ース層と同時に形成されるn+カソード層(4)とから
なるツェナーダイオードZ1およびZ2が在存してい
る。
【0003】ツェナーダイオードZ2のn+カソード層
(4)は、フィールド酸化膜(51)を覆う層間絶縁膜
(52)に開かれたコンタクトホールで接触する配線
(61)により、図示しないMosFETのゲート電極
と接続され、p+アノード層(3)は配線(62)によ
りツェナーダイオードZ1の端のZ1−1のp+アノー
ド層(3)に接続されている。複数のツェナーダイオー
ドZ1−1・・・Z1−nのとなり合う素子間では、n
+カソード層(4)とp+アノード層(3)が配線(6
3)で接続されている。他端のツェナーダイオードZ
1−nのn+カソード層(4)は配線(64)によりn
+コンタクト層(41)に接続され、n−ドリフト層
(1)およびn+基板(2)を介してドレイン電極(1
2)に接続されている(例えば、特開平4−65878
号公報)。
(4)は、フィールド酸化膜(51)を覆う層間絶縁膜
(52)に開かれたコンタクトホールで接触する配線
(61)により、図示しないMosFETのゲート電極
と接続され、p+アノード層(3)は配線(62)によ
りツェナーダイオードZ1の端のZ1−1のp+アノー
ド層(3)に接続されている。複数のツェナーダイオー
ドZ1−1・・・Z1−nのとなり合う素子間では、n
+カソード層(4)とp+アノード層(3)が配線(6
3)で接続されている。他端のツェナーダイオードZ
1−nのn+カソード層(4)は配線(64)によりn
+コンタクト層(41)に接続され、n−ドリフト層
(1)およびn+基板(2)を介してドレイン電極(1
2)に接続されている(例えば、特開平4−65878
号公報)。
【0004】図3は、従来の半導体装置の等価回路図
で、この動作は、ゲート端子GとMosFET(20)
のゲート電極の間に接続されたゲート抵抗RGと、ドレ
イン端子Dの間に順方向を逆さにして直列接続された二
つのツェナーダイオード(21)(Z1)、(22)
(Z2)のうちの、Z1(21)のツェナー電圧V21
が、MosFET(20)の耐圧より若干低めであれ
ば、ドレイン端子Dの電位は、V21がブレークダウン
してD→Z1→Z2→RG→Gと電流が流れ、MosF
ET(20)がオンするので、サージ電圧のエネルギー
はMosFET(20)により吸収されるため、素子破
壊を防止することができる。
で、この動作は、ゲート端子GとMosFET(20)
のゲート電極の間に接続されたゲート抵抗RGと、ドレ
イン端子Dの間に順方向を逆さにして直列接続された二
つのツェナーダイオード(21)(Z1)、(22)
(Z2)のうちの、Z1(21)のツェナー電圧V21
が、MosFET(20)の耐圧より若干低めであれ
ば、ドレイン端子Dの電位は、V21がブレークダウン
してD→Z1→Z2→RG→Gと電流が流れ、MosF
ET(20)がオンするので、サージ電圧のエネルギー
はMosFET(20)により吸収されるため、素子破
壊を防止することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この従来のゲート・ド
レイン間にツェナーダイオードを逆直列接続した半導体
装置は、ドレイン端子Dの電位がV21に達し、ツェナ
ーダイオード(21)がブレークダウンしてD→Z1→
Z2→RG→Gと電流が流れ、MosFET(20)が
オンして、サージ電圧のエネルギーがMosFET(2
0)により吸収される場合、そのサージ電圧のエネルギ
ーのすべてがMosFET(20)に加わるため、Mo
sFET(20)自体が加熱しやすく、加熱しすぎると
MosFET(20)が熱破壊するという問題点があっ
た。
レイン間にツェナーダイオードを逆直列接続した半導体
装置は、ドレイン端子Dの電位がV21に達し、ツェナ
ーダイオード(21)がブレークダウンしてD→Z1→
Z2→RG→Gと電流が流れ、MosFET(20)が
オンして、サージ電圧のエネルギーがMosFET(2
0)により吸収される場合、そのサージ電圧のエネルギ
ーのすべてがMosFET(20)に加わるため、Mo
sFET(20)自体が加熱しやすく、加熱しすぎると
MosFET(20)が熱破壊するという問題点があっ
た。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に形成された絶縁ゲート型トランジスタを有する半導体
装置において、半導体基板中に負性抵抗を有するトリガ
ー素子を配置し、トリガー素子は前記トランジスタのゲ
ート領域とドレイン領域とを接続したことを特徴とする
半導体装置である。また本発明は、半導体基板上に形成
された絶縁ゲート型トランジスタを有する半導体装置に
おいて、半導体基板中にトリガー素子を、半導体基板か
ら絶縁膜で分離して形成された半導体層に双方向ツェナ
ーダイオードを配置し、トリガー素子と双方向ツェナー
ダイオードは前記トランジスタのゲート領域とドレイン
領域とを接続したことを特徴とする半導体装置である。
また本発明は、トリガー素子の耐圧が絶縁ゲート型トラ
ンジスタのドレイン・ソース間耐圧より低いことを特徴
とするものである。さらに本発明は、トリガー素子の耐
圧と双方向ツェナーダイオードの耐圧との和が絶縁ゲー
ト型トランジスタのドレイン・ソース間耐圧より低いこ
とを特徴とするものである。
に形成された絶縁ゲート型トランジスタを有する半導体
装置において、半導体基板中に負性抵抗を有するトリガ
ー素子を配置し、トリガー素子は前記トランジスタのゲ
ート領域とドレイン領域とを接続したことを特徴とする
半導体装置である。また本発明は、半導体基板上に形成
された絶縁ゲート型トランジスタを有する半導体装置に
おいて、半導体基板中にトリガー素子を、半導体基板か
ら絶縁膜で分離して形成された半導体層に双方向ツェナ
ーダイオードを配置し、トリガー素子と双方向ツェナー
ダイオードは前記トランジスタのゲート領域とドレイン
領域とを接続したことを特徴とする半導体装置である。
また本発明は、トリガー素子の耐圧が絶縁ゲート型トラ
ンジスタのドレイン・ソース間耐圧より低いことを特徴
とするものである。さらに本発明は、トリガー素子の耐
圧と双方向ツェナーダイオードの耐圧との和が絶縁ゲー
ト型トランジスタのドレイン・ソース間耐圧より低いこ
とを特徴とするものである。
【0007】ここで、トリガー素子とは、図5に示すよ
うに、n+層(4)、p−層(5)、n−エピタキシャ
ル層(1)を有するもので、負性抵抗(ネガティブレジ
スタンス)を有し、回路中にあるコンデンサーのチャー
ジを素子のブレークオーバー電圧VBOを越えた時に放
電し、チャージの無くなった時点で再びコンデンサにチ
ャージし始めるといった周期的な発振を繰り返す素子の
ことである。
うに、n+層(4)、p−層(5)、n−エピタキシャ
ル層(1)を有するもので、負性抵抗(ネガティブレジ
スタンス)を有し、回路中にあるコンデンサーのチャー
ジを素子のブレークオーバー電圧VBOを越えた時に放
電し、チャージの無くなった時点で再びコンデンサにチ
ャージし始めるといった周期的な発振を繰り返す素子の
ことである。
【0008】
【作用】本発明においては、半導体装置のゲート・ドレ
イン間にトリガー素子または、トリガー素子+双方向ツ
ェナーダイオードを内蔵したことにより、サージ電圧等
によるエネルギーが半導体装置に印加された場合にサー
ジ電圧エネルギーを吸収することができ、かつ素子加熱
を小さくすることができるものである。また、双方向ツ
ェナーダイオード又はダイオードを入れることにより、
耐圧のことなる種々のMosFETに対して、容易に目
的の耐圧設定が可能になるものである。
イン間にトリガー素子または、トリガー素子+双方向ツ
ェナーダイオードを内蔵したことにより、サージ電圧等
によるエネルギーが半導体装置に印加された場合にサー
ジ電圧エネルギーを吸収することができ、かつ素子加熱
を小さくすることができるものである。また、双方向ツ
ェナーダイオード又はダイオードを入れることにより、
耐圧のことなる種々のMosFETに対して、容易に目
的の耐圧設定が可能になるものである。
【0009】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 [実施例1]本発明の第1の実施例について図1
(a)、図2(a)に示す。図1(a)は、本発明の実
施例の半導体装置の等価回路図であり、図2(a)は、
本発明の実施例の半導体装置の要部断面図である。ま
ず、図2(a)の半導体装置の要部断面図を説明する。
この実施例における半導体装置の製造に当たっては、図
2(a)に示すように、MosFETのドレイン電極
(12)の接触するn+基板(2)の上のn−エピタキ
シャル層(1)の表面層上に、酸化膜(51)を600
0Åの厚さに形成し、リソグラフィー技術を用いてパタ
ーニングする。
て説明する。 [実施例1]本発明の第1の実施例について図1
(a)、図2(a)に示す。図1(a)は、本発明の実
施例の半導体装置の等価回路図であり、図2(a)は、
本発明の実施例の半導体装置の要部断面図である。ま
ず、図2(a)の半導体装置の要部断面図を説明する。
この実施例における半導体装置の製造に当たっては、図
2(a)に示すように、MosFETのドレイン電極
(12)の接触するn+基板(2)の上のn−エピタキ
シャル層(1)の表面層上に、酸化膜(51)を600
0Åの厚さに形成し、リソグラフィー技術を用いてパタ
ーニングする。
【0010】さらにその上に多結晶シリコン膜(53)
を6000Åの厚さに形成し、リソグラフィー技術を用
いてパターニングし、n−エピタキシャル層(1)中に
n+層(4)とp−層(5)を形成し、その上に層間P
SG膜(52)を5000Åの厚さに形成し、リソグラ
フィー技術を用いてパターニングする。n+層(4)と
p−層(5)の上にアルミ電極(65)が接触してお
り、トリガー素子(23)を形成している。このように
半導体基板中にトリガー素子(23)を配置し、このト
リガー素子(23)は絶縁ゲート型トランジスタのゲー
ト領域とドレイン領域とを接続しているものである。
を6000Åの厚さに形成し、リソグラフィー技術を用
いてパターニングし、n−エピタキシャル層(1)中に
n+層(4)とp−層(5)を形成し、その上に層間P
SG膜(52)を5000Åの厚さに形成し、リソグラ
フィー技術を用いてパターニングする。n+層(4)と
p−層(5)の上にアルミ電極(65)が接触してお
り、トリガー素子(23)を形成している。このように
半導体基板中にトリガー素子(23)を配置し、このト
リガー素子(23)は絶縁ゲート型トランジスタのゲー
ト領域とドレイン領域とを接続しているものである。
【0011】次に、この実施例の半導体装置の動作を図
1(a)の半導体装置の等価回路図で説明する。トリガ
ー素子(23)の耐圧V23がMosFET(20)の
耐圧より若干低めであれば、ドレイン端子Dの電位は、
V23がブレークダウンしてD→トリガー素子(23)
→RG→Gと電流が流れ、MosFET(20)がオン
し、かつ、トリガー素子(23)により、クランプ電圧
が下がるため、サージ電圧エネルギーを小さくしてMo
sFET(20)が吸収するため、発熱しにくく、より
確実に素子破壊を防止することができる。
1(a)の半導体装置の等価回路図で説明する。トリガ
ー素子(23)の耐圧V23がMosFET(20)の
耐圧より若干低めであれば、ドレイン端子Dの電位は、
V23がブレークダウンしてD→トリガー素子(23)
→RG→Gと電流が流れ、MosFET(20)がオン
し、かつ、トリガー素子(23)により、クランプ電圧
が下がるため、サージ電圧エネルギーを小さくしてMo
sFET(20)が吸収するため、発熱しにくく、より
確実に素子破壊を防止することができる。
【0012】[実施例2]本発明の第2の実施例につい
て図1(b)、図2(b)に示す。図1(b)は、本発
明の第2の実施例の半導体装置の等価回路図であり、図
2(b)は、本発明の第2の実施例の半導体装置の要部
断面図である。まず、図2(b)の半導体装置の要部断
面図を説明する。この実施例2では、上記実施例1のゲ
ート・ドレイン間にトリガー素子のみを内蔵するものに
代えて、ゲート・ドレイン間にトリガー素子と双方向ツ
ェナーダイオードを内蔵した構造としたものである。
て図1(b)、図2(b)に示す。図1(b)は、本発
明の第2の実施例の半導体装置の等価回路図であり、図
2(b)は、本発明の第2の実施例の半導体装置の要部
断面図である。まず、図2(b)の半導体装置の要部断
面図を説明する。この実施例2では、上記実施例1のゲ
ート・ドレイン間にトリガー素子のみを内蔵するものに
代えて、ゲート・ドレイン間にトリガー素子と双方向ツ
ェナーダイオードを内蔵した構造としたものである。
【0013】この実施例2の半導体装置は、上記実施例
1で説明したトリガー素子に追加して、多結晶シリコン
膜(53)中にn+層(6)とp+層(7)を形成し双
方向ツェナーダイオード(24)を形成しているもので
ある。このように半導体基板中にトリガー素子(23)
と半導体基板から絶縁膜で分離して形成された半導体層
に双方向ツェナーダイオード(24)を配置し、トリガ
ー素子(23)と双方向ツェナーダイオード(24)が
絶縁ゲート型トランジスタのゲート領域とドレイン領域
とを接続しているものである。その他のについては、上
記実施例1と同様である。
1で説明したトリガー素子に追加して、多結晶シリコン
膜(53)中にn+層(6)とp+層(7)を形成し双
方向ツェナーダイオード(24)を形成しているもので
ある。このように半導体基板中にトリガー素子(23)
と半導体基板から絶縁膜で分離して形成された半導体層
に双方向ツェナーダイオード(24)を配置し、トリガ
ー素子(23)と双方向ツェナーダイオード(24)が
絶縁ゲート型トランジスタのゲート領域とドレイン領域
とを接続しているものである。その他のについては、上
記実施例1と同様である。
【0014】次に、この実施例2の半導体装置の動作
を、図1(b)の半導体装置の等価回路図で説明する。
トリガー素子(23)の耐圧V23と双方向ツェナーダ
イオード(24)の耐圧V24の合計が、MosFET
(20)の耐圧より若干低めであれば、上記実施例1で
説明した様に発熱しにくく、より確実に素子破壊を防止
することができ、かつ、双方向ツェナーダイオード(2
4)を追加したことにより、(V23+V24)の耐圧
を双方向ツェナーダイオードの段数変更により容易に変
更することが可能となり、種々のMosFETに対応す
ることができる。
を、図1(b)の半導体装置の等価回路図で説明する。
トリガー素子(23)の耐圧V23と双方向ツェナーダ
イオード(24)の耐圧V24の合計が、MosFET
(20)の耐圧より若干低めであれば、上記実施例1で
説明した様に発熱しにくく、より確実に素子破壊を防止
することができ、かつ、双方向ツェナーダイオード(2
4)を追加したことにより、(V23+V24)の耐圧
を双方向ツェナーダイオードの段数変更により容易に変
更することが可能となり、種々のMosFETに対応す
ることができる。
【0015】例えば、MosFET(20)のドレイン
・ソース間耐圧が60V、トリガー素子(23)の耐圧
10Vの場合、MosFET(20)の耐圧60Vより
若干低めにトリガー素子(23)+双方向ツェナーダイ
オード(24)の耐圧を設定したい時、1段8Vの双方
向ツェナーダイオード(24)を5段にすることによっ
て、8V×5段=40Vの耐圧を得ることができ、トリ
ガー素子(23)の耐圧10Vと合計して、50Vの耐
圧となり、先に説明した様に、ドレイン・ソース間にサ
ージ電圧が印加されても、MosFET(20)の耐圧
60Vより、10V低いトリガー素子(23)+双方向
ツェナーダイオード(24)が先にブレークダウンし、
かつトリガー素子が電圧を低下させるため素子破壊を防
止することができる。このように、双方向ツェナーダイ
オード又はダイオードを入れることにより、耐圧のこと
なる種々のMosFETに対して、容易に目的の耐圧設
定が可能になるという特徴がある。
・ソース間耐圧が60V、トリガー素子(23)の耐圧
10Vの場合、MosFET(20)の耐圧60Vより
若干低めにトリガー素子(23)+双方向ツェナーダイ
オード(24)の耐圧を設定したい時、1段8Vの双方
向ツェナーダイオード(24)を5段にすることによっ
て、8V×5段=40Vの耐圧を得ることができ、トリ
ガー素子(23)の耐圧10Vと合計して、50Vの耐
圧となり、先に説明した様に、ドレイン・ソース間にサ
ージ電圧が印加されても、MosFET(20)の耐圧
60Vより、10V低いトリガー素子(23)+双方向
ツェナーダイオード(24)が先にブレークダウンし、
かつトリガー素子が電圧を低下させるため素子破壊を防
止することができる。このように、双方向ツェナーダイ
オード又はダイオードを入れることにより、耐圧のこと
なる種々のMosFETに対して、容易に目的の耐圧設
定が可能になるという特徴がある。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体装置のゲート・ドレイン間にトリガー素子また
は、トリガー素子+双方向ツェナーダイオードを内蔵し
たことにより、サージ電圧等によるエネルギーが半導体
装置に印加された場合、MosFETとトリガー素子
で、サージ電圧エネルギーを吸収するため、素子破壊が
防止でき、かつ素子加熱を小さくすることができるた
め、より大きなサージ電圧が印加されても素子を保護す
ることが可能となるという効果を奏するものである。
半導体装置のゲート・ドレイン間にトリガー素子また
は、トリガー素子+双方向ツェナーダイオードを内蔵し
たことにより、サージ電圧等によるエネルギーが半導体
装置に印加された場合、MosFETとトリガー素子
で、サージ電圧エネルギーを吸収するため、素子破壊が
防止でき、かつ素子加熱を小さくすることができるた
め、より大きなサージ電圧が印加されても素子を保護す
ることが可能となるという効果を奏するものである。
【図1】(a) 本発明の実施例1の半導体装置の等価
回路図。 (b) 本発明の実施例2の半導体装置の等価回路図。
回路図。 (b) 本発明の実施例2の半導体装置の等価回路図。
【図2】(a) 本発明の実施例1の要部断面図。 (b) 本発明の実施例2の要部断面図。
【図3】 従来例の半導体装置の等価回路図。
【図4】 従来例の半導体装置の要部断面図。
【図5】 トリガー素子の平面図。
1 n−エピタキシャル層 2 n+基板 3,7,31,32 p+層 4,6 n+層 5 p−層 12 ドレイン電極 51 酸化膜 52 層間PSG膜 53 多結晶シリコン 61,62,63,64,65 配線(アルミ電極)
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体基板上に形成された絶縁ゲート型
トランジスタを有する半導体装置において、半導体基板
中に負性抵抗を有するトリガー素子を配置し、トリガー
素子は前記トランジスタのゲート領域とドレイン領域と
を接続したことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 半導体基板上に形成された絶縁ゲート型
トランジスタを有する半導体装置において、半導体基板
中にトリガー素子を、半導体基板から絶縁膜で分離して
形成された半導体層に双方向ツェナーダイオードを配置
し、トリガー素子と双方向ツェナーダイオードは前記ト
ランジスタのゲート領域とドレイン領域とを接続したこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】請求項1に記載の半導体装置において、ト
リガー素子の耐圧が絶縁ゲート型トランジスタのドレイ
ン・ソース間耐圧より低いことを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項4】 請求項2に記載の半導体装置において、
トリガー素子の耐圧と双方向ツェナーダイオードの耐圧
との和が絶縁ゲート型トランジスタのドレイン・ソース
間耐圧より低いことを特徴とする半導体装置。
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