JP3255186B2 - 保護装置と固体撮像素子 - Google Patents
保護装置と固体撮像素子Info
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Description
型固体撮像素子等の能動部でポテンシャルシフト等を含
めた破壊を生ぜさせないように例えばバイポーラトラン
ジスタからなる保護素子を保護を必要とする部分毎に設
けた保護装置と、それを能動部に設けた固体撮像素子に
関する。
ードレイン構造固体撮像素子の複数の部分を複数の保護
素子によって保護する保護装置の一部分を示す回路図で
ある。図面において、T1、T2、T3は端子(入力端
子)、Lc1は1つの容量負荷(例えば転送レジスタの
ゲート等)、Ljはジャンクション負荷(例えば水平レ
ジスタのリセットドレイン)、Lc2は他の容量負荷
(ゲート負荷)である。その動作電圧A1〜A3、動作
電圧の最高値a1、a2、a3、破壊電圧(耐圧)D1
〜D3は図5(B)に示すように異なる。
護するバイポーラ保護トランジスタであり、各保護トラ
ンジスタQ11 、Q12 、Q13 のコレクタは縦型オー
バーフロードレイン構造のCCD型固体撮像素子のn型
基板により構成されており、接地レベルになっている。
また、ベースはn型基板上に形成されたpウェルにより
構成され、例えば−9Vの電位が与えられている。そし
て、各保護トランジスタQ11 、Q12 、Q13 のエミ
ッタは保護しようとする負荷の反接地側の端子に接続さ
れている。従来において、保護トランジスタQ11 、Q
12 、Q13 は全く同じ特性であり、降伏電圧Bも図5
(B)に示すように全く同じであった。
ついて説明する。端子Tが低い電位になったときは保護
トランジスタのエミッタ・ベースが順方向電圧を受けて
オン状態になり、保護トランジスタにコレクタ電流が流
れ、この電流により端子Tのそれ以上の電位低下を防止
する。従って、これによって端子Tが異常に電位低下す
ることによる負荷の破壊を防止することができる。次
に、端子Tの電位が異常に高くなると保護トランジスタ
のエミッタ・ベース間にその降伏電圧を越える逆方向電
圧が加わることになる。すると、エミッタ・ベース間接
合は降伏して端子側からエミッタ・ベースを経て電流が
流れることになり、この電流によって端子Tの降伏電圧
以上の電位上昇を防止することができ、異常に高い電圧
による負荷の破壊を防止することができる。
ては被保護負荷の耐圧、動作電圧の差異に無関係に同じ
降伏電圧Bの保護トランジスタQ11 〜Q13 によって
保護していた。そのため、耐圧、動作電圧に対応して最
適な保護をすることが不可能で、例えば図5(B)にお
ける1及び2のケースのように破壊マージンE1、E2
が充分でないというような不都合が生じる。かといっ
て、各保護トランジスタQ11 〜Q13 の降伏電圧Bを
一律に下げると、図5(B)の3のケースの場合には動
作電圧の最高値a3に近づいて安定動作に支障をきたす
虞れがある。特に、保護トランジスタの降伏電圧Bは生
産によりバラツキCが生じるので、そのバラツキCをも
考慮するとマージンが益々小さくなるので、確実な保
護、動作の安定性の確保を図ることが難しく、従って、
耐圧、動作電圧の違いに無関係に同じ降伏電圧の保護ト
ランジスタBによって保護することには無視できない問
題があったのである。
されたものであり、耐圧、動作電圧が異なる被保護部に
対して最適に保護できるようにすることを目的とする。
耐圧及び/又は動作電圧が異なる複数の被保護部に対応
してそれを保護するバイポーラトランジスタからなる保
護素子が設けられ、該各保護素子は自己と対応する被保
護部の耐圧と動作電圧に応じて互いにベース電極取り出
し領域・エミッタ間の間隔が異ならしめられて降伏電圧
が異ならしめられてなることを特徴とする。請求項2の
固体撮像素子は、請求項1の保護装置を能動部に設けて
なることを特徴とする。
ンジスタからなる各保護素子は自己が保護する被保護部
の耐圧と動作電圧に応じた降伏電圧を有するようベース
電極取り出し領域・エミッタ間の間隔が異ならしめられ
ているので、各被保護部がその耐圧と動作電圧に応じて
最適に保護されるようにでき、確実な保護、動作の安定
性の確保ができる。請求項2の固体撮像素子によれば、
能動部に請求項1の保護装置を設けたので、能動部の保
護を要する素子、負荷等をその保護装置により各被保護
部毎にその耐圧と動作電圧に応じて最適に保護すること
ができ、確実な保護、動作の安定性の確保ができる。
詳細に説明する。図1(A)、(B)は本発明保護装置
の一つの実施例を示すもので、(A)は回路図、(B)
は電位関係説明図、図2は本実施例の一つの保護トラン
ジスタを示す断面図である。本実施例は、図5に示す従
来例とは、各保護トランジスタの降伏電圧が被保護部の
動作電圧、降伏電圧に応じて異ならしめられているとい
う点で異なっているが、それ以外の点では共通し、共通
する点については既に説明済みなので説明は省略し、異
なっている点についてのみ説明する。
負荷Lj、容量負荷Lc2を保護する保護トランジスタ
で、1は保護トランジスタQ1により容量負荷Lc1を
保護する保護回路、2は保護トランジスタQ2により接
合負荷Ljを保護する保護回路、3は保護トランジスタ
Q3により容量負荷Lc2を保護する保護回路である。
そして、各負荷Lc1、Lj、Lc2の動作電圧、耐圧
は、図1(B)に示すように、従来の場合[図5(B)
参照]と同じであるが、保護トランジスタQ1、Q2、
Q3の降伏電圧B1、B2、B3は図1(B)に示すよ
うに負荷Lc1、Lj、Lc2の動作電圧、耐圧に応じ
て異ならしめられている。
被保護負荷の動作電圧A1、A2、A3の最高値a1、
a2、a3よりも適宜高く且つ充分な破壊マージンE
1、E2、E3が得られる値に設定されており、従来充
分な破壊マージンが得られなかった第1及び第2の保護
回路1、2の破壊マージンE1、E2を充分に広くする
ことができる。
降伏電圧をどのようにして異ならしめるかについて説明
する。図2において、4はn型半導体基板、5は該半導
体基板4の表面部に形成されたp型ウェルで、例えば−
9Vの電位が与えられ、ベースとしての役割を果す。6
は該p型ウェル5の表面部に形成されたp+ 型ベース電
極取り出し領域、7は該p型ウェル5の表面部の別の位
置に設けられたn+ 型エミッタ領域、8は半導体基板4
の表面部にエミッタ7と同時に形成されたコレクタ電極
取り出し領域である。
1、Q2、Q3はすべて図2に示す構造を有している
が、ベース電極取り出し領域6とエミッタ領域7との間
の間隔Lが異なっている。即ち、間隔Lが大きくなる程
保護トランジスタの降伏電圧Bが高くなることを利用し
て各保護トランジスタQ1、Q2、Q3はその間隔Lに
よって幸福電圧B1、B2、B3がことならしめられて
いる。尚、ベースとなるウェル5の不純物濃度によって
もあるいはエミッタ領域7の不純物濃度によっても降伏
電圧を変えることができる。
ばCCD型固体撮像素子の水平レジスタ等の入力端子間
にサージが侵入した場合における保護をする保護装置に
ついて説明する。図3(A)は保護装置の回路図であ
り、同図において、D11、D21は入力1、2に異常
に高い電圧が加わったとき順方向に導通して水平レジス
タのゲートを保護するダイオード、D12、D22は入
力1、2に異常に低い電圧が加わったとき順方向に導通
して水平レジスタのゲートを保護するダイオードであ
る。
ラスのサージがかかった場合の動作を等価回路である図
3(B)に従って説明する。尚、C1 ・ sub、C2 ・ subは基
板・ゲート電極間容量、C12 ・ sub、は入力1、入力2を
受けるゲート電極間の容量である。
ダイオードD11、D12の逆耐圧で決まるが、この動作開
始電圧を水平レジスタの隣接ゲート間酸化膜の破壊電圧
やポテンシャルシフト開始電圧よりも低くし、更にサー
ジのドライブ能力に対する保護経路の抵抗を低くするこ
とによりゲート部を保護することができる。そして、ダ
イオードの逆方向ブレークダウンを利用した保護経路は
抵抗を小さくでき、電流容量も大きくでき易いので、保
護をより確実にできる。尚、入力1に一つのサージ(低
周波サージ)がかかった場合にはダイオードD12、D21
のブレークダウンを利用した保護回路が構成される。
装置の更に他の実施例を示すもので、(A)は回路図、
(B)リセットゲートトランジスタQrgの断面図、
(C)は等価回路図である。本実施例はリセットドレイ
ンRDとリセットゲートRGを保護トランジスタQ1、
Q2により保護するようにしたものであり、各保護トラ
ンジスタQ1、Q2のコレクタは基板電位(Vsub =
0)、ベースは最低電位(VL =−9V)にされ、そし
て、エミッタが被保護部の端子に接続されている。具体
的には保護トランジスタQ1のエミッタはリセットゲー
トに、保護トランジスタQ2のエミッタはリセットドレ
インに接続されている。
ゲートRGにプラスのサージが加わった場合を例として
図4(C)によって動作を説明する。リセットゲートに
プラスのサージが加わると保護トランジスタQ1がパン
チスルーして最低電位VL が上昇する。すると、保護ト
ランジスタQ2がターンオンし、その結果、RG→保護
トランジスタQ1のエミッタ→同コレクタ→保護トラン
ジスタQ2のコレクタ→同エミッタ→RDの電流経路が
できるが、この場合パンチスルーを利用しているので基
板抵抗の影響を受け、抵抗が高く、電流容量もとりにく
い。
・ベース間逆耐圧を下げて、RG→保護トランジスタQ
1のエミッタ→同ベース→保護トランジスタQ2のエミ
ッタ→同ベース→RDの保護経路ができるようにする。
すると、保護トランジスタQ1のエミッタ・ベース間逆
耐圧をリセットゲート・リセットドレイン間(Cdg)の
破壊電圧やポテンシャルシフト開始電圧よりも下げるこ
とによりリセットゲート・リセットドレイン間をサージ
から保護することができる。
動作電圧が異なる複数の被保護部に対応してそれを保護
するバイポーラトランジスタからなる保護素子が設けら
れ、該各保護素子は自己と対応する被保護部の耐圧と動
作電圧に応じて互いにベース電極取り出し領域・エミッ
タ間の間隔が異ならしめられて降伏電圧が異ならしめら
れてなることを特徴とする。従って、請求項1の保護装
置によれば、各保護素子は自己が保護する被保護部の耐
圧と動作電圧に応じてベース電極取り出し領域・エミッ
タ間の間隔が異ならしめられて降伏電圧が異ならしめら
れているので、各被保護部がその耐圧と動作電圧に応じ
て最適に保護されるようにでき、確実な保護、動作の安
定性の確保ができる。
は動作電圧がことなる複数の被保護部各々に対応してそ
れを保護するバイポーラトランジスタからなる保護素子
が設けられ、該保護素子が自己と対応する被保護部の耐
圧と動作電圧に応じてベース電極取り出し領域・エミッ
タ間の間隔が異ならしめられて互いに降伏電圧が異なら
しめられてなる保護装置を有することを特徴とする。従
って、請求項2の固体撮像素子によれば、能動部にその
ような保護装置を設けたので、能動部の保護を要する素
子、負荷等をその保護装置により各被保護部毎にその耐
圧と動作電圧に応じて最適に保護することができ、確実
な保護、動作の安定性の確保ができる。
例を示すもので、(A)は回路図、(B)は電位関係説
明図である。
図である。
を示すもので、(A)は回路図、(B)は等価回路図で
ある。
に他の実施例を示すもので、(A)は回路図、(B)は
リセットゲートトランジスタの断面図、(C)は等価回
路図である。
で、(A)は回路図、(B)は電位関係説明図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 耐圧及び/又は動作電圧が異なる複数の
被保護部各々に対応してそれを保護するバイポーラトラ
ンジスタからなる保護素子が設けられ、 上記各保護素子は自己と対応する被保護部の耐圧と動作
電圧に応じてベース電極取り出し領域・エミッタ間の間
隔が異ならしめられて互いに降伏電圧が異ならしめられ
てなることを特徴とする保護装置 - 【請求項2】 耐圧及び/又は動作電圧が異なる複数の
被保護部各々に対応してそれを保護するバイポーラトラ
ンジスタからなる保護素子が設けられ、 該保護素子が自己と対応する被保護部の耐圧と動作電圧
に応じてベース電極取り出し領域・エミッタ間の間隔が
異ならしめられて互いに降伏電圧が異ならしめられてな
る保護装置を有することを特徴とする固体撮像素子。
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
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Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (2)
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- 1992-08-24 JP JP24871792A patent/JP3255186B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1993
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