JPS6229911B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置にかゝり、特に保護用の半
導体素子に関する。

所定の回路機能を半導体基体に形成している半
導体装置では、外界の静電界又は外部に何等かの
信号が外部端子に伝達される際に通常何等かの過
渡応答が観測される。この過渡応答が過大になる
と、回路の誤動作或いは機能素子自体の損傷を招
くことゝなり、通常は保護素子が設けられてい
る。

絶縁ゲート形電界効果トランジスタを有する集
積回路に通常設けられている保護装置に保護ダイ
オードがある。

第１図は従来用いられている保護ダイオードの
断面図を示したものであり、半導体基板１１に該
基体と逆導電型を有する領域１２を選択的に設
け、基体１１及び逆導電型領域１２上に絶縁膜１
３が設けられ該絶縁膜の領域１２上に選択的に設
けられた開孔を用いて導電性物質１４と非整流性
接触されている構造を有するもので、導電性物質
は半導体装置の入力又は出力と接続しているもの
である。かゝる構造に依れば、導電性物質１４に
入力又は出力する電圧が基体１１及び逆導電型領
域１２の形成するPN接合の逆方向電位を有し、
かつこの電位が該PN接合の接合耐圧より高い場
合には電流が基体１１及び導電性物質１４の間に
流れ、入出力電圧がPN接合耐圧より高くなるの
を防止する。入力又は出力電位がPN接合に対し
順方向である場合には、領域１２と、半導体基体
１１の導電性物質１４とは反対側表面に設けられ
た基体１１と非整流性接触をする電極１５との間
に電流が流れ、入出力端子に伝達されたPN接合
とは順方向の電位を有する過渡な電位が半導体装
置の入出力回路又は入出力機能素子に伝達するこ
とを防ぐ。しかしながら、半導体基体１１は100
ミクロン以上の厚さであるので、その抵抗は通常
大きく、領域１２及び導電性物質１５の間に流れ
る電流はこの基体抵抗により制限され、一方、基
体抵抗を十分減少させる為には領域１２の面積を
大きくする必要がある。

第２図は従来用いられている他の保護装置の断
面図である。半導体基体２１に、該基体とは逆の
導電型を有する領域２２ａ及び２２ｂが設けら
れ、領域２２ａ，２２ｂ及び基体２１上に絶縁膜
２３が設けられ、領域２２ａ及び２２ｂの間に存
在する該絶縁膜が選択的に除去された後に絶縁膜
２３よりは薄い絶縁膜２４が形成され、該絶縁膜
２４上にゲート電極２５が形成され、また領域２
２ａ，２２ｂは絶縁膜に選択的に開孔された穴を
通じてそれぞれ電極２６及び２７と非整流性接触
されたもので、該基体２１の反対側の表面に基体
２１とは非整流性接触する電極２８が形成された
ものである。

かゝる構造において電極２６が装置の入力又は
出力端子に接続された場合、電極２５及び２７は
通常同電位で接地されたものが保護素子として用
いられている。この構造の場合、領域２２ａ及び
２２ｂの間にかゝる電界は、ゲート電極２５の影
響により、ゲート電極２５が無い場合に比べて電
界強度が強くなる。従つて領域２２ａと基体２１
との間に形成されるPN接合に対し逆方向電位が
電極２６に掛つた場合ゲート電極２５の下の降服
耐圧は他の部分のPN接合の接合耐圧よりも低く
なる。しかし、この場合にも電極２６に該PN接
合に対し順方向の電圧が印加さた場合の特性は何
等改善されず、第１図に示した従来技術と同様な
欠点を有するものである。

本発明の目的は、かゝる従来技術による欠点を
除去したもので、半導体装置，特に絶縁ゲート形
電界効果トランジスタを用いる半導体において、
例えば半導体基体の一主表面上に形成された該基
体とは逆導電型を有する領域が形成された構造を
有する保護用の半導体素子において、逆導電型領
域と基体とが形成するPN接合に対して順方向電
圧が掛られた場合に有効な順方向保護特性を提供
することにある。

本発明の特徴は、半導体基板の一主面の一導電
型領域に細長い平面形状を有する接触部が設けら
れ、細長い第１の電極が該細長い接触部において
前記一導電型領域に非整流性接触をして接続さ
れ、該接触部と対向する辺が該接触部と平行とな
るように細長い平面形状の逆導電型領域が設けら
れてこれにより該一導電型領域とPN接合を形成
し、該逆導電型領域の一端には第２の電極が非整
流性接触をして接続され、該第１の電極には基準
電位が印加され、該第２の電極は入力もしくは出
力端子に接続され、かつ該第１の電極の接触部と
該逆導電型領域との距離は50ミクロン以内である
半導体装置にある。

このような本発明によれば、第１の電極と第２
の電極に、整流接合が順方向電圧となるような、
電圧が誘起したとき、十分に大きな電流が流れる
ことを可能とするから、例えば半導体装置の入力
端子もしくは出力端子等の外部端子に第１の電極
を接続し、第２の電極を標準電位としておけば、
外部端子に発生する過大電圧から半導体装置を、
正確にレスポンスよく、保護することが出来る。

以下、図面に基づいて本発明を説明する。

第３図Ａ乃至第３図Ｃは本発明の実施例を工程
順に示した図である。

第３図Ａに示す如く、第１の導電型を有する半
導体基体３１上に熱酸化等の方法により絶縁膜３
２を形成する。

次に、第３図Ｂに示す如く、前記絶縁膜を選択
蝕刻し、開孔３３を形成し、該絶縁膜をマスクと
して第１の導電型とは逆の導電型を有する物質を
該開孔より拡散せしめ、基板とは逆の導電型を有
する半導体領域３４を形成する。

次に、第３図Ｃに示す如く、領域３４上に熱酸
化等の方法により絶縁膜が再度形成された後に、
領域３４上に開孔３５が選択的に蝕刻きれる。開
孔３５が選択蝕刻されると同時に、或いはその前
後に開孔３６が領域３４の近傍に選択蝕刻され
る。次に開孔３５及び３６を用いた電極が形成さ
れる。このとき本発明は外部端子との間に前記基
体３１との間に整流接合を介する電極３７を備え
た半導体装置の保護用素子であり、前記主表面の
前記接合の50μｍ以内の近傍の基体表面に、基体
とほぼ同一電位の非整流性の電極３８を接触せし
めることを特徴としている。

第３図Ｄは、前記第１の実施例で述べられた半
導体素子が実際の集積回路に応用された場合の平
面図を示している。G₁及びG₂はそれぞれ入力又
は出力端子であり、端子G₁と非整流性接触をす
る領域３４′の近傍に、基体と同一電位１００の
非整流性電極３８が形成されている。基体電位１
００と基準電位２００とがほぼ同一の電位を有す
る場合には、端子G₂における如く端子G₂と非整
流性接触をする領域３４″の近傍に基準電位２０
０と同電位の非整流性電極を形成せしめる事も出
来る。

この実施例によれば、領域３４と開孔３６とは
互いに近傍に位置するので、領域３４と開孔３６
との間の抵抗は非常に小さくなり、領域３４及び
開孔３６の形状が小さくとも順方向電流は大きく
なる。半導体基体表面の層抵抗を1000Ω／□と
し、領域３４と開孔３６との間隔が６μｍ，また
開孔３６は領域３４と平行に６μｍ開孔されてい
るときの両者の間に存在する抵抗は 1000Ω／□×６μｍ／６μｍ＝1000Ω であり、非常に小さい値である。

又、領域３４と開孔３６との間隔が50μｍのと
き、領域３４と開孔３６との間の抵抗として1000
Ωを得る為に領域３４及び開孔３６が平行に形成
されねばならぬ大きさは （1000Ω／□×50μｍ）／1000Ω＝50μｍ となり実用的には領域３４と開孔３６との間の距
離は保護の応答速度および保護の精度並びに集積
度等を考えて、50ミクロン以下の値が本発明の効
果を有効に発揮する値となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来技術による
半導体装置の断面図である。第３図Ａ乃至第３図
Ｃは本発明の実施例の一部を示す断面図であり、
第３図Ａおよび第３図Ｂはその中間工程を示すも
のである。又、第３図Ｄは本発明の実施例の集積
回路装置の平面図である。 尚図において、１１，２１，３１は半導体基
体、１２，２２ａ，２２ｂ，３４，３４′，３
４″は逆導電型領域、１３，２３，２４，３２は
絶縁膜、１４，２５，２６，２７，２８，３７，
３８は電極、３３，３５，３６は開孔、１００は
基体電位、２００は基準電位、G₁は入力端子、
G₂は出力端子である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体基板の一主面の一導電型領域に細長い
   平面形状を有する接触部が設けられ、細長い第１
   の電極が該細長い接触部において前記一導電型領
   域に非整流性接触をして接続され、該接触部と対
   向する辺が該接触部と平行となるように細長い平
   面形状の逆導電型領域が設けられてこれにより該
   一導電型領域とPN接合を形成し、該逆導電型領
   域の一端には第２の電極が非整流性接触をして接
   続され、該第１の電極には基準電位が印加され、
   該第２の電極は入力もしくは出力端子に接続さ
   れ、かつ該第１の電極の接触部と該逆導電型領域
   との距離は50ミクロン以内であることを特徴とす
   る半導体装置。