(57)【要約】【課題】クランプ電圧が温度に依存しにくく、面積が小さいクランプ素子を備えた半導体装置を提供する。【解決手段】クランプ電圧は、負の温度係数を有するポリシリコンの順方向ダイオード１０の順方向降下電圧と、正の温度係数を有する逆方向ダイオード２０のブレークダウン電圧との合計電圧となる。順方向ダイオード１０の順方向電圧の負の温度係数の分、逆方向ダイオードによる正の温度係数が小さくなり、クランプ電圧の温度依存性が小さく、平坦になる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上であって、クランプされるノードと電源電圧供給端子との間に配置された、直列接続された所定個数の順方向ダイオード、及び１個の逆方向ダイオードと、
を有し、
前記所定個数の順方向ダイオードはポリシリコンから形成されていることを特徴とするクランプ素子を備えた半導体装置。
【請求項２】
前記所定個数の順方向ダイオードにより、前記逆方向ダイオードのみの温度係数よりも、平坦な温度係数を有していることを特徴とする請求項１記載のクランプ素子を備えた半導体装置。
【請求項３】
前記逆方向ダイオードは、半導体基板の中の拡散層から形成されていることを特徴とする請求項２記載のクランプ素子を備えた半導体装置。
【請求項４】
前記逆方向ダイオードは、ポリシリコンから形成されていることを特徴とする請求項２記載のクランプ素子を備えた半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。特に、クランプ素子が搭載された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のクランプ回路について説明する。図７は、従来のクランプ回路を示す図である。
クランプ回路は、通常動作においては逆方向となる向きに配置されたダイオード５１及び制御回路５２を備える。制御回路５２は、図示しないが、抵抗及び電流源を備える。これらの抵抗及び電流源により、制御回路５２は、ダイオード５１のアノードに電圧を発生させ、且つ、ダイオード５１に定電流を流すことにより、ダイオード５１のカソードのクランプ電圧を制御する。この時、クランプ電圧が温度依存性を持たないように、これらの抵抗及び電流源が温度依存性を持たないように回路設計する。（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０９２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１によって開示された技術では、クランプ回路のクランプ電圧を制御する制御回路５２が存在するので、その分、回路の面積が大きくなってしまう。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、クランプ電圧が温度に依存しにくく、面積が小さいクランプ素子を備えた半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、半導体装置に搭載されるクランプ素子において、クランプされるノードと電源電圧供給端子との間で直列接続される、所定数個の順方向ダイオード及び１個の逆方向ダイオード、を備え、順方向ダイオードに、ポリシリコンが用いられる、ことを特徴とするクランプ素子を備えた半導体装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、クランプ素子において、クランプ電圧を制御する制御回路が存在しないので、面積を小さくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】クランプ素子を示す図であり、（Ａ）は、断面図であり、（Ｂ）は、回路図である。
【図２】温度に対する電圧を示す図であり、（Ａ）は、順方向ダイオード１０の順方向降下電圧に関する図であり、（Ｂ）は、逆方向ダイオード２０のブレークダウン電圧に関する図であり、（Ｃ）は、クランプ素子のクランプ電圧に関する図である。
【図３】クランプ素子を示す図であり、（Ａ）は、断面図であり、（Ｂ）は、回路図である。
【図４】クランプ素子を示す図であり、（Ａ）は、断面図であり、（Ｂ）は、回路図である。
【図５】クランプ素子を示す図であり、（Ａ）は、断面図であり、（Ｂ）は、回路図である。
【図６】クランプ素子を示す図であり、（Ａ）は、断面図であり、（Ｂ）は、回路図である。
【図７】従来のクランプ回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、クランプ素子の断面構造について説明する。図１は、クランプ素子を備えた半導体装置を示す図であり、（Ａ）は、断面図である。
【００１０】
従来の半導体製造プロセスにより、半導体基板２４の表面に、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）酸化膜１３を成長させる。ＬＯＣＯＳ酸化膜１３の上に、Ｐ型ポリシリコン１１及びＮ型ポリシリコン１２を形成する。また、半導体基板２４の表面に、Ｐ型ウェル２３を形成する。Ｐ型ウェル２３の表面に、Ｐ型拡散層２１及びＮ型拡散層２２を形成する。Ｐ型ポリシリコン１１及びＮ型ポリシリコン１２は順方向ダイオード１０を構成し、Ｐ型ポリシリコン１１はアノード電極として機能し、Ｎ型ポリシリコン１２はカソード電極として機能する。Ｐ型ウェル２３及びＮ型拡散層２２は逆方向ダイオード２０を構成し、Ｐ型拡散層２１はアノード電極として機能し、Ｎ型拡散層２２はカソード電極として機能する。
【００１１】
次に、クランプ素子の耐圧について説明する。
クランプ素子の耐圧は、Ｐ型ウェル２３及びＮ型拡散層２２の不純物濃度によって決定される。Ｐ型ウェル２３の不純物濃度は、Ｐ型拡散層２１の不純物濃度よりも低い。Ｐ型ウェル２３の不純物濃度が低くなると、その分、クランプ素子の耐圧が高くなる。よって、このクランプ素子の耐圧は、通常の半導体製造プロセスにより、容易に調整可能となっている。
【００１２】
次に、クランプ素子の回路構成について説明する。図１は、クランプ素子を示す図であり、（Ｂ）は、回路図である。
順方向ダイオード１０のアノード電極は、クランプされるノードに接続され、カソード電極は、逆方向ダイオード２０のカソード電極に接続される。逆方向ダイオード２０のアノード電極は、接地端子に接続される。つまり、クランプされるノードと接地端子との間で、順方向ダイオード１０は順方向に接続され、逆方向ダイオード２０は逆方向に接続され、順方向ダイオード１０と逆方向ダイオード２０とは順番に直列接続される。ここで、クランプ素子において、ダイオードが２個だけ使用され、クランプ電圧を制御する制御回路は存在しないので、面積が小さい。
【００１３】
次に、クランプ素子の動作について説明する。
クランプされるノードの電圧が高くなり、クランプ電圧になると、逆方向ダイオード２０のブレークダウン動作により、そのクランプ電圧でクランプされる。クランプ電圧は、順方向ダイオード１０の順方向降下電圧と、逆方向ダイオード２０のブレークダウン電圧と、の合計電圧である。
【００１４】
また、クランプ回路において半導体基板２４の中の拡散層を用いたダイオードが複数個使用されてしまうと、これらのダイオードの間やダイオードと半導体基板２４との間の寄生素子が動作してしまい、クランプ回路が誤動作してしまう可能性がある。しかし、本発明では、半導体基板２４の中の拡散層を用いたダイオードは１個だけ使用されるので、クランプ回路は誤動作しない。
【００１５】
次に、クランプ電圧の温度依存性について説明する。図２は、温度に対する電圧を示す図であり、（Ａ）は、順方向ダイオード１０の順方向降下電圧に関する図であり、（Ｂ）は、逆方向ダイオード２０のブレークダウン電圧に関する図であり、（Ｃ）は、クランプ素子のクランプ電圧に関する図である。
【００１６】
順方向ダイオード１０の順方向降下電圧は、図２の（Ａ）に示すように、負の温度係数を有する。逆方向ダイオード２０のブレークダウン電圧は、図２の（Ｂ）に示すように、正の温度係数を有する。ここで、クランプ電圧は、正の温度係数を有する逆方向ダイオード２０のブレークダウン電圧と等しいとすると、図２の（Ｃ）の“０個の順方向ダイオード１０”に示すように、正の温度係数を有してしまう。しかし、本発明では、クランプ電圧は、負の温度係数を有する順方向ダイオード１０の順方向降下電圧と、正の温度係数を有する逆方向ダイオード２０のブレークダウン電圧と、の合計電圧である。すると、順方向ダイオード１０の順方向電圧の負の温度係数の分、図２の（Ｃ）の“１個の順方向ダイオード１０”に示すように、クランプ電圧の正の温度係数が小さくなり、クランプ電圧の温度依存性は低くなる。
【００１７】
なお、図２の（Ｃ）の“２個の順方向ダイオード１０”及び“３個の順方向ダイオード１０”に示すように、複数個の順方向ダイオード１０が直列に設けることにより、クランプ電圧の正の温度係数がさらに小さくなり、クランプ電圧の温度依存性をさらに低く、即ち、平坦にすることが可能である。
【００１８】
また、図１では、半導体基板２４の中の拡散層を用いた逆方向ダイオード２０を使用しているが、図３に示すように、ポリシリコンを用いた逆方向ダイオード３０を使用しても良い。この時、Ｐ型ポリシリコン３１及びＮ型ポリシリコン１２は逆方向ダイオード３０を構成し、Ｐ型ポリシリコン３２はアノード電極として機能し、Ｎ型ポリシリコン１２はカソード電極として機能する。また、クランプ素子の耐圧は、Ｐ型ポリシリコン３１及びＮ型ポリシリコン１２の不純物濃度によって決定される。Ｐ型ポリシリコン３１の不純物濃度は、Ｐ型ポリシリコン３２の不純物濃度よりも低い。Ｐ型ポリシリコン３１の不純物濃度が低くなると、その分、クランプ素子の耐圧が高くなる。
【００１９】
また、図４に示すように、Ｐ型ポリシリコン３２及びＮ型ポリシリコン３３は逆方向ダイオード３０ａを構成し、Ｐ型ポリシリコン３２はアノード電極として機能し、Ｎ型ポリシリコン１２はカソード電極として機能しても良い。
【００２０】
また、図５に示すように、Ｐ型ポリシリコン３１及びＮ型ポリシリコン３３は逆方向ダイオード３０ｂを構成し、Ｐ型ポリシリコン３２はアノード電極として機能し、Ｎ型ポリシリコン１２はカソード電極として機能しても良い。この時、逆方向ダイオード３０ｂは、低濃度領域として、Ｐ型ポリシリコン３１及びＮ型ポリシリコン３３の２つを有するので、より高耐圧になる。
【００２１】
また、図６に示すように、Ｐ型ポリシリコン３２及びＮ型ポリシリコン１２は逆方向ダイオード３０ｃを構成し、Ｐ型ポリシリコン３２はアノード電極として機能し、Ｎ型ポリシリコン１２はカソード電極として機能しても良い。この時、逆方向ダイオード３０ｃは、低濃度領域を有さないので、低耐圧になる。
【００２２】
また、順方向ダイオード１０と逆方向ダイオード２０とは、クランプされるノードと接地端子との間で、順番に直列接続されているが、逆の順番で直列接続されても良い。
【００２３】
また、順方向ダイオード１０は、ＬＯＣＯＳ酸化膜１３の上に形成しているが、ゲート絶縁膜やＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）などの半導体基板２４における他の絶縁手段の上に形成しても良い。
【００２４】
また、クランプするノードは、接地端子（電源電圧供給端子）基準でクランプしているが、電源端子（電源電圧供給端子）基準でクランプしても良い。この時、順方向ダイオード１０と逆方向ダイオード２０とを、電源端子とクランプされるノードとの間で、同様に直列接続する。
【符号の説明】
【００２５】
１０  順方向ダイオード
１１  Ｐ型ポリシリコン
１２  Ｎ型ポリシリコン
１３  ＬＯＣＯＳ酸化膜
２０  逆方向ダイオード
２１  Ｐ型拡散層
２２  Ｎ型拡散層
２３  Ｐ型ウェル
２４  半導体基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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