🧩 Junction Isolation（接合型絶縁構造）

Junction Isolation

📘 概要｜Overview

CMOSや高耐圧デバイスを安定に動作させるためには、異なる素子間での電気的干渉を防ぐ絶縁構造が不可欠です。
To ensure stable operation of CMOS and high-voltage devices, isolation structures that prevent electrical interference between different elements are essential.

特に高耐圧デバイスでは、高電圧による寄生トランジスタ動作やサブストレート電流を抑える必要があります。
In high-voltage devices, suppression of parasitic transistor action and substrate current is critical.

🏗️ 絶縁構造の比較｜Comparison of Isolation Structures

構造｜Structure	特徴｜Features	用途｜Applications
N-Well / P-Well	基本的なウェル絶縁 Basic well-based isolation	通常CMOS、低耐圧構成 Standard CMOS, low-voltage
Deep N-Well (DNW)	広域絶縁とノイズ遮断 Deep region isolation and noise suppression	HV-CMOS、アナログ混載 HV-CMOS, analog SoC
Junction Isolation	PN接合による電気的遮断 Electrical isolation using PN junction	LDMOS、高密度HVセル LDMOS, dense HV cells

🔬 Junction Isolationの仕組み｜How Junction Isolation Works

flowchart TB
    subgraph PSub["P-Sub (Substrate)"]
        subgraph NBL["N+ Buried Layer"]
            PWell["P-Well (Device Region)"]
        end
    end

    PSub --- Note1["基板"]
    NBL --- Note2["埋め込み層"]
    PWell --- Note3["素子領域"]

PN接合に逆バイアスを印加し、空乏層で絶縁を形成
Isolation is achieved by applying reverse bias to form a depletion region across the PN junction.
面積効率が高く、高密度設計に向く
Efficient for area, suitable for dense layouts.
ラッチアップリスク（npn型）に注意
Requires care due to risk of parasitic npn latch-up.

🛡️ ガードリングとの併用｜Combination with Guard Rings

Junction Isolationだけでは、寄生npnや光電流による誤動作を完全には防げません。
そのため、レイアウト的な工夫として「P+ GNDガードリング」を外周に配置し、電位を固定・電流を逃がすのが一般的です。

flowchart TB
    subgraph Guard["GND Guard Ring (P+)"]
        subgraph JIso["Junction Isolated Cell"]
        end
    end

    %% 外側に補足を追加
    Guard --- Note1["外周: 寄生防止・GND引き落とし"]
    JIso --- Note2["内部: PN接合で構造絶縁"]

ラッチアップ・光感受性・熱ノイズへの多重対策
HV-CMOSやLDMOSのレイアウトでは標準的構成

⚠️ 設計上の注意点｜Design Considerations

注意点｜Concern	説明｜Description
逆バイアス印加 Reverse Bias Requirement	絶縁効果を維持するためには、常時逆バイアス電圧が必要 Constant reverse bias must be maintained
寄生トランジスタ解析 Parasitic BJT Analysis	PNP/NPN構造を含むため、電気的シミュレーションが必須 Device simulation needed to evaluate parasitic effects
熱的影響 Thermal Degradation	高温下での拡散や絶縁劣化の懸念あり Risk of thermal-induced degradation of isolation

📚 教材的意義｜Educational Relevance

構造と絶縁の原理の対応関係を学べる
Understand relationship between device structure and electrical isolation
高密度・高耐圧設計のトレードオフを体験的に理解可能
Explore trade-offs in dense high-voltage device design
ラッチアップ・ノイズ対策の導入教材として活用可能
Useful for introducing latch-up and noise immunity topics

🔗 関連リンク｜Related Topics

📘 応用編第2章｜高耐圧デバイス全体README
章全体の構成と関連技術の導入
Chapter 2 Top: Overview of high-voltage devices and structure of this section
hvcmos.md
CMOSプロセス互換での高耐圧化技術
High-voltage CMOS with process compatibility
ldmos.md
LDMOSの構造と電界制御・絶縁設計
Structure and field/isolation control in LDMOS
layout_rules.md
絶縁レイアウトとセル間設計規則
Isolation layout and inter-cell design rules
基礎編第4章｜MOSトランジスタの特性
MOS構造と寄生素子の理解
Understanding MOS structure and parasitic elements