DE4435204C2 - Eingangsschutzschaltung - Google Patents
EingangsschutzschaltungInfo
- Publication number
- DE4435204C2 DE4435204C2 DE4435204A DE4435204A DE4435204C2 DE 4435204 C2 DE4435204 C2 DE 4435204C2 DE 4435204 A DE4435204 A DE 4435204A DE 4435204 A DE4435204 A DE 4435204A DE 4435204 C2 DE4435204 C2 DE 4435204C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- diffusion
- wiring
- diffusion region
- contacts
- protection circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 80
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 21
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 15
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 18
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H01L27/0255—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using diodes as protective elements
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Eingangsschutz
schaltung für integrierte MOS-Halbleiterschaltungen.
Eine integrierte Halbleiterschaltung mit einem MOS-Transistor
weist eine Eingangsschutzschaltung auf, die zwischen eine interne
Schaltung und einen Eingangsanschluß eingefügt ist, um zu verhin
dern, daß der Gateoxidfilm der internen Schaltung durch einen ex
ternen Spannungsstoß elektrostatisch durchbrochen wird. Fig. 1 ist
ein Schaltbild, das eine herkömmliche Eingangsschutzschaltung
zeigt, die in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 58-58769
(1983) beschrieben ist. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 101
einen Eingangsanschluß. Der Spannungsstoß, der an dein Eingangsan
schluß 101 eingeht, wird an die komplementären MOS-Transistoren
Q1, Q2 angelegt, die eine interne Schaltung bilden.
Ein Schutzwiderstand R ist zwischen dem Eingangsanschluß 101 und
den MOS-Transistoren Q1, Q2 angeschlossen. Der Schutzwiderstand R
ist aus einer polykristallinen Siliziumschicht gebildet, die durch
einen Feldoxidfilm auf einem Halbleitersubstrat oder eine Diffusi
onsschicht in dem Halbleitersubstrat oder andere Elemente bzw.
Einrichtungen gelegt ist. Schutzdioden D1, D2, sind parallel an
der Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß 101 und dem Wider
stand R angeschlossen. Die Schutzdiode D1 hat ihre Anode mit dem
Eingangsanschluß 101 und ihre Kathode mit einer positiven
Spannungsversorgung VDD verbunden. Ebenso hat die Schutzdiode D2
ihre Anode mit einer Masse bzw. Erde VSS, welche eine negative
Versorgungsspannung bereitstellt und ihre Kathode mit dem
Eingangsanschluß 101 verbunden.
Fig. 2 ist eine Draufsicht, die schematisch die Schutzdiode D1 von
Fig. 1 darstellt. Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht ent
lang der Linie III-III von Fig. 2. Ein rechteckiges p-
Diffusionsgebiet 103 von hoher Konzentration ist in der Draufsicht
auf einem n-Halbleitersubstrat 102 gebildet. Ein p-
Widerstandsgebiet von hoher Konzentration ist in Kontakt mit
dem p-Diffusionsgebiet 103 gebildet. Ein n-Diffusionsgebiet 104
von hoher Konzentration ist so gebildet, daß es einen PN-Übergang
in Kontakt mit der Peripherie des p-Diffusionsgebietes 103 formt.
Ein Isolierfilm 106 ist auf dem Halbleitersubstrat 102 gebildet,
und eine Elektrode 107 ist derart gebildet, daß sie in das
Kontaktloch, das auf dem p-Diffusionsgebiet 103 des Isolierfilms
106 gebildet ist, eingelassen ist. Die Schutzdiode D2 ist ähnlich
zu der Schutzdiode D1 mit Ausnahme, daß das Halbleitersubstrat,
die Diffusionsgebiete etc. vom umgekehrten Leitungstyp gebildet
sind, und daher wird sie nicht mehr erklärt.
Die Schutzdioden D1, D2 dieser Struktur sind so ausgelegt, daß in
dem Fall, in dem ein Spannungsstoß an den Eingangsanschluß 101 an
gelegt wird, der Durchlaßbetrieb oder der Durchbruchsbetrieb der
Schutzdioden D1 oder D2 bewirkt, daß ein Strom zur Spannungsver
sorgung VDD oder zur Masse VSS fließt, wobei die Spannung, die an
die MOS-Transistoren Q1, Q2 angelegt ist, reduziert wird. Im Er
gebnis wird verhindert, daß der Gateoxidfilm der MOS-Transitoren
Q1 und Q2, welche eine interne Schaltung bereitstellen, elektro
statisch durchgebrochen wird.
In den letzten Jahren wurde es im Zusammenhang mit der zunehmenden
Anzahl von Anschlußstiften und der Integration der MOS-integrier
ten Halbleiterschaltungen schwieriger, eine ausreichende Fläche
für eine Eingangsschutzschaltung bereitzustellen. Der elektrosta
tische Durchbruch der Schutzdiode in einer Eingangsschutzschaltung
wird hauptsächlich durch das Schmelzen von Silizium verur
sacht, was von der Hitze resultiert, welche durch die Konzentra
tion des Stromstoßes am PN-Übergang der Diffusionsgebiete erzeugt
wird. In dem Fall, in dem die Diffusionsfläche der Schutzdiode
klein ist, ist die Konzentration des Stromes in dem Diffusionsge
biet so groß, daß die Eingangsschutzschaltung elektrostatisch
durch einen vergleichsweise niedrigen Spannungsstoß durchbrochen
wird. Es ist daher notwendig eine ausreichende Fläche der Diffusi
onsgebiete sicherzustellen, wodurch die Fläche für die
Eingangsschutzschaltung zunimmt, und es dadurch unmöglich wird,
die Siliziumfläche effektiv zu nutzen.
Eine Konfiguration der Eingangsschutzschaltung, die die oben ge
nannten Probleme zu umgehen beabsichtigt, ist in den Japanischen
Patentoffenlegungsschriften Nr. 58-58769 (1983) und Nr. 62-71275
(1987) vorgeschlagen. In der in der Japanischen Patentoffenle
gungsschrift Nr. 58-58769 (1983) vorgeschlagenen Eingangsschaltung
ist ein Diffusionsgebiet, in dem der Stromstoß fließen kann, aus
einem p-Diffusionsgebiet von hoher Konzentration und einem p-Dif
fusionsgebiet von niedriger Konzentration, welches das p-Diffusi
onsgebiet von hoher Konzentration einschließt, und einem p-Diffu
sionsgebiet von hoher Konzentration, das das p-Diffusionsgebiet
von niedriger Konzentration einschließt, gebildet. Diese Diffusi
onsgebiete weisen einen großen Schichtwiderstand des p-Diffusions
gebietes auf, wodurch die elektrostatische Durchbruchspannung des
Diffusionsgebietes erhöht wird. Somit wird die elektrostatische
Durchbruchspannung im selben Grad wie beim Stand der Technik ver
bessert. Die Herstellung dieser Eingangsschutzschaltung erfordert
jedoch eine Vielzahl von Strukturierungsprozessen
zum Bilden der Diffusionsgebiete, und wirft daher das Problem ei
nes erhöhten Zeit- und Arbeitsaufwandes auf.
Andererseits weist die Eingangsschutzschaltung, die in der Japani
schen Patentoffenlegungsschrift Nr. 62-71275 (1987) vorgeschlagen
ist, eine Mehrzahl von Widerstandselementen, Schutzdioden und
Schutz-MOS-Transistoren auf. Gemäß diesem Vorschlag ist das Diffu
sionsgebiet für die Schutzdiode tiefer gebildet als das Source-
Drain-Gebiet der internen Schaltung, um den Übergangsdurchbruch in
dem Diffusionsgebiet der Schutzdiode zu verhindern. Als Folge da
von, kann die Gatespannung, die an die interne Schaltung angelegt
wird, verringert werden, ohne die Schutzdioden durchzubrechen, wo
durch verhindert wird, daß der Gateoxidfilm der internen Schaltung
elektrostatisch durchgebrochen wird. Es bleibt jedoch das Problem,
daß der Herstellungsprozeß zum Formen eines tiefen Diffusionsge
bietes der Schutzdiode eine beträchtliche Arbeit und Zeit ver
braucht.
Aus der EP 0 168 678 B1 ist eine Eingangsschutzschaltung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Es ist Aufgabe der
Erfindung, eine Eingangsschutzschaltung bereitzustellen, die
leicht hergestellt werden kann und die eine hohe elektrostati
schen Durchbruchsspannung ohne eine vergößerte Fläche aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Eingangsschutzschaltung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.
Bei der Eingangsschutzschaltung wird in dem Fall, in
dem ein Stromstoß vom Eingangsanschluß geliefert wird, der
Stromstoß, der in die Gleichrichtereinrichtungen geeilt ist,
entlang der Breite der Diffusionsgebiete geteilt und daher wird
die Stromkonzentration, die sonst am Eingangs-PN-Übergang der
Gleichrichtereinrichtungen auftreten könnte
reduziert. Auch im Hinblick auf die Tatsache, daß die Breite des
Kontaktes, der auf den Diffusionsgebieten gebildet ist, größer als
die Breite der Verdrahtung ist, welche den Stromstoß hindurchläßt,
wird die Stromkonzentration bzw. die Stromverdichtung zwischen den
Diffusionsgebieten mit der Verdrahtung dazwischen ausgeglichen.
Daher wird kein Strom an den Kontaktenden, die leicht einen
Stromstoß erliegen, konzentriert bzw. verdichtet, wobei die
elektrostatische Durchbruchspannung verbessert wird. In dem Fall,
in dem ein Stromstoß durch die Verdrahtung fließt, wird eine
höhere elektrostatische Durchbruchspannung erhalten, wobei die
Fläche der Diffusionsgebiete im wesentlichen unverändert ist.
Ferner wird eine ausreichende elektrostatische Druchbruchsspannung
mit einer kleinen Fläche der Diffusionsgebiete erzielt.
Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.
Von den Figuren zeigen:
Fig. 1: Ein Schaltbild, das eine herkömmliche Eingangs
schutzschaltung zeigt;
Fig. 2: Eine Draufsicht, die schematisch eine herkömmliche
Schutzdiode D1 zeigt;
Fig. 3: Eine schematische Schnittansicht entlang der Linie
III-III von Fig. 2;
Fig. 4: Ein Schaltbild, welches eine Eingangsschutzschaltung
entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung
zeigt;
Fig. 5: Eine Draufsicht, die schematisch die Schutzdiode
entsprechend dieser Ausführungform der Erfindung
zeigt;
Fig. 6: Eine schematische Schnittansicht entlang der Linie
VI-VI von Fig. 5; und
Fig. 7: Eine Schnittansicht, die schematisch eine Schutzdi
ode in einem Herstellungsprozeß entsprechend einer
Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Ein Schaltbild einer Eingangsschutzschaltung entsprechend der Er
findung ist in Fig. 4 gezeigt. Das Bezugszeichen 111 bezeichnet
einen Eingangsanschluß. Ein Spannungsstoß, der an dem Eingangsan
schluß 111 ankommt, wird an eine interne Schaltung 112 angelegt.
In der Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß 111 und der inter
nen Schaltung 112 sind eine Schutzdiode 113 und eine Schutzdiode
114, die jeweils erste und zweite Gleichrichtereinrichtung bilden,
parallel zueinander geschaltet. Die Schutzdiode 114 hat ihre Anode
mit dem Eingangsanschluß 111 und ihre Kathode mit einer positiven
Spannungsversorgung VCC verbunden. Die Schutzdiode 113 hat ihre
Anode mit Masse bzw. Erde VSS, welche eine negative Span
nungsversorgung bildet, und ihre Kathode mit dem Eingangsanschluß
111 verbunden.
Eine schematische Draufsicht der Schutzdioden 113, 114 von Fig. 4
ist in Fig. 5 gezeigt. Eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI
von Fig. 5 ist in Fig. 6 veranschaulicht. Eine p-Leitungswanne bzw. Halbleiterschicht 116
und ein n-Leitungswanne bzw. Halbleiterschicht 118 sind aneinander angrenzend gebildet.
Ein erstes n-Diffusionsgebiet 117 von hoher Konzentration ist durch Do
tieren mit Phosphor im wesentlichen im zentralen Abschnitt der p-
Leitungswanne 116 gebildet und ein zweites p-Diffusionsgebiet 119 mit ho
her Konzentration ist durch Dotieren mit Bor in im Wesentlichen
dem zentralen Abschnitt der n-Leitungswanne 118 gebildet. Das n-
Diffusionsgebiet 117 und das p-Diffusionsgebiet 119 zeigen jeweils
in der Draufsicht eine rechteckige Form. Bei diesen Rechtecken
sind die Seiten, die parallel zu der Grenze zwischen den p-Lei
tungswannen 116 und den n-Leitungswannen 118 sind, länger als die
Länge entlang der Richtung senkrecht zu der Grenze. Das Verhältnis
zwischen langen und kurzen Seiten eines jeden Diffusionsgebietes
ist ungefähr zwischen 5 : 1 und 15 : 1. In dem Fall, in
dem die lange Seite extrem lang eingestellt ist, ist es für den
Stromstoß schwierig entlang der langen Seite zu propagieren, wie
später beschrieben wird.
Ein Isolierfilm 122 ist auf der Oberfläche der Halbleiterdiffusi
onsschicht gebildet, die wie oben beschrieben aufgebaut ist. Der
Isolierfilm 122 weist eine darauf gebildete Aluminiumverdrahtung
115 auf bis zu der Position, die die interne Schaltung 112 von dem
Eingangsanschluß 111 durch die Oberflächen der Leitungswanne 116,
des n-Diffusionsgebietes 117, der Leitungswanne 118 und des p-Dif
fusionsgebietes 119 erreicht. Die Aluminiumverdrahtung 115 ist so
gebildet, daß sie die Stelle, die das Zentrum bzw. den Mittelpunkt
auf dem n-Diffusionsgebiet 117 kreuzt und die Stelle, die den Mit
telpunkt auf dem p-Diffusionsgebiet 119 kreuzt, miteinander ver
bindet. Die Breite der Aluminiumverdrahtung 115 auf dem n-Diffusi
onsgebiet 117 und dem p-Diffusionsgebiet 119, d. h. die Länge ent
lang der Längsrichtung der jeweiligen Diffusionsgebiete ist länger
als die Breite der Aluminiumverdrahtung 115, die auf der Leitungs
wanne 116 und der Leitungswanne 118 gebildet ist.
Der Isolierfilm 122 auf dem n-Diffusionsgebiet 117 und dem p-Dif
fusionsgebiet 119 weist Kontaktlöcher auf, so daß das n-Diffusi
onsgebiet 117 und das p-Diffusionsgebiet 119 mit der Aluminiumver
drahtung 115 jeweils durch Kontakte 120, 120 verbunden sind. Die
Kontakte 120, 120 sind in der Gestalt des n-Diffusionsgebietes 117
und des p-Diffusionsgebietes 119 gebildet und jeweils um ungefähr
2 µm verkleinert. Dies ist der Fall um den Effekt der Hitze zu ver
meiden, die in den PN-Übergängen der Schutzdioden 113, 114 erzeugt
wird. Der Verkleinerungsfaktor für die kurzen Seiten der Kontakte
120, 120 ist vorzugsweise größer als der für die langen Seiten
derselben, wodurch die Konzentration bzw. die Verdichtung des
Stromstoßes entlang der kurzen Seiten verringert wird. Im Hinblick
auf die Tatsache, daß die Kontaktenden, d. h. die Längsenden bzw.
die longitudinalen Enden der Kontakte 120, 123 äquidistant von dem
Mittelpunkt der Aluminiumverdrahtung 115 und außerhalb der Kanten
bzw. Ränder der Breite der Aluminiumverdrahtung 115 angeordnet
sind, wird kein Strom an den Kontaktenden, die leicht dem
Stromstoß erliegen, konzentriert.
Masse bzw. Erde VSS ist in gegenüberliegender bzw.
entgegengesetzter Beziehung mit und auf den Seiten der
Aluminiumverdrahtung 115 auf dem Isolierfilm 122, der auf der
Oberfläche der Leitungswanne 116 gebildet ist, vorhanden. Eine
Spannungsversorgung VCC ist auf dieselbe Weise auf dem Isolierfilm
122, der auf der Oberfläche der Leitungswanne 118 gebildet ist,
vorhanden. Kontaktlöcher sind in dem Isolierfilm 122 gebildet, so
daß die Masse VSS und die Spannungsversorgung VCC mit der
Leitungswanne 116 und der Leitungswanne 118 durch die Kontakte
121, 121 verbunden sind.
Der Prozeß zur Herstellung der Schutzdioden 113, 114, die die oben
beschriebene Struktur aufweisen, wird nun erklärt. Fig. 7 ist eine
Schnittansicht, die schematisch die Schutzdioden 113, 114 von Fig.
6 in dem Herstellungsprozeß zeigt. Wie in diesem Diagramm gezeigt
ist, werden die p-Leitungswanne 116 und die n-Leitungswanne 118
aneinandergrenzend gebildet. Ein Isolierfilm wird auf den Lei
tungswannen 116, 118 abgeschieden bzw. abgelegt und eine Maske 110
wird durch Strukturieren des Isolierfilms gebildet. Die p-Leitungswanne
116 wird mit Phosphor dotiert und die n-Leitungswanne 118 mit Bor,
um dabei jeweils das n-Diffusionsgebiet 117 und das p-Diffusions
gebiet 119 zu bilden.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, wird die Maske 110 entfernt und der
Isolierfilm 122 wird auf den Leitungswannen 116, 118 abgeschieden
bzw. aufgebracht. Kontaktlöcher werden dann auf den Leitungswannen
116, 118, dem n-Diffusionsgebiet 117 und dem p-Diffusionsgebiet
119 des Isolierfilms 122 gebildet. Kontakte 120, 120 werden ge
bildet zum Verbinden der Aluminiumverdrahtung mit sowohl dem n-
Diffusionsgebiet 117 als auch dem p-Diffusionsgebiet 119. Kontakte
121, 121 werden gebildet zum Verbinden der Masse VSS und der Span
nungsversorgung VCC jeweils mit den Leitungswannen 116 und 118.
Mit den somit hergestellten Schutzdioden 113, 114 fließt ein
Spannungsstoß, der an den Eingangsanschluß 111 angelegt wird durch
die Aluminiumverdrahtung 115 und wird der internen Schaltung 112
durch die Leitungswanne 116, das n-Diffusionsgebiet 117, die
Leitungswanne 118 und das p-Diffusionsgebiet 119 zugeführt. In dem
Fall, in dem die angelegte Spannung ein übermäßiger positiver
Spannungsstoß ist, der die Durchbruchspannung der Schutzdiode 113
übersteigt, bricht die Schutzdiode 113 durch, womit der Strom
entlang der Grenze zwischen dem n-Diffusionsgebiet 117 und dem
Isolierfilm 122 gegen den PN-Übergang zwischen der p-Leitungswanne
116 und dem n-Diffusionsgebiet 117 fließen kann, wo er letztlich
Masse VSS erreicht. Die Schutzdiode 114 schaltet andererseits
in Durchlaßrichtung durch, wenn der übermäßige positive
Spannungsstoß höher als VCC ist. Im Ergebnis
propagiert der Strom entlang der Grenze zwischen dem p-
Diffusionsgebiet 119 und dem Isolierfilm 122 gegen den PN-Übergang
zwischen der n-Leitungswanne 118 und dem p-Diffusionsgebiet 119,
wo er letztlich die Spannungsversorgung VCC erreicht.
In dem Fall, in dem die angelegte Spannung ein übermäßiger negati
ver Spannungstoß ist, schaltet im Gegensatz zu oben die Schutzdi
ode 113 in der Durchlaßrichtung bzw. Vorwärtsrichtung durch und
bewirkt, daß der Strom von der Masse VSS zu der internen Schaltung
112 fließt, während die Schutzdiode 114 durchbricht und bewirkt,
daß Strom von VCC zu der internen Schaltung 112 fließt.
Auf diese Weise fließt der Strom, der durch die Aluminiumverdrahtung
115 auf Anlegen eines Stromstoßes hin fließt, gegen den PN-
Übergang der Diffusionsgebiete von den Kontakten 120, 120. Im
Ergebnis ist, da die Diffusionsbereiche in der Draufsicht ein
Reckteck sind, das länger in der Richtung, die orthogonal zu der
Aluminiumverdrahtung 115, ist, die Stromdichte an dem PN-Übergang,
in den der Stromstoß geflossen ist, verringert, wodurch die Stärke
des Stromstoßes erniedrigt wird. Gleichfalls sind
die Enden der Kontakte zwischen der Aluminiumverdrahtung 115 und
jedem Diffusionsgebiet äquidistant von dem Verdrahtungszentrum
bzw. Mittelpunkt und außerhalb der Kanten bzw. Ränder der Breite
der Aluminiumverdrahtung 115 angeordnet. Daher wird der Strom
nicht konzentriert, was zu einer hohen Festigkeit
gegenüber elektrostatischem Druchbruch führt. All diese Tatsachen
tragen zu einer verbesserten elektrostatischen Durchbruchspannung
der Schutzdioden 113, 114 bei.
Eine Eingangsschutzschaltung mit den oben beschriebenen Schutzdi
oden 113, 114 weist ein Diffusionsgebiet mit einer Fläche von
1000 µm2 auf und eine elektrostatische Durchbruchspannung von mehr
als 450 V in einem Überspannungstest bei einer Ladung entsprechend 200 pF und 0 Ω, welches
ausreichende Werte für praktische Anwendungen sind. Wenn man be
denkt, daß eine Diffusionsfläche von 2500 µm2 bis 3500 µm2 für
herkömmliche Schutzdioden zum Sicherstellen einer ausreichenden
Durchbruchspannung erforderlich ist, ist ersichtlich, daß eine
elektrostatische Durchbruchspannung derselben Größe wie in den
herkömmlichen Dioden mit einer sehr kleinen Fläche erhalten werden
kann. Gleichermaßen war die elektrostatische Durchbruchspannung
geringer als die Hälfte, wenn die Breite der Kontakte kleiner ist
als die der Aluminiumverdrahtung, wobei die langen und kurzen Sei
ten der Diffusionsgebiete in einer Anordnung ähnlich der vorherge
nannten Ausführungsform umgekehrt sind. Wie es ersichtlich ist,
kann eine wie oben beschriebene Eingangsschutzschaltung eine aus
reichende elektrostatische Durchbruchspannung bei einer kleinen
Fläche sicherstellen. Die Spannung, die an die interne Schaltung
112 angelegt wird, kann somit verringert werden, ohne den elektro
statischen Druchbruch der Eingangsschutzschaltung zu bewirken, wo
durch der elektrostatische Durchbruch der internen Schaltung 112
verhindert wird.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung ist ein Kontakt zum Ver
binden der Verdrahtung und des Diffusionsgebietes gebildet. Das Prin
zip der Erfindung ist jedoch nicht auf solche Fälle beschränkt. Eine Mehr
zahl von Kontakten, die eine ähnliche Form bilden, können mit
gleicher Wirkung gebildet werden. Gleichfalls kann entweder ein
oder eine Mehrzahl von Kontakten mit gleicher Wirkung gebildet
werden zum Verbinden der Diffusionsschicht bzw. der
Halbleiterschicht durch einen PN-Übergang mit den
Diffusionsgebieten und der Spannungsversorgung VCC oder der Masse
VSS in solch einer Weise, daß sie die Diffusionsgebiete umgeben.
Ferner kann die Verdrahtung in direktem Kontakt auf den
Diffusionsgebieten ohne irgendeinen Isolierfilm dazwischen gebil
det werden.
Zusätzlich sind anders als in der vorhergehenden Beschreibung
der Ausführungsformen, die sich auf rechteckige Diffusionsgebiete
beziehen, polygonische bzw. vieleckige Diffusionsgebiete denkbar,
wobei diese dieselbe Wirkung zeigen.
Außerdem ist, abgesehen von der Struktur, in der die ersten und
zweiten Gleichrichtereinrichtungen aneinander angrenzen, gemäß den
oben genannten Ausführungsformen, die Erfindung nicht auf eine
solche Struktur beschränkt, sondern es kann irgendeine Struktur,
in der die zwei Gleichrichtereinrichtungen durch eine geeignete
Länge voneinander entfernt sind, verwendet
werden.
Zusätzlich kann, obwohl die vorhergenannten Ausführungsformen den
Fall betreffen, bei dem nur eine Schutzdiode für eine Eingangs
schutzschaltung verwendet wird, die Erfindung nicht auf solch
einen Fall beschränkt, sondern es kann z. B. ein widerstand zwi
schen den Eingangsanschluß und die interne Schaltung geschal
tet sein.
Gemäß der vorhergehenden Beschreibung kann die Eingangsschutz
schaltung entsprechend der Erfindung, in der Diffusionsgebiete von
unterschiedlichen Leitungstypen, die ein Paar von Gleichrichter
einrichtungen aufweisen, mit dem Verbindungspunkt zwischen dem
Eingangsanschluß und der internen Schaltung verbunden sind, leicht
hergestellt werden. Ferner haben die Diffusionsgebiete in der
Draufsicht eine polygonische Form, die breiter ist senkrecht zu
der Richtung des Stromflusses in der Verdrahtung, die quer über
die Diffusionsgebiete gebildet ist. Gleichermaßen ist die Breite
der Kontakte größer als die Breite der Verdrahtung mit Ausnahme
der Bereiche, die die Kontakte aufweisen, und die Enden ent
lang der Breite der Kontakte befinden sich in gleichem Abstand von
der Verdrahtung. Im Ergebnis wird die Stromkonzentration an dem
PN-Übergang erniedrigt, was zu den verschiedenen Vorteilen ein
schließlich einer verbesserten elektrostatischen Durchbruchspan
nung ohne erhöhte Fläche führt.
Claims (2)
1. Eingangsschutzschaltung, die eine interne Schaltung
vor elektrostatischem Durchbruch schützt, mit
einem Eingangsanschluß (111), der der internen Schaltung (112) Strom liefert;
einer ersten gleichrichtenden Diode (113), gebildet aus einer Halbleiterschicht (116) eines Leitungstyps, die mit einer Versorgungsspannung (VSS) einer Polarität ver bunden ist und die einen PN-Übergang mit der Peripherie, eines ersten Diffusionsgebietes (117) aufweist;
einer zweiten gleichrichtenden Diode (114), gebildet aus einer Halbleiterschicht (118) des anderen Leitungstyps, die mit, einer Spannungsversorgung (VCC) der anderen Po larität verbunden ist und die einen PN-Übergang mit der Peripherie eines zweiten Diffusionsgebietes (119) auf weist;
einer Verdrahtung (115), die quer über den Oberflächen der ersten und zweiten Diffusionsgebiete (117, 119) ge bildet ist, zum Verbinden der ersten und zweiten gleich richtenden Dioden (113, 114) mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Eingangsanschluß (111) und der internen Schaltung (112); und
Kontakten (120, 120), die auf den ersten und zweiten Dif fusionsgebieten (117, 119) gebildet sind für einen Kontakt der ersten und zweiten Diffusionsgebiete jeweils mit der Verdrahtung (115),
dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten und zweiten Diffusionsgebiete (117, 119) in der Draufsicht eine vieleckige Form aufweisen mit ei ner langen Seite orthogonal zur Richtung des Stromflus ses und einer kurzen Seite in Richtung des Stromflusses, der von dem Eingangsanschluß (111) durch die Verdrahtung (115) geliefert wird,
daß die Breite der Kontakte (120, 120) größer als die Breite der Verdrahtung (115) ist, die auf den Halblei terschichten (116, 118) des einen und des anderen Lei tungstyps, gebildet ist, und die äußeren Ränder der Kon takte sich äquidistant entfernt von der Mittellinie ent lang der Verdrahtung (115) befinden,
daß die ersten und zweiten Diffusionsbereiche (117, 119) jeweils rechteckige Form aufweisen, und
daß die ersten und zweiten Diffusionsbereiche (117, 119) Längen der langen und kurzen Seiten derselben mit einem Verhältnis, das zwischen 5/1 und 15/1 liegt, aufweisen.
einem Eingangsanschluß (111), der der internen Schaltung (112) Strom liefert;
einer ersten gleichrichtenden Diode (113), gebildet aus einer Halbleiterschicht (116) eines Leitungstyps, die mit einer Versorgungsspannung (VSS) einer Polarität ver bunden ist und die einen PN-Übergang mit der Peripherie, eines ersten Diffusionsgebietes (117) aufweist;
einer zweiten gleichrichtenden Diode (114), gebildet aus einer Halbleiterschicht (118) des anderen Leitungstyps, die mit, einer Spannungsversorgung (VCC) der anderen Po larität verbunden ist und die einen PN-Übergang mit der Peripherie eines zweiten Diffusionsgebietes (119) auf weist;
einer Verdrahtung (115), die quer über den Oberflächen der ersten und zweiten Diffusionsgebiete (117, 119) ge bildet ist, zum Verbinden der ersten und zweiten gleich richtenden Dioden (113, 114) mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Eingangsanschluß (111) und der internen Schaltung (112); und
Kontakten (120, 120), die auf den ersten und zweiten Dif fusionsgebieten (117, 119) gebildet sind für einen Kontakt der ersten und zweiten Diffusionsgebiete jeweils mit der Verdrahtung (115),
dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten und zweiten Diffusionsgebiete (117, 119) in der Draufsicht eine vieleckige Form aufweisen mit ei ner langen Seite orthogonal zur Richtung des Stromflus ses und einer kurzen Seite in Richtung des Stromflusses, der von dem Eingangsanschluß (111) durch die Verdrahtung (115) geliefert wird,
daß die Breite der Kontakte (120, 120) größer als die Breite der Verdrahtung (115) ist, die auf den Halblei terschichten (116, 118) des einen und des anderen Lei tungstyps, gebildet ist, und die äußeren Ränder der Kon takte sich äquidistant entfernt von der Mittellinie ent lang der Verdrahtung (115) befinden,
daß die ersten und zweiten Diffusionsbereiche (117, 119) jeweils rechteckige Form aufweisen, und
daß die ersten und zweiten Diffusionsbereiche (117, 119) Längen der langen und kurzen Seiten derselben mit einem Verhältnis, das zwischen 5/1 und 15/1 liegt, aufweisen.
2. Eingangsschutzschaltung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch einen Isolierfilm (122), der zwi
schen die Verdrahtung (115) und die ersten und zweiten
Gleichrichtereinrichtungen (113, 114) eingefügt ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5246913A JPH07106555A (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | 入力保護回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4435204A1 DE4435204A1 (de) | 1995-04-06 |
DE4435204C2 true DE4435204C2 (de) | 1998-07-09 |
Family
ID=17155618
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4435204A Expired - Fee Related DE4435204C2 (de) | 1993-10-01 | 1994-09-30 | Eingangsschutzschaltung |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5696398A (de) |
JP (1) | JPH07106555A (de) |
DE (1) | DE4435204C2 (de) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2334633B (en) * | 1998-02-21 | 2002-09-25 | Mitel Corp | Low leakage electrostatic discharge protection system |
US6331726B1 (en) | 2000-03-21 | 2001-12-18 | International Business Machines Corporation | SOI voltage dependent negative-saturation-resistance resistor ballasting element for ESD protection of receivers and driver circuitry |
JP4025023B2 (ja) * | 2001-01-18 | 2007-12-19 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0168678B1 (de) * | 1984-07-18 | 1991-02-27 | International Business Machines Corporation | Integrierte Überspannungsschutzschaltung |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5858769A (ja) * | 1981-10-05 | 1983-04-07 | Nec Corp | 静電破壊防止保護ダイオ−ド |
JPS6271275A (ja) * | 1985-09-25 | 1987-04-01 | Toshiba Corp | 半導体集積回路 |
JPH0716005B2 (ja) * | 1988-04-08 | 1995-02-22 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
JPH0369141A (ja) * | 1989-08-08 | 1991-03-25 | Nec Corp | セミカスタム半導体集積回路 |
JPH02242757A (ja) * | 1990-01-12 | 1990-09-27 | Matsushita Electric Works Ltd | セメント系瓦の梱包方法 |
US5304839A (en) * | 1990-12-04 | 1994-04-19 | At&T Bell Laboratories | Bipolar ESD protection for integrated circuits |
-
1993
- 1993-10-01 JP JP5246913A patent/JPH07106555A/ja active Pending
-
1994
- 1994-07-27 US US08/280,972 patent/US5696398A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-09-30 DE DE4435204A patent/DE4435204C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0168678B1 (de) * | 1984-07-18 | 1991-02-27 | International Business Machines Corporation | Integrierte Überspannungsschutzschaltung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07106555A (ja) | 1995-04-21 |
DE4435204A1 (de) | 1995-04-06 |
US5696398A (en) | 1997-12-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3685709T2 (de) | Substratstruktur zur herstellung einer halbleiterverbundanordnung. | |
DE69029907T2 (de) | Leistungs-mosfet-transistorschaltung | |
DE69331793T2 (de) | Integriertes Leistungshalbleiterschaltkreisbauelement mit gleichförmiger elektrischer Feldverteilung | |
DE2334405A1 (de) | Lsi-plaettchen und verfahren zur herstellung derselben | |
DE2262297A1 (de) | Monolithisch integrierbare, digitale grundschaltung | |
DE112013007363T5 (de) | Halbleitereinrichtung | |
DE3714790A1 (de) | Zenerdiode unter der oberflaeche und herstellungsverfahren | |
DE3013559C2 (de) | Halbleitervorrichtung mit einer Vielzahl von bipolaren Transistoren und Verbindungsleitungen aus Polysilizium | |
DE10129289B4 (de) | Halbleitervorrichtung mit einer Diode für eine Eingangsschutzschaltung einer MOS-Vorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE2834759C2 (de) | Schutzeinrichtung für die isolierte Gate-Elektrode eines MOS-Halbleiterbauelements | |
DE10330490B4 (de) | Integrierte MIM-Kondensatorstruktur | |
DE69000150T2 (de) | Hochspannungs-spiralwiderstand. | |
DE2554612A1 (de) | Integrierte halbleiterschaltung | |
DE2523221A1 (de) | Aufbau einer planaren integrierten schaltung und verfahren zu deren herstellung | |
DE2658090C2 (de) | Monolithisch integrierter bipolarer Transistor mit niedrigem Sättigungswiderstand | |
DE10164666B4 (de) | Halbleiterbauelement zum Schutz vor elektrostatischer Entladung | |
DE2045567A1 (de) | Integrierte Halbleiter Schaltungs Einrichtung | |
DE3103785C2 (de) | ||
DE10247431A1 (de) | Halbleitervorrichtung | |
DE19712834A1 (de) | Schutzschaltung und Schaltung für eine Halbleiter-Auf-Isolator-Vorrichtung | |
EP1003218A1 (de) | Halbleiteranordnungen mit einer Schottky-Diode und einer Diode mit einem hochdotierten Bereich und entsprechende Herstellungsverfahren | |
DE4435204C2 (de) | Eingangsschutzschaltung | |
DE19810579A1 (de) | Integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung und Zener-Diode | |
EP0656659B1 (de) | ESD-Schutzstruktur für integrierte Schaltungen | |
DE3213504A1 (de) | Integrierter schaltkreis mit einem leistungstransistorsystem |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: H01L 23/60 |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |