JP2000156422A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JP2000156422A
JP2000156422A JP10329767A JP32976798A JP2000156422A JP 2000156422 A JP2000156422 A JP 2000156422A JP 10329767 A JP10329767 A JP 10329767A JP 32976798 A JP32976798 A JP 32976798A JP 2000156422 A JP2000156422 A JP 2000156422A
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JP
Japan
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well
channel mosfet
semiconductor integrated
integrated circuit
cmosfet
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JP10329767A
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Toru Itakura
徹 板倉
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体集積回路装置に関し、半導体集積回路
装置に於ける入出力部のESD保護機能を確保するこ
と、及び、内部回路に於けるラッチ・アップの防止を両
立させることを目的としている。 【解決手段】 内部回路に於けるCMOSFETを構成
するpチャネルMOSFETが形成されたnウエル及び
同じくnチャネルMOSFETが形成されたpウエル3
p とESD保護素子5に於けるnチャネルMOSFET
が形成され且つ内部回路に於けるnチャネルMOSFE
Tが形成されたpウエル3p に比較して浅く形成された
pウエル30p の各ウエルを含んでなるp+ Si半導体
基板1及びエピタキシャル成長したp- Si半導体層2
からなるp- /p+ エピタキシャル成長基板を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電気放電破壊の
防止及びラッチ・アップの防止について改善を施したC
MOSFET(complementary meta
l oxidesemiconductor fiel
d effect transistor)を含む半導
体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】CMOSFETを含む半導体集積回路装
置に於いて、静電気放電(electrostatic
discharge:ESD)に依って回路が破壊さ
れることを防ぐ為、入出力部にはサイズが大きいMOS
FETがESD保護素子として用いられている。
【0003】前記のような半導体集積回路装置を作製す
るウエハとして、結晶性が良好であり、また、ラッチ・
アップ防止に有効であるなどの理由から、p+ Si半導
体基板にp- Si半導体層をエピタキシャル成長させた
もの(p- /p+ エピタキシャル成長基板)、或いは、
+ Si半導体基板にn- Si半導体層をエピタキシャ
ル成長させたもの(n- /n+ エピタキシャル成長基
板)が多用される傾向にある。
【0004】然しながら、そのようなウエハを用いた場
合、ESD耐性が低下する旨の問題があり、これをp/
+ エピタキシャル成長基板に作製したCMOSFET
及びESD保護素子について説明する。
【0005】図3及び図4は回路素子及びESD保護素
子を含む半導体集積回路装置を表す要部切断側面図であ
る。尚、図3並びに図4は線Y−Yで切断して継ぎ合わ
せれば、ここで対象としている半導体集積回路装置を表
す図となる。
【0006】図3及び図4に於いて、1はp+ Si半導
体基板、2はエピタキシャル成長したp- Si半導体
層、3n はnウエル、3p はpウエル、4は内部回路、
5はCMOSFETからなるESD保護素子、5nsはE
SD保護素子に於けるnチャネルMOSFETのソース
領域、5ndはESD保護素子に於けるnチャネルMOS
FETのドレイン領域、6p は内部回路に於けるpチャ
ネルMOSFET、6nは内部回路に於けるnチャネル
MOSFET、6psは内部回路に於けるpチャネルMO
SFETのソース領域、6pdは内部回路に於けるpチャ
ネルMOSFETのドレイン領域、6nsは内部回路に於
けるnチャネルMOSFETのソース領域、6ndは内部
回路に於けるnチャネルMOSFETのドレイン領域、
p はガード・リング、7n はガード・リング、T1
pnpトランジスタからなる寄生トランジスタ、T2
npnトランジスタからなる寄生トランジスタ、RWN
nウエルの等価抵抗、RWPはpウエルの等価抵抗をそれ
ぞれ示している。
【0007】図示されているように、CMOSFETを
用いた半導体集積回路装置に於いては、ラッチ・アップ
を防止する為、nウエルの等価抵抗RWNもpウエルの等
価抵抗RWPも低くすることが望ましく、その理由は、そ
れら等価抵抗が大きい場合、例えば等価抵抗RWPの両端
に於ける電位降下が二つの寄生トランジスタT1 及びT
2 をオンさせるほど大きくなるからである。
【0008】さて、ESD保護素子5に於いては、ドレ
イン領域5ndに流入する放電電流はpウエル3p に流れ
込み、その結果、pウエル3p に於ける電位は上昇する
ことになり、ソース領域5ns−pウエル3p −ドレイン
領域5ndで構成されるnpnトランジスタからなる寄生
トランジスタT3 がオンになって、流入した放電電流の
多くはドレイン領域5ndからソース領域5nsに流れるこ
とになり、この作用に依ってESDに依る回路の破壊を
防止している。
【0009】ところが、前記半導体集積回路装置に於い
ては、p- /p+ エピタキシャル成長基板を用いること
で、pウエル3p の等価抵抗RWPを低く維持し、ラッチ
・アップが起こり難くする対策を採っている。
【0010】従って、ESDに依る放電電流がドレイン
領域5ndからpウエル3p に流入してきた場合、pウエ
ル3p に於ける電位上昇が抑止されてしまい、寄生トラ
ンジスタT3 がオンにならず、ESD保護機能が十分に
作用しない状態となる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、半導体集
積回路装置に於ける入出力部のESD保護機能を確保す
ること、及び、内部回路に於けるラッチ・アップの防止
を両立させることを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明では、入出力部の
ESD保護素子を形成する為のpウエル、及び、内部回
路を形成する為のpウエルそれぞれの深さを変えること
が基本になっている。
【0013】前記したところから、本発明に依る半導体
集積回路装置に於いては、 (1)周辺回路のCMOSFETを構成するpチャネル
MOSFET(例えばpチャネルMOSFET6p )が
形成されたnウエル(例えばnウエル3n )及び同じく
nチャネルMOSFET(例えばnチャネルMOSFE
T6n )が形成されたpウエル(例えばpウエル3p
とESD保護機能をもつnチャネルMOSFETが形成
され且つ前記周辺回路のCMOSFETに於けるnチャ
ネルMOSFETが形成されたpウエルに比較して浅く
形成されたpウエルの各ウエルを含んでなるp- /p+
エピタキシャル成長基板を備えてなることを特徴とする
か、又は
【0014】(2)前記(1)に於いて、ESD機能を
もつnチャネルMOSFETがESD保護素子(例えば
ESD保護素子5)であるCMOSFETに於けるnチ
ャネルMOSFETであることを特徴とするか、又は
【0015】(3)周辺回路のCMOSFETを構成す
るpチャネルMOSFETが形成されたnウエル及び同
じくnチャネルMOSFETが形成されたpウエルとE
SD保護素子であるCMOSFETに於けるpチャネル
MOSFETが形成され且つ前記周辺回路のCMOSF
ETに於けるpチャネルMOSFETが形成されたnウ
エルに比較して浅く形成されたnウエルの各ウエルを含
んでなるn- /n+ エピタキシャル成長基板を備えてな
ることを特徴とする。
【0016】前記手段を採ることに依り、半導体集積回
路装置の入出力部が形成されているpウエルの等価抵抗
は高くなっているので、寄生トランジスタはオンし易く
なってESD保護性能が向上する。この場合、ラッチ・
アップ耐性低下を懸念するむきもあろうが、ガード・リ
ングを設けることで解消される。また、内部回路が形成
されているpウエルの等価抵抗は低くなっているので、
寄生トランジスタはオンし難くなってラッチ・アップ抑
止性能は向上されている。
【0017】
【発明の実施の形態】図1及び図2は本発明に於ける実
施の形態を説明する為の半導体集積回路装置を表す要部
切断側面図である。尚、図1並びに図2は線Y−Yで切
断して継ぎ合わせれば、ここで対象としている半導体集
積回路装置を表す図となり、また、図2に於いて用いた
記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つも
のとする。
【0018】本実施の形態の半導体集積回路装置が図3
及び図4に見られる従来の半導体集積回路装置と相違す
る点は、ESD保護素子が形成されているpウエル30
p の深さが内部回路が形成されているpウエル3p の深
さに比較して浅く形成されているところにあり、これに
依って、pウエル30p の等価抵抗は高くなり、寄生ト
ランジスタはオンし易くなり、ESD保護機能を良好に
果たすことができ、また、云うまでもなく、内部回路が
作り込まれているpウエル3p の等価抵抗は低く抑えら
れているから、寄生トランジスタはオンし難くい状態に
なっている。
【0019】図1及び図2に見られる実施の形態の半導
体集積回路装置に於いては、不純物濃度が1×10
19〔cm-3〕(0.01〔Ω〕)であるp+ Si半導体基
板1上に不純物濃度が1〜2×1015〔cm-3〕(10
〔Ω〕)で厚さが5〔μm〕のp-Si半導体層2を成
長させたp/p+ エピタキシャル成長基板を用いてい
る。
【0020】ESD保護素子であるnチャネルMOSF
ETを形成するpウエル30p の深さはp- Si半導体
層2の表面から約2〔μm〕乃至3〔μm〕であり、ま
た、内部回路のnチャネルMOSFETを形成するpウ
エル3p の深さはp- Si半導体層2の表面から5〔μ
m〕である。
【0021】pウエル30p を形成するには、イオン注
入法を適用することに依り、イオン加速エネルギを30
0〔keV〕として硼素イオンの打ち込みを行い、ま
た、pウエル3p を形成するには、イオン加速エネルギ
を600〔keV〕として硼素イオンの打ち込みを行っ
た。
【0022】このようにしてpウエル30p 並びにpウ
エル3p を形成し、その後、通常の技法を適用すること
に依り、ESD保護素子用のnチャネルMOSFET、
内部回路用のnチャネルMOSFET及びpチャネルM
OSFETを作り込んで完成された半導体集積回路装置
に於いては、pウエル30p では寄生バイポーラ・トラ
ンジスタが容易にオンとなってESD保護機能は十分に
発揮され、また、pウエル3p 及びnウエル3n では寄
生バイポーラ・トランジスタはオフであって、ラッチ・
アップは起こらなかった。
【0023】実験に依れば、人体帯電モデル(huma
n body model)に於けるESD耐圧は、V
SS端子を接地して入力端子から電流を入力した場合、E
SD保護素子が在るpウエルを浅くしないものに比較し
て30〔%〕以上も耐圧が向上し、また、ラッチ・アッ
プ耐性は変化がなく、従って、全体として信頼性が向上
した。
【0024】本発明に依れば、前記実施の形態に限定さ
れることなく、他に多くの改変を実現することが可能で
あり、例えば、前記実施の形態では、p- /p+ エピタ
キシャル成長基板を用いた半導体集積回路装置について
説明したが、n- /n+ エピタキシャル成長基板を用い
ても良いことは勿論である。
【0025】また、ESD保護素子はCMOSFETに
限られず、nチャネルMOSFETであっても良く、ま
た、ESD保護素子がCMOSFETである場合、ES
D保護機能をもつFETとしては、実施の形態に挙げた
nチャネルMOSFETの他にpチャネルMOSFET
であっても良く、その場合には、ESD保護機能をもつ
pチャネルMOSFETが形成されるnウエルは内部回
路に於けるpチャネルMOSFETが形成されたnウエ
ルに比較して浅く形成される。
【0026】
【発明の効果】本発明に依る半導体集積回路装置に於い
ては、内部回路のCMOSFETを構成するpチャネル
MOSFETが形成されたnウエル及び同じくnチャネ
ルMOSFETが形成されたpウエルとESD保護機能
をもつnチャネル(或いはpチャネル)MOSFETが
形成され且つ前記内部回路のCMOSFETに於けるn
チャネル(或いはpチャネル)MOSFETが形成され
たpウエル(或いはnウエル)に比較して浅く形成され
たpウエル(或いはnウエル)の各ウエルを含んでなる
- /p+ (或いはn- /n+ )エピタキシャル成長基
板を備える。
【0027】前記構成を採ること依り、半導体集積回路
装置の入出力部が形成されているpウエルの等価抵抗は
高くなっているので、寄生トランジスタはオンし易くな
ってESD保護性能が向上し、また、内部回路が形成さ
れているpウエルの等価抵抗は低くなっているので、寄
生トランジスタはオンし難くなってラッチ・アップ抑止
性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に於ける実施の形態を説明する為の半導
体集積回路装置を表す要部切断側面図である。
【図2】本発明に於ける実施の形態を説明する為の半導
体集積回路装置を表す要部切断側面図である。
【図3】回路素子及びESD保護素子を含む半導体集積
回路装置を表す要部切断側面図である。
【図4】回路素子及びESD保護素子を含む半導体集積
回路装置を表す要部切断側面図である。
【符号の説明】
1 p+ Si半導体基板 2 エピタキシャル成長したp- Si半導体層 3n nウエル 3p pウエル 4 内部回路 5 CMOSFETからなるESD保護素子 5ns ESD保護素子のnチャネルMOSFETに於け
るソース領域 5nd ESD保護素子のnチャネルMOSFETに於け
るドレイン領域 5ps ESD保護素子のpチャネルMOSFETに於け
るソース領域 5pd ESD保護素子のpチャネルMOSFETに於け
るドレイン領域 6p pチャネルMOSFET 6n nチャネルMOSFET 6ps pチャネルMOSFETのソース領域 6pd pチャネルMOSFETのドレイン領域 6ns nチャネルMOSFETのソース領域 6nd nチャネルMOSFETのドレイン領域 T1 pnpトランジスタからなる寄生トランジスタ T2 npnトランジスタからなる寄生トランジスタ RWN nウエルの等価抵抗 RWP pウエルの等価抵抗

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部回路のCMOSFETを構成するpチ
    ャネルMOSFETが形成されたnウエル及び同じくn
    チャネルMOSFETが形成されたpウエルとESD保
    護機能をもつnチャネルMOSFETが形成され且つ前
    記内部回路のCMOSFETに於けるnチャネルMOS
    FETが形成されたpウエルに比較して浅く形成された
    pウエルの各ウエルを含んでなるp- /p+ エピタキシ
    ャル成長基板を備えてなることを特徴とする半導体集積
    回路装置。
  2. 【請求項2】ESD機能をもつnチャネルMOSFET
    がESD保護素子であるCMOSFETに於けるnチャ
    ネルMOSFETであることを特徴とする請求項1記載
    の半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】内部回路のCMOSFETを構成するpチ
    ャネルMOSFETが形成されたnウエル及び同じくn
    チャネルMOSFETが形成されたpウエルとESD保
    護素子であるCMOSFETに於けるpチャネルMOS
    FETが形成され且つ前記内部回路のCMOSFETに
    於けるpチャネルMOSFETが形成されたnウエルに
    比較して浅く形成されたnウエルの各ウエルを含んでな
    るn- /n+ エピタキシャル成長基板を備えてなること
    を特徴とする半導体集積回路装置。
JP10329767A 1998-11-19 1998-11-19 半導体集積回路装置 Withdrawn JP2000156422A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6462383B1 (en) * 1999-01-20 2002-10-08 Nec Corporation Semiconductor device with embedded protection element

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20060207