JP2002110909A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路配置に大きな制約を与えずに、複数の保
護抵抗に確実に均等に電荷を分散させ、各保護抵抗に集
中する電荷量を低減することにより、ＥＳＤ耐性を向上
できる半導体装置を提供すること。 【解決手段】 半導体装置をＥＳＤ破壊から防止するた
めの２つの保護抵抗Ｒ１０、Ｒ１１を、外部端子に接続
されるノードＯＵＴと内部回路に接続されるノードＩＮ
との間に設けている。保護抵抗Ｒ１０、Ｒ１１は仮想的
な直線Ｂ−Ｂ’上に配置され、一端を金属配線層１４に
よりノードＯＵＴに共通に接続され、他端を金属配線層
１３によりノードＩＮへ共通に接続されている。そし
て、ノードＩＮ、ノードＯＵＴの中点を結び、且つＢ−
Ｂ’線と直交するＣ−Ｃ’線に対して保護抵抗Ｒ１０、
Ｒ１１が線対称となるように配置することにより、電荷
を保護抵抗Ｒ１０、Ｒ１１に確実に均等に分散させるこ
とを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置に関
するもので、特に静電気放電（ＥＳＤ：ElectroStatic
Discharge）による破壊を防止するための、ＥＳＤ保護
抵抗の配置に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にＥＳＤは、半導体装置を人間若し
くは機械が運搬する場合などに生じる。ＥＳＤの発生時
には、数百Ｖ〜数千Ｖの電圧が極短時間の間に半導体装
置の２端子間に印加される。このＥＳＤによる破壊に半
導体装置は非常に弱い。そのため、半導体装置の外部端
子（ボンディングパッド）に例えば保護ダイオードを設
け、半導体装置が破壊される前に静電気の放電を行うこ
とで、ＥＳＤ破壊の発生を防止している。

【０００３】しかし、特に車載用の半導体装置等では、
その使用環境が厳しいために保護ダイオードだけではＥ
ＳＤ破壊の発生を十分に防止できない場合がある。ま
た、例えばモータードライブ用の半導体装置では、モー
ターの逆起電力により保護ダイオードを介して電流が流
れて寄生トランジスタが動作してしまい、予期せぬ不具
合が生じることがある。そのためこの場合には、半導体
装置の動作の信頼性の観点から、保護ダイオードの使用
は不可能である。

【０００４】これらの問題に対処するために、従来は半
導体装置の外部端子と内部回路との間に保護抵抗を接続
し、この保護抵抗を介して静電気の放電を行うことで、
内部回路におけるＥＳＤ破壊の発生を防止していた。

【０００５】しかしながら、保護ダイオードを使わずに
保護抵抗を用いて静電気の放電を行った場合、保護抵抗
自身においてＥＳＤ破壊が生じるという問題があった。
これは、保護抵抗のコンタクト部における電荷の集中が
原因である。

【０００６】そのため、複数の保護抵抗を並列に接続す
ることで、この電荷を各保護抵抗に分散させて、保護抵
抗自身のＥＳＤ破壊を防止する試みが行われている。こ
の構造について図１４（ａ）乃至（ｃ）を用いて説明す
る。図１４（ａ）乃至（ｃ）は、半導体装置における外
部端子と内部回路との間の領域を示しており、（ａ）図
は平面図、（ｂ）図は（ａ）図におけるＡ−Ａ’線に沿
った断面図、（ｃ）図は等価回路である。

【０００７】図示するように、各半導体素子が形成され
た半導体基板１００上に半導体素子を保護するための絶
縁膜１１０が設けられ、この絶縁膜１１０中にＥＳＤ破
壊防止用の保護抵抗Ｒ１００〜Ｒ１３０となる半導体層
１２０が設けられている。この半導体層１２０は例えば
多結晶シリコン等により形成される。また、絶縁膜１１
０上には内部回路及び外部端子に接続する金属配線層１
３０、１４０が設けられ、これらの金属配線層１３０、
１４０は上記半導体層１２０にコンタクトホールを介し
て接続されている。ここで、金属配線層１３０、１４０
がそれぞれ内部回路及び外部端子（ボンディングパッ
ド）に接続されるノードを、それぞれノードＩＮ、ノー
ドＯＵＴと表すことにする。

【０００８】上記半導体層１２０からなる保護抵抗Ｒ１
００〜Ｒ１３０は、ノードＯＵＴとノードＩＮとの間に
並列に設けられており、この構造は図１４（ｃ）のよう
な等価回路により表すことが出来る。

【０００９】前述の通り、ノードＯＵＴとノードＩＮと
の間に保護抵抗を用いた場合における電荷の集中箇所
は、保護抵抗のコンタクト部である。このコンタクト部
は、図１４（ａ）乃至（ｃ）の構造においては、保護抵
抗Ｒ１００〜Ｒ１３０となる半導体層１２０と金属配線
層１４０とのコンタクト部であり、特にその角部Ａ１、
Ａ２での電荷集中が顕著である。本構造は、上記コンタ
クト部に集中する電荷量を並列に接続した４つの保護抵
抗に分散させることにより、各保護抵抗単体のコンタク
ト部において集中する電荷の絶対量を低減させようとい
うものである。

【００１０】しかしながら、図１４（ａ）乃至（ｃ）の
構造において、４つの保護抵抗Ｒ１００〜Ｒ１３０に均
等に電荷を分散させることは非常に困難である。すなわ
ち、電荷の分散にばらつきが生じてしまい、その結果、
保護抵抗Ｒ１００〜Ｒ１３０のうちのいずれかのコンタ
クト部で集中する電荷量を低減できたとしても、他の保
護抵抗のコンタクト部での電荷量を殆ど低減できないと
いった現象が生じる。このように、電荷量の低減が図れ
ない保護抵抗が存在すれば、その保護抵抗でＥＳＤ破壊
が生じてしまう。その結果、わざわざ複数の保護抵抗を
設けたにもかかわらず、その効果が殆ど得られず、半導
体装置のＥＳＤ耐性の向上が図れないという問題があっ
た。

【００１１】また、複数の保護抵抗への電荷の分散を図
る他の構造が、特開平９−２２９４８号に開示されてい
る。上記公報に記載の半導体装置は、パッド中心を通
り、且つ半導体装置の辺に垂直な直線に対して線対称と
なるように、２つの保護抵抗、保護回路、及びそれらの
間を接続する金属配線をパッドと内部回路との間に配置
することで、各抵抗に電荷を対称的に分散しようとする
ものである。本構造では、パッドから進入した静電気電
流は左右対称に配置された２つの保護抵抗に分かれて、
更に各々の保護抵抗の先に設けられた保護回路に流れて
いく。この保護回路の一方はｎチャネルＭＯＳトランジ
スタから構成され、他方はｐチャネルＭＯＳトランジス
タから構成されている。そして、それぞれの保護回路へ
流れ込んだ静電気電流は、ＭＯＳトランジスタのチャネ
ルを経由して電源電位または接地電位へと吸収される。
上記のように、保護抵抗、保護回路及び金属配線を、パ
ッド中心を通る直線に対して完全に左右対称に配置すれ
ば、各保護抵抗に電荷を１／２ずつ分散させることが出
来る。しかし、これは全ての要素が理想的な場合に初め
て実現できるのであって、特にｎチャネルＭＯＳトラン
ジスタ及びｐチャネルＭＯＳトランジスタから各々構成
される２つの保護回路を、完全な対称性を有するように
形成することは容易でない。その結果、図１４（ａ）乃
至（ｃ）に示した構成に比べれば、２つの保護抵抗への
電荷分散はより均等には近づくが、電荷を２つの保護抵
抗に確実に１／２ずつ分散させることは事実上非常に困
難である。

【００１２】また、仮に全ての要素が理想的な状況にあ
るとしても、各保護抵抗に分散される電荷量は、パッド
から進入した総電荷量の１／２であり、１つの保護抵抗
に進入する電荷量をこれ以上低減することは不可能であ
る。そのため、非常に大きな静電気が印加された場合、
十分に静電気放電が行われない恐れがある。

【００１３】更に、保護抵抗、保護回路、及び金属配線
等の全てを、パッド中心を通り、半導体装置の辺に垂直
な直線に対して線対称に配置しなければならず、半導体
装置のレイアウトに大きな制約を与えるという問題があ
った。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導体装置
では、半導体装置内の内部回路と外部端子との間に保護
抵抗を接続し、この保護抵抗を介して静電気の放電を行
うことで、ＥＳＤ破壊から内部回路を防止していた。更
に、この保護抵抗を並列接続により複数設けることで、
各保護抵抗における電荷量を低減させて、この保護抵抗
自身でのＥＳＤ破壊の発生を防止する試みも行われてき
た。

【００１５】しかし、複数設けた保護抵抗に均等に電荷
を分散させることは非常に困難であり、単に保護抵抗を
並列接続しただけでは、その効果は十分ではなかった。

【００１６】また、パッド中心を通り、且つ半導体装置
の辺に対して垂直な直線に対して線対称となるように、
２つの保護抵抗、保護回路、及びそれらの間の金属配線
を、パッドと内部回路との間に配置することで各抵抗に
電荷を分散させる構造も提案された。

【００１７】しかし、それぞれがｎチャネル、ｐチャネ
ルＭＯＳトランジスタから構成される保護回路を、対称
軸に対して完全に線対称に形成するのは容易なことでは
なく、２つの保護抵抗への電荷分散を確実に行うことは
事実上非常に困難である。仮に、理想的な状況を実現し
て電荷分散をほぼ均等に出来たとしても、２つの保護抵
抗で電荷分散を行う以上、各々の保護抵抗に分散される
電荷量は総電荷量の１／２が限界であり、電荷量を更に
低減させることは不可能であった。また、保護回路の全
ての構成要素を、パッド中心を通り、半導体装置の辺に
垂直な直線に対して線対称に配置しなければならず、半
導体装置のレイアウトに大きな制約を与えるという問題
があった。

【００１８】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、その目的は、回路配置に大きな制約を与えずに、
複数の保護抵抗に確実に均等に電荷を分散させて各保護
抵抗に集中する電荷量を低減することにより、ＥＳＤ耐
性を向上できる半導体装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この第１の発明に係る半導体装置は、外部端子に接
続されるノードと、内部回路に接続されるノードとの間
に第１、第２の保護抵抗を設け、該保護抵抗によって静
電気放電を行い、内部回路を保護する半導体装置であっ
て、前記第１、第２の保護抵抗は、長手方向が同一の直
線上に各々延設され、互いの中間の位置に設けられた第
１金属配線層により一端が共通に接続され、他端が第２
金属配線層に共通に接続され、前記第１金属配線層は、
前記外部端子に接続されるノードに接続され、前記第２
金属配線層は、前記内部回路に接続されるノードに接続
され、前記外部端子に接続されるノードと前記第１金属
配線層との接続点、前記第１、第２の保護抵抗間の中
点、及び前記内部回路に接続されるノードと前記第２金
属配線層との接続点とを結び、且つ前記第１、第２の保
護抵抗が延設された方向に直交する直線に対して、前記
第１、第２の保護抵抗は線対称の関係にある。

【００２０】また、この第２の発明に係る半導体装置
は、外部端子に接続されるノードと、内部回路に接続さ
れるノードとの間にｎ個の保護抵抗（ｎは２以上の自然
数）を設け、該保護抵抗によって静電気放電を行い、内
部回路を保護する半導体装置であって、前記保護抵抗
は、同心円の中心から放射状に配置され、前記同心円の
内側の円周上に配置された一端は、前記外部端子に接続
されるノードに接続され、前記同心円の外側の円周上に
配置された他端は、前記内部回路に接続されるノードに
接続され、前記同心円の中心を回転軸とするｎ回回転対
称である更に、この第３の発明に係る半導体装置は、外
部端子に接続されるノードと、内部回路に接続されるノ
ードとの間に保護抵抗を設け、該保護抵抗によって静電
気放電を行い、内部回路を保護する半導体装置であっ
て、前記保護抵抗は、第１の円と、前記第１の円と略同
一の位置に中心を有し、且つ該第１の円より大きい半径
を有する第２の円とにより挟まれた環状領域から構成さ
れ、該第１の円側の縁部を、前記外部端子に接続される
ノードに接続される一端とし、該第２の円側の縁部を前
記内部回路に接続されるノードに接続される他端とし、
前記第１、第２の円の中心を原点とする反転変換に関し
て対称である。

【００２１】なお、上記第２、第３の発明に係る半導体
装置における保護抵抗の一端と他端を、それぞれ金属配
線層により外部端子及び内部回路に接続するノードに接
続してもかまわない。

【００２２】上記第１の発明に記載した構造を有する半
導体装置は、２つの保護抵抗のそれぞれの一端を金属配
線層により１本に纏めて外部端子に接続し、それぞれの
他端を異なる金属配線層により１本に纏めて内部回路に
接続している。そしてこれらの保護抵抗は線対称の関係
にある。そのため、２つの保護抵抗に電荷を均等に分散
させることが可能となる。また、対称性について考慮す
べき対象は、最小限、各保護抵抗のみあればよく、これ
を実現するのはプロセス上、非常に容易であるから、２
つの保護抵抗に電荷を確実に均等に分散させることが出
来る。更に、外部端子及び内部回路と保護抵抗との間を
金属配線層によって接続することで、保護抵抗の配置場
所が限定されることが無く、半導体装置としてのレイア
ウトの自由度を高めることが出来る。

【００２３】上記第２の発明に記載した構造を有する半
導体装置は、ｎ個の保護抵抗（ｎは２以上の自然数）を
放射状に設け、各保護抵抗の中心を回転軸とするｎ回回
転対称であるように配置する。

【００２４】上記のように複数の保護抵抗を配置するこ
とで、外部端子から静電気等のサージが半導体装置に侵
入した際に、各保護抵抗に電荷を均等に分散させること
が可能となる。保護抵抗の一端は、外部端子に例えば金
属配線層によって接続される。通常、この両者のコンタ
クト部が電荷の集中領域となりＥＳＤ破壊を生じさせる
原因となるが、単に保護抵抗を並列接続したのみでは、
各保護抵抗に集中する電荷量が均等にならない。それに
対して本発明では、複数の保護抵抗が回転対称性を有す
るように配置することで電荷を均等に分散できるので、
複数設けた保護抵抗をＥＳＤ破壊の回避のために非常に
効果的に使用でき、半導体装置のＥＳＤ破壊に対する耐
性を向上できる。

【００２５】また、上記第３の発明に記載したように、
内部に空洞を有する環状、言い換えればドーナツ状の形
状を有する保護抵抗を用いる、すなわち保護抵抗の中心
を原点とする反転変換に関して対称であるように配置す
る。

【００２６】上記のように、環状の保護抵抗を用いると
いうことは、保護抵抗の形状という観点からは、第２の
発明においてｎを無限大にしたものと見ることが出来
る。そのため、電荷の集中しやすい箇所を無くすことが
出来、ＥＳＤ破壊に対する耐性の向上を最も効果的に実
現できる。

【００２７】更に、外部端子及び内部回路と保護抵抗と
の間を金属配線層によって接続することで、半導体装置
としてのレイアウトの自由度を高めることが出来ると共
に、半導体装置の内部回路と接続されるノードと上記保
護抵抗の他端部とを接続する金属配線層を、各他端部の
位置から上記ノードまでの抵抗値がそれぞれほぼ等しく
なるように設計することで、各経路の抵抗値のばらつき
を抑え、半導体装置の電気的特性を向上できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、
共通する部分には共通する参照符号を付す。

【００２９】この発明の第１の実施形態に係る半導体装
置について図１（ａ）乃至（ｃ）を用いて説明する。図
１（ａ）乃至（ｃ）は、半導体装置における外部端子と
内部回路との間の領域を示しており、（ａ）図は平面
図、（ｂ）図は（ａ）図におけるＢ−Ｂ’線に沿った断
面図、（ｃ）図は等価回路である。

【００３０】図示するように、各半導体素子が形成され
た半導体基板１０上に、それらの半導体素子を保護する
ための絶縁膜１１が設けられ、この絶縁膜中にＥＳＤ破
壊から半導体装置を保護するための保護抵抗Ｒ１０、Ｒ
１１となる２つの半導体層１２、１２が設けられてい
る。この半導体層１２、１２は例えば多結晶シリコン等
により形成される。また、絶縁膜１１上には内部回路及
び外部端子に接続する金属配線層１３、１４が設けら
れ、これらの金属配線層１３、１４は上記半導体層１
２、１２にコンタクトホールを介してそれぞれ接続され
ている。ここで、金属配線層１３、１４がそれぞれ内部
回路及び外部端子（ボンディングパッド）に接続される
ノードをそれぞれ、ノードＩＮ、ノードＯＵＴと表すこ
とにする。

【００３１】上記半導体層１２、１２により形成される
保護抵抗Ｒ１０、Ｒ１１は、図１（ｃ）の等価回路に示
すように、ノードＩＮとノードＯＵＴとの間に並列接続
されたものである。

【００３２】従来技術で説明したように、外部端子と内
部回路との間にＥＳＤ破壊防止用の保護抵抗を設けた場
合、電荷は金属配線層１４と半導体層１２とを接続する
コンタクトホールの角部Ａ１、Ａ２に集中する。

【００３３】本実施形態における半導体装置では、図１
（ａ）に示すように、２つの保護抵抗Ｒ１０、Ｒ１１を
仮想的な同一直線上に配置している。図中ではＢ−Ｂ’
線がその直線に該当する。そして、保護抵抗Ｒ１０、Ｒ
１１の一端を金属配線層１４によりノードＯＵＴに共通
に接続し、更に外部端子へ接続している。一方、保護抵
抗Ｒ１０、Ｒ１１の他端も金属配線層１３によりノード
ＩＮへ共通に接続し、更に内部回路へ接続している。そ
して、上記保護抵抗Ｒ１０、Ｒ１１は、ノードＩＮと金
属配線層１３、ノードＯＵＴと金属配線層１４との接続
点の中点を結び、且つＢ−Ｂ’線と直交するＣ−Ｃ’線
に対して線対称の関係にある。そのため、ノードＯＵＴ
から侵入した電荷の流れが特定の経路に集中することを
防止出来、２つの保護抵抗Ｒ１０、Ｒ１１に電荷を均等
に分散させることが出来る。また、本実施形態では、Ｅ
ＳＤ破壊を対策するための要素を保護抵抗のみで構成し
ているため、対称性を配慮すべき対象もほぼ２つの保護
抵抗Ｒ１０、Ｒ１１に限定できるので、その対称性を実
現するのはプロセス上非常に容易である。すなわち、２
つの保護抵抗Ｒ１０、Ｒ１１におけるコンタクトホール
の角部Ａ１、Ａ２に集中する電荷量がほぼ完全に同量と
なり、２つの保護抵抗Ｒ１０、Ｒ１１を使用すること
で、保護抵抗が１つの場合に比べた場合の保護抵抗１つ
あたりの電荷集中量を確実に１／２にする事が出来る。
このように、保護抵抗をＥＳＤ破壊からの保護に効果的
に使用できる。また、金属配線層１３に、Ｃ−Ｃ’線に
対する線対称の関係を持たせることで、同時に各保護抵
抗Ｒ１０、Ｒ１１からノードＩＮまでの抵抗値を、この
２つの経路につきほぼ同じにする事が出来る。

【００３４】また、本実施形態では、内部回路及び外部
端子と、保護抵抗Ｒ１０、Ｒ１１との間を金属配線層１
３、１４により接続している。そのため、保護抵抗の配
置における自由度が高い。すなわち、外部端子及び内部
回路から比較的距離のある場所に保護抵抗を配置して
も、それらの間を金属配線層により接続すれば良いの
で、例えば半導体チップの空きエリアを用いて保護抵抗
を設けることも出来る。このように、半導体装置のレイ
アウトに大きな制約を課すことなく、保護抵抗を比較的
自由に配置できる。

【００３５】なお、図２（ａ）、（ｂ）は本実施形態の
変形例について示しており、（ａ）図は半導体装置の平
面図、（ｂ）図は（ａ）図におけるＤ−Ｄ’線に沿った
断面図である。

【００３６】図示するように、絶縁膜１１及び金属配線
層１３、１４上に更に絶縁膜１５が設けられ、この絶縁
膜１５上に更に金属配線層１６が設けられている。この
金属配線層１６は外部端子に接続される配線層であり、
絶縁膜１５中に設けられたコンタクトホールにより金属
配線層１４と接続されている。

【００３７】このように、ノードＯＵＴとなる金属配線
層を多層配線層によって形成してもかまわない。

【００３８】以上のように、本実施形態に係る半導体装
置によれば、回路配置に大きな制約を与えずに、２つの
保護抵抗に確実に均等に電荷を分散させることにより、
ＥＳＤ耐性に優れた半導体装置を実現できる。

【００３９】次にこの発明の第２の実施形態に係る半導
体装置について図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、半導体装置における外部端子と
内部回路との間の領域を示しており、（ａ）図は平面
図、（ｂ）図は等価回路である。

【００４０】本実施形態は、上記第１の実施形態におい
て、保護抵抗の数を２つから３つに増やしたものであ
る。図示するように、３つの保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１２
を、ノードＯＵＴを中心として放射状に、且つ等間隔に
配置している。そして、各々の保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１２
の一端を金属配線層１４を介してノードＯＵＴに接続
し、各々の他端を金属配線層１３によって共通に接続
し、この金属配線層１３をノードＩＮに接続している。

【００４１】本構成によれば、金属配線層１４に接続す
る一端部が第１の円の円周上に位置し、金属配線層１３
に接続する他端部が、仮想的な第１の円と同一の位置に
中心を有する仮想的な第２の円の円周上に位置し、互い
に３回回転対称（互いに１２０°ずれて位置している）
となるように、３つ（ｎ＝３）の保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１
２を配置している。

【００４２】但し、ここで使用する回転対称という文言
は、対称要素の一つを意味し、ある直線を軸として３６
０°／ｎ（ｎは２以上の自然数）だけ構造全体を回転し
ても初めの状態と完全に合同になる場合に、この構造を
ｎ回回転対称であるとする。すなわち、本実施形態で３
つの保護抵抗が、第１、第２の円の中心を回転軸として
３回回転対称である、とは、第１、第２の円の中心を軸
に、３６０°／３＝１２０°回転させたとき、その位置
関係が回転前と不変であることを意味する。なおこのよ
うな観点によれば、上記第１の実施形態は、２つの保護
抵抗が２回回転対称になっているものと見なすことも出
来る。

【００４３】更に、ＥＳＤ破壊を対策するための要素を
保護抵抗のみで構成しているため、ここでの３つの保護
抵抗Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１１についてのみ着目して、最
小限それらが回転対称性を有するように配置すれば良
く、それは非常に容易に実現できる。こうして、ノード
ＯＵＴから侵入した電荷の流れが特定の経路に集中する
ことを防止し、３つの保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１２に確実に
均等に分散させることが出来る。すなわち、それぞれの
保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１２と金属配線層１４とを接続する
３つのコンタクトホールに集中する電荷量を互いにほぼ
同量とすることが出来、３つの保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１２
を使用することで、保護抵抗が１つの場合に比べて保護
抵抗１つあたりの電荷集中量を確実に１／３にする事が
出来る。そのため、第１の実施形態と比較して、半導体
装置のＥＳＤ破壊に対する耐性を更に向上できる。

【００４４】次にこの発明の第３の実施形態に係る半導
体装置について図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
図４（ａ）、（ｂ）は、半導体装置における外部端子と
内部回路との間の領域を示しており、（ａ）図は平面
図、（ｂ）図は等価回路である。

【００４５】本実施形態は、上記第２の実施形態におい
て、保護抵抗の数を３つから４つに増やしたものであ
る。図示するように、保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１３をノード
ＯＵＴを中心として放射状に、且つ等間隔に配置してい
る。すなわち、図４（ｂ）の等価回路に示すように、４
つの保護抵抗の一端を金属配線層１４によってノードＯ
ＵＴに接続し、それぞれの他端を金属配線層１３によっ
て共通に接続し、この金属配線層１３をノードＩＮに接
続している。

【００４６】金属配線層１３は正方形の内部を除去した
ような形状である。また、正方形の４つの辺のうちの１
辺の中点にノードＩＮを有しており、その対角線の交点
にノードＯＵＴを有している。そして、正方形の４つの
辺の中点と、正方形の対角線の交点にあるノードＯＵＴ
との間に保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１３が配置されている。

【００４７】本構成によれば、金属配線層１４に接続す
る一端部が仮想的な第１の円の円周上に位置し、金属配
線層１３に接続する他端部が、第１の円と同一の位置に
中心を有する仮想的な第２の円の円周上に位置し、互い
に４回回転対称（互いに９０°ずれて位置している）と
なるように、４つ（ｎ＝４）の保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１３
を配置している。更に、ＥＳＤ破壊を対策するための要
素を保護抵抗のみで構成しているため、回転対称性につ
いては、最小限この４つの保護抵抗Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ
１２、Ｒ１３についてのみ着目すればよい。こうして、
ノードＯＵＴから侵入した電荷の流れが特定の経路に集
中することを防止し、４つの保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１３に
確実に均等に分散させることが出来る。すなわち、それ
ぞれの保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１３と金属配線層１４とを接
続する４つのコンタクトホールに集中する電荷量を互い
にほぼ同量とすることが出来、４つの保護抵抗Ｒ１０〜
Ｒ１３を使用することで、保護抵抗が１つの場合に比べ
て保護抵抗１つあたりの電荷集中量を確実に１／４にす
る事が出来る。そのため、第２の実施形態と比較して、
半導体装置のＥＳＤ破壊に対する耐性を更に向上でき
る。

【００４８】図５は本実施形態の第１の変形例に係る半
導体装置について説明するためのもので、（ａ）図は平
面図、（ｂ）図は等価回路である。本変形例は上記実施
形態と比して、ノードＩＮに接続する金属配線層１３と
保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１３との位置関係を変えたものであ
る。

【００４９】図示するように、この金属配線層１３は上
記実施形態と同様に、正方形の内部を除去したような形
状をしており、その対角線の交点にノードＯＵＴを有し
ている。しかし、ノードＩＮは正方形の４つの角のうち
の１カ所に設けられ、また、正方形の４つの角と、正方
形の対角線の交点にあるノードＯＵＴとの間に保護抵抗
Ｒ１０〜Ｒ１３が配置されている。

【００５０】このように保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１３を配置
しても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

【００５１】図６は本実施形態の第２の変形例に係る半
導体装置の平面図である。本変形例は、図４（ａ）、
（ｂ）に示した構造において、保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１３
とノードＩＮとを接続する金属配線層１３の抵抗分を考
慮に入れたものである。通常、金属配線層１３の材料に
はＡｌが用いられる。Ａｌは低抵抗の配線材料として広
く用いられている材料であるが、この抵抗分を考慮に入
れない場合には、金属配線層１３は図４（ａ）に示した
ような形状でかまわない。しかし、Ａｌの抵抗分まで考
慮に入れる必要がある場合、各保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１３
とノードＩＮとの間の抵抗値を等しくしてやる必要があ
る。すなわち、図６に示すように、ノードＩＮから最も
遠い位置にある保護抵抗Ｒ１２とノードＩＮとの間の金
属配線層１３については、その幅を広く設計し、ノード
ＩＮに最も近い位置にある保護抵抗Ｒ１０とノードＩＮ
との間の金属配線層１３の幅は狭く設計し、保護抵抗Ｒ
１１、Ｒ１３についてはその中間の値で設計する。その
ように金属配線層１３を設計することで、各保護抵抗Ｒ
１０〜Ｒ１３とノードＩＮとの間の抵抗値をほぼ等しく
設定することが出来る。

【００５２】更に図７は本実施形態の第３の変形例につ
いて示しており、半導体装置の平面図である。本変形例
は、図５（ａ）、（ｂ）に示した構造において、保護抵
抗Ｒ１０〜Ｒ１３とノードＩＮとを接続する金属配線層
１３の抵抗分を考慮に入れたものであり、保護抵抗Ｒ１
０〜Ｒ１３とノードＩＮとの間の抵抗が略等しくなるよ
う設計している。

【００５３】また、図８（ａ）、（ｂ）は本実施形態の
第４の変形例に係る半導体装置について示しており、
（ａ）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）図におけるＥ−
Ｅ’線に沿った断面図である。本変形例は、ノードＯＵ
Ｔ上に外部端子を直接設けたものである。

【００５４】図示するように、保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１３
となる半導体層１２の一端に接続するようにして設けら
れた、ノードＯＵＴ側の金属配線層１４上に、外部端子
（ＰＡＤ）となる例えばＡｌ層１７を設けている。な
お、この外部端子の中心が、４つの保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ
１４の回転対称性の対称軸となる。

【００５５】回路の配置上、このように保護抵抗の中心
に外部端子を設けることが可能であれば、外部端子と内
部回路との間の抵抗を最小限に押さえることが出来るの
で、より好ましいと言うことが出来る。

【００５６】次にこの発明の第４の実施形態に係る半導
体装置について図９（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
図９（ａ）、（ｂ）は、半導体装置における外部端子と
内部回路との間の領域を示しており、（ａ）図は平面
図、（ｂ）図は等価回路である。

【００５７】本実施形態は、上記第３の実施形態におい
て、保護抵抗の数を４つから更に８つに増やしたもので
ある。図示するように、保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１７をノー
ドＯＵＴを中心として放射状に、且つ等間隔に配置して
いる。すなわち、図９（ｂ）の等価回路に示すように、
８つの保護抵抗の一端を金属配線層１４によってノード
ＯＵＴに接続し、それぞれの他端を金属配線層１３によ
って共通に接続し、この金属配線層１３をノードＩＮに
接続している。

【００５８】本構成によれば、金属配線層１４に接続す
る一端部が仮想的な第１の円の円周上に位置し、金属配
線層１３に接続する他端部が、第１の円と同一の位置に
中心を有する仮想的な第２の円の円周上に位置し、互い
に８回回転対称（互いに４４．５°ずれて位置してい
る）となるように、８つ（ｎ＝８）の保護抵抗Ｒ１０〜
Ｒ１７を配置している。更に、ＥＳＤ破壊を対策するた
めの要素を保護抵抗のみで構成しているため、回転対称
性については、最小限この８つの保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１
７についてのみ着目すればよい。こうして、ノードＯＵ
Ｔから侵入した電荷の流れが特定の経路に集中すること
を防止し、８つの保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１７に確実に均等
に分散させることが出来る。すなわち、それぞれの保護
抵抗Ｒ１０〜Ｒ１７と金属配線層１４とを接続する８つ
のコンタクトホールに集中する電荷量を互いにほぼ同量
とすることが出来、８つの保護抵抗Ｒ１０〜Ｒ１７を使
用することで、保護抵抗が１つの場合に比べて保護抵抗
１つあたりの電荷集中量を確実に１／８にする事が出来
る。そのため、第３の実施形態と比較して、半導体装置
のＥＳＤ破壊に対する耐性を更に向上できる。

【００５９】図１０は本実施形態の変形例に係る半導体
装置の平面図である。本変形例は、ノードＯＵＴ上に外
部端子（ＰＡＤ）を直接設け、且つＡｌ配線層の抵抗分
を考慮に入れたものである。

【００６０】本変形例によれば、上記第３の実施形態の
第２、第４の変形例で説明したような効果を同時に得る
ことが出来る。

【００６１】次にこの発明の第５の実施形態に係る半導
体装置について図１１（ａ）、（ｂ）及び図１２を用い
て説明する。図１１（ａ）、（ｂ）は、半導体装置にお
ける外部端子と内部回路との間の領域を示しており、
（ａ）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）図におけるＦ−
Ｆ’線に沿った断面図、図１２は図１１（ａ）、（ｂ）
の等価回路である。

【００６２】図示するように、各半導体素子が形成され
た半導体基板１０上に、それらの半導体素子を保護する
ための絶縁膜１１が設けられ、この絶縁膜中にＥＳＤ破
壊から半導体装置を保護するための保護抵抗Ｒ１８とな
る半導体層１２が設けられている。この半導体層１２は
例えば多結晶シリコンから形成され、中央部が空洞とな
った円形の形状、言い換えれば環状の形状を有してい
る。また、絶縁膜１１上には内部回路及び外部端子にそ
れぞれ接続する金属配線層１３、１４が設けられ、これ
らの金属配線層１３、１４はそれぞれ上記半導体層１２
にコンタクトホールを介して接続されている。外部端子
に接続される金属配線層１４は、上記環状の保護抵抗Ｒ
１８と同一の位置に中心を有する円形の形状を有してい
る。一方、内部回路に接続される金属配線層１３は、ノ
ードＩＮからの距離が遠い領域では、ほぼ半導体層１２
と同様の形状をしており、ノードＩＮに近い領域では、
その幅が小さくなるような形状を有している。これは前
述の通り、保護抵抗Ｒ１８からノードＩＮまでの間の抵
抗値を全領域で等しくするためである。そして、上記金
属配線層１３、１４及び絶縁膜１１上に更に絶縁膜１５
が設けられ、この絶縁膜１５中の前記金属配線層１４上
には、この金属配線層１４の中心の位置と同一の位置に
中心を有する円形の金属配線層１６（ノードＯＵＴ）が
形成されている。

【００６３】上記のように環状の形状を有する保護抵抗
を用い、その保護抵抗の内周を第１の円、外周を第１の
円と同一の位置に中心を有する第２の円とすれば、保護
抵抗はこの第１、第２の円の中心を原点としたときの反
転変換に対して対称である。そのため角部Ａ１、Ａ２に
は、半導体層１２と金属配線層１４とのコンタクトホー
ルの円周に沿って電荷が確実に均等に分散することにな
る。そして、保護抵抗は、ノードＯＵＴを中心にして円
周上に配置されていることから、上記第１乃至第４の実
施形態に比べて更にＥＳＤ破壊に対する耐性を向上でき
る。

【００６４】図１３（ａ）、（ｂ）は本実施形態の変形
例について示しており、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は
断面図である。本変形例は、ノードＯＵＴ側の金属配線
層１４上に、外部端子（ＰＡＤ）となる例えばＡｌ層１
７を設けている。なお外部端子はその中心が環状の保護
抵抗の中心と略一致するように配置される。回路の配置
上、このように保護抵抗の中心に外部端子を設けること
が可能であれば、外部端子と内部回路との間の抵抗を最
小限に抑えることが出来るので、より好ましいと言うこ
とが出来る。

【００６５】上記第１の実施形態によれば、半導体装置
のＥＳＤ破壊を対策するための要素を２つの保護抵抗で
構成し、この保護抵抗のそれぞれの一端を金属配線層に
より１本に纏めて外部端子に接続し、それぞれの他端も
金属配線層により１本に纏めて内部回路に接続してい
る。そしてこれらの保護抵抗に線対称の関係を持たせて
いる。そのため、２つの保護抵抗に電荷を均等に分散さ
せることが可能となる。また、対称性について考慮すべ
き対象をほぼ各保護抵抗に限定できることから、対称性
を実現するのはプロセス上、非常に容易である。その結
果、２つの保護抵抗に電荷を確実に均等に分散させるこ
とが出来、半導体装置のＥＳＤ耐性を向上できる。更
に、外部端子及び内部回路と保護抵抗との間を金属配線
層によって接続することで、保護抵抗の配置場所におけ
る制約を低減でき、半導体装置としてのレイアウトの自
由度を高めることが出来る。

【００６６】上記第２乃至第５の実施形態によれば、半
導体装置のＥＳＤ破壊を対策するための要素を保護抵抗
のみで構成し、この保護抵抗が対称性を有するように配
置している。

【００６７】例えば、ｎ個の保護抵抗（ｎは２以上の自
然数）を放射状に設け、各保護抵抗の中心を回転軸とす
るｎ回回転対称であるような配置である。

【００６８】上記のような構成であると、対称性につい
て着目すべき対象をほぼ保護抵抗に限定でき、この保護
抵抗、更に必要に応じて金属配線層が対称性を有するよ
うに配置することはプロセス上非常に容易に実現でき
る。そのため、外部端子から静電気等のサージが半導体
装置に侵入した際に、各保護抵抗に電荷を確実に均等に
分散させることが可能となる。すなわち、単一の保護抵
抗を用いた場合に比べて、各保護抵抗に集中する電荷量
を確実に１／ｎとすることが出来る。そのため、複数設
けた保護抵抗をＥＳＤ破壊の回避のために非常に効果的
に使用でき、半導体装置のＥＳＤ破壊に対する耐性を向
上できる。

【００６９】また、別の配置法は、内部に空洞を有する
環状、言い換えればドーナツ状の形状を有する保護抵抗
を用いる、すなわち保護抵抗の中心を原点とする反転変
換に関して対称であるように配置する方法である。

【００７０】環状の保護抵抗を用いるということは、上
記の例で考えると、その形状はｎを無限大にしたものと
見なすことが出来る。そのため、電荷の集中しやすい箇
所を無くすことが出来、ＥＳＤ破壊に対する耐性の向上
を最も効果的に実現できる。

【００７１】また、内部回路及び外部端子と、保護抵抗
との間を金属配線層により接続している。そのため、上
記第１の実施形態と同様に、内部回路及び外部端子の位
置関係にそれほどの影響を受けずに済み、保護抵抗の配
置における自由度が比較的高い。例えば、半導体チップ
の空きエリアを用いることも出来る。そのため、半導体
装置のレイアウトに大きな制約を課さずに、保護抵抗を
配置できる。

【００７２】なお、上記第１乃至第４の実施形態では、
実施形態毎に保護抵抗の数を２つ、３つ、４つ、８つと
いうように増加させた半導体装置について説明を行って
きた。当然ながら、各保護抵抗のコンタクト部に集中す
る電荷の絶対量を少なくするためには保護抵抗の数を多
く設けることが効果的である。その観点から見ると、本
第５の実施形態はノードＯＵＴの周辺を全て保護抵抗に
したもの、すなわち、保護抵抗を無限に設けたものと見
ることも出来、複数の保護抵抗の配置方法としては最適
な形態と言うことが出来る。

【００７３】なお、本願発明は上記実施形態に限定され
るものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範
囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施
形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される
複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の
発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構
成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が
解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発
明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合に
は、この構成要件が削除された構成が発明として抽出さ
れ得る。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、回路配置に大きな制約を与えずに、複数の保護抵抗
に確実に均等に電荷を分散させ、各保護抵抗に集中する
電荷量を低減することにより、ＥＳＤ耐性を向上できる
半導体装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態に係る半導体装置に
おけるＥＳＤ破壊に対する保護抵抗の配置について示し
ており、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）図におけ
るＢ−Ｂ’線に沿った断面図、（ｃ）図は等価回路。

【図２】この発明の第１の実施形態の変形例に係る半導
体装置におけるＥＳＤ破壊に対する保護抵抗の配置につ
いて示しており、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）
図におけるＤ−Ｄ’線に沿った断面図。

【図３】この発明の第２の実施形態に係る半導体装置に
おけるＥＳＤ破壊に対する保護抵抗の配置について示し
ており、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は等価回路。

【図４】この発明の第３の実施形態に係る半導体装置に
おけるＥＳＤ破壊に対する保護抵抗の配置について示し
ており、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は等価回路。

【図５】この発明の第３の実施形態の第１の変形例に係
る半導体装置におけるＥＳＤ破壊に対する保護抵抗の配
置について示しており、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は
等価回路。

【図６】この発明の第３の実施形態の第２の変形例に係
る半導体装置におけるＥＳＤ破壊に対する保護抵抗の配
置についての平面図。

【図７】この発明の第３の実施形態の第３の変形例に係
る半導体装置におけるＥＳＤ破壊に対する保護抵抗の配
置についての平面図。

【図８】この発明の第３の実施形態の第４の変形例に係
る半導体装置におけるＥＳＤ破壊に対する保護抵抗の配
置について示しており、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は
（ａ）図におけるＥ−Ｅ’線に沿った断面図。

【図９】この発明の第４の実施形態に係る半導体装置に
おけるＥＳＤ破壊に対する保護抵抗の配置について示し
ており、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は等価回路。

【図１０】この発明の第４の実施形態の変形例に係る半
導体装置におけるＥＳＤ破壊に対する保護抵抗の配置に
ついての平面図。

【図１１】この発明の第５の実施形態に係る半導体装置
におけるＥＳＤ破壊に対する保護抵抗の配置について示
しており、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）図にお
けるＦ−Ｆ’線に沿った断面図。

【図１２】この発明の第５の実施形態に係る半導体装置
におけるＥＳＤ破壊に対する保護抵抗の配置について示
しており、図１１（ａ）、（ｂ）の等価回路。

【図１３】この発明の第５の実施形態の変形例に係る半
導体装置におけるＥＳＤ破壊に対する保護抵抗の配置に
ついて示しており、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は
（ａ）図におけるＧ−Ｇ’線に沿った断面図。

【図１４】従来の半導体装置におけるＥＳＤ破壊に対す
る保護抵抗の配置について示しており、（ａ）図は平面
図、（ｂ）図は（ａ）図におけるＡ−Ａ’線に沿った断
面図、（ｃ）図は等価回路。

【符号の説明】

１０、１００…半導体基板 １１、１１０…絶縁膜 １２、１２０…半導体層 １３、１４、１６、１３０、１４０…金属配線層 １５…絶縁膜 １７…ボンディングパッド

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部端子に接続されるノードと、内部回
   路に接続されるノードとの間に第１、第２の保護抵抗を
   設け、該保護抵抗によって静電気放電を行い、内部回路
   を保護する半導体装置であって、前記第１、第２の保護
   抵抗は、 長手方向が同一の直線上に各々延設され、互いの中間の
   位置に設けられた第１金属配線層により一端が共通に接
   続され、他端が第２金属配線層に共通に接続され、 前記第１金属配線層は、前記外部端子に接続されるノー
   ドに接続され、 前記第２金属配線層は、前記内部回路に接続されるノー
   ドに接続され、 前記外部端子に接続されるノードと前記第１金属配線層
   との接続点、前記第１、第２の保護抵抗間の中点、及び
   前記内部回路に接続されるノードと前記第２金属配線層
   との接続点とを結び、且つ前記第１、第２の保護抵抗が
   延設された方向に直交する直線に対して、前記第１、第
   ２の保護抵抗は線対称の関係にあることを特徴とする半
   導体装置。
2. 【請求項２】 外部端子に接続されるノードと、内部回
   路に接続されるノードとの間にｎ個の保護抵抗（ｎは２
   以上の自然数）を設け、該保護抵抗によって静電気放電
   を行い、内部回路を保護する半導体装置であって、前記
   保護抵抗は、 同心円の中心から放射状に配置され、前記同心円の内側
   の円周上に配置された一端は、前記外部端子に接続され
   るノードに接続され、前記同心円の外側の円周上に配置
   された他端は、前記内部回路に接続されるノードに接続
   され、前記同心円の中心を回転軸とするｎ回回転対称で
   あることを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】 外部端子に接続されるノードと、内部回
   路に接続されるノードとの間に保護抵抗を設け、該保護
   抵抗によって静電気放電を行い、内部回路を保護する半
   導体装置であって、前記保護抵抗は、 第１の円と、前記第１の円と略同一の位置に中心を有
   し、且つ該第１の円より大きい半径を有する第２の円と
   により挟まれた環状領域から構成され、該第１の円側の
   縁部を、前記外部端子に接続されるノードに接続される
   一端とし、該第２の円側の縁部を前記内部回路に接続さ
   れるノードに接続される他端とし、前記第１、第２の円
   の中心を原点とする反転変換に関して対称であることを
   特徴とする半導体装置。
4. 【請求項４】 前記同心円と略同一の位置に中心を有
   し、前記同心円の内側の円周近傍で、前記ｎ個の保護抵
   抗の一端が共通に接続され、更に前記外部端子に接続さ
   れるノードに接続される第１金属配線層と、 前記ｎ個の保護抵抗の他端が共通に接続され、更に前記
   内部回路に接続されるノードに接続される第２金属配線
   層とを更に備えることを特徴とする請求項２記載の半導
   体装置。
5. 【請求項５】 前記第１、第２の円と略同一の位置に中
   心を有し、前記第１の円の円周近傍で、前記保護抵抗の
   一端と接続され、更に前記外部端子に接続されるノード
   に接続される第１金属配線層と、 前記保護抵抗の他端と接続され、更に前記内部回路に接
   続されるノードに接続される第２金属配線層とを更に備
   えることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
6. 【請求項６】 前記第２金属配線層は、前記内部回路に
   接続されるノードから遠い位置における保護抵抗とこの
   ノードとの間で配線幅が広く、近い位置における保護抵
   抗とこのノードとの間で配線幅が狭い形状を有すること
   を特徴とする請求項４または５記載の半導体装置。
7. 【請求項７】 前記第２金属配線層は、前記保護抵抗の
   他端のそれぞれの位置から前記内部回路までの間の抵抗
   値が、実質的に等しくなるような形状を有することを特
   徴とする請求項４乃至６いずれか１項記載の半導体装
   置。
8. 【請求項８】 前記第１金属配線層の直上に設けられ、
   中心を該第１金属配線層と略同一の位置に有し、前記外
   部端子となるボンディングパッドを更に備えることを特
   徴とする請求項４乃至７いずれか１項記載の半導体装
   置。