JP2003100898A - 静電破壊保護素子 - Google Patents

静電破壊保護素子

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JP2003100898A
JP2003100898A JP2001295386A JP2001295386A JP2003100898A JP 2003100898 A JP2003100898 A JP 2003100898A JP 2001295386 A JP2001295386 A JP 2001295386A JP 2001295386 A JP2001295386 A JP 2001295386A JP 2003100898 A JP2003100898 A JP 2003100898A
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JP
Japan
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electrostatic breakdown
input terminal
source
mos transistor
gate electrode
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JP2001295386A
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English (en)
Inventor
Junichi Todaka
順一 戸高
Akira Takiba
明 瀧場
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の静電破壊保護素子では、入力端子の電
位が半導体集積回路装置内部より高い場合がある。この
場合には、入力端子から電源(VCC)に順方向となる
ダイオードを用いた回路構成を取ることができず、2対
のNMOSトランジスタを用いている。この静電破壊保
護素子のチップパターンレイアウトは、ドレイン、ソー
ス、ゲートともに別々の2個のNMOSトランジスタを
配置するために、レイアウト上、素子間の距離等の制約
条件から、占有面積が大きくなり、チップサイズへの影
響を無視できなくなっていた。 【解決手段】 本発明は、素子分離を行う必要がなく、
2対のNMOSトランジスタ101、102を同一素子
領域に配置できるため、レイアウト上の制約を受けず、
静電破壊耐量を損なうことなしに、チップ占有面積の縮
小が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、半導体集積回路
装置外部からのサージノイズによる静電破壊から半導体
集積回路装置を保護する静電破壊保護素子に関する。
【0002】
【従来の技術】 従来の半導体集積回路装置の静電破壊
保護素子を示す平面図を図4に示す。従来の静電破壊保
護素子は、ゲート端子(図示せず)をGND(図示せ
ず)にバイアスしたNMOSトランジスタ1が入力端子
(図示せず)とGND間に設けられており、同じくゲー
ト端子(図示せず)をGNDにバイアスしたNMOSト
ランジスタ2が入力端子とVCC(図示せず)間に設け
られている。
【0003】入力端子(図示せず)に接続されているA
l配線10は、NMOSトランジスタ1のドレイン(図
示せず)に接続されるように設けられている。Al配線
10とドレインとの接続はコンタクト4により接続され
ている。GND(図示せず)に接続されているAl配線
9は、NMOSトランジスタ1のソース(図示せず)に
接続されるように設けられている。Al配線9とソース
との接続はコンタクト3により接続されている。NMO
Sトランジスタ1に近接するようにポリSiゲート電極
7が設けられており、ポリSiゲート電極7の一部は、
NMOSトランジスタ1のドレインとソースの間まで延
在して設けられている。GND(図示せず)に接続され
ているAl配線13は、ポリSiゲート電極7に接続さ
れるように設けられている。Al配線13とポリSiゲ
ート電極7との接続はコンタクト14により接続されて
いる。
【0004】次に、入力端子(図示せず)に接続されて
いるAl配線11は、NMOSトランジスタ2のドレイ
ン(図示せず)に接続されるように設けられている。A
l配線11とドレインとの接続はコンタクト5により接
続されている。VCC(図示せず)に接続されているA
l配線12は、NMOSトランジスタ2のソース(図示
せず)に接続されるように設けられている。Al配線1
2とソースとの接続はコンタクト6により接続されてい
る。NMOSトランジスタ2に近接するようにポリSi
ゲート電極8が設けられており、ポリSiゲート電極8
の一部は、NMOSトランジスタ2のドレインとソース
の間まで延在して設けられている。GND(図示せず)
に接続されているAl配線13は、ポリSiゲート電極
8に接続されるように設けられている。Al配線13と
ポリSiゲート電極8との接続はコンタクト15により
接続されている。
【0005】従来は、半導体集積回路装置外部からのサ
ージノイズによる静電破壊から集積回路部素子を保護す
るために、半導体集積回路外部と電気的に接続される入
力端子に保護素子を付加している。通常では入力端子に
印加されるサージノイズをバイパスするためにダイオー
ド等を付加していた。
【0006】ところで、マイコン製品とのインターフェ
ースで用いられる、入力パワーダウンプロテクション機
能をもつ半導体集積回路装置では、例えば入力端子が5
Vとなり、半導体集積回路装置内部の電源が3Vとなる
場合があり、入力端子が半導体集積回路装置内部より高
い場合がある。この場合、入力端子から電源(VCC)
に順方向となるダイオードを用いた回路構成を取ること
ができないため、図4に示したとおり、静電破壊保護素
子としてNMOSトランジスタ1、2を用いることとな
る。この静電破壊保護素子のチップパターンレイアウト
は、入力端子付近にNMOSトランジスタ1、2が配置
されており、別々のウェル層(図示せず)に設けられる
ことになり、ドレイン、ソース、ゲートともに別々の2
対のNチャネルトランジスタを配置することになるた
め、チップパターンレイアウト上、素子間の距離等の制
約条件から、占有面積が大きくなり、チップサイズへの
影響を無視できなくなっていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】 従来の静電破壊保護
素子では、入力端子の電位が半導体集積回路装置内部よ
り高い場合がある。この場合には、入力端子から電源
(VCC)に順方向となるダイオードを用いた回路構成
を取ることができず、2対のNMOSトランジスタを用
いている。この静電破壊保護素子のチップパターンレイ
アウトは、別々のウェル層に設けられ、ドレイン、ソー
ス、ゲートともに別々の2対のNMOSトランジスタを
配置するために、レイアウト上、素子間の距離等の制約
条件から、占有面積が大きくなり、チップサイズへの影
響を無視できなくなっていた。
【0008】本発明は、素子分離を行う必要がなく、2
対のNMOSトランジスタを同一素子領域に配置できる
ため、レイアウト上の制約を受けず、静電破壊耐量を損
なうことなしに、チップ占有面積の縮小が可能になる静
電破壊保護素子を提供する。
【0009】
【課題を解決するための手段】 ウェル層内に設けられ
る第1の第1導電型MOSトランジスタと、前記ウェル
層内に設けられ、前記第1の第1導電型MOSトランジ
スタとドレイン同士が接続される第2の第1導電型MO
Sトランジスタと、 前記第1の第1導電型MOSトラン
ジスタのドレイン及び前記第2の第1導電型MOSトラ
ンジスタのドレインに接続される入力端子と、前記第1
の第1導電型MOSトランジスタのソース、ゲート電
極、前記第2の第1導電型MOSトランジスタのゲート
電極及び前記ウェル層に接続される第1電源と、前記第
2の第1導電型MOSトランジスタのソースに接続され
る第2電源とを具備することを特徴とする。
【0010】さらに、前記第1電源はGNDであること
を特徴とする。
【0011】さらに、前記第1の第1導電型MOSトラン
ジスタ及び前記第2の第1導電型MOSトランジスタの
導電型はN型とすることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】 以下、図面を参照し本発明の実
施例について説明する。 本発明の実施例に係る半導体
集積回路装置の静電破壊保護素子を示す平面図を図1に
示す。本発明においても、半導体集積回路装置外部から
のサージノイズによる静電破壊から集積回路部素子を保
護するために、半導体集積回路外部と電気的に接続され
る入力端子に保護素子を付加することとする。
【0013】本発明の実施例における静電破壊保護素子
は、2対のNMOSトランジスタ1、01、102を同
一素子領域上に配置した状態で、ゲート端子(図示せ
ず)をGND(図示せず)にバイアスしたNMOSトラ
ンジスタ101が入力端子(図示せず)とGND間に設
けられており、同じくゲート端子(図示せず)をGND
にバイアスしたNMOSトランジスタ102が入力端子
とVCC(図示せず)間に設けられている。
【0014】入力端子(図示せず)に接続されているA
l配線109は、NMOSトランジスタ101のドレイ
ン(図示せず)に接続されるように設けられている。A
l配線109とドレインとの接続はコンタクト104に
より接続されている。GND(図示せず)に接続されて
いるAl配線108は、NMOSトランジスタ101の
ソース(図示せず)に接続されるように設けられてい
る。Al配線108とソースとの接続はコンタクト10
3により接続されている。NMOSトランジスタ101
に近接するようにポリSiゲート電極106が設けられ
ており、ポリSiゲート電極106の一部は、NMOS
トランジスタ101のドレインとソースの間まで延在し
て設けられている。GND(図示せず)に接続されてい
るAl配線111は、ポリSiゲート電極106に接続
されるように設けられている。Al配線111とポリS
iゲート電極106との接続はコンタクト112により
接続されている。
【0015】次に、NMOSトランジスタ101と共通
の入力端子(図示せず)に接続されているAl配線10
9は、NMOSトランジスタ102のドレイン(図示せ
ず)としても接続されるように設けられている。Al配
線109とドレインとの接続はコンタクト104により
接続されている。VCC(図示せず)に接続されている
Al配線110は、NMOSトランジスタ102のソー
ス(図示せず)に接続されるように設けられている。A
l配線110とソースとの接続はコンタクト105によ
り接続されている。NMOSトランジスタ102に近接
するようにポリSiゲート電極107が設けられてお
り、ポリSiゲート電極107の一部は、NMOSトラ
ンジスタ102のドレインとソースの間まで延在して設
けられている。GND(図示せず)に接続されているA
l配線111は、ポリSiゲート電極107に接続され
るように設けられている。Al配線111とポリSiゲ
ート電極107との接続はコンタクト113により接続
されている。
【0016】次に、本発明の実施例に係る半導体集積回
路装置の静電破壊保護素子を示す断面図を図2に示し、
その回路図を図3に示す。半導体基板114表面上には
ウェル層115が設けられている。ウェル層115表面
には、N+型ドレイン領域117が設けられている。同
じくウェル層115表面には、N+型ドレイン領域11
7を間に介して、N+型ソース領域116及びN+型ソ
ース領域118がぞれぞれ設けられている。N+型ソー
ス領域116及びN+型ドレイン領域117の間のウェ
ル層115上には、絶縁膜(図示せず)を介してポリS
iゲート電極106が設けられており、NMOSトラン
ジスタ101を構成している。N+型ソース領域118
及びN+型ドレイン領域117の間のウェル層115上
には、絶縁膜(図示せず)を介してポリSiゲート電極
107が設けられており、NMOSトランジスタ102
を構成している。
【0017】ここで、ポリSiゲート電極106、10
7、ソース領域116及びウェル層115はGND11
9に接続されている。共通のドレイン領域117は、入
力ライン(入力端子)121に接続され、ソース領域1
18は、VCC120に接続されている。
【0018】本発明の実施例によれば、基板電位及びゲ
ート電極をGNDにバイアスし、ドレイン領域(N型拡
散)を入力端子に接続し、それぞれのソース領域(N型
拡散)をVCC又はGNDに交互に接続することで、同
一ウェル層内である同一素子領域に2対にNチャネルト
ランジスタを配置することができる。
【0019】尚、本発明の実施例においては、同一ウェ
ル層内にソース、ドレイン、ソースと配置させたが、ト
ランジスタの配置の仕方については本実施例に限定され
ない。例えば実施例以上に配置してもよく、同一のウェ
ル層内に、GNDに接続されたソース領域と、ポリSi
ゲート電極を間に挟んで、入力端子に接続されたドレイ
ン領域と、さらに、ポリSiゲート電極を間に挟んで、
VCCに接続されたソース領域と、さらに、ポリSiゲ
ート電極を間に挟んで、入力端子に接続されたドレイン
領域と、さらにポリSiゲート電極を間に挟んで、GN
Dに接続されたソース領域と配置させてもよい。もちろ
ん、これ以上の配置となってもよい。また、ソース領域
を最短部としているが、ドレイン領域が最短部となって
配置されていてもよい。
【0020】本発明に実施例では、素子分離を行う必要
がなく、2対のNチャネルトランジスタを同一素子領域
に配置できるため、レイアウト上の制約を受けず、静電
破壊耐量を損なうことなしに、チップ占有面積の縮小が
可能になる。
【0021】
【発明の効果】 本発明においては、素子分離を行う必
要がなく、2対のNチャネルトランジスタを同一素子領
域に配置できるため、レイアウト上の制約を受けず、静
電破壊耐量を損なうことなしに、チップ占有面積の縮小
が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係わる静電破壊保護素子の平
面図である。
【図2】本発明の実施例に係わる静電破壊保護素子の断
面図である。
【図3】本発明の実施例に係わる静電破壊保護素子の回
路図である。
【図4】従来技術に係わる静電破壊保護素子の平面図で
ある。
【符号の説明】
101、102 NMOSトランジスタ 103、104、105、112、113 コンタクト 106、107 ポリSiゲート電極 108、109、110、111 Al配線 114 半導体基板 115 ウェル層 116、118 ソース領域 117 ドレイン領域 119 GND 120 VCC 121 入力ライン(入力端子)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀧場 明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Fターム(参考) 5F038 BH07 BH13 CA02 EZ20 5F048 AA02 AB03 AB06 AC03 BA01 CC09 CC15 CC18 CC19

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウェル層内に設けられる第1の第1導電
    型MOSトランジスタと、 前記ウェル層内に設けられ、前記第1の第1導電型MO
    Sトランジスタとドレイン同士が接続される第2の第1
    導電型MOSトランジスタと、 前記第1の第1導電型MOSトランジスタのドレイン及び
    前記第2の第1導電型MOSトランジスタのドレインに
    接続される入力端子と、 前記第1の第1導電型MOSトランジスタのソース、ゲー
    ト電極、前記第2の第1導電型MOSトランジスタのゲ
    ート電極及び前記ウェル層に接続される第1電源と、 前記第2の第1導電型MOSトランジスタのソースに接
    続される第2電源とを具備することを特徴とする静電破
    壊保護素子。
  2. 【請求項2】 前記第1電源はGNDであることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の静電破壊保護素子。
  3. 【請求項3】 前記第1の第1導電型MOSトランジスタ
    及び前記第2の第1導電型MOSトランジスタの導電型
    はN型とすることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の静電破壊保護素子。
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