JP2003179226A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JP2003179226A
JP2003179226A JP2001379579A JP2001379579A JP2003179226A JP 2003179226 A JP2003179226 A JP 2003179226A JP 2001379579 A JP2001379579 A JP 2001379579A JP 2001379579 A JP2001379579 A JP 2001379579A JP 2003179226 A JP2003179226 A JP 2003179226A
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integrated circuit
diffusion region
concentration diffusion
circuit device
back gate
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Hidetoshi Nishikawa
英敏 西川
Kenzo Kanedo
健三 鐘堂
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドレイン出力端子を有するMOSトランジス
タを含む半導体集積回路装置において、MOSトランジ
スタの寸法を大きくすることなく、そのESD耐量を改
善すること。 【解決手段】 ドレインD、ゲートG、ソースS及び高
濃度拡散領域のバックゲートBGが、この順序で形成さ
れ、ドレイン出力端子padを有する絶縁ゲート電界効
果型トランジスタを含む半導体集積回路装置において、
バックゲート用に形成された前記高濃度拡散領域の一部
分の、ドレイン出力端子padが設けられた位置とは反
対側のみに金属配線を設ける。これにより寄生バイポー
ラトランジスタTr1,Tr2の導通を早め、静電サー
ジESを吸収する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電破壊防止構造
を備えた絶縁ゲート電界効果型トランジスタ素子を含む
半導体集積回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路装置において、基本的な
構成要素として絶縁ゲート電界効果型(以下、MOS)
のトランジスタが用いられるが、外部回路との接続を行
う周辺部のトランジスタとしてオープンドレイン接続さ
れるMOSトランジスタがよく使用される。
【0003】図6(a)(b)は、N型基板Nsub中
のPウエル領域Pwellに形成された、オープンドレ
イン出力端子を有するMOSトランジスタの構成を模式
的に示す図であり、同図(a)はその平面図(但し、ア
ルミ配線を省略)を、同図(b)はその断面図を、それ
ぞれ模式的に示す図である。
【0004】図6において、N+領域のドレインDを囲
むようにチャネル長だけの間隔をおいてN領域のソー
スSが形成され、このソースSの外側にP+高濃度拡散
領域が基板電位決定用にバックゲートBGとして形成さ
れる。ドレインDにはアルミ配線及びその接続部として
コンタクトポイントcpが形成され、外部出力用端子で
あるパッドpadに接続される。ソースS及びバックゲ
ートBGもそれぞれアルミ配線及びコンタクトポイント
cpが形成され、両者ともグランド電位Gndに接続さ
れる。なお、cpはアルミ配線とのコンタクトポイント
である。ドレインDとソースSとの間のチャネル部に
は、絶縁膜を介してポリシリコンなどからなるゲート電
極Gが形成される。このゲート電極Gへのゲート電圧の
印加によりソースS、ドレインD間のチャネル部が導通
制御されることになる。
【0005】このMOSトランジスタは、N型のドレイ
ンDとPウエル領域PwellとN型のソースSにおい
てNPN接合となっており、図のようにNPNバイポー
ラトランジスタ(以下、Biトランジスタ)が寄生Bi
トランジスタTr1,Tr2として形成される。また、
ドレインDとPウエル領域PwellのPN接合部には
逆バイアスされたダイオードが形成されている。抵抗R
1,R2,R3はPウエル領域Pwellの抵抗成分で
あり、抵抗R1,R2は、寄生Biトランジスタのベー
ス・エミッタ間抵抗となり、抵抗R3は両Biトランジ
スタ間の抵抗となっている。
【0006】さて、オープンコレクタ端子であるパッド
padに外部から正のパルス状の静電気サージが印加さ
れると、そのサージ電圧はドレインDとゲートG間及び
ドレインDとソースS間に印加される。同時に、このサ
ージ電圧によりドレインDとPウエル領域Pwellの
PN接合部(逆バイアスダイオード)にリーク電流が生
じ、このリーク電流は、抵抗R1,R2を介してバック
ゲートBGに流れるとともに、寄生BiトランジスタT
r1、Tr2のベース電流となるのでエミッタ電流が流
れて、寄生BiトランジスタTr1、Tr2は導通状態
になる。したがって、静電気サージはソースSからグラ
ンド電位Gndに導かれ、MOSトランジスタの静電破
壊が未然に防止できる。
【0007】ところで、半導体集積回路装置の集積密度
を高めるために、近年MOSトランジスタ素子がますま
す微細化される傾向にある。すなわち、チャネル長がま
すます短くなって来ており、このチャネル長の短縮化に
伴い相似的にゲート絶縁膜の膜圧も薄くなってきてい
る。このため、前述の寄生BiトランジスタTr1,T
r2の導通が遅れると、微細化されたMOSトランジス
タが破壊されることになる。特に、オープンドレイン型
のMOSトランジスタは、外部サージの影響を直接受け
るため静電破壊を招きやすい。
【0008】これに対処するため、図7に示されるよう
に寄生BiトランジスタTr1,Tr2が導通しやすい
ように構成したMOSトランジスタが提案されている
(特開平5−75118号公報)。図7では、ソースS
の外側周囲に配置されるP高濃度拡散領域をソースS
から所定の距離d1だけ離間させて形成し、その上にア
ルミ配線及びコンタクトポイントcpが施されバックゲ
ートBGとして形成されている。その他の点は、図6と
同様であり、対応する箇所には同じ符号を付している。
【0009】この図7の従来例では、ソースSとバック
ゲートBGとを所定の距離d1だけ離間させている。こ
の距離d1の離間によりソースSとバックゲートBG間
にP型領域が介在することになり、寄生トランジスタT
r1,Tr2のベースとバックゲートBG間の抵抗R
1,R2がその分だけ大きくなる。
【0010】サージ電圧によるリーク電流は、抵抗R
1,R2を介してバックゲートBGに流れる電流と、寄
生BiトランジスタTr1、Tr2のベースからエミッ
タに流れる電流とに分流するから、抵抗R1,R2を大
きくすることで、寄生BiトランジスタTr1、Tr2
のベース電流が大きくなり、寄生BiトランジスタTr
1、Tr2は導通し易くなる。したがって、静電サージ
ESを逃がし易くなり、MOSトランジスタの静電気破
壊耐量(ESD耐量)が増加する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この図7の従
来の半導体集積回路装置では、ソースSとバックゲート
BGとを所定の距離d1だけ離間させているから、MO
SトランジスタのESD耐量を増加させることができる
ものの、その離間距離d1を設けることによりMOSト
ランジスタが大きくなり、したがって半導体集積回路装
置の面積が大きくなり、コストが上昇することになる。
【0012】そこで、本発明は、ドレイン出力端子を有
するMOSトランジスタを含む半導体集積回路装置にお
いて、MOSトランジスタの寸法を大きくすることな
く、そのESD耐量を改善することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体集
積回路装置は、半導体基板あるいはその基板中のウエル
に、ドレインD、ゲートG、ソースS及び高濃度拡散領
域のバックゲートBGが、この順序で形成され、ドレイ
ン出力端子padを有する絶縁ゲート電界効果型トラン
ジスタを含む半導体集積回路装置において、バックゲー
ト用に形成された前記高濃度拡散領域の一部分のみに、
金属配線との接続部を設けたことを特徴とする。
【0014】この請求項1記載の半導体集積回路装置に
よれば、バックゲート用に形成された高濃度拡散領域の
一部分のみに、アルミなどの金属配線との接合部が形成
されるから、寄生トランジスタTr1,Tr2のベース
とバックゲートBGとの間の抵抗R1,R2が大きくな
る。したがって、静電サージESに対して寄生トランジ
スタTr1,Tr2が導通し易くなり、ESD耐量が向
上する。また、ソースSとバックゲートBG間に従来の
ような広い間隔を設けないので、MOSトランジスタの
面積を小さくすることができる。
【0015】請求項2記載の半導体集積回路装置は、半
導体基板あるいはその基板中のウエルに、ドレインD、
ゲートG、ソースS及び高濃度拡散領域のバックゲート
BGが、この順序で形成され、ドレイン出力端子pad
を有する絶縁ゲート電界効果型トランジスタを含む半導
体集積回路装置において、バックゲート用の前記高濃度
拡散領域をソース領域に対して一部分のみに設け、その
高濃度拡散領域に金属配線との接続部を形成したことを
特徴とする。
【0016】この請求項2記載の半導体集積回路装置に
よれば、バックゲート用の前記高濃度拡散領域をソース
領域に対して一部分のみに設け、その高濃度拡散領域に
金属配線との接合部を形成するから、寄生トランジスタ
Tr1,Tr2のベースとバックゲートBGとの間の抵
抗R1,R2がさらに大きくなる。したがって、静電サ
ージESに対して寄生トランジスタTr1,Tr2がよ
り導通し易くなり、ESD耐量が向上する。また、ソー
スSの外側に設けるバックゲート用の高濃度拡散領域を
一部分のみに設けているので、MOSトランジスタの面
積をさらに小さくすることができる。
【0017】請求項3記載の半導体集積回路装置は、請
求項1、2記載の半導体集積回路装置において、前記高
濃度拡散領域に設けられる金属配線は、前記ドレイン出
力端子padが設けられた位置とは反対側に設けられて
いることを特徴とする。
【0018】この請求項3記載の半導体集積回路装置に
よれば、バックゲート用の高濃度拡散領域に設けられる
金属配線は、ドレイン出力端子padが設けられた位置
とは反対側に形成されているから、高濃度拡散領域及び
その上に形成された金属配線が同面積であっても、ドレ
イン出力端子padから進行してくる静電サージESに
対して、寄生トランジスタTr1,Tr2のベースとバ
ックゲートBGとの間の抵抗R1,R2が実質的に大き
くなる。したがって、サージに対して寄生トランジスタ
がさらに導通し易くなり、ESD耐量が向上する。
【0019】請求項4記載の半導体集積回路装置は、請
求項1〜3記載の半導体集積回路装置において、前記ソ
ースSと前記高濃度拡散領域との間に、所定の間隔を設
けたことを特徴とする。
【0020】この請求項4記載の半導体集積回路装置に
よれば、ソースSと高濃度拡散領域との間に、所定の間
隔を設けるから、その間隔に応じてMOSトランジスタ
の寸法は若干大きくなるが、寄生トランジスタTr1,
Tr2のベースとバックゲートBGとの間の抵抗R1,
R2がさらに大きくなり、ESD耐量が向上する。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
半導体集積回路装置に係る実施の形態について説明す
る。
【0022】図1は、本発明の第1の実施の形態にかか
る半導体集積回路装置に含まれる、オープンドレイン出
力端子を有するMOSトランジスタの構成を示す図であ
り、同図(a)はその平面図(但し、アルミ配線は省
略)を、同図(b)はその断面図を、それぞれ模式的に
示す図である。
【0023】図1において、オープンドレイン出力端子
を有するMOSトランジスタは、N型基板Nsub中の
Pウエル領域Pwellに形成されていること、N+
域のドレインDを囲むようにチャネル長だけの間隔をお
いてN+領域のソースSが形成されていること、ドレイ
ンDにはアルミ配線及びコンタクトポイントcpが形成
され、外部出力用端子であるパッドpadに接続(但
し、接続配線は図示なし)され、ソースSもアルミ配線
及びコンタクトポイントcpが形成され、グランド電位
Gndに接続される等は、従来の図6と同様である。
【0024】図1で、従来の図6と異なる点は、基板電
位を決定するバックゲートBG用のP+高濃度拡散領域
が、ソースSの外側に、かつ外部出力用端子であるパッ
ドpadが設けられた側を除いて、コの字状に設けられ
ていること、及びそのP+高濃度拡散領域へのコンタク
トポイントcpが、外部出力用端子であるパッドpad
の反対側のみに形成されていることである。この状態
が、図1(a)に示されており、またバックゲートBG
の構成を模式的に示すために、同図(b)に接続線を破
線で示している。
【0025】このMOSトランジスタにおいても同図
(b)のように、図6(b)と同様に、N型のドレイン
DとPウエル領域PwellとN型のソースSはNPN
接合となっており、寄生BiトランジスタTr1,Tr
2が形成され、また、Biトランジスタのベース・エミ
ッタ間に抵抗R1,R2が形成される。
【0026】さて、図1のMOSトランジスタでは、オ
ープンコレクタ端子であるパッドpadに外部から正の
パルス状の静電気サージESが印加されると、そのサー
ジ電圧はドレインDとゲートG間及びドレインDとソー
スS間に印加される。同時に、この静電サージESによ
りドレインDとPウエル領域PwellのPN接合部に
リーク電流が生じ、このリーク電流は、寄生トランジス
タTr1,Tr2のベースからエミッタ(すなわちソー
スS)へと、同じくベースから抵抗R1,R2を介して
グランドGnd(すなわちバックゲートBG)へと分流
する。
【0027】図1(a)を参照して、パッドpad側に
はP+高濃度領域が設けられていなから、パッドpad
側にはバックゲートへの電流は流れないこと、左右両側
のP +高濃度領域にはアルミ配線及びコンタクトポイン
トcpが設けられていないから、この部分を通じてバッ
クゲートBGに流れる電流は小さいこと、から、バック
ゲートBGへの電流は殆どパッドpadと反対側のアル
ミ配線及びコンタクトポイントcpの形成された一部分
を通じてしか流れないことになり、寄生トランジスタT
r1,Tr2のベースからバックゲートBGへの抵抗R
1,R2は従来に比べて大きくなる。したがって、リー
ク電流のうち、寄生トランジスタTr1,Tr2のベー
スからエミッタ(すなわちソースS)へ分流する電流が
大きくなり、寄生BiトランジスタTr1、Tr2は導
通し易くなる。
【0028】また、バックゲートBG用のP高濃度拡
散領域に設けられる金属配線及びコンタクトポイントc
pは、ドレイン出力端子すなわちパッドpadが設けら
れた位置とは反対側に形成されている。パッドpadか
ら進行してくる静電サージESに対して、例え、高濃度
拡散領域及びその上に形成された金属配線が従来のもの
と同面積であったとして、静電サージの進行に伴う過度
現象により、寄生トランジスタTr1,Tr2のベース
とバックゲートBGとの間の抵抗R1,R2が実質的に
大きくなる。
【0029】このように、第1の実施の形態において
は、静電サージESに対して寄生トランジスタTr1,
Tr2がさらに導通し易くなり、ESD耐量が向上す
る。
【0030】図2は、本発明の第2の実施の形態にかか
る半導体集積回路装置に含まれる、オープンドレイン出
力端子を有するMOSトランジスタの構成を示す図であ
る。
【0031】図2において、図1の第1の実施の形態と
異なる点は、基板電位を決定するバックゲートBG用の
+高濃度拡散領域が、ソースSの外側で、かつ外部出
力用端子であるパッドpadが設けられた側の反対側の
みに形成され、その上にアルミ配線及びコンタクトポイ
ントcpが形成されていることである。
【0032】この図2の第2の実施の形態では、バック
ゲートBG用のP+高濃度拡散領域をソース領域に対し
て一部分のみ、すなわちソースSの外側でかつ外部出力
用端子であるパッドpadが設けられた側の反対側のみ
に設け、その高濃度拡散領域に金属配線を形成してい
る。その断面の模式図は、図1(b)と同様であるが、
寄生トランジスタTr1,Tr2のベースとバックゲー
トBGとの間の抵抗R1,R2がさらに大きくなる。し
たがって、静電サージESに対して寄生トランジスタT
r1,Tr2がより導通し易くなり、ESD耐量が向上
する。また、ソースSの外側に設けるバックゲート用の
+高濃度拡散領域を一部分のみに設けているので、M
OSトランジスタの面積をさらに小さくすることができ
る。
【0033】図3は、本発明の第3の実施の形態にかか
る半導体集積回路装置に含まれる、オープンドレイン出
力端子を有するMOSトランジスタの構成を示す図であ
る。
【0034】図3において、図1の第1の実施の形態と
異なる点は、基板電位を決定するバックゲートBG用の
+高濃度拡散領域が、ソースSの外側で、ソースSか
ら所定の距離d2だけ離間させて形成し、バックゲート
BGとしている点である。その他の点は、図1の第1の
実施の形態と同様である。
【0035】この図3の第3の実施の形態では、図1の
第1の実施の形態において、ソースSとP+高濃度拡散
領域との間に、所定の間隔d2を設けるから、その間隔
d2に応じてMOSトランジスタの寸法は若干大きくな
るが、寄生トランジスタTr1,Tr2のベースとバッ
クゲートBGとの間の抵抗R1,R2がさらに大きくな
り、ESD耐量が向上する。
【0036】図4は、本発明の第4の実施の形態にかか
る半導体集積回路装置に含まれる、オープンドレイン出
力端子を有するMOSトランジスタの構成を示す図であ
る。
【0037】図4において、図2の第2の実施の形態と
異なる点は、基板電位を決定するバックゲートBG用の
+高濃度拡散領域が、ソースSの外側で、ソースSか
ら所定の距離d2だけ離間させて形成し、バックゲート
BGとしている点である。その他の点は、図2の第2の
実施の形態と同様である。
【0038】この図4の第4の実施の形態では、図2の
第2の実施の形態において、ソースSとP+高濃度拡散
領域との間に、所定の間隔d2を設けるから、その間隔
d2に応じてMOSトランジスタの寸法は若干大きくな
るが、寄生トランジスタTr1,Tr2のベースとバッ
クゲートBGとの間の抵抗R1,R2がさらに大きくな
り、ESD耐量が向上する。
【0039】図5は、本発明の第5の実施の形態にかか
る半導体集積回路装置に含まれる、オープンドレイン出
力端子を有するMOSトランジスタの構成を示す図であ
り、同図(a)はその平面図を、同図(b)はそのa−
a線に沿った断面図を、同図(c)はそのb−b線に沿
った断面図を、それぞれ模式的に示す図である。
【0040】図5において、N型基板Nsub中のPウ
エル領域Pwellに形成された、オープンドレイン出
力端子を有するMOSトランジスタが示されている。こ
の図5では、ドレインDが2本並列に設けられた構成と
なっており、同図(b)の断面図をみると、ソースS−
ゲートG−ドレインD−ゲートG−ソースS−ゲートG
−ドレインD−ゲートG−ソースSの順に形成され、さ
らに両サイドのソースSの外側に、P+高濃度領域が形
成されている。
【0041】基板電位を決定するバックゲートBG用の
+高濃度拡散領域は、両サイドのソースSの外側に、
かつ外部出力用端子であるパッドpadが設けられた側
を除いて、コの字状に設けられており、またそのP+
濃度拡散領域へのアルミ配線が外部出力用端子であるパ
ッドpadの反対側のみで形成されている。
【0042】図5(c)の断面図をみると、11はパッ
ドpadのアルミ配線であり、12はソースSのアルミ
配線である。14は層間絶縁膜であり、15は保護膜
(パッシベーション膜)であり、13、16は素子分離
用のLOCOSである。
【0043】この図5の第5の実施例は、ドレインDが
2本になり、ソースSやゲートGがそれに対応して増加
しているが、MOSトランジスタとしての基本的な動作
は、図1の第1の実施の形態と同様であり、同様の効果
を奏する。
【0044】また、ドレインDが2本以上の複数本の場
合にも、図1の第1の実施の形態〜図4の第4の実施の
形態に対して同様に、適用することができる。
【0045】なお、以上の各実施の形態においては、N
チャンネル型のMOSトランジスタとして説明したが、
Pチャンネル型のMOSトランジスタの場合にも、全く
同様に適用することができる。また、P型基板Psub
上に形成されたNMOSの場合にも、全く同様に適用す
ることができる。
【0046】
【発明の効果】請求項1記載の半導体集積回路装置によ
れば、バックゲート用に形成された高濃度拡散領域の一
部分のみに、アルミなどの金属配線との接合部が形成さ
れるから、寄生トランジスタのベースとバックゲートと
の間の抵抗が大きくなる。したがって、サージに対して
寄生トランジスタが導通し易くなり、ESD耐量が向上
する。また、ソースとバックゲート間に従来のような広
い間隔を設けないので、MOSトランジスタの面積を小
さくすることができる。
【0047】請求項2記載の半導体集積回路装置によれ
ば、バックゲート用の高濃度拡散領域をソース領域に対
して一部分のみに設け、その高濃度拡散領域に金属配線
との接合部を形成するから、寄生トランジスタのベース
とバックゲートとの間の抵抗がさらに大きくなる。した
がって、サージに対して寄生トランジスタがより導通し
易くなり、ESD耐量が向上する。また、ソースの外側
に設けるバックゲート用の高濃度拡散領域を一部分のみ
に設けているので、MOSトランジスタの面積をさらに
小さくすることができる。
【0048】請求項3記載の半導体集積回路装置によれ
ば、バックゲート用の高濃度拡散領域に設けられる金属
配線は、ドレイン出力端子が設けられた位置とは反対側
に形成されているから、高濃度拡散領域及びその上に形
成された金属配線が同面積であっても、ドレイン出力端
子から進行してくる静電サージに対して、寄生トランジ
スタのベースとバックゲートとの間の抵抗が実質的に大
きくなる。したがって、サージに対して寄生トランジス
タがさらに導通し易くなり、ESD耐量が向上する。
【0049】請求項4記載の半導体集積回路装置によれ
ば、ソースと高濃度拡散領域との間に、所定の間隔を設
けるから、その間隔に応じてMOSトランジスタの寸法
は若干大きくなるが、寄生トランジスタのベースとバッ
クゲートとの間の抵抗がさらに大きくなり、ESD耐量
が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態にかかるドレイン出力端子を
有するMOSトランジスタの構成図。
【図2】第2の実施の形態にかかるドレイン出力端子を
有するMOSトランジスタの構成図。
【図3】第3の実施の形態にかかるドレイン出力端子を
有するMOSトランジスタの構成図。
【図4】第4の実施の形態にかかるドレイン出力端子を
有するMOSトランジスタの構成図。
【図5】第5の実施の形態にかかるドレイン出力端子を
有するMOSトランジスタの構成図。
【図6】従来のドレイン出力端子を有するMOSトラン
ジスタの構成図。
【図7】他の従来のドレイン出力端子を有するMOSト
ランジスタの構成図。
【符号の説明】
S ソース G ゲート D ドレイン BG バックゲート cp コンタクトポイント pad パッド(ドレイン出力端子) Nsub N型基板 Pwell P型ウエル ES 静電気サージ Tr1,Tr2 寄生バイポーラトランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F140 AA00 AA38 AB07 AB10 BF54 BH04 BH43 BJ25 CA10 CB01 CB08 DA01 DA08

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板あるいはその基板中のウエル
    に、ドレイン、ゲート、ソース及び高濃度拡散領域のバ
    ックゲートが、この順序で形成され、ドレイン出力端子
    を有する絶縁ゲート電界効果型トランジスタを含む半導
    体集積回路装置において、 バックゲート用に形成された前記高濃度拡散領域の一部
    分のみに、金属配線との接続部を設けたことを特徴とす
    る半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板あるいはその基板中のウエル
    に、ドレイン、ゲート、ソース及び高濃度拡散領域のバ
    ックゲートが、この順序で形成され、ドレイン出力端子
    を有する絶縁ゲート電界効果型トランジスタを含む半導
    体集積回路装置において、 バックゲート用の前記高濃度拡散領域をソース領域に対
    して一部分のみに設け、その高濃度拡散領域に金属配線
    との接続部を形成したことを特徴とする半導体集積回路
    装置。
  3. 【請求項3】 請求項1、2記載の半導体集積回路装置
    において、前記高濃度拡散領域に設けられる金属配線
    は、前記ドレイン出力端子が設けられた位置とは反対側
    に設けられていることを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3記載の半導体集積回路装置
    において、前記ソースと前記高濃度拡散領域との間に、
    所定の間隔を設けたことを特徴とする半導体集積回路装
    置。
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