JP2555890B2 - Input protection device for semiconductor integrated circuit - Google Patents

Input protection device for semiconductor integrated circuit

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JP2555890B2
JP2555890B2 JP1210335A JP21033589A JP2555890B2 JP 2555890 B2 JP2555890 B2 JP 2555890B2 JP 1210335 A JP1210335 A JP 1210335A JP 21033589 A JP21033589 A JP 21033589A JP 2555890 B2 JP2555890 B2 JP 2555890B2
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純二 上岡
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路の入力保護装置に関し、特に
MOSデバイスを用いた半導体集積回路の入力保護装置に
関する。
The present invention relates to an input protection device for a semiconductor integrated circuit, and more particularly, to an input protection device for a semiconductor integrated circuit.
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit input protection device using a MOS device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来この種の入力保護装置はnMOSトランジスタの降伏
現象を利用して過大な入力電圧をクランプする動作を目
的としたもので基本的にはソース領域、ゲート電極を接
地し、ドレイン領域に入力パッド及び内部回路の入力ゲ
ートを接続する構成になっており、更に保護抵抗として
入力パッドとドレイン領域の間、或いはゲート電極とGN
D配線との間に抵抗を挿入した構造のものがある。
Conventionally, this type of input protection device is intended to clamp an excessive input voltage by utilizing the breakdown phenomenon of an nMOS transistor.Basically, the source region and the gate electrode are grounded, and the input pad and the drain pad are connected to the drain region. It is configured to connect the input gate of the internal circuit, and further as a protection resistor between the input pad and drain region, or the gate electrode and GN.
There is a structure in which a resistor is inserted between the D wiring.

第4図にこのような入力保護装置を示す。nMOSトラン
ジスタのゲート電極5、ソース領域(N+拡散層2)はア
ルミニウム膜からなるGND配線9に接続され、ドレイン
領域(N+拡散層4)はアルミニウム膜6で入力パッド
(図示しない)及び内部回路の入力ゲート(図示しな
い)に接続されている。
FIG. 4 shows such an input protection device. The gate electrode 5 and the source region (N + diffusion layer 2) of the nMOS transistor are connected to the GND wiring 9 made of an aluminum film, and the drain region (N + diffusion layer 4) is an aluminum film 6 which is an input pad (not shown) and the inside. It is connected to the input gate (not shown) of the circuit.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

上述した従来の入力保護装置は降伏電圧を越える正電
圧が印加された時にnMOSトランジスタがアバランシェブ
レークダウンを起こしNPN寄生バイポーラトランジスタ
を介してGND端子に電流を流しているが、ブレークダウ
ン動作中はドレインのPN接合部に電界が集中し特にチャ
ネルとの境界部で加速された電子がゲート酸化膜中に注
入されることにより微小漏れ電流の原因となっている。
In the above-mentioned conventional input protection device, when a positive voltage exceeding the breakdown voltage is applied, the nMOS transistor causes avalanche breakdown and causes a current to flow to the GND terminal via the NPN parasitic bipolar transistor. The electric field is concentrated on the PN junction of the and the electrons accelerated at the boundary with the channel are injected into the gate oxide film, which causes a minute leakage current.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は、Pウェル或いはP型基板中に形成されたnM
OSトランジスタを有し前記nMOSトランジスタのソース領
域及びゲート電極はそれぞれGND配線に直接又は抵抗を
介して接続され、ドレイン領域は入力パッド及び内部回
路の入力ゲートに接続して構成される半導体集積回路の
入力保護装置において、前記nMOSトランジスタのゲート
電極に接続されるこれと同層の膜でなる容量用電極並び
に層間膜を介して前記ゲート電極及び容量用電極を被覆
するとともに前記入力パッドに接続する導電層が設けら
れているというものである。
The present invention is an nM formed in a P-well or P-type substrate.
The source region and the gate electrode of the nMOS transistor having an OS transistor are connected to the GND wiring directly or via a resistor, respectively, and the drain region is connected to the input pad and the input gate of the internal circuit. In the input protection device, a conductive electrode that is connected to the gate electrode of the nMOS transistor and covers the gate electrode and the capacitor electrode through an interlayer film and a capacitance electrode formed of the same layer as the gate electrode, and connects to the input pad. The layers are provided.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図(a)は本発明に関連する入力保護装置を示す
パターンレイアウト図、第1図(b)は第1図(a)の
A−A線相当部で切断した半導体チップの断面図であ
る。
FIG. 1 (a) is a pattern layout diagram showing an input protection device related to the present invention, and FIG. 1 (b) is a sectional view of a semiconductor chip taken along the line AA line in FIG. 1 (a). is there.

Pウェル1内に形成されたnMOSトランジスタのソース
領域のN+拡散層2はコンタクトホール301によってGND配
線9に接続され、ゲート電極5はポリシリコン抵抗8を
介してGND配線9に接続されドレイン領域のN+拡散層4
はコンタクトホール3−2によってアルミニウム膜6aに
接続されている。アルミニウム膜6aは入力パッド及び入
力ゲートに接続しておりnMOSトランジスタのゲート電極
5の上部をおおっている。ゲート電極との間にカップリ
ング容量Cが形成される。
The N + diffusion layer 2 in the source region of the nMOS transistor formed in the P well 1 is connected to the GND wiring 9 through the contact hole 301, and the gate electrode 5 is connected to the GND wiring 9 through the polysilicon resistor 8 and the drain region. N + diffusion layer 4
Are connected to the aluminum film 6a through contact holes 3-2. The aluminum film 6a is connected to the input pad and the input gate and covers the upper part of the gate electrode 5 of the nMOS transistor. A coupling capacitance C is formed between the gate electrode and the gate electrode.

第2図は本発明に関連する入力保護装置の等価回路図
である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the input protection device related to the present invention.

通常の動作時はnMOSトランジスタMnはオフしている
が、入力に降伏電圧以上の正電圧が印加された場合はア
ルミニウム膜6aとゲートポリシリコン(5)の間のカッ
プリング容量Cによりゲートの電位が上がり、カップリ
ング容量CとゲートGND間抵抗Rの積によって決まる時
間の間nMOSトランジスタMnがオンする。チャネルができ
ることにより、ドレインのPN接合での電界集中が緩和さ
れ静電耐圧が向上する。
The nMOS transistor Mn is off during normal operation, but when a positive voltage higher than the breakdown voltage is applied to the input, the potential of the gate is affected by the coupling capacitance C between the aluminum film 6a and the gate polysilicon (5). And the nMOS transistor Mn is turned on for a time determined by the product of the coupling capacitance C and the resistance R between the gate GND. By forming the channel, the electric field concentration at the drain PN junction is relaxed and the electrostatic breakdown voltage is improved.

第3図は本発明の第1の実施例を示すパターンレイア
ウト図である。
FIG. 3 is a pattern layout diagram showing the first embodiment of the present invention.

nMOSトランジスタのゲート電極5にはある程度の面積
のあるポリシリコン層9が接続され、その上部もゲート
電極5上と同様にアルミニウム膜6bが覆っている点で第
1図及び第2図を参照して説明した入力保護装置と相違
している。
Referring to FIGS. 1 and 2, the polysilicon layer 9 having a certain area is connected to the gate electrode 5 of the nMOS transistor, and the upper portion thereof is also covered with the aluminum film 6b similarly to the gate electrode 5. The input protection device described above is different.

この実施例では、入力端子とゲート電極との間のカッ
プリング容量をいっそう大きくでき、静電圧印加時にゲ
ートの電位を上げてnMOSトランジスタをオンにする時間
をより大きくできる。
In this embodiment, the coupling capacitance between the input terminal and the gate electrode can be further increased, and the time for turning on the nMOS transistor by increasing the gate potential when a static voltage is applied can be increased.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、入力パッドと内部回路
の入力ゲートとの間に挿入されるゲート電極の上部は入
力パッドに接続した導電層で覆うことにより、入力端子
に正電圧が印加されたときにゲート電極の電位を上げて
nMOSトランジスタを導通させドレインのPN接合での電界
集中を緩和し静電耐圧を向上できる効果がある。
As described above, according to the present invention, the positive electrode is applied to the input terminal by covering the upper part of the gate electrode inserted between the input pad and the input gate of the internal circuit with the conductive layer connected to the input pad. Sometimes raising the potential of the gate electrode
This has the effect of making the nMOS transistor conductive and relaxing the electric field concentration at the drain PN junction and improving the electrostatic breakdown voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(a)は本発明に関連する入力保護装置を示すパ
ターンレイアウト図、第1図(b)は第1図(a)のA
−A線相当部で切断した半導体チップの断面図、第2図
は第1図に示した入力保護装置の等価回路図、第3図は
第1の実施例を示すパターンレイアウト図、第4図
(a)は従来例を示すパターンレイアウト図、第4図
(b)は第4図(a)のA−A線相当部で切断した半導
体チップの断面図である。 1……Pウェル、2……N+拡散層(ソース領域)、3,3
−1,3−2……コンタクトホール、4……N+拡散層(ド
レイン領域)、5……ゲート電極、6,6a,6b……アルミ
ニウム膜、7……P+拡散層(ウェルコンタクト)、8…
…ポリシリコン抵抗、9……容量用ポリシリコン膜、10
……GND配線、11……N型半導体基板、12……入力パッ
ド、13……入力ゲート。
FIG. 1 (a) is a pattern layout diagram showing an input protection device relating to the present invention, and FIG. 1 (b) is an A in FIG. 1 (a).
-A sectional view of the semiconductor chip taken along the line A-part, FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the input protection device shown in FIG. 1, FIG. 3 is a pattern layout diagram showing the first embodiment, and FIG. FIG. 4A is a pattern layout diagram showing a conventional example, and FIG. 4B is a cross-sectional view of a semiconductor chip taken along a portion corresponding to the line AA of FIG. 4A. 1 ... P well, 2 ... N + diffusion layer (source region), 3,3
-1,3-2 ... Contact hole, 4 ... N + diffusion layer (drain region), 5 ... gate electrode, 6,6a, 6b ... aluminum film, 7 ... P + diffusion layer (well contact) , 8 ...
… Polysilicon resistor, 9 …… Capacitor polysilicon film, 10
... GND wiring, 11 ... N-type semiconductor substrate, 12 ... input pad, 13 ... input gate.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】Pウェル或いはP型基板中に形成されたnM
OSトランジスタを有し前記nMOSトランジスタのソース領
域及びゲート電極はそれぞれGND配線に直接又は抵抗を
介して接続され、ドレイン領域は入力パッド及び内部回
路の入力ゲートに接続して構成される半導体集積回路の
入力保護装置において、前記nMOSトランジスタのゲート
電極に接続されるこれと同層の膜でなる容量用電極並び
に層間膜を介して前記ゲート電極及び容量用電極を被覆
するとともに前記入力パッドに接続する導電層が設けら
れていることを特徴とする半導体集積回路の入力保護装
置。
1. An nM formed in a P-well or P-type substrate
The source region and the gate electrode of the nMOS transistor having an OS transistor are connected to the GND wiring directly or via a resistor, respectively, and the drain region is connected to the input pad and the input gate of the internal circuit of the semiconductor integrated circuit. In the input protection device, a conductive electrode which is connected to the gate electrode of the nMOS transistor and which covers the gate electrode and the capacitor electrode through an interlayer film and a capacitance electrode formed of the same layer as the gate electrode and connects to the input pad. An input protection device for a semiconductor integrated circuit, wherein a layer is provided.
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