JP2920013B2 - 半導体静電保護回路 - Google Patents

半導体静電保護回路

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    • H01L2924/14Integrated circuits

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に係り、特
に半導体集積回路の内部を静電サージ電圧より保護する
半導体静電保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路(以下、単にLSIとよ
ぶ)のひとつとして、いわゆるMOS(メタル オキサ
イド シリコン)型のトランジスタがあるがこのMOS
トランジスタでは、非常に薄いゲート酸化膜(200Å
程度)の上に、ゲートとなるポリシリコンを設け、この
ポリシリコンにHかLの電圧を加えることによりそのト
ランジスタがオンオフするようになっている。
【0003】このようなトランジスタを基板上全面に多
数形成する際、各トランジスタ間を分離するため、LO
COS(ローカル オキサイデーション オブ シリコ
ン)とよばれる素子分離膜が設けられる。この膜には、
約5000〜10000Åと非常に厚い酸化膜が用いら
れるため、通常の使用範囲(5V)程度の電圧が印加さ
れてもそのLOCOSの下にチャネルができてトランジ
スタ動作をすることはなく、素子分離が完全に行われ
る。
【0004】しかしながら、LSIを人がハンドリング
する場合は、外部からの静電気は数100V〜数100
0Vに達する。このような高電圧が直接ゲート(ポリシ
リコン)に加わると、上記したようにその下のゲート酸
化膜は200Å程度と非常に薄いため、容易に破壊され
る。そこで通常、MOSあるいはCMOS(コンプリメ
ンタリー MOS)タイプのLSIには、必ずこのよう
な外部の静電気に対する保護回路が設けられている。
【0005】このような保護回路としては、従来からL
OCOSをゲート酸化膜とするフィールドトランジスタ
が用いられていた。以下、図3とともに従来の半導体静
電保護回路について説明する。
【0006】図3は、従来の半導体静電保護回路を表わ
したものである。このうち、図(A)は平面透視図を示
し、図(B)は図(A)におけるX−X´断面図を示
す。また同図(C)は図(A)におけるY−Y´断面図
を示す。同図(B)に示すように、p型の基板11上に
は、n型の拡散領域13及び14が設けられ、更にその
上には200Å程度の厚さを有する酸化膜21,22が
5000〜10000Å程度の厚さを有するLOCOS
16,17,18と一体に形成されている。これらの酸
化膜21,22は内部回路においてはトランジスタのゲ
ート酸化膜として用いられるものである。n型拡散領域
13の下側には、このn型拡散領域の不純物濃度より低
い濃度のn型ウェル領域12が形成されている。また各
LOCOSの下側には、p型のチャネルストッパがそれ
ぞれ設けられている。このチャネルストッパ15は、後
述するアルミニウムの導体膜25に印加される電圧によ
り、この領域にチャネルができにくくするためのもので
あり、基板11よりも少し濃い濃度となっている。
【0007】更に、LOCOS16,17,18の上に
は、5000Å程度の厚さを有する絶縁膜24を介し
て、前述した導体膜25が形成されている。また、酸化
膜22の上部には、前記した絶縁膜24を介して導体膜
26が形成されている。導体膜25は、コンタクトホー
ル31を介して、n型拡散領域13に接続され、導体膜
26は、コンタクトホール32を介してn型拡散領域1
4に接続されている。また、この導体膜26は、その一
端が基準電位へ接続されている。これらの導体膜上に
は、保護膜27が設けられている。この保護膜27に
は、ボンディングパッド29としての窓が設けられ、こ
れを介して外部とのボンディング接続が行われるように
なっている。
【0008】また図3(A)及び(C)に示すように、
導体膜25は、コンタクトホール35を介してポリシリ
コン等からなる抵抗体33に接続され、更にこの抵抗体
33の他端はコンタクトホール37を介して、図示しな
い入力ゲートに接続された導体膜34へと接続されてい
る。
【0009】ここに、n型拡散領域13、n型拡散領域
14、LOCOS17及び導体膜25,26等により、
図3(D)に示すような厚膜のフィールドトランジスタ
36が形成されることとなる。この図は、図3(A)〜
(C)に示した構成を等価的に表した等価回路である。
この図に示すように、ボンディングパッド29は抵抗体
33を介して入力ゲートへ接続されるとともに、厚膜の
フィールドトランジスタ36のゲートとドレインに接続
されている。そして、このフィールドトランジスタ36
のソース側は基準電位へと接続されている。
【0010】このような構成により例えばボンディング
パッド29に外部より静電サージ電圧が与えられた場
合、導体膜25により、LOCOS17上にこの電圧が
印加され、これによりこのLOCOS17の下側には伝
導チャネルが形成されることとなる。これにより、静電
サージ電流はn型拡散領域13からこの生成された伝導
チャネルを介してn型拡散領域14、更に導電膜26へ
と流れ、更に基準電位へと流れることとなる。これによ
り、静電サージに対して内部の入力ゲートを保護するこ
とができる。なお、前記したように、チャネルストッパ
15等の働きにより、通常の動作電圧5Vに対しては、
チャネルが形成されず、このフィールドトランジスタ3
6がオンすることはない。
【0011】更に、ポリシリコンにより形成されている
抵抗体33の働きにより、内部の入力ゲートへの静電サ
ージの侵入をより効果的に防ぐことができる。
【0012】以上説明したのは、ゲートアレイ回路にお
ける入力ゲート用の静電保護に関するものであるが、こ
れとは逆に出力回路用の静電保護回路を構成する場合に
は、上記したポリシリコンによる抵抗体33を介するこ
となく、導体膜25を力ゲートへの導体膜34に直接
接続する。これは、入力バッファの場合には、入力イン
ピーダンスを大きくしても問題はないが、出力バッファ
においては、出力インピーダンスを小さく保つ必要があ
るからである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の静
電保護回路においては、入力ゲート用の静電保護回路の
場合は厚膜のフィールドトランジスタの他にポリシリコ
ン等の抵抗体を別途設ける必要があった。また、出力バ
ッファの場合は、このような抵抗体を設けることができ
ないため、単一の厚膜フィールドトランジスタのみによ
り外部からの静電サージ電流を基準電位へと逃すように
なっていた。このため、大きなサージ電流に対しては、
直ちにこれを基準電位へと逃して対処することができ
ず、内部の出力回路等を十分に保護することができなか
った。
【0014】本発明は、係る課題を解決するためになさ
れたものであり、入力ゲート用の静電保護の場合に、新
たに抵抗体を設ける必要がなく、また出力回路用の静電
保護の場合に、内部回路の静電耐圧を十分に確保するこ
とができる半導体静電保護回路を提供することを目的と
する。
【0015】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
る半導体静電保護回路は、チップ上に予めトランジスタ
間に所定の配線を施すことにより所望の論理を実現する
ゲートアレイ方式の半導体集積回路において、(i) 第一
導電型の半導体基板と、(ii)第二導電型の不純物を含む
拡散領域であって、半導体基板上に低不純物濃度の第二
導電型のウェル領域を介して並設されるとともに、入出
力用のボンディングパッドとオーミックに接続された第
一及び第三の拡散領域と、(iii) 第二導電型の不純物を
含む拡散領域であって、半導体基板上の第一及び第
拡散領域の中央部に設けられるとともに、基準電位に接
続された第二の拡散領域と、(iv)素子分離膜としてこれ
らの拡散領域間を分離するフィールド酸化膜と、(v) こ
のフィールド酸化膜上にかかるように形成され、ボンデ
ィングパッドからの静電サージ電流を伝導してフィール
ド酸化膜の下側領域に伝導チャネルを生ぜしめる導体
膜、とを有し、入力ゲートの静電保護を行う際には、第
一または第三の拡散領域のうちのボンディングパッドが
接続されていない側の一端を入力ゲートに接続すること
によりこの第一または第三の拡散領域を入力抵抗として
用いる一方、出力ゲートの静電保護を行う際には、ボン
ディングパッドを出力ゲートに接続することにより第二
の拡散領域を共通のソースとし第一及び第三の拡散領域
をドレインとする2つのフィールドトランジスタを形成
するようにしたものである。
【0016】
【作用】この発明に係る半導体静電保護回路では、入力
ゲート用の保護回路を構成する場合には、上記3つの拡
散領域のうち中央部以外のいずれか一方の領域を入力抵
抗として用いて入力インピーダンスを高くできる一方、
出力ゲート用の保護回路を構成する場合には、上記3つ
の拡散領域により2つのフィールドトランジスタを構成
して静電サージ電流をパラレルに基準電位へと逃がすこ
とができる。
【0017】
【実施例】以下、実施例につき本発明を詳細に説明す
る。
【0018】図1及び図2は、本発明に係る半導体静電
保護回路の実施例をしたものである。このうち、図1
力ゲートに対する静電保護を行うものであり、図2
力ゲートに対する静電保護を行うものである。ま
ず、図1より説明する。
【0019】この図で、従来例(図3)と同一の部分に
は同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。
【0020】この静電保護回路においては、従来例にも
示したn型拡散領域13,14の他に、これに隣接して
設けられている第3の拡散領域48を利用する。この拡
散領域は、前者2つの拡散領域と同一工程により形成す
ることができ、製造上更に工程が増えるという問題はな
い。この図に示すように、第2のn型拡散領域14と第
3のn型拡散領域48及び第3のn型拡散領域48にコ
ンタクトホール46を介して接続された導体膜25の3
者により、第2の厚膜フィールドトランジスタ49(同
図C)を形成している。すなわち、図1(C)に示すよ
うに、第2のn型拡散領域14を基準電圧に接続された
共通のソース電極とし、第1のn型拡散領域13と第3
のn型拡散領域48をそれぞれドレインとし、また導体
膜25をゲートとする厚膜のフィールドトランジスタ3
6及び49が、ボンディングパッド29と基準電位との
間にパラレルに接続されることになる。
【0021】このような構成とすることにより、ボンデ
ィングパッド29に外部から静電サージ電圧20が与え
られた場合には、同図(C)に示すフィールドトランジ
スタ36及び49のドレイン・ソース間がオンとなり、
このサージ電流がこれらの2つの経路をパラレルに通っ
て、直ちに基準電位へと逃げることとなる。これによ
り、内部の出力回路の保護が十分に図られることにな
る。
【0022】次に、図2とともに入力ゲート用の静電保
護回路について説明する。この図の(A)に示すよう
に、第3のn型拡散領域48上に、コンタクトホール4
6とは反対側の他端にコンタクトホール47を設け、導
体膜44により入力ゲートへと接続する。この図の
(A)における断面Y−Y´を同図(C)に示す。この
ような構成とすることにより、コンタクトホール46と
47の間における第3のn型拡散領域48が抵抗体とし
ての働きをすることとなり、等価的には図2(D)に示
すような回路構成となる。すなわち、前記した第3のn
型拡散領域48は、抵抗体51としての役割を果たすこ
とになる。従って、この場合には、従来例(図3
(D))に示したと同様の等価回路構成となるため、外
部からのサージ電圧20はフィールドトランジスタ36
のドレイン・ソース間を経て基準電位へと逃げるととも
に、抵抗体51により入力ゲートへの侵入防止が十分に
図られることになる。
【0023】以上説明したように、本実施例では第3の
n型拡散領域を入力ゲートに対する静電保護回路におい
ては抵抗体として用いる一方、出力ゲートに対する静電
保護回路においては第2のフィールドトランジスタのド
レイン電極としての役割を担わせることにより、入力及
び出力ゲートの双方に対し、効果的な静電対策を行うこ
ととなる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第1、第2の拡散領域に隣接する第3の拡散領域を、入
力ゲートに対する静電保護に際しこれを抵抗体として用
いることとしたので、従来のように、別個に抵抗体を設
ける必要がなくなり、工程を増やす必要がなくなるとい
う効果がある。また、出力回路に対する静電保護の際に
は、この第3の拡散領域を用いて既存のフィールドトラ
ンジスタとパラレルに新たなフィールドトランジスタを
構成し、静電サージ電流をパラレルに基準電位へと逃が
すこととしたので、従来の出力ゲートに対する静電保護
に比べ、静電耐圧及びその周波数特性を向上させること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体静電保護回路のうち、出力
ゲート用の静電保護回路を示す構造図及び等価回路図で
ある。
【図2】本発明に係る半導体静電保護回路のうち、入力
ゲート用の静電保護回路を示す構造図及びその等価回路
図である。
【図3】従来の半導体静電保護回路を示す構造図及びそ
の等価回路図である。
【符号の説明】
11 p型基板 12,43 n型ウェル領域 13 n型拡散領域(ドレイン) 14 n型拡散領域(ソース) 48 n型拡散領域(ドレイン) 16,17,18,41 LOCOS 24 絶縁膜 25,26,44 導体膜 27 保護膜 29 ボンディングパッド
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/8234 - 21/8238 H01L 21/8249 H01L 27/06 H01L 27/08 331 H01L 27/088 - 27/092

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チップ上に予め配置されたトランジスタ
    間に所定の配線を施すことにより所望の論理を実現する
    ゲートアレイ方式の半導体集積回路において、 第一導電型の半導体基板と、 第二導電型の不純物を含む拡散領域であって、前記半導
    体基板上に低不純物濃度の第二導電型のウェル領域を介
    して並設されるとともに、入出力用のボンディングパッ
    ドとオーミックに接続された第一及び第三の拡散領域
    と、 第二導電型の不純物を含む拡散領域であって、前記半導
    体基板上の第一及び第の拡散領域の中央部に設けられ
    るとともに、基準電位に接続された第二の拡散領域と、 素子分離膜としてこれらの拡散領域間を分離するフィー
    ルド酸化膜と、 このフィールド酸化膜上にかかるように形成され、前記
    ボンディングパッドからの静電サージ電流を伝導して前
    記フィールド酸化膜の下側領域に伝導チャネルを生ぜし
    める導体膜とを具備し、 入力ゲートの静電保護を行う際には、前記第一または第
    三の拡散領域のうちの前記ボンディングパッドが接続さ
    れていない側の一端を入力ゲートに接続し、この第一ま
    たは第三の拡散領域を入力抵抗として用い、 出力ゲートの静電保護を行う際には、前記ボンディング
    パッドを出力ゲートに接続して、前記第二の拡散領域を
    共通のソースとし第一及び第三の拡散領域をドレインと
    する2つのフィールドトランジスタを形成するようにし
    たことを特徴とする半導体静電保護回路。
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