JP3199488B2 - Cmos型半導体装置 - Google Patents

Cmos型半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、同一半導体基板上に形
成されたMOSトランジスタを備えるCMOS型半導体
装置に関し、特に静電気による破壊を防止し得るCMO
S型半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】静電気からCMOS型半導体装置を保護
する回路、素子は既に様々な案が提案されており、保護
回路としてダイオードを含めたバイポーラ素子を用いた
ものは、例えば特開昭62−30361号公報に開示さ
れている。
【0003】特開昭62−30361号公報に開示され
ているCMOS入力保護回路は、図3に示すように、入
力端子V1 と、入力保護用ダイオード1、2、4、5
と、ポリシリコン抵抗3及び入力ゲート6とにより構成
されている。
【0004】図4は、図3のダイオード1、2の断面図
である。P型基板21にN型ウエル22が形成されてお
り、この領域内にP+ 型の拡散域23が形成され、この
上にコンタクト孔27でアルミ配線25及び抵抗ポリシ
リコン26と接続されている。図3のダイオード2は、
図4では基板21とNウエル22の接合部であり、図3
のダイオード1は、図4ではNウエル22とP+ 型の拡
散域23との接合部である。
【0005】従って、入力端子V1 に静電気による高電
圧が印加されても、ダイオード1、2を通してGNDで
流れるため、静電破壊が防止され、また通常の動作時に
は、入力電圧がダイオード1、2の耐圧以下であり、電
流は流れずラッチアップを生じない。
【0006】また、FRANCOIS TAILLIET,JEAN PIERRE CH
ANTE,"Characterization of an NPNStructure under ES
D and Proposed Electrical Model",IEEE.ED.pp 1111,V
ol37,NO4,APRIL,1990. に開示されているような構造で
バイポーラトランジスタを構成することが一般的であっ
た。そして、上記文献に記載されているフィールド型M
OSトランジスタを使用した保護回路の例を図5に示
す。
【0007】図6は、図5に示されたフィールド型MO
Sトランジスタを使用した保護回路の等価回路を示す図
である。この保護回路は、抵抗R1、R2、R3、R
4、トランジスタTr1、ダイオードD1、PAD(ダ
イボンディングパッド)とにより構成されている。そし
て、この保護回路に正の極性を持つ静電気パルスが印加
された場合を想定する。この場合、N/Pダイオー
ドD1には逆極性の電圧がかかり、D1のブレークダウ
ン電圧以上までPADの電位が上昇したときにD1が接
合崩壊を起こす。このときの電流によって抵抗R2、R
1に電流が流れ、その結果バイポーラトランジスタTR
1がオンしてPADの電位が急速に低下し、保護回路と
しての働きをする。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3及
び図4に示した従来のCMOS入力保護回路は、Nウエ
ル22をフローティング状態にしたバイポーラトランジ
スタのブレークダウン電圧(BVceo)によるブレー
クダウンを利用した保護回路素子であり、2つのPNダ
イオードをお互いに逆向きに接続してあり、これは図4
の断面図を見ると、バイポーラトランジスタの構造をし
ているが、この構造ではBVceo自体が通常のウエル
構造では高いために保護回路としての実用性に疑問があ
った。
【0009】また、図5及び図6に示したフィールド型
MOSトランジスタを使用した保護回路では、フィール
ド型MOSトランジスタを用いるためにブレークダウン
電圧が出力段の保護すべきトランジスタよりも高く、か
つスイッチング速度も遅いため、出力段が先に破壊され
るという問題点があり、またバイポーラトランジスタを
1個のみ用いており、このトランジスタはフィールド型
MOSトランジスタに寄生するバイポーラとして構成さ
れており、バイポーラトランジスタとして見た場合、十
分な電力利得を得ることはできず、大電流が印加された
場合に十分な保護を行えないという問題点があった。
【0010】この発明は、上記のような課題を解消する
ためになされたものであって、本発明の目的は、出力段
に対するESDからの保護を効果的に行えるCMOS型
半導体装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑
みなされたものであって、この発明に係るCMOS型半
導体装置は、半導体基板上に形成されたMOSトランジ
スタを備えるCMOS型半導体装置において、一端がパ
ッドに接続され、他端が抵抗を介しグランドに接続され
たMOSトランジスタと、 このMOSトランジスタの
抵抗接続端にベースが接続され、一端がパッドに接続さ
れ他端が抵抗を介しグランドに接続された第1のバイポ
ーラトランジスタと、この第1のパイポーラトランジス
タの抵抗側端にベースが接続され、一端がパッドに接続
され他端がグランドに接続された第2のバイポーラトラ
ンジスタと、を有し、静電気パルスにより前記MOSト
ランジスタがブレークダウンした場合、前記第1および
第2のバイポーラトランジスタがオンすることによっ
て、前記MOSトランジスタに印加される電圧を降下さ
せることを特徴とするものである。
【0012】また、この発明に係るCMOS型半導体装
置は、前記第2のバイポーラトランジスタのベースが、
前記半導体基板の内部抵抗よりなるベース直列抵抗を介
して前記第1のバイポーラトランジスタの抵抗側端に
続されていることが好適である。また、前記MOSトラ
ンジスタがブレークダウンした場合の電流が、前記半導
体基板の内部抵抗に流れ、該内部抵抗での電圧降下によ
って、前記第1および第2のバイポーラトランジスタが
オンすることも好適である。更にまた、前記内部抵抗は
ウエルの拡がり抵抗であることも好適である。
【0013】更に、この発明に係るCMOS型半導体装
置は、半導体基板上に形成されたMOSトランジスタを
備えるCMOS型半導体装置において、第1種導電型半
導体基板中に、第1のMOSトランジスタのソースを形
成する第2種導電型の第1の拡散領域と、第1種導電型
の第2の拡散領域とを接触もしくは隣接して配置し、
2のMOSトランジスタのソースを形成する第2種導電
型の第3の拡散領域と、第1種導電型の第4の拡散領域
とを接触もしくは隣接して配置し、前記第1の拡散領域
と第2の拡散領域とを短絡し、他の素子あるいはグラン
とは接続されていない金属配線と、前記第3の拡散領
域と第4の拡散領域とを短絡し、グランドに接続する金
属配線と、前記第1のMOSトランジスタのドレインを
形成する第2種導電型の第5の拡散領域および前記第2
のMOSトランジスタのドレインを形成する第2種導電
型の第6の拡散領域とパッドを接続する金属配線とを備
え、かつ、前記第2の拡散領域と第6の拡散領域との間
の距離を、前記第2の拡散領域と第4の拡散領域との間
の距離よりも小さくしたことを特徴とするものである
【0014】
【作用】上述構成に基づき、この発明におけるCMOS
型半導体装置は、新たにバイポーラトランジスタを作り
込む特別なプロセスを用いることなしに、バイポーラト
ランジスタを複数個形成でき、かつそれらをカスケード
接続することによって高電力利得を得ることができ、効
果的な静電気に対する保護が可能となる。特に、出力段
のNMOSトランジスタに対する保護を効果的なものと
するために、バイポーラトランジスタに対するトリガー
としてNMOSトランジスタのブレークダウンを用い、
ブレークダウンしたときの電流をバイポーラトランジス
タのベース電流とすることによって容易にバイポーラト
ランジスタを動作させることができ、かつ抵抗としてバ
ルクの拡がり抵抗を利用することによって占有面積を増
やすことなく所望の結果を得ることが可能となる。
【0015】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図を用いて説明
する。
【0016】図1は、本発明に係るCMOS型半導体装
置を示す断面図であり、図2は図1の等価回路である。
【0017】CMOS型半導体装置は、Pウエルの拡が
り抵抗7、8、9、10と、N+ シート抵抗11、12
と、カスケード接続されたNPNバイポーラトランジス
タ13、14と、MOSトランジスタ15、16とから
構成されている。そして、第1種導電型としてのP型基
板21に第1種導電型の第2の拡散領域としてのP+
の不純物拡散領域34、37及び第2種導電型の第1の
拡散領域としてのN+型の不純物拡散領域32、33、
35、36が形成されており、P+ 型の不純物拡散領域
34とN+ 型の不純物拡散領域33とは金属配線39に
より接続されており、かつP+ 型の不純物拡散領域37
とN+ 型の不純物拡散領域36とは金属配線40により
接続されている。なお、31、38はMOSトランジス
タゲート電極であり、PADはダイボンディングパッド
であり、PADから金線等で半導体装置はリードフレー
ムを経て外部回路と接続されるようになっている。
【0018】次に、本実施例の作用について説明する。
【0019】通常、静電気パルスは、PADからCMO
S型半導体装置内に侵入し、MOSトランジスタ15、
16によりブレークダウンされる。この際、抵抗7に電
流が流れ、これによる電圧低下が0.6V以上になると
NPNバイポーラトランジスタ13がオンする。このN
PNバイポーラトランジスタ13のエミッタにはPウエ
ル抵抗9、10を介してNPNバイポーラトランジスタ
14のベースに接続されていることによって、バイポー
ラトランジスタ13のコレクタ電流がバイポーラトラン
ジスタ14のベース電流となってバイポーラトランジス
タ14がオンする。バイポーラトランジスタ13、14
共にそのコレクタはPADに接続されており、これらの
バイポーラトランジスタ13、14がオンすることによ
ってPADの電位は大幅に低下し、出力段のNMOSト
ランジスタ15、16の保護を行う。
【0020】なお、上述実施例においてはMOSトラン
ジスタとしてNMOSトランジスタを用いて説明した
が、これに限らず、PチャネルのMOSでもよい。この
ようにした場合、バイポーラトランジスタの極性はPN
Pとする。また、MOSトランジスタにフィールドMO
Sトランジスタを用いても同様の効果を奏する。
【0021】また、本発明をより効果的にするために
は、抵抗7、8、9の抵抗値は可能な限り大きい方が良
いが、抵抗10は小さい方がよい。これを実現するため
に、P基板21とグランドのコンタクトの距離をできる
だけ離し、バイポーラトランジスタ13のエミッタとバ
イポーラトランジスタ14のベース間距離を可能な限り
近付けることが必要である。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数のバイポーラトランジスタからなるカスケード回路
を半導体基板上に形成し、静電気パルスによりMOSト
ランジスタがブレークダウンした場合、複数のバイポー
ラトランジスタがオンして基板内抵抗もしくはウエルに
電流を流すことによって電圧を降下させるように構成し
たので、高い電力利得を容易に得ることができ、静電気
パルスからの保護を有効に行うことができ、また出力段
のNMOSトランジスタに対する効果的な保護を行うこ
とができる。更に、基板内抵抗もしくはウエルの抵抗を
利用することにより特別な抵抗を必要とすることがな
く、部品点数の増加を生じることなく少ない面積で保護
回路を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るCMOS型半導体装置を示す断面
図である。
【図2】本発明に係るCMOS型半導体装置の等価回路
を示す図である。
【図3】従来のCMOS入力保護回路示す回路図であ
る。
【図4】従来のCMOS入力保護回路示す断面図であ
る。
【図5】従来のフィールド型MOSトランジスタを使用
した保護回路を示す断面図である。
【図6】従来のフィールド型MOSトランジスタを使用
した保護回路の等価回路を示す図である。
【符号の説明】
7、8、9、10 Pウエル拡がり抵抗 11、12 N+ シート抵抗 13、14 NPNバイポーラトランジスタ 15、16 MOSトランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/336 H01L 21/822 H01L 21/8234 - 21/8238 H01L 27/04 H01L 27/08 - 27/092 H01L 29/78

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成されたMOSトラン
    ジスタを備えるCMOS型半導体装置において、一端がパッドに接続され、他端が抵抗を介しグランドに
    接続されたMOSトランジスタと、 このMOSトランジスタの抵抗接続端にベースが接続さ
    れ、一端がパッドに接続され他端が抵抗を介しグランド
    に接続された第1のバイポーラトランジスタと、 この第1のパイポーラトランジスタの抵抗側端にベース
    が接続され、一端がパッドに接続され他端がグランドに
    接続された第2のバイポーラトランジスタと、 を有し、 静電気パルスにより前記MOSトランジスタがブレーク
    ダウンした場合、前記第1および第2のバイポーラトラ
    ンジスタがオンすることによって、前記MOSトランジ
    スタに印加される電圧を降下させることを特徴とするC
    MOS型半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第2のバイポーラトランジスタのベ
    ースが、前記半導体基板の内部抵抗よりなるベース直列
    抵抗を介して前記第1のバイポーラトランジスタの抵抗
    側端に接続されていることを特徴とする、請求項1記載
    のCMOS型半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記MOSトランジスタがブレークダウ
    ンした場合の電流が、前記半導体基板の内部抵抗に流
    れ、該内部抵抗での電圧降下によって、前記第1および
    第2のバイポーラトランジスタがオンすることを特徴と
    する、請求項1または2記載のCMOS型半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記内部抵抗はウエルの拡がり抵抗であ
    ることを特徴とする、請求項2または3記載のCMOS
    型半導体装置。
  5. 【請求項5】 半導体基板上に形成されたMOSトラン
    ジスタを備えるCMOS型半導体装置において、 第1種導電型半導体基板中に、第1のMOSトランジス
    タのソースを形成する第2種導電型の第1の拡散領域
    と、第1種導電型の第2の拡散領域とを接触もしくは隣
    接して配置し、第2のMOSトランジスタのソースを形成する第2種導
    電型の第3の拡散領域と、第1種導電型の第4の拡散領
    域とを接触もしくは隣接して配置し、 前記 第1の拡散領域と第2の拡散領域とを短絡し、他の
    素子あるいはグランドとは接続されていない金属配線
    と、 前記第3の拡散領域と第4の拡散領域とを短絡し、グラ
    ンドに接続する金属配線と、 前記第1のMOSトランジスタのドレインを形成する第
    2種導電型の第5の拡散領域および前記第2のMOSト
    ランジスタのドレインを形成する第2種導電型の第6の
    拡散領域とパッドを接続する金属配線とを備え、 かつ、前記第2の拡散領域と第6の拡散領域との間の距
    離を、前記第2の拡散領域と第4の拡散領域との間の距
    離よりも小さくした ことを特徴とするCMOS型半導体
    装置。
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