JP3271435B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、SOI構造を有し、
かつ、半導体集積回路を静電気等から保護するための保
護回路を備えた半導体集積回路装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、SOI技術とは半導体基板上に形
成された絶縁体層上に半導体層を形成し、その半導体層
に半導体集積回路素子を形成するものである。又、この
SOI構造を有する半導体集積回路素子に対し静電気等
によって発生する大電流から保護するために保護回路が
備えられる。この保護回路は大電流を逃がすためのトラ
ンジスタ等の保護回路用素子を有し、当該素子は絶縁体
層上の半導体層に形成されてきた。しかし、大電流を逃
がす経路を横方向にしか形成することができないために
半導体集積回路素子が破壊されやすかった。そのため、
保護回路用素子は静電気等によって発生する大電流を逃
がすべく半導体基板に形成されるようになった。その一
例が、特開平4−345064号公報にて示されてい
る。これは、図6に示すように、入力用のボンディング
パッド31と内部回路32との間に保護回路33が設け
られ、この保護回路33は保護抵抗体34と保護用MO
SFET35とからなる。又、この保護用MOSFET
35は図7に示すように、半導体基板36にソース・ド
レイン領域37を有し半導体層38にてゲート電極を形
成したものである。
【0003】この保護回路33は、図8に示すように、
複数のボンディングパッド31毎にそれぞれ設けられ
る。又、図8に示すように、半導体基板36に形成され
た保護用MOSFET35に対する基板電位用パッド3
9は、半導体基板36(チップ)のある特定の場所に形
成され、この基板電位用パッド39の直下において同パ
ッド39と半導体基板36とが電気的に接続され、半導
体基板36が接地電位にされる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、保護用MO
SFET35のソース・ドレイン直下の半導体基板領域
の電位は、保護用MOSFET35と基板電位用パッド
39との間の距離が保護用MOSFET35毎に異なっ
ているため、図9に示すように、保護用MOSFET3
5毎に基板抵抗(R1,R2,R3,…)分だけ電圧低
下が起きている。その結果、保護用MOSFET35毎
に基板電位が違うことから保護用MOSFET35に流
れる電流量も違うため破壊耐量値も異なってくる問題が
生じている。
【0005】そこで、この発明の目的は、各保護回路を
構成する各MOSFETの特性を揃えることが可能とな
る半導体集積回路装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、半導体基板上の絶縁体層を介した半導体層に形成さ
れた半導体集積回路と、前記半導体集積回路と外部とを
電気的に接続するための複数の外部接続端子と、前記半
導体集積回路と各外部接続端子との間にそれぞれ設けら
れ、前記半導体基板に形成されたMOSFETを含んだ
保護回路とを備えた半導体集積回路装置において、前記
半導体基板における前記各保護回路のMOSFETに接
近した位置まで不純物拡散領域を延設し、この不純物拡
散領域を所定電位にした半導体集積回路装置をその要旨
とする。
【0007】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の半導体集積回路装置における前記不純物拡散領域を、
半導体基板における前記各保護回路のMOSFETの形
成領域の周囲に延設した半導体集積回路装置をその要旨
とする。
【0008】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
の半導体集積回路装置における前記不純物拡散領域を、
前記半導体基板の外周部に延設した半導体集積回路装置
をその要旨とする。
【0009】
【作用】請求項1に記載の発明によれば、半導体基板に
おける各保護回路のMOSFETに接近した位置まで不
純物拡散領域が延設され、この不純物拡散領域が所定電
位にされる。その結果、各MOSFETと不純物拡散領
域(即ち、基板電位用配線)との間の距離の均等化が図
られ、各MOSFETのソース・ドレイン直下の半導体
基板領域の電位も均等化が図られる。よって、各MOS
FETの破壊耐量値等の特性も均等化される。
【0010】請求項2に記載の発明によれば、半導体基
板における各保護回路のMOSFETの形成領域の周囲
に不純物拡散領域が延設され、この不純物拡散領域が所
定電位にされる。その結果、各MOSFETと不純物拡
散領域(即ち、基板電位用配線)との間の距離の均等化
が図られ、各MOSFETのソース・ドレイン直下の半
導体基板領域の電位も均等化が図られる。よって、各M
OSFETの破壊耐量値等の特性も均等化される。
【0011】請求項3に記載の発明によれば、請求項1
に記載の発明の作用に加え、不純物拡散領域が、本来、
不使用部分である半導体基板の外周部に延設され、不純
物拡散領域が容易に配置される。
【0012】
【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図5には半導体集積回路装置の電気
的構成を示す。
【0013】半導体集積回路装置における半導体集積回
路としての内部回路1には、その各入力段にインバータ
2が用いられている。この各インバータ2はそれぞれ、
PチャネルMOSFET3とNチャネルMOSFET4
とからなる。又、インバータ2のPチャネルMOSFE
T3のソース電極には電源端子(VDD)5が接続され、
NチャネルMOSFET4のソース電極には接地端子
(VSS)6が接続されている。電源端子5には電源電圧
DDとして、例えば、3ボルトが印加されるようになっ
ている。インバータ2の入力端子と、外部接続端子であ
る入力パッド(ボンディングパッド)7との間には、保
護回路8が配置されている。保護回路8は、保護抵抗9
と、NチャネルMOSFET10とから構成されてい
る。つまり、入力パッド7とインバータ2の入力端子と
を結ぶ接続線11の途中に保護抵抗9が配置されてい
る。又、接続線11と接地端子(VSS)12との間にN
チャネルMOSFET10が配置され、NチャネルMO
SFET10のゲート端子は接続線11と接続されてい
る。
【0014】尚、内部回路(半導体集積回路)1の入力
段としてインバータ以外にも各種回路が使用できるとと
もに、内部回路(半導体集積回路)1には各種の回路
(素子)を含んでいることは言うまでもない。
【0015】図1には半導体集積回路装置(チップ)の
平面図を示す。図2には図1のA−A断面を、図3には
図1のB−B断面を、図4には図1のC−C断面を示
す。尚、同図において、図5での保護抵抗9等は省略し
ている。
【0016】図1に示すように、半導体集積回路装置
(チップ)の中央部分は内部回路1および各保護回路8
のNチャネルMOSFET10の形成領域Z1となり、
その周辺部に前述の各入力パッド(ボンディングパッ
ド)7が配置されている。このパッド7には接地端子用
ボンディングパッド(基板電位用パッド)7aが含まれ
ている。
【0017】図4においては、複数の入力パッド(ボン
ディングパッド)7のうちの一つについて示すものであ
り、他の入力パッド(ボンディングパッド)7について
も同様の構成となっている。
【0018】図4に示すように、半導体基板としてのP
型単結晶シリコン基板13上には絶縁体層としてのシリ
コン酸化膜14が形成され、そのシリコン酸化膜14の
上に半導体層としての単結晶シリコン層(以下、SOI
層という)15,16,17が配置されている。SOI
層15にはゲート酸化膜18を介してポリシリコンゲー
ト電極19が形成され、NチャネルMOSFET4が構
成されている。又、SOI層16にはゲート酸化膜20
を介してポリシリコンゲート電極21が形成され、Pチ
ャネルMOSFET3が構成されている。この両MOS
FET3,4にて、前述したインバータ2が構成されて
いる。
【0019】又、SOI層17の両側におけるP型単結
晶シリコン基板13にはN型のソース領域22およびN
型のドレイン領域23が形成されている。そして、SO
I層17をゲート電極とし、シリコン酸化膜14をゲー
ト酸化膜とし、P型単結晶シリコン基板13をソース・
ドレイン領域として前述した保護回路8を構成するNチ
ャネルMOSFET10が形成されている。このよう
に、NチャネルMOSFET10はP型単結晶シリコン
基板13に形成されている。
【0020】又、SOI層15,16,17を含めたシ
リコン酸化膜14の上は層間絶縁膜24で覆われるとと
もに、アルミ等による配線25が設けられている。さら
に、図1,2に示すように、層間絶縁膜24の上には、
アルミ等による複数の入力パッド7が配置されている。
【0021】又、図1に示すように、P型単結晶シリコ
ン基板13(チップ)の外周部、つまり、各保護回路8
のNチャネルMOSFET10の形成領域Z1の周囲に
おけるP型単結晶シリコン基板13の表面部には、基板
電位用のP+ 不純物拡散領域26が環状に形成されてい
る。P+ 不純物拡散領域26はP型不純物であるホウ素
(B)等を打ち込むことにより形成したものである。こ
のP+ 不純物拡散領域26はP単結晶シリコン基板13
の表面から所定の深さを有している。さらに、P+ 不純
物拡散領域26の全領域におけるその上のシリコン酸化
膜14,SOI層,層間絶縁膜24にはコンタクトホー
ル27が設けられ、このコンタクトホール27を通して
アルミよりなる金属配線28が設けられている。この金
属配線28はP+ 不純物拡散領域26と略同一寸法とな
っている。尚、金属配線28は必ずしもP+ 不純物拡散
領域26と同一寸法とする必要はない。
【0022】このように、P+ 不純物拡散領域26がP
型単結晶シリコン基板13における各保護回路8のNチ
ャネルMOSFET10に接近した位置まで延設されて
いる。より詳しくは、P+ 不純物拡散領域26が各保護
回路8のNチャネルMOSFET10に対しほぼ等距離
になるように配置されている。
【0023】金属配線28は、層間絶縁膜24上の接続
配線28aを介して接地端子用ボンディングパッド7a
と接続されている。このようにして、P+ 不純物拡散領
域26は金属配線28を通して接地端子用ボンディング
パッド7aと接続され、基板電位として接地電位Vss
印加される。
【0024】さらに、層間絶縁膜24の上は、パッド7
(7aを含む)を除いてパッシベーション膜30にて覆
われている。次に、このように構成した半導体集積回路
装置の作用を説明する。
【0025】入力パッド7に静電気やサージ電圧等の高
電圧が印加されると、保護回路8のNチャネルMOSF
ET10のソース/ドレイン間に電流が流れ、大電流が
接地端子12に逃げ、内部回路1が保護される。
【0026】又、P型単結晶シリコン基板13における
各保護回路8のNチャネルMOSFET10の形成領域
Z1の周囲にP+ 不純物拡散領域26が延設され、この
+不純物拡散領域26を接地電位VSSとしたので、各
NチャネルMOSFET10とP+ 不純物拡散領域26
(即ち、基板電位用配線)との間の距離が均等となり、
各NチャネルMOSFET10のソース・ドレイン直下
の基板領域電位が等しくなる。つまり、図8に示した従
来装置では基板電位用パッド39は半導体基板36(チ
ップ)のある特定の場所に形成され、保護用MOSFE
T35のソース・ドレイン直下の基板領域の電位は、保
護用MOSFET35と基板電位用パッド39との間の
距離が保護用MOSFET35毎に異なっているため、
図9に示すように、保護用MOSFET35毎に基板抵
抗(R1,R2,R3…)分だけ電圧低下が起きてい
る。しかしながら、本装置では、図5に示すように、N
チャネルMOSFET10と接地端子用ボンディングパ
ッド(基板電位用パッド)7aとの間の実質的な距離が
各NチャネルMOSFET10で等しくなっているた
め、NチャネルMOSFET10毎の基板抵抗分の電圧
低下は発生しない。よって、各NチャネルMOSFET
10のソース・ドレイン直下の基板領域電位が等しくな
り、各NチャネルMOSFET10の破壊耐量値も均等
化される。
【0027】このように本実施例では、P型単結晶シリ
コン基板13における各保護回路8のNチャネルMOS
FET10に接近した位置までP+ 不純物拡散領域26
を延設し、このP+ 不純物拡散領域26を接地電位VSS
(所定電位)にした。より詳しくは、各保護回路8のN
チャネルMOSFET10の形成領域Z1の周囲にP +
不純物拡散領域26を延設した。その結果、各Nチャネ
ルMOSFET10とP+ 不純物拡散領域26(即ち、
基板電位用配線)との間の距離の均等化が図られ、各N
チャネルMOSFET10のソース・ドレイン直下のP
型単結晶シリコン基板13領域の電位も均等化が図られ
る。よって、各NチャネルMOSFET10の破壊耐量
値も均等化される。このようにして、各保護回路8を構
成する各NチャネルMOSFET10の特性を揃えるこ
とが可能となる。
【0028】又、P+ 不純物拡散領域26を、本来、不
使用部分であるP型単結晶シリコン基板13(チップ)
の外周部に延設したので、P+ 不純物拡散領域26を容
易に配置することができる。又、P+ 不純物拡散領域2
6と接触する金属配線28をP型単結晶シリコン基板1
3(チップ)の外周部に延設したので、内部回路1(半
導体集積回路)を阻害せずにコンタクトホール27の面
積を確保することができる。
【0029】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、前記実施例では半導体基板として
P型のものを使用し、不純物拡散領域としてP型のもの
を使用したが、半導体基板としてN型のものを使用し、
不純物拡散領域としてN型不純物であるリン(P)等を
打ち込んで形成してもよい。
【0030】又、P+ 不純物拡散領域26は、必ずしも
NチャネルMOSFET10の形成領域Z1の周囲(P
型単結晶シリコン基板13の外周部)に環状に設ける必
要はなく、各NチャネルMOSFET10に接近した位
置まで延びていればよい。
【0031】
【発明の効果】以上詳述したように請求項1,2に記載
の発明によれば、各保護回路を構成する各MOSFET
の特性を揃えることが可能となる優れた効果を発揮す
る。
【0032】又、請求項3に記載の発明によれば、請求
項1に記載の発明の効果に加え、不純物拡散領域を容易
に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の半導体集積回路装置の平面図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】図1のB−B断面図である。
【図4】図1のC−C断面図である。
【図5】実施例の半導体集積回路装置の電気的構成図で
ある。
【図6】従来の半導体集積回路装置の電気的構成図であ
る。
【図7】従来の半導体集積回路装置の断面図である。
【図8】従来の半導体集積回路装置の平面図である。
【図9】従来の半導体集積回路装置の電気的構成図であ
る。
【符号の説明】
1…半導体集積回路としての内部回路、7…外部接続端
子としての入力パッド、8…保護回路、10…Nチャネ
ルMOSFET、13…半導体基板としてのP型単結晶
シリコン基板、14…絶縁体層としてのシリコン酸化
膜、15,16…半導体層としてのSOI層、26…P
+ 不純物拡散領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−94679(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/822 H01L 21/8238 H01L 27/04 H01L 27/092

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上の絶縁体層を介した半導体
    層に形成された半導体集積回路と、 前記半導体集積回路と外部とを電気的に接続するための
    複数の外部接続端子と、 前記半導体集積回路と各外部接続端子との間にそれぞれ
    設けられ、前記半導体基板に形成されたMOSFETを
    含んだ保護回路とを備えた半導体集積回路装置におい
    て、 前記半導体基板における前記各保護回路のMOSFET
    に接近した位置まで不純物拡散領域を延設し、この不純
    物拡散領域を所定電位にしたことを特徴とする半導体集
    積回路装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の半導体集積回路装置に
    おいて、前記不純物拡散領域を、半導体基板における前
    記各保護回路のMOSFETの形成領域の周囲に延設し
    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に記載の半導体集積回路装置に
    おいて、前記不純物拡散領域を、前記半導体基板の外周
    部に延設したことを特徴とする半導体集積回路装置。
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