JP3932896B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電気放電によって内部回路が破壊されることを防止する静電気放電保護回路を備えた半導体装置、および複数の種類が異なる電源系を有する半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図5は、静電気放電保護回路を備えた従来の半導体装置の一例を示す概略的なブロック図である。
図5において、符号1はパッドを、符号Qnはn型MOSトランジスタを、符号Qpはp型MOSトランジスタを、符号Rは保護抵抗を、符号2は内部回路をそれぞれ示す。
【0003】
内部回路2の信号配線は保護抵抗Rを介してパッド1に接続される。このパッド1がパッケージ外部に露出したピンと電気的に接続されることによって、内部回路2の信号配線が装置の外部に引き出される。パッド1と保護抵抗Rとの接続ラインは、n型MOSトランジスタQnのドレイン−ソース端子を介して基準電位Vssに接続されるとともに、p型MOSトランジスタQpのドレイン−ソース端子を介して電源Vddに接続される。
【0004】
図5に示す半導体装置によれば、静電気放電によってパッド1の電位が電源Vddよりp型MOSトランジスタQpのしきい電圧分だけ高くなると、このp型MOSトランジスタQpが導通状態となるため、パッド1の電位上昇が抑制される。また、静電気放電によってパッド1の電位が基準電位Vssよりn型MOSトランジスタQnのしきい電圧分だけ低くなると、このn型MOSトランジスタQnが導通状態となるため、パッド1の電位低下が抑制される。このようにしてパッド1の電圧変動範囲が制限されるので、静電気放電による内部回路2の破壊が防止される。
【0005】
図6は、図5に示す半導体装置の従来のレイアウトの一例を示す図である。
図6において、符号11は半導体基板を、符号12はp型不純物領域を、符号13はn型不純物領域を、符号14はn型またはp型の不純物領域を、符号15は多結晶シリコン膜を、符号21は第2層配線を、符号31は第3層配線を、符号41は第4層配線をそれぞれ示す。
また図7は、図6の点線A−A’における半導体装置の断面を矢印aの方向から見た断面図である。
図7と図6の同一符号は同一の構成要素を示す。その他、図7において、符号16はゲート電極を、符号17はn型不純物領域を、符号18はp型不純物領域を、符号50は層間絶縁膜を、符号60はビヤをそれぞれ示す。
【0006】
図6および図7に示すように、領域A1にはパッド1が、領域A2にはn型MOSトランジスタQnが、領域A3にはp型MOSトランジスタQpが、領域A4には抵抗Rが、領域A5には内部回路2がそれぞれ形成される。
【0007】
領域A1において、第2配線層および第4配線層には矩形状の電極41が形成されており、領域A3および領域A2から延びる第3層配線31とこれらの電極41とがビヤ60で接続される。
【0008】
領域A2において、基準電位Vssの配線である第4層配線42が、第3層配線31と垂直な方向に延びて形成される。この第4層配線42に面した半導体基板11上には、第4層配線42と同一方向に延びたp型不純物領域12が形成される。
【0009】
p型不純物領域12上にはゲート絶縁膜を介してゲート電極16が形成されており、このゲート電極16に面したチャネル形成領域を挟んで、n型MOSトランジスタQnのソースまたはドレインとなるn型不純物領域17が形成される。
ソースとなるn型不純物領域17は、ビヤ60を介して第2層配線21に接続され、更にこの第2層配線21がビヤ60を介して第3層配線31に接続される。
ドレインとなるn型不純物領域17およびゲート電極16は、ビヤ60を介して同一の第2層配線21に接続され、更にこの第2層配線21が、図示しない第3層配線およびビヤ60を介して、基準電位Vssの配線である第4層配線42に接続される。なお図7の例では、p型不純物領域12に形成されたp型不純物領域18とゲート電極16とが共通の第2層配線21に接続される。これにより、p型不純物領域12の電位が基準電位Vssに固定される。
【0010】
領域A3において、電源Vddの配線である第4層配線43が、第4層配線42と平行な方向に延びて形成される。この第4層配線43に面した半導体基板11上には、第4層配線43と同一方向に延びたn型不純物領域13が形成される。
【0011】
n型不純物領域13上にはゲート絶縁膜を介してゲート電極16が形成されており、このゲート電極16に面したチャネル形成領域を挟んで、p型MOSトランジスタQpのソースまたはドレインとなるp型不純物領域18が形成される。ソースとなるp型不純物領域18は、ビヤ60を介して第2層配線21に接続され、更にこの第2層配線21がビヤ60を介して第3層配線31に接続される。
【0012】
ドレインとなるp型不純物領域18およびゲート電極16は、ビヤ60を介して同一の第2層配線21に接続され、更にこの第2層配線21が、図示しない第3層配線およびビヤ60を介して、電源Vddの配線である第4層配線43に接続される。なお図7の例では、n型不純物領域13に形成されたn型不純物領域17とゲート電極16とが共通の第2層配線21に接続される。これにより、n型不純物領域13の電位が電源Vddに固定される。
【0013】
領域A4において、半導体基板11上に形成された多結晶シリコン膜15による抵抗Rの一端と第3層配線31とが、ビヤ60および第2層配線21を介して接続される。多結晶シリコン膜15の他方の端は、領域A5の内部回路2から延びる配線と接続される。
【0014】
次に、複数の種類が異なる電源系を有した従来の半導体装置について説明する。
図8は、2つの電源系を有した従来の半導体装置における、パッド付近のレイアウトの一例を示す図である。
図8と図5の同一符号は同一の構成要素を示す。その他、図8において、符号24は基準電位Vss1の第2層配線を、符号26は基準電位Vss2の第2層配線を、符号27は電源Vdd2の第2層配線をそれぞれ示し、これらの配線が内部回路に直接接続される。
また、符号44は基準電位Vss1の第4層配線を、符号45は電源Vdd1の第4層配線を、符号46は基準電位Vss2の第4層配線を、符号47は電源Vdd2の第4層配線をそれぞれ示し、これらの配線によってパッドが形成される。
【0015】
図8のレイアウト例において、領域A6および領域A10には電源Vdd1系のパッドが形成され、この領域A6と領域A10との間の領域A8には電源Vdd2系のパッドが形成される。
【0016】
また、領域A6における基準電位Vss1のパッドと、領域A8における基準電位Vss2のパッドとが領域A7を挟んで隣接しており、この2つのパッドは、領域A7に形成される双方向の並列ダイオードによって互いに接続される。
【0017】
同様に、領域A10における基準電位Vss1のパッドと、領域A8における電源Vdd2のパッドとが領域A9を挟んで隣接しており、この2つのパッドは、領域A9に形成されるダイオードによって互いに接続される。図8の例において、基準電位Vss1はダイオードのアノード側に接続され、電源Vdd2はカソード側に接続される。
【0018】
図9は、図8の点線B−B’における半導体装置の断面図である。
図9と、図7および図8の同一符号は同一の構成要素を示す。その他、図9において、符号34は基準電位Vss1の第3層配線を、符号36は基準電位Vss2の第3層配線を、符号37は電源Vdd2の第3層配線をそれぞれ示す。
【0019】
図9に示すように、第4配線層に形成されるそれぞれのパッドの電極は、内部回路につながる第2層配線または第3層配線とビヤ60を介して接続される。
また、異なる電源系のパッド間には、これらのパッドを接続するダイオードが形成される領域A7や領域A9のために、回路が何も形成されない空き領域が存在している。
【0020】
一般に、高速なクロック信号で動作するメインのロジック回路などで発生したノイズの混入によって動作に不具合が生じる敏感な信号処理回路には、ノイズ発生元のメイン回路に供給される共通電源とは異なる独立電源を用いる場合がある。この場合、こうした小規模な独立電源系は大規模な共通電源系に比べて電源と基準電位との間の容量成分が小さく、また静電気放電保護回路の数が共通電源系より少ないので、静電気放電が発生した場合における回路の電圧が共通電源系より大きくなりやすい。すなわち、小規模な独立電源系の回路は、大規模な共通電源系の回路に比べて静電耐量が小さく破壊されやすい。
【0021】
このような問題を解決するために、例えば図8および図9に示す半導体装置のように、異なる電源系の基準電位間や電源電位間に双方向の並列ダイオードを挿入したり、あるいは一方の電源系の基準電位と他方の電源系の電源電位との間にダイオードを挿入することがある。
【0022】
ノイズ成分の電圧がこのダイオードの順方向電圧より小さいものとすると、ダイオードはノイズ成分に対して高インピーダンスとなるので、異種電源系の間のノイズ混入は防止される。
【0023】
一方、静電気放電が発生した場合、その大電圧によってダイオードが導通状態となるので、双方向の並列ダイオードで接続された基準電位または電源電位は互いに電気的に接続される。これにより、双方の電源系の静電放電保護回路が共有されるので、独立電源系と共通電源系の静電耐量を同程度にすることができる。
また、一方の電源系の基準電位と他方の電源系の電源電位との間に接続されたダイオードによって、独立電源系のパッドから流れ込む静電気放電のサージ電流の一部が共通電源系にも流れるので、独立電源系の回路の電圧上昇を抑制することができる。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の半導体装置においては、いずれも静電気放電に対する対策として静電気放電保護回路やダイオードが付加されるため、これらの付加回路を形成するための面積が余分に必要となり、回路面積が肥大化してしまう問題がある。
【0025】
例えば、図6に示す従来のレイアウト例においては、1つのパッドに対してトランジスタ2つ分の面積が必要となるので、これらのパッドが半導体チップの各辺に形成されるものとすると、縦方向および横方向に対してそれぞれトランジスタ4つ分の面積が余分に必要となる。
【0026】
また、図9の断面図から分かるように、図8に示す従来のレイアウト例では、異なる電源系の間に挿入するダイオードの領域を設けるために、領域A7や領域A9のような回路が形成されない無駄な領域がパッド間に生まれてしまう。ICの高機能化に伴って入出力ピン数は年々増加する傾向にあり、パッド間にこのような無駄な領域が存在することによって回路面積を増大させたり、ピン数が制約されてしまうなどの問題がある。
【0027】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その第1の目的は、従来に比べて回路の面積を削減できる半導体装置を提供することにある。
また、第2の目的は、回路が形成されない無駄な領域を減らし、回路の集積度を向上させることができる半導体装置を提供することにある。
【0028】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る半導体装置は、第1の電源ラインまたは当該第1の電源ラインに対応する基準電位ラインを装置の外部に引き出すための第1のパッドと、第2の電源ラインまたは当該第2の電源ラインに対応する基準電位ラインを装置の外部に引き出すための第2のパッドと、少なくとも一部が、上記第1のパッドまたは上記第2のパッドの直下の半導体基板に形成され、上記第1のパッドと上記第2のパッドとの間に接続された少なくとも1つのダイオードとを有する
【0032】
本発明に係る半導体装置によれば、上記第1のパッドまたは上記第2のパッドの直下の半導体基板に、上記第1のパッドと上記第2のパッドとを接続する少なくとも1つのダイオードが形成される。上記ダイオードのしきい電圧より低いノイズに対して上記ダイオードは高インピーダンス状態となり、第1の電源系と第2の電源系との間のノイズ伝搬が抑制される。静電気放電により大電圧が発生する場合には、上記ダイオードが導通状態となり、一方の電源系に流れ込むサージ電流が他方の電源系にも流れ、サージ電流による回路電圧の上昇が抑制される。また、上記ダイオードを形成するための領域を上記第1のパッドと上記第2のパッドとの間に設ける必要がないので、パッド間において回路が形成されない無駄な領域が減少する。
【0033】
上記ダイオードは、複数のダイオードが互いに逆方向に並列接続された並列ダイオードであって、上記第1の電源ラインにつながる上記第1のパッドと、上記第2の電源ラインにつながる上記第2のパッドとを接続する並列ダイオード、上記第1の電源ラインに対応した基準電位ラインにつながる上記第1のパッドと、上記第2の電源ラインに対応した基準電位ラインにつながる上記第2のパッドとを接続する並列ダイオードの少なくとも何れか一方でも良い。
また上記ダイオードは、上記第1の電源ラインにつながる上記第1のパッドと、上記第2の電源ラインに対応した基準電位ラインにつながる上記第2のパッドとを接続するダイオード、上記第1の電源ラインに対応した基準電位ラインにつながる上記第1のパッドと、上記第2の電源ラインにつながる上記第2のパッドとを接続するダイオードの少なくとも何れか一方でも良い。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の参考形態及び第1の実施形態について、図面を参照して説明する。
参考形態
図1は、本発明の参考形態に係る半導体装置の回路構成およびレイアウトの一例を示す概略的な図である。図1と図6の同一符号は同一の構成要素を示す。
また図2は、図1の点線C−C’における半導体装置の断面を矢印cの方向から見た断面図である。図2と図7の同一符号は同一の構成要素を示す。
【0035】
図1および図2に示すように、領域A11にはパッド1およびn型MOSトランジスタQnが、領域A12にはp型MOSトランジスタQpが、領域A13には抵抗Rが、領域A14には内部回路2がそれぞれ形成される。
【0036】
領域A11において、第4配線層には矩形状の電極41によってパッドが形成されており、領域A12から延びる第3層配線31とこの電極41とがビヤ60を介して接続される。
【0037】
また、パッドを形成する電極41に面し、領域A12と隣接した半導体基板11上には、n型MOSトランジスタQnのp型不純物領域12が形成される。p型不純物領域12上には、ゲート絶縁膜を介してゲート電極16が形成されており、このゲート電極16に面したチャネル形成領域を挟んで、n型MOSトランジスタQnのソースまたはドレインとなるn型不純物領域17が形成される。
【0038】
n型MOSトランジスタQnのソースとなるn型不純物領域17は、パッドを形成する電極41に面して形成された第2層配線23と、ビヤ60を介して接続される。更にこの第2層配線23は、パッドを形成する電極41の下層に延びた第3層配線31と、ビヤ60を介して接続される。
【0039】
n型MOSトランジスタQnのドレインとなるn型不純物領域17およびゲート電極16は、パッドを形成する電極41に面し、第2層配線23と隣接して形成された第2層配線22と、ビヤ60を介して接続される。更にこの第2層配線22は、図示しない第3層配線およびビヤ60を介して、基準電位Vssの配線である第4層配線42に接続される。第4層配線42は、パッドを形成する電極41と隣接し、第3層配線31と垂直な方向に延びて形成される。
【0040】
なお図2の例では、p型不純物領域12に形成されたp型不純物領域18とゲート電極16とが共通の第2層配線22に接続される。これにより、p型不純物領域12の電位が基準電位Vssに固定される。
【0041】
領域A12において、p型不純物領域12と隣接した半導体基板上に、p型MOSトランジスタQpのn型不純物領域13が形成される。
n型不純物領域13上には、ゲート絶縁膜を介してゲート電極16が形成されており、このゲート電極16に面したチャネル形成領域を挟んで、p型MOSトランジスタQpのソースまたはドレインとなるp型不純物領域18が形成される。
【0042】
p型MOSトランジスタQpのソースとなるp型不純物領域18は、ビヤ60を介して第2層配線21に接続され、更にこの第2層配線21がビヤ60を介して第3層配線31に接続される。
【0043】
p型MOSトランジスタQpのドレインとなるp型不純物領域18およびゲート電極16は、ビヤ60を介して同一の第2層配線21に接続され、更にこの第2層配線21が、図示しない第3層配線およびビヤ60を介して、電源Vddの配線である第4層配線43に接続される。第4層配線43は、第4層配線42と隣接し、これと同一方向に延びて形成される。
【0044】
なお図7の例では、n型不純物領域13に形成されたn型不純物領域17とゲート電極16とが共通の第2層配線21に接続される。これにより、n型不純物領域13の電位が電源Vddに固定される。
【0045】
領域A13において、半導体基板11上に形成された多結晶シリコン膜15による抵抗Rの一端と第3層配線31とが、ビヤ60および第2層配線21を介して接続される。多結晶シリコン膜15の他方の端は、領域A14の内部回路2から延びる配線と接続される。
【0046】
上述した図1の半導体装置によれば、静電気放電によってパッド1の電位が変動しても、p型MOSトランジスタQpまたはn型MOSトランジスタQnが導通状態となってサージ電流が電源Vddまたは基準電位Vssに流れ、パッド1の電圧変動範囲が制限されるので、静電気放電による内部回路2の破壊が防止される。
【0047】
更に、図6および図7に示す従来のレイアウト例と比較して分かるように、従来例においてn型MOSトランジスタQnが形成される領域A2、およびパッドが形成される領域A1が、上述した図1および図2のレイアウト例では領域A11に集約される。したがって、上述のレイアウト例によれば、従来例に比べて約トランジスタ1つ分に相当する面積を削減することができる。
【0048】
また、トランジスタの面積と比較したパッドの面積が、図1および図2のレイアウト例よりも更に大きい場合には、n型MOSトランジスタQnに加えてp型MOSトランジスタQpもパッド下層に形成することができる。さらにスペースがあれば、保護抵抗Rをパッド下層に形成することもできる。
このように、従来利用されていなかったパッド下層の領域に静電気放電保護回路を形成することによって、回路面積を削減することができる。
【0049】
また、従来に比べてパッドの直近に静電気放電保護回路が形成されるので、サージ電流をより効果的に静電気放電保護回路へ流すことができ、静電気放電に対する耐性を向上させることができる。
【0050】
1 の実施形態
次に、本発明の 1 の実施形態について説明する。
図3は、本発明の 1 の実施形態に係る半導体装置のレイアウトの一例を示す概略的な図である。図3と図8および図9の同一符号は同一の構成要素を示す。
【0051】
領域A15および領域A19には、電源Vdd1系の信号パッドとして矩形状の電極41が第4配線層に形成され、この電極41と内部回路とをつなぐ第3層配線31が形成される。また、信号用パッドと内部回路との接続ライン上に直列に挿入される保護抵抗として、多結晶シリコン膜15が半導体基板11上に形成される。第3層配線31の上層には、電源Vdd1につながる第4層配線45や、電源Vdd1系の基準電位Vss1につながる第4層配線44が、第3層配線31に対して垂直方向に延びて形成される。
【0052】
同様に、領域A17には、電源Vdd2系の信号パッドとして矩形状の電極41が第4配線層に形成され、この電極41と内部回路とをつなぐ第3層配線31が形成される。また、信号用パッドと内部回路との接続ライン上に直列に挿入される保護抵抗として、多結晶シリコン膜15が半導体基板11上に形成される。第3層配線31の上層には、電源Vdd2につながる第4層配線47や、電源Vdd2系の基準電位Vss2につながる第4層配線46が、第3層配線31に対して垂直方向に延びて形成される。
【0053】
なお、電極41と多結晶シリコン膜15とを接続する第3層配線31の下層には、例えば図7のn型MOSトランジスタおよびp型MOSトランジスタQpのように、静電気放電から内部回路を保護する回路を形成しても良い。また、図2の例に示すように、この静電気放電保護回路の少なくとも一部を電極41の下層に形成しても良い。
【0054】
領域A15と領域A17とに挟まれた領域A16には、領域A15に隣接して、基準電位Vss1の電源パッドが第4層配線44上に形成され、領域A17に隣接して、基準電位Vss2の電源パッドが第4層配線46上に形成される。図3の例において、この2つのパッドの間隔は、同一電源系内のパッド間隔と同程度になっている。
なお、図3の例では、基準電位Vss1の電源パッドが形成された第4層配線44は、第2層配線24を介して内部回路と接続される。基準電位Vss2の電源パッドが形成された第4層配線46は、第3層配線36を介して内部回路と接続される。
【0055】
また、領域A16の2つのパッドの下層には、互いに逆方向で並列接続された並列ダイオードが形成される。この並列ダイオードを介して、基準電位Vss1のパッドと基準電位Vss2のパッドとが互いに接続される。
【0056】
領域A17と領域A19に挟まれた領域A18には、領域A17に隣接して、電源Vdd2の電源パッドが第4層配線47上に形成され、領域A19に隣接して、基準電位Vss1の電源パッドが第4層配線44上に形成される。図3の例において、この2つのパッドの間隔も、同一電源系内のパッド間隔と同程度になっている。
なお、図3の例では、電源Vdd2の電源パッドが形成された第4層配線47は、第3層配線37を介して内部回路と接続される。基準電位Vss1の電源パッドが形成された第4層配線44は、第2層配線24を介して内部回路と接続される。
【0057】
また、領域A18の2つのパッドの下層には、基準電位Vss1から電源Vdd2へ順方向となる向きで、この2つのパッド接続するダイオードが形成される。
【0058】
図4は、図3の点線D−D’における半導体装置の断面を矢印dの方向から見た断面図であり、図4と図7〜図9の同一符号は同一の構成要素を示す。
領域A15、領域A17および領域A19において、信号パッドを形成する電極41の下層には第3層配線31および第2層配線21が形成されており、それぞれがビヤ60を介して接続される。図4の例において、この第2層配線31が内部回路に接続される。
【0059】
領域A16において、基準電位Vss1の電源パッドを形成する電極44に面した半導体基板11上、および基準電位Vss2の電源パッドを形成する電極46に面した半導体基板11上には、それぞれn型不純物領域13が形成される。
【0060】
また領域A16において、電極44は、ビヤ60を介して第3層配線34に接続され、さらにビヤ60を介して第2層配線24に接続される。
この第2層配線24は、2つのn型不純物領域13に面した上層領域の一部分であって、内部回路側の領域に形成される。そして、電極44に面したn型不純物領域13上に形成されるp型不純物領域18と、電極46に面したn型不純物領域13上に形成されるn型不純物領域17とに、それぞれビヤ60を介して接続される。
なお図3および図4の例において、第2層配線24は内部回路方向に延びて形成されており、これにより、基準電位Vss1の電源パッドと内部回路とが接続される。
【0061】
また領域16において、電極46は、ビヤ60を介して第3層配線36に接続され、さらにビヤ60を介して第2層配線26に接続される。
この第2層配線26は、2つのn型不純物領域13に面した上層領域の一部分であって、半導体チップの外周側の領域に、上述した第2層配線24と隣接して形成される。そして、電極44に面したn型不純物領域13上に形成されるn型不純物領域17と、電極46に面したn型不純物領域13上に形成されるp型不純物領域18とに、それぞれビヤ60を介して接続される。
なお図3および図4の例において、第3層配線36は内部回路方向に延びて形成されており、これにより、基準電位Vss2の電源パッドと内部回路とが接続される。
【0062】
領域A18において、基準電位Vss1の電源パッドを形成する電極44に面した半導体基板11上、および電源Vdd2の電源パッドを形成する電極47に面した半導体基板11上には、それぞれn型不純物領域13が形成される。
【0063】
また領域A18において、電極44は、ビヤ60を介して第3層配線34に接続され、さらにビヤ60を介して第2層配線24に接続される。
この第2層配線24は、2つのn型不純物領域13に面した上層領域の一部分であって、内部回路側の領域に形成される。そして、電極44に面したn型不純物領域13上に形成されるp型不純物領域18と、電極47に面したn型不純物領域13上に形成されるp型不純物領域18とに、それぞれビヤ60を介して接続される。
なお図3および図4の例において、第2層配線24は内部回路方向に延びて形成されており、これにより、基準電位Vss1の電源パッドと内部回路とが接続される。
【0064】
また領域18において、電極47は、ビヤ60を介して第3層配線37に接続され、さらにビヤ60を介して第2層配線27に接続される。
この第2層配線27は、2つのn型不純物領域13に面した上層領域の一部分であって、半導体チップの外周側の領域に、上述した第2層配線24と隣接して形成される。そして、電極44に面したn型不純物領域13上に形成されるn型不純物領域17と、電極47に面したn型不純物領域13上に形成されるn型不純物領域17とに、それぞれビヤ60を介して接続される。
なお図3および図4の例において、第3層配線37は内部回路方向に延びて形成されており、これにより、電源Vdd2の電源パッドと内部回路とが接続される。
【0065】
上述した図3および図4に示す半導体装置によれば、領域A16の電極44に面して形成されたn型不純物領域13上には、アノードが電極44、カソードが電極46に接続されたpn接合ダイオードが形成される。領域A16の電極46に面して形成されたn型不純物領域13上には、アノードが電極46、カソードが電極44に接続されたpn接合ダイオードが形成される。すなわち、互いに逆方向で並列接続された並列ダイオードが形成され、これにより、基準電位Vss1と基準電位Vss2の電源パッドが接続される。
【0066】
また、領域A18の電極44に面して形成されたn型不純物領域13上には、アノードが電極44、カソードが電極47に接続されたpn接合ダイオードが形成される。領域A18の電極47に面して形成されたn型不純物領域13上にも、アノードが電極44、カソードが電極47に接続されたpn接合ダイオードが形成される。すなわち、互いに同一向で並列接続された並列ダイオードが形成され、これにより、電源Vdd2と基準電位Vss1の電源パッドが接続される。
【0067】
電源Vdd1系で発生するノイズ成分の電圧がこのダイオードの順方向電圧より小さいものとすると、ダイオードはノイズ成分に対して高インピーダンスとなるので、電源Vdd1系から電源Vdd2系へのノイズ混入は防止される。
【0068】
電源Vdd2系の電源パッドに対して静電気放電が発生した場合には、その大電圧によって領域A16の双方向並列ダイオードが導通状態となり、基準電位Vss1と基準電位Vss2とが電気的に接続される。これにより、双方の電源系の静電放電保護回路が共有されるため、静電気放電に弱い電源Vdd2系の静電耐量を電源Vdd1系と同程度にすることができる。
また、静電気放電によって領域A18の順方向並列ダイオードが導通状態となり、電源Vdd2系の電源パッドから流れ込む静電気放電のサージ電流の一部が電源Vdd1系にも流れるので、電源Vdd2系の電圧上昇を抑制することができる。
【0069】
更に、上述した従来のレイアウト例と比較して分かるように、図3および図4の例では、異なる電源系の隣接するパッドに面した半導体基板上に、このパッド間を接続するためのダイオードが形成されているので、図8および図9の領域A7や領域A8のような、異なる電源系のパッド間において何も回路が形成されない無駄な領域は存在していない。
したがって、上述のレイアウト例によれば、従来例に比べて回路が形成されていない無駄な面積を減らすことができ、回路面積の削減や集積度の向上、ピン数の増大を図ることができる。
【0070】
なお、図1〜図4を参照した上述の参考形態及び第 1 の実施形態は、何れも本発明を説明するための一例に過ぎず、本発明はこの例に限定されるものではない。
例えば、図1のp型MOSトランジスタQp、n型MOSトランジスタQnおよび抵抗Rからなる静電気放電保護回路は一例に過ぎず、他の様々な静電気放電回路の一部または全部を、パッドに面した半導体基板上に形成することによっても、本発明は実現可能である。
【0071】
半導体基板上に形成される配線層の層数は任意である。また、図1〜図4に示した配線の形状は一例であり、任意の形状で良い。各回路の接続に用いる配線層の選択も任意であり、どの配線層を用いても良い。
【0072】
半導体基板の導電型や各不純物領域の導電型は、図1〜図4に示した例に限定されず、任意に設定可能である。
図1および図2の例では、例としてMOSトランジスタが用いられているが、トランジスタの種類は任意であり、例えばバイポーラトランジスタを用いても良い。同様に、抵抗の種類も任意であり、例えば不純物領域を用いて抵抗を形成しても良い。
【0073】
図4の例では、パッド間を接続するダイオードとしてpn接合ダイオードが形成されているが、他のダイオードを形成しても本発明は実施可能である。
並列、または直列に接続するダイオードの数も任意であり、例えばノイズ電圧が大きい場合には、ダイオードの直列数を増やしても良い。
【0074】
図3および図4の例では、異なる電源系の基準電位間を双方向並列ダイオードで接続する例について示しているが、異なる電源電位間を双方向並列ダイオードで接続しても良い。
図3および図4の例では、基準電位Vss1と電源Vdd2との間を接続するダイオードが形成されているが、電源Vdd1と基準電位Vss2との間を接続するダイオードを形成しても良い。また、ダイオードの向きは任意に設定可能である。
図3および図4の例では、双方向並列ダイオードと順方向並列ダイオードとが共に形成されているが、何れか一方だけでも良い。
【0075】
【発明の効果】
本発明の半導体装置によれば、第1に、従来に比べて回路の面積を削減できる。
第2に、回路が形成されない無駄な領域を減らし、回路の集積度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考形態に係る半導体装置の回路構成およびレイアウトの一例を示す概略的な図である。
【図2】 図1に示す半導体装置の断面図である。
【図3】 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置のレイアウトの一例を示す概略的な図である。
【図4】 図3に示す半導体装置の断面図である。
【図5】 静電気放電保護回路を備えた従来の半導体装置の一例を示す概略的なブロック図である。
【図6】 図5に示す半導体装置の従来のレイアウトの一例を示す図である。
【図7】 図6に示す半導体装置の断面図である。
【図8】 2つの電源系を有した従来の半導体装置における、パッド付近のレイアウトの一例を示す図である。
【図9】 図8に示す半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
1…パッド、2…内部回路、Qn…p型MOSトランジスタ、Qp…p型MOSトランジスタ、11…半導体基板、12,18…p型不純物領域、13,17…n型不純物領域、14…n型またはp型の不純物領域、15…多結晶シリコン膜、16…ゲート電極、21〜27…第2層配線、31〜37…第3層配線、41〜47…第4層配線、50…層間絶縁膜、60…ビヤ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device provided with an electrostatic discharge protection circuit that prevents internal circuits from being destroyed by electrostatic discharge, and a semiconductor device having a plurality of different types of power supply systems.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 is a schematic block diagram showing an example of a conventional semiconductor device provided with an electrostatic discharge protection circuit.
In FIG. 5, reference numeral 1 indicates a pad, reference numeral Qn indicates an n-type MOS transistor, reference numeral Qp indicates a p-type MOS transistor, reference numeral R indicates a protective resistor, and reference numeral 2 indicates an internal circuit.
[0003]
The signal wiring of the internal circuit 2 is connected to the pad 1 through the protective resistor R. When the pad 1 is electrically connected to a pin exposed outside the package, the signal wiring of the internal circuit 2 is drawn out of the apparatus. The connection line between the pad 1 and the protection resistor R is connected to the reference potential Vss via the drain-source terminal of the n-type MOS transistor Qn and to the power supply Vdd via the drain-source terminal of the p-type MOS transistor Qp. Connected.
[0004]
According to the semiconductor device shown in FIG. 5, when the potential of the pad 1 becomes higher than the power supply Vdd by the threshold voltage of the p-type MOS transistor Qp due to electrostatic discharge, the p-type MOS transistor Qp becomes conductive. The increase in potential is suppressed. Further, when the potential of the pad 1 becomes lower than the reference potential Vss by the threshold voltage of the n-type MOS transistor Qn due to electrostatic discharge, the n-type MOS transistor Qn becomes conductive, so that the potential drop of the pad 1 is suppressed. . Since the voltage fluctuation range of the pad 1 is limited in this way, the internal circuit 2 is prevented from being destroyed by electrostatic discharge.
[0005]
FIG. 6 is a diagram showing an example of a conventional layout of the semiconductor device shown in FIG.
In FIG. 6, reference numeral 11 denotes a semiconductor substrate, reference numeral 12 denotes a p-type impurity region, reference numeral 13 denotes an n-type impurity region, reference numeral 14 denotes an n-type or p-type impurity region, and reference numeral 15 denotes a polycrystalline silicon film. Reference numeral 21 denotes a second layer wiring, reference numeral 31 denotes a third layer wiring, and reference numeral 41 denotes a fourth layer wiring.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor device taken along the dotted line A-A ′ in FIG. 6 as viewed from the direction of the arrow a.
7 and 6 indicate the same components. In FIG. 7, reference numeral 16 denotes a gate electrode, reference numeral 17 denotes an n-type impurity region, reference numeral 18 denotes a p-type impurity region, reference numeral 50 denotes an interlayer insulating film, and reference numeral 60 denotes a via.
[0006]
As shown in FIGS. 6 and 7, the pad 1 is in the region A1, the n-type MOS transistor Qn is in the region A2, the p-type MOS transistor Qp is in the region A3, the resistor R is in the region A4, and the region A5 is The internal circuits 2 are formed respectively.
[0007]
In the region A1, rectangular electrodes 41 are formed on the second wiring layer and the fourth wiring layer, and the third layer wiring 31 extending from the regions A3 and A2 and these electrodes 41 are connected by a via 60. The
[0008]
In the region A <b> 2, the fourth layer wiring 42 that is a wiring of the reference potential Vss is formed extending in a direction perpendicular to the third layer wiring 31. A p-type impurity region 12 extending in the same direction as the fourth layer wiring 42 is formed on the semiconductor substrate 11 facing the fourth layer wiring 42.
[0009]
A gate electrode 16 is formed on the p-type impurity region 12 via a gate insulating film, and an n-type serving as a source or drain of the n-type MOS transistor Qn with a channel formation region facing the gate electrode 16 interposed therebetween. Impurity region 17 is formed.
The n-type impurity region 17 serving as a source is connected to the second layer wiring 21 through the via 60, and this second layer wiring 21 is further connected to the third layer wiring 31 through the via 60.
The n-type impurity region 17 and the gate electrode 16 serving as the drain are connected to the same second layer wiring 21 via the via 60, and the second layer wiring 21 is further connected to the third layer wiring and the via 60 (not shown). Thus, it is connected to the fourth layer wiring 42 which is a wiring of the reference potential Vss. In the example of FIG. 7, the p-type impurity region 18 formed in the p-type impurity region 12 and the gate electrode 16 are connected to the common second layer wiring 21. Thereby, the potential of the p-type impurity region 12 is fixed to the reference potential Vss.
[0010]
In the region A3, the fourth layer wiring 43 that is the wiring of the power supply Vdd is formed to extend in a direction parallel to the fourth layer wiring. On the semiconductor substrate 11 facing the fourth layer wiring 43, an n-type impurity region 13 extending in the same direction as the fourth layer wiring 43 is formed.
[0011]
A gate electrode 16 is formed on the n-type impurity region 13 via a gate insulating film, and a p-type serving as a source or drain of the p-type MOS transistor Qp with a channel formation region facing the gate electrode 16 interposed therebetween. Impurity region 18 is formed. The p-type impurity region 18 serving as a source is connected to the second layer wiring 21 via the via 60, and this second layer wiring 21 is further connected to the third layer wiring 31 via the via 60.
[0012]
The p-type impurity region 18 serving as the drain and the gate electrode 16 are connected to the same second layer wiring 21 through a via 60, and the second layer wiring 21 is further connected to a third layer wiring and a via 60 (not shown). Then, it is connected to the fourth layer wiring 43 which is the wiring of the power supply Vdd. In the example of FIG. 7, the n-type impurity region 17 formed in the n-type impurity region 13 and the gate electrode 16 are connected to the common second layer wiring 21. As a result, the potential of the n-type impurity region 13 is fixed to the power supply Vdd.
[0013]
In the region A4, one end of the resistor R formed by the polycrystalline silicon film 15 formed on the semiconductor substrate 11 and the third layer wiring 31 are connected via the via 60 and the second layer wiring 21. The other end of polycrystalline silicon film 15 is connected to a wiring extending from internal circuit 2 in region A5.
[0014]
Next, a conventional semiconductor device having a plurality of different types of power supply systems will be described.
FIG. 8 is a diagram showing an example of a layout in the vicinity of a pad in a conventional semiconductor device having two power supply systems.
8 and 5 indicate the same components. In FIG. 8, reference numeral 24 denotes a second layer wiring of the reference potential Vss1, reference numeral 26 denotes a second layer wiring of the reference potential Vss2, and reference numeral 27 denotes a second layer wiring of the power source Vdd2. Connected directly to internal circuitry.
Reference numeral 44 denotes a fourth layer wiring of the reference potential Vss1, reference numeral 45 denotes a fourth layer wiring of the power supply Vdd1, reference numeral 46 denotes a fourth layer wiring of the reference potential Vss2, and reference numeral 47 denotes a fourth layer wiring of the power supply Vdd2. The pads are formed by these wirings.
[0015]
In the layout example of FIG. 8, a power supply Vdd1-related pad is formed in region A6 and region A10, and a power supply Vdd2-related pad is formed in region A8 between region A6 and region A10.
[0016]
Further, the pad of the reference potential Vss1 in the region A6 and the pad of the reference potential Vss2 in the region A8 are adjacent to each other across the region A7, and these two pads are formed by a bidirectional parallel diode formed in the region A7. Connected to each other.
[0017]
Similarly, the pad of the reference potential Vss1 in the region A10 and the pad of the power supply Vdd2 in the region A8 are adjacent to each other across the region A9, and these two pads are connected to each other by a diode formed in the region A9. . In the example of FIG. 8, the reference potential Vss1 is connected to the anode side of the diode, and the power supply Vdd2 is connected to the cathode side.
[0018]
FIG. 9 is a cross-sectional view of the semiconductor device taken along the dotted line B-B ′ in FIG. 8.
The same reference numerals in FIG. 9, FIG. 7 and FIG. 8 denote the same components. In addition, in FIG. 9, the code | symbol 34 shows the 3rd layer wiring of the reference electric potential Vss1, the code | symbol 36 shows the 3rd layer wiring of the reference electric potential Vss2, and the code | symbol 37 shows the 3rd layer wiring of the power supply Vdd2.
[0019]
As shown in FIG. 9, the electrode of each pad formed in the fourth wiring layer is connected to the second layer wiring or the third layer wiring connected to the internal circuit via the via 60.
In addition, between the pads of different power supply systems, there is an empty area where no circuit is formed because of the area A7 and the area A9 where the diodes connecting these pads are formed.
[0020]
In general, a sensitive signal processing circuit that causes malfunctions due to noise generated in the main logic circuit that operates with a high-speed clock signal is different from the common power supply that is supplied to the main circuit that generates the noise. A power supply may be used. In this case, such a small independent power supply system has a smaller capacitance component between the power supply and the reference potential than a large common power supply system, and has fewer electrostatic discharge protection circuits than the common power supply system. When this occurs, the circuit voltage tends to be larger than that of the common power supply system. That is, a small-scale independent power supply system circuit has a small electrostatic resistance and is easily destroyed as compared with a large-scale common power supply system circuit.
[0021]
In order to solve such a problem, for example, a bidirectional parallel diode is inserted between reference potentials or power supply potentials of different power supply systems as in the semiconductor device shown in FIGS. A diode may be inserted between the reference potential of the system and the power supply potential of the other power supply system.
[0022]
If the voltage of the noise component is smaller than the forward voltage of the diode, the diode has a high impedance with respect to the noise component, so that noise mixing between different power supply systems is prevented.
[0023]
On the other hand, when electrostatic discharge occurs, the diode is turned on by the large voltage, so that the reference potential or the power supply potential connected by the bidirectional parallel diode is electrically connected to each other. Thereby, since the electrostatic discharge protection circuit of both power supply systems is shared, the electrostatic tolerance of the independent power supply system and the common power supply system can be made comparable.
In addition, because of the diode connected between the reference potential of one power supply system and the power supply potential of the other power supply system, part of the surge current of electrostatic discharge flowing from the pad of the independent power supply system also flows to the common power supply system. The voltage rise in the independent power supply circuit can be suppressed.
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in each of the conventional semiconductor devices described above, an electrostatic discharge protection circuit and a diode are added as countermeasures against electrostatic discharge, so that an extra area is required to form these additional circuits, and the circuit area is enlarged. There is a problem that becomes.
[0025]
For example, in the conventional layout example shown in FIG. 6, since an area corresponding to two transistors is required for one pad, if these pads are formed on each side of the semiconductor chip, the vertical direction Further, an extra area for four transistors is required for each of the lateral directions.
[0026]
Further, as can be seen from the cross-sectional view of FIG. 9, in the conventional layout example shown in FIG. 8, since a diode region to be inserted between different power supply systems is provided, a circuit like the region A7 or the region A9 is not formed. A wasted area is born between the pads. The number of input / output pins tends to increase year by year as ICs become more sophisticated, and the existence of such a useless region between pads increases the circuit area or restricts the number of pins. There's a problem.
[0027]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a first object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing the area of a circuit as compared with the prior art.
A second object is to provide a semiconductor device capable of reducing a useless region where a circuit is not formed and improving the degree of circuit integration.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
  To achieve the above objectives,The semiconductor device according to the present invention includes a first pad for drawing out a first power supply line or a reference potential line corresponding to the first power supply line to the outside of the device, a second power supply line or the second power supply line. A second pad for drawing out a reference potential line corresponding to the power supply line to the outside of the device and at least a part thereof are formed on the first pad or the semiconductor substrate immediately below the second pad, and the first pad And at least one diode connected between the second pad and the second pad.
[0032]
  Main departureClearlyAccording to the semiconductor device, the first pad or the second padDirectly underAt least one diode connecting the first pad and the second pad is formed on the semiconductor substrate. The diode is in a high impedance state with respect to noise lower than the threshold voltage of the diode, and noise propagation between the first power supply system and the second power supply system is suppressed. When a large voltage is generated due to electrostatic discharge, the diode is turned on, and a surge current flowing into one power supply system also flows into the other power supply system, thereby suppressing an increase in circuit voltage due to the surge current. In addition, since it is not necessary to provide a region for forming the diode between the first pad and the second pad, a useless region where a circuit is not formed between the pads is reduced.
[0033]
  The diode is a parallel diode in which a plurality of diodes are connected in parallel in opposite directions, and the first pad connected to the first power supply line and the second pad connected to the second power supply line. And parallel diode to connectWhenAt least one of the parallel diodes connecting the first pad connected to the reference potential line corresponding to the first power supply line and the second pad connected to the reference potential line corresponding to the second power supply line EitherButgood.
  The diode connects the first pad connected to the first power supply line and the second pad connected to the reference potential line corresponding to the second power supply line.When, At least one of the diodes connecting the first pad connected to the reference potential line corresponding to the first power supply line and the second pad connected to the second power supply lineButgood.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the present inventionReference formas well asFirst embodimentWill be described with reference to the drawings.
<Reference form>
  FIG. 1 illustrates the present invention.Reference form2 is a schematic diagram illustrating an example of a circuit configuration and a layout of a semiconductor device according to FIG. 1 and 6 indicate the same components.
  FIG. 2 is a cross-sectional view of the cross section of the semiconductor device taken along the dotted line C-C ′ in FIG. 2 and 7 indicate the same components.
[0035]
As shown in FIGS. 1 and 2, pad 1 and n-type MOS transistor Qn are provided in region A11, p-type MOS transistor Qp is provided in region A12, resistance R is provided in region A13, and internal circuit 2 is provided in region A14. Are formed respectively.
[0036]
In the region A11, a pad is formed on the fourth wiring layer by a rectangular electrode 41, and the third layer wiring 31 extending from the region A12 and the electrode 41 are connected via a via 60.
[0037]
A p-type impurity region 12 of the n-type MOS transistor Qn is formed on the semiconductor substrate 11 facing the electrode 41 forming the pad and adjacent to the region A12. A gate electrode 16 is formed on the p-type impurity region 12 via a gate insulating film, and n serving as a source or drain of the n-type MOS transistor Qn across the channel formation region facing the gate electrode 16. A type impurity region 17 is formed.
[0038]
The n-type impurity region 17 serving as the source of the n-type MOS transistor Qn is connected to the second layer wiring 23 formed facing the electrode 41 forming the pad through a via 60. Further, the second layer wiring 23 is connected to a third layer wiring 31 extending below the electrode 41 forming the pad via a via 60.
[0039]
The n-type impurity region 17 and the gate electrode 16 serving as the drain of the n-type MOS transistor Qn face the electrode 41 forming the pad, and are connected to the second-layer wiring 22 formed adjacent to the second-layer wiring 23, and the vias. 60 is connected. Further, the second layer wiring 22 is connected to a fourth layer wiring 42 which is a wiring of the reference potential Vss through a third layer wiring and via 60 (not shown). The fourth layer wiring 42 is formed adjacent to the electrode 41 forming the pad and extending in a direction perpendicular to the third layer wiring 31.
[0040]
In the example of FIG. 2, the p-type impurity region 18 formed in the p-type impurity region 12 and the gate electrode 16 are connected to the common second layer wiring 22. Thereby, the potential of the p-type impurity region 12 is fixed to the reference potential Vss.
[0041]
In region A12, n-type impurity region 13 of p-type MOS transistor Qp is formed on the semiconductor substrate adjacent to p-type impurity region 12.
A gate electrode 16 is formed on the n-type impurity region 13 via a gate insulating film, and a p-type MOS transistor Qp serving as the source or drain of the p-type MOS transistor Qp is sandwiched by a channel formation region facing the gate electrode 16. A type impurity region 18 is formed.
[0042]
The p-type impurity region 18 serving as the source of the p-type MOS transistor Qp is connected to the second layer wiring 21 via the via 60, and this second layer wiring 21 is further connected to the third layer wiring 31 via the via 60. Is done.
[0043]
The p-type impurity region 18 and the gate electrode 16 serving as the drain of the p-type MOS transistor Qp are connected to the same second layer wiring 21 via the via 60, and this second layer wiring 21 is further connected to a third layer (not shown). The wiring and via 60 are connected to the fourth layer wiring 43 which is the wiring of the power supply Vdd. The fourth layer wiring 43 is formed adjacent to the fourth layer wiring 42 and extending in the same direction.
[0044]
In the example of FIG. 7, the n-type impurity region 17 formed in the n-type impurity region 13 and the gate electrode 16 are connected to the common second layer wiring 21. As a result, the potential of the n-type impurity region 13 is fixed to the power supply Vdd.
[0045]
In the region A <b> 13, one end of the resistor R formed by the polycrystalline silicon film 15 formed on the semiconductor substrate 11 and the third layer wiring 31 are connected via the via 60 and the second layer wiring 21. The other end of polycrystalline silicon film 15 is connected to a wiring extending from internal circuit 2 in region A14.
[0046]
According to the semiconductor device of FIG. 1 described above, even if the potential of the pad 1 fluctuates due to electrostatic discharge, the p-type MOS transistor Qp or the n-type MOS transistor Qn becomes conductive and the surge current is supplied to the power supply Vdd or the reference potential Vss. Since the voltage fluctuation range of the pad 1 is limited, destruction of the internal circuit 2 due to electrostatic discharge is prevented.
[0047]
Further, as can be seen from comparison with the conventional layout example shown in FIGS. 6 and 7, in the conventional example, the region A2 where the n-type MOS transistor Qn is formed and the region A1 where the pad is formed are shown in FIG. And in the layout example of FIG. Therefore, according to the above layout example, an area corresponding to about one transistor can be reduced as compared with the conventional example.
[0048]
If the pad area compared to the transistor area is larger than the layout example of FIGS. 1 and 2, the p-type MOS transistor Qp in addition to the n-type MOS transistor Qn may be formed below the pad. it can. If there is more space, the protective resistor R can be formed below the pad.
As described above, the circuit area can be reduced by forming the electrostatic discharge protection circuit in the region under the pad that has not been conventionally used.
[0049]
In addition, since the electrostatic discharge protection circuit is formed closer to the pad than in the prior art, surge current can be more effectively passed to the electrostatic discharge protection circuit, and resistance to electrostatic discharge can be improved.
[0050]
<First 1 Embodiment of>
  Next, the present inventionFirst 1 Embodiment ofWill be described.
  FIG. 3 illustrates the present invention.First 1 Embodiment ofIt is a schematic diagram showing an example of the layout of the semiconductor device according to the. The same reference numerals in FIG. 3, FIG. 8 and FIG. 9 denote the same components.
[0051]
In the region A15 and the region A19, a rectangular electrode 41 is formed on the fourth wiring layer as a signal pad of the power supply Vdd1 system, and a third layer wiring 31 connecting the electrode 41 and the internal circuit is formed. A polycrystalline silicon film 15 is formed on the semiconductor substrate 11 as a protective resistor inserted in series on the connection line between the signal pad and the internal circuit. In the upper layer of the third layer wiring 31, a fourth layer wiring 45 connected to the power source Vdd1 and a fourth layer wiring 44 connected to the reference potential Vss1 of the power source Vdd1 system extend in a direction perpendicular to the third layer wiring 31. It is formed.
[0052]
Similarly, in the region A17, a rectangular electrode 41 is formed in the fourth wiring layer as a signal pad for the power supply Vdd2 system, and a third layer wiring 31 that connects the electrode 41 and the internal circuit is formed. A polycrystalline silicon film 15 is formed on the semiconductor substrate 11 as a protective resistor inserted in series on the connection line between the signal pad and the internal circuit. Above the third layer wiring 31, a fourth layer wiring 47 connected to the power supply Vdd2 and a fourth layer wiring 46 connected to the reference potential Vss2 of the power supply Vdd2 system extend in a direction perpendicular to the third layer wiring 31. It is formed.
[0053]
Note that an internal circuit is protected from electrostatic discharge below the third-layer wiring 31 connecting the electrode 41 and the polycrystalline silicon film 15 as in, for example, the n-type MOS transistor and the p-type MOS transistor Qp in FIG. A circuit may be formed. Further, as shown in the example of FIG. 2, at least a part of the electrostatic discharge protection circuit may be formed under the electrode 41.
[0054]
In the region A16 sandwiched between the region A15 and the region A17, a power supply pad of the reference potential Vss1 is formed on the fourth layer wiring 44 adjacent to the region A15, and adjacent to the region A17. A power pad is formed on the fourth layer wiring 46. In the example of FIG. 3, the interval between the two pads is approximately the same as the pad interval in the same power supply system.
In the example of FIG. 3, the fourth layer wiring 44 formed with the power supply pad of the reference potential Vss1 is connected to the internal circuit via the second layer wiring 24. The fourth layer wiring 46 on which the power supply pad of the reference potential Vss2 is formed is connected to the internal circuit via the third layer wiring 36.
[0055]
In addition, parallel diodes connected in parallel in opposite directions are formed below the two pads in the region A16. The pad of the reference potential Vss1 and the pad of the reference potential Vss2 are connected to each other through this parallel diode.
[0056]
In a region A18 sandwiched between the region A17 and the region A19, a power supply pad for the power supply Vdd2 is formed on the fourth layer wiring 47 adjacent to the region A17, and a power supply pad for the reference potential Vss1 is adjacent to the region A19. Is formed on the fourth-layer wiring 44. In the example of FIG. 3, the interval between the two pads is also the same as the pad interval in the same power supply system.
In the example of FIG. 3, the fourth layer wiring 47 in which the power supply pad for the power supply Vdd <b> 2 is formed is connected to the internal circuit via the third layer wiring 37. The fourth layer wiring 44 on which the power supply pad of the reference potential Vss1 is formed is connected to the internal circuit through the second layer wiring 24.
[0057]
In addition, a diode connected to the two pads is formed in the forward direction from the reference potential Vss1 to the power source Vdd2 below the two pads in the region A18.
[0058]
4 is a cross-sectional view of the cross section of the semiconductor device taken along the dotted line D-D ′ in FIG. 3 from the direction of the arrow d, and the same reference numerals in FIGS. 4 and 7 to 9 indicate the same components.
In the region A15, the region A17, and the region A19, the third layer wiring 31 and the second layer wiring 21 are formed in the lower layer of the electrode 41 forming the signal pad, and each is connected through the via 60. In the example of FIG. 4, the second layer wiring 31 is connected to an internal circuit.
[0059]
In the region A16, an n-type impurity region is formed on the semiconductor substrate 11 facing the electrode 44 that forms the power supply pad of the reference potential Vss1 and on the semiconductor substrate 11 facing the electrode 46 that forms the power supply pad of the reference potential Vss2. 13 is formed.
[0060]
In the region A <b> 16, the electrode 44 is connected to the third layer wiring 34 through the via 60 and further connected to the second layer wiring 24 through the via 60.
The second layer wiring 24 is a part of the upper layer region facing the two n-type impurity regions 13 and is formed in a region on the internal circuit side. Vias 60 are respectively formed in the p-type impurity region 18 formed on the n-type impurity region 13 facing the electrode 44 and the n-type impurity region 17 formed on the n-type impurity region 13 facing the electrode 46. Connected through.
In the example of FIGS. 3 and 4, the second layer wiring 24 is formed extending in the direction of the internal circuit, whereby the power supply pad of the reference potential Vss1 and the internal circuit are connected.
[0061]
In the region 16, the electrode 46 is connected to the third layer wiring 36 through the via 60 and further connected to the second layer wiring 26 through the via 60.
The second layer wiring 26 is a part of the upper layer region facing the two n-type impurity regions 13 and is formed adjacent to the above-described second layer wiring 24 in a region on the outer peripheral side of the semiconductor chip. Vias 60 are respectively formed in the n-type impurity region 17 formed on the n-type impurity region 13 facing the electrode 44 and the p-type impurity region 18 formed on the n-type impurity region 13 facing the electrode 46. Connected through.
In the example of FIGS. 3 and 4, the third layer wiring 36 is formed extending in the direction of the internal circuit, whereby the power supply pad of the reference potential Vss2 and the internal circuit are connected.
[0062]
In the region A18, the n-type impurity regions 13 are respectively formed on the semiconductor substrate 11 facing the electrode 44 forming the power supply pad of the reference potential Vss1 and on the semiconductor substrate 11 facing the electrode 47 forming the power supply pad of the power supply Vdd2. Is formed.
[0063]
In the region A 18, the electrode 44 is connected to the third layer wiring 34 through the via 60 and further connected to the second layer wiring 24 through the via 60.
The second layer wiring 24 is a part of the upper layer region facing the two n-type impurity regions 13 and is formed in a region on the internal circuit side. Vias 60 are respectively formed on the p-type impurity region 18 formed on the n-type impurity region 13 facing the electrode 44 and the p-type impurity region 18 formed on the n-type impurity region 13 facing the electrode 47. Connected through.
In the example of FIGS. 3 and 4, the second layer wiring 24 is formed extending in the direction of the internal circuit, whereby the power supply pad of the reference potential Vss1 and the internal circuit are connected.
[0064]
In the region 18, the electrode 47 is connected to the third layer wiring 37 through the via 60 and further connected to the second layer wiring 27 through the via 60.
The second layer wiring 27 is a part of the upper layer region facing the two n-type impurity regions 13 and is formed adjacent to the above-described second layer wiring 24 in a region on the outer peripheral side of the semiconductor chip. Vias 60 are respectively formed in the n-type impurity region 17 formed on the n-type impurity region 13 facing the electrode 44 and the n-type impurity region 17 formed on the n-type impurity region 13 facing the electrode 47. Connected through.
In the example of FIGS. 3 and 4, the third layer wiring 37 is formed extending in the direction of the internal circuit, whereby the power supply pad of the power supply Vdd2 and the internal circuit are connected.
[0065]
According to the semiconductor device shown in FIGS. 3 and 4 described above, on the n-type impurity region 13 formed to face the electrode 44 in the region A16, the anode is connected to the electrode 44, and the cathode is connected to the electrode 46. A junction diode is formed. A pn junction diode having an anode connected to the electrode 46 and a cathode connected to the electrode 44 is formed on the n-type impurity region 13 formed facing the electrode 46 in the region A16. That is, parallel diodes connected in parallel in opposite directions are formed, thereby connecting the power supply pads of the reference potential Vss1 and the reference potential Vss2.
[0066]
A pn junction diode having an anode connected to the electrode 44 and a cathode connected to the electrode 47 is formed on the n-type impurity region 13 formed facing the electrode 44 in the region A18. A pn junction diode having an anode connected to the electrode 44 and a cathode connected to the electrode 47 is also formed on the n-type impurity region 13 formed facing the electrode 47 in the region A18. That is, parallel diodes connected in parallel in the same direction are formed, thereby connecting the power supply Vdd2 and the power supply pad of the reference potential Vss1.
[0067]
If the voltage of the noise component generated in the power supply Vdd1 system is smaller than the forward voltage of the diode, the diode has a high impedance with respect to the noise component, so that noise mixing from the power supply Vdd1 system to the power supply Vdd2 system is prevented. The
[0068]
When electrostatic discharge occurs to the power supply pad of the power supply Vdd2 system, the bidirectional parallel diode in the region A16 is turned on by the large voltage, and the reference potential Vss1 and the reference potential Vss2 are electrically connected. Thereby, since the electrostatic discharge protection circuit of both power supply systems is shared, the electrostatic withstand capability of the power supply Vdd2 system that is vulnerable to electrostatic discharge can be made comparable to that of the power supply Vdd1 system.
In addition, the forward parallel diode in the region A18 becomes conductive due to electrostatic discharge, and a part of the electrostatic discharge surge current flowing from the power supply pad of the power supply Vdd2 system also flows to the power supply Vdd1 system, thereby suppressing the voltage increase of the power supply Vdd2 system. can do.
[0069]
Further, as can be seen from comparison with the above-described conventional layout example, in the example of FIGS. 3 and 4, a diode for connecting the pads is provided on a semiconductor substrate facing an adjacent pad of a different power supply system. Since it is formed, there is no useless area where no circuit is formed between pads of different power supply systems, such as the area A7 and the area A8 in FIGS.
Therefore, according to the above-described layout example, it is possible to reduce a useless area where a circuit is not formed as compared with the conventional example, and it is possible to reduce the circuit area, improve the degree of integration, and increase the number of pins.
[0070]
  In addition, the above-mentioned with reference to FIGS.Reference form and number 1 Embodiment ofAre merely examples for explaining the present invention, and the present invention is not limited to these examples.
  For example, the electrostatic discharge protection circuit including the p-type MOS transistor Qp, the n-type MOS transistor Qn, and the resistor R in FIG. 1 is merely an example, and a semiconductor in which some or all of other various electrostatic discharge circuits face the pad. The present invention can also be realized by forming on a substrate.
[0071]
The number of wiring layers formed on the semiconductor substrate is arbitrary. Moreover, the shape of the wiring shown in FIGS. 1 to 4 is an example, and may be any shape. Selection of the wiring layer used for connection of each circuit is also arbitrary, and any wiring layer may be used.
[0072]
The conductivity type of the semiconductor substrate and the conductivity type of each impurity region are not limited to the examples shown in FIGS. 1 to 4 and can be arbitrarily set.
In the example of FIGS. 1 and 2, a MOS transistor is used as an example, but the type of the transistor is arbitrary, and for example, a bipolar transistor may be used. Similarly, the type of resistor is arbitrary, and the resistor may be formed using, for example, an impurity region.
[0073]
In the example of FIG. 4, a pn junction diode is formed as a diode connecting the pads, but the present invention can be implemented even if another diode is formed.
The number of diodes connected in parallel or in series is also arbitrary. For example, when the noise voltage is large, the number of diodes in series may be increased.
[0074]
3 and 4 show an example in which reference potentials of different power supply systems are connected by a bidirectional parallel diode, but different power supply potentials may be connected by a bidirectional parallel diode.
In the example of FIGS. 3 and 4, a diode that connects the reference potential Vss1 and the power supply Vdd2 is formed, but a diode that connects the power supply Vdd1 and the reference potential Vss2 may be formed. The direction of the diode can be set arbitrarily.
In the example of FIGS. 3 and 4, the bidirectional parallel diode and the forward parallel diode are formed together, but only one of them may be formed.
[0075]
【The invention's effect】
According to the semiconductor device of the present invention, firstly, the circuit area can be reduced as compared with the prior art.
Second, it is possible to reduce a useless area where a circuit is not formed and improve the degree of circuit integration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present inventionReference form2 is a schematic diagram illustrating an example of a circuit configuration and a layout of a semiconductor device according to FIG.
2 is a cross-sectional view of the semiconductor device shown in FIG.
FIG. 3 of the present inventionFirst embodimentIt is a schematic diagram showing an example of the layout of the semiconductor device according to the.
4 is a cross-sectional view of the semiconductor device shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a schematic block diagram showing an example of a conventional semiconductor device provided with an electrostatic discharge protection circuit.
6 is a diagram showing an example of a conventional layout of the semiconductor device shown in FIG. 5;
7 is a cross-sectional view of the semiconductor device shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a layout near a pad in a conventional semiconductor device having two power supply systems.
9 is a cross-sectional view of the semiconductor device shown in FIG.
[Explanation of symbols]
  DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pad, 2 ... Internal circuit, Qn ... P-type MOS transistor, Qp ... P-type MOS transistor, 11 ... Semiconductor substrate, 12, 18 ... P-type impurity region, 13, 17 ... N-type impurity region, 14 ... N-type Or p-type impurity region, 15 ... polycrystalline silicon film, 16 ... gate electrode, 21 to 27 ... second layer wiring, 31 to 37 ... third layer wiring, 41 to 47 ... fourth layer wiring, 50 ... interlayer insulation Membrane, 60 ... beer.

Claims (3)

第1の電源ラインまたは当該第1の電源ライン対応する基準電位ラインを装置の外部に引き出すための第1のパッドと、
第2の電源ラインまたは当該第2の電源ラインに対応する基準電位ラインを装置の外部に引き出すための第2のパッドと、
少なくとも一部が、上記第1のパッドまたは上記第2のパッドの直下の半導体基板に形成され、上記第1のパッドと上記第2のパッドとの間に接続された少なくとも1つのダイオードと
を有する半導体装置。
A first pad for drawing out the first power supply line or a reference potential line corresponding to the first power supply line to the outside of the device;
A second pad for drawing out the second power supply line or a reference potential line corresponding to the second power supply line to the outside of the device;
At least a part is formed on the semiconductor substrate immediately below the first pad or the second pad , and has at least one diode connected between the first pad and the second pad. Semiconductor device.
上記ダイオードは、複数のダイオードが互いに逆方向に並列接続された並列ダイオードであって、
上記第1の電源ラインにつながる上記第1のパッドと、上記第2の電源ラインにつながる上記第2のパッドとを接続する並列ダイオード
上記第1の電源ラインに対応した基準電位ラインにつながる上記第1のパッドと、上記第2の電源ラインに対応した基準電位ラインにつながる上記第2のパッドとを接続する並列ダイオード
の少なくとも何れか一方である
請求項に記載の半導体装置。
The diode is a parallel diode in which a plurality of diodes are connected in parallel in opposite directions,
A parallel diode for connecting the said first pad connected to the first power supply line and a said second pad connected to the second power supply line,
At least one of a parallel diode that connects the first pad connected to the reference potential line corresponding to the first power supply line and the second pad connected to the reference potential line corresponding to the second power supply line Meanwhile semiconductor device according to claim 1 which is a.
上記ダイオードは、
上記第1の電源ラインにつながる上記第1のパッドと、上記第2の電源ラインに対応した基準電位ラインにつながる上記第2のパッドとを接続するダイオード
上記第1の電源ラインに対応した基準電位ラインにつながる上記第1のパッドと、上記第2の電源ラインにつながる上記第2のパッドとを接続するダイオード
の少なくとも何れか一方である
請求項に記載の半導体装置。
The diode is
A diode connected with the first pad connected to the first power supply line, and a the said second pad connected to a reference potential line corresponding to the second power supply line,
And said first pad connected to a reference potential line corresponding to the first power supply line, to claim 1, wherein at least either one of a diode for connecting the second pad connected to the second power supply line The semiconductor device described.
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