JP7126471B2 - semiconductor equipment - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関し、例えば、内部回路を静電気破壊から保護する保護素子を含む半導体装置に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and, for example, to a technique effectively applied to a semiconductor device including a protection element that protects an internal circuit from electrostatic breakdown.

特開第2008‐78354号公報(特許文献1)には、半導体チップの中央部に配置された内部回路と、内部回路の周囲に配置された複数の入出力セルと、半導体チップの外周部に配置された複数のパッドとを含む半導体装置が開示されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2008-78354 (Patent Document 1) discloses an internal circuit arranged in the central portion of a semiconductor chip, a plurality of input/output cells arranged around the internal circuit, and an outer peripheral portion of the semiconductor chip. A semiconductor device is disclosed that includes a plurality of arranged pads.

特開第2008‐78354号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-78354

入出力セルには、内部回路を静電気破壊から保護する保護素子が設けられている。 The input/output cell is provided with a protective element that protects the internal circuit from electrostatic breakdown.

本願発明者の検討している半導体装置では、一つの保護素子を並列接続された複数の単位トランジスタで構成している。半導体装置の微細化が進むにつれ、個々の単位トランジスタの静電気耐性が低下しているため、熱破壊しやすくなっている。後述するが、一つの保護素子を構成する特定の単位トランジスタが熱破壊すると、保護素子として充分な静電気耐性を確保することができなくなり、半導体装置の信頼性が低下することが判明した。 In the semiconductor device under study by the inventor of the present application, one protection element is composed of a plurality of unit transistors connected in parallel. As the miniaturization of semiconductor devices advances, the resistance to static electricity of individual unit transistors decreases, making them more susceptible to thermal destruction. As will be described later, it has been found that if a specific unit transistor constituting one protective element is thermally destroyed, it becomes impossible to ensure sufficient resistance to static electricity as a protective element, and the reliability of the semiconductor device decreases.

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

一実施の形態における半導体装置は、入出力パッド電極と、p型ウェル領域内に形成された保護素子と、p型ウェル領域を囲むように配置されたn型ウェル領域と、n型ウェル領域内に形成され、p型ウェル領域を囲むように配置されたn型ガードリングと、第1電源電位配線および第2電源電位配線、ならびに、基準電位配線とを備える。保護素子は、行列状に配置された複数のn型単位トランジスタで構成されており、n型単位トランジスタのドレイン領域は入出力パッド電極に接続され、ソース領域は基準電位配線に接続されている。そして、入出力セルCL1において、n型ガードリングは、第2電源電位配線に接続されているが、第1電源電位配線には接続されていない。 A semiconductor device according to one embodiment includes an input/output pad electrode, a protection element formed in a p-type well region, an n-type well region arranged to surround the p-type well region, and a and an n-type guard ring arranged to surround the p-type well region, a first power supply potential wiring, a second power supply potential wiring, and a reference potential wiring. The protection element is composed of a plurality of n-type unit transistors arranged in a matrix. The drain region of the n-type unit transistor is connected to the input/output pad electrode, and the source region is connected to the reference potential wiring. In the input/output cell CL1, the n-type guard ring is connected to the second power supply potential wiring, but is not connected to the first power supply potential wiring.

一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。 According to one embodiment, reliability of a semiconductor device can be improved.

本実施の形態の半導体装置の平面図である。1 is a plan view of a semiconductor device according to an embodiment; FIG. 検討例の半導体装置の入出力セルの平面図である。FIG. 11 is a plan view of an input/output cell of a semiconductor device of a study example; 図2のX1-X1における断面図である。3 is a cross-sectional view taken along line X1-X1 in FIG. 2; FIG. 図2のX2-X2における断面図である。3 is a cross-sectional view taken along line X2-X2 of FIG. 2; FIG. 図2のX3-X3における断面図である。3 is a cross-sectional view taken along line X3-X3 of FIG. 2; FIG. 検討例の半導体装置の要部等価回路図である。FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of a principal part of a semiconductor device of a study example; 検討例の半導体装置の動作説明図である。FIG. 10 is an operation explanatory diagram of the semiconductor device of the study example; 本実施の形態の半導体装置の入出力セルの平面図である。2 is a plan view of an input/output cell of the semiconductor device of the present embodiment; FIG. 図8のX4-X4における断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line X4-X4 in FIG. 8; 本実施の形態の半導体装置の動作説明図である。FIG. 4 is an operation explanatory diagram of the semiconductor device of the present embodiment; 変形例1の半導体装置の要部等価回路図である。10 is an equivalent circuit diagram of a main part of the semiconductor device of Modification 1; FIG. 変形例1の半導体装置の入出力セルの平面図である。FIG. 11 is a plan view of an input/output cell of a semiconductor device of Modification 1; 図12のX5-X5における断面図である。13 is a cross-sectional view taken along line X5-X5 of FIG. 12; FIG. 比較例の半導体装置の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor device of a comparative example; 変形例2の半導体装置の入出力セルの平面図である。FIG. 11 is a plan view of an input/output cell of a semiconductor device of modification 2; 図15のX6-X6における断面図である。16 is a cross-sectional view taken along line X6-X6 of FIG. 15; FIG. 変形例3の半導体装置の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor device of Modification 3;

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 For the sake of convenience, the following embodiments are divided into a plurality of sections or embodiments when necessary, but unless otherwise specified, they are not independent of each other, and one There is a relationship of part or all of the modification, details, supplementary explanation, etc.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 In addition, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, amount, range, etc.), when it is particularly specified, when it is clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Furthermore, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps, etc.) are not necessarily essential, unless otherwise specified or clearly considered essential in principle. Needless to say.

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of components, etc., unless otherwise explicitly stated or in principle clearly considered to be otherwise, It shall include those that approximate or resemble the shape, etc. This also applies to the above numerical values and ranges.

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。 In addition, in all the drawings for explaining the embodiments, the same members are basically given the same reference numerals, and repeated description thereof will be omitted. In order to make the drawing easier to understand, even a plan view may be hatched.

また、pチャネル型トランジスタPMOSおよびnチャネル型トランジスタNMOSにおいて、便宜上、ゲート電極の両側に配置された半導体領域の一方をソース領域、他方をドレイン領域と呼ぶが、電位関係により、ソース領域とドレイン領域とは逆転する場合もある。 In the p-channel transistor PMOS and the n-channel transistor NMOS, one of the semiconductor regions arranged on both sides of the gate electrode is called the source region and the other is called the drain region for convenience. It may be reversed.

(実施の形態)
図1は、本実施の形態の半導体装置の平面図である。図1に示すように、半導体装置は、内部回路領域RITと、複数のセルCLと、複数のパッド電極(端子)PDと、を含む。半導体基板SUBの主面SUBaの中央部には、内部回路領域RITが配置され、内部回路領域RITの周囲には、内部回路領域RITを囲むように複数のセルCLが配置され、内部回路領域RITおよび複数のセルCLを囲むように、主面SUBaの外周部には複数のパッド電極PDが配置されている。
(Embodiment)
FIG. 1 is a plan view of the semiconductor device of this embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor device includes an internal circuit region RIT, multiple cells CL, and multiple pad electrodes (terminals) PD. An internal circuit region RIT is arranged in the central portion of the main surface SUBa of the semiconductor substrate SUB, and a plurality of cells CL are arranged around the internal circuit region RIT so as to surround the internal circuit region RIT. A plurality of pad electrodes PD are arranged on the outer peripheral portion of the main surface SUBa so as to surround the plurality of cells CL.

内部回路領域RITには、図示しないpチャネル型トランジスタPMOSおよびnチャネル型トランジスタNMOSで構成された内部回路ITCが形成されており、内部回路ITCには、内部回路用の電源電位および基準電位を供給する電源電位配線(内部用電源電位配線)VDDLおよび基準電位配線(内部用基準電位配線)GNDLが接続されている。 An internal circuit ITC composed of a p-channel transistor PMOS and an n-channel transistor NMOS (not shown) is formed in the internal circuit region RIT, and the internal circuit ITC is supplied with a power supply potential and a reference potential for the internal circuit. A power supply potential wiring (internal power supply potential wiring) VDDL and a reference potential wiring (internal reference potential wiring) GNDL are connected.

内部回路領域RITの外周部には、複数のセルCL上に、電源電位配線VDD1およびVDD2ならびに基準電位配線GND1およびGND2が配置されている。電源電位配線VDD1およびVDD2ならびに基準電位配線GND1およびGND2は、各セルCLに入出力用の電源電位および基準電位を供給する配線であり、各セルと交差するように延在している。電源電位配線VDD1およびVDD2ならびに基準電位配線GND1およびGND2は環状に配置されており、パッド電極PD側から内部回路領域RITに向かって、電源電位配線VDD1、基準電位配線GND1、電源電位配線VDD2および基準電位配線GND2の順に配置されている。 Power supply potential lines VDD1 and VDD2 and reference potential lines GND1 and GND2 are arranged over a plurality of cells CL in the outer peripheral portion of the internal circuit region RIT. Power supply potential wirings VDD1 and VDD2 and reference potential wirings GND1 and GND2 are wirings for supplying input/output power supply potentials and reference potentials to each cell CL, and extend to cross each cell. The power supply potential wirings VDD1 and VDD2 as well as the reference potential wirings GND1 and GND2 are arranged in a ring. They are arranged in the order of the potential wiring GND2.

複数のパッド電極PDには、入力パッド電極PD1およびPD2、電源電位パッド電極PVD、ならびに、基準電位パッド電極PDGが含まれる。また、複数のセルCLには、入出力用セルCL1およびCL2、ならびに、電源セルCLPが含まれる。 The plurality of pad electrodes PD include input pad electrodes PD1 and PD2, power supply potential pad electrode PVD and reference potential pad electrode PDG. A plurality of cells CL includes input/output cells CL1 and CL2 and power supply cell CLP.

入出力用セルCL1は、保護素子ESD1が配置される保護素子領域RAと、ロジック回路(入出力ロジック回路)ESL1が配置されるロジック回路領域(入出力ロジック回路領域)RBを含む。同様に、入出力用セルCL2は、保護素子ESD2が配置される保護素子領域RAと、ロジック回路(入出力ロジック回路)ESL2が配置されるロジック回路領域(入出力ロジック回路領域)RBを含む。また、電源セルCLPには、パワークランプ回路PCが配置されている。また、電源セルCLPにおいて、電源電位配線VDD1およびVDD2は、互いに直接接続されており、基準電位配線GND1およびGND2も、互いに直接接続されている。ここで、直接接続とは、間にスイッチ素子を介在させることなく導体層または配線等で接続することを意味する。なお、単に、接続と言った場合には直接接続を意味する。 Input/output cell CL1 includes a protection element area RA in which protection element ESD1 is arranged and a logic circuit area (input/output logic circuit area) RB in which logic circuit (input/output logic circuit) ESL1 is arranged. Similarly, the input/output cell CL2 includes a protection element area RA in which the protection element ESD2 is arranged and a logic circuit area (input/output logic circuit area) RB in which the logic circuit (input/output logic circuit) ESL2 is arranged. A power clamp circuit PC is arranged in the power supply cell CLP. In power supply cell CLP, power supply potential lines VDD1 and VDD2 are directly connected to each other, and reference potential lines GND1 and GND2 are also directly connected to each other. Here, direct connection means connection through a conductor layer, wiring, or the like without interposing a switch element therebetween. It should be noted that a simple connection means a direct connection.

次に、図2から図7を用いて、検討例における改善の余地について説明する。検討例は、本願発明者が見出した課題を有する技術であるが、公知技術ではない。また、後述の実施の形態において、検討例と共通する部分の説明は省略する。つまり、共通する部分の説明は、検討例の説明を代用することができる。図2は、検討例の半導体装置の入出力セルCL1の平面図、図3は、図2のX1-X1における断面図、図4は、図2のX2-X2における断面図、図5は、図2のX3-X3における断面図、図6は、検討例の半導体装置の要部等価回路図、図7は、検討例の半導体装置の動作説明図である。 Next, with reference to FIGS. 2 to 7, room for improvement in the studied example will be described. The study example is a technology having a problem discovered by the inventor of the present application, but is not a known technology. Also, in the embodiments described later, the description of the parts common to the study example will be omitted. That is, the explanation of the study example can be substituted for the explanation of the common part. 2 is a plan view of the input/output cell CL1 of the semiconductor device of the study example, FIG. 3 is a cross-sectional view along X1-X1 in FIG. 2, FIG. 4 is a cross-sectional view along X2-X2 in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line X3-X3 of FIG. 2, FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the essential parts of the semiconductor device of the study example, and FIG. 7 is an operation explanatory diagram of the semiconductor device of the study example.

図2に示すように、入出力セルCL1は、保護素子ESD1とロジック回路ESL1とを含み、ロジック回路ESL1は、複数のpチャネル型トランジスタPMOSおよび複数のnチャネル型トランジスタNMOSで構成されている。保護素子ESD1および複数のnチャネル型トランジスタNMOSは、p型ウェル領域(p型半導体領域)PW内に形成されており、複数のpチャネル型トランジスタPMOSは、n型ウェル領域(n型半導体領域)NW内に形成されている。 As shown in FIG. 2, the input/output cell CL1 includes a protection element ESD1 and a logic circuit ESL1, and the logic circuit ESL1 is composed of a plurality of p-channel transistors PMOS and a plurality of n-channel transistors NMOS. The protection element ESD1 and the plurality of n-channel transistors NMOS are formed in a p-type well region (p-type semiconductor region) PW, and the plurality of p-channel transistors PMOS are formed in the n-type well region (n-type semiconductor region) It is formed in NW.

保護素子ESD1は、複数のn型単位トランジスタUTNで構成されている。複数のn型単位トランジスタUTNは、X方向およびY方向において、格子状に配置されている。保護素子ESD1は、所定の幅でリング状に形成されたp型ガードリング(p型半導体領域)PHに囲まれている。p型ガードリングPHは、p型ウェル領域PW内に形成されており、p型ウェル領域PWに基準電位を供給するための領域である。p型ガードリングPHは、給電部PFD3で基準電位配線GND1に接続されており、給電部PFD3を介して基準電位がp型ウェル領域PWに給電される。 The protection element ESD1 is composed of a plurality of n-type unit transistors UTN. A plurality of n-type unit transistors UTN are arranged in a grid pattern in the X and Y directions. The protection element ESD1 is surrounded by a p-type guard ring (p-type semiconductor region) PH formed in a ring shape with a predetermined width. The p-type guard ring PH is formed in the p-type well region PW and is a region for supplying a reference potential to the p-type well region PW. The p-type guard ring PH is connected to the reference potential wiring GND1 at the power supply part PFD3, and the reference potential is supplied to the p-type well region PW via the power supply part PFD3.

n型単位トランジスタUTNは、ゲート電極GE、ゲート電極GEの両側に配置されたn型ドレイン領域(n型半導体領域)NDおよびn型ソース領域(n型半導体領域)NSを含み、n型ドレイン領域NDは、入出力パッド電極PD1に接続され、n型ソース領域NSは基準電位配線GND1に接続されている。複数のn型単位トランジスタUTNは、X方向およびY方向において行列状に配置されており、互いに並列接続されている。つまり、保護素子ESD1が、m個のn型単位トランジスタUTNで構成されている場合、保護素子ESD1の電流耐性は、n型単位トランジスタUTNの電流耐性のm倍となっている。 The n-type unit transistor UTN includes a gate electrode GE, an n-type drain region (n-type semiconductor region) ND and an n-type source region (n-type semiconductor region) NS arranged on both sides of the gate electrode GE. ND is connected to the input/output pad electrode PD1, and the n-type source region NS is connected to the reference potential wiring GND1. A plurality of n-type unit transistors UTN are arranged in a matrix in the X and Y directions and connected in parallel with each other. That is, when the protective element ESD1 is composed of m n-type unit transistors UTN, the current resistance of the protective element ESD1 is m times the current resistance of the n-type unit transistor UTN.

また、nチャネル型トランジスタNMOSは、ゲート電極GE、ゲート電極GEの両側に配置されたn型ドレイン領域(n型半導体領域)NDおよびn型ソース領域(n型半導体領域)NSを含む。図5および図6に示すように、ロジック回路ESL1を構成するnチャネル型トランジスタNMOSのソース領域NSは、基準電位配線GND2に接続されている。nチャネル型トランジスタNMOSと、リング状のp型ガードリングPHとの間には、線状のp型ガードリングPHが配置されている。線状のp型ガードリングPHは、給電部PFD4で基準電位配線GND2に接続されている。なお、線状のp型ガードリングPHは、複数のnチャネル型トランジスタNMOSを取り囲むリング形状としてもよい。 The n-channel transistor NMOS also includes a gate electrode GE, an n-type drain region (n-type semiconductor region) ND and an n-type source region (n-type semiconductor region) NS arranged on both sides of the gate electrode GE. As shown in FIGS. 5 and 6, the source region NS of the n-channel transistor NMOS forming the logic circuit ESL1 is connected to the reference potential wiring GND2. A linear p-type guard ring PH is arranged between the n-channel transistor NMOS and the ring-shaped p-type guard ring PH. The linear p-type guard ring PH is connected to the reference potential wiring GND2 at the power supply portion PFD4. The linear p-type guard ring PH may have a ring shape surrounding a plurality of n-channel transistors NMOS.

また、pチャネル型トランジスタPMOSは、ゲート電極GE、ゲート電極GEの両側に配置されたp型ドレイン領域(p型半導体領域)PDNおよびp型ソース領域(n型半導体領域)PSを含む。図4および図6に示すように、ロジック回路ESL1を構成するpチャネル型トランジスタPMOSのソース領域PSは、電源電位配線VDD2に接続されている。 The p-channel transistor PMOS also includes a gate electrode GE, and p-type drain regions (p-type semiconductor regions) PDN and p-type source regions (n-type semiconductor regions) PS arranged on both sides of the gate electrode GE. As shown in FIGS. 4 and 6, the source region PS of the p-channel transistor PMOS forming the logic circuit ESL1 is connected to the power supply potential wiring VDD2.

n型ウェル領域NW内には、n型ウェル領域NWに電源電位を供給するためのn型ガードリングNHが形成されており、n型ガードリングNHは、給電部PFD1で電源電位配線VDD1に接続されており、給電部PFD2で電源電位配線VDD2に接続されている。 An n-type guard ring NH for supplying a power supply potential to the n-type well region NW is formed in the n-type well region NW, and the n-type guard ring NH is connected to the power supply potential wiring VDD1 at the power supply portion PFD1. , and is connected to the power supply potential wiring VDD2 at the power supply portion PFD2.

平面視において、n型ガードリングNHは、保護素子ESD1、p型ガードリングPH、nチャネル型トランジスタNMOSおよびpチャネル型トランジスタPMOSを取り囲むように、リング状に設けられている。 In plan view, the n-type guard ring NH is provided in a ring shape so as to surround the protective element ESD1, the p-type guard ring PH, the n-channel transistor NMOS and the p-channel transistor PMOS.

給電部PFD1は、n型ガードリングNHと電源電位配線VDD1との交叉部(言い換えると、重なる領域)に、給電部PFD2は、n型ガードリングNHと電源電位配線VDD2との交叉部(言い換えると、重なる領域)に、配置されている。また、給電部PFD3は、p型ガードリングPHと基準電位配線GND1との交叉部(言い換えると、重なる領域)に、給電部PFD4は、p型ガードリングPHと基準電位配線GND2との交叉部(言い換えると、重なる領域)に、配置されている。 The power feeding portion PFD1 is located at the intersection (in other words, overlapping region) between the n-type guard ring NH and the power supply potential wiring VDD1, and the power feeding portion PFD2 is located at the intersection (in other words, the overlapping region) between the n-type guard ring NH and the power supply potential wiring VDD2. , overlapping regions). In addition, the power supply part PFD3 is located at the intersection (in other words, overlapping area) between the p-type guard ring PH and the reference potential wiring GND1, and the power supply part PFD4 is located at the intersection (in other words, overlapping area) between the p-type guard ring PH and the reference potential wiring GND2. In other words, it is arranged in the overlapping area).

また、図2に示すように、電源電位配線VDD1および基準電位配線GND1は、保護素子ESD1上に、保護素子ESD1と重なるように配置されている。電源電位配線VDD2および基準電位配線GND2は、ロジック回路ESL1上に、ロジック回路ESL1と重なるように配置されている。具体的には、電源電位配線VDD2は、pチャネル型トランジスタPMOS上に、pチャネル型トランジスタPMOSと重なるように配置されており、基準電位配線GND2は、nチャネル型トランジスタNMOS上に、nチャネル型トランジスタNMOSと重なるように配置されている。 Further, as shown in FIG. 2, the power supply potential wiring VDD1 and the reference potential wiring GND1 are arranged on the protection element ESD1 so as to overlap the protection element ESD1. The power supply potential wiring VDD2 and the reference potential wiring GND2 are arranged on the logic circuit ESL1 so as to overlap with the logic circuit ESL1. Specifically, the power supply potential wiring VDD2 is arranged on the p-channel transistor PMOS so as to overlap the p-channel transistor PMOS, and the reference potential wiring GND2 is arranged on the n-channel transistor NMOS. It is arranged so as to overlap with the transistor NMOS.

図3に示すように、保護素子ESD1を構成するn型単位トランジスタUTNは、p型ウェル領域PW内に形成されている。p型ウェル領域PWは、n型のディープウェル領域(n型ウェル領域、n型半導体領域)DNWを介して、p型の半導体基板SUB内に形成されている。そして、p型ウェル領域PWは、その周囲をn型ウェル領域NWで囲まれており(図2参照)、n型ウェル領域NWは、主面SUBaから半導体基板SUBの深さ方向に延在し、n型のディープウェル領域DNWに達している。つまり、p型ウェル領域PWは、n型ウェル領域NWとn型のディープウェル領域DNWとによって、半導体基板SUBから電気的に分離されている。 As shown in FIG. 3, the n-type unit transistor UTN forming the protection element ESD1 is formed in the p-type well region PW. The p-type well region PW is formed in the p-type semiconductor substrate SUB via an n-type deep well region (n-type well region, n-type semiconductor region) DNW. The p-type well region PW is surrounded by an n-type well region NW (see FIG. 2), and the n-type well region NW extends from the main surface SUBa in the depth direction of the semiconductor substrate SUB. , reaches the n-type deep well region DNW. That is, the p-type well region PW is electrically isolated from the semiconductor substrate SUB by the n-type well region NW and the n-type deep well region DNW.

p型ウェル領域PW内にはp型ガードリングPHが形成されており、n型ウェル領域NW内にはn型ガードリングNHが形成されている。また、半導体基板SUBの主面SUBa上には、複数層の絶縁膜(層間絶縁膜)IL1~IL6、複数層の金属配線M1~M3および複数層のプラグ電極PG1~PG3が設けられている。ここでは、3層の金属配線を例に説明するが、4層以上の金属配線を用いてもよい。金属配線M1~M3は、アルミニウムまたは銅で構成され、プラグ電極PG1~PG3は、タングステンまたは銅等で構成される。 A p-type guard ring PH is formed in the p-type well region PW, and an n-type guard ring NH is formed in the n-type well region NW. In addition, over the main surface SUBa of the semiconductor substrate SUB, a plurality of layers of insulating films (interlayer insulating films) IL1 to IL6, a plurality of layers of metal wirings M1 to M3, and a plurality of layers of plug electrodes PG1 to PG3 are provided. Here, three layers of metal wiring will be described as an example, but four or more layers of metal wiring may be used. Metal wirings M1-M3 are made of aluminum or copper, and plug electrodes PG1-PG3 are made of tungsten, copper, or the like.

図3に示すように、給電部PFD1において、n型ガードリングNHは、順に、プラグ電極PG1、金属配線M1、プラグ電極PG2、金属配線M2およびプラグ電極PG3を介して電源電位配線VDD1に接続されている。 As shown in FIG. 3, in the power supply portion PFD1, the n-type guard ring NH is connected to the power supply potential wiring VDD1 through the plug electrode PG1, the metal wiring M1, the plug electrode PG2, the metal wiring M2 and the plug electrode PG3 in this order. ing.

n型単位トランジスタUTNは、半導体基板SUBの主面SUBa上にゲート絶縁膜GIを介して形成されたゲート電極GEと、p型ウェル領域PW内であって、ゲート電極GEの両側に配置されたn型ドレイン領域NDおよびn型ソース領域NSと、を含む。n型ドレイン領域NDおよびn型ソース領域NSの上にはシリサイド層SILが形成されている。また、p型ガードリンPHおよびn型ガードリングNHの上にもシリサイド層SILが形成されている。n型ドレイン領域NDには、プラグ電極PG1を介して金属配線M1が接続されており、金属配線M1は入出力パッド電極PD1に接続されている。また、n型ソース領域NSには、プラグ電極PG1を介して金属配線M1が接続されており、金属配線M1は基準電位配線GND1に接続されている。 The n-type unit transistor UTN is arranged on both sides of the gate electrode GE formed on the main surface SUBa of the semiconductor substrate SUB via the gate insulating film GI and on both sides of the gate electrode GE within the p-type well region PW. an n-type drain region ND and an n-type source region NS. A silicide layer SIL is formed on the n-type drain region ND and the n-type source region NS. A silicide layer SIL is also formed on the p-type guard ring PH and the n-type guard ring NH. A metal wiring M1 is connected to the n-type drain region ND via a plug electrode PG1, and the metal wiring M1 is connected to the input/output pad electrode PD1. A metal wiring M1 is connected to the n-type source region NS via a plug electrode PG1, and the metal wiring M1 is connected to a reference potential wiring GND1.

なお、n型単位トランジスタUTNとp型ガードリンPHとの間には素子分離膜STIが形成され、両者を電気的に分離している。また、p型ガードリンPHとn型ガードリンNHとの間にも素子分離膜STIが形成され、両者を電気的に分離している。 An element isolation film STI is formed between the n-type unit transistor UTN and the p-type guardrin PH to electrically isolate them. A device isolation film STI is also formed between the p-type guardrin PH and the n-type guardrin NH to electrically isolate them.

図4に示すように、ロジック回路ESL1を構成するpチャネル型トランジスタPMOSは、n型ウェル領域NW内に形成されている。n型ウェル領域NWは、p型の半導体基板SUB内に形成されており、n型ウェル領域NWとp型の半導体基板SUBとの間には、ディープウェル領域DNWが介在している。 As shown in FIG. 4, the p-channel transistor PMOS forming the logic circuit ESL1 is formed in the n-type well region NW. The n-type well region NW is formed in a p-type semiconductor substrate SUB, and a deep well region DNW is interposed between the n-type well region NW and the p-type semiconductor substrate SUB.

pチャネル型トランジスタPMOSは、半導体基板SUBの主面SUBa上にゲート絶縁膜GIを介して形成されたゲート電極GEと、n型ウェル領域NW内であって、ゲート電極GEの両側に配置されたp型ドレイン領域PDNおよびp型ソース領域PSと、を含む。p型ドレイン領域PDNおよびp型ソース領域PSの上にはシリサイド層SILが形成されている。また、p型ソース領域PSは、順に、プラグ電極PG1、金属配線M1、プラグ電極PG2、金属配線M2およびプラグ電極PG3を介して電源電位配線VDD2に接続されている。 The p-channel transistor PMOS is arranged on both sides of the gate electrode GE formed on the main surface SUBa of the semiconductor substrate SUB via the gate insulating film GI and on both sides of the gate electrode GE within the n-type well region NW. a p-type drain region PDN and a p-type source region PS. A silicide layer SIL is formed on the p-type drain region PDN and the p-type source region PS. Also, the p-type source region PS is connected to the power supply potential wiring VDD2 through the plug electrode PG1, the metal wiring M1, the plug electrode PG2, the metal wiring M2 and the plug electrode PG3 in this order.

図5に示すように、ロジック回路ESL1を構成するnチャネル型トランジスタNMOSは、p型ウェル領域PW内に形成されている。p型ウェル領域PWは、n型ウェル領域NWとn型のディープウェル領域DNWとによって、半導体基板SUBから電気的に分離されている。 As shown in FIG. 5, the n-channel transistor NMOS forming the logic circuit ESL1 is formed in the p-type well region PW. The p-type well region PW is electrically isolated from the semiconductor substrate SUB by the n-type well region NW and the n-type deep well region DNW.

nチャネル型トランジスタNMOSは、半導体基板SUBの主面SUBa上にゲート絶縁膜GIを介して形成されたゲート電極GEと、p型ウェル領域PW内であって、ゲート電極GEの両側に配置されたn型ドレイン領域NDおよびn型ソース領域NSと、を含む。n型ドレイン領域NDおよびn型ソース領域NSの上にはシリサイド層SILが形成されている。また、n型ソース領域NSは、順に、プラグ電極PG1、金属配線M1、プラグ電極PG2、金属配線M2およびプラグ電極PG3を介して基準電位配線GND2に接続されている。 The n-channel transistor NMOS is arranged on both sides of the gate electrode GE formed on the main surface SUBa of the semiconductor substrate SUB via the gate insulating film GI and on both sides of the gate electrode GE within the p-type well region PW. an n-type drain region ND and an n-type source region NS. A silicide layer SIL is formed on the n-type drain region ND and the n-type source region NS. Also, the n-type source region NS is connected to the reference potential wiring GND2 via the plug electrode PG1, the metal wiring M1, the plug electrode PG2, the metal wiring M2 and the plug electrode PG3 in order.

図6に示すように、例えば、半導体装置の外部から入出力パッド電極PD1に入力された信号は、順に、ロジック回路ESL1、レベルシフト回路LSを経由して内部回路ITCに転送される。ロジック回路ESL1は、pチャネル型トランジスタPMOSおよびnチャネル型トランジスタNMOSで構成されており、pチャネル型トランジスタPMOSは、電源電位配線VDD2に接続され、nチャネル型トランジスタNMOSは、基準電位配線GND2に接続されている。電源電位配線VDD2は、電源電位配線VDD1に接続され、電源電位配線VDD1には電源電位パッド電極PDVが接続されている。基準電位配線GND2は、基準電位配線GND1に接続され、基準電位配線GND1には基準電位パッド電極PDVが接続されている。 As shown in FIG. 6, for example, a signal input from the outside of the semiconductor device to the input/output pad electrode PD1 is transferred to the internal circuit ITC via the logic circuit ESL1 and the level shift circuit LS. The logic circuit ESL1 is composed of a p-channel transistor PMOS and an n-channel transistor NMOS. The p-channel transistor PMOS is connected to the power supply potential wiring VDD2, and the n-channel transistor NMOS is connected to the reference potential wiring GND2. It is The power supply potential wiring VDD2 is connected to the power supply potential wiring VDD1, and the power supply potential pad electrode PDV is connected to the power supply potential wiring VDD1. The reference potential wiring GND2 is connected to the reference potential wiring GND1, and the reference potential pad electrode PDV is connected to the reference potential wiring GND1.

また、内部回路ITCは、電源電位配線VDDLおよび基準電位配線GNDLに接続されている。電源電位配線VDDLに印加される電源電位VLは、電源電位配線VDD1およびVDD2に印加される電源電位VHよりも低く、例えば、電源電位VHは5[V]または3.3[V]、電源電位VLは1.2[V]である。 Also, the internal circuit ITC is connected to the power supply potential wiring VDDL and the reference potential wiring GNDL. The power supply potential VL applied to the power supply potential wiring VDDL is lower than the power supply potential VH applied to the power supply potential wirings VDD1 and VDD2. VL is 1.2 [V].

入出力パッド電極PD1と基準電位配線GND1との間には、保護素子ESD1が接続されている。保護素子ESD1は、例えば、半導体装置の入出力パッド電極PD1から侵入する静電放電(以下、「サージ」と称する。)による内部回路ITC等の破壊を防止するために設けられている。入出力セルCL1では、保護素子ESD1は、入出力パッド電極PD1と基準電位配線GND1との間に設けられているが、入出力パッド電極PD1と電源電位配線VDD1との間には設けられていない。 A protective element ESD1 is connected between the input/output pad electrode PD1 and the reference potential wiring GND1. The protective element ESD1 is provided, for example, to prevent the internal circuit ITC from being destroyed by electrostatic discharge (hereinafter referred to as "surge") entering from the input/output pad electrode PD1 of the semiconductor device. In the input/output cell CL1, the protection element ESD1 is provided between the input/output pad electrode PD1 and the reference potential wiring GND1, but is not provided between the input/output pad electrode PD1 and the power supply potential wiring VDD1. .

また、電源電位配線VDD1と基準電位配線GND1との間には、パワークランプ回路PCが接続されている。パワークランプ回路PCは、例えば、入出力パッド電極PD1にサージが侵入した場合に、電源電位配線VDD1と基準電位配線GND1との間を短絡する機能を有する。 A power clamp circuit PC is connected between the power supply potential wiring VDD1 and the reference potential wiring GND1. The power clamp circuit PC has a function of short-circuiting between the power supply potential wiring VDD1 and the reference potential wiring GND1, for example, when a surge enters the input/output pad electrode PD1.

例えば、電源電位パッド電極PDVを基準にして、入出力パッド電極PD1にサージが侵入した場合、図6に示す電流経路I1で電流を流すことにより、内部回路ITC等を保護することができる。入出力パッド電極PD1に侵入したサージは、順に、保護素子ESD1、基準電位配線GND1、パワークランプ回路PCおよび電源電位配線VDD1を介して電源電位パッド電極PDVに抜ける。電流経路I1が、本来の電流経路である。 For example, when a surge enters the input/output pad electrode PD1 with reference to the power supply potential pad electrode PDV, the internal circuit ITC and the like can be protected by flowing current through the current path I1 shown in FIG. The surge entering the input/output pad electrode PD1 passes through the protective element ESD1, the reference potential wiring GND1, the power clamp circuit PC, and the power supply potential wiring VDD1 in order to the power supply potential pad electrode PDV. Current path I1 is the original current path.

次に、図7を用いて、本願発明者の検討によって明らかになった検討例の改善の余地について説明する。図7に示す等価回路図において、NPN型の寄生トランジスタBiP1は、n型単位トランジスタUTNのn型ドレイン領域NDおよびn型ソース領域NSと、p型ウェル領域PWとで構成され、NPN型の寄生トランジスタBiP2は、n型ドレイン領域ND、n型ウェル領域NWおよびp型ウェル領域PWで構成される。 Next, with reference to FIG. 7, the room for improvement of the study example clarified by the studies of the inventors of the present application will be described. In the equivalent circuit diagram shown in FIG. 7, an NPN-type parasitic transistor BiP1 is composed of an n-type drain region ND and an n-type source region NS of an n-type unit transistor UTN, and a p-type well region PW. Transistor BiP2 is composed of an n-type drain region ND, an n-type well region NW and a p-type well region PW.

まず、本来の電流経路I1について説明する。入出力パッド電極PD1にサージが侵入すると、n型単位トランジスタのn型ドレイン領域NDとp型ウェル領域PWとの間のPN接合がブレイクダウンし、ブレイクダウン電流がp型ウェル領域PWに流れ込む。そして、p型ウェル領域PWの寄生抵抗R1により寄生トランジスタBiP1のベース電位が上昇して閾値電圧Vbeを越えると、寄生トランジスタBiP1のコレクタ・エミッタ間に電流が流れる。つまり、入出力パッド電極PD1に侵入したサージは、保護素子ESD1、基準電位配線GND1、パワークランプ回路PCおよび電源電位配線VDD1を経由して電源電位パッド電極PDVに抜ける。 First, the original current path I1 will be described. When a surge enters the input/output pad electrode PD1, the PN junction between the n-type drain region ND of the n-type unit transistor and the p-type well region PW breaks down, and a breakdown current flows into the p-type well region PW. Then, when the base potential of the parasitic transistor BiP1 rises due to the parasitic resistance R1 of the p-type well region PW and exceeds the threshold voltage Vbe, current flows between the collector and the emitter of the parasitic transistor BiP1. That is, the surge entering the input/output pad electrode PD1 passes through the protection element ESD1, the reference potential wiring GND1, the power clamp circuit PC, and the power supply potential wiring VDD1 to the power supply potential pad electrode PDV.

本願発明者の検討によれば、本来の電流経路I1の他に、予期せぬ電流経路I2が発生することが判明した。つまり、上記のブレイクダウン電流により、寄生トランジスタBiP2のベース電位が上昇して閾値電圧Vbeを越えると、寄生トランジスタBiP2を経由して入出力パッド電極PD1から電源電位パッド電極PDVに電流が流れる。そして、n型単位トランジスタUTNの微細化に伴い、n型単位トランジスタUTNの電流耐性が低下しているため、本来の電流経路I1の他に予期せぬ電流経路I2が発生することで大量の電流が流れ、n型単位トランジスタUTNが熱破壊することが判明した。 According to the study of the inventor of the present application, it has been found that an unexpected current path I2 occurs in addition to the original current path I1. That is, when the breakdown current causes the base potential of the parasitic transistor BiP2 to rise and exceed the threshold voltage Vbe, current flows from the input/output pad electrode PD1 to the power supply potential pad electrode PDV via the parasitic transistor BiP2. As the n-type unit transistor UTN is miniaturized, the current resistance of the n-type unit transistor UTN is reduced. flowed, and the n-type unit transistor UTN was thermally destroyed.

また、熱破壊は、図2に示す、複数のn型単位トランジスタUTNの内、入出力パッド電極PD1と電源電位配線VDD1の給電部PFD1とに近接して配置されたn型単位トランジスタUTNで発生することが判明した。給電部PFD1に近接したn型単位トランジスタUTNの場合、寄生トランジスタBiP2のエミッタに接続された寄生抵抗が小さいため、寄生トランジスタBiP2のベース電位が容易に閾値電圧Vbeを越えてしまうものと推定される。 Further, the thermal breakdown occurs in the n-type unit transistor UTN arranged close to the input/output pad electrode PD1 and the power supply portion PFD1 of the power supply potential wiring VDD1 among the plurality of n-type unit transistors UTN shown in FIG. It turned out to do. In the case of the n-type unit transistor UTN close to the power supply part PFD1, it is presumed that the base potential of the parasitic transistor BiP2 easily exceeds the threshold voltage Vbe because the parasitic resistance connected to the emitter of the parasitic transistor BiP2 is small. .

保護素子ESD1を構成する複数のn型単位トランジスタUTNの一部が破壊すると、保護素子ESD1の電流耐性が低下するため、サージによる内部回路ITC等の破壊を防止できなくなり、半導体体装置の信頼性が低下する。 If a part of the plurality of n-type unit transistors UTN that constitute the protective element ESD1 is destroyed, the current resistance of the protective element ESD1 is lowered, so that it becomes impossible to prevent the internal circuit ITC from being destroyed by a surge, and the reliability of the semiconductor device is improved. decreases.

本実施の形態は、上記の改善の余地に対する工夫を施しており、その内容を以下に説明する。図8は、本実施の形態の半導体装置の入出力セルCL1の平面図、図9は、図8のX4-X4における断面図、図10は、本実施の形態の半導体装置の動作説明図である。 The present embodiment is designed to address the room for improvement described above, and the details thereof will be described below. 8 is a plan view of the input/output cell CL1 of the semiconductor device of this embodiment, FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line X4-X4 in FIG. 8, and FIG. 10 is an operation explanatory diagram of the semiconductor device of this embodiment. be.

図8に示すように、入出力セルCL1は、保護素子ESD1と、平面視において保護素子ESD1の周囲を囲むp型ガードリングPHと、ロジック回路ESL1用のnチャネル型トランジスタNMOSおよびpチャネル型トランジスタPMOSと、平面視において保護素子ESD1ならびにnチャネル型トランジスタNMOSおよびpチャネル型トランジスタPMOSを囲むn型ガードリングNHと、を含む。そして、入出力セルCL1が検討例の入出力セルCL1と異なる点は、n型ガードリングNHと電源電位配線VDD1との交叉部に給電部PFD1が設けられていないことである。なお、便宜上、検討例において給電部PFD1が配置されていた、n型ガードリングNHと電源電位配線VDD1との交叉部をA部と呼ぶ。つまり、本実施の形態の半導体装置の入出力セルCL1において、n型ガードリングNHは、電源電位配線VDD1には接続されていない。但し、n型ガードリングNHは、保護素子ESD1およびA部から離れて配置された給電部PFD2において、電源電位配線VDD2に接続されている。例えば、入出力セルCL1のサイズは、X方向が50μm、Y方向が60~80μm程度である。 As shown in FIG. 8, the input/output cell CL1 includes a protective element ESD1, a p-type guard ring PH surrounding the protective element ESD1 in plan view, an n-channel transistor NMOS and a p-channel transistor for the logic circuit ESL1. and an n-type guard ring NH surrounding the protection element ESD1 and the n-channel transistor NMOS and the p-channel transistor PMOS in plan view. The input/output cell CL1 is different from the input/output cell CL1 of the study example in that the power supply portion PFD1 is not provided at the intersection between the n-type guard ring NH and the power supply potential wiring VDD1. For the sake of convenience, the intersecting portion between the n-type guard ring NH and the power supply potential wiring VDD1, where the power supply portion PFD1 is arranged in the study example, will be referred to as the A portion. That is, in the input/output cell CL1 of the semiconductor device of this embodiment, the n-type guard ring NH is not connected to the power supply potential wiring VDD1. However, the n-type guard ring NH is connected to the power supply potential wiring VDD2 at the power supply portion PFD2 arranged away from the protection element ESD1 and the A portion. For example, the size of the input/output cell CL1 is about 50 μm in the X direction and about 60 to 80 μm in the Y direction.

図9に示すように、A部と給電部PFD2との間は、n型ウェル領域NW、n型ガードリングNHおよびシリサイド層SILの積層構造体で接続されている。そして、給電部PFD2において、n型ウェル領域NW、n型ガードリングNHおよびシリサイド層SILは、電源電位配線VDD2に接続されている。 As shown in FIG. 9, the A portion and the power supply portion PFD2 are connected by a laminated structure of an n-type well region NW, an n-type guard ring NH and a silicide layer SIL. In the power supply portion PFD2, the n-type well region NW, the n-type guard ring NH and the silicide layer SIL are connected to the power supply potential wiring VDD2.

つまり、図10に示すように、A部と給電部PFD2との間には、配線抵抗R2が挿入されたこととなる。ここで、配線抵抗R2は、A部から給電部PFD2に至るシリサイド層SILの配線抵抗と見なすことができる。なぜなら、積層構造体を構成するn型ウェル領域NW、n型ガードリングNHおよびシリサイド層SILの比抵抗を、それぞれ、比抵抗r1、r2およびr3とすると、r3≪r1、r2の関係が成り立つからである。例えば、配線抵抗R2は、10[Ω]程度とすることができる。 That is, as shown in FIG. 10, the wiring resistance R2 is inserted between the A portion and the power feeding portion PFD2. Here, the wiring resistance R2 can be regarded as the wiring resistance of the silicide layer SIL from the A portion to the power feeding portion PFD2. This is because when the resistivities of the n-type well region NW, the n-type guard ring NH, and the silicide layer SIL constituting the laminated structure are represented by r1, r2, and r3, respectively, the relationship r3<<r1, r2 holds. is. For example, the wiring resistance R2 can be about 10 [Ω].

図10にしめすように、寄生トランジスタBiP2のエミッタに配線抵抗R2を直列に接続しているため、p型ウェル領域PWにブレイクダウン電流が流れても、寄生トランジスタBiP2のベース電位が閾値Vbeを越えるのを防止できる。つまり、予期せぬ電流経路I2で、入出力パッド電極PD1から電源電位パッド電極PDVに流れる電流を防止することができる。従って、図8に示すA部および入出力パッド電極PD1に近接して配置されたn型単位トランジスタUTNの熱破壊を防止することができる。そして、n型単位トランジスタUTNの一部が熱破壊することによる保護素子ESD1の電流耐性の低下を防止できるため、半導体装置の信頼性を向上できる。 As shown in FIG. 10, since the wiring resistor R2 is connected in series with the emitter of the parasitic transistor BiP2, the base potential of the parasitic transistor BiP2 exceeds the threshold Vbe even if a breakdown current flows through the p-type well region PW. can prevent That is, it is possible to prevent the current from flowing from the input/output pad electrode PD1 to the power supply potential pad electrode PDV through the unexpected current path I2. Therefore, it is possible to prevent thermal destruction of the n-type unit transistor UTN arranged in the vicinity of the portion A and the input/output pad electrode PD1 shown in FIG. In addition, since it is possible to prevent a decrease in current resistance of the protection element ESD1 due to thermal breakdown of a part of the n-type unit transistor UTN, the reliability of the semiconductor device can be improved.

<変形例1>
変形例1は、上記実施の形態の変形例であり、図11は、変形例1の半導体装置の要部等価回路図、図12は、変形例1の半導体装置の入出力セルCL1およびCL2の平面図、図13は、図12のX5-X5における断面図である。変形例1は、図1および図12に示すように、入出力セルCL1に隣接して、CMOS構造の保護素子ESD2を含む入出力セルCL2が配置された例である。
<Modification 1>
Modification 1 is a modification of the above-described embodiment. FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of the main part of the semiconductor device of Modification 1, and FIG. A plan view and FIG. 13 are sectional views taken along line X5-X5 of FIG. Modification 1 is an example in which an input/output cell CL2 including a protection element ESD2 having a CMOS structure is arranged adjacent to the input/output cell CL1, as shown in FIGS.

図11に示すように、入出力セルCL2は、pチャネル型トランジスタPMOSおよびnチャネル型トランジスタNMOSで構成されたロジック回路ESL2と、n型単位トランジスタUTNとp型単位トランジスタUTPで構成された保護素子ESD2とを含む。例えば、半導体装置の外部から入出力パッド電極PD2に入力された信号は、順に、ロジック回路ESL2、レベルシフト回路LSを経由して内部回路ITCに転送される。 As shown in FIG. 11, the input/output cell CL2 includes a logic circuit ESL2 composed of a p-channel transistor PMOS and an n-channel transistor NMOS, and a protective element composed of an n-type unit transistor UTN and a p-type unit transistor UTP. ESD2. For example, a signal input to the input/output pad electrode PD2 from the outside of the semiconductor device is transferred to the internal circuit ITC via the logic circuit ESL2 and the level shift circuit LS in order.

入出力パッド電極PD2と基準電位配線GND1との間には、n型単位トランジスタUTNからなる保護素子ESD2が接続され、入出力パッド電極PD2と電源電位配線VDD1との間には、p型単位トランジスタUTPからなる保護素子ESD2が接続されている。 A protection element ESD2 composed of an n-type unit transistor UTN is connected between the input/output pad electrode PD2 and the reference potential wiring GND1, and a p-type unit transistor is connected between the input/output pad electrode PD2 and the power supply potential wiring VDD1. A protection element ESD2 made of UTP is connected.

図12に示すように、入出力パッド電極PD2は、入出力セルCL2に接続されており、X方向において、入出力パッド電極PD2は、入出力パッド電極PD1に隣接し、入出力セルCL2は、入出力セルCL1に隣接している。ここで、隣接とは、2つのパッド電極間に他のパッド電極が挿入されていないこと、または、2つの入出力セルの間に他のセルが挿入されていないことを意味する。 As shown in FIG. 12, the input/output pad electrode PD2 is connected to the input/output cell CL2, and the input/output pad electrode PD2 is adjacent to the input/output pad electrode PD1 in the X direction. It is adjacent to the input/output cell CL1. Adjacent here means that no other pad electrode is inserted between the two pad electrodes or that no other cell is inserted between the two input/output cells.

図12に示すように、保護素子ESD2は、複数のp型単位トランジスタUTPで構成されたp型の保護素子ESD2と、複数のn型単位トランジスタUTNで構成されたn型の保護素子ESD2とを含む。p型の保護素子ESD2とn型の保護素子ESD2とは、それぞれ、X方向およびY方向において、行列状に配置した複数のp型単位トランジスタUTPおよび複数のn型単位トランジスタUTNで構成してもよい。 As shown in FIG. 12, the protection element ESD2 includes a p-type protection element ESD2 composed of a plurality of p-type unit transistors UTP and an n-type protection element ESD2 composed of a plurality of n-type unit transistors UTN. include. The p-type protection element ESD2 and the n-type protection element ESD2 may be composed of a plurality of p-type unit transistors UTP and a plurality of n-type unit transistors UTN arranged in a matrix in the X and Y directions, respectively. good.

複数のp型単位トランジスタUTPは、n型ウェル領域NW内に設けられており、n型ウェル領域NW内には、複数のp型単位トランジスタUTPを取り囲むn型ガードリングNHが形成されている。そして、n型ガードリングNHと電源電位配線VDD1との交叉部には、給電部PFD5が設けられており、給電部PFD5において、n型ガードリングNHは電源電位配線VDD1に接続されている。 A plurality of p-type unit transistors UTP are provided within an n-type well region NW, and an n-type guard ring NH surrounding the plurality of p-type unit transistors UTP is formed within the n-type well region NW. A power supply portion PFD5 is provided at the intersection of the n-type guard ring NH and the power supply potential wiring VDD1. In the power supply portion PFD5, the n-type guard ring NH is connected to the power supply potential wiring VDD1.

複数のn型単位トランジスタUTNは、p型ウェル領域PW内に設けられており、p型ウェル領域PW内には、複数のn型単位トランジスタUTNを取り囲むp型ガードリングPHが形成されている。そして、p型ガードリングPHと基準電位配線GND1との交叉部には、給電部PFD3が設けられており、給電部PFD3において、p型ガードリングPHは基準電位配線GND1に接続されている。また、p型ウェル領域PW内には、ロジック回路ESL2を構成するnチャネル型トランジスタNMOSも形成されている。 A plurality of n-type unit transistors UTN are provided in the p-type well region PW, and a p-type guard ring PH surrounding the plurality of n-type unit transistors UTN is formed in the p-type well region PW. A power feeding portion PFD3 is provided at the intersection of the p-type guard ring PH and the reference potential wiring GND1. In the power feeding portion PFD3, the p-type guard ring PH is connected to the reference potential wiring GND1. An n-channel transistor NMOS that forms the logic circuit ESL2 is also formed in the p-type well region PW.

また、p型ウェル領域PWを囲むように、n型ウェル領域NWが配置されており、n型ウェル領域NW内には、複数のp型単位トランジスタUTPの他に、ロジック回路ESL2を構成するpチャネル型トランジスタPMOSも形成されている。さらに、n型ウェル領域NW内には、p型ガードリングPH、ならびに、ロジック回路ESL2を構成するpチャネル型トランジスタPMOSおよびnチャネル型トランジスタnMOSを取り囲むn型ガードリングNH、が設けられており、n型ガードリングNHは、給電部PFD2において、電源電位配線VDD2に接続されている。 Further, an n-type well region NW is arranged so as to surround the p-type well region PW, and in the n-type well region NW, there are a plurality of p-type unit transistors UTP and p A channel type transistor PMOS is also formed. Furthermore, in the n-type well region NW, there are provided a p-type guard ring PH and an n-type guard ring NH surrounding the p-channel transistor PMOS and the n-channel transistor nMOS that constitute the logic circuit ESL2, The n-type guard ring NH is connected to the power supply potential wiring VDD2 in the power supply portion PFD2.

図13に示すように、入出力セルCL2に含まれるn型ウェル領域NWの下には、ディープウェル領域DNWが設けられている。また、入出力セルCL1のA部のn型ガードリングNHと、入出力セルCL2の給電部PFD5のn型ガードリングNHとは、n型ウェル領域NWで電気的に接続されている。 As shown in FIG. 13, a deep well region DNW is provided under the n-type well region NW included in the input/output cell CL2. Also, the n-type guard ring NH of the A portion of the input/output cell CL1 and the n-type guard ring NH of the power supply portion PFD5 of the input/output cell CL2 are electrically connected by the n-type well region NW.

従って、前記検討例の予期せぬ電流経路I2で流れる電流を防止するためには、入出力セルCL2の給電部PFD5を、入出力セルCL1のA部から所望の距離Dだけ離間させることが肝要である。言い換えると、電源電位配線VDD1の下部において、入出力セルCL1のn型ガードリングNHから、入出力セルCL2のn型ガードリングNHを所望の距離Dだけ離間させる必要がある。 Therefore, in order to prevent the current from flowing through the unexpected current path I2 in the study example, it is essential to separate the power supply portion PFD5 of the input/output cell CL2 from the portion A of the input/output cell CL1 by a desired distance D. is. In other words, it is necessary to separate the n-type guard ring NH of the input/output cell CL2 by a desired distance D from the n-type guard ring NH of the input/output cell CL1 under the power supply potential wiring VDD1.

つまり、入出力セルCL1のn型ガードリングNHから、入出力セルCL2のn型ガードリングNHに至るn型ウェル領域NWの配線抵抗R3を、図10で説明した、A部から給電部PFD2に至るシリサイド層SILの配線抵抗R2より大とすることが肝要である。n型ウェル領域NWの比抵抗は、シリサイド層SILの比抵抗よりも大きいため、距離Dは、図8および図9における、A部から給電部PFD2至る距離よりも小さくできる。因みに、距離Dは、10μm程度とすることができる。 That is, the wiring resistance R3 of the n-type well region NW from the n-type guard ring NH of the input/output cell CL1 to the n-type guard ring NH of the input/output cell CL2 is transferred from the A portion to the power supply portion PFD2 described with reference to FIG. It is important to make the wiring resistance higher than the wiring resistance R2 of the silicide layer SIL. Since the resistivity of the n-type well region NW is higher than that of the silicide layer SIL, the distance D can be made smaller than the distance from the portion A to the power supply portion PFD2 in FIGS. Incidentally, the distance D can be set to about 10 μm.

<変形例2>
変形例2は、上記実施の形態の変形例であり、上記変形例1と同様に、入出力セルCL1に隣接して、CMOS構造の保護素子ESD2を含む入出力セルCL2が配置された例である。図14は、比較例の半導体装置の断面図、図15は、変形例2の半導体装置の平面図、図16は、図15のX6-X6における断面図である。
<Modification 2>
Modification 2 is a modification of the above-described embodiment, and is an example in which an input/output cell CL2 including a protection element ESD2 having a CMOS structure is arranged adjacent to the input/output cell CL1 as in the above modification 1. be. 14 is a cross-sectional view of a semiconductor device of a comparative example, FIG. 15 is a plan view of a semiconductor device of Modification 2, and FIG. 16 is a cross-sectional view taken along line X6-X6 of FIG.

図14に示すように、入出力セルCL1に隣接して、CMOS構造の保護素子ESD2を含む入出力セルCL2が配置された場合、言い換えると、入出力セルCL1の保護素子ESD1を構成するn型単位トランジスタUTNと、入出力セルCL2の保護素子ESD2を構成するp型単位トランジスタUTPとが隣接して配置されている場合、半導体装置に、寄生トランジスタBiP3およびBiP4を含むサイリスタ構造が作り込まれる。そして、電源電位パッド電極PDVから基準電位パッド電極PDGに向かって電流が流れ続けるラッチアップ現象が発生する可能性がある。 As shown in FIG. 14, when the input/output cell CL2 including the protection element ESD2 of the CMOS structure is arranged adjacent to the input/output cell CL1, in other words, the n-type that forms the protection element ESD1 of the input/output cell CL1 When unit transistor UTN and p-type unit transistor UTP forming protection element ESD2 of input/output cell CL2 are arranged adjacent to each other, a thyristor structure including parasitic transistors BiP3 and BiP4 is formed in the semiconductor device. Then, a latch-up phenomenon may occur in which a current continues to flow from the power supply potential pad electrode PDV toward the reference potential pad electrode PDG.

PNP型の寄生トランジスタBiP3は、入出力セルCL2のp型単位トランジスタUTPのp型ソース領域PSをエミッタ、入出力セルCL1のn型単位トランジスタUTNが形成されたp型ウェル領域PWをコレクタ、入出力セルCL2のp型単位トランジスタUTPが形成されたn型ウェル領域NWをベース、とする。また、NPN型の寄生トランジスタBiP4は、入出力セルCL2のp型単位トランジスタUTPが形成されたn型ウェル領域NWをコレクタ、入出力セルCL1のn型単位トランジスタUTNのn型ソース領域NSをエミッタ、入出力セルCL1のn型単位トランジスタUTNが形成されたp型ウェル領域PWをベース、とする。 The PNP parasitic transistor BiP3 has an emitter at the p-type source region PS of the p-type unit transistor UTP of the input/output cell CL2, a collector at the p-type well region PW in which the n-type unit transistor UTN of the input/output cell CL1 is formed, and an input. The n-type well region NW in which the p-type unit transistor UTP of the output cell CL2 is formed is used as the base. The NPN-type parasitic transistor BiP4 has a collector at the n-type well region NW in which the p-type unit transistor UTP of the input/output cell CL2 is formed, and an emitter at the n-type source region NS of the n-type unit transistor UTN of the input/output cell CL1. , the p-type well region PW in which the n-type unit transistor UTN of the input/output cell CL1 is formed is the base.

n型ガードリングNHに電源電位配線VDD2から電源電位を給電する場合、A部と上記の給電部PFD2との間に配線抵抗R2が介在する。一方、p型単位トランジスタUTPのp型ソース領域PSおよびn型ゲートリングNHには、その上に配置された電源電位配線VDD1から電源電位が供給される。この配線抵抗R2の影響で、p型単位トランジスタUTPのp型ソース領域PS(寄生トランジスタBiP3のエミッタ)と、n型ウェル領域NW(寄生トランジスタBiP3のベース)との間に電位差が生じやすくなる。そして、寄生トランジスタBiP3のベース電流が発生し、寄生トランジスタBiP3がターンオンする。寄生トランジスタBiP3がターンオンすると、寄生トランジスタBiP3のコレクタ電流が、寄生トランジスタBiP4のベース電位を上昇させるため、寄生トランジスタBiP4がターンオンし、ラッチアップ現象が発生する。 When power supply potential is supplied to the n-type guard ring NH from the power supply potential wiring VDD2, a wiring resistance R2 is interposed between the portion A and the power supply portion PFD2. On the other hand, the p-type source region PS of the p-type unit transistor UTP and the n-type gate ring NH are supplied with the power supply potential from the power supply potential wiring VDD1 arranged thereon. Due to the influence of this wiring resistance R2, a potential difference is likely to occur between the p-type source region PS of the p-type unit transistor UTP (the emitter of the parasitic transistor BiP3) and the n-type well region NW (the base of the parasitic transistor BiP3). Then, a base current of the parasitic transistor BiP3 is generated and the parasitic transistor BiP3 is turned on. When the parasitic transistor BiP3 turns on, the collector current of the parasitic transistor BiP3 raises the base potential of the parasitic transistor BiP4, which turns on the parasitic transistor BiP4, causing a latch-up phenomenon.

図15および図16に示すように、変形例2の半導体装置では、入出力セルCL1およびCL2の間にp型ウェル領域PWを設け、入出力セルCL1のn型ウェル領域NWと入出力セルCL2のn型ウェル領域NWとを分離する。さらに、p型ウェル領域PWの表面には、p型ガードリングPHを設け、基準電位パッド電極PDGに接続することで、p型ガードリングPHに基準電位を給電する。なお、p型ウェル領域PWを設けることなく、入出力セルCL1のn型ウェル領域NWと入出力セルCL2のn型ウェル領域NWとを、p型の半導体基板SUBで分離する構造としてもよい。 As shown in FIGS. 15 and 16, in the semiconductor device of Modification 2, a p-type well region PW is provided between input/output cells CL1 and CL2, and an n-type well region NW of input/output cell CL1 and input/output cell CL2 are provided. from the n-type well region NW. Furthermore, a p-type guard ring PH is provided on the surface of the p-type well region PW, and is connected to the reference potential pad electrode PDG to supply the reference potential to the p-type guard ring PH. Note that the n-type well region NW of the input/output cell CL1 and the n-type well region NW of the input/output cell CL2 may be separated by the p-type semiconductor substrate SUB without providing the p-type well region PW.

このような構成とすることで、仮に、PNP型の寄生トランジスタBiP3がターンオンしても、寄生トランジスタBiP3のコレクタ電流は、p型ウェル領域PWおよびp型ガードリングPHを介して基準電位パッド電極PDGに流れるため、上記のラッチアップ現象の発生を防止することができる。 With such a configuration, even if the PNP-type parasitic transistor BiP3 is turned on, the collector current of the parasitic transistor BiP3 is transferred to the reference potential pad electrode PDG through the p-type well region PW and the p-type guard ring PH. Therefore, the occurrence of the latch-up phenomenon can be prevented.

<変形例3>
変形例3は、上記実施の形態の変形例である。図17は、変形例3の半導体装置の断面図である。変形例3は、上記実施の形態の配線抵抗R2を低減する例である。
<Modification 3>
Modification 3 is a modification of the above embodiment. FIG. 17 is a cross-sectional view of a semiconductor device of Modification 3. FIG. Modification 3 is an example of reducing the wiring resistance R2 of the above embodiment.

図17に示すように、A部から給電部PFD2に至るn型ガードリングNHに沿って金属配線M1が配置されており、金属配線M1は、A部および給電部PFD2において、プラグ電極PG1でn型ガードリングNHに接続されている。シリサイド層SILの比抵抗r3に比べ、金属配線M1の比抵抗r4は、一桁程度低く、r4≪r3と見なすことができる。つまり、A部と給電部PFD2との間を、シリサイド層SILと金属配線M1とが並列接続された積層構造とすることで、A部と給電部PFD2との間の配線抵抗R4を上記の配線抵抗R2よりも低減することができる。 As shown in FIG. 17, a metal wiring M1 is arranged along the n-type guard ring NH from the A portion to the power feeding portion PFD2. It is connected to the type guard ring NH. Compared with the specific resistance r3 of the silicide layer SIL, the specific resistance r4 of the metal wiring M1 is about one digit lower, and can be regarded as r4<<r3. That is, by forming a layered structure in which the silicide layer SIL and the metal wiring M1 are connected in parallel between the A portion and the power feeding portion PFD2, the wiring resistance R4 between the A portion and the power feeding portion PFD2 can be reduced by the above wiring. It can be reduced more than the resistance R2.

従って、上記実施の形態に比べ、A部と給電部PFD2との電位差を低減することができるため、変形例2で説明したラッチアップ現象の発生を抑制することができる。 Therefore, the potential difference between the A portion and the power supply portion PFD2 can be reduced as compared with the above-described embodiment, so that the occurrence of the latch-up phenomenon described in Modification 2 can be suppressed.

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified without departing from the gist of the invention. Needless to say.

その他、上記実施の形態に記載された内容の一部を以下に記載する。
[付記1]
主面を有する第1導電型の半導体基板と、
前記主面上に形成された第1パッド電極および第2パッド電極と、
前記主面上に形成され、前記第1パッド電極と接続された第1入出力セルおよび前記第2パッド電極と接続された第2入出力セルと、
前記第1入出力セルおよび前記第2入出力セルと交差して配置され、前記第2入出力セルに電源電位を供給する第1電源電位配線と、
前記第1入出力セルおよび前記第2入出力セルと交差して配置され、前記第1入出力セルおよび前記第2入出力セルに前記電源電位を供給する第2電源電位配線と、
前記第1入出力セルおよび前記第2入出力セルに基準電位を供給する第1基準電位配線と、
前記主面上に形成され、前記第1入出力セルおよび前記第2入出力セルに対して、前記第1パッド電極および前記第2パッド電極の反対側に配置された内部回路領域と、
を備え、
前記第1入出力セルは、
前記半導体基板内に形成された前記第1導電型の第1ウェル領域と、
前記半導体基板内に形成され、平面視において、前記第1ウェル領域を囲むように配置された、前記第1導電型とは異なる導電型である第2導電型の第2ウェル領域と、
前記半導体基板内に形成され、前記第2ウェル領域と接触し、断面視において前記第1ウェル領域と前記半導体基板との間に配置された前記第2導電型の第3ウェル領域と、
前記第1ウェル領域内に形成された第1保護素子と、
前記第2ウェル領域内に形成され、平面視において、前記第1ウェル領域を囲むように配置された前記第2導電型の第1ガードリングと、
を含み、
前記第2入出力セルは、
前記第2ウェル領域内に形成された第2保護素子と、
前記第2ウェル領域内に形成され、平面視において、前記第2保護素子を囲む前記第2導電型の第2ガードリングと、
を含み、
前記第1電源電位配線、前記第2電源電位配線および前記第1基準電位配線は、前記第1入出力セルおよび前記第2入出力セルの上に配置されて前記主面の第1方向に延在し、
前記第1方向と交差する第2方向において、前記第1電源電位配線は、前記第2電源電位配線よりも前記第1パッド電極および前記第2パッド電極に近接して配置され、
前記第1保護素子は、複数の第1トランジスタで構成され、
前記第1トランジスタは、
前記半導体基板の前記主面上に第1ゲート絶縁膜を介して形成された第1ゲート電極と、
前記第1ゲート電極の両側において、前記第1ウェル領域内に配置された前記第2導電型の第1半導体領域および前記第2導電型の第2半導体領域と、
を含み、
前記第2保護素子は、複数の第2トランジスタで構成され、
前記第2トランジスタは、
前記半導体基板の前記主面上に第2ゲート絶縁膜を介して形成された第2ゲート電極と、
前記第2ゲート電極の両側において、前記第2ウェル領域内に配置された前記第1導電型の第3半導体領域および前記第1導電型の第4半導体領域と、
を含み、
前記第1半導体領域は、前記第1パッド電極に接続され、
前記第2半導体領域は、前記第1基準電位配線に接続され、
前記第3半導体領域は、前記第2パッド電極に接続され、
前記第4半導体領域は、前記第1電源電位配線に接続され、
前記第1方向と交差する第2方向において、前記第1電源電位配線は、前記第2電源電位配線よりも前記第1パッド電極に近接して配置されており、
前記第2入出力セルにおいて、前記第2ガードリングは、第1給電部で前記第1電源電位配線に接続されており、
前記第1入出力セルにおいて、前記第1ガードリングは、第2給電部で前記第2電源電位配線に接続されているが、前記第1電源電位配線には接続されていない、半導体装置。
[付記2]
付記1に記載の半導体装置において、
前記第1ガードリングの表面上にはシリサイド層が形成されている、半導体装置。
[付記3]
付記2に記載の半導体装置において、
前記第1方向において、前記第1ガードリングから前記第2ガードリングに至る前記第2ウェル領域の第1抵抗値は、前記第1ガードリングと前記第1電源電位配線とが交差する領域から前記第2給電部に至る前記シリサイド層の第2抵抗値よりも大きい、半導体装置。
In addition, part of the content described in the above embodiment will be described below.
[Appendix 1]
a first conductivity type semiconductor substrate having a main surface;
a first pad electrode and a second pad electrode formed on the main surface;
a first input/output cell formed on the main surface and connected to the first pad electrode and a second input/output cell connected to the second pad electrode;
a first power supply potential wiring arranged to intersect the first input/output cell and the second input/output cell and supplying a power supply potential to the second input/output cell;
a second power supply potential wiring arranged to cross the first input/output cell and the second input/output cell and supplying the power supply potential to the first input/output cell and the second input/output cell;
a first reference potential wiring that supplies a reference potential to the first input/output cell and the second input/output cell;
an internal circuit region formed on the main surface and arranged on the opposite side of the first pad electrode and the second pad electrode with respect to the first input/output cell and the second input/output cell;
with
The first input/output cell is
a first well region of the first conductivity type formed in the semiconductor substrate;
a second well region of a second conductivity type, which is a conductivity type different from the first conductivity type, formed in the semiconductor substrate and arranged to surround the first well region in plan view;
a third well region of the second conductivity type formed in the semiconductor substrate, in contact with the second well region, and arranged between the first well region and the semiconductor substrate in a cross-sectional view;
a first protection element formed in the first well region;
a first guard ring of the second conductivity type formed in the second well region and arranged to surround the first well region in plan view;
including
The second input/output cell is
a second protection element formed in the second well region;
a second conductivity type second guard ring formed in the second well region and surrounding the second protection element in plan view;
including
The first power supply potential wiring, the second power supply potential wiring and the first reference potential wiring are arranged on the first input/output cell and the second input/output cell and extend in the first direction of the main surface. exist,
In a second direction intersecting the first direction, the first power supply potential wiring is arranged closer to the first pad electrode and the second pad electrode than the second power supply potential wiring,
The first protection element is composed of a plurality of first transistors,
The first transistor is
a first gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate with a first gate insulating film interposed therebetween;
the first semiconductor region of the second conductivity type and the second semiconductor region of the second conductivity type arranged in the first well region on both sides of the first gate electrode;
including
The second protection element is composed of a plurality of second transistors,
the second transistor,
a second gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate with a second gate insulating film interposed therebetween;
the first conductivity type third semiconductor region and the first conductivity type fourth semiconductor region disposed in the second well region on both sides of the second gate electrode;
including
the first semiconductor region is connected to the first pad electrode;
the second semiconductor region is connected to the first reference potential wiring,
the third semiconductor region is connected to the second pad electrode;
the fourth semiconductor region is connected to the first power supply potential wiring,
In a second direction intersecting the first direction, the first power supply potential wiring is arranged closer to the first pad electrode than the second power supply potential wiring,
In the second input/output cell, the second guard ring is connected to the first power supply potential wiring at a first power supply section,
The semiconductor device, wherein in the first input/output cell, the first guard ring is connected to the second power supply potential wiring at the second power supply section, but is not connected to the first power supply potential wiring.
[Appendix 2]
In the semiconductor device according to Supplementary Note 1,
A semiconductor device, wherein a silicide layer is formed on the surface of the first guard ring.
[Appendix 3]
In the semiconductor device according to Supplementary Note 2,
In the first direction, the first resistance value of the second well region from the first guard ring to the second guard ring increases from the crossing region of the first guard ring and the first power supply potential wiring to the A semiconductor device, wherein the second resistance value of the silicide layer reaching the second power supply portion is greater than the second resistance value.

BiP1、BiP2、BiP3、BiP4 寄生トランジスタ
CL セル
CL1、CL2 入出力セル
CLP 電源セル
DNW ディープウェル領域(n型ウェル領域、n型半導体領域)
ESD1、ESD2 保護素子
ESL1、ESL2 ロジック回路(入出力ロジック回路)
GE ゲート電極
GI ゲート絶縁膜
GND1、GND2 基準電位配線(入出力用基準電位配線)
GNDL 基準電位配線(内部用基準電位配線)
I1、I2 電流経路
IL1~IL6 絶縁膜(層間絶縁膜)
ITC 内部回路(内部ロジック回路)
LS レベルシフト回路
M1、M2、M3 金属配線
ND n型ドレイン領域(n型半導体領域)
NH n型ガードリング(n型半導体領域)
NMOS nチャネル型トランジスタ
NS n型ソース領域(n型半導体領域)
NW n型ウェル領域(n型半導体領域)
PC パワークランプ回路
PD パッド電極(端子)
PD1、PD2 入出力パッド電極
PDG 基準電位パッド電極
PDN p型ドレイン領域(p型半導体領域)
PDV 電源電位パッド電極
PFD1、PFD2、PFD3、PFD4、PFD5 給電部
PG1、PG2、PG3 プラグ電極(金属導体層)
PH p型ガードリング(p型半導体領域)
PMOS pチャネル型トランジスタ
PS p型ソース領域(p型半導体領域)
PW p型ウェル領域(p型半導体領域)
R1 寄生抵抗
R2、R3,R4 配線抵抗(寄生抵抗)
RIT 内部回路領域
RA 保護素子領域
RB ロジック回路領域(入出力ロジック回路領域)
SIL シリサイド層
STI 素子分離膜
SUB 半導体基板
SUBa 主面
UTN n型単位トランジスタ
UTP p型単位トランジスタ
VDD1、VDD2 電源電位配線(入出力用電源電位配線)
VDDL 電源電位配線(内部用電源電位配線)
BiP1, BiP2, BiP3, BiP4 Parasitic transistor CL Cell CL1, CL2 Input/output cell CLP Power supply cell DNW Deep well region (n-type well region, n-type semiconductor region)
ESD1, ESD2 protection element ESL1, ESL2 logic circuit (input/output logic circuit)
GE gate electrode GI gate insulating film GND1, GND2 reference potential wiring (reference potential wiring for input/output)
GNDL Reference potential wiring (internal reference potential wiring)
I1, I2 current paths IL1 to IL6 insulating films (interlayer insulating films)
ITC internal circuit (internal logic circuit)
LS Level shift circuit M1, M2, M3 Metal wiring ND N-type drain region (n-type semiconductor region)
NH n-type guard ring (n-type semiconductor region)
NMOS n-channel transistor NS n-type source region (n-type semiconductor region)
NW n-type well region (n-type semiconductor region)
PC Power clamp circuit PD Pad electrode (terminal)
PD1, PD2 input/output pad electrode PDG reference potential pad electrode PDN p-type drain region (p-type semiconductor region)
PDV Power supply potential pad electrode PFD1, PFD2, PFD3, PFD4, PFD5 Feeding part PG1, PG2, PG3 Plug electrode (metal conductor layer)
PH p-type guard ring (p-type semiconductor region)
PMOS p-channel transistor PS p-type source region (p-type semiconductor region)
PW p-type well region (p-type semiconductor region)
R1 Parasitic resistance R2, R3, R4 Wiring resistance (parasitic resistance)
RIT Internal circuit area RA Protection element area RB Logic circuit area (input/output logic circuit area)
SIL silicide layer STI element isolation film SUB semiconductor substrate SUBa main surface UTN n-type unit transistor UTP p-type unit transistor VDD1, VDD2 power supply potential wiring (power supply potential wiring for input/output)
VDDL power supply potential wiring (internal power supply potential wiring)

Claims (8)

主面を有する第1導電型の半導体基板と、
前記主面上に形成された第1パッド電極と、
前記主面上に形成され、前記第1パッド電極と接続された第1入出力セルと、
前記第1入出力セルと交差して配置された第1電源電位配線と、
前記第1入出力セルと交差して配置され、前記第1入出力セルに電源電位を供給する第2電源電位配線と、
前記第1入出力セルと交差して配置され、前記第1入出力セルに基準電位を供給する第1基準電位配線と、
前記主面上に形成され、前記第1入出力セルに対して、前記第1パッド電極の反対側に配置された内部回路領域と、
を備え、
前記第1入出力セルは、
前記半導体基板内に形成された前記第1導電型の第1ウェル領域と、
前記半導体基板内に形成され、平面視において、前記第1ウェル領域を囲むように配置された、前記第1導電型とは異なる導電型である第2導電型の第2ウェル領域と、
前記半導体基板内に形成され、前記第2ウェル領域と接触し、断面視において前記第1ウェル領域と前記半導体基板との間に配置された前記第2導電型の第3ウェル領域と、
前記第1ウェル領域内に形成された第1保護素子と、
前記第2ウェル領域内に形成され、平面視において、前記第1ウェル領域を囲むように配置された前記第2導電型の第1ガードリングと、
を含み、
前記第1電源電位配線、前記第2電源電位配線および前記第1基準電位配線は、前記第1入出力セル上に配置されて前記主面の第1方向に延在し、
前記第1電源電位配線は、前記第2電源電位配線よりも前記第1パッド電極に近接して配置され、
前記第1保護素子は、前記第1方向および前記第1方向と交差する第2方向において、マトリックス状に配置された複数の第1トランジスタで構成され、
前記第1トランジスタは、
前記半導体基板の前記主面上に第1ゲート絶縁膜を介して形成された第1ゲート電極と、
前記第1ゲート電極の両側において、前記第1ウェル領域内に配置された前記第2導電型の第1半導体領域および前記第2導電型の第2半導体領域と、
を含み、
前記第1半導体領域は、前記第1パッド電極に接続され、
前記第2半導体領域は、前記第1基準電位配線に接続され、
前記第1入出力セルにおいて、前記第1ガードリングは、第1給電部で前記第2電源電位配線に接続されているが、前記第1電源電位配線には接続されていない、半導体装置。
a first conductivity type semiconductor substrate having a main surface;
a first pad electrode formed on the main surface;
a first input/output cell formed on the main surface and connected to the first pad electrode;
a first power supply potential wiring arranged to cross the first input/output cell;
a second power supply potential wiring arranged to cross the first input/output cell and supplying a power supply potential to the first input/output cell;
a first reference potential wiring arranged to cross the first input/output cell and supplying a reference potential to the first input/output cell;
an internal circuit region formed on the main surface and arranged opposite to the first pad electrode with respect to the first input/output cell;
with
The first input/output cell is
a first well region of the first conductivity type formed in the semiconductor substrate;
a second well region of a second conductivity type, which is a conductivity type different from the first conductivity type, formed in the semiconductor substrate and arranged to surround the first well region in plan view;
a third well region of the second conductivity type formed in the semiconductor substrate, in contact with the second well region, and arranged between the first well region and the semiconductor substrate in a cross-sectional view;
a first protection element formed in the first well region;
a first guard ring of the second conductivity type formed in the second well region and arranged to surround the first well region in plan view;
including
the first power supply potential wiring, the second power supply potential wiring and the first reference potential wiring are arranged on the first input/output cell and extend in the first direction of the main surface;
the first power supply potential wiring is arranged closer to the first pad electrode than the second power supply potential wiring,
The first protection element is composed of a plurality of first transistors arranged in a matrix in the first direction and in a second direction intersecting the first direction,
The first transistor is
a first gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate with a first gate insulating film interposed therebetween;
the first semiconductor region of the second conductivity type and the second semiconductor region of the second conductivity type arranged in the first well region on both sides of the first gate electrode;
including
the first semiconductor region is connected to the first pad electrode;
the second semiconductor region is connected to the first reference potential wiring,
The semiconductor device, in the first input/output cell, wherein the first guard ring is connected to the second power supply potential wiring at the first power supply section, but is not connected to the first power supply potential wiring.
請求項1に記載の半導体装置において、
平面視において、前記第1ガードリングは、リング形状を有し、
前記第1ガードリングの外側において、前記第1電源電位配線と前記第2電源電位配線とは互いに接続されている、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
In plan view, the first guard ring has a ring shape,
The semiconductor device, wherein the first power supply potential wiring and the second power supply potential wiring are connected to each other outside the first guard ring.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1ガードリングの表面上にはシリサイド層が形成されている、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device, wherein a silicide layer is formed on the surface of the first guard ring.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1給電部は、
前記第1ガードリング上に配置され、前記第1ガードリングに接続された第1プラグ電極と、
前記第1プラグ電極上に配置され、前記第1プラグ電極に接続された第1金属配線と、
を含み、
前記第1ガードリングは、前記第1プラグ電極および前記第1金属配線を介して、前記第2電源電位配線に接続されている、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The first power supply unit
a first plug electrode disposed on the first guard ring and connected to the first guard ring;
a first metal wiring disposed on the first plug electrode and connected to the first plug electrode;
including
The semiconductor device, wherein the first guard ring is connected to the second power supply potential wiring via the first plug electrode and the first metal wiring.
請求項4に記載の半導体装置において、
前記第1入出力セルは、前記第1ガードリングと前記第1電源電位配線とが交差する領域に、前記第1ガードリング上に配置された第2プラグ電極、を含み、
前記第1金属配線は、前記第1ガードリングに沿って延在し、前記第2プラグ電極に接続している、半導体装置。
In the semiconductor device according to claim 4,
the first input/output cell includes a second plug electrode arranged on the first guard ring in a region where the first guard ring and the first power supply potential wiring intersect;
The semiconductor device, wherein the first metal wiring extends along the first guard ring and is connected to the second plug electrode.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1入出力セルは、さらに、前記第2ウェル領域内に形成された第2トランジスタを備え、
前記第2トランジスタは、
前記半導体基板の前記主面上に第2ゲート絶縁膜を介して形成された第2ゲート電極と、
前記第2ゲート電極の両側において、前記第2ウェル領域内に配置された前記第1導電型の第3半導体領域および前記第1導電型の第4半導体領域と、
を含み、
前記第3半導体領域は、前記第2電源電位配線に接続されている、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
said first input/output cell further comprising a second transistor formed in said second well region;
the second transistor,
a second gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate with a second gate insulating film interposed therebetween;
the first conductivity type third semiconductor region and the first conductivity type fourth semiconductor region disposed in the second well region on both sides of the second gate electrode;
including
The semiconductor device, wherein the third semiconductor region is connected to the second power supply potential wiring.
請求項6に記載の半導体装置において、
前記第2方向において、前記第1基準電位配線は、前記第1電源電位配線と前記第2電源電位配線との間に配置されている、半導体装置。
In the semiconductor device according to claim 6,
In the semiconductor device, the first reference potential wiring is arranged between the first power supply potential wiring and the second power supply potential wiring in the second direction.
請求項1に記載の半導体装置において、
さらに、
前記主面上に形成された第2パッド電極と、
前記第1方向において前記第1入出力セルと隣接し、前記第2パッド電極と接続された第2入出力セルと、
を備え、
前記第2入出力セルは、
前記半導体基板内に形成され、前記第1方向において、前記第2ウェル領域から離間して配置された前記第2導電型の第4ウェル領域と、
前記第4ウェル領域内に形成された第2保護素子と、
前記第4ウェル領域内に形成され、平面視において、前記第2保護素子を囲む前記第2導電型の第2ガードリングと、
前記半導体基板内に形成され、平面視において、前記第2ウェル領域と前記第4ウェル領域との間に配置された前記第1導電型の第5ウェル領域と、
を含み、
前記第2保護素子は、複数の第3トランジスタで構成され、
前記第3トランジスタは、
前記半導体基板の前記主面上に第3ゲート絶縁膜を介して形成された第3ゲート電極と、
前記第3ゲート電極の両側において、前記第4ウェル領域内に配置された前記第1導電型の第5半導体領域および前記第1導電型の第6半導体領域と、
を含み、
前記第5半導体領域は、前記第2パッド電極に接続されており、
前記第2ガードリングおよび前記第6半導体領域は、前記第1電源電位配線に接続されており、
前記第5ウェル領域は、前記第1基準電位配線に接続されている、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
moreover,
a second pad electrode formed on the main surface;
a second input/output cell adjacent to the first input/output cell in the first direction and connected to the second pad electrode;
with
The second input/output cell is
a fourth well region of the second conductivity type formed in the semiconductor substrate and spaced from the second well region in the first direction;
a second protection element formed in the fourth well region;
a second conductivity type second guard ring formed in the fourth well region and surrounding the second protection element in plan view;
a fifth well region of the first conductivity type formed in the semiconductor substrate and arranged between the second well region and the fourth well region in plan view;
including
The second protection element is composed of a plurality of third transistors,
the third transistor,
a third gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate with a third gate insulating film interposed therebetween;
the first conductivity type fifth semiconductor region and the first conductivity type sixth semiconductor region disposed in the fourth well region on both sides of the third gate electrode;
including
the fifth semiconductor region is connected to the second pad electrode;
the second guard ring and the sixth semiconductor region are connected to the first power supply potential wiring;
The semiconductor device, wherein the fifth well region is connected to the first reference potential wiring.
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