JPH025478A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置、特に入力保護回路を備えた半導体
装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置、特に絶縁ゲート型電界効果集積回路（ＭＯ
Ｓ−ＩＣ）においては、ゲート絶縁膜として厚さ２０〜
３０ｎｍと非常に薄いシリコン酸化膜が使用されており
摩擦等による静電気やノイズ電圧などにより容易に絶縁
破壊し、入力保護機能を設けないと実使用上支障を来な
すことはよく知られている。また、今後ＭＯ３−ＩＣは
高集積化、高性能化が進み、ゲート絶縁膜は、さらに薄
膜化の方向にあり、問題は重大となりつつある。

第２図は従来の半導体保護装置の一例の等価回路図であ
る。

この等価回路は、抵抗Ｒ，，Ｒ２と、トランジスタＱ＋
（ゲートは入力端子Ｐと抵抗Ｒ１の一端に、ドレインは
抵抗Ｒ１の他端と抵抗Ｒ２の一端に、ソースは接地電位
にそれぞれ接続されている）と、トランジスタＱ２（ゲ
ートとソースは接地電位に、ドレインは抵抗Ｒ２の他端
と内部回路であるトランジスタＱ３の入力ゲートにそれ
ぞれ接続されている）とにより構成されている。

入力端子Ｐは通常ボンディング用のアルミパッドに接続
されている。また、トランジスタＱ３は保護されるべき
内部回路のトランジスタであり、そのゲート絶縁膜は前
述のように厚さ２０〜３０ｎｍのシリコン酸化膜が使用
される。トランジスタＱ２はパンチスルートランジスタ
で、ソース・トレイン間に２０Ｖ前後の異常電圧が印加
されると導通し、入力電圧をクランプする働きがある。

トランジスタＱ２のゲート絶縁膜としてはトランジスタ
Ｑ３と同様のものを用いることが普通である。トランジ
スタＱｌは、しきい値電圧が２０Ｖ程度のトランジスタ
６００ｎｍ程度の厚いシリコン酸化膜がゲート絶縁膜と
して用いられており、通常、いわゆるチャネルストッパ
領域と同時に形成される。抵抗Ｒ，，Ｒ２は時定数を設
けて入力パルス波形をなまらせ、またトランジスタＱ１
あるいはＱ２が導通状態になった際に電流を制限する目
的があり、通常半導体基板と反対導電型の不純物拡散層
あるいはリンなどの不純物を含んだ多結晶シリコン層で
形成することが多い。

第３図は第２図の等価回路を半導体基板に形成したもの
の平面図である。

半導体基板には、通常の方法により能動領域である不純
物拡散層４Ａ〜４Ｃ，５Ａ〜５Ｃ、リンを含む多結晶シ
リコン層１１、コンタクト開口部７Ａ〜７Ｃ２およびポ
ンディングパッド８とアルミニウム配線層９、ボンディ
ング用のパッドスルーホールパターン１２が設けられる
。また、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２は不純物拡散層で形成され
る。

ボンディング用パッド８はアルミニウムで形成され、半
導体チップ表面全体を覆っているパッシベーション膜（
図示せず）でパッケージのリード電極（図示せず）と接
続できるようになっており、これが第２図の入力端子Ｐ
に相当する。そして、ポンディングパッド８（入力端子
Ｐ）はコンタクト開口部７Ａを通して不純物拡散層４Ａ
（第３図の抵抗Ｒ１に相当）と接続され、さらにこの不
純物拡散層１０３Ａ（抵抗Ｒ１）を経てトランジスタＱ
１のドレイン領域に至る。

また、トランジスタＱ１のソースを形成する不純物拡散
層５Ａはコンタクト開口部７Ｂを通して接地電位のアル
ミニウム配線層９に接続され、さらに抵抗Ｒ２を形成す
る不純物拡散層４Ｂ、４Ｃの領域を経てトランジスタＱ
２のドレイン領域（図示せず）に至る。また、接地電位
に保たれた多結晶シリコン層１１によりトランジスタＱ
２のゲート電極（図示せず）が形成され、一方トランジ
スタＱ２のソース（図示せず）を形成する不純物拡散１
５Ｂの領域はコンタクト開口部７Ｃを通して接地電位の
アルミニウム配線Ｍ９に接続されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の入力保護回路は、レイアウトに大きく依
存し、レイアウト上の制約となることが多いという欠点
がある。例えば、第３図において、ポンディングパッド
８に異常電圧が印加されると、この部分には何らの保護
機能が無いためこの異常電圧がトランジスタＱ！、Ｑ２
などの保護素子に伝達される以前にコンタクト開口部７
Ａ付近の不純物拡散層４Ａの接合がブレイクダウンして
しまう。この時、コンタクト開口部７Ａ付近に他の基準
電位の不純物拡散層５Ｃの領域が存在すると、異常電流
が不純物拡散層５Ｃの接合部のごく一部（図示せず）に
集中し、その部分のコンタクト抵抗によって瞬時的に高
温になり、コンタクト開口部７Ｄ上のアルミニウム配線
と直下の不純物拡散層を形成しているシリコン基板とが
合金化しアルミニウムがシリコンへ溶融して行く、いわ
ゆるスパイクが発生して接合部の破壊や上部アルミニウ
ムの溶融、短絡を生ずる。

また、不純物拡散層４Ａの接合部にとって順方向のサー
ジ電圧の場合は、不純物拡散１１５　Ｃの接合が破壊さ
れる。この場合、コンタクト開口部７Ｄが一つしかない
コンタクト抵−抗の大きい不純物拡散層という場合には
さらに問題が顕著となる。

このように、従来の入力保護装置では他の入力パッドに
付属している入力保護装置、内部回路などの不純物拡散
層との位置関係に注意を要し、レイアウト上の制約事項
となっている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、半導体基板に入力端子と内部回路とが設けら
れ、前記入力端子と内部回路との間に抵抗を含む入力保
護回路が設けられている半導体装置において、前記入力
保護回路近傍に位置し電源電位または接地電位が印加さ
れる不純物拡散層の深さを前記保護回路及び内部回路に
設けられている不純物拡散層よりも深く形成することに
より構成されている。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例の平面図及び
Ｘ−Ｙ線断面図である。

半導体基板１にウェル２を形成し、ＬＯＣＯ３法により
フィールド酸化膜３を形成する。次に、不１ノ［物拡散
層４Ａ〜４Ｃ，５Ａ〜５Ｃを形成する。不純物拡散層４
Ａ〜４Ｃは入力端子にも接続される抵抗Ｆ’（、、Ｒ２
となる。不純物拡散層５Ａ〜５Ｃはウェル２と同導電型
で、接地電位に保持される。眉間絶縁膜６で覆い、コン
タクト開口部７Ａ〜７Ｄをあけ、アルミニウムのポンデ
ィングパッド８及びアルミニウム配線層９を形成した後
、配線膜１０で覆う。ここで重要なことは、入力保護回
路近傍の電源電位あるいは接地電位が印加される不純物
拡散層、例えば不純物拡散層５Ｃにこれと同導電型のウ
ェル２を設け、内部回路の他の不純物拡散層よりも深く
することである。例えば、不純物拡散層５Ａ〜５Ｃの深
さを０．３μｍとすると、ウェル２の深さは５μｍにす
る。

このように形成された半導体装置において、ポンディン
グパッド８に異常電圧が印加されて、コンタクト開口部
７Ａ付近の不純物拡散層５Ｃの接合部に異常電流が集中
し、コンタクト開口部７Ｄの接合部５Ｃが発熱してスパ
イクが発生しても、このコンタクト開口部７　、Ｄは不
純物拡散／ｆｆ１５ｃに比べ深い不純物拡散層ｉ層のウ
ェル層２内に形成されているため、スパイクが半導体基
板１まで達せず、電源電位あるいは接地電位の不純物拡
散層５Ｃと半導体基板１との短絡を防止することができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、入力端子に設置された
入力保護回路の近傍に位置する電源あるいは接地電位に
接続された不純物拡散層の深さを内部回路内で設置され
ている不純物拡散層に比べて深く形成することにより、
入力端子への異常電圧印加による入力保護回路近傍の電
源あるいは接地電位に接続された不純物拡散層での異常
電流発生による接合破壊を防止できる効果がある。

ン層、１２・・・パッドスルーホール、Ｐ・・・入力端
子。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例の平面図及び
Ｘ−Ｙ線断面図、第２図は従来の半導体入力保護装置の
一例等価回路図、第３図は第２図の等価回路を半導体基
板に形成したものの平面図である。 １・・・半導体基板、２・・・ウェル、３・・・フィー
ルド酸化膜、４Ａ〜４Ｃ，５Ａ〜５Ｃ・・・不純物拡散
層、６・・・層間絶縁膜、７Ａ〜７Ｄ・・・コンタクト
用開口部、８・・・ポンディングパッド、９・・・アル
ミニウム配線層、１０・・・絶縁膜、１１・・・多結晶
シリコ第 凹 Ｉ冒 ジＱ 図 月 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板に入力端子と内部回路とが設けられ、前記入
   力端子と内部回路との間に抵抗を含む入力保護回路が設
   けられている半導体装置において、前記入力保護回路近
   傍に位置し電源電位または接地電位が印加される不純物
   拡散層の深さを前記保護回路及び内部回路に設けられて
   いる不純物拡散層よりも深く形成したことを特徴とする
   半導体装置。