JPH04206768A - 半導体装置の保護回路 - 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］ この発明は、半導体装置の静電耐圧（ＥＳＤ）の向上を
図るために入力部に保護ダイオードを接続した半導体装
置の保護回路に関する。

［従来の技術］ 半導体装置では、ボンディングワイヤを伝わってきた過
電圧が、電極パッドから半導体内部に印加され、ゲート
酸化膜を破壊することがある。このため、一般には、電
極パッドと内部回路との間に保護回路を設けるようにし
ている。

第４図は、このような保護回路として保護ダイオードを
設けた半導体装置の入力部の回路図である。

電極パッド６から図示しない内部回路に信号を伝達する
信号線と５ｖのＶＤＤ電源端子との間及び信号線と接地
端子との間には、夫々保護ダイオード７．８が逆バイア
ス方向に接続されている。

第５図は、この保護回路の構造を示す図で、同図（ａ）
はその平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＢ−Ｂ
線による切断断面図、同図（Ｃ）は同図（ａ）における
Ｃ−Ｃ線による切断断面図である。

Ｎ型基板１の上部には、イオン打ち込み及び拡散等の工
程を経てＮ型ウェル２及びＰ型ウェル３が選択的に形成
され、更にこれらＮ型ウェル２及びＰ型ウェル３の上部
にフィールド酸化工程により、ＳｉＯ２のフィールド酸
化膜４か形成されている。フィールド酸化膜４の上には
、Ａ１の蒸着等によって形成された金属配線層５が設け
られている。この金属配線層５は、その一端か電極パッ
ド６を構成するのに必要な大きさの正方形に形成され、
その他端が図示しない内部回路に接続されたものとなっ
ている。また、金属配線層５の電極パッド６から内部回
路へと至る部分には、保護ダイオード７．８か形成され
ている。

保護ダイオード７は、同図（ｂ）に示すように、Ｎ型ウ
ェル２に打ち込まれたＰ型拡散層１１と上記Ｎ型ウェル
２との間のＰＮ接合を利用したもので、Ｐ型拡散層１１
はコンタクトホール１２を介して金属配線層５とコンタ
クトされている。

また、保護ダイオード８は、同図（Ｃ）に示すように、
Ｐ型ウェル３に打ち込まれたＮ型拡散層１３と上記Ｐ型
ウェル３との間のＰＮ接合を利用したもので、Ｎ型拡散
層１３は、コンタクトホール１４を介して上部の金属配
線層５とコンタクトされている。

そして、これらの上部には、パッシベーション膜１５か
形成されている。このパッシベーション膜１５は電極パ
ッド６か露出するように選択的に開孔されたものとなっ
ている。

このように構成された従来の半導体装置の保護回路では
、ボンディングワイヤ１６を介して電極パッド６に正の
過電圧が印加されると、電流が金属配線層５及び保護ダ
イオード７を介してＮ型基板１に流れ込み、このＮ型基
板１を介してＶ。ｔ、電源側に電流か流れる。

一方、ボンディングワイヤ１６を介して電極パッド６に
負の過電圧か印加されると、電流か負電源によってバイ
アスされたＰ型ウェル３から保護ダイオード８、金属配
線層５、電極パッド６及びボンディングワイヤ１６を介
して流れる。

これにより、内部回路に過電圧が印加されるのか防止さ
れることになる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしなから、上述した従来の半導体装置の保護回路で
は、電極パッド６から保護ダイオード７゜８に至る金属
配線層５に過電圧か印加されるので、保護ダイオード７
．８を配置する位置か電極パッド６からあまり離れてい
ると、金属配線層５を伝達する際に、内部のゲート酸化
膜に過大な電圧が印加されてゲート酸化膜の破壊をもた
らすという問題がある。

一方、ボンディングの際には、電極パッド８か加熱され
るため、熱的影響を考慮すると、金属配線Ｎ５とＰ型拡
散層１１及びＮ型拡散層１３との結合部を、電極パッド
６にあまり近付けることができないという問題もある。

また、ポンディング精度の関係である程度パッドから距
離をとらなければならない。

更に、従来の保護回路では、保護ダイオード７゜８を形
成するために比較的大きな面積を必要とするため、レイ
アウト面積か大きくなってしまうという問題もある。

この発明は、このような従来の問題点を解決するために
なされたもので、十分な保護機能を有し、省スペース化
を図ることができる半導体装置の保護回路を提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するだめの手段］ この発明による半導体装置の保護回路は、第１導電型の
半導体基板と、この半導体基板上に形成されて外部電極
と接続される電極パッドと、この電極パッドの直下の前
記半導体基板中に形成されて前記半導体基板との間で保
護ダイオードを形成する第２導電型の拡散層とを備えた
ことを特徴とする。

［作用］ この発明によれば、電極パッドの直下に、拡散層と基板
とからなる保護ダイオードが配置されているので、過電
圧は、電極パッドから直ちにその直下の半導体基板に退
避させることができる。このため、内部回路に対する保
護機能を従来よりも向上させることができる。

また、この発明によれば、保護回路を構成する保護ダイ
オードが電極パッドの直下に形成されるので、従来、保
護ダイオード形成のために確保していたスペースが不要
となり、保護回路の省スペース化を図ることができる。

［実施例］ 以下、添付の図面に基づいてこの発明の実施例について
説明する。

第１図は、この発明の実施例を示すもので、−層メタル
プロセスにて製造される半導体装置の保護回路を示して
いる。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）に
おけるＡ−Ａ線による切断断面図である。

Ｎ型基板１の上部には、イオン打ち込み及び拡散等の工
程を経てＮ型ウェル２及びＰ型ウェル３が選択的に形成
され、更にこれらＮ型ウェル２及びＰ型ウェル３の上部
にフィールド酸化工程により、５ｊＯｚのフィールド酸
化膜２４が形成されている。フィールド酸化膜２４の上
には、ＡＩの蒸着等により形成された金属配線層２５か
設けられている。この金属配線層２５は、その一端が電
極パッド２６を構成するのに必要な大きさの正方形に形
成され、その他端が図示しない内部回路に接続されてい
る。

金属配線層２５の電極パッド２６の直下のＮ型ウェル２
には、Ｐ型拡散層３Ｉが形成されている。

そして、このＰ型拡散層３１とＮ型ウェル２との間のＰ
Ｎ接合によって保護ダイオード３２が形成されている。

また、金属配線層２５の電極パッド２６から内部回路へ
と至る部分には、保護ダイオード３３か形成されている
。保護ダイオード３３は、Ｐ型ウェル３に打ち込まれた
Ｎ型拡散層３４と上記Ｐ型ウェル３との間のＰＮ接合を
利用したもので、Ｎ型拡散層３４は、コンタクトホール
３５を介して上部の金属配線層２５とコンタクトされて
いる。

そして、これらの上部には、パッシベーション膜３６が
形成されている。このパッシベーション膜３６は電極パ
ッド２６が露出するように選択的に開孔されたものとな
っている。

なお、Ｎ型基板ｌは、Ｎ型ウェル２に拡散形成されたＮ
型拡散層３７、コンタクトホール３９及び電源ライン３
８を介してＶＤｌ）（５ｖ）電源に接続されている。ま
た、Ｎ型基板１中に形成されたＰ型ウェル３は、図示し
ない接地ラインを介して接地されている。

このように構成された半導体装置の保護回路において、
いま、電極パッド２６の直下のＰ型拡散層３１、Ｎ型ウ
ェル２、Ｎ型基板１及び電源ライン３８側のＮ型拡散層
３７に着目すると、これは、第２図に示すようなダイオ
ードを構成している。

これは、電極パッド２６に直接結合されているので、第
３図に示すような回路図で表すことができる。

従って、ボンディングワイヤ１６を介して電極パッド２
６に正の過電圧が印加されると、電流か電極パッド２６
からその直下の保護ダイオード３２を介してＮ型基板１
に至り、更に電源ライン３８側へと流れていくので、内
部回路には全く影響を与えずに、過電圧に対する保護を
図ることができる。

この実施例によれば、保護ダイオード３２の配置スペー
スが要らなくなるので、省スペース化を図ることができ
る。一般に、ＰＮ接合を利用した保護ダイオードは、ス
ペース的には数千μｍ２という大きな面積を必要とし、
チップサイズの縮小を図るうえでの大きなネックとなっ
ていた。しかし、この実施例によれば、電極パッド２６
が約１万μｍ２の面積を有しているので、保護ダイオー
ド３２の形成は充分に可能である。

一方、保護ダイオード３３については、従来とほぼ同様
の機能を実現するが、保護ダイオード３２か電極パッド
２６の直下に配置されたことにより、保護ダイオード３
３の配置の自由度が増すことはいうまでもない。

なお、上記実施例では、正電源側の保護ダイオード３２
を電極パッド２６の直下に配置したか、負電源側の保護
ダイオード３３を電極パッド２６の直下に配置するよう
にしてもよい。

［発明の効果〕 以上述べたように、この発明によれば、保護ダイオード
を構成する第２導電型の拡散層が電極パッドの直下に形
成されているので、電極パッドに印加される過電圧が内
部回路に影響を与えることがなく、十分な保護機能を有
すると共に、保護回路部分の省スペース化を図ることが
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はこの発明の実施例による半導体装置の保
護回路を示す平面図、第１図（ｂ）は同図（ａ）におけ
るＡ−Ａ線による切断断面図、第２図は同保護回路にお
ける保護ダイオードの構造を説明するための模式図、第
３図は同保護回路の回路図、第４図は従来の半導体装置
の保護回路の回路図、第５図（ａ）は同保護回路を示す
平面図、第５図（ｂ）は同図（ａ）におけるＢ−Ｂ線に
よる切断断面図、第５図（Ｃ）は同図（ａ）におけるＣ
−Ｃ線による切断断面図である。 １・・・Ｎ型基板、２・・・Ｎ型ウェル、３・・・Ｐ型
ウェル、４，２４・・・フィールド酸化膜、５，２５・
・・金属配線層、６，２６・・・電極パッド、７．８，
３２゜３３・・・保護ダイオード、１１．３１・・・Ｐ
型拡散層、１２．１４．３５．３９・・・コンタクトホ
ール、１３．３４．３７・・・Ｎ型拡散層、１５．３６
・・・パッシベーション膜。 第１図 第２図　　　　第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１導電型の半導体基板と、 この半導体基板上に形成されて外部電極と接続される電
   極パッドと、 この電極パッドの直下の前記半導体基板中に形成されて
   前記半導体基板との間で保護ダイオードを形成する第２
   導電型の拡散層と を備えたことを特徴とする半導体装置の保護回路。