JPH05267597A - 入出力保護素子用mosトランジスタ - Google Patents

入出力保護素子用mosトランジスタ

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JPH05267597A
JPH05267597A JP4064455A JP6445592A JPH05267597A JP H05267597 A JPH05267597 A JP H05267597A JP 4064455 A JP4064455 A JP 4064455A JP 6445592 A JP6445592 A JP 6445592A JP H05267597 A JPH05267597 A JP H05267597A
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JP
Japan
Prior art keywords
mos transistor
diffusion layer
input
gate electrode
protection element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4064455A
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English (en)
Inventor
Hisaki Ikebe
央樹 池邊
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】入出力保護素子用のMOSトランジスタのドレ
イン拡散層がLDD構造を有するとき、LDD構造によ
るドレイン電流の低減,それによるドレイン拡散層の接
合破壊を防ぐため、ゲート電極とドレイン拡散層との境
界の長さを実効的に長くする。 【構成】多結晶シリコン膜からなるゲート電極を2つに
分岐し、ゲート電極の間に多結晶シリコン島,およびド
レイン拡散層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくともMOSトラ
ンジスタを含んで構成された半導体装置の入出力保護素
子用MOSトランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】CMOSトランジスタからなる半導体装
置の入出力保護用素子の回路は、図3に示すように、ソ
ース端子とゲート端子とが接地電位に印加されたNチャ
ネルMOSトランジスタT1,およびソース端子とゲー
ト端子とが電源電圧に印加されたPチャネルMOSトラ
ンジスタT2からなり、T1のドレイン端子とT2のド
レイン端子とを接続した接点Mに、外部入出力端子と内
部回路の入出力端子とを接続していた。
【0003】この回路を従来の入出力保護用素子により
形成するとき、この入出力保護用素子を構成するNチャ
ネルMOSトランジスタT1の平面図,断面図を図4
(a),(b)に示す。
【0004】P型シリコン基板1の表面において、素子
分離領域にはフィールド酸化膜2が形成され、素子形成
領域にはゲート酸化膜3が形成される。多結晶シリコン
膜からなるゲート電極4は2つに分岐し、分岐したゲー
ト電極に挟まれた側にN+ 型ドレイン拡散層7aが形成
され、ゲート電極4の他の側に2分されたN+ 型ソース
拡散層7bが形成される。N+ 型ソース拡散層7bの近
くには、フィールド酸化膜2を介して、P+ 型拡散層8
が形成される。全面には層間絶縁膜9が形成され、層間
絶縁膜9(およびゲート酸化膜3)には拡散層7a,7
b,8に達するドレインコンタクト孔10a,ソースコ
ンタクト孔10b,基板コンタクト孔11が各々形成さ
れる。ドレインコンタクト孔10aを介してドレイン拡
散層7aと接続する金属配線(図示せず)は、接点Mと
接続される。ソースコンタクト孔10b,基板コンタク
ト孔11,等を介してソース拡散層7b,シリコン基板
8,およびゲート電極4を接続する金属配線(図示せ
ず)は、接地電位に印加される。入出力保護用素子用の
PチャネルMOSトランジスタT2も、同様の構造を有
している。
【0005】図4に示したNチャネルMOSトランジス
タT1のドレイン(基板)電流(IDS)のドレイン・ソ
ース電圧(VDS)依存性を、図5に示す。接点Mに印加
される電圧がBVDS以上になると、正電荷がN+ 型ドレ
イン拡散層7aからN+ 型ソース拡散層7bへ流れこ
み、さらにソースコンタクト孔10b,基板コンタクト
孔11,およびP+ 型拡散層8を介してP型シリコン基
板1に流れこむ。このときシリコン基板1は有限の抵抗
値を持つため、この電荷がコンタクト孔11に流れ着く
までに電位差を生じ、金属配線を介してコンタクト孔1
1に接続したソース拡散層7bからシリコン基板1へ負
の電圧を加えることになる。基板電流IDSがI1 を越
え,ソース拡散層7bからシリコン基板1への負の電圧
が大きくなると、この電圧によりソース拡散層7bから
負電荷がシリコン基板1に流れこみ,ドレイン拡散層7
aに向って流れる。この負電荷がドレイン拡散層7aと
ソース拡散層7bとの間にかかる大きな電圧によって加
速され、中性のシリコン原子と衝突して新たな正電荷と
新たな負電荷とを生じる。新たに生じた正電荷はN+
ソース拡散層7bからN+ 型ソース拡散層7bへ流れこ
み、ソース拡散層7bとシリコン基板1との負電圧をさ
らに大きくする。これにより、さらに多くの負電荷がソ
ース拡散層7bからシリコン基板1へ流れこむ。こうし
た相乗効果により、非常に大きな電流がトランジスタT
1を通して接点Mからシリコン基板1へ流れこむ。
【0006】大きな電圧がかかったとき大きな電流が流
れるこの現象を利用した入出力保護用素子を設けて、す
なわちこの入出力保護用素子により電圧を消費し、大き
な電圧から内部回路を守ることができる。また、接地配
線と接点Mとの間に大きな負の電圧が印加されるときに
は、NチャネルMOSトランジスタT1のN+ 型ドレイ
ン拡散層7aからP型シリコン基板1へ順方向電流が流
れることにより、内部回路を保護する。
【0007】また、電源配線と接点Mとの間において
も、PチャネルMOSトランジスタT2が同様の働きを
する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】最近は、MOSトラン
ジスタの微細化に伴ない、ホットキャリア対策のために
LDD構造を採用するようになった。LDD構造は、ホ
ットキャリアの発生を抑えるという有益な効果をもたら
す。しかしながら、入出力保護素子用MOSトランジス
タにもこの構造の拡散層が形成されると、以下の問題が
生じる。例えばN+ ドレイン拡散層の場合、図5におけ
るBVDS以上の電圧が印加されても、N+ドレイン拡散
層からP型シリコン基板へ正電荷が基板電流となる効果
をLDDが阻害し、基板電流がI1 になる前にN+ ドレ
イン拡散層とP型シリコン基板との間に印加された電圧
によりこの間のP−N接合の破壊が生じ、N+ ドレイン
拡散層がP型シリコン基板と短絡してしまう。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の入出力保護素子
用MOSトランジスタの第1の態様は、少なくともMO
Sトランジスタを含む半導体装置の入力保護素子用MO
Sトランジスタにおいて、2つに分岐する入出力保護素
子用MOSトランジスタのゲート電極と、このゲート電
極の間に形成された入出力保護素子用MOSトランジス
タのドレイン拡散層と、ゲート電極と分離した位置にド
レイン拡散層に囲まれ,ゲート電極と同一の材料により
形成された島状の導電体膜と、を併せて有している。
【0010】本発明の入出力保護素子用MOSトランジ
スタの第2の態様は、少なくともMOSトランジスタを
含む半導体装置の入出力保護素子用MOSトランジスタ
において、入出力保護素子用MOSトランジスタのゲー
ト電極が格子状に形成されることと、このゲート電極に
囲まれた領域には少なくとも入出力保護素子用MOSト
ランジスタのドレイン拡散層が形成されていることと、
を併せて特徴とする。
【0011】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0012】図1(a)は本発明の第1の実施例の入出
力保護用素子を構成するNチャネルMOSトランジスタ
T1の平面図であり、図1(b)は図1(a)のAA線
における断面図である。本実施例のCMOSトランジス
タからなる半導体装置の入出力保護用素子の回路図は、
従来と同様に、図3に示す構成となっている。
【0013】P型シリコン基板1の表面において、素子
分離領域にはフィールド酸化膜2が形成され、素子形成
領域にはゲート酸化膜3が形成される。多結晶シリコン
膜からなるゲート電極4a,および多結晶シリコン島1
4は、ゲート酸化膜3を介してP型シリコン基板1上に
形成される。ゲート電極4a,および多結晶シリコン島
14の側面には、絶縁膜からなるスペーサ6が形成され
る。ゲート電極は2つに分岐し、この多結晶シリコン島
14は分岐したゲート電極4aに挟まれた位置に形成さ
れる。分岐したゲート電極4aに挟まれた側のP型シリ
コン基板1の表面には、ゲート電極4a,および多結晶
シリコン島14に対して自己整合的に(N- 型拡散層
5,N+ 型ドレイン拡散層17aからなる)LDD型の
ドレイン拡散層が形成される。ゲート電極4aの他の側
のP型シリコン基板1の表面には、ゲート電極4aに対
して自己整合的に2分した(N- 型拡散層5,N+ 型ソ
ース拡散層17bからなる)LDD構造のソース拡散層
が形成される。本実施例の入出力保護素子用のNチャネ
ルMOSトランジスタT1は、ゲート酸化膜3,ゲート
電極4a,多結晶シリコン島14,スペーサ6,(N-
型拡散層5,N+ 型ドレイン拡散層17aからなる)L
DD型のドレイン拡散層,および(N- 型拡散層5,N
+ 型ソース拡散層17bからなる)LDD型のソース拡
散層から構成される。
【0014】N+ 型ソース拡散層17bの近くには、フ
ィールド酸化膜2を介して、P型シリコン基板1の表面
にP+ 型拡散層8が形成される。全面には層間絶縁膜9
が形成され、層間絶縁膜9(およびゲート酸化膜3)に
は拡散層17a,17b,8に達するドレインコンタク
ト孔10a,ソースコンタクト孔10b,基板コンタク
ト孔11が各々形成される。ドレインコンタクト孔10
aを介してドレイン拡散層17aと接続する金属配線
(図示せず)は、接点Mと接続される。ソースコンタク
ト孔10b,基板コンタクト孔11,等を介してソース
拡散層17b,シリコン基板8,およびゲート電極4a
を接続する金属配線(図示せず)は、接地電位に印加さ
れる。入出力保護素子用のPチャネルMOSトランジス
タT2も、同様の構造を有している。
【0015】多結晶シリコン島14をゲート電極4aの
間に設けることにより、例えば1μmルールで設計した
場合、ゲート電極4aとドレイン拡散層の境界の距離を
従来の入出力保護素子用のNチャネルMOSトランジス
タの約1.5倍にすることができる。
【0016】図2(a)は本発明の第2の実施例の入出
力保護用素子を構成するNチャネルMOSトランジスタ
T1の平面図であり、図2(b)は図2(a)のBB線
における断面図である。本実施例のCMOSトランジス
タからなる半導体装置の入出力保護用素子は、従来と同
様に図3に示す構成となっている。
【0017】本実施例は第1の実施例と異なり、多結晶
シリコン島がない。さらに、本実施例における多結晶シ
リコン膜からなるゲート電極4bは図示したように格子
状をなし、ゲート電極4bの側面には絶縁膜からなるス
ペーサ16が形成され、複数に区分された(N- 型拡散
層5,N+ 型ドレイン拡散層27aからなる)LDD型
のドレイン拡散層はこの形状のゲート電極4bに対して
自己整合的に形成されている。その他は第1の実施例と
同様である。
【0018】本実施例では、上述の形状を有するゲート
電極4bを採用することにより、例えば1μmルールで
設計した場合、ゲート電極4bとドレイン拡散層の境界
の距離を従来の入出力保護素子用のNチャネルMOSト
ランジスタの約1.5倍にすることができる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明の入出力保護
素子用MOSトランジスタは、多結晶シリコン膜からな
るゲート電極とドレイン拡散層との境界の長さを従来の
入出力保護素子用MOSトランジスタのそれより長くす
ることができるため、ドレイン拡散層をLDD構造にし
ても、基板電流は従来の入出力保護素子用MOSトラン
ジスタの基板電流以上に大きくなり、LDD構造の採用
による接合破壊の発生を抑制することができる。また、
この効果は、入出力保護素子用MOSトランジスタの面
積の増加(および製造工程)の増加を伴なうことなし
に、得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための平面
図,および断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例を説明するための平面
図,および断面図である。
【図3】CMOSトランジスタからなる半導体装置の入
出力保護用素子の回路図である。
【図4】従来の入力保護素子用MOSトランジスタを説
明するための平面図,および断面図である。
【図5】図3に示した回路におけるNチャネルMOSト
ランジスタのドレイン電流のドレイン・ソース電圧依存
性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板 2 フィールド酸化膜 3 ゲート酸化膜 4,4a,4b ゲート電極 5 N- 型拡散層 6,16 スペーサ 7a,17a,27a N+ 型ドレイン拡散層 7b,17b N+ 型ソース拡散層 8 P+ 型拡散層 9 層間絶縁膜 10a ドレインコンタクト孔 10b ソースコンタクト孔 11 基板コンタクト孔 14 多結晶シリコン島 T1 NチャネルMOSトランジスタ T2 PチャネルMOSトランジスタ M 接点

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくともMOSトランジスタを含む半
    導体装置の入出力保護素子用MOSトランジスタにおい
    て、 2つに分岐する前記入力保護素子用MOSトランジスタ
    のゲート電極と、 分岐した前記ゲート電極の間に形成された前記入力保護
    素子用MOSトランジスタのドレイン拡散層と、 前記ゲート電極と分離した位置に前記ドレイン拡散層に
    囲まれ,前記ゲート電極と同一の材料により形成された
    島状の導電体膜と、 を併せて有することを特徴とする入出力保護素子用MO
    Sトランジスタ。
  2. 【請求項2】 少なくともMOSトランジスタを含む半
    導体装置の入出力保護素子用MOSトランジスタにおい
    て、 前記入力保護素子用MOSトランジスタのゲート電極が
    格子状に形成されることと、 格子状の前記ゲート電極に囲まれた領域には少なくとも
    前記入力保護素子用MOSトランジスタのドレイン拡散
    層が形成されていることと、 を併せて特徴とする入出力保護素子用MOSトランジス
    タ。
JP4064455A 1992-03-23 1992-03-23 入出力保護素子用mosトランジスタ Withdrawn JPH05267597A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002324847A (ja) * 2001-04-24 2002-11-08 Nec Corp 半導体装置およびその製造方法
US6815776B2 (en) 2000-12-30 2004-11-09 Hynix Semiconductor Inc. Multi-finger type electrostatic discharge protection circuit

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Effective date: 19990608