JPH08172188A

JPH08172188A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH08172188A
Application number: JP6314950A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Shimazu; 津勝広島
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1996-07-02

Abstract

(57)【要約】【目的】モニター用トランジスタに印加される過電圧を
所望の電圧範囲にクランプして、モニター用トランジス
タを保護することができるとともに、所望の電圧範囲内
でその電気的測定を行うことができる半導体装置の提
供。【構成】印加される過電圧からモニター用トランジスタ
を保護する保護回路を有する半導体装置であって、同一
方向に直列接続された複数個のＰＮ接合ダイオードを有
する第１の保護回路と、１個または同一方向に直列接続
された複数個のＰＮ接合ダイオードを有する第２の保護
回路とを備え、前記第１および第２の保護回路の一方の
入力端および他方の出力端は電源または接地に接続さ
れ、前記第１および第２の保護回路の一方の出力端およ
び他方の入力端は前記モニター用トランジスタの保護す
べき端子に接続されていることにより、上記目的を達成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電気放電に対する耐
性を向上させる保護回路を有する半導体装置に関し、詳
しくは、トランジスタの電気的特性をチェックするため
のモニター用トランジスタに用いられる保護回路を有す
る半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置は、静電気放電によるストレ
スにより劣化したり、さらには破壊されてしまうことも
ある。このため、半導体装置の入力、出力および入出力
などの外部端子には、例えばトランジスタなどの内部回
路を静電気放電から保護するための入出力保護回路が用
いられる。

【０００３】以下に、図６を用いて、従来の保護回路を
有する半導体装置の一例について説明する。この半導体
装置５２は、外部端子５４が入力端に接続されたインバ
ータ５６と、入力端が接地され、出力端がインバータ５
６の入力端に接続されたＰＮ接合ダイオード４４と、入
力端がインバータ５６の入力端に接続され、出力端が電
源に接続されたＰＮ接合ダイオード５０とを有する。こ
こで、ＰＮ接合ダイオード４４、５０は、半導体装置５
２の内部回路であるインバータ５６を保護するための保
護回路である。なお、説明を容易にするために、ＰＮ接
合ダイオード４４、５０の順方向降下電圧は０Ｖである
として以下の説明を続ける。

【０００４】この半導体装置５２において、外部端子５
４に接地電圧よりも小さい電圧が印加されるとＰＮ接合
ダイオード４４がオンし、接地側からＰＮ接合ダイオー
ド４４を通して外部端子５４側へ電流が放電されるた
め、外部端子５４は接地電圧に固定される。同様に、外
部端子５４に電源電圧よりも大きい電圧が印加されると
ＰＮ接合ダイオード５０がオンし、外部端子５４側から
ＰＮ接合ダイオード５０を通して電源側へ電流が放電さ
れるため、外部端子５４は電源電圧に固定される。一
方、保護回路であるＰＮ接合ダイオード４４、５０を備
えていない場合には、例えばインバータ５６を構成する
トランジスタのゲート酸化膜の耐圧以上の電圧が外部端
子５４に印加されると、ゲート酸化膜が破壊されること
もある。

【０００５】このように、保護回路を備えることによ
り、たとえ外部端子５４に接地電圧よりも小さい電圧ま
たは電源電圧よりも大きい電圧が印加されても、ＰＮ接
合ダイオード４４、５０を通して電流を放電することが
できるため、外部端子５４の電圧は接地電圧から電源電
圧の範囲にクランプされ、内部回路であるインバータ５
６を保護することができる。

【０００６】ところで半導体装置は、その製品としての
製造歩留りを向上させるために、製品として生産される
前に試作される。さらに製品製造時においても、構成要
素である種々の半導体素子が、モニター用途のために、
製品とともに同一半導体基板に製造される。例えば、製
品とともにモニター用トランジスタを作成し、その動作
速度、消費電力、電気的特性等を測定して、結果を製造
工程にフィードバックするなどしている。一般的に、こ
のモニター用トランジスタは、そのゲート端、ソース
端、ドレイン端および基板が測定用の外部端子に接続さ
れて、ウエハー上のそれぞれの半導体チップの中や、あ
るいはウエハー上の半導体チップ同志の境界線であるス
クライブライン上に作成される。

【０００７】このモニター用トランジスタは、そのゲー
ト端、ソース端、ドレイン端および基板に接続された測
定用の外部端子に、例えば金属針が圧着されて電気的特
性が測定される。例えば、電源電圧や基板バイアス電圧
を変化させたり、ゲート端およびドレイン端間の電圧を
変化させたり、あるいは規格以上または規格以下の電圧
を印加するなどして、その特性が測定される。従って、
上述する内部回路用の保護回路をモニター用トランジス
タのゲート端に接続すると、ゲート端の電圧が接地電圧
から電源電圧までの範囲にクランプされてしまい、様々
な電気的特性を測定することができないため、モニター
用トランジスタには内部回路用の保護回路を用いること
はできない。

【０００８】しかしながら、モニター用トランジスタに
も何らかの保護回路を接続しなければ、半導体装置の製
造工程、例えばイオンエッチング工程、プラズマＣＶＤ
（化学気相成長法）工程、スパッタリング工程などのよ
うに、真空中でプラズマ処理を行うような工程におい
て、外部端子を通してモニター用トランジスタのゲート
端に電気的刺激が印加され、ゲート酸化膜が損傷を受け
てしまう場合がある。このため、モニター用トランジス
タの電気的特性が変動したり、破壊されるなどの問題を
発生する。モニター用トランジスタは、その電気的特性
を測定するためのものであるから、その電気的特性が変
動するとモニターの意味をなさなくなってしまう。

【０００９】このため、モニター用トランジスタには、
内部回路用の保護回路とは異なる保護回路が用いられ
る。ここで図７は、モニター用トランジスタに用いられ
る従来の保護回路を有する半導体装置の一例の構成回路
図である。この半導体装置４０は、ゲート端、ソース
端、ドレイン端および基板がそれぞれ外部端子１２、１
４、１６、１８に接続されたＮ型ＭＯＳトランジスタ４
２と、入力端が接地され、出力端がＮ型ＭＯＳトランジ
スタ４２のゲート端に接続されたＰＮ接合ダイオード４
４とを有する。ここで、ＰＮ接合ダイオード４４は、モ
ニター用トランジスタであるＮ型ＭＯＳトランジスタ４
２を保護するための保護回路である。なお、説明を容易
にするために、ＰＮ接合ダイオード４４の順方向降下電
圧は０Ｖであるとして以下の説明を続ける。

【００１０】この半導体装置４０において、ゲート端の
外部端子１２に接地電圧よりも小さい電圧が印加される
とＰＮ接合ダイオード４４がオンし、接地側からＰＮ接
合ダイオード４４を通してゲート端の外部端子１２側へ
電流が放電されるため、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４２の
ゲート端は接地電圧に固定される。一方、ゲート端の外
部端子１２にＰＮ接合ダイオード４４の逆方向耐圧（ブ
レークダウン電圧）以上の電圧が印加されるとＰＮ接合
ダイオード４４がブレークダウンし、ゲート端の外部端
子１２側からＰＮ接合ダイオード４４を通して接地側へ
電流が放電されるため、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ４２の
ゲート端はＰＮ接合ダイオード４４のブレークダウン電
圧に固定される。

【００１１】また、図８は、モニター用トランジスタに
用いられる従来の保護回路を有する半導体装置の別の例
の構成回路図である。この半導体装置４６は、ゲート
端、ソース端、ドレイン端および基板がそれぞれ外部端
子１２、１４、１６、１８に接続されたＰ型ＭＯＳトラ
ンジスタ４８と、入力端がＰ型ＭＯＳトランジスタ４８
のゲート端に接続され、出力端が電源に接続されたＰＮ
接合ダイオード５０とを有する。ここで、ＰＮ接合ダイ
オード５０は、モニター用トランジスタであるＰ型ＭＯ
Ｓトランジスタ４８を保護するための保護回路である。
同様に、説明を容易にするために、ＰＮ接合ダイオード
５０の順方向降下電圧は０Ｖであるとして以下の説明を
続ける。

【００１２】この半導体装置４６において、ゲート端の
外部端子１２に電源電圧よりも大きい電圧が印加される
とＰＮ接合ダイオード５０がオンし、ゲート端の外部端
子１２側からＰＮ接合ダイオード５０を通して電源側へ
電流が放電されるため、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４８の
ゲート端は電源電圧に固定される。一方、ゲート端の外
部端子１２に電源電圧よりもＰＮ接合ダイオード５０の
ブレークダウン電圧以上低い電圧が印加されるとＰＮ接
合ダイオード５０がブレークダウンし、電源側からＰＮ
接合ダイオード５０を通してゲート端の外部端子１２側
へ電流が放電されるため、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ４８
のゲート端は（電源電圧−ブレークダウン電圧）に固定
される。

【００１３】このように、モニター用トランジスタのゲ
ート端の外部端子１２に接地電圧よりも小さい電圧また
は電源電圧よりも大きい電圧が印加されても、ＰＮ接合
ダイオード４４、５０を通して電流を放電することによ
り、モニター用トランジスタのゲート端が所定の電圧範
囲にクランプされるため、ＰＮ接合ダイオード４４、５
０のブレークダウン電圧よりも、モニター用トランジス
タのゲート酸化膜の耐圧の方が大きければ、モニター用
トランジスタを保護することができる。

【００１４】ところが、半導体装置が微細化されるとと
もに、トランジスタのゲート酸化膜の膜厚も薄くなるた
め、その耐圧も低くなってしまい、ＰＮ接合ダイオード
のブレークダウン電圧よりもモニター用トランジスタの
ゲート酸化膜の耐圧の方が小さくなってしまう。このた
め、モニター用トランジスタのゲート端の外部端子１２
に接地電圧よりも小さい電圧または電源電圧よりも大き
い電圧が印加されると、ＰＮ接合ダイオードがブレーク
ダウンして電流を放電する前に、モニター用トランジス
タのゲート端にゲート酸化膜の耐圧以上の電圧が印加さ
れてしまい、上述する保護回路を備えていない場合と同
様に、モニター用トランジスタの特性が変動したり、破
壊されるなどの問題を発生する。

【００１５】この問題点を解決するために、例えばＰＮ
接合ダイオードのブレークダウン電圧を低くすることが
考えられる。勿論、ＰＮ接合ダイオードを構成するＰ型
およびＮ型活性領域の不純物濃度等を変更することによ
り、ＰＮ接合ダイオードのブレークダウン電圧を多少調
整することはできる。しかしながら、モニター用トラン
ジスタのゲート酸化膜の耐圧よりもＰＮ接合ダイオード
のブレークダウン電圧の方が小さくなるよう調整するの
は非常に困難なことである。なぜならば、これらのＰＮ
接合ダイオードは、製品を構成するＰＮ接合と同じも
の、例えばドレインと基板とのＰＮ接合等を利用するこ
とにより構成されるからである。従って、自由にブレー
クダウン電圧を調整するのは困難である。新たなＰＮ接
合ダイオードを作るとなると、製品本来の製造工程を変
えたり、新たな製造工程を付加しなければならないので
不都合である。このように、モニター用トランジスタの
ゲート酸化膜が薄膜化されると、従来の保護回路を用い
ることができなくなってしまう。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術に基づく種々の問題点をかえりみて、同一方向
に直列接続されたＰＮ接合ダイオードを有する保護回路
を備え、ＰＮ接合ダイオードの個数を変更して、その順
方向降下電圧を適宜変更することにより、モニター用ト
ランジスタに印加される過電圧を所望の電圧範囲にクラ
ンプして、モニター用トランジスタを保護することがで
きるとともに、所望の電圧範囲内でその電気的測定を行
うことができる半導体装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、印加される過電圧からモニター用トラン
ジスタを保護する保護回路を有する半導体装置であっ
て、同一方向に直列接続された複数個のＰＮ接合ダイオ
ードを有する第１の保護回路と、１個または同一方向に
直列接続された複数個のＰＮ接合ダイオードを有する第
２の保護回路とを備え、前記第１および第２の保護回路
の一方の入力端および他方の出力端は電源または接地に
接続され、前記第１および第２の保護回路の一方の出力
端および他方の入力端は前記モニター用トランジスタの
保護すべき端子に接続されていることを特徴とする半導
体装置を提供するものである。

【００１８】ここで、前記第１の保護回路は、その入力
端が前記モニター用トランジスタの保護すべき端子に接
続され、その出力端が接地され、前記第２の保護回路
は、その入力端が接地され、その出力端が前記モニター
用トランジスタの保護すべき端子に接続され、前記モニ
ター用トランジスタはＮ型ＭＯＳトランジスタであるの
が好ましい。

【００１９】また、前記第１の保護回路は、その入力端
が電源に接続され、その出力端が前記モニター用トラン
ジスタの保護すべき端子に接続され、前記第２の保護回
路は、その入力端が前記モニター用トランジスタの保護
すべき端子に接続され、その出力端が電源に接続され、
前記モニター用トランジスタはＰ型ＭＯＳトランジスタ
であるのが好ましい。

【００２０】

【発明の作用】本発明の半導体装置は、モニター用トラ
ンジスタに印加される過電圧を所望の電圧範囲にクラン
プする保護回路を有するものである。この保護回路がｎ
個のＰＮ接合ダイオードを有する場合、ｍ個目のＰＮ接
合ダイオードの出力端は（ｍ＋１）個目の入力端に直列
接続され、１個目のＰＮ接合ダイオードの入力端および
ｎ個目のＰＮ接合ダイオードの出力端がそれぞれ保護回
路の入力端および出力端として用いられる。同様に、保
護回路が１個のＰＮ接合ダイオードを有する場合、ＰＮ
接合ダイオードの入力端および出力端がそれぞれ保護回
路の入力端および出力端として用いられる。また、２つ
の保護回路は、その一方の入力端および他方の出力端が
モニター用トランジスタの保護すべき端子に接続され、
一方の出力端および他方の入力端が電源または接地に接
続されて、ＰＮ接合ダイオードの順方向降下電圧を利用
して、モニター用トランジスタに印加される電圧の上限
および下限を決定する。従って、本発明の半導体装置に
よれば、保護回路が有するＰＮ接合ダイオードの個数を
適宜選択することにより、その順方向降下電圧を微調整
することができるため、モニター用トランジスタに印加
される過電圧を所望の電圧範囲にクランプすることがで
きる。このため、過電圧が印加されるモニター用トラン
ジスタを保護することができるとともに、所望の電圧範
囲内において、その電気的特性を測定することもでき
る。

【００２１】

【実施例】以下に、添付の図面に示す好適実施例に基づ
いて、本発明の半導体装置を詳細に説明する。

【００２２】図１は、本発明の半導体装置の一実施例の
構成回路図である。この半導体装置１０は、ゲート端、
ソース端、ドレイン端および基板が、それぞれ測定用の
外部端子１２、１４、１６、１８に接続されたＮ型ＭＯ
Ｓトランジスタ２０と、入力端が接地され、出力端がＮ
型ＭＯＳトランジスタ２０のゲート端１２に接続された
ＰＮ接合ダイオード２２と、同一方向に直列接続され、
その入力端がＮ型ＭＯＳトランジスタ２０のゲート端１
２に接続され、出力端が接地された複数個のＰＮ接合ダ
イオード２４とを有する。ここで、ＰＮ接合ダイオード
２２および２４は、モニター用トランジスタであるＮ型
ＭＯＳトランジスタ２０を保護するための保護回路であ
る。なお、説明を容易にするために、ＰＮ接合ダイオー
ド２２の順方向降下電圧は０Ｖであるとして以下の説明
を続ける。

【００２３】この半導体装置１０において、Ｎ型ＭＯＳ
トランジスタ２０のゲート端の外部端子１２に接地電圧
よりも小さい電圧が印加されるとＰＮ接合ダイオード２
２がオンし、接地側からＰＮ接合ダイオード２２を通し
てゲート端の外部端子１２側へ電流が放電されるため、
Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２０のゲート端は接地電圧に固
定される。同様に、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２０のゲー
ト端の外部端子１２に、ＰＮ接合ダイオード２４の順方
向降下電圧よりも大きい電圧が印加されるとＰＮ接合ダ
イオード２４がオンし、ゲート端の外部端子１２側から
ＰＮ接合ダイオード２４を通して接地側へ電流が放電さ
れるため、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２０のゲート端はＰ
Ｎ接合ダイオード２４の順方向降下電圧に固定される。

【００２４】このように、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２０
のゲート端に保護回路を備えることにより、ＰＮ接合ダ
イオード２２、２４を通して電流を放電することができ
る。従って、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２０のゲート端の
電圧が、接地電圧からＰＮ接合ダイオード２４の順方向
降下電圧の範囲にクランプされるため、ＰＮ接合ダイオ
ード２４の個数を適宜選択し、その順方向降下電圧をＮ
型ＭＯＳトランジスタ２０のゲート酸化膜の耐圧よりも
小さくすることにより、モニター用トランジスタである
Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２０を保護することができる。
また、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２０のゲート端は、接地
電圧からＰＮ接合ダイオード２４の順方向降下電圧の範
囲で変化させることができるため、Ｎ型ＭＯＳトランジ
スタ２０の電気的測定を何ら問題なく行うことができ
る。

【００２５】ここで、図２は、本発明の半導体装置に用
いられる多段接続ＰＮ接合ダイオードの順方向特性の一
実施例のグラフである。このグラフは、上述する本発明
の半導体装置１０において、同一方向に直列接続された
ＰＮ接合ダイオード２４の個数が１個、２個、４個、８
個、１２個および１６個の場合の、Ｎ型ＭＯＳトランジ
スタ２０のゲート端に印加される電圧と、ＰＮ接合ダイ
オード２４を流れる電流との関係を示すものである。な
お、このグラフにおいて、横軸はＮ型ＭＯＳトランジス
タ２０のゲート端に印加される電圧であり、縦軸はＰＮ
接合ダイオード２４を通して流れる電流である。

【００２６】このグラフに示すように、ＰＮ接合ダイオ
ード２４の１個あたりの順方向降下電圧は約０．５５Ｖ
であり、同一方向（順方向）に複数個のＰＮ接合ダイオ
ード２４が直列接続されると、ほぼＰＮ接合ダイオード
２４の個数倍の順方向降下電圧を有することが判る。例
えば、ＰＮ接合ダイオード２４の順方向降下電圧は、そ
の個数が１個、２個、４個、８個、１２個および１６個
の場合、それぞれ０．５５Ｖ、１．１Ｖ、２．２Ｖ、
４．４Ｖ、６．６Ｖおよび８．８Ｖとなる。従って、Ｐ
Ｎ接合ダイオード２４の個数を適宜選択することによ
り、ＰＮ接合ダイオードの１個あたりの順方向降下電圧
である約０．５５Ｖ単位で、ＰＮ接合ダイオード２４の
順方向降下電圧を容易に微調整することができる。

【００２７】また、図３は、本発明の半導体装置に用い
られる保護回路の順方向特性と、モニター用トランジス
タのゲート酸化膜の耐圧との関係を示す一実施例のグラ
フである。なお、このグラフには、比較例として、図７
に示す従来の半導体装置４０に用いられる保護回路の特
性と、従来のモニター用トランジスタのゲート酸化膜の
耐圧との関係が同様に示されている。このグラフにおい
て、波形Ａは本発明の半導体装置１０に用いられる保護
回路であるＰＮ接合ダイオード（１２個直列接続）２４
の順方向特性を表し、以下同様に、波形Ｂは薄膜化され
たゲート酸化膜（膜厚１０ｎｍ）の耐圧特性、波形Ｃ１
およびＣ２は従来の半導体装置４０に用いられる保護回
路であるＰＮ接合ダイオード２２の逆方向特性およびそ
の順方向特性、波形Ｄは従来の厚いゲート酸化膜（膜厚
１４ｎｍ）の耐圧特性を表す。

【００２８】このグラフに示すように、従来の半導体装
置４０であっても、モニター用トランジスタのゲート酸
化膜の膜厚が厚い場合、例えばモニター用トランジスタ
のゲート酸化膜の膜厚が１４ｎｍの場合には、モニター
用トランジスタのゲート酸化膜の耐圧よりも、ＰＮ接合
ダイオード２２の逆方向耐圧、即ち、ブレークダウン電
圧の方が小さいため、モニター用トランジスタのゲート
端にたとえ過電圧が印加されても、その電圧をＰＮ接合
ダイオード２２のブレークダウン電圧にクランプして、
モニター用トランジスタを保護することができる。

【００２９】しかしながら、半導体装置が微細化され
て、モニター用トランジスタのゲート酸化膜の膜厚が薄
膜化されると、例えばモニター用トランジスタのゲート
酸化膜の膜厚が１０ｎｍになると、ＰＮ接合ダイオード
２２のブレークダウン電圧よりも、モニター用トランジ
スタのゲート酸化膜の耐圧の方が小さくなるため、モニ
ター用トランジスタのゲート端にゲート酸化膜の耐圧を
越える過電圧が印加された場合、ＰＮ接合ダイオード２
２がブレークダウンするよりも前に、モニター用トラン
ジスタのゲート酸化膜が破壊されてしまう場合があるこ
とは従来技術において既に述べた通りである。このた
め、モニター用トランジスタのゲート酸化膜が薄膜化さ
れると、従来の保護回路ではモニター用トランジスタを
保護することはできなかった。

【００３０】これに対し、本発明の半導体装置１０にお
いては、上述するように、ＰＮ接合ダイオード２４の個
数を適宜選択することにより、その順方向降下電圧を容
易に微調整することができる。例えばＰＮ接合ダイオー
ド２４の個数を１２個にすれば、たとえモニター用トラ
ンジスタのゲート酸化膜が薄膜化されても、モニター用
トランジスタの薄膜化されたゲート酸化膜の耐圧より
も、ＰＮ接合ダイオード２４の順方向降下電圧の方が小
さいため、モニター用トランジスタのゲート端に過電圧
が印加されても、その電圧をＰＮ接合ダイオード２４の
順方向降下電圧にクランプして、モニター用トランジス
タを保護することができる。また、将来的にゲート酸化
膜がさらに薄膜化されることは明らかであるが、その場
合であっても本発明の半導体装置においては、容易に適
用可能であることは言うまでもないことである。

【００３１】次に、図４は、図１に示す本発明の半導体
装置の一実施例のレイアウト断面模式図である。この半
導体装置１０はＰ型基板１７を用いて形成され、ゲート
電極１１、ソース領域１３およびドレイン領域１５から
なるＮ型ＭＯＳトランジスタ２０と、Ｐ型基板１７およ
びこのＰ型基板１７の中に形成されたＮ型活性領域３０
からなるＰＮ接合ダイオード２２と、Ｐ型基板１７の中
に形成された複数個のＮウェル領域２６の中に形成され
たＰ型活性領域２８およびＮ型活性領域３０からなる複
数個のＰＮ接合ダイオード２４とを備えている。

【００３２】この半導体装置１０において、ＰＮ接合ダ
イオード２２の出力端であるＮ型活性領域３０は、Ｎ型
ＭＯＳトランジスタ２０のゲート電極１１に接続され、
その入力端であるＰ型基板１７は接地されている。ま
た、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２０のゲート電極１１は、
第１のＰＮ接合ダイオード２４の入力端であるＰ型活性
領域２８に接続され、その出力端であるＮ型活性領域３
０は、第２のＰＮ接合ダイオード２４の入力端であるＰ
型活性領域２８に接続されている。また、以下同様に、
第ｍ番目のＰＮ接合ダイオード２４の出力端であるＮ型
活性領域３０は、第ｍ＋１番目のＰＮ接合ダイオード２
４の入力端であるＰ型活性領域２８に接続され、最後の
ＰＮ接合ダイオード２４の出力端であるＮ型活性領域３
０は、Ｐ型基板１７の中に形成されたＰ型活性領域２８
に接続されて接地されている。

【００３３】このように、例えばＰ型基板１７を用い
て、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２０およびＰＮ接合ダイオ
ード２２、２４を形成することにより、図１に示す本発
明の半導体装置１０を形成することができる。なお、本
発明の半導体装置は上述する実施例に限定されるもので
はなく、Ｎ型基板を用いても良いし、Ｐ型ＭＯＳトラン
ジスタを形成しても良い。また、ＭＯＳトランジスタお
よびＰＮ接合ダイオードは、従来公知のどのような構造
であっても良いし、どのような方法を用いて形成しても
良いことは言うまでもない。

【００３４】また、図５は、本発明の半導体装置の別の
実施例の構成回路図である。この半導体装置３２は、ゲ
ート端、ソース端、ドレイン端および基板が、それぞれ
測定用の外部端子１２、１４、１６、１８に接続された
Ｐ型ＭＯＳトランジスタ３４と、入力端がＰ型ＭＯＳト
ランジスタ３４のゲート端に接続され、出力端が電源に
接続されたＰＮ接合ダイオード３６と、同一方向に直列
接続され、入力端が電源に接続され、出力端がＰ型ＭＯ
Ｓトランジスタ３４のゲート端に接続された複数個のＰ
Ｎ接合ダイオード３８とを有する。ここで、ＰＮ接合ダ
イオード３６および３８は、モニター用トランジスタで
あるＰ型ＭＯＳトランジスタ３４を保護するための保護
回路である。なお、説明を容易にするために、ＰＮ接合
ダイオード３６の順方向降下電圧は０Ｖであるとして以
下の説明を続ける。

【００３５】この半導体装置３２において、Ｐ型ＭＯＳ
トランジスタ３４のゲート端の外部端子１２に電源電圧
よりも大きい電圧が印加されるとＰＮ接合ダイオード３
６がオンし、ゲート端の外部端子１２側からＰＮ接合ダ
イオード３６を通して電源側へ電流が放電され、Ｐ型Ｍ
ＯＳトランジスタ３４のゲート端は電源電圧に固定され
る。同様に、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ３４のゲート端の
外部端子１２に、電源電圧よりもＰＮ接合ダイオード３
８の順方向降下電圧以上低い電圧が印加されるとＰＮ接
合ダイオード３８がオンし、電源側からＰＮ接合ダイオ
ード３８を通してゲート端の外部端子１２側へ電流が放
電されるため、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ３４のゲート端
は、（電源電圧−ＰＮ接合ダイオード３８の順方向降下
電圧）に固定される。

【００３６】このように、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ３４
のゲート端に保護回路を備えることにより、ＰＮ接合ダ
イオード３６、３８を通して電流を放電することができ
る。従って、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ３４のゲート端の
電圧が、電源電圧から（電源電圧−ＰＮ接合ダイオード
３８の順方向降下電圧）の範囲にクランプされるため、
ＰＮ接合ダイオード３８の個数を適宜選択し、その順方
向降下電圧をＰ型ＭＯＳトランジスタ３８のゲート酸化
膜の耐圧よりも小さくすることにより、モニター用トラ
ンジスタであるＰ型ＭＯＳトランジスタ３４を保護する
ことができるとともに、その電気的特性を測定すること
もできる。

【００３７】なお、具体的な実施例に基づいて本発明の
半導体装置を説明したが、本発明は上述する実施例に限
定されない。また、図示していないが、上述する実施例
以外であっても、例えば図１に示す半導体装置１０にお
いて、ＰＮ接合ダイオード２２の入力端またはＰＮ接合
ダイオード２４の出力端の一方あるいは両方を電源に接
続しても良いし、同様に、図５に示す半導体装置３２に
おいて、ＰＮ接合ダイオード３６の出力端またはＰＮ接
合ダイオード３８の入力端の一方あるいは両方を接地し
ても良い。また、これらの半導体装置１０、３２におい
て、ＰＮ接合ダイオード２２、３６は、ＰＮ接合ダイオ
ード２４、３８と同様に同一方向に複数個のＰＮ接合ダ
イオードを直列接続して、その順方向降下電圧を適宜変
更しても良いなどクランプしようとする電圧範囲に応じ
て適宜変更可能であることは言うまでもない。

【００３８】

【発明の効果】以上詳細に説明した様に、本発明の半導
体装置は、モニター用トランジスタに印加される過電圧
を所望の電圧範囲、即ち、モニター用トランジスタに印
加される電圧の上限および下限を決定する２つの保護回
路を、同一方向に直列接続されたＰＮ接合ダイオードを
用いて構成するものである。本発明の半導体装置におい
ては、２つの保護回路に用いられるＰＮ接合ダイオード
の個数を適宜変更して、その順方向降下電圧を変更する
ことにより、モニター用トランジスタに印加される電圧
を所望の電圧範囲にクランプすることができる。従っ
て、本発明の半導体装置によれば、保護回路が、例えば
モニター用トランジスタのゲート酸化膜の耐圧よりも小
さい電圧で動作を開始するようＰＮ接合ダイオードの個
数を選択することにより、モニター用トランジスタが印
加される過電圧により破壊されることを防止することが
できるとともに、所望の電圧範囲内においてその電気的
測定をすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の一実施例の構成回路図で
ある。

【図２】本発明の半導体装置に用いられる多段接続ＰＮ
接合ダイオードの順方向特性の一実施例のグラフであ
る。

【図３】本発明の半導体装置に用いられる保護回路の特
性とモニター用トランジスタのゲート酸化膜耐圧との関
係を示す一実施例のグラフである。

【図４】図１に示す本発明の半導体装置の一実施例のレ
イアウト断面模式図である。

【図５】本発明の半導体装置の別の実施例の構成回路図
である。

【図６】内部回路に用いられる従来の保護回路を有する
半導体装置の一例の構成回路図である。

【図７】モニター用トランジスタに用いられる従来の保
護回路を有する半導体装置の一例の構成回路図である。

【図８】モニター用トランジスタに用いられる従来の保
護回路を有する半導体装置の別の例の構成回路図であ
る。

【符号の説明】

１０、３２、４０、４６、５２半導体装置１１ゲート電極１３ソース領域１５ドレイン電極１７基板１２、１４、１６、１８、５４外部端子２０、４２Ｎ型ＭＯＳトランジスタ２２、２４、３６、３８、４４、５０ＰＮ接合ダイオ
ード２６Ｎウェル領域２８Ｐ型活性領域３０Ｎ型活性領域３４、４８Ｐ型ＭＯＳトランジスタ５６インバータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/8234 27/088 Ｈ０１Ｌ 27/08 １０２Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】印加される過電圧からモニター用トランジ
スタを保護する保護回路を有する半導体装置であって、同一方向に直列接続された複数個のＰＮ接合ダイオード
を有する第１の保護回路と、１個または同一方向に直列
接続された複数個のＰＮ接合ダイオードを有する第２の
保護回路とを備え、前記第１および第２の保護回路の一
方の入力端および他方の出力端は電源または接地に接続
され、前記第１および第２の保護回路の一方の出力端お
よび他方の入力端は前記モニター用トランジスタの保護
すべき端子に接続されていることを特徴とする半導体装
置。
【請求項２】前記第１の保護回路は、その入力端が前記
モニター用トランジスタの保護すべき端子に接続され、
その出力端が接地され、前記第２の保護回路は、その入
力端が接地され、その出力端が前記モニター用トランジ
スタの保護すべき端子に接続され、前記モニター用トラ
ンジスタはＮ型ＭＯＳトランジスタである請求項１に記
載の半導体装置。
【請求項３】前記第１の保護回路は、その入力端が電源
に接続され、その出力端が前記モニター用トランジスタ
の保護すべき端子に接続され、前記第２の保護回路は、
その入力端が前記モニター用トランジスタの保護すべき
端子に接続され、その出力端が電源に接続され、前記モ
ニター用トランジスタはＰ型ＭＯＳトランジスタである
請求項１に記載の半導体装置。