JPH11135645A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

Info

Publication number
JPH11135645A
JPH11135645A JP9298079A JP29807997A JPH11135645A JP H11135645 A JPH11135645 A JP H11135645A JP 9298079 A JP9298079 A JP 9298079A JP 29807997 A JP29807997 A JP 29807997A JP H11135645 A JPH11135645 A JP H11135645A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
well
latch
chip
semiconductor integrated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP9298079A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuhiro Katou
且宏 加藤
Kenji Ichikawa
憲治 市川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP9298079A priority Critical patent/JPH11135645A/ja
Publication of JPH11135645A publication Critical patent/JPH11135645A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラッチアップ耐性を維持・向上させことがで
きるラッチアップ防止保護回路を具備する半導体集積回
路装置を提供する。 【解決手段】 回路素子が表面に作り込まれた第1導電
型基板(141)を用いた半導体集積回路装置におい
て、主に外部とのインターフェイス回路が配置されるチ
ップ周辺部分(110)と内部回路が配置されるチップ
中央部分(120)との間に、前記内部回路を取り囲む
ように、如何なる電位にも電気的に接続されていない第
2導電型ウェル(130)を形成したラッチアップ防止
保護回路を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ラッチアップ防止
保護回路を具備する半導体集積回路装置に係り、特に、
CMOSプロセスで製造される半導体集積回路装置のラ
ッチアップ防止に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、半導体集積回路としては、低消費
電力化・高集積化に優れているCMOS−IC(Com
prementary Metal Oxide Se
miconductor−Integrated Ci
rcuit)が主流となっている。このCMOS−IC
は同一半導体基板内に、PチャネルMOSトランジスタ
とNチャネルMOSトランジスタとを近接させて形成・
配置し、両MOSトランジスタのドレインを共通の配線
で結線することによって前述の低消費電力化と高集積化
を実現している。
【0003】しかしながら、一方で、ラッチアップ現象
が発生し易いという問題も抱えている。即ち、図6
(a)に示すように、PチャネルMOSトランジスタ1
に寄生的に形成される寄生pnp型バイポーラトランジ
スタ11と、NチャネルMOSトランジスタ2に寄生的
に形成される寄生npn型バイポーラトランジスタ12
によって、図6(b)に示すような、サイリスタが形成
され、このサイリスタの寄生pnp型バイポーラトラン
ジスタ11と寄生npn型バイポーラトランジスタ12
が、外部から侵入したノイズ等のサージ電流によって共
にON状態となり、電源端子と接地端子間に数100m
Aから数Aの大電流が流れ、一時的に機能不良が生じた
り、或いはこれに伴う発熱によって、回路素子のpn接
合部や配線材が焼損し、非回復性の破壊に至る現象が発
生し易いという問題があった。
【0004】なお、図6(a)及び図6(b)におい
て、13は基板抵抗、14はウェル抵抗、15は電源線
(VDD端子)、16は接地線(GND端子)、17は
P型(第1導電型)シリコン基板(以下、単にP型基
板)、18はN型(第2導電型)ウェル、19はP型ウ
ェル、20〜24はフィールド酸化膜、25,28はp
+拡散層、26,27はn+ 拡散層、29,30はゲー
ト電極、31は入力ゲート端子、32はCMOS出力端
子である。
【0005】今日、このラッチアップの問題は、入力や
出力回路からサージ電流が侵入し、これと近接したCM
OS内部回路でラッチアップを起こす現象が大半を占め
るようになっている。保護回路の進歩により、周辺回路
同士でラッチアップを起こし難くなったことと、少しで
もデバイスチップを小さくするために周辺回路とCMO
S内部回路との距離をつめるレイアウト重視の設計思想
が反映された結果である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】今日、サブミクロンク
ラスの半導体装置のほとんどは、P型基板で作製されて
いる。P型基板を使用したプロセスにおいては、前述の
入力や出力回路からサージ電流が侵入し、これと近接し
たCMOS内部回路で発生するラッチアップ現象に関し
て、デバイス製造プロセス、いわゆるウエハプロセスの
微細化技術が進行するに連れて、正極サージの侵入に対
してはラッチアップ耐性が向上し、負極のサージに対し
ては、反対にラッチアップ耐性が低下する傾向を示すこ
とが、ここ数年来の研究で明らかになった。ここで、こ
の微細化技術、つまりウェルの高濃度化とラッチアップ
耐性の関係について説明する。
【0007】正極サージが侵入するケースでは、PMO
Sトランジスタのドレインがサージ電流の侵入口とな
る。ラッチアップを起こすのは内部回路の寄生サイリス
タで、ここでは最も基本的なCMOSインバータ回路で
説明する。図7は従来のPMOSトランジスタとCMO
Sインバータの断面構造に正極サージがラッチアップを
引き起こすケースで主要な役割を果たす寄生バイポーラ
トランジスタとを併せて示す図である。
【0008】図7において、35はPMOSトランジス
タ領域、36はCMOSインバータ領域、37は中間領
域、41はP型基板、42,45はNウェル、43,4
4はPウェル、46,49,50,53はn+ 拡散層で
あり、特に、46,53はNウェル電位固定用n+ 拡散
層である。また、47,48,51,52,54,55
はp+ 拡散層であり、特に51,52はP型基板(Pウ
ェル)電位固定用p+拡散層であり、54はソース、5
5はドレインである。
【0009】更に、56はn+ 拡散層46とp+ 拡散層
47に接続される電源線、57はn + 拡散層50とp+
拡散層51に接続される接地線、58はp+ 拡散層52
に接続される接地線、59はn+ 拡散層53とp+ 拡散
層54に接続される電源線、60はp+ 拡散層55に接
続されるドレイン端子、61,63はPMOSのゲー
ト、62はNMOSのゲートである。
【0010】この図に示すように、PMOSトランジス
タ領域35側にはドレインのp+ 拡散層55をエミッ
タ、Nウェル45をベースとする2つのバイポーラトラ
ンジスタ、つまり、ソース54をコレクタとする横型
(Lateral)pnpバイポーラトランジスタTr
1と、P型基板41をコレクタとする縦型(Verti
cal)pnpバイポーラトランジスタTr2が形成さ
れている。
【0011】このTr2はコレクタノードの接続位置で
分類すると、さらに2つに分かれる。PMOSトランジ
スタ領域35近傍に配置される、ガードリングと呼ばれ
るP型基板電位固定用p+ 拡散層52をコレクタ接続ノ
ードとするTr2−1、CMOSインバータ領域36側
のNMOS近傍にあるP型基板電位固定用p+ 拡散層5
1をコレクタ接続ノードとするTr2−2である。
【0012】図7においては、P型基板電位固定用p+
拡散層51,52が2箇所しかないのでTr2も2つで
あるが、実製品ではP型基板電位固定用p+ 拡散層はデ
バイス上に無数にあるので、Tr2−1,Tr2−2,
Tr2−3,・・・も無数に存在している。ここでのT
r2−1はPMOSトランジスタ領域35側に設けたラ
ッチアップ保護用バイポーラトランジスタを代表してお
り、Tr2−2はラッチアップを起こす内部回路との寄
生バイポーラトランジスタを代表して現したものであ
る。
【0013】一方、CMOSインバータ領域36側には
PMOS側に縦型トランジスタTr3、NMOS側に横
型トランジスタTr4が形成され、図6と同様のサイリ
スタを構成している。そこで、正極サージ電流がドレイ
ン端子60に侵入すると、ドレイン(エミッタ)55−
基板(ベース)45間のpn接合が順方向バイアスさ
れ、基板へ正孔が注入される。注入された正孔はベース
内または高濃度不純物層であるNウェル電位固定用n+
拡散層53で電子と結合して消失する。この時流れる電
流がベース電流である。
【0014】ベース内での電子との再結合を免れソース
(コレクタ)54へ到達した正孔がp+ 拡散層54から
引き出されたものが、横型pnpトランジスタTr1の
コレクタ電流である。P型基板(コレクタ)へ到達した
正孔は、位置的に近いTr2−1のコレクタノードから
その殆どが引き出されるが、一部はCMOSインバータ
領域36にあるTr2−2のコレクタノードから引き出
される。
【0015】Tr2−2側で引き出される正孔電流によ
り、基板抵抗Rsの両端に発生した電位差がTr4のベ
ース−エミッタ間を順方向バイアスするレベルに達する
と、Tr4にもコレクタ電流が流れる。このコレクタ電
流はCMOSインバータ領域36のNウェル電流であ
り、これによってウェル抵抗Rwの両端に発生した電位
差がTr3のベース−エミッタ間を順方向バイアスする
レベルに達すると、Tr3にもコレクタ電流が流れる。
Tr3のコレクタ電流がTr4へベース電流を供給し、
Tr4のコレクタ電流がTr3へベース電流を供給した
状態が、いわゆるラッチアップである。
【0016】Tr1或いはTr2−1から、より多くの
サージ電流を引き出し、結果的にTr2−2のコレクタ
ノードから引き出される電流を抑えれば、正極サージに
おけるラッチアップ耐性は向上する。ウエハプロセスの
微細化に不可欠なNウェルの高濃度化は、まさにこの効
果を引き出すのに貢献する。図8は従来のPMOSトラ
ンジスタが形成されるNウェルの不純物(リン)濃度分
布をシミュレーションによって求めた図であり、図8
(a)が最小ゲート長0.8μmのデバイス、図8
(b)が最小ゲート長0.35μmのデバイスに用いら
れているNウェルである。また、縦軸に不純物であるリ
ン濃度(cm-3)、横軸に基板表面からの深さ(μm)
を示している。
【0017】微細化の尺度は一般に最小ゲート長で呼び
現すのが慣習となっており、図8(b)に示すように、
0.35μmの方が微細化が進んでいることは言うまで
もない。図8によれば、図8(b)に示す0.35μm
のプロセスの方が、図8(a)に示す0.8μmよりN
ウェル濃度が高い。このことは、正極サージによってド
レイン(エミッタ)から基板へ注入された正孔が、Nウ
ェル濃度が高い0.35μmプロセスでは、Nウェル
(ベース)内で電子と結合して消失し易いことを意味す
る。
【0018】その結果、P型基板(コレクタ)へ到達で
きる正孔の量が減少するため、Tr2−2のコレクタノ
ードから引き出される電流も減少し、ラッチアップ耐性
が向上する。このことは、同一レイアウトの評価パター
ンを上記の2つのプロセスで作製し、ラッチアップ耐性
を比較した結果、Nウェル濃度が高い0.35μmプロ
セスが、0.8μmプロセスよりも3倍以上高いラッチ
アップ耐性を示したことから裏付けられている。
【0019】これに対して、負極サージが侵入するケー
スでは、NMOSトランジスタのドレインがサージ電流
の侵入口となる。この場合もラッチアップを起こすのは
内部回路の寄生サイリスタで、正極サージと同様、最も
基本的なCMOSインバータ回路で説明する。図9は従
来のNMOSトランジスタとCMOSインバータの断面
構造に負極サージがラッチアップを引き起こすケースで
主要な役割を果たす寄生バイポーラトランジスタとを併
せて示した図である。
【0020】図9において、65はNMOSトランジス
タ領域、66はCMOSインバータ領域、67は中間領
域、71はP型基板、72,74はNウェル、73,7
5はPウェル、76,79,80,82,84,85は
+ 拡散層であり、特に、76,82はNウェル電位固
定用n+ 拡散層、また、77,78,81,83はp +
拡散層であり、特に81,83はP型基板(Pウェル)
電位固定用p+ 拡散層、84はソース、85はドレイン
である。
【0021】更に、86はn+ 拡散層76とp+ 拡散層
77に接続される電源線、87はn + 拡散層80とp+
拡散層81に接続される接地線、88はn+ 拡散層82
に接続される電源線、89はp+ 拡散層83とn+ 拡散
層84に接続される接地線、90はn+ 拡散層85に接
続されるドレイン端子、96はPMOSのゲート、9
7,98はNMOSのゲートである。
【0022】この図に示すように、バイポーラトランジ
スタの3つの構成要素、つまり、エミッタ、ベース、コ
レクタの内の2つが存在している方で、NMOSトラン
ジスタ65側か内部インバータ領域(CMOSインバー
タ領域)66側かを分けることにする。NMOSトラン
ジスタ65側には、ドレインのn+ 拡散層85をエミッ
タ、P型基板71をベースとするバイポーラトランジス
タは1つしか存在しないが、正極サージと同様にコレク
タの位置で分類すると、ソースをコレクタとする横型n
pnバイポーラトランジスタTr5と、NMOS近傍に
配置されるガードリングと呼ばれるNウェル74をコレ
クタとする横型npnバイポーラトランジスタTr6−
1、CMOSインバータ66側のPMOSがその中に作
り込まれているNウェル72をコレクタとする横型np
nバイポーラトランジスタTr6−2の3つが存在す
る。
【0023】Tr6に関してもPMOSと同様、図9で
はNウェル72,74が2つしかないのでTr6も2つ
となるが、実製品ではNウェルもデバイス上に無数にあ
るので、Tr6−1,Tr6−2,Tr6−3,・・・
のように数多く存在する。Tr6−1はNMOS側に設
けたラッチアップ保護用バイポーラトランジスタを代表
しており、Tr6−2はラッチアップを起こす内部回路
との寄生バイポーラトランジスタを代表している。
【0024】一方のCMOSインバータ66側にはPM
OS側に縦型pnpトランジスタTr3が、NMOS側
に横型npnトランジスタTr4が形成されており、図
7と同様であるが、負極サージのケースでは、ドレイン
をエミッタ、内部インバータの基板電位固定用p+ 拡散
層81をベース接続ノード、内部インバータ用Nウェル
72をコレクタとするTr7が存在し、これが微細化技
術とラッチアップの関係において重要な意味を持ってい
る。
【0025】負極サージ電流がドレイン端子90に侵入
すると、ドレイン(エミッタ)85−基板(ベース)間
のpn接合が順方向バイアスされP型基板へ電子が注入
される。注入された電子はベース内または高濃度不純物
層であるP型基板電位固定用p+ 拡散層83で正孔と結
合して消失する。この時流れるのがベース電流である。
【0026】ベース内での正孔との再結合を免れ、NM
OSのソース(コレクタ)84へ到達した電子が、その
ままn+ 拡散層から引き出されたものが、横型npnト
ランジスタTr5のコレクタ電流である。Tr5のコレ
クタ電流として引き出しきれなかった一部の電子は、N
MOS近傍のNウェル75へ到達し、Tr6−1のコレ
クタノードから引き出され、一部がCMOSインバータ
領域66にあるTr6−2のコレクタノードから引き出
される。
【0027】Tr6−2側で引き出される電子電流によ
り、ウェル抵抗Rwの両端に発生した電位差がTr3の
ベース−エミッタ間を順方向バイアスするレベルに達す
るとTr3のエミッタから多量の正孔が放出され、ベー
スから基板へと拡散し、コレクタ電流(正孔電流)が流
れる。このコレクタ電流は内部インバータの基板電流に
相当するが、Tr6−2のベース電流(正孔電流)とは
逆向きである。
【0028】Tr3からのコレクタ電流がTr6−2の
ベース電流に優り、基板電位がTr3のベース−エミッ
タ間を順方向バイアスするレベルに達すると、Tr3に
もコレクタ電流(電子電流)が流れる。Tr3のコレク
タ電流がTr4へベース電流を供給し、Tr4のコレク
タ電流がTr3へベース電流を供給することによって、
ラッチアップ状態となる。
【0029】負極サージのラッチアップ耐性も、正極と
同様、Tr5或いはTr6−1からより多くのサージ電
流を引き出し、Tr6−2のコレクタノードから引き出
される電流を減少させれば向上し、Pウェルの高濃度化
はこの効果を発揮するはずであるが、実際にラッチアッ
プ耐性を0.8μmプロセスと比べてみると約半分にも
低下してしまう。負極サージのラッチアップ現象におい
て支配的なのはTr6−2ではなくTr7のコレクタ電
流である。微細化に伴うPウェルの高濃度化が、Tr7
のベース電流を増加させるためTr7のコレクタ電流も
増加し、ラッチアップ耐性が低下する。
【0030】図10はNMOSトランジスタが形成され
るPウェルの不純物(ボロン)濃度分布をシミュレーシ
ョンによって求めた図であり、図10(a)が最小ゲー
ト長0.8μmのデバイス、図10(b)が最小ゲート
長0.35μmのデバイスのPウェルである。また、縦
軸に不純物であるリン濃度(cm-3)、横軸に基板表面
からの深さ(μm)を示している。なお、P型基板の表
面濃度をPウェルを設けることによってコントロールす
る技術は、サブミクロンクラスのウエハプロセスで一般
に用いられている。
【0031】図10によれば、図10(b)に示す0.
35μmプロセスの方が、図10(a)に示す0.8μ
mよりPウェル濃度が高い。このことは、負極サージに
よってトランジスタ(エミッタ)から基板(ベース)へ
注入された電子が、Pウェル濃度が高い0.35μmプ
ロセスでは、正孔密度が高いため正孔間の電子の移動が
起こり易く、NMOSトランジスタから遠く離れた基板
電位固定用p+ 拡散層の正孔と接合して消失する電子数
が増える。つまり、Tr7のベース電流が増加すること
を意味する。
【0032】また、正孔間の電子の移動は、内部インバ
ータのNウェル(コレクタ)近傍まで注入電子を運ぶ役
目も果たすため、Tr7のコレクタ電流も増加しラッチ
アップ耐性が低下する。本発明は、ウエハプロセスの微
細化技術として必要不可欠なウェルの高濃度化によっ
て、負極サージに対してラッチアップ耐性が低下すると
いう問題を除去し、ラッチアップ耐性を維持・向上させ
ることができるラッチアップ防止保護回路を具備する半
導体集積回路装置を提供することを目的とする。
【0033】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕回路素子が表面に作り込まれた第1導電型基板を
用いた半導体集積回路装置において、主に外部とのイン
ターフェイス回路が配置されるチップ周辺部分と内部回
路が配置されるチップ中央部分との間に、前記内部回路
を取り囲むように、如何なる電位にも電気的に接続され
ていない第2導電型ウェルを形成したラッチアップ防止
保護回路を具備するようにしたものである。
【0034】〔2〕回路素子が表面に作り込まれた第1
導電型基板を用いた半導体集積回路装置において、主に
外部とのインターフェイス回路が配置されるチップ周辺
部分と内部回路が配置されるチップ中央部分との間に中
間領域を設け、前記チップ周辺部分の外部接続端子にド
レインが電気的に接続される第2導電型トランジスタを
形成する第1導電型基板主表面領域の第1導電型不純物
濃度を周囲の基板表面領域の第1導電型不純物濃度より
も高くし、前記中間領域の抵抗を大きくするラッチアッ
プ防止保護回路を具備するようにしたものである。
【0035】〔3〕回路素子が表面に作り込まれた第1
導電型基板を用いた半導体集積回路装置において、主に
外部とのインターフェイス回路が配置されるチップ周辺
部分と内部回路が配置されるチップ中央部分との間に中
間領域を設け、前記チップ周辺部分の外部接続端子にド
レインが電気的に接続される第1導電型トランジスタを
形成する第2導電型ウェルの底面部にこのウェル領域よ
りも高濃度の第2導電型不純物層を形成するラッチアッ
プ防止保護回路を具備するようにしたものである。
【0036】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。図1は本発明の第1実施例を示す半
導体集積回路装置の概略レイアウトを示す平面図、図2
は本発明の第1実施例を示す半導体集積回路装置の断面
と負極サージ印加時における寄生バイポーラトランジス
タ回路図である。図2では、NMOSトランジスタ領域
(チップ周辺部分)110とCMOSインバータ回路領
域(チップ中央部分)120の断面と寄生バイポーラト
ランジスタによる回路を現している。
【0037】これらの図において、100は半導体デバ
イスチップ、110はNMOSトランジスタ領域(チッ
プ周辺部分)、120はCMOSインバータ領域(チッ
プ中央部分)、130,142,145はNウェル(第
2導電型ウェル)、135は中間領域、141はP型基
板(第1導電型基板)、143,144,146はPウ
ェル、147,150,151,153,155,15
6はn+ 拡散層であり、特に、147,153はNウェ
ル電位固定用n+ 拡散層、また、148,149,15
2,154はp+ 拡散層であり、特に、152,154
はP型基板(Pウェル)電位固定用p+ 拡散層である。
【0038】更に、157はn+ 拡散層147とp+
散層148に接続される電源線、158はn+ 拡散層1
51とp+ 拡散層152に接続される接地線、159は
+拡散層153に接続される電源線、160はp+
散層154とn+ 拡散層155に接続される接地線、1
61はn+ 拡散層156に接続されるドレイン端子、1
62はPMOSのゲート、163,164はNMOSの
ゲートである。
【0039】図1に示すように、P型基板141を用い
た半導体デバイスチップ100において、入力や出力回
路が配置されるチップ周辺部分110と、制御回路や論
理回路が配置されるチップ中央部分120との間に、電
気的に如何なる電位にも接続されていない一体のNウェ
ル130を配置する。この半導体集積回路装置の動作に
ついて説明すると、P型基板141上にNウェル130
が形成された領域は基板抵抗が高いため、サージ電流の
侵入口となるチップ周辺部分110からラッチアップを
起こし易い内部回路が配置されるチップ中央部分120
までの基板抵抗が高くなる。
【0040】以下、この半導体集積回路装置の作用効果
について、図2を参照しながら説明する。この実施例
は、図2に示すように、NMOSトランジスタ領域(チ
ップ周辺部分)110とCMOSインバータ回路領域
(チップ中央部分)120との中間領域として、Nウェ
ル135を配置したものであり、従来の図9に示された
中間領域のPウェルが存在しないものである。
【0041】したがって、高濃度のPウェルが存在しな
いため、中間領域135の抵抗は元々のP型基板141
の抵抗まで高くなる。この結果、Tr7から引き出され
るベース電流が減少し、コレクタ電流も減少するので負
極サージによるラッチアップ耐性を向上させることがで
きる。この実施例では、基板抵抗を高くする目的でNウ
ェル130を配置しており、Nウェル130へ特定電位
の供給は不要である。このことは通常のデバイスで周辺
回路と内部回路間を接続する配線の引き廻しに使用して
いる領域を、そのままNウェル130の配置領域に使用
できるので、Nウェル130の設置に伴ってチップ面積
が増大してしまうといったデメリットがない。
【0042】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。図3は本発明の第2実施例を示す半導体集積回路装
置の概略レイアウトを示す平面図、図4は本発明の第2
実施例を示す半導体集積回路装置の断面と負極サージ印
加時における寄生バイポーラトランジスタ回路図であ
る。図4は図2と同様に、従来の図9の回路に本実施例
を適用したものでNMOSトランジスタ領域230とC
MOSインバータ領域232の断面と寄生バイポーラト
ランジスタによる回路を示している。
【0043】これらの図において、200は半導体デバ
イスチップ、210はチップ周辺部分、220はチップ
中央部分、212はチップ周辺部分210に位置するP
ウェル、222はチップ中央部分220に位置するPウ
ェル、241はP型基板、242,244はNウェル、
246,249,250,252,254,255はn
+ 拡散層であり、特に、246,252はNウェル電位
固定用n+ 拡散層である。また、247,248,25
1,253はp+ 拡散層であり、特に、251,253
はP型基板(Pウェル)電位固定用p+ 拡散層である。
【0044】更に、256はn+ 拡散層246とp+
散層247に接続される電源線、257はn+ 拡散層2
50とp+ 拡散層251に接続される接地線、258は
+拡散層252に接続される電源線、259はp+
散層253とn+ 拡散層254に接続される接地線、2
60はn+ 拡散層255に接続されるドレイン端子、2
61はPMOSのゲート、262,263はNMOSの
ゲートである。
【0045】これらの図に示すように、P型基板241
を用いた半導体デバイスチップ200において、出力用
NMOSトランジスタや静電破壊防止保護用NMOSト
ランジスタがその中に形成されるチップ周辺部分210
のPウェル212と制御回路や論理回路のNMOSが形
成されるチップ中央部分220のPウェル222を分離
して形成する。
【0046】このように構成したので、サージ電流の侵
入口となるチップ周辺部分210のPウェル212とラ
ッチアップを起こし易い内部回路のPウェル222とが
P型基板241で繋がる型式になるので、サージ電流の
侵入口のNMOSトランジスタ領域230から内部の寄
生サイリスタまでの基板抵抗が高くなる。次に、本発明
の第2実施例の作用効果を図4を参照しながら説明す
る。
【0047】図4に示すように、P型基板241を使用
するサブミクロンクラスのウエハプロセスでは、Nウェ
ルを形成する領域のマスクデータは作製するが、Pウェ
ル領域についてはマスクデータを作製せず、Nウェルマ
スクをそのまま使用してNウェル以外の全領域をPウェ
ル化する。従来は、チップ周辺部分とチップ中央部分の
Pウェルが繋がってしまい、サージ電流の侵入口のNM
OSトランジスタ領域230から内部の寄生サイリスタ
までの基板抵抗が低いことが負極サージに対するラッチ
アップ耐性低下の原因であったが、第2実施例によれ
ば、上記のように、NMOSトランジスタ領域230が
形成されているPウェル212とCMOSインバータ領
域232のNMOSが形成されているPウェル222と
を分離して形成しているため、中間領域234の抵抗は
P型基板241の抵抗となり非常に大きい。
【0048】この結果、Tr7から引き出されるベース
電流が減少し、コレクタ電流も減少するので負極サージ
によるラッチアップ耐性を向上させることができる。次
に、本発明の第3実施例について説明する。図5は本発
明の第3実施例を示す半導体集積回路装置の断面と正極
サージ印加時における寄生バイポーラトランジスタ回路
図である。
【0049】この図において、310はPMOSトラン
ジスタ領域、320はCMOSインバータ領域、330
は中間領域、341はP型基板、342,345はNウ
ェル、343,344はPウェル、346,349,3
50,353はn+ 拡散層であり、特に、346,35
3はNウェル電位固定用n+ 拡散層である。また、34
7,348,351,352,354,355はp+
散層であり、特に、351,352はP型基板(Pウェ
ル)電位固定用p+ 拡散層、354はソース、355は
ドレインである。
【0050】更に、356はn+ 拡散層346とp+
散層347に接続される電源線、357はn+ 拡散層3
50とp+ 拡散層351に接続される接地線、358は
+拡散層352に接続される接地線、359はn+
散層353とp+ 拡散層354に接続される電源線、3
60はp+ 拡散層355に接続されるドレイン端子、3
61,363はPMOSのゲート、362はNMOSの
ゲートである。なお、370はN型の高濃度不純物層
(エピタキシャルシリコン層)である。
【0051】図5に示すように、P型基板341を用い
た半導体集積回路装置において、その中にPMOSトラ
ンジスタ領域310が形成されるNウェル345の底面
部分にN型の高濃度不純物層(エピタキシャルシリコン
層)370を形成する。次に、この半導体集積回路装置
の動作について説明する。図5において、サージ電流の
侵入口となるPMOSトランジスタ領域310に寄生的
に形成される2つのpnpバイポーラトランジスタ、す
なわち横型npnトランジスタTr1と縦型pnpトラ
ンジスタTr2内のこのトランジスタTr2側のコレク
タ電流が減少する。
【0052】このように、第3実施例によれば、PMO
Sトランジスタ310が形成されるNウェル345の底
面部分に、N型の高濃度不純物層(エピタキシャルシリ
コン層)370を形成するようにしたので、Nウェル表
面に比べて底面部分の電子密度が高い。そこで、正極サ
ージによってNウェル内に注入された正孔は、ベース電
流とソースをコレクタとする横型npnトランジスタT
r1のコレクタ電流とP型基板をコレクタとする縦型p
npトランジスタTr2のコレクタ電流に分かれるが、
縦型pnpトランジスタTr2のコレクタ電流は、P型
基板に向かって下方向に流れる。
【0053】この実施例では、この下向きに流れる正孔
が基板に到達する手前で、N型の高濃度不純物層(エピ
タキシャルシリコン層)370を通り抜けなければなら
ないが、このN型の高濃度不純物層370は電子密度が
高いため、正孔の殆どがこの高濃度不純物層で電子と結
合して消失してしまう。その結果、縦型pnpトランジ
スタTr2のコレクタ電流が大幅に減少するので、正極
サージによるラッチアップ耐性を向上させることができ
る。
【0054】さらに、第3実施例は出力トランジスタに
限らず、静電破壊防止保護素子として搭載されるPMO
Sトランジスタやゲートを持たないpnpバイポーラト
ランジスタをその中に形成しているNウェルに適用して
も同様の効果が得られる。また、本発明によれば、いず
れの実施例もCMOSプロセスで製造される製品であれ
ば、全てに適用可能である。
【0055】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0056】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、次のような効果を奏することができる。 (1)請求項1記載の発明によれば、サージ電流の侵入
口となるチップ周辺部分の第1導電型ウェルとラッチア
ップを起こし易い内部回路の第1導電型ウェルとが第1
導電型基板で繋がる型式になるので、サージ電流の侵入
口の第2導電型MOSから内部の寄生サイリスタまでの
基板抵抗が高くなり、ラッチアップ耐性を高めることが
できる。
【0057】(2)請求項2記載の発明によれば、チッ
プ周辺部分の第2導電型MOSトランジスタが形成され
ている第1導電型ウェルと、チップ中央部分のCMOS
インバータの第2導電型MOSが形成されている第1導
電型ウェルとを分離して形成するようにしているので、
中間領域の抵抗は第1導電型基板の抵抗となり非常に大
きくすることができる。
【0058】したがって、チップ周辺部分とチップ中央
部分に跨がって形成される寄生トランジスタから引き出
されるベース電流が減少し、コレクタ電流も減少するの
で負極サージによるラッチアップ耐性を向上させること
ができる。 (3)請求項3記載の発明によれば、正孔が第1導電型
基板に到達する手前で第2導電型の高濃度不純物層を通
り抜けなければならないが、この第2導電型の高濃度不
純物層は電子密度が高いため、正孔の殆どがこの高濃度
不純物層で電子と結合して消失してしまう。
【0059】したがって、縦型pnpトランジスタのコ
レクタ電流が大幅に減少するので、正極サージによるラ
ッチアップ耐性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す半導体集積回路装置
の概略レイアウトを示す平面図である。
【図2】本発明の第1実施例を示す半導体集積回路装置
の断面と負極サージ印加時における寄生バイポーラトラ
ンジスタ回路図である。
【図3】本発明の第2実施例を示す半導体集積回路装置
の概略レイアウトを示す平面図である。
【図4】本発明の第2実施例を示す半導体集積回路装置
の断面と負極サージ印加時における寄生バイポーラトラ
ンジスタ回路図である。
【図5】本発明の第3実施例を示す半導体集積回路装置
の断面と正極サージ印加時における寄生バイポーラトラ
ンジスタ回路図である。
【図6】従来のCMOS−ICの寄生サイリスタの説明
図である。
【図7】従来のPMOSトランジスタとCMOSインバ
ータ断面構造と正極サージ印加時における寄生バイポー
ラトランジスタの回路図である。
【図8】従来のNウェル濃度プロファイルのシミュレー
ション結果を示す図である。
【図9】従来のNMOSトランジスタとCMOSインバ
ータ断面構造と負極サージ印加時における寄生バイポー
ラトランジスタの回路図である。
【図10】従来のPウェル濃度プロファイルのシミュレ
ーション結果を示す図である。
【符号の説明】
100,200 半導体デバイスチップ 110,210 チップ周辺部分 120,220 チップ中央部分 130,142,145,242,244,342,3
45 Nウェル(第2導電型ウェル) 135,234,330 中間領域 141,241,341 P型基板(第1導電型基
板) 143,144,146,212,222,343,3
44 Pウェル 147,150,151,153,155,156,2
46,249,250,252,254,255,34
6,349,350,353 n+ 拡散層 148,149,152,154,255,247,2
48,251,253,347,348,351,35
2,354,355 p+ 拡散層 157,159,256,258,356,359
電源線 158,160,257,259,357,358
接地線 161,260,360 ドレイン端子 162,261,361,363 PMOSのゲート 163,164,262,263,362 NMOS
のゲート 230 NMOSトランジスタ領域 232,320 CMOSインバータ領域 310 PMOSトランジスタ領域 370 N型の高濃度不純物層(エピタキシャルシリ
コン層)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回路素子が表面に作り込まれた第1導電
    型基板を用いた半導体集積回路装置において、 主に外部とのインターフェイス回路が配置されるチップ
    周辺部分と内部回路が配置されるチップ中央部分との間
    に、前記内部回路を取り囲むように如何なる電位にも電
    気的に接続されていない第2導電型ウェルを形成したラ
    ッチアップ防止保護回路を具備することを特徴とする半
    導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 回路素子が表面に作り込まれた第1導電
    型基板を用いた半導体集積回路装置において、 主に外部とのインターフェイス回路が配置されるチップ
    周辺部分と内部回路が配置されるチップ中央部分との間
    に中間領域を設け、前記チップ周辺部分の外部接続端子
    にドレインが電気的に接続される第2導電型トランジス
    タを形成する第1導電型基板主表面領域の第1導電型不
    純物濃度を周囲の基板表面領域の第1導電型不純物濃度
    よりも高くし、前記中間領域の抵抗を大きくするラッチ
    アップ防止保護回路を具備することを特徴とする半導体
    集積回路装置。
  3. 【請求項3】 回路素子が表面に作り込まれた第1導電
    型基板を用いた半導体集積回路装置において、 主に外部とのインターフェイス回路が配置されるチップ
    周辺部分と内部回路が配置されるチップ中央部分との間
    に中間領域を設け、前記チップ周辺部分の外部接続端子
    にドレインが電気的に接続される第1導電型トランジス
    タを形成する第2導電型ウェルの底面部に該ウェル領域
    よりも高濃度の第2導電型不純物層を形成するラッチア
    ップ防止保護回路を具備することを特徴とする半導体集
    積回路装置。
JP9298079A 1997-10-30 1997-10-30 半導体集積回路装置 Withdrawn JPH11135645A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9298079A JPH11135645A (ja) 1997-10-30 1997-10-30 半導体集積回路装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9298079A JPH11135645A (ja) 1997-10-30 1997-10-30 半導体集積回路装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11135645A true JPH11135645A (ja) 1999-05-21

Family

ID=17854888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9298079A Withdrawn JPH11135645A (ja) 1997-10-30 1997-10-30 半導体集積回路装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11135645A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004282022A (ja) * 2003-03-12 2004-10-07 Hynix Semiconductor Inc 高電圧素子のウェル構造
JP2006134955A (ja) * 2004-11-02 2006-05-25 Denso Corp 半導体集積回路の設計方法
CN114068517A (zh) * 2020-08-05 2022-02-18 圣邦微电子(北京)股份有限公司 半导体芯片

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004282022A (ja) * 2003-03-12 2004-10-07 Hynix Semiconductor Inc 高電圧素子のウェル構造
JP2006134955A (ja) * 2004-11-02 2006-05-25 Denso Corp 半導体集積回路の設計方法
JP4617832B2 (ja) * 2004-11-02 2011-01-26 株式会社デンソー 半導体集積回路の設計方法
CN114068517A (zh) * 2020-08-05 2022-02-18 圣邦微电子(北京)股份有限公司 半导体芯片

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100431066B1 (ko) 정전 방전 보호 기능을 가진 반도체 장치
US6469354B1 (en) Semiconductor device having a protective circuit
KR20090123683A (ko) 정전기 방전 장치
TW200410393A (en) Electrostatic discharge protection device for mixed voltage interface
JPH0654797B2 (ja) Cmos半導体装置
US7456440B2 (en) Electrostatic protection device
JP5079974B2 (ja) 半導体装置
JPH1065020A (ja) 半導体装置
TWI784502B (zh) 靜電放電防護電路
JP2004304136A (ja) 半導体装置
US6218881B1 (en) Semiconductor integrated circuit device
JP4295370B2 (ja) 半導体素子
JP2007019413A (ja) 保護回路用半導体装置
US5892263A (en) CMOS device connected to at least three power supplies for preventing latch-up
JPH11135645A (ja) 半導体集積回路装置
JPS6197858A (ja) 半導体装置
US6084272A (en) Electrostatic discharge protective circuit for semiconductor device
JPS60247959A (ja) ラツチアツプ防止回路
JP3184168B2 (ja) 半導体装置の保護装置
JP3425574B2 (ja) 半導体集積回路の入出力保護装置
JPH11251533A (ja) 半導体集積回路装置及びその製造方法
JPH09298277A (ja) 半導体装置
US20040195630A1 (en) ESD protection device and method of making the same
JP2023152650A (ja) 半導体装置
JPS61208863A (ja) Cmos半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20050104