JPH1117160A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH1117160A
JPH1117160A JP9167007A JP16700797A JPH1117160A JP H1117160 A JPH1117160 A JP H1117160A JP 9167007 A JP9167007 A JP 9167007A JP 16700797 A JP16700797 A JP 16700797A JP H1117160 A JPH1117160 A JP H1117160A
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JP
Japan
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type
semiconductor layer
semiconductor device
terminal
semiconductor
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JP9167007A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Watanabe
恭志 渡辺
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Sharp Corp
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means, in a semiconductor device, in which generation of defects, such as deterioration of characteristics, generation of clear flaws and the like, is suppressed in the condition of ordinary daily radioactive ray level. SOLUTION: This semiconductor device comprising a semiconductor substrate (an n-type substrate 21) has a structure wherein an input pad 11 is connected to one end (a p<+> -type region 22) of a p-type semiconductor layer, the other end (a p<+> -type region 23) of the p-type semiconductor layer is connected to a ground lug 15, the p-type semiconductor layer (a p-type region 24) is surrounded by an n-type semiconductor layer (an n-type substrate 21 and an n<+> -type region 25), and the n-type semiconductor layer is connected to a source terminal (VDD) 16. Further, in the structure, a DC voltage is impressed on the source terminal 16, which put the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer into a reverse bias condition during operation of the semiconductor device. When none of the terminals of this device is electrically connected to the outside, the input pad 11 is brought into electrical connection with the ground lug 15 of this device, and when this device is operated, the input pad 11 is electrically disconnected from the ground lug 15.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置(CM
OS半導体装置、固体撮像装置等)に係り、特に、微量
の放射線を被曝する恐れのある環境下での使用に対処で
きる半導体装置に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor device (CM)
In particular, the present invention relates to a semiconductor device capable of coping with use in an environment where a small amount of radiation may be exposed.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置は、一般に放射線に弱い。D
RAM等のメモリ素子では、放射線照射によって、瞬間
的に発生する過大な電荷によって、一部のデータが一時
的に誤った値となるソフトエラーが発生する。しかし、
より重大な問題は、放射線照射によって、半導体装置が
後に残る損傷を受けることである。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices are generally susceptible to radiation. D
2. Description of the Related Art In a memory element such as a RAM, a soft error occurs in which some data temporarily becomes an incorrect value due to an excessively large charge generated instantaneously due to radiation irradiation. But,
A more serious problem is that the radiation damages the semiconductor device that remains.

【0003】放射線が半導体装置に入射した場合、イオ
ン損傷及びバルク損傷という2種類の影響を与える。イ
オン損傷は、放射線によって酸化膜内部に生成された電
子−正孔対の内、酸化膜内部でトラップされた正孔が、
電極−酸化膜−半導体からなるMOS構造において、閾
値電圧をシフトさせるもので、半導体装置の本来の駆動
電圧範囲を逸脱させる。イオン損傷は、また、半導体/
酸化膜境界の界面準位を増大させる。これは、上記MO
S構造において、半導体/酸化膜境界の界面に形成され
るチャネルに悪影響を与え、装置性能を大幅に劣化させ
る。
When radiation enters a semiconductor device, it has two kinds of effects, ion damage and bulk damage. Ion damage is caused by holes trapped inside the oxide film among electron-hole pairs generated inside the oxide film by radiation.
In a MOS structure composed of an electrode, an oxide film, and a semiconductor, the threshold voltage is shifted so as to deviate from the original driving voltage range of the semiconductor device. Ion damage also affects semiconductor /
The interface state at the oxide film boundary is increased. This is the MO
In the S structure, a channel formed at the interface between the semiconductor and the oxide film is adversely affected, and the device performance is significantly deteriorated.

【0004】バルク損傷は、放射線が半導体結晶原子と
相互作用することにより発生する。放射線が十分高いエ
ネルギーを有すると、原子は結晶格子位置からはじき出
され、空孔と格子間原子を生じる。これらは、結晶欠陥
となり、半導体装置の特性劣化を引き起こす。
[0004] Bulk damage is caused by the interaction of radiation with semiconductor crystal atoms. If the radiation has a sufficiently high energy, the atoms are ejected from the crystal lattice sites, creating vacancies and interstitial atoms. These become crystal defects and cause deterioration of characteristics of the semiconductor device.

【0005】半導体装置が、電荷結合素子(CCD)な
どによる固体撮像装置の場合、上記放射線による影響
は、特に重大である。イオン損傷では、閾値電圧のシフ
トが固体撮像装置の本来の駆動電圧範囲を逸脱させると
共に、半導体/酸化膜境界の界面準位の増大は暗電流の
増大を招き、暗時の白点キズや偽信号となって、画質を
劣化させる。バルク損傷では、結晶欠陥が暗電流の増大
を招き、暗時の白キズとなると共に、CCDでは該結晶
欠陥が転送チャネルに電荷トラップを発生させ、転送特
性劣化を招く。該転送特性劣化は、画像のボケとなり、
画質を低下させる。
When the semiconductor device is a solid-state image pickup device using a charge-coupled device (CCD) or the like, the influence of the radiation is particularly significant. In ion damage, the shift of the threshold voltage deviates from the original driving voltage range of the solid-state imaging device, and the increase in the interface state at the boundary between the semiconductor and the oxide film causes an increase in dark current. It becomes a signal and degrades the image quality. In the case of bulk damage, crystal defects cause an increase in dark current, resulting in white flaws in the dark, and in CCDs, the crystal defects cause charge traps in a transfer channel, resulting in deterioration of transfer characteristics. The transfer characteristic deterioration results in blurring of the image,
Reduce image quality.

【0006】以上に述べた放射線損傷の問題は、従来、
原子力関連施設や宇宙空間等、高放射線環境下で使用さ
れる場合は別として、日常環境では無視できるレベルと
みなして、特に対策されていなかった。
[0006] The problem of radiation damage described above has hitherto been
Apart from being used in high radiation environments such as nuclear facilities and outer space, it was regarded as a negligible level in everyday environments and no particular measures were taken.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
装置や固体撮像装置が高性能化されるに従い、日常環境
においても放射線損傷は無視できなくなって来ている。
特に、CCDによる固体撮像装置では、暗時ノイズや暗
時白キズのレベルが格段に向上し、出力ゲインが大幅に
高められた結果、非常に高い感度が達成された反面、僅
かの白キズ発生も許されなくなってきている。したがっ
て、放射線損傷などによる後天的なキズ発生は重大な問
題となる。
However, as semiconductor devices and solid-state imaging devices become more sophisticated, radiation damage cannot be ignored even in everyday environments.
In particular, in the solid-state imaging device using a CCD, the level of noise in the dark and white spots in the dark have been remarkably improved, and the output gain has been greatly increased. As a result, extremely high sensitivity has been achieved, but slight white spots have been generated. Is no longer allowed. Therefore, the occurrence of acquired scratches due to radiation damage or the like becomes a serious problem.

【0008】日常環境において、半導体に損傷を与える
放射線としては、まず、半導体装置の封止材料に極微量
含まれる、ウラン、トリウム、ポロニウム等の放射性元
素からのものが考えられる。次いで、やはり微量ながら
宇宙線がある。
[0008] Radiation that damages a semiconductor in a daily environment may be a radioactive element such as uranium, thorium, or polonium contained in a very small amount in a sealing material of a semiconductor device. Then there are cosmic rays, albeit in traces.

【0009】半導体装置の封止材料からの放射線につい
ては、これらが主にα線であり、数10μm程度の樹脂
層で容易に遮蔽できることから、DRAMのソフトエラ
ー対策として、各種技術が公知となっている。固体撮像
装置の場合は、図4に示す、封止材料中の放射性元素含
有量を低減する方法(特開平1−173639号公報)
が公知である。図において、91は、セラミックやプラ
スチックで構成されるパッケージ基体部、92は、CC
Dなどの固体撮像素子、93は、ガラスで構成される透
明リッド、94は、リードピンである。リッド93の構
成材料であるガラス部材を高純度石英ガラスとすること
により、ウランやトリウムなどの放射性元素含有量を少
なくし、リッドからのα線放射を抑えることができる。
Regarding radiation from a sealing material of a semiconductor device, these are mainly α-rays and can be easily shielded by a resin layer of about several tens of μm. ing. In the case of a solid-state imaging device, a method for reducing the content of a radioactive element in a sealing material shown in FIG. 4 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-173639).
Is known. In the drawing, reference numeral 91 denotes a package base portion made of ceramic or plastic, and 92 denotes a CC
D is a solid-state image sensor, 93 is a transparent lid made of glass, and 94 is a lead pin. By using a high-purity quartz glass as the glass member that is a constituent material of the lid 93, the content of radioactive elements such as uranium and thorium can be reduced, and α-ray emission from the lid can be suppressed.

【0010】固体撮像装置における他の方法としては、
図5に示す、遮蔽層で覆う方法(特開平6−12046
0号公報)が公知である。図において、95は、セラミ
ックやプラスチックで構成されるパッケージ基体部、9
6は、CCDなどの固体撮像素子、97は、ガラスで構
成される透明リッド、98は、リードピンである。透明
リッド97は、特に低α線化を施していない通常のガラ
スリッドである。99は、α線吸収部材である。これに
より、通常のガラスリッド97から放射されるα線は、
α線吸収部材99により遮蔽され、固体撮像素子96に
は到達しない。
As another method in the solid-state imaging device,
A method of covering with a shielding layer shown in FIG.
No. 0) is known. In the figure, reference numeral 95 denotes a package base made of ceramic or plastic;
6 is a solid-state imaging device such as a CCD, 97 is a transparent lid made of glass, and 98 is a lead pin. The transparent lid 97 is an ordinary glass lid that is not particularly subjected to α ray reduction. Reference numeral 99 denotes an α-ray absorbing member. Thereby, the α-ray radiated from the ordinary glass lid 97 is
The light is blocked by the α-ray absorbing member 99 and does not reach the solid-state imaging device 96.

【0011】しかしながら、宇宙線の場合には、これを
遮蔽すること自体が極めて困難である。50cmの厚さ
のコンクリートでも、40%しか低減できない。また、
飛来の程度は、地上において、100cm2程度の面積
に対して、毎秒1個程度である。半導体装置の活性部分
の面積が1cm2であるとした場合、年間では30万個
もの照射を受けることになり、その影響は無視できな
い。しかし、残念ながら、宇宙線に対して現状では対策
がないのが実情である。
However, in the case of cosmic rays, it is extremely difficult to shield the cosmic rays. Even concrete with a thickness of 50 cm can reduce only 40%. Also,
The degree of flight is about one per second for an area of about 100 cm 2 on the ground. Assuming that the area of the active portion of the semiconductor device is 1 cm 2 , 300,000 irradiations are received annually, and the effect cannot be ignored. Unfortunately, however, there is currently no measure against cosmic rays.

【0012】本発明は、以上の問題点に鑑み考案された
ものであり、日常環境程度の放射線に対して耐性を有す
る半導体装置、特に、固体撮像装置を実現する技術を提
供するものである。
The present invention has been devised in view of the above problems, and provides a technique for realizing a semiconductor device having resistance to radiation in a daily environment, particularly a solid-state imaging device.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基体を有する半導体装置において、該装置の全て
の端子が外部に電気的に接続されていない状態において
は、特定の電極に対応する端子が、該装置の基準端子と
電気的に接続状態になると共に、該装置の動作状態にお
いては、上記特定の電極に対応する端子が、該装置の上
記基準端子と電気的に非接続状態となるよう構成されて
なることを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
In a semiconductor device having a semiconductor substrate, when all terminals of the device are not electrically connected to the outside, a terminal corresponding to a specific electrode is electrically connected to a reference terminal of the device. In addition, in the operation state of the device, the terminal corresponding to the specific electrode is configured to be electrically disconnected from the reference terminal of the device.

【0014】また、上記基準端子は、該半導体装置の動
作状態においては、接地端子であることを特徴とするも
のである。
Further, the reference terminal is a ground terminal in an operation state of the semiconductor device.

【0015】更に、上記特定の電極に対応する端子が、
第1導電型の第1半導体層の一端に接続され、該第1半
導体層の他端には上記基準端子が接続され、上記第1半
導体層の周囲を第2導電型の第2半導体層が取り囲み、
該第2半導体層が第3の端子と接続されてなると共に、
該第3の端子には、該半導体装置の動作状態において
は、上記第1半導体層と第2半導体層とが逆バイアス状
態となるDC電圧が印加されてなることを特徴とするも
のである。
Further, the terminal corresponding to the specific electrode is
One end of the first semiconductor layer of the first conductivity type is connected, the other end of the first semiconductor layer is connected to the reference terminal, and a second semiconductor layer of the second conductivity type is provided around the first semiconductor layer. Surround,
The second semiconductor layer is connected to a third terminal,
A DC voltage is applied to the third terminal so that the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are in a reverse bias state in an operation state of the semiconductor device.

【0016】日常環境程度の放射線に対しては、以下の
経験的事実がある。すなわち、半導体装置が、その各端
子を電気的に浮かせた状態で放置された場合と、各端子
を全て短絡した状態で放置された場合とで、放射線の影
響が異なり、後者の場合の方が、前者の場合に比べて大
幅に影響が少ない。特に、CCD型固体撮像装置では、
後者の場合の方が、前者の場合に比べ、白キズ発生が大
幅に少ない。
The following empirical facts exist for radiation in a daily environment. In other words, the effect of radiation is different between the case where the semiconductor device is left in a state where each terminal is electrically floated and the case where the semiconductor device is left in a state where all terminals are short-circuited. , The effect is significantly less than in the former case. In particular, in a CCD type solid-state imaging device,
In the latter case, the occurrence of white flaws is significantly smaller than in the former case.

【0017】この理由の1つとして、以下の機構が考え
られる。すなわち、上記イオン損傷の場合、各端子を全
て短絡した状態では、MOS構造の酸化膜に印加される
電界は0となり、放射線によって多量の電子−正孔対が
発生しても、電子のみ先に移動することが抑制される。
したがって、発生した電子−正孔対は再結合する確立が
高くなり、酸化膜中に残留しトラップされる正孔は大幅
に減少する。よって、閾値のシフトや半導体/酸化膜境
界の界面準位の増大が抑制され、白キズ発生等の劣化が
少なくなると考えられる。
One of the reasons is as follows. That is, in the case of the above ion damage, when all the terminals are short-circuited, the electric field applied to the oxide film of the MOS structure becomes 0, and even if a large amount of electron-hole pairs are generated by the radiation, only the electrons are first. Movement is suppressed.
Therefore, the generated electron-hole pairs are more likely to recombine, and the number of holes remaining in the oxide film and trapped is greatly reduced. Therefore, it is considered that the shift of the threshold value and the increase of the interface state at the semiconductor / oxide film boundary are suppressed, and the deterioration such as the generation of white scratches is reduced.

【0018】本発明においては、半導体装置の全ての端
子が外部に電気的に接続されていない状態において、特
定の電極に対応する端子が、該装置の基準端子、特に、
接地端子と電気的に接続状態となるように構成され、そ
れら各端子を電気的に接地した状態となる。このため、
半導体装置、特に、CCD型固体撮像装置において、上
記特定の電極を、受光部上ないし受光部を取り囲む電極
とした場合、該電極下のMOS構造の酸化膜に印加され
る電界は0となり、上記の理由から、受光部での白キズ
発生等の劣化が少なくなる。
In the present invention, when all the terminals of the semiconductor device are not electrically connected to the outside, the terminal corresponding to the specific electrode is connected to the reference terminal of the device, in particular,
It is configured to be electrically connected to the ground terminal, and each terminal is electrically grounded. For this reason,
In a semiconductor device, in particular, in a CCD solid-state imaging device, when the specific electrode is an electrode on or surrounding the light receiving unit, the electric field applied to the oxide film of the MOS structure below the electrode is 0, For this reason, deterioration such as generation of white flaws in the light receiving section is reduced.

【0019】また、本発明においては、上記特定の電極
に対応する端子は、該半導体装置の動作状態において
は、該装置の基準端子と電気的に非接続状態であるか
ら、該装置の動作時には何ら影響を与えない。
In the present invention, the terminal corresponding to the specific electrode is electrically disconnected from the reference terminal of the semiconductor device in the operating state of the semiconductor device. Has no effect.

【0020】更に、本発明においては、上記特定の電極
に対応する端子が、第1導電型の第1半導体層の一端に
接続され、該第1半導体層の他端には上記基準端子が接
続され、上記第1半導体層の周囲を第2導電型の第2半
導体層が取り囲み、該第2半導体層が第3の端子と接続
されてなると共に、該第3の端子には、該半導体装置の
動作状態においては、上記第1半導体層と第2半導体層
とが逆バイアス状態となるよう、DC電圧が印加され
る。このため、半導体装置(固体撮像装置)の全ての端
子が外部と電気的に接続されていない状態において、上
記特定の電極に対応する端子及び上記基準端子と、第3
の端子間の電位差は0であるため、上記第1半導体層は
中性化領域が確保されるため、その間にチャネルが形成
され、上記特定電極に対応する端子と基準端子とは、電
気的に接続状態となる。また、半導体装置の動作状態に
おいては、上記特定電極に対応する端子及び基準端子
と、第3の端子間に、逆バイアス電圧が印加され、上記
第1半導体層は中性化領域が無くなるため、その間のチ
ャネルはオフとなり、上記特定電極に対応する端子と基
準端子とは、電気的に非接続状態となる。
Further, in the present invention, a terminal corresponding to the specific electrode is connected to one end of a first semiconductor layer of a first conductivity type, and the reference terminal is connected to the other end of the first semiconductor layer. The second semiconductor layer of the second conductivity type surrounds the first semiconductor layer, the second semiconductor layer is connected to a third terminal, and the third terminal includes the semiconductor device. In the operation state, a DC voltage is applied so that the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are in a reverse bias state. Therefore, in a state in which all terminals of the semiconductor device (solid-state imaging device) are not electrically connected to the outside, the terminal corresponding to the specific electrode and the reference terminal,
Since the potential difference between the terminals is 0, the neutralization region is ensured in the first semiconductor layer, a channel is formed therebetween, and the terminal corresponding to the specific electrode and the reference terminal are electrically connected to each other. The connection state is established. In the operation state of the semiconductor device, a reverse bias voltage is applied between the terminal corresponding to the specific electrode and the reference terminal and the third terminal, and the first semiconductor layer has no neutralized region. The channel between them is turned off, and the terminal corresponding to the specific electrode and the reference terminal are electrically disconnected.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0022】図1は、本発明をCMOS半導体装置に適
用した場合の一実施形態であり、(a)は、本発明の要
部(放射線対策部)10を模式的に示した図、(b)
は、半導体装置の本体部の一部を示した図である。
FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is applied to a CMOS semiconductor device. FIG. 1A is a diagram schematically showing a main part (radiation countermeasure unit) 10 of the present invention, and FIG. )
FIG. 3 is a diagram showing a part of a main body of the semiconductor device.

【0023】CMOS半導体装置の本体部は、図1
(b)のインバータ回路30で典型的に表される。すな
わち、PMOSトランジスタ32は、ソース34とNウ
エル35が共通に電源VDDに接続される。また、NMO
Sトランジスタ33は、ソース37とPウエル36が共
通に接地電位(GND記号)に接続される。PMOSト
ランジスタ32とNMOSトランジスタ33の各ゲート
は共通に入力31に接続される。また、PMOSトラン
ジスタ32とNMOSトランジスタ33の各ドレインは
共通に接続され、出力38となる。
FIG. 1 shows the main body of the CMOS semiconductor device.
This is typically represented by the inverter circuit 30 shown in FIG. That is, in the PMOS transistor 32, the source 34 and the N well 35 are commonly connected to the power supply VDD . Also, NMO
In the S transistor 33, the source 37 and the P well 36 are commonly connected to the ground potential (GND symbol). The gates of the PMOS transistor 32 and the NMOS transistor 33 are commonly connected to the input 31. Further, the drains of the PMOS transistor 32 and the NMOS transistor 33 are commonly connected to each other, and serve as an output 38.

【0024】図1(a)では、入力パッド11からの信
号12は分岐され、一方は、本発明の要部10へ導かれ
る信号13となり、他方は半導体装置の本体部へ導かれ
る信号14となる。要部10には、N型の半導体基板2
1上に、高濃度のP+型領域22及び23が、比較的低
濃度のP型領域24で結ばれて形成される。ここで、領
域22は、上記信号13に、また、領域23は接地端子
15に、それぞれ接続されている。また、P型領域24
の表面側には、高濃度のN+型領域25が形成される。
更に、N型基板21上には、高濃度のN+型領域26が
形成され、該領域25及び26は、電源(VDD)端子1
6に接続される。半導体装置の全ての端子がオープン状
態のとき、P型領域24と、それを取り囲むN型の基板
21及びN+型領域25との間には、電位差が無いた
め、P型領域24には中性化領域が十分に残る。したが
って、P+型領域22と23とは接続状態となる。
In FIG. 1A, a signal 12 from an input pad 11 is branched, and one is a signal 13 guided to a main part 10 of the present invention, and the other is a signal 13 guided to a main body of a semiconductor device. Become. The main part 10 includes an N-type semiconductor substrate 2
1, high-concentration P + -type regions 22 and 23 are formed by being connected by a relatively low-concentration P-type region 24. Here, the region 22 is connected to the signal 13, and the region 23 is connected to the ground terminal 15. Also, the P-type region 24
A high concentration N + -type region 25 is formed on the surface side.
Further, a high-concentration N + -type region 26 is formed on the N-type substrate 21, and the regions 25 and 26 are connected to a power (V DD ) terminal 1.
6 is connected. When all terminals of the semiconductor device are in the open state, there is no potential difference between the P-type region 24 and the N-type substrate 21 and the N + -type region 25 surrounding the P-type region 24. The oxidized area remains sufficiently. Therefore, P + -type regions 22 and 23 are connected.

【0025】インバータ回路30の入力ゲート31への
信号を、要部10の信号14とすると、半導体装置の全
ての端子がオープン状態のとき、入力ゲート31は接地
端子と接続状態となる。したがって、PMOSトランジ
スタ32とNMOSトランジスタ33の各ゲートにおけ
る酸化膜に印加される電界は0となり、インバータ回路
30が放射線の照射を受けた場合でも、イオン損傷によ
り閾値のシフトや半導体/酸化膜境界の界面準位の増大
を招くことが抑制される。
Assuming that the signal to the input gate 31 of the inverter circuit 30 is the signal 14 of the main part 10, the input gate 31 is connected to the ground terminal when all terminals of the semiconductor device are open. Therefore, the electric field applied to the oxide film at each gate of the PMOS transistor 32 and the NMOS transistor 33 becomes 0, and even when the inverter circuit 30 is irradiated with the radiation, the threshold value shifts due to ion damage and the boundary between the semiconductor and the oxide film is lost. An increase in the interface state is suppressed.

【0026】半導体装置が動作状態では、上記要部10
の電源(VDD)端子16には正電圧が印加されるから、
P型領域24は、N型基板21及びN+型領域25との
間で逆バイアス状態となり、完全に空乏化する。すなわ
ち、P+型領域22と23は非接続状態となり、入力パ
ッド11からの信号14は接地端子とは独立となる。
When the semiconductor device is in an operating state,
Since a positive voltage is applied to the power supply (V DD ) terminal 16 of
The P-type region 24 is in a reverse bias state between the N-type substrate 21 and the N + -type region 25, and is completely depleted. That is, the P + -type regions 22 and 23 are disconnected, and the signal 14 from the input pad 11 is independent of the ground terminal.

【0027】図2は、本発明をCCD型固体撮像装置に
適用した場合の実施形態であり、(a)は、本発明の要
部(放射線対策部)40を模式的に示した図、(b)
は、固体撮像装置の本体部の一部を示した図である。
FIG. 2 shows an embodiment in which the present invention is applied to a CCD solid-state imaging device. FIG. 2A is a diagram schematically showing a main part (radiation countermeasure unit) 40 of the present invention. b)
FIG. 3 is a diagram illustrating a part of a main body of the solid-state imaging device.

【0028】CCD型固体撮像装置の本体部は、図2
(b)に示したインターライン転送型CCDの画素部5
0で典型的に表される。すなわち、N型基板47上に低
濃度のP型ウエル51が形成され、該ウエル51上に、
光電変換と蓄積を行う受光部N層54、及び信号電荷の
転送を行うCCD部N層56が形成される。受光部N層
54の表面側には高濃度P+層55が形成され、チャネ
ルストップ部52と接続される。また、CCD部N層5
6の直下には、比較的高濃度のP層53が形成される。
CCD部N層56の上には、酸化膜を介して電極58が
形成され、CCD内の電荷転送を制御するクロック59
が印加される。なお、受光部N層54とCCD部N層5
6との間には、前者から後者への電荷転送を制御する移
送ゲート部57が形成される。
The main body of the CCD type solid-state imaging device is shown in FIG.
Pixel part 5 of interline transfer type CCD shown in (b)
It is typically represented by 0. That is, a low-concentration P-type well 51 is formed on the N-type substrate 47, and on the well 51,
A light receiving unit N layer 54 for performing photoelectric conversion and accumulation, and a CCD unit N layer 56 for transferring signal charges are formed. A high-concentration P + layer 55 is formed on the front surface side of the light receiving section N layer 54, and is connected to the channel stop section 52. The CCD section N layer 5
6, a relatively high concentration P layer 53 is formed.
An electrode 58 is formed on the CCD section N layer 56 via an oxide film, and a clock 59 for controlling charge transfer in the CCD is provided.
Is applied. The light receiving section N layer 54 and the CCD section N layer 5
A transfer gate portion 57 for controlling charge transfer from the former to the latter is formed between the former and the latter.

【0029】図2(a)では、入力パッド11からの信
号12は分岐され、一方は、本発明の要部40へ導かれ
る信号13となり、他方は固体撮像装置の本体部へ導か
れる信号14となる。要部40には、N型の半導体基板
47上にP型ウエル41が形成され、該ウエル41上
に、高濃度のN+型領域42及び43が、比較的低濃度
のN型領域44で結ばれて形成される。ここで、領域4
2は、上記信号13に、また、領域43は接地端子15
に、それぞれ接続されている。また、N型領域44の表
面側には、高濃度のP+型領域45が形成される。更
に、P型ウエル41上には、高濃度のP+型領域46が
形成され、該領域45及び46は、電源(VPW)端子1
6に接続される。固体撮像装置の全ての端子がオープン
状態のとき、N型領域44と、それを取り囲むP型ウエ
ル41及びP+型領域45との間には、電位差が無いた
め、N型領域44には中性化領域が十分に残る。したが
って、N+型領域42と43とは接続状態となる。
In FIG. 2A, the signal 12 from the input pad 11 is branched, one is a signal 13 guided to the main part 40 of the present invention, and the other is a signal 14 guided to the main body of the solid-state imaging device. Becomes In the main part 40, a P-type well 41 is formed on an N-type semiconductor substrate 47, and high-concentration N + -type regions 42 and 43 are formed on the well 41 by a relatively low-concentration N-type region 44. It is tied and formed. Here, area 4
2 is the signal 13, and the area 43 is the ground terminal 15.
, Respectively. On the surface side of the N-type region 44, a high-concentration P + -type region 45 is formed. Further, a high-concentration P + type region 46 is formed on the P-type well 41, and the regions 45 and 46 are connected to the power (V PW ) terminal 1.
6 is connected. When all the terminals of the solid-state imaging device are open, there is no potential difference between the N-type region 44 and the P-type well 41 and the P + -type region 45 surrounding the N-type region. The oxidized area remains sufficiently. Therefore, N + -type regions 42 and 43 are connected.

【0030】インターライン転送型CCDの画素部50
のクロック59への信号を、要部40の信号14とする
と、固体撮像装置の全ての端子がオープン状態のとき、
クロック59は接地端子と接続状態となる。したがっ
て、電極58と、その下のCCD部N層56及び移送ゲ
ート部57、更にチャネルストップ部52との間におけ
る酸化膜に印加される電界は0となり、CCDの画素部
50が放射線の照射を受けた場合でも、イオン損傷によ
り閾値のシフトや半導体/酸化膜境界の界面準位の増大
を招くことが抑制される。
Pixel unit 50 of interline transfer type CCD
When the signal to the clock 59 of the above is the signal 14 of the main part 40, when all the terminals of the solid-state imaging device are in the open state,
The clock 59 is connected to the ground terminal. Therefore, the electric field applied to the oxide film between the electrode 58, the CCD section N layer 56 and the transfer gate section 57, and the channel stop section 52 becomes 0, and the CCD pixel section 50 emits radiation. Even in the case of receiving, the shift of the threshold value and the increase of the interface state at the semiconductor / oxide film boundary due to the ion damage are suppressed.

【0031】固体撮像装置が動作状態では、上記要部4
0の電源(VPW)端子16には負電圧が印加されるか
ら、N型領域44は、P型ウエル41及びP+型領域4
5との間で逆バイアス状態となり、完全に空乏化する。
すなわち、N+型領域42と43とは非接続状態とな
り、入力パッド11からの信号14は、接地端子とは独
立となる。
When the solid-state image pickup device is in an operating state, the above-described main part 4
Since a negative voltage is applied to the power supply (V PW ) terminal 16 at 0, the N-type region 44 includes a P-type well 41 and a P + -type region 4.
5, a reverse bias state occurs, and the depletion occurs completely.
That is, the N + -type regions 42 and 43 are disconnected, and the signal 14 from the input pad 11 is independent of the ground terminal.

【0032】図2(a)に示した本発明の要部40で
の、B−B部分における動作を図3に示す。ここで、図
3(a)は、深さ方向の濃度分布を示し、N1はP+型領
域45の、N2はN型領域44の、N3はP型ウエル41
の、それぞれ濃度を示す。ここで、N型領域44の厚さ
をd0とする。他方、図3(b)は、深さ方向のポテン
シャル分布を示し、(1)は固体撮像装置の全ての端子
がオープン状態のとき、(2)は固体撮像装置が動作状
態のときを、それぞれ示す。ここで、φcは伝導帯の、
φvは価電子帯の、また、φfはフェルミレベルの、それ
ぞれポテンシャルを表す。
FIG. 3 shows the operation of the main part 40 of the present invention shown in FIG. Here, FIG. 3A shows the concentration distribution in the depth direction, where N 1 is the P + type region 45, N 2 is the N type region 44, and N 3 is the P type well 41.
Shows the respective concentrations. Here, the thickness of the N-type region 44 is d 0 . On the other hand, FIG. 3B shows the potential distribution in the depth direction. FIG. 3A shows a case where all the terminals of the solid-state imaging device are in an open state, and FIG. 3B shows a case where the solid-state imaging device is in an operating state. Show. Where φ c is the conduction band,
φ v represents the potential of the valence band, and φ f represents the potential of the Fermi level.

【0033】固体撮像装置の全ての端子がオープン状態
のとき、N型領域44と、それを取り囲むP型ウエル4
1及びP+型領域45との間には、電位差が無いため、
フェルミレベルはフラットとなり、図3(b)の(1)
に示すように、N型領域44には、厚さd1となる中性
化領域が生じる。他方、固体撮像装置が動作状態では、
電源VPWには負電圧が印加されるから、N型領域44
は、P型ウエル41及びP+型領域45との間で逆バイ
アス状態となり、図3(b)の(2)に示すように、フ
ラット中性化領域が無くなり、完全に空乏化する。
When all the terminals of the solid-state imaging device are in the open state, the N-type region 44 and the P-type well
Since there is no potential difference between 1 and the P + type region 45,
The Fermi level becomes flat, and (1) in FIG.
As shown in FIG. 5, a neutralized region having a thickness d 1 is formed in the N-type region 44. On the other hand, when the solid-state imaging device is operating,
Since a negative voltage is applied to the power supply V PW , the N-type region 44
Is in a reverse bias state between the P-type well 41 and the P + -type region 45, and as shown in (2) of FIG. 3 (b), the flat neutralized region is eliminated and the region is completely depleted.

【0034】以上を定量的に議論するため、下記条件の
場合を考える。
To discuss the above quantitatively, consider the following condition.

【0035】[条件1] 濃度N1=2×1019cm-3 濃度N2=4×1016cm-3 濃度N3=2×1015cm-3 厚さd0=4.5×10-5cm 電圧VPW=−5V まず、固体撮像装置の全ての端子がオープン状態のと
き、N型領域44の中性化領域の厚さは、 d1=2.3×10-5cm となる。この場合のシート抵抗は、 ρ=8.3kΩ/□ となる。したがって、N型領域44の平面形状を、幅/
長さ=8程度にすれば、固体撮像装置の全ての端子がオ
ープン状態で、信号14のラインと接地端子間は、1k
Ω程度で接続されることになる。
[Condition 1] Concentration N 1 = 2 × 10 19 cm −3 Concentration N 2 = 4 × 10 16 cm −3 Concentration N 3 = 2 × 10 15 cm −3 Thickness d 0 = 4.5 × 10 -5 cm Voltage V PW = −5 V First, when all the terminals of the solid-state imaging device are in the open state, the thickness of the neutralized region of the N-type region 44 is d 1 = 2.3 × 10 −5 cm. Become. The sheet resistance in this case is ρ = 8.3 kΩ / □. Therefore, the planar shape of the N-type region 44 is set to the width /
If the length is about 8, all terminals of the solid-state imaging device are in an open state, and the distance between the line of the signal 14 and the ground terminal is 1 k.
It will be connected with about Ω.

【0036】次に、固体撮像装置が動作状態では、 VPW≦−3.3V のとき、N型領域44の中性化領域は無くなり、完全に
空乏化する。すなわち、固体撮像装置が動作状態では、
信号14のラインと接地端子間は非接続状態となる。
Next, in the operating state of the solid-state imaging device, when V PW ≦ −3.3 V, the neutral region of the N-type region 44 disappears and the N-type region 44 is completely depleted. That is, when the solid-state imaging device is operating,
The line between the signal 14 and the ground terminal is not connected.

【0037】図1(a)に示した本発明の要部10での
A−A部分における動作も、図3において上記と極性を
反転するだけで、同様に議論することが可能である。ま
た、定量的議論も、上記[条件1]で極性を反転すれ
ば、そのまま適用可能となる。但し、中間の領域24は
P型であるため、半導体装置の全ての端子がオープン状
態のとき、シート抵抗は、 ρ=22kΩ/□ となる。したがって、P型領域24の平面形状を、幅/
長さ=22程度にすれば、半導体装置の全ての端子がオ
ープン状態で、信号14のラインと接地端子間は、1k
Ω程度で接続されることになる。
The operation of the main part 10 of the present invention shown in FIG. 1A in the AA portion can be similarly discussed only by reversing the polarity in FIG. Also, the quantitative discussion can be applied as it is if the polarity is inverted in the above [Condition 1]. However, since the intermediate region 24 is P-type, the sheet resistance becomes ρ = 22 kΩ / □ when all the terminals of the semiconductor device are in the open state. Therefore, the planar shape of the P-type region 24 is defined by the width /
If the length is set to about 22, all terminals of the semiconductor device are in an open state, and the distance between the line of the signal 14 and the ground terminal is 1 k.
It will be connected with about Ω.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の半
導体装置によれば、該半導体装置を各端子オープンのま
ま放置時、宇宙線等、日常環境においても存在する放射
線によって、特性劣化や白キズ発生等の不具合が発生す
ることが大幅に抑制される。また、本発明による対策を
施しても、半導体装置の動作状態においては何ら影響し
ない。
As described above in detail, according to the semiconductor device of the present invention, when the semiconductor device is left in a state where each terminal is left open, the characteristic deterioration or the deterioration due to the radiation which exists in the daily environment such as cosmic rays. The occurrence of defects such as white flaws is greatly suppressed. Further, even if the measures according to the present invention are taken, there is no effect on the operation state of the semiconductor device.

【0039】更に、本発明により、半導体装置の非動作
時、各端子が接地端子に対して接続状態となるため、静
電気によるチャージアップが抑制され、静電気対策とも
なる。
Further, according to the present invention, when the semiconductor device is not operating, each terminal is connected to the ground terminal, so that charge-up due to static electricity is suppressed, which is also a countermeasure against static electricity.

【0040】以上により、本発明の実用上の効果は絶大
である。
As described above, the practical effect of the present invention is remarkable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る放射線対策をCMOS半導体装置
に施した一実施形態を示す図であり、(a)は本発明の
要部を模式的に示した図、(b)はCMOS半導体装置
の本体部の一部を示した図である。
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing an embodiment in which a countermeasure against radiation according to the present invention is applied to a CMOS semiconductor device, wherein FIG. 1A schematically shows a main part of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a view showing a part of the main body of the first embodiment.

【図2】本発明に係る放射線対策を固体撮像装置に施し
た一実施形態を示す図であり、(a)は本発明の要部を
模式的に示した図、(b)は固体撮像装置の本体部の一
部を示した図である。
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing an embodiment in which a radiation countermeasure according to the present invention is applied to a solid-state imaging device, wherein FIG. 2A is a diagram schematically showing a main part of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a view showing a part of the main body of the first embodiment.

【図3】図1及び図2に於ける要部の動作を示した図で
あり、(a)は深さ方向の濃度分布を示す図、(b)は
深さ方向のポテンシャル分布を示す図である。
3A and 3B are diagrams showing an operation of a main part in FIGS. 1 and 2, wherein FIG. 3A is a diagram showing a concentration distribution in a depth direction, and FIG. 3B is a diagram showing a potential distribution in a depth direction. It is.

【図4】従来の放射線対策を例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a conventional radiation measure.

【図5】従来の放射線対策の他の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another example of a conventional radiation measure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 半導体装置の放射線対策部 11 入力パッド 15 接地端子 16 電源端子 21 N型基板 22 P+型領域 23 P+型領域 24 P型領域 25 N+型領域 40 固体撮像装置の放射線対策部 41 P型ウエル 42 N+型領域 43 N+型領域 44 N型領域 45 P+型領域REFERENCE SIGNS LIST 10 Radiation control section of semiconductor device 11 Input pad 15 Ground terminal 16 Power supply terminal 21 N-type substrate 22 P + type area 23 P + type area 24 P type area 25 N + type area 40 Radiation control section 41 of solid-state imaging device 41 P type Well 42 N + region 43 N + region 44 N region 45 P + region

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基体を有する半導体装置におい
て、該装置の全ての端子が外部に電気的に接続されてい
ない状態においては、特定の電極に対応する端子が、該
装置の基準端子と電気的に接続状態になると共に、該装
置の動作状態においては、上記特定の電極に対応する端
子が、該装置の上記基準端子と電気的に非接続状態とな
るよう構成されてなることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device having a semiconductor substrate, when all terminals of the device are not electrically connected to the outside, a terminal corresponding to a specific electrode is electrically connected to a reference terminal of the device. And a terminal corresponding to the specific electrode is electrically disconnected from the reference terminal of the device in an operating state of the device. Semiconductor device.
【請求項2】 上記基準端子は、該半導体装置の動作状
態においては、接地端子であることを特徴とする、請求
項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the reference terminal is a ground terminal in an operation state of the semiconductor device.
【請求項3】 上記特定の電極に対応する端子が、第1
導電型の第1半導体層の一端に接続され、該第1半導体
層の他端には上記基準端子が接続され、上記第1半導体
層の周囲を第2導電型の第2半導体層が取り囲み、該第
2半導体層が第3の端子と接続されてなると共に、該第
3の端子には、該半導体装置の動作状態においては、上
記第1半導体層と第2半導体層とが逆バイアス状態とな
るDC電圧が印加されてなることを特徴とする、請求項
1又は2に記載の半導体装置。
3. A terminal corresponding to the specific electrode is a first terminal.
One end of a first semiconductor layer of conductivity type, the other end of the first semiconductor layer is connected to the reference terminal, and a second semiconductor layer of second conductivity type surrounds the first semiconductor layer; The second semiconductor layer is connected to a third terminal, and the third terminal is connected to a reverse bias state between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in an operation state of the semiconductor device. The semiconductor device according to claim 1, wherein a DC voltage is applied.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7511750B2 (en) 2003-08-20 2009-03-31 Sony Corporation Photo-electric converting device and its driving method, and its manufacturing method, solid-state image pickup device and its driving method and its manufacturing method
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