JPH1168040A - 入力保護回路およびそれを用いた半導体装置 - Google Patents

入力保護回路およびそれを用いた半導体装置

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JPH1168040A
JPH1168040A JP22274197A JP22274197A JPH1168040A JP H1168040 A JPH1168040 A JP H1168040A JP 22274197 A JP22274197 A JP 22274197A JP 22274197 A JP22274197 A JP 22274197A JP H1168040 A JPH1168040 A JP H1168040A
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JP
Japan
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wiring layer
capacitance
circuit
pad
input
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JP22274197A
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Hideki Usuki
秀樹 臼木
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Sony Corp
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Sony Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L24/05Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
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    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/14Integrated circuits

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力容量の増加を抑制しつつ、高い入力保護
能力を有する入力保護回路およびそれを用いた半導体装
置を提供すること。 【解決手段】 基板10上に絶縁膜16を介して設けら
れた配線層11と、配線層11上に絶縁層16を介して
設けられ、配線層11とコンタクト部14で電気的に接
続する電極12とを具備し、電極12の容量を回路の容
量として使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、入力保護回路およ
びそれを用いた半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、集積回路(IC)等の半導体装置
の高速化が進むにつれて、入力容量を増加させることな
く、また遅延を発生させることなく静電耐圧を確保する
ことがますます重要になってきている。したがって、半
導体装置において入力保護回路に対する要求も高くなっ
てきている。
【0003】図6は一般的なCMOSトランジスタの入
力保護回路部分を示す図である。図中1は入力信号が入
力される電極であるパッドを示し、通常はAl配線層で
構成されている。図中2はパッド1と後述する入力保護
回路の間の抵抗を示す。この抵抗2は、配線層による寄
生抵抗や拡散層等により故意に挿入された抵抗である。
【0004】図中3は入力保護回路を示す。この入力保
護回路3はダイオードとして動作し、このダイオードに
よって信号線を電源、グランド(GND)にクランプす
る。また、図中4は入力バッファである。図7は図6に
示す部分について、寄生容量を加えて示した等価回路図
である。
【0005】図7から分かるように、パッド1には、容
量Cp1がグランドとの間に形成され、抵抗R1がグラ
ンドとの間に容量Cp2が形成されている。また、入力
保護回路3においては、電源電圧とグランドとの間にそ
れぞれドレイン・ソース拡散のジャンクション容量Cp
3、Cp4が形成されており、電源側に電荷を通すため
のダイオードD1と、グランド側に電荷を通すためのダ
イオードD2が形成されている。また、入力バッファ4
においては、グランドとの間に容量Cp5が形成されて
いる。
【0006】この入力保護回路を次の2つの動作により
機能する。 (1)パッド1から印加された高電圧パルスは、図8に
示すように、抵抗2における抵抗R1と、入力保護回路
3におけるドレイン・ソース拡散のジャンクション容量
Cp3、Cp4とで構成されるローパスフィルタによ
り、ピーク電圧を抑える。すなわち、図8に示すよう
に、パッド1に入力されたピーク電圧は、前記ローパス
フィルタの機能によりブロードな波形となる。
【0007】(2)図9に示すように、パッド1から正
のパルス(図9において上に凸の波形)が印加された場
合、入力保護回路3におけるダイオードD1が順方向と
なり、電荷はダイオードD1を通り電源へ抜けるため、
信号線の電位が電源電圧(VDD)にクランプされる。
また、パッド1から負のパルス(図9において下に凸の
波形)が印加された場合、入力保護回路3におけるダイ
オードD2が順方向となり、電荷はダイオードD2を通
り、信号線の電位はグランド(GND)にクランプされ
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】入力保護の能力を上げ
るためには、入力保護回路3につく容量を上げること、
すなわちここではMOSトランジスタのサイズを大きく
すること、および抵抗R1を大きく取ることが有効であ
る。
【0009】しかしながら、抵抗を大きく取ることは、
抵抗自体の焼損を招いたり、入力信号の遅延を招く。し
たがって、入力保護の能力を上げるために、MOSトラ
ンジスタのサイズを大きくすることが必要となる。
【0010】一方、入力容量は、図8におけるパッド
1、抵抗2、入力保護回路3、および入力バッファ4の
容量の総和、すなわちCp1〜Cp5の総和となる。入
力容量は、外部回路がICを駆動する際の負荷となるの
で、できるだけ小さいことが望ましい。
【0011】しかしながら、上記のように入力保護能力
を高めるためにMOSトランジスタのサイズを大きくす
ると、入力容量が大きくなってしまう。したがって、M
OSトランジスタのサイズは、入力保護能力と入力容量
との間のトレードオフで決定しなければならない。
【0012】一方、Al配線層であるパッドは、ボンデ
ィングやプロービング等を行うために大面積である必要
がある。このため、Al配線層と基板との間に大きな容
量がつく。したがって、この容量がまったく無駄な容量
として入力容量を増加させている。
【0013】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、入力容量の増加を抑制しつつ、高い入力保護能力
を有する入力保護回路およびそれを用いた半導体装置を
提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下の手段を講じた。すなわち、本発明
は、半導体装置の電極と電気的に接続する入力保護回路
であって、前記電極の容量を回路の容量として使用する
ことを特徴とする入力保護回路を提供する。
【0015】また、本発明は、入力保護回路を備えた半
導体装置であって、基板上に絶縁膜を介して設けられた
配線層と、前記配線層上に絶縁層を介して設けられ、前
記配線層とコンタクト部で電気的に接続する電極とを具
備し、前記電極の容量を回路の容量として使用すること
を特徴とする半導体装置を提供する。
【0016】これらの構成によれば、従来は無駄な容量
として入力容量を増加させていた電極の容量を回路の容
量として使用するので、素子のサイズを大きくすること
なく、入力容量の増加を抑制しつつ、高い入力保護能力
を有することができる。
【0017】本発明の半導体装置においては、基板およ
び配線層間の寄生容量と、配線層および電極間の寄生容
量とが分布定数回路のローパスフィルタとして機能する
ことが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の入力
保護回路を備えた半導体装置の一部を示す平面図であ
る。また、図2は、図1に示す半導体装置の一部を示す
断面図である。図中10は基板を示す。基板10上に
は、SiO2 シリコン酸化膜等の絶縁層16を介してポ
リシリコン配線層11が形成されている。
【0019】ポリシリコン配線層11上には、SiO
2 、SiN、PSG、BPSG等の絶縁層16を介して
パターニングされたAl配線層12が形成されている。
また、Al配線層12には、矩形のパッド窓13が形成
されており、これにより電極であるパッドが構成されて
いる。
【0020】ポリシリコン配線層11とAl配線層12
との間の絶縁層16には、コンタクトホール等のコンタ
クト部14が形成されており、このコンタクト部14で
ポリシリコン配線層11とAl配線層12とが電気的に
接続されている。また、Al配線層12上には、その端
部を覆うようにしてオーバーコート層15が形成されて
いる。
【0021】このように、本発明の半導体装置は、Al
配線層12で構成されるパッドの下に、パッドとほぼ同
じか大きいサイズのポリシリコン配線層11を配置し、
Al配線層12とポリシリコン配線層11とをコンタク
ト部14で接続し、Al配線層12からコンタクト部1
4を介して信号線を取り出す構成を有する。
【0022】このような構成においては、図3に示すよ
うに、基板10およびポリシリコン配線層11の間と、
ポリシリコン配線層11およびAl配線層12の間と
に、寄生容量がつく。また、ポリシリコン配線層11に
沿って寄生抵抗がつく。
【0023】また、上記構成においては、パッドである
Al配線層12の直下にポリシリコン配線層11を配置
した構造であるので、半導体装置の製造におけるボンデ
ィング時の衝撃により、ポリシリコン配線層11とAl
配線層12との間の絶縁層16にクラックが発生すると
いう問題が考えられる。
【0024】しかしながら、パッドであるAl配線層1
2下にp−ウェル層を形成することにより、たとえ絶縁
層16にクラックが発生しても、基板10へのリークを
防止することができる。また、Al配線層12の直下の
ポリシリコン配線層11は素子ではなく、配線であるの
で、前記のような手段を講じておけば、半導体装置の特
性には影響を及ぼさないと考えられる。
【0025】図4は、上記構成の等価回路図である。こ
の等価回路においては、基板10およびポリシリコン配
線層11の間の寄生容量22と、ポリシリコン配線層1
1およびAl配線層12の間の寄生容量23とが分布定
数回路のローパスフィルタを構成していることが分か
る。なお、図4において、参照符号21は、ポリシリコ
ン寄生抵抗を示す。
【0026】また。図5は、上記構成を用いた半導体装
置の回路構成図である。この回路構成では、パッド3
1、入力保護回路32、および入力バッファ33が含ま
れる。図5から分かるように、図7に示す従来の回路構
成における抵抗2の抵抗R1と、入力保護回路3の寄生
容量Cp3,Cp4がパッド31で形成されていること
が分かる。
【0027】すなわち、Al配線層12で構成されるパ
ッド31は、基板10と結合しておらず、基板10とポ
リシリコン配線層11との間に結合している。したがっ
て、パッド31の入力容量は、基板10とポリシリコン
配線層11との間の容量で決定する。この容量は、従来
の構成における無駄な容量であるパッドの容量ではな
く、入力保護回路として機能することになる。
【0028】なお、入力保護回路32においては、電源
電圧とグランドとの間にそれぞれドレイン・ソース拡散
のジャンクション容量が形成されており、電源側に電荷
を通すためのダイオードと、グランド側に電荷を通すた
めのダイオードが形成されている。また、入力バッファ
33においては、グランドとの間に容量が形成されてい
る。
【0029】ただし、この構成では、通常の入力保護回
路のようなダイオードは形成されていないため、通常の
トランジスタによる入力保護回路と完全に置き換えるこ
とは難しいが、通常の入力保護回路と上記構成回路とを
組み合わせることにより、全体として入力保護能力を向
上させることができる。
【0030】その結果、トランジスタによる入力保護回
路を従来よりも小さくすることができ、トランジスタに
よる入力保護回路のみの場合と比較して、無駄なパッド
容量が省略されているので、入力容量を小さくすること
ができる。
【0031】次に、本発明の半導体装置の効果を明確に
するために行った実施例について説明する。
【0032】まず、シリコン基板上に絶縁層として厚さ
200nmのシリコン酸化膜をLOCOS法により形成
した。次いで、その上にCVD法により厚さ200nm
のポリシリコン膜を形成し、パッドよりも僅かに大きい
大きさにパターニングした。
【0033】次いで、ポリシリコン膜上に絶縁層として
厚さ1μmのシリコン酸化膜をCVD法により形成し、
ポリシリコン膜が露出するようにコンタクトホール(貫
通孔)を形成した。そして、このコンタクトホール内に
タングステンで構成された導電部材を充填した。
【0034】次いで、シリコン酸化膜上にスパッタリン
グ法により厚さ500nmのAl膜を形成し、パッドの
大きさにパターニングした。このようにして、本発明の
半導体装置を作製した。
【0035】この半導体装置は、無駄な容量として入力
容量を増加させていた電極の容量を回路の容量として使
用しているので、入力保護回路の入力容量を従来より2
0%程度低下させることができた。また、この構成を採
ることにより、素子のサイズを従来より10%程度小さ
くすることができた。なお、ポリシリコン膜とAl膜と
の間の絶縁耐圧は数十Vオーダーであり、ESD試験装
置では、メモリ素子の場合において、デバイス帯電モデ
ルで2000V、人体帯電モデルで4000Vマシンモ
デルで1000V 程度であることが確認された。
【0036】本発明は、上記実施形態に限定されず、種
々の変形が可能である。すなわち、図4に示す等価回路
が実現できれば、膜構成に制限はない。また、パッドを
形成するAl配線層の代わりにCu等の配線層を用いて
も良く、ポリシリコン配線層の代わりにTi、W等の配
線層を用いても良い。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように本発明の入力保護回
路および半導体装置は、従来から無駄な容量として入力
容量を増加させていた電極の容量を回路の容量として使
用するので、素子のサイズを大きくすることなく、入力
容量の増加を抑制しつつ、高い入力保護能力を有するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の入力保護回路を備えた半導体装置の一
部を示す平面図である。
【図2】図1に示す半導体装置の一部を示す断面図であ
る。
【図3】図2に示す構成において、寄生抵抗と寄生容量
を示した図である。
【図4】本発明の入力保護回路を説明するための図であ
る。
【図5】本発明の入力保護回路を説明するための等価回
路図である。
【図6】従来の入力保護回路を説明するための図であ
る。
【図7】従来の入力保護回路を説明するための等価回路
図である。
【図8】従来の入力保護回路の動作を説明するための図
である。
【図9】従来の入力保護回路の動作を説明するための図
である。
【符号の説明】
11…ポリシリコン配線層、12…Al配線層、13…
パッド窓、14…コンタクト部、15…オーバーコート
層、16…絶縁層、21…ポリシリコン寄生抵抗、22
…Al−ポリシリコン寄生容量、23…ポリシリコン−
基板寄生容量、31…パッド、32…入力保護回路、3
3…入力バッファ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体装置の電極と電気的に接続する入
    力保護回路であって、前記電極の容量を回路の容量とし
    て使用することを特徴とする入力保護回路。
  2. 【請求項2】 入力保護回路を備えた半導体装置であっ
    て、基板上に絶縁膜を介して設けられた配線層と、前記
    配線層上に絶縁層を介して設けられ、前記配線層とコン
    タクト部で電気的に接続する電極とを具備し、前記電極
    の容量を回路の容量として使用することを特徴とする半
    導体装置。
  3. 【請求項3】 前記基板および前記配線層間の寄生容量
    と、前記配線層および前記電極間の寄生容量とが分布定
    数回路のローパスフィルタとして機能することを特徴と
    する請求項2に記載の半導体装置。
JP22274197A 1997-08-19 1997-08-19 入力保護回路およびそれを用いた半導体装置 Pending JPH1168040A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100401507B1 (ko) * 2001-05-10 2003-10-17 주식회사 하이닉스반도체 반도체 메모리 장치의 입력 캐패시턴스의 미세조정 회로및 그 제조방법
JP2008218818A (ja) * 2007-03-06 2008-09-18 Toshiba Corp 半導体装置
JP2018152435A (ja) * 2017-03-10 2018-09-27 株式会社豊田中央研究所 保護装置

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KR100401507B1 (ko) * 2001-05-10 2003-10-17 주식회사 하이닉스반도체 반도체 메모리 장치의 입력 캐패시턴스의 미세조정 회로및 그 제조방법
JP2008218818A (ja) * 2007-03-06 2008-09-18 Toshiba Corp 半導体装置
JP2018152435A (ja) * 2017-03-10 2018-09-27 株式会社豊田中央研究所 保護装置

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