JPS58154272A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS58154272A
JPS58154272A JP57037770A JP3777082A JPS58154272A JP S58154272 A JPS58154272 A JP S58154272A JP 57037770 A JP57037770 A JP 57037770A JP 3777082 A JP3777082 A JP 3777082A JP S58154272 A JPS58154272 A JP S58154272A
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JP
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gate electrode
substrate
gate
electrode
voltage
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JP57037770A
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Kiyoto Ota
清人 大田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electronics Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
    • H01L27/0266Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using field effect transistors as protective elements

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は二酸化シリコン(5i02 )などの層間絶縁
膜で絶縁分離さ扛た多層配線を有する半導体装置、とり
わけ、MO8LSI における絶縁膜破壊の保護手段を
有する半導体装置に関する。
従来MO8L81の保護手段はMO8素子のゲート絶縁
膜の保護に重点をおき、ゲートとソース間。
ゲートと基板間にP−N接置によるダイオードなどを設
はゲート絶縁膜を保護することが知らnている。
第1図は多層配線で形成さ扛た2極ゲー)MO8素子の
断面図である。P型8i基板1にN型拡散層2.3をつ
くって、とnらにそ扛ぞnドレインD。
ノースS各電極を設け、ノース、ドレイン間の基板1−
の5102膜4上に1層目のゲート電極G1を設け、同
じ(5i02膜4を層間絶縁膜として用い、こnを斤L
5てG1にオーバラッグする様に2層目のゲート電極G
;f:設けてMOS素子を形成したものである。
なお、このMOS素子の1層目のゲート電極G1と2層
1]のゲート電極Gze絶縁分離する方法として、前記
ゲート電極G1にポリシリコンを使用し、そnを熱酸化
して絶縁膜全形成する方法や気相成長による酸化シリコ
ン膜の形成方法などが知ら扛ている 一般に、この採種
の酸化シリコン膜は単結晶/リコンを熱酸化して得らn
た酸化シリコン膜に比べて耐圧が低くそのバラツキも大
きいことが知ら扛ている。また、このような構造を持つ
MOS素子は、ダイナミックRAMや電荷転送素子など
に広く応用さ扛ている。
第2図は従来の、保護装置を持′11つ多層配線で形成
さ扛た2極ゲー)MOS素子の断面図である。同1図に
示すものは半導体基板1上につくったN型拡” 散層6
お工び6と、ゲート電極G1およびG2とをそnぞ扛金
属接続部7で接続し、前記N型拡散層6゜6と基板1間
のP−N接合1MO5素子のゲーj・絶縁膜破壊防止用
保護ダイオードとしたものである。尚、第2図で第1図
と同一番号は同一物を示す。
第3図は、第2図の等価回路であり、MOS素子と保護
ダイオードは、等側内に同図のような回路で表わすこと
ができる。保護ダイオードの動きは、上記ゲート電極G
1に電圧が印加さ牡たとき、その電圧がダイオードのブ
レークダウン電圧以]−であ扛ば、ゲートG1基板1間
を短絡し、そ扛以−にの電圧がゲート電極にかからない
ようにするものであることが従来知ら扛ているし、前記
ゲート電極G2についても同じことがいえる。しかし、
この回路で前記ゲート電極Gzffiオープンにして、
前記ゲート電極G1に電圧全印加すわば、前記ゲート電
11:・ 極G2は前記ゲート電極11ニ電圧が印加さnる1)1
1は基板とほぼ同一電位であるが、電圧印加後、同G1
と同G2との間のカップリング容量CP および、前記
ゲート電極02と基板との間のゲート容量の比で電1[
が発生する。実際はこの容量比は1対100程度のもの
であるから、前記ゲート電極G2の電位tま基板′【[
位とほぼ同じと考えnば、前記ゲート電極G1と同G2
との間に前記ゲート電極G1一基板間の電位と同じ電位
が印加さ扛る。そこで、前記ゲート電極G1と同G2と
を絶縁分離している層間絶縁膜にゲート酸化膜と同じ電
界が印加さ扛る。したがって、こ扛により、前述した様
に耐圧のバラツキの大きい層間絶縁膜は、ゲート酸化膜
が破壊さ才する前に破壊さnる可能性がある。また、層
間絶縁膜の1111を1v<す扛ば、ン、−ス2・ドレ
イン3間の前記ゲート電極G1と前記ゲート電極G2の
境目(第2図の&)直下のチャンネルがオフセットさ第
1てし壕いMOS素子の特性が悪化するなどの欠点があ
った。
不発明は、上記の欠点をなくすためになさ扛たもので、
MOS素子において、素子の電気的特性令・低下させる
ことなく、充分な保護効果を有し、かつ製造容易な保護
装置を得ることを目的とする。
以下、本発明の構成を図面に従って説明する。
第4図は本発明の一実施例に係るMOS素子を示すもの
で、第2図と同一番号は同一物を示す。
基板1上の所定部分に基板の導電型と毀なる導電型、す
なわちN型の一対の拡散層5および6を形成してこnら
をゲート電極G1および同G2に金属配線部7f:介し
て接続するとともに、前記一対の拡散′層6・ 6のそ
tぞれをソース電極S′およびドレイン電極D′として
、こnら一対の拡散層にはさまnた基板上に、ゲート酸
化膜に匹敵する5102膜4を形成して、その上に第3
のゲート電極G5を設け、前記第3のゲート電極G3を
前記P型Si基板1に電気的に接続したものである。
、第5図は第4図の等価回路を示すものである1゜同図
のように、本発明に係るMOS素子は2つのゲート電極
G、、G2間に、同一基板」二に形成さnた第3のゲー
ト電極G5をもつMOS素子を挿入し、こ扛を前記2つ
のゲート電極間保護装置として使用したものであり、前
記MOS素子のドレインゴとソースS′を前記ゲート電
極e、 l  G2に接続し、ゲート電極G3を基板に
接続した回路であり、G1゜G2のどちらか一つのゲー
ト電極にMO8素子のソースドレイン間ブレークダウン
電圧以上のサージ′市圧の印加があnば、残りのゲート
電極にも前記MO8素子を通してチャージがおこなわj
L2つのゲート電極Gi+G2間の電位差はこのMO8
素子のブレークダウン電圧値になってしまう為、ゲート
電極G、 l ’2間の破壊はおこらず、またソース−
ドレイン間のブレークダウンは同時にドレイン基板間ダ
イオード6、ソース基板間ダイオード6でも起り、基板
とゲート電極G1あるいはG2の電位差はこのMO8素
子自身のブレークダウン電圧以上にはならずゲート絶縁
膜の破壊を防ぐことができる。
一般に、MO8素子のブレークダウン電圧はP−N接合
のみのダイオードのブレークダウン電圧より低く、また
同一基板上に形成さnる各MO8素子のブレークダウン
電圧は均7に製造でき、LSIなどの使用電圧もブレー
クダウン電圧を超lて使用さfることはない。
第6図は保護装置となるMO8素子のゲート電荷MQt
ll)5−xxc t c (y)極G!、と基板間に
高抵抗R1を挿入接続した本発明の別の実施例を示す半
導体装置の等価回路図であり、同MO8素子のゲートソ
ース間G5−8′の容に、あるいはゲートドレイン間(
,5D/容量とト記抵抗R1とにより、サージ電圧印加
時、一時的にゲート電極G5に同MO8素子がオンする
電圧が発生するようにした回路であり、ゲート電極Gi
 + 02のどちらかにサージ電圧の印加があnば、こ
のMO8素子を通して他のゲート電極にチャージがおこ
なわ扛、ゲート電極間の破壊を有効に防ぐことができる
第7図は本発明の他の実施例を示すものであり、第8図
はその等価回路である。第7図において、第4図と同一
番号は同一物を示す。本実施例は基板1上の所定部分に
基板1の導電型と異なる導電型、すなわちN型の一対の
拡散層5’、  5’、 6’、 6’を2箇所に形成
して、そ扛ぞnVCソース電極S′と□。
ドレイン電極D′およびソース電極S′とドレイン電極
D)設け、こ扛ら一対の拡散層にはさま扛た基板1上に
8i02膜4を形成して、その上にゲート電極G5およ
び同G4を設ける。一方の上記ゲート電極G5は、対応
の拡散層の重なりが、ドレイン電極D′側の拡散層6′
に大きくなるようにしたものと、同じく他方の上記ゲー
ト電極G4の前記対応の拡散層との重′f!、9が、ド
レイン電極V側の拡散層6′に大きくなるようにした構
造で、金属配線部7を介して、ドレイン電極Vとソース
電極S′とゲート電極G2を接続し、同じくソース電極
S′とドレイン電極りとゲート電極G1と接続し、ゲー
ト電極G5とゲート電極G4は、それぞn基板上に形成
した高抵抗体Rs l  R4e介してそnぞn基板1
あるいは基板1と同一電位へ接続したものである。
第8図の等価回路で、入力端子IN1よりサージ電圧の
印加があnば、前記ゲート電極G3をもつMO8素子1
1には、そのゲー) G5−ビレ4フ1間容量Got 
k通じて、これをオンする電圧が発生し、こf′Lによ
り、前記ゲート電極G1とG2にチャージがおこなわn
1前記ゲート電極01sG2とも同一電位となる。一方
、前記ゲート電極G2側の入力端子IN2よりサージ電
圧の印加があnは前記 0 ゲート電極G4ヲもつMO8素子12には、そのゲ−ト
G4−ドレインD′間容量CD2を通じて、こ扛をオン
する電圧が発生し、こ扛によジ、前記ゲート電極G1と
02にチャージがおこなわn1同ゲート電極G、、G2
とも同一電位となる。この為、ゲート電極G1と02間
には電位が発生しない。また過渡的に発生したとしても
その電位は、ゲート −ゲート間を破壊する電圧までに
は達しない。第8図の各ダイオード5’、 6’、 5
’、 6’は前記MO8素子11,12のドレインおよ
びソースの各拡散層5’、  6’、  !’、 6’
ニ、!:るP−N接合テアル。
以上述べたように本発明は、MO8素子のような高イン
ピーダンスのゲート電極を持ち、5i02膜などの層間
絶縁膜で絶縁分離さnた多層配線で形成さ扛た半導体集
積回路で、その入力端子の保護手段として、入力端子間
で起るサージ電圧破壊を防ぐのに好適である。またごの
方式は、入力端子のみならずインピーダンスの高い入・
出力端子同士の保護装置として有効であり、通常のMO
8LSIの製造過程を用いて、容易に実現できるなどの
特長がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は多層配線で形成された2極ゲ一トMO8素子の
構造断面図、第2図は従来の保護装置を持つ多層配線で
形成さ扛た2極ゲ一トMO8素子の構造断面図、第3図
は第2図に示すMO8素子の等価回路図、第4図は本発
明の第1の実施例に係るMO8素子の構造断面図、第6
図は第4図に示すMO5素子の等価回路図、第6図は本
発明の第2の実施例に係るMO8素子の等価回路図、第
7図は本発明の第3の実施例に係るMO8素子の構造断
面図、第8図は第7図に示すMO8素子の等価回路図で
ある。 1・・・・・・P型シリコン基板、2・・・・・・N型
ソース拡散層、3・・・・・・H型ドレイン拡散層、4
・・・・・・5i02膜、5、5’、 5’、  6.
 6’、 6’・・・・・・H型拡散層、7・・・・・
・金嬌配線部、G1+  G2.  (Q+ G4・・
・・・・ゲート電極、R1+ R5r R4・・・・・
・抵抗、11;12・・・・・・MO8素子、XHl、
I)i2・・・・・・入力端子、S、 8’、  8’
・・・・・・ソース電極、D、  D’、  D’・・
・・・・ドレイン電極。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第一導電型の半導体基板の一主面に設けらnた第
    二導電型の第一ソース領域、第一ドレイン領域と、前記
    半導体基板上に設けらnた第一絶縁被膜を介して、前記
    第一ソース領域及び第一ドレイン領域間の前記第一絶縁
    被膜上に設けら扛た第一ゲート電極と、前記第一ゲート
    電極上に設けらnた第二絶縁被膜を介しかつ前記第一ソ
    ース領域及び第一ドレイン領域間の前記第一らnた第二
    導電型の第二ソース領域および第ニドレイン領域と、前
    記第二ソース領域及び第ニドレイン領域間の前記第一絶
    縁被膜上に設けら2’した第三ゲート電極をそなえ、前
    記第一ゲート電極と前記第二ソース領域を電気的に接続
    し、前記第二ゲート電極と前記第ニドレイン領域を電気
    的に接続し、前記第三ゲート電極と前記゛ト導体基板を
    電気的に接続したことを特徴とする半導体装置。
  2. (2)第一導電型の半導体基板と第三ゲート電極を電気
    的に接続する導電路に抵抗が設けら扛ていることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
JP57037770A 1982-03-09 1982-03-09 半導体装置 Granted JPS58154272A (ja)

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JPH0379873B2 JPH0379873B2 (ja) 1991-12-20

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