JPS60107865A - Mos型半導体装置 - Google Patents

Mos型半導体装置

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JPS60107865A
JPS60107865A JP58216704A JP21670483A JPS60107865A JP S60107865 A JPS60107865 A JP S60107865A JP 58216704 A JP58216704 A JP 58216704A JP 21670483 A JP21670483 A JP 21670483A JP S60107865 A JPS60107865 A JP S60107865A
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diffusion layer
substrate
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layer
potential
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    • 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

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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は絶縁膜上にダート電極を配し、下のSt基板の
ポテンシャルを制御するMO8型半導体装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
この種のMO8型半導体装置においては、入力インピー
ダンスが極めて高り、シかも絶縁膜(酸化膜)の厚さが
200〜100OXと薄いため絶縁耐圧が10〜100
vと低く1摩擦等により発生する静電気によって容易に
ダート部の酸化膜(ダート酸化膜)が破壊されてしまう
従ってMO8型半導体装置には、PN接合のIF方方向
特性−はブレークダウン特性を利用したデート酸化膜を
保護する回路(ダート保護回路)が必ず設けられており
、r−)酸化膜の破壊を防いでいる。しかしMO8W半
導体装置では近年高集積化が進み、ダート酸化膜が益々
薄く、拡散層が浅くなってきており、従来のダート保護
回路では充分静電気から保護す、ることかできず、また
ダート保護回路自体が破壊してしまうなどの不都合な状
況にある。
ダート保護回路の菖型的な従来例を第1図に示す。外部
端子から入った高電圧パルスは、拡散層でつくられた抵
抗部Rでブレークダウン或いは順方向特性により電圧が
クランプされると共に、抵抗により急峻な波形がなまら
される。
その後MO8)ランジスタTxOりPN接合に入り、更
にブレークダウン電圧が低められf−)保護回路の能力
が増加する。これはMOS)ランゾスタTlのダート電
極に、低電位側の電源電圧V8Bが印加されているため
、 St基板表面での電界が増大してブレークダウン電
圧が低下するためである。MOS )ランジスタT1の
先には、保護されるべき入力MOシトランジスタT2の
ダート電極が接続される。
第2図には実際の集積回路・!ターン配置を示す。ポン
ディングパッド1からAI配線を引き出し、この先で入
力部コンタクトホールCHを通して入力部拡散層2に接
続し、比較的長い抵抗部拡散層3を通った後MO8)ラ
ンジスタT1の拡散層につながり、この先で入力MO8
)ランジスタT2のダート電極に接続される。抵抗部R
は通常5000〜数にΩの抵抗を用いて1〜5n8の時
定数を与え、立ち上がりの鋭いパルスのピーク電圧を減
少させている。
しかしこのような従来の技術では、微細化が進みダート
酸化膜や拡散層の深さが小さくなってきている現状では
、低電圧でダート保護回路自体が破壊してしまい、改善
が必要な状況にある。また従来の技術では、破壊メカニ
ズムが不明のためサージが印加されるダート保護回路自
体の改良は行なわれても、周辺の拡散層との関係は全く
注意が払われていなかった。このためダート保護回路を
改良しても効果が薄く、本来の静電耐圧より大幅に低い
ものとなっていた。
〔発明の目的〕
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、ダート保護
回路の静電耐圧を大幅に向上するととができ、静電気等
によるダート保護回路自体の破壊を防ぐことができるM
O8型半導体装置を提供しようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明は、本発明者が明らかにした破壊メカニズムに基
づき、ダート保護回路を構成している拡散層とその周辺
の拡散層との間に、基板と同電位に保つ手段を設けるこ
とにより、拡散層相互間の作用を防ぎ、ダート保護回路
の機能を著しく向上させたものである。
〔発明の実施例〕
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。まず本発
明の説明に入る前に、破壊にいたるメカニズムにつき説
明しておく。以下に説明するメカニズムは本発明者が初
めて明らかにしたもので、本発明の根幹をなすものであ
る。第3図は破壊メカニズムを説明する模式図で、ダー
ト保護回路部近傍の断面を示す。図中11はダート保護
回路部の拡散層であり、12はダート保護回路の近くに
あってダート保護回路とは直接関係のない拡散層、13
はSt基板を示している。拡散層11に正の電圧(■サ
ージ)が印加されると、拡散層11はブレークダウンを
起こし、基板13の接地点に向って大電流が流れる。こ
の時、基板抵抗によりサージ印加端子の拡散層11付近
の基板電位は上昇し、周辺の拡散層12が近いと拡散層
12は順方向に/?イアスされる。拡散層12が固定電
位に79イアスされているか、静電容量が大きい場合に
は拡散層12から少数キャリアが基板13に注入され、
少数キャリアの一部はサージ印加端子11の空乏層14
に達し、空乏層中で加速される。この空乏層中では電界
強度が犬でおるため、大きなエネルギーを得た少数キャ
リアがSi結晶に衝突して電子、正孔対を発生し、キャ
リア増倍が起きる。このだめ拡散層11のブレークダウ
ン電流が大幅に増加し、拡散層11の接合面が熱的に破
壊され、ダート保護回路の静電耐圧が大きく低下するこ
とになる。
第4図は近くの拡散層12が遠くの拡散層15と配線さ
れている場合を示゛す。νlちサージ印加端子1ノに■
サージが印加されると、ブレークダウンが起こり基板電
位が上昇し、近くの周辺拡散層12が順方向・々イアス
されるのは第3図の場合と同様でおる。し力・しこの場
合拡散層12の容量が小さくとも、遠くの拡散J@15
と接続されていれば少数キヤ+77が供給される・即ち
拡散層12の電位が上昇すると、この電位は遠く離れた
拡散層15に伝わる。ところカニ拡散層15の付近の基
板電位は変化していないので、拡散層15がブレークダ
ウンを起こし拡散層12に少数キャリアを供給し、拡散
層12力\ら基板13に少数キャリアが注入さh−sこ
の一部がサージ印加拡散層11の空乏層に達してキャリ
ア増倍を起こし、ダート保護回路の静電耐圧が低下する
eサージを印加した時は、・クイアス状態力;逆になる
、即ち拡散層11と12の関係−二進になるだけでメカ
ニズムは同一であり、サージ印加端子11が破壊される
のではなく、逆ノ々イアス状態になる周辺拡散層12が
破壊される。
このようにサージ印加端子の近くに他の拡散層があるだ
け(通常、拡散層は回路を構成するため遠くの拡散層と
接続されていたり、電源に接続されていたり或いは静電
容量が大きくなっている)で静電耐圧が本来の値より大
きく低下してしまう。−例を挙げれば、近くに拡散層が
ない状態では静電耐圧が800〜100OVであったも
のが、近くに拡散層が配置されるだけで200〜300
vに下がってしまい、逆ノ々イアスされる拡散層が破壊
される。特に外部端子と直接接続された入力部拡散層2
0部分は、高電圧パルスがそのまま印加されるので破壊
されやすいものである。
第5図ないし第10図は本発明の実施例であるが、これ
は前記従来のものとは対応させた場合の例であるから、
対応個所には同一符号を付して説明を省略し、特徴とす
る点の説明を行なう。第5図に示す実施例では、ダート
保護回路のN+拡散層11とダート保護回路の近くにあ
るN+壓の周辺拡散層12との間に、基板と同導電型の
P拡散層21を新たに設け、基板上面においてAノ配線
等により基板と同電位に保っている。
これにより拡散層11に■サージが印加されてブレクダ
ウン電流が流れても、P 拡散層21を通して周辺拡散
層12付近の基板電位は正規の値(接地電位)に保たれ
るため、拡散層12付近の基板電位が上昇することなく
、拡散層12が順方向にバイアスされることがない。従
ってダート保護回路の拡散層11の近くに周辺拡散層1
2があっても、少数キャリア注入を引き金とする静電耐
圧の低下がなく、l’−)保護回路本来の高い静電耐圧
を実現できることになり、静電耐圧を大きく改善するこ
とができる。
更にこの場合はP拡散層2ノの不純物濃度が高いために
、この部分では少数キャリアの拡散長が短くなり、少数
キャリアがSt基板13に注入されたとしても、サージ
印加拡散層11の空乏層14に到達する前に大部分の少
数キャリアが再結合してしまい、安全性が更に増すもの
である。
第6図、第7図はP拡散層を工程的に使えない場合の実
施例であり、第6図はスレッショルド電圧調整用イオン
注入層などSt基板13の不純物濃度より高いP′不純
物層22を用いた場合の例、第7図はAl配線等基板電
位を基板13上面から供給する手段23を直接Si基板
13に接続したものである。第7図の場合は基板とAI
配線の接触面での抵抗がやや大きく、P型拡散層による
少数キャリア拡散長の低下などが期待できず、第5図の
場合と比べると幼果は若干劣るが、新規工程を何ら付は
加える必要がないという特徴を有している。
第8図ないし第10図は上記第5図の実施例を上面図で
示したものである。図中121 。
122はダート保護回路とは関係のない周辺拡散層、2
1 r 211 1212は拡散層11゜12間のP拡
散層を示している。第8図はダート保護回路の周囲を8
1基板13と同導電型のP+拡散層21で囲んだ場合、
第9図は逆に周辺拡散層121 .122の周囲をP拡
散層211 。
212で囲んだ場合である。第10区はr−)保護回路
と周辺拡散層121,122の間の−+ 部にP 拡散層21を設けたものであり、r−)保護回
路に近い周辺拡散層121 との間にP+拡散層21が
設けられる。この場合ダート保護回路と周辺拡散層との
距離が小さい所にP拡散層を設けることになるが、ダー
ト保護回路の入力部拡散層2(コンタクトホールCH周
囲の拡散層)はサージ電圧がそのまま印加されるため特
に厳しい一状態にあり、入力部拡散層と周辺拡散層との
間にP拡散層21を設けておくのが好ましい。この事は
第8図、第9図の場合にも合てはまり入力部拡散層2の
周辺拡散層121との間にのみP 拡散層を設ける、即
ち第8図の場合にはダート保護回路の入力部拡散層2の
周囲を被う(P 拡散層21をダート保護回路の拡散層
の周囲の全てに設けず途中で切断し入力部拡散層2の付
近のみを被う;図示せず)、第9図の場合には入力部拡
散層2に近い周辺拡散層12、の周囲だけをP拡散層2
11で被い周辺拡散層122は被わない、様にするのも
実際的でおり効果的である。
なお本発明は上記実施例に限られることなく種々の応用
が可能である。例えば第8図と第9図の実施例を足し合
わせた形、即ちダート保護回路及び周辺拡散層の各々の
周囲にP拡散層を設けるのも効果的である。また第8図
ないし第10図では第5図のP+拡散層を用いた場合を
説明したが、第6図のP/拡散層22、第7図のAl配
線23を直接基板に接続する場合についても同様に実施
できるものである。
〔発明の効果〕
以上説明した如く本発明によれば、サージ電圧が印加さ
れ得るダート保護回路の拡散層と周辺拡散層との間の少
くとも一部に、基板と同心′rd型の不純物層を設は基
板上面より基板電位を供給するかもしくは直接基板に基
板電位を供給することにより、ダート保護回路の静電耐
圧を大幅に向上することができ、静電気等によるMO8
型半導体装置の破壊を防ぐことができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はf−)保護回路図、第2図は同回路のパターン
平面図、第3図、第4図は破壊メカニズムを説明する断
面図、第5図ないし第7図は本発明の詳細な説明する断
面図、第8図ないし第10図は第5図の実施例の場合の
ノリーン平面図である。 11・・・ダート保護回路の拡散層、12・・・周辺拡
散層、13・・・半導体基板、21・・・P+拡散層、
23・・・基板電位印加手段。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第2図 1 第4図 第6図 第7図 串

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に設けられたMO8素子のr−ト保
    護回路の拡散層と前記基板上に設けられた前記ダート保
    護回路の周辺の拡散層との間の基板表面の少くとも一部
    に、前記基板上面から基板電位を印加する手段を設けた
    ことを特徴とするMO8型半導体装置。
  2. (2)前記ダート保護回路の拡散層の周囲の略全てに前
    記基板電位を印加する手段を設けたことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項に記載のMO8型半導体装置。
  3. (3)前記ダート保護回路の周辺の拡散層の周囲の略全
    てに前記基板電位を印加する手段を設けたことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載のMO8型半導体装置
  4. (4)前記ダート保護回路の拡散層が前記ダート保護回
    路の入力部拡散層であることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載のMO8型半導体装置。
  5. (5)半導体基板上に設けられたMO8素子のダート保
    護回路の拡散層と前記基板上に設けられた前記ダート保
    護回路の周辺の拡散層との間の基板表面の少くとも一部
    に、前記基板と同導電型の不純物拡散層を設け、該拡散
    層に前記基板上面から基板電位を印加するようにしたこ
    とを特徴とするMO8O8溝体装置。
  6. (6)前記f−)保護回路の拡散層の周囲を略全て前記
    基板と同導電型の不純物拡散層で被ったことを特徴とす
    る特許請求の範囲第5項に記載のMO8型半導体装置。
  7. (7)前記ダート保護回路の周辺の拡散層の周囲な略全
    て前記基板と同導電型の不純物拡散層で被ったことを特
    徴とする特許請求の範囲第5項に記載のMO8型半導体
    装置。
  8. (8)前記ダート保護回路の拡散層が前記y −ト保護
    回路の入力部拡散層であることを特徴とする特許請求の
    範囲第5項に記載のMO8型半導体装置。
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Cited By (3)

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US5594265A (en) * 1990-11-30 1997-01-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Input protection circuit formed in a semiconductor substrate
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