JPS6057659A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS6057659A
JPS6057659A JP16497883A JP16497883A JPS6057659A JP S6057659 A JPS6057659 A JP S6057659A JP 16497883 A JP16497883 A JP 16497883A JP 16497883 A JP16497883 A JP 16497883A JP S6057659 A JPS6057659 A JP S6057659A
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Mitsuteru Kobayashi
小林 光輝
Yasunori Yamaguchi
山口 泰紀
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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
    • H01L27/0251Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices

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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】 〔技術分野〕 この発明は、静電破壊防止技術さらには入力保護回路に
適用して有効な技術に関するもので、例えば半導体集積
回路における入力保護回路に適用して有効な技術に関す
る。
〔背景技術〕
MO8集積回路装置では、入力端子に静電気などの過電
圧が印加されることにより内部回路特に入力回路を構成
するMOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
)のゲートが破壊され易い。
そこで本発明者は、第1図および第2図に示すように、
入力バッドPi と内部回路の入カバソファBi との
間に、抵抗R1とクランプMO8FETQc とからな
る入力保護回路を挿入して静電破壊を防止する技術を開
発した。この入力保護回路は、入力バッドPi に高電
圧が印加されると、クランプMO8FETQcがそのゲ
ート電圧の電界の影響で最も耐圧の低くなるドレイン領
域表面のチャンネル部との境界からブレイクダウン(サ
ーフェスブレイクダウン)を起こし、入力パッドPiか
ら抵抗Ri を通り基板に向かって電流が流れる。
そのとき抵抗Ri に生ずる電圧降下によって、入力バ
ッ7アBi f構成する入力MO8′FETQiのゲー
トに印加される電圧を引き下げて、MO8FETQi 
のゲート破壊等を防止するものである。
また、上記入力保護回路は、抵抗Riが、第2図のごと
く、p7半導体基板1に形成されたN型拡散層2によっ
て構成されているため人力パッドPiから過度に注入さ
れた電荷を、拡散層2と基板1とからなるPN接合の降
伏現象により基板に吸収して静電破壊を防止する作用を
なすことが分かった。
ところが、上記のような入力保護回路においては、抵抗
R4を構成する拡散層2と基板1との間のPN接合の降
伏電圧が比較的高いため、拡散層2(抵抗旧 )で吸収
される電荷量が充分でない。
しかして、拡散層2において多くの電荷が吸収されずに
残ると、クランプMO8FETQc 自体がゲート破壊
を起こしたり、拡散層と基板との間のPN接合が破壊さ
れて、基板との間にリークを生じたりして、次に再び入
力パッドに異常電圧が入って来たときに入力MO8FE
TQi を有効に保護することができなくなるおそれが
あることが分かった。
〔発明の目的〕
この発明の目的は、従来に比べて顕著な効果を奏する静
電破壊防止技術を提供することにある。
この発明の他の目的は、静電、破壊配圧を向上させた半
導体集積回路装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう− 〔発明の概要〕 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、入力保護回路を構成する拡散層抵抗の少なく
とも一部と基板との間に基板よりも濃度の高いP型拡散
層を介在させるととにより、拡散層抵抗のPN接合の濃
度勾配を急峻にさせて降伏電圧を下げてやることによっ
て、入力パッドから注入された過電荷を拡散層抵抗から
基板へ流し易くして静電破壊耐圧を向上させるという上
記目的f達成するものである。
〔実施例1〕 第3図は本発明をMO8O8目積回路力保護回路に適用
した場合の一実施例を示すものである。
この実fq例では、シリコンのようなP型半導体基板1
上に、この半導体基板lよりも不純物濃度の高い例えば
10”cm、−3程度の濃度のPウェル領域3がイオン
打込みによって形成され、このPウェル領域3上に抵抗
RiとなるN型拡散層2が形成されている。しかも、抵
抗lい どなるN型拡散層2は、クランプMO8FET
Qcのドレイン領域と連続して形成されている。
つtす、通常のMO8集積回路のプロセスにおいて、基
板1の表面上に薄い酸化膜と窒化膜を形成して窒化膜を
コーノチング(2て、この窒化膜をマスクに【7て選択
的熱酸化により形成されたLOCO8と呼ばれる比較的
厚い酸化膜4によって囲まれた領域の上のマスクとなっ
た窒化膜および酸化膜を除去してからゲート酸化膜5を
形成し5、その上にポリシリコンゲート電極6を形成す
る。そして、このポリシリコンゲート電極6をマスクに
して、ソース、ドレイン領域および拡散層抵抗となる部
分の表面のゲート酸化膜を除去してからN型不純物をデ
ポジションして拡散させることによって、上記N型拡散
層2とソース領域となるN型拡散層7とが同時に形成さ
れている。
また、上記抵抗Ri となるN型拡散層2のクランプM
O8FETQc と反対側の端部には、図示しない入力
パッド(入力端子)K接続された配線8の一端が接触さ
れている。この配線8は、上記N型拡散層2および7の
形成後に、基板1の表面全体にデポジションされたPS
G膜のような層間絶縁膜9にコンタクトポール10を形
成してからアルミニウムを蒸着し、ホトエノナングを行
なうことによって形成される。なお、図示し、ないが、
この配線8の上には5i02膜のようなパッシベーショ
ン膜が形成される。入力保護回路の回路構成は第1図の
ものと全く同じである。
上記のような入力保護回路rCおいては、入力パッド(
第1図参照)に異常に高い電圧が印加されると、先ず、
クランプMO8FETQcが約20V近辺でサーフェス
ブレイクダウンを起こし、M08FETQcのドレイン
領域となるN型拡散層2の端部から基板1に向かって電
流が流れる。そのため、N型拡散層2からなる抵抗Ri
の電圧降下によって入力MO8FETのゲートに印加さ
れる電圧が下げられる。しかして、入力バソドに更に高
い異常電圧が印加されると、N型拡散層2とPウェル領
域3とからなるPN接合が降伏現象を起こして、N型拡
散層2からPウェル領域3を通って基板1に電荷が吸収
される。
しかもこの場合、Pウェル領域3の不純物濃度が基板1
の濃度よりも高いのでN型拡散層2とPウェル領域3と
の間に形成される空乏層の幅が、Pウェル領域3が間に
ない第2図のものに比べて狭くされるーそのため、N型
拡散層2とPウェル領域3との間の降伏電圧が、第2図
のものに比べて低くなり、その分N型拡散層2から基板
1へ吸収される電荷が多くなる。その結果、入力パンド
に異常に高い電圧が印加されたとき、N型拡散層2で吸
収されずに残る電荷量が少なくなり、吸収されずに残っ
た過電荷によるクランプMO3FETのゲート破壊や拡
散層2と基板1との間のPN接合の破壊が防止され、静
電破壊耐圧が向上される。
なお、上記実施例におけるPウェル領域3は、プロセス
を追加し、て形成してもよいが、フロセスにおける他の
P型拡散層の形成工程を利用して同時に形成することに
よりプロセスを変更しないで形成することもできる。
例えば、MOS型のダイナミックRAM(ランダム・ア
クセス・メモリ)においては、最近、メモリセルf構成
する情報蓄積用のキャパシタの容量を大きくするため、
第4図に示すように、スイッチMO8FETQs とと
もにメモリセルラ41構成する情報蓄積用キャパシタの
一方の電極となるポリシリコン電極層11の下方の基板
表面に薄いN型拡散層12を、またその下にはP+型拡
散層13を形成して、N型拡散層12とP 型拡散層1
3との間の大きな接合容量を利用する方法が提案されて
いる。
上記情報蓄積用キャパシタの容量を増加させるためのP
+型拡散層13はス身ツチM OS F E TQ8の
ゲート電極14(ポリシリコン)およヒソース、ドレイ
ン領域となるN+型型数散層15形成する前にイオン打
込みを行なって拡散させて形成されるようになっている
ので、これと同時に、前記入力保設回路における拡散層
抵抗下の基板表面に予めイオン打込みによってPウェル
領域3を形成するようにすれば、ダイナミックRAMで
はプロセスを追加することなくPウェル領域3を形成し
て静電破壊耐圧を向上させることができる。
〔実施例2〕 次に、第5図は本発明の他の実施例を示すものである。
前記実施例では、入力保獲用の抵抗Rj となる拡散1
m 2下面全体と基板1との間にPウェル領域が形成さ
れているが、この実施例では拡散層2のクランプMO3
FETQc側の一部と基板1との間にのみPウェル領域
3′ が形成され、反対側すなわち入カバ、ドと接続さ
れたアルミ配線8との接触側の一部と基板1との間には
抵抗Ri となるN型拡散N2よりも濃度の低いNウェ
ル領域20が形成されている。そして、Pウェル領域3
′とNウェル領域20との間では、N型拡散層2と基板
1とが直接接合される構成にされでいる8このように構
成されると、N型拡散層2とP型基板1との間のジャン
クション耐圧は、N型拡散層2とPウェル領域3′との
間の耐圧よりも太きく、また、N型拡散fVJ2とNウ
ェル領域20との間の耐圧は、N型拡散層2と基板1と
の間の耐圧よりも大きい。従って、入カバノドから入っ
て来た過電荷は主としてコンタクトホールから最も離れ
たN型拡散層2とPウェル領域3′との接合部を通って
基板1に抜かれるようになる。その結果、拡散層抵抗に
おけるPN接合の破壊が発生しにくくされる。
つまり、第3図のように抵抗としてのN型拡散J’fz
 2と基板1との間に全体的にPウェル領域3が設けら
れていると、入カバ、ノドにPN接合の耐圧以上の高電
圧が印加されると、最初に配線8から流れ込んで来るコ
ンタクトホールlOの下方のN型拡散層2の部分でPウ
ェル領域3との間のPN接合が降伏を起こして電流が流
れるため、配線8に近い側の方がクランプMO8FET
QcK近い側よりも先に接合破壊を起こし易い。しかる
に、第5図のように配線8との接触側に近いコンタクト
ホール10の下方にNウェル領域2oが形成されている
と、このNウェル領域2oが緩衝材となって過電荷の流
れ込みに伴なうコンタクトホール10の下方の接合破壊
を防止し、直接N型拡散層2が基板1と接融している部
分がらPウェル領域3′ にかけて徐々に過電荷を基板
1に逃がしてやることができる。
その結果、拡散層抵抗における接合破壊を防止しながら
過電荷を基板に引き抜いてクランプMO8FETQcの
ゲート破壊等を防止することができるようになる。
なお、CMO8集積回路では上記Pウェル領域3′およ
びNウェル領域2oを、Nチャンネル形MO8FETお
よびPチャ7ネル形MO8FETを形成するために設け
られるPウェル領域およびNウェル領域と同時に形成す
ることができる。
また、上記実施例ではクランク素子として内部素子と同
じポリシリコンゲート電極を有するMOSFETが使用
されているが、アルミ配線をゲート電極と兼用されるよ
うにした構成のMOSFETや、サーフェスブレイクダ
ウンにあまり関係しないソース領域(N+型型数散層を
省略したような構成のものであってもよい。
〔効果〕
入力保護回路を構成する拡散層抵抗の少なくとも一部と
基板との間に基板よりも濃度の高いP型拡散層を介在さ
せるようにしたので、拡散層抵抗のPN接合の濃度勾配
が急峻にされ、これによって降伏電圧が下げらねるとい
う作用により、入力パソドから注入された過電荷が拡散
層抵抗から基板へ流れ易くなり、その結果入力端子の静
電破壊耐圧が向上されるという効果がある。
また人力バッドに接続された配線との接触部に近い側で
は、拡散層抵抗と基板りの間に耐圧の高いNウェル領域
を形成したので、入力パッドから流れ込んで来る過電荷
に対する緩衝層が形成されるという作用により、拡散層
抵抗自体のPN接合破壊を防止できる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。
例えば、前記第2の実施例におけるNウェル領域を設け
ないで、拡散層抵抗のクランプ素子側の一部にのみ耐圧
を低くするPウェル領域を形成するようにL7てもよい
− 〔利用分野] 以上の説明で回生として本発明者によってなされた発明
をその背景とがった利用分野であるMOS型の半導体集
積回路装置について説明したが、それに限定されるもの
ではなく、たとえば、それ以外の入力保護を必要とする
半導体集積回路装置などにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はMO3半導体集積回路装診における入力保護回
路の一例を示す回路構成図、 第2図はその回路の具体的素子の構造を示す断面図、 第3図は本発明に係る半導体集積回路装置&(mおける
入力保護回路部分の一実施例を示す断面図、第4図は本
発明が適用可能な半導体集積回路装置とし、てのMOS
ダイナミックRAMにおけるメモリセルの構成例を示す
断面図、 第5区は本発明の入力保護回路の他の実施例を示す断面
図である。 1・・・半導体基板、2・・・拡散層抵抗(N型拡散I
@)、3.3′−・・拡散層(Pウェル領域)、20・
・・緩衝用拡散NCNウェル領域)、Pi・・・入力端
子(入力パッド)、Qc・・・クランプ素子(クランプ
MO8FET )。 第 1 図 B・へ「1− 第 2 図 第 3F!?1 第 4 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、入力端子と内部回路との間に拡散層からなる抵抗と
    クランプ素子とが介挿されてなる入力保護回路であって
    、上記拡散層抵抗の少なくとも一部と半導体基板との間
    に基板と同一の導電型でそれよりも不純物濃度の高い拡
    散層が介在されてなる入力保護回路を備えてなることを
    特徴とする半導体集積回路装置。 2、上記拡散層抵抗と基板との間には、人力端子との接
    続側において拡散層抵抗と同一の導電型の緩衝用拡散層
    が形成されてなることを特徴とする特許請求の節囲第1
    項記載の半導体集積回路装置。
JP16497883A 1983-09-09 1983-09-09 半導体集積回路装置 Granted JPS6057659A (ja)

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JPH0478017B2 JPH0478017B2 (ja) 1992-12-10

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Cited By (1)

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US10989579B2 (en) 2018-02-23 2021-04-27 Mitsubishi Electric Corporation Thermal detection sensor

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