JPS6074648A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS6074648A
JPS6074648A JP58182069A JP18206983A JPS6074648A JP S6074648 A JPS6074648 A JP S6074648A JP 58182069 A JP58182069 A JP 58182069A JP 18206983 A JP18206983 A JP 18206983A JP S6074648 A JPS6074648 A JP S6074648A
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高山 良久
Shigeru Fujii
藤井 滋
Tomoaki Tanabe
田辺 智明
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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】 (a) 発明の技術分野 本発明は半導体集積回路装置に係υ、特に相補型MIS
)ランリスタを用いて構成されるゲートアレー型半導体
大規模集積回路装置に関する。
(b) 技術の背景 大規模集積回路が大型化するにつれて多品種少量生産の
傾向が著るしい今日、製造コストを低減し、且つ製造期
間を短縮するために、マスタスラ、イス(master
 5lice)方式による大規模集積回路の製造が注目
をあびている。
マスタスライス方式とは、一つの半導体チップ中に基本
素子集合(通常複数のトランジスタや抵抗から々る基本
回路でベーシック・セル等と称する)を、予め大量に整
列形成しておき、開発品種に応じて準備した配線マスク
を用いて上記ベーシック・セル間を結合して所望の電気
回路動作を有する大規模集積回路を完成させる方法であ
る。このマスタスライス方式によれば、上記ベーシック
・セルは予め大量に形成されているので、品種開発の要
望が生じた時点で配線用のマスクのみを作ればよく、従
って開発期間は大幅に短縮される。
又ベーシック・セルは種々の大規模集積回路に共通して
使用可能であるから開発コストも低減される。又この方
式に於てはベーシック番セルの配置が標準化されるので
電子計算機による自動配置配線処理が有効に採用され得
る。
このように半導体チップ上にベージ、り・セルを標準化
されたパターンで整列配置したものをゲートアレーと称
する。
このゲートアレーに於て、特に多用されるのは消費電力
が小さく、そのため集積度の向上が簡単に行えるという
利点を持つ相補型M I S )ランリスタによって、
ベーシック−セルを形成した相補型MISゲートアレー
(通常代表してCMOSゲートアレーと呼ばれる)であ
る。
(e) 従来技術と問題点 第1図は相補型MISゲートアレーに使用される一般的
なベーシック・セルの等価回路図を示したものである。
該ベーシック・セルは2個のpチャネル型M工Sトラン
ジスタTR,、TR2と、2個のnチャネル型MIS)
ランリスタTR3,TR4からなる。そして同一チャネ
ル同士のトランジスタは、そのソース又はドレインの一
方を共有し、加えて異かるチャネル同士の2#1のトラ
ンジスタ対はゲートが共通接続されてなっている。
第2図は第1図に示したベーシック・セル(Be)の回
路構成を実現する不純物導入領域パターンとゲート電極
パターンを示した平面図で、図中1は例えば多結晶シリ
コン(ポリSl)よりなる第1のゲート電極配線層、2
は同じくポリSlよりなる第2のゲート電極配線層、3
,4.5はnチャネル型トランジスタのソース及びドレ
イン領域と々るn+型領領域6. 7. 8はpチャネ
ル型トランジスタのソース及びドレイン領域となるp中
型領域、9は島状p型領域(p型ウェル)、10はn型
St基板を示している。
該CMOSゲートアレーに於ては、上記のようなベーシ
ック拳セルが1個の半導体チップ上に列状にいわゆるア
レーとして配列される。ここで、縦方向にベーシック・
セルを配列したとするとベーシック・セル1個ごとに横
方向の配線用空領域を確保せしめる。
又各セル列間にも縦方向の配線用空領域を設ける。第3
図は上記半導体チップ上に於けるベーシック・セルの配
列を示したもので、図中11はベーシック・セル、12
は横方向の配線用空領域、13は縦方向の配線用空領域
を示す。
なお上記配列に於て、ベーシックのセル11は縦方向に
数十乃至数百段配設され、セル列は横方向に数十列必要
に応じて配設される。又通常横方向の配線用空領域12
は配線が1〜4本程度設けられるようか幅に形成され、
縦方向の配線用空領域13は配線が10数本〜数1o本
程度設けられるよう外幅に形成される。
このようなCMOSアレーに於ては、0MO8特有のラ
ッチアップ現象が問題になる。ここで該ラッチアップ現
象を第4図に示す等価回路図を用いて簡単に説明する。
CMO8に於ては、pMO8K Vnn 電位をnMO
8KV8!+電位付与した時、nMO8側のp−ウェル
には寄生npn トランジスタT1が、pMO8側のn
−基板には寄生pnp )ランリスタT2が形成される
。又その他の端子間には寄生抵抗が存在する。同図に示
した寄生素子を介した電流パスから明らか々ように、こ
れら寄生素子はサイリスタを構成している。ラッチアッ
プ現象はこのサイリスタ動作による。即ち今、外部端子
又は内部端子Pに接続されたn中層から比較的大1!カ
雑音電流INが流入したとするとT、はON状態となり
、Vnn端子から寄生抵抗R2,R3,R4を介してV
ss端子に電流が流れ、R21R3の電圧がT2のペー
ス電圧より高くなり、T2がON状態に々る。
この時T2を介してT1のベース電流が流れ、T1をよ
りON領域にする。この結果T、とT2からなるループ
に正帰還がかかり、ここに構成されているサイリスクが
低抵抗状態になる。従って大き々雑音電流が瞬間的に注
入されれば、常時雑音電流がなくても電源間に大電流が
流れる。このラッチアップによる異常電流はいったん電
源を切ると止まり、再び電源を元の状態に戻せば正常に
復するが、電源を切らないでそのまま散瞳すれば配線の
断線、素子の破壊等を引き起こす。
ラッチアップ現象というのは上記のような現象であるが
、この現象はCMO8が微細化されアレーが高集積化さ
れると特に起こり易くなる。これは微細化高集積化によ
って寄生pnp )ランリスクが発生しやすくなり、且
つ多くのゲートが同時にスイッチングする機会が生じ雑
音レベルが高く々ることによる。
上記ラッチアップ現象に対する耐性を増すためKは、基
板及びウェルの抵抗を下げ、前記寄生抵抗の値を小さく
することが有効であり、そのために該pMO8)ランリ
スク、nMO8)ランリスク近傍のn型基板若しくはp
型つェル面にこれらトランジスタに沿ってn+型若しく
はp+型のコンタクト拡散領域が設けられる。
しかし従来のCMOSゲートアレーに於ては上記コンタ
クト拡散領域が各ベーシック・セル間の横方向配線用空
領域に各々独立して設けられたために、各コンタクト拡
散領域の各々に電源配線のコンタクトを取る必要があっ
た。従って、コンタクト拡散領域の幅が広くなり、その
ためベーシック拳セルが多数並べられる縦方向のベーシ
ック・セル配設間隔が広がり、該CMOSアレーの集積
度が低下するという問題を生じていた。
第5図は該従来のCMOSアレーの上面を部分的に表わ
した模式上面図で、図中9は(p型)ウェル、10は(
n型)3i基板、11はベーシック・セル、12は横方
向配線用空領域、13は縦方向配線用空領域、14はp
+型タウエル用コンタクト拡散領域15はn++基板用
コンタクト拡散領域、vss及びVnnは電源配線、×
印はオーミック接続部を示している。
(d) 発明の目的 本発明は上記問題点に鑑み、ラッチアップ現象に対する
耐性を向上せしめる効果を従来構造と同程度に有し、且
つ集積度を従来より向上せしめることが可能fi、CM
OSアレーに於ける基板及びウェルに対するコンタクト
拡散領域の構造を提供することを目的としている。
(e) 発明の構成 即ち本発明は半導体集積回路装置に於て、ソース領域あ
るいはドレイン領域を共有する2個の一導電型チャネル
MIS)ランジヌタと、ソース領域あるいはドレイン領
域を共有する2個の反対導電型MIS)ランリスクを有
し、該−導電型チャネルMIS)ランリスクに於ける一
方のトランジスタのゲート電極と該反対導電型チャネル
MISトランジスタに於ける一方のトランジスタのゲー
ト電極とが共通接続され、該−導電型チャネルMIS)
ランリスクに於ける他方のトランジスタのゲート電極と
該反対導電型チャネルMIS)ランリスクに於ける他方
のトランジスタのゲート電極とが共通接続された相補型
MIS)ランリスクよシなる基本素子集合が縦方向に複
数段配設された基本素子集合列を複数列有するアレー構
造を有し、該基本素子集合列に於ける一導電型半導体基
板面及び該反対導電型ウェル面に、該基本素子集合列に
沿って該半導体基板若しくは該ウェルよりそれぞれ高不
純物濃度の帯状−導電型基板コンタクト拡散領域及び帯
状反対導電型ウェル・コンタクト拡散領域を有し、各上
段と下段の基本素子集合間に該帯状基板コンタクト拡散
領載着しくは該帯状ウェル・コンタクト拡散領域と一体
に形成されだ枝状−導電型基板コンタクト拡散領域及び
枝状反対導電型ウェル・コンタクト拡散領域を有し、且
つ一部の該枝状基板コンタクト拡散領域及び枝状ウェル
・コンタクト拡散領域のみが配線層の接続が可能々広い
幅を有し、該半導体基板及び該ウェルに電位を与える配
線層が該広い幅の枝状基板コンタクト拡散領域及び枝状
ウェル−コンタクト拡散領域にそれぞれ抵抗性接続され
てなることを特徴とする。
(f) 発明の実施例 以下本発明を実施例について、図を用いて説明する。
第6図は本発明に係る半導体集積回路装置の一実施例に
於ける不純物導入領域パターンとゲート電極パターンを
示す上面図(イ)及びA−A矢視断面図(ロ)、B−B
矢視断面図(−S、C−C矢視断面図に)、第7図はセ
ルパターンに於ける一実施例を示すチップの模式上面図
である。
本発明の半導体集積回路装置を構成する基本素子集合(
以下ベーシック書セルと称する)の等価回路は第1図に
示した従来のCMOSアレーに於けるものと変りがい。
本発明に係るCMOSアレーが従来構造と異なる点は、
ベーシック・セルに設けられる基板及びウェルに対する
コンタクト拡散領域の構造にある。
第6図は本発明を適用して形成したベーシック・セル列
に於ける不純物導入領域及びゲート電極パターンを示す
上面図(ハ)、A−A矢視断面図(ロ)、B−B矢視断
面図ri、c−c矢視断面図に)である。
図中1は例えば多結晶シリコン(ポリSt)からなる第
1のゲート電極配線層、IA、IB、ICは該第1のゲ
ートの端子取出し部、21d同じくポリStからなる第
2のゲート電極配線層、2A、2B。
2Cは該第2のゲートの端子取出し部、3. 4゜5は
nチャネル型トランジスタのソース及びドレイン領域に
なるn+型領領域6. 7. 8はpチャネル型トラン
ジスタのソース及びドレイン領域となるp+領領域9は
第1図に示したnチャネル型トランジスタ(TR3、T
R4)が形成されるp型ウェル、10は同じくpチャネ
ル型トランジスタ(TR1,TR2)が形成されるn型
Sト基板、16は分離用酸化膜、17はゲート酸化膜で
ある。
そして18及び19は本発明に係るn型基板及びp型ウ
ェルに対するコンタクト拡散領域を示してお、!l)、
18aは、低い直列抵抗を得るために数μm程度の広い
幅を持たせた帯状n++基板用コンタクト拡散領域、1
8bは上記18aと一体形成され電源配線と配線コンタ
クト窓を介して接続することが可能がように数〔μm〕
程度の広い幅に形成した第1の枝状n+生型基板用コン
タクト拡散領域18Cはプロセス技術の限界幅に近い狭
い幅に形成した第2の枝状n++基板用コンタクト拡散
領域、19aは上記18a同様同様紙抗を減少せしめる
ために数〔μm〕程度の広い幅に形成した帯状p+型タ
ウエル用コンタクト拡散領域19bは電源配線と配線コ
ンタクト官を介して接続することが可能なように数〔μ
m〕程度の広い幅に形成した第1の枝状p+型タウエル
用コンタクト拡散領域19Cはプロセス技術の限界幅に
近い狭い幅に形成した第2の枝状p+型タウエル用コン
タクト拡散領域示している。
なおこれらコンタクト拡散領域の深さは例えばソース・
ドレイン領域と同様深さ数1000[:A)程度に形成
される。又11a、llbは一つのベーシック書セルを
示している。
同図に示したように本発明の構造に於ては、0MO8よ
りなるベーシック書セルの列(以下セル列と呼ぶ)が形
成されているn型Si基板10及びp型ウェル9に該セ
ル列に沿って(セル列と数〔μm〕程度へだてる)前記
帯状n生型基板用コンタクト拡散領域18a及び帯状p
中型基板用コンタクト拡散領域19aがそれぞれ延在形
成される。又それぞれのベーシック・セル(11a、I
lb等)の間に表出するn型St基板10面及びp型ウ
ェル9面には前記帯状コンタクト拡散領域と一体形成さ
れた広い幅の第1の枝状n生型基板用コンタクト拡散領
域18b及び第1の枝状p+型ウつル用コンタクト拡散
領域19b若しくは狭い幅の第2の枝状n++基板用コ
ンタクト拡散領域18c及び第2の枝状p+型ウェル用
コンタクトVnnに対する基板のコンタクトは×印20
で示したように第1の枝状n++基板用コンタクト拡散
領域18bを介してなされ、電源配線Vssに対するウ
ェルのコンタクトは×印21で示したように第1の枝状
p+型タウエル用コンタクト拡散領域9bを介して々さ
れる。本実施例に於ては上記基板及びウェルを電源配線
に接続する枝状コンタクト拡散領域18b、19bがペ
ージ、り・セル2個置きに設けられているが、この配設
ピッチは2個置きに限られるものではなく、ラッチアッ
プ現象の防止効果に応じて3個置き以上のピッチで配設
されても良い。
上記実施例に示したような本発明の構造に於て、例えば
ベーシック・セル1 ’1 aに於けるラッチアップ現
象の抑制は第1の枝状n++基板用コンタクト拡散領域
18b、第2の枝状n++基板用コンタクト拡散領域1
8c及び第1の枝状p+型タウエル用コンタクト拡散領
域9b、第2の枝状p+型タウエル用コンタクト拡散領
域9cによってなされる。ここで第2の枝状n生型基板
用コンタクト拡散領域18eと第2の枝状p生型ウェル
用コンタクト拡散領域19 cは電源配線Vnn+Vs
s等に直接接続されていないが、これら第2の枝状コン
タクト拡散領域18e、19eには充分に直列抵抗を低
く形成した第1の枝状コンタクト拡散領域18b、19
b及び帯状コンタクト拡散領域18 a、18 bを介
して電源の電位が与えられるので、ページ、り・セル1
個ごとにその両側に電源配線とコンタクトする基板用コ
ンタクト拡散領域及びウェル用コンタクト拡散領域を設
けた従来構造に比べてラッチアップ現象の抑制効果に差
は認められない。
そして本発明の構造に於ては上記実施例に用いた第6図
からも明らかなように一本置き、成るいはそれ以上の枝
状コンタクト拡散領域幅を、電源配線と直接接続する必
要のないことから数分の1程度の狭い幅に形成すること
が可能に々るので、縦方向のページ、り・セル間隔を横
方向配線用空領域として必要な最小限度の寸法まで縮め
ることができ、該CMOSアレーの集積度は大幅に向上
する。
なお本発明の構造に於ける帯状n++基板用コンタクト
拡散領域181L、第1の枝状n生型基板用コンタクト
拡散領域18b、第2の枝状n生型基板用コンタクト拡
散領域18aは前述したように一体構造であり、従来同
様、例えばnチャネル型トランジスタのソース及びドレ
イン領域となるn中型領[3,4,5を形成する際同時
に形成される。又帯状p中型ウェル用コンタクト拡散領
域19a、第1の枝状p生型ウェル用コンタクト拡散領
域19b、第2の枝状p生型ウェル用コンタクト拡散領
域19cも一体構造であり、これらは従来同様例えばp
チャネル型トランジスタのソース及びドレイン領域とな
るp中型領域と同時に形成される。又第1の枝状コンタ
クト拡散領域18b及び19bに対するそれぞれの電源
配線(通常アルミニウム若しくはその合金層よりなる)
の接続は、従来同様ベーシック・セル上に配設されるり
ん珪酸ガラス(PSG)等の絶縁膜に電極コンタクト窓
を形成し、これを介して行われる。
本発明の特徴を更に明確にするために、第7図に上記実
施例に係るCMOSゲートアレー・チップの上面を模式
的に示した。同図に於て11はページ、り・セル、18
aは帯状n++基板用コンタクト拡散領域、18bは電
源配線と直接コンタクトをとる幅の広い第1の枝状n+
+基板用コンタクト拡散領域、18Cは電源配線と直接
コンタクトをとらない狭い幅の第2の枝状n++基板用
コンタクト拡散領V、19.は帯状p+型型皿エル用コ
ンタクト拡散領域19bは幅の広い第1の枝状p+型タ
ウエル用コンタクト拡散領域19Cは狭い幅の第2の枝
状p+型タウエル用コンタクト拡散領域31は外部との
インタフェース回路を形成する領域で32は入出力電極
パッドである。
なお本発明の変形例として電源配線層と基板及びウェル
とのコンタクトを上記帯状の基板用コンタクト拡散領域
及び帯状ウェル用コンタクト拡散領域上で行っても良い
(g) 発明の効果 以上説明したように本発明によれば、相補型MIS)ラ
ンリスタよりなる基本素子集合(ベーシック・セル)を
、そのラッチアップ耐圧を減少せしめずに縦方向(ゲー
ト電極と直角の方向)に接近して配設することができる
ゲートアレー構造の大規模集積回路に於ては、一般的に
ベーシック・セルの縦方向の配列数は前述したように横
方向の配列数の数倍乃至十倍程度である。従って本発明
は相補型MISトランジスタを用いて形成されるゲート
アレー構造の大規模集積回路の集積度を向上せしめるう
えに極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は相補型MISゲートアレーに使用されるベーシ
ック・セルの等価回路図、第2図は該ベーシック・セル
の不純物導入領域とゲート電極パターンを示す上面図、
第3図はチップ上に於けるベーシック・セルの配列図、
第4図はラッチアップ現象説明図、第5図は従来のCM
OSゲートアレーの部分上面図、第6図は本発明に係る
CMOSゲートアレーの一実施例に於ける不純物導入領
域パターンとゲート電極パターンを示す上面図(イ)。 A−A矢視断面図(ロ)、B−B矢視断面図Cう、C′
−〇矢視断面図に)で、第7図はセルパターンに於ける
一実施例を示すチップの模式上面図である。 図に於て、1及び2けゲート電極配線層、3゜4.5は
nチャネル型トランジスタのソース及びト°レインと女
るn十型領域、6,7.8はpチャネル型トランジスタ
のソース及びドレインとなるp+型領塘、9けp型ウェ
ル、lOはn型シリコン基板、11. 11 a、1 
l bはヘーシック番セル、16は分離酸化膜、17は
ゲート酸化膜、181Lは帯状n++基板用コンタクト
拡散領域、18bは広い幅を有する第1の枝状n生型基
板用コンタクト拡散領域、18Cは狭い幅の第2の枝状
n++基板用コンタクト拡散領域、19aは帯状p+型
型皿エル用コンタクト拡散領域19bは広い幅を有する
第1の枝状p中型つェル用コンタクト拡散領斌、19a
は狭い幅の第2の枝状p+型タウエル用コンタクト拡散
領域20及び21は配線接続部、Vss及びVnnは電
源配線層を示す。 ≠7m ′JP−2順 塔3酊 口==コ ロ==コ ロ:=コ ¥−5町 も7聞 72 手続補正書(自発) 昭和 年 月 11 5g、 10.19 1、事件の表示 昭和夕ど年tキ許願第パλθ乙フ壮 3、補正をする者 事f′1との関係 特許(I冑f、を人住所 神奈川県
用崎市中原区1−小rlJ中1015番地(522)名
称富士通株式会社 4、代 理 人 住所 神奈川県川崎市中原区上小11
中1015番地富士通株式会社内 昭和 年 月 [(なし 6 補正により増加する発明の数 なし7、補 正 の
 対 象 明細書の特許請求の範囲の欄8、補正の内容
別紙の通り (1) 明細書の請求の範囲の欄を下記の通り補正する
。 ことを特徴とする半導体集積回路装置。」2−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ソース領域あるいはドレイン領域を共有する2個の一導
    電型チャネルMIS)ランリスタと、ソース領域あるい
    はドレイン領域を共有する2個の反対導電型MISトラ
    ンジスタを有し、該−導電型チャネルMISトランジス
    タに於ける一方のトランジスタのゲート電極と該反対導
    電型チャネルMIS)ランリスタに於ける一方のトラン
    ジスタのゲート電極とが共通接続され、該−導電型チャ
    ネルMISトランジスタに於ける他方のトランジスタの
    ゲート電極と該反対導電型チャネルMISトランジスタ
    に於ける他方のトランジスタのゲート電極とが共通接続
    された相補型M工Sトランジスタよシなる基本素子集合
    が縦方向に複数段配設された基本素子集合列を複数列布
    するアレー構造を有し、訪基本素子集合列に於ける一導
    電型半導体基板面及び該反対導電型ウェル面に2、該基
    本素子集合列に沿って該半導体基板若しくは該ウェルよ
    りそれぞれ高不純物濃度の帯状−導電型基板コンタクト
    拡散領域及び帯状反対導電型ウェル・コンタクト拡散領
    域を有し、各上段と下段の基本素子集合間に該帯状基板
    コンタクト拡散領載着しくは骸帯状ウェル・コンタクト
    拡散領域と一体に形成された枝状−導電型基板コンタク
    ト拡散領域及び枝状反対導電型ウェル拳コンタクト拡散
    領域を有し、且つ一部の該枝状基板コンタクト拡散領域
    及び枝状ウェル・コンタクト拡散領域のみが配線層の接
    続が可能な広い幅を有し、該半導体基板及び該ウェルに
    電位を与える配線層が該広い幅の枝状基板コンタクト拡
    散領域及び枝状ウェル・コンタクト拡散領域にそれぞれ
    抵抗性接続されてなることを特徴とする半導体集積回路
    装置。
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