JPS6085553A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS6085553A
JPS6085553A JP58192393A JP19239383A JPS6085553A JP S6085553 A JPS6085553 A JP S6085553A JP 58192393 A JP58192393 A JP 58192393A JP 19239383 A JP19239383 A JP 19239383A JP S6085553 A JPS6085553 A JP S6085553A
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JP
Japan
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semiconductor
region
integrated circuit
gate
semiconductor region
Prior art date
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Pending
Application number
JP58192393A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Saito
哲也 斉藤
Tsuneo Ito
恒夫 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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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 at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • 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

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〕 本発明は半導体集積回路に適用して特に有効な技術に関
するもので−たとえば.CMOSICのゲート保護回路
に利用して有効な技術に関するものである。
〔背景技術〕
CMOSICに於では、ゲート保護の目的で、−tなわ
ち、ICの外部端子(入力端子)に加わる摩擦静電気に
基づくサージ電圧にかかわらずに信号入力用のMISF
E’?7)ゲート絶縁膜に加わる電圧をその破壊耐圧以
下に制限するために・入力端子と信号入力用のMISF
ETのゲート電極と01間に多結晶St低抵抗いしは拡
散抵抗を縦続した構成が提案されている。しかしながら
、ICデバイス・プロセスにおーては・拡散層及び配線
層(多結晶Si・各種のシリサイド材料、高融点金属な
ど)のシート抵抗は増々低下する傾向にある。
この場合、シート抵抗の低い層によって、ゲート保護用
抵抗を形成しようとすると、従来と同じ抵抗値にする為
には多大の素子面積が必要となり・高密度化への大きな
障害となることが不発明者によって明らかにされた。
〔発明の目的〕
本発明の一つの目的は、占有面積の小さいMISFET
集積回路用ゲート保膜回路を提供することにある。
本発明の一つの目的は、素子サイズが小さくCMOSI
Cで利用しやすい高抵抗素子を提供することにある。
本発明の一つの目的は、高抵抗でかつクランプ電圧の低
い保護素子を提供することにある。
本発明の一つの目的は、外部からのサージ電圧によるラ
ッチアップの発生を防止できるゲート保護回路を提供す
ることにある。
本発明の一つの目的は、サージ電圧による保護素子自体
のゲート破壊に強いゲート保護回路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明らかになるであろ
う。
〔発明の概要〕
本願において開示さわ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、ジャンクションFET (以下J−FETと
称する)をMISFET集積回路のゲート保護抵抗とす
ることによって、高集積密度のMIS F’ET半導体
装置を提供するものである。
〔実施例l〕
実施例に従って本発明の説明を行なう●第1図は本発明
の第1の実施例の半導体集積回路の断面概略図である。
同図においては、lはN型St 基板、2はP型ウエル
領域、3はゲート保護用JPETとして用いられるP型
ウエル領域、4はJFETのゲート拡散層として用いら
れるNW拡散領域(本実施例では,たとえば、N型MI
SFETのソースΦドレイン拡散と同時につくられる。
)、5はP型MISF’ET,6はN型MISFET。
7は外部端子・8は保護ダイオード用N型領域を示す。
第2図シま、第1図のJPET部分の上面図である。同
図においては、第1図と同一の部分については、同じ記
号及び数字を用いて表わしである。
本実施例におけるゲート保護動作を以下に説明する。第
1図において、入力端子7と基板lの間にサージ電圧が
印加された場合を説明する。ここでは、最も重要な、P
型抵抗領域3と基板1の間が、逆バイアスされる場合を
論じる。入力保護抵抗3と基板1間の電圧が上昇すると
、N型拡散領域4とP型拡散領域3間で空乏層が広がり
FET5.6のゲートへの電流供給を低減させる。N+
拡散領域4の端部(第1崗断面図)のブレークダウン電
圧以上に入力電圧の値が達すると、当該部分がブレーク
・ダウンしてゲート電極への過大電圧の印加を阻止する
本実施例においては、ゲート保護抵抗のP型領域3とP
型ウェル領域2は同時につくられる。また、同素子のゲ
ート拡散領域4は、NチャネルFETのソース会ドレイ
ン拡散と同時につくられる。
通常のLOCOSプロセスを適用し、P型ウェル領域の
素子製作領域以外にP+チャネルストッパーを導入すれ
ば、入力保護ダイオードすなわち、戸チャネルストッパ
ーとN+領域4間の耐圧をゲート酸化膜の破壊耐圧より
も充分に低く設定することができる。
〔実施例2〕 第3図は、本発明の第2の実施例の半導体集積回路の断
面概略図である。同図において、記号1〜2及び5〜8
で示したものは、第1図において同じ記号が付されたも
のと同じである。また、9は入力保護用MO8FETで
ちり、10及び11はそのMOSFETのソース−ドレ
イン領域を形成するP−well拡散領域である。
本実施例におけるゲート保護動作を説明する。
第3図において入力端子7と基板lの間にサージ電圧が
印加された場合を説明する。ここでは、最も重要なP型
領域10と基板1の間が逆バイアスされる場合を論じる
。入力端子7と′vcc間にサージ電圧がはいると、M
OSFET9のゲート電極とドレイン10との間で電界
強度が上昇し、ついには、ドレインのゲート電極側端部
でブレークダウンが起り、入力端子−Pウェルl〇−基
板−Pウェル11−48.という電流パスができて、M
OSFET5及び6のゲートに加わる電圧を下ける働き
をする。
ここで、保護用MO8FET9のゲート電極は、他のM
O8FETs 、6と同じ工程でつ(られた薄い酸化膜
でもよいし、保護動作時の保護素子自体の破壊を防止す
る為、LOCO8酸化膜等の厚い酸化膜を用いてもよい
。また、拡散層11はN型でもよいし、なくてもよい。
〔実施例3〕 第4図は・本発明の第3の実施例の半導体集積回路の概
略図である。同一において、第1図及び第3図に示され
ているものと同じものについては、同じ記号で表わされ
ている。
不実施例のゲート保護動作の説明を行なう。ここでは、
先の例と同様に外部端子7とvcc間にP型領域3と基
板間が逆バイアスされるようなサージ電圧について論じ
る。このようなサージが入力端子7にはいると、P型領
域3とN+層4の入力側端部でまず最初にブレークダウ
ンが起り、サージ電流はN+及びそこにとり付けられた
電極を通り′vccへぬける。よりサージ電1圧が上昇
すると、上記のブレークダウンだけでは、電圧をさげる
ことができず、ゲート保護抵抗3のゲート電極側端部と
ゲート保護用MO8FET9のゲート電極との間の電圧
が上昇し、ついには、表面ブレークダウンを生じサージ
電流をP型ウェル領域11を通してV。oIl′c吸収
する。このように、2つの保護素子が相乗的に動作する
ことにより、ハ!l08F’ET5.6のゲート破壊を
防止する一方、保護動作時に少数キャリアが基板に流れ
ろことが極めて少ない構造となっている。この場合、保
護用MO8FET9のゲート酸化膜は他のMOS FE
T 5 、6同様薄い酸化膜で充分である。すなわち、
サージ電圧はピンチ抵抗部分3で分圧されている為、極
端に高い電圧がMOSFET9のゲートに加わる可能性
は少ないからである。
〔効 果〕
ピンチ抵抗を挿入することにより、JFETと同様の効
果により、占有面積の小さいゲート保護抵抗を実現する
ことができる。
また、JFETと同様の効果により、ソース・ドレイン
拡散を充分抵抗t)ものとすると同時に。
占有面積ハ小さいゲート保護抵抗を実現することができ
る。
Paウェル拡散をJFETのソース−ドレイン領域とし
、NチャネルMO8FETのノース拳ドレイン領域をJ
FETのゲート領域とすることによって、新たなプロセ
スを追加することなく占有面積の小言い抵抗素子を0M
O8IC上に形成することができる。
また、保護ダイオードの耐圧すなわちクランプ電圧はN
+拡散側で決まる為・Pウェル領域の高抵抗を利用しつ
つ、充分に低いクランプ電圧を達成することができる。
P+型チャネルストッパー領域とクランプダイオードの
N+拡散(JFETのゲート領域)をぶつけることによ
り、工程を追加することなく、クランプ・ダイオードの
耐圧をゲート保護の作用を充分けだせる程度に低く設定
することができる。
第2 において示七れているN+拡散領域4表面1cV
cc電極を設けることによって、JFE’TのN+拡散
領域がブレークダウンした場合、低抵抗の−“領域を介
して効率よくキャリアをVcc側に引きぬくことができ
ろ。こσ)ことにより、クランプダイオードがブレーフ
タ“ランした時、基板に注入される電荷により誘起され
るラッテアヅブの如き異常の発生を防止できる。また、
入力端子7からPウェル3.N+領域4.vccVC通
じる電流通路における寄生抵抗をきわめて小さくでき、
上記PウェルーN+間で形成するクランプダイオードの
動作を確実に行なわしめることができる。
P型ウェル拡散をソース・ドレインとする保護素子によ
り、他のMO8FET5.6のソースドレイン拡散が高
濃度、浅拡散となっても適度に高いブレークダウン電圧
に設定することができる。
また、P型ウェル領域を保護用MO8FETのソースド
レインとしている為、ブレークダウンにより基板に注入
さ七たキャリアを深い拡散層により吸収できることによ
り、ラッチアップ等の少数キャリア注入に起因するトラ
ブルをさけることができる。
また、Pウェル拡散を保護用素子のソースドレインとし
ている為、工程を増加させることなく、適度に高いブレ
ークダウン電圧を有するゲート保護素子を提供すること
ができる。
保護素子のゲート電極を厚い酸化膜とすることにより、
ゲート酸化膜が破壊しないゲート保護素子を提供するこ
とができる。
J 、FETタイプ及び表面ブレークダウンタイプの保
護素子を一体につくることによって、ラッチアップを起
しに((、かつ、ゲート保護を確実に行なうゲート保護
回路を提供することができる。
同様の構成とすることにより、0MO8ICK適合した
ゲート保護回路を実現できるゲート保護素子を提供する
ことができる。
素子面積を占有する一般の拡散抵抗を使用しないため、
窩集積度のICに適合したゲート保護回路を提供するこ
とができる。
ブレークダウンを起す接合の近傍に低抵抗接続された電
極を設けることにより、入力端子からVocVcぬける
通路における寄生抵抗を低減することにより、各保護素
子の実効感度を高くすることができ、確実に動作するゲ
ート保護回路を提供することができる。
〔利用分野〕
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である0MO8ICにおけ
るゲート保護回路に適用した場合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、Pウェルな
ソースドレインとしたFETを用いた回路に広く適用で
きる。本発明は・上記Pウェル拡散に限定されることな
く・少なくとも、同一導電型の複数の拡散のうち深い方
をソースドレイン拡散等に利用した素子を用いた半導体
装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1の実施例の断面概略図である。 第2図は、第1図のJ・FET部分の上面図である。 第3図は、本発明の第2の実施例の断面概略図である。 第4図は、本発明の第3の実施例の断面概略図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 入力信号が供給される外部端子と入力信号を受け
    るべきMISFETとの間に設けられるゲート保護装置
    を備え、上記ゲート保護装置は、第2導電型の半導体領
    域の主面に形成された第1導電型の深さの大きい第1の
    半導体領域及び上記第1の半導体領域の表面に形成され
    た第2導電型の深さの小さい第2の半導体領域とから構
    成されたジャクジョンFETを含み上記ジャクジョンF
    ’ETのソース・ドレイン通路が上記外部端子と上記M
    I8FETとの間に接続されてなることを特徴とする半
    導体集積回路装置。 2、上記半導体集積回路は、相補型MI8半導体集積回
    路装置からなり、上記第1の半導体領域は相補型MIS
    半導体集積回路装置におけるウェル領域と同時に形成さ
    れてなることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
    の半導体集積回路装置。 8、 上記第2の半導体領域は保護されるべきMISF
    ETのソース・ドレイン領域の形成と同時に形成された
    半導体領域から構成さhてなることを特徴とする特許請
    求の範囲第2項に記載の半導体集積回路装置。 4、少なくとも第1導電型の深さの大きい第1及び深さ
    の小さい第2の半導体領域、第2導電型の深さの小さい
    第3の半導体領域を有し、第2導電型の半導体主面に上
    記第1の半導体領域により構成された実効的にMISF
    E’I’型の保護ダイオードとして動作する素子を有し
    、該素子の一方の端子は外部端子と保護式れるべきMI
    SFETσ)ゲート電極に電気的に接続されてなり、そ
    のゲート電極及び他方の端子は基板に電気的に接続され
    てなることを特徴とするゲート保護回路を有する半導体
    集積回路装置。 5、上記第1の半導体領域は、相補型半導体におけるウ
    ェル領域形成と同時に行なわわることを特徴とする特許 体集積回路装置。 6、少なくとも第1導電厘の深さの大きい第1・第1の
    半導体領域及び深さの小さい第2の半導体領域、第2導
    電型の深さの小さい第3の半導体領域を有し、第2導電
    型の半導体主面に上記第1及び第3の半導体領域により
    つくられる実効的にジャンクションFETとして動作す
    る素子を有し。 該素子の入力端子は外部端子に接続され・その出力端子
    は保護されるべきMISFETのゲート電極VC電気的
    に接続されてなり、上記ジャンクションFETを形成す
    る上記第1導電型の深い領域と基板間のPN接合より上
    記基板領域へ上記主面上で延在するゲート電極を有し、
    そのゲートは電気的に基板に接続されてなることを特徴
    とするゲート保護回路を有する半導体集積回路装置。 7、上記第1の半導体領域&!、相補型半導体における
    ウェル領域形成と同時に行なわれることを特徴とする特
    許 体集積回路装置。 8、 上記第3の半導体領域は保護されるべきMISF
    ETのソース・ドレイン領域と同時に形成されることを
    特徴とする上記特許請求の範囲第7項
JP58192393A 1983-10-17 1983-10-17 半導体集積回路装置 Pending JPS6085553A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0508975A1 (de) * 1991-03-13 1992-10-14 AUSTRIA MIKRO SYSTEME INTERNATIONAL GESELLSCHAFT m.b.H. (Austria Micro Systems International Gesellschaft m.b.H.) Schutzschaltung für integrierte CMOS/BICMOS-Schaltungsanordnungen und Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schutzschaltung
JPH07202009A (ja) * 1993-12-28 1995-08-04 Nec Corp Cmos構成の出力回路を有する半導体装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0508975A1 (de) * 1991-03-13 1992-10-14 AUSTRIA MIKRO SYSTEME INTERNATIONAL GESELLSCHAFT m.b.H. (Austria Micro Systems International Gesellschaft m.b.H.) Schutzschaltung für integrierte CMOS/BICMOS-Schaltungsanordnungen und Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schutzschaltung
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