JPS61137358A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPS61137358A
JPS61137358A JP25918684A JP25918684A JPS61137358A JP S61137358 A JPS61137358 A JP S61137358A JP 25918684 A JP25918684 A JP 25918684A JP 25918684 A JP25918684 A JP 25918684A JP S61137358 A JPS61137358 A JP S61137358A
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JP
Japan
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output
misfet
integrated circuit
semiconductor integrated
circuit device
Prior art date
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Pending
Application number
JP25918684A
Other languages
English (en)
Inventor
Futoshi Inoue
太 井上
Tatsuaki Ueno
上野 達彰
Yasuyuki Saito
斉藤 康幸
Akitoshi Kitazawa
北沢 昭俊
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 Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi Microcomputer Engineering Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS61137358A publication Critical patent/JPS61137358A/ja
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、半導体集積回路装置に関するものであり、特
に、静電気破壊防止回路を備えた半導体集積回路装置に
適用して有効な技術に関するものである。
[背景技術] M ■5FETを備えた半導体集積回路装置は。
その人為的取扱いで誘発される過大な静電気で内部集積
回路の入力段回路が破壊される現象、所謂。
静電気破壊を生じ易い、そこで、外部端子と入力段回路
との間に、静電気破壊防止回路を挿入し。
前記静電気破壊を防止する必要がある(例えば、朝食書
店1981年6月30日発行、集積回路応用))ンドブ
ック、ρ731〜p732)。
入力段回路側の静電気破壊防止回路は、保護抵抗素子と
クランプMISFETとによって構成されている。
一方、出力段回路側にも静電気破壊防止回路を設けるこ
とが考えられる。
発明者が出力段回路の静電気破壊防止回路について検討
したところ、出力用MISFETの静電気破壊強度を向
上するためには、そのゲート幅を充分に確保し、過大電
流を分散させる必要があることがわかった。
しかし、さらに、検討を加わえた結果、ゲート幅を充分
に確保すると、出力用M I S FETのON抵抗が
小さく、過渡的電流が大きくなるので。
出力レベルに変動を生じる。このために、本発明者は、
半導体集積回路装置の静電気破壊強度の向上と良好な電
気的特性とを同時に得ることができないという問題点を
見い出した。
[発明の目的] 本発明の目的は、半導体集積回路装置の静電気破壊強度
を向上させ、かつ、良好な電気的特性を得ることが可能
な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は2本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
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、半導体集積回路装置において、出力段回路を
構成する出力用MISFETのドレイン領域と出力用の
外部端子との間に、通常の動作時にオフ状態になる保護
用MISFETを並列に設ける。
これによって、過大電流が外部端子に入力すると、出力
レベルに影響を生じない程度の出力用MrsFETのゲ
ート幅を、保護用MISFETで静電気破壊を防止する
程度に増大させることができるので、静電気破壊強度を
向上し、かつ、良好な電気的特性を得ることができる。
′ 以下1本発明の構成について1本発明を、CMI 
S、を備えた半導体集積回路装置の出力部に適用した実
施例とともに説明する。
[実施例] 第1図乃至第4図は、本発明の一実施例を説明するため
の図であり、第1rJ!Jは、半導体集積回路装置の出
力部の等価回路図、第2図は、半導体集積回路装置の出
力部の具体的な構成を示す要部平面図、第3@は、第2
図の■−■切断線における断面図、第4図は、静電気破
壊強度のゲート幅依存性を示す図である。第2図は、そ
の構成をわかり易くするために、各導電層間に設けられ
るフィールド絶縁膜以外の絶縁膜は図示しない。
なお、実施例の全図において、同一機能を有するものは
同一符号を付け、そのくり返しの、説明は省略する。
第1図において、BPは外部端子(出力用)である。
Qpは出力用のPチャネルMISFET、Qnは出力用
のnチャネルMISFETであり、これらのドレイン領
域は、外部端子BPに接続されでいる。出力用MISF
ETQp、Qnは、半導体集積回路装置の出力段回路を
構成するようになっている。
Q n sは保護用MISFETであり、出力用MIS
FETQP又はQnのドレイン領域と外部端子BPとの
間に、並列に設けられている。保護用MISFETQn
gは1通常の動作時(例えば、0〜5[v]程度の信号
を使用する状態)ではオフ状態になるように構成され、
過大電流が外部端子BPに入力した時に、出力用トラン
ジスタQnとともに静電気破壊防止回路Iを構成するよ
うになっている。
出力用バッファ回路■は、主として、前記出力段回路、
その一部と保護用MISFETQnsとで構成される静
電気破壊防止回路Iによって構成されている。
L+ 、L2は内部集積回路(例えば、ロジック)の最
終段回路、Pj、P2は最終段回路L+、L2のそれぞ
れに接続される信号端子である。
Vccは電源電圧端子(例えば、5 [V] ) 。
Vssは基準電圧端子(例えば、O[V] )である。
第2図及び第3図において、lは単結晶シリコンからな
るP−型の半導体基板、2はn−型のウェル領域である
3はフィールド絶縁膜、4はp型のチャネルストッパ領
域である。
5は絶縁膜であり、半導体素子形成領域となる半導体基
板1及びウェル領域2主面部に設けられている。この絶
縁膜5は、主としてlMISFETのゲート絶縁膜を構
成するようになっている。
6は導電層であり、絶縁膜5又はフィールド絶縁膜3の
所定の上部に設けられている。この導電層6は、MIS
FETのゲート電極又は配線を構成するためのものであ
る。
7はn+型の半導体領域であり、導電層6の両側部の半
導体基板lの主面部に設けられている。
この半導体領域7は、MrSFETのソース領域又はド
レイン領域を構成するようになっている。
8はp+型の半導体領域であり、導電層6の両側部のウ
ェル領域2の主面部に設けられている。
この半導体領域8は、MTSFETのソース領域又はド
レイン領域を構成するようになっている。
出力用MI 5FETQn又は保護用MTSFETQn
sは、半導体基板1、絶縁膜5.導電層6及び一対の半
導体領域7によって構成されているそして、出力用MI
SFETQnは、少なくともソース領域又はドレイン領
域となる一方の半導体領域7を共有させ1本実施例では
3つで構成している。保護用MISFETQnsは、出
力用MIS F E T Q nの一方の半導体領域(
ドレイン領域7を共有させ1本実施例では1つで構成し
ている出力用MISFETQn又は保護用M I S 
FETQnsは、必要に応じて数、形状等を変化させて
もよい。
出力用MISFETQpは、半導体基板l、絶縁膜5、
導電層6及び一対の半導体領域8によって構成されてい
る。そして、出力用M r S FETQpは、少なく
ともソース領域又はドレイン領域となる一方の半導体領
域8を共有させ1本実施例では4つのうちの3つで構成
している。
第4図に示すように1通常の動作時に出力レベルに影響
を生じさせないためには、出力用MISFETQnのゲ
ート幅をWn程度以下で構成する必要がある。このとき
の静電気破壊強度は、不充分なV n L、か得ること
ができない。
しかしながら1人為的取扱い等で過大電流が外部端子B
Pに入力すると、出力用MISFETQnのゲート1!
il W nに、S履用MISFETのゲート幅Wn 
sが付加され、ゲート幅WtのMISFET(静電気破
壊防止回路i)を構成するようになっている。すなおち
、前記静電気破壊防止回路rは、充分なゲート@Wtを
確保することができるので、過大電流を出力用MISF
ETQnに比べて充分に分散させ、半導体基板1に放電
(ブレークダウン)させることができる。これによって
出力用MI S FETQnの静電気破壊強度Vnに保
護用MISFETQnsの静電気破壊強度VnSが付加
され、静電気破壊防止回路■は、電気破壊強度Vtを得
ることができる。
9は絶縁膜であり、MISFET等の半導体素子の上部
に設けられている。10は接続孔であり。
所定の導電層6の上部の絶縁膜9又は所定の半導体領域
7,8の上部の絶縁膜5,9を除去して設けられている
11A乃至110は導電層であり、絶縁膜9の上部又は
接続孔1oを通して導電層6、半導体領域7.8と電気
的に接続するように絶縁膜9の上部に設けられている。
導電層11Aは、外部端子BPを構成するようになって
いる。
導電J1F11Bは、外部端子BPと出方段回路とを電
気的に接続する配線を構成するようになっている。
導電層11Gは、電源電圧Vccが印加される配線を構
成するようになっている。
導電層11Dは、基準電圧V s sが印加される配線
を構成するようになっている。
また、第5図の出力部の等価回路図に示すように、前記
と同様に、出力段回路を構成する出力用M r 5FE
TQpのドレイン領域と外部端子BPとの間に、pチャ
ネルMISFETで構成した保   ゛膜用MISFE
TQpsを並列に設けてもよい。
また、前記実施例は、保護用MISFETQnのゲート
電極を基準電圧V s sに接続して通常の動作時をオ
フ状態にさせたが、保護用MISFETのしきい値電圧
を高め1通常の動作時をオフ状態にしてもよい。この技
術手段としては、保護用M I S F E T Q 
n sのチャネル領域に、イオン注入技術で不純物を導
入し、そのしきい値電圧を例えば7[v]程度(例えば
、0〜5[v]程度の信号を使用するの場合)にすれば
よい。
また、前記実施例は、出力用M I S F E T 
Q nのドレイン領域と共有させ、保護用MISFET
Qnsを並列に設けたが、保護用M I S FETQ
nsを抵抗値の低いアルミニウム配線等で並列に接続し
てもよい。
[効果] 以上説明したように、本願において開示された新規な技
術によれば、以下に述べるような効果を得ることができ
る。
(1)半導体集積回路装置において、出力段回路を構成
する出力用MISFETのドレイン領域と出力用の外部
端子との間に、通常の動作時にオフ状態の保護用MIS
FETを並列に設けたことによって、静電気破壊強度に
大きく考慮されずに、出力用MISFETのゲート幅を
小さくすることができるので、過渡的電流を小さくし、
出力レベルの変動を低減することができる。
(2)前記(1)により、過大電流が外部端子に入力す
ると、出力用MISFETのゲート幅を、保護用MIS
FETで増大させることができるので、過大電流を分散
させて放電することがきる6(3)前記(1)及び(2
)により、静電気破壊強度を向上し、かつ、良好な電気
的特性を得ることができる。
以上1本発明者によってなされた発明を、前記実施例に
もとすき具体的に説明したが1本発明は。
前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲において1種々変形し得ることは勿論である
例えば、素子構造は、前記実施例とは逆にn−型基板に
PチャネルM I S FETを形成し、p−型のウェ
ル領域にnチャネルMISFETを形成するものであっ
てもよい。
さらに、前記実施例は、本発明を、CMISを備えた半
導体集積回路装置に適用した例について説明したが、単
チャネルM r S FETを備えた半導体集積回路装
置に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第4図は、本発明の一実施例を説明するため
の図であり、 第1図は、半導体集積回路装置の出方部の等価回路図。 第2図は、半導体集積回路装置の出方部の具体的な構成
を示す要部平面図。 第3図は、第2図の■−■切断線における断面図、 第4図は、静電気破壊強度のゲート幅依存性を示す図、 第5図は、本発明の他の実施例を説明するための半導体
集積回路装置の出方部の等価回路図である。 図中、BP・・・外部端子、Q P r Q n・・・
出力用MISFET、Qns、QPS・”保護用MIS
FET、1・・・半導体基板、2・・・ウェル領域、3
・・・フィールド絶縁膜、4・−・チャネルスチッパ領
域、5゜9・・・絶縁膜、6.11・・・導電層、7,
8・・・半導体領域、10・・・接続孔である。 第  3  図 第  4  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、出力段回路を構成する出力用MISFETのドレイ
    ン領域と、出力用の外部端子とが電気的に接続されてな
    る半導体集積回路装置であって、前記出力用MISFE
    Tと前記外部端子との間に、通常の動作時にオフ状態に
    なるMISFETを並列に設けたことを特徴とする半導
    体集積回路装置。 2、前記MISFETのドレイン領域は、前記出力用M
    ISFETのドレイン領域と共有して又は抵抗値の小さ
    な導電層で電気的に接続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。 3、前記MISFETは、静電気破壊防止回路を構成し
    てなることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2
    項に記載の半導体集積回路装置。
JP25918684A 1984-12-10 1984-12-10 半導体集積回路装置 Pending JPS61137358A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01304778A (ja) * 1988-06-02 1989-12-08 Mitsubishi Electric Corp 半導体集積回路
US5021853A (en) * 1990-04-27 1991-06-04 Digital Equipment Corporation N-channel clamp for ESD protection in self-aligned silicided CMOS process
US5262344A (en) * 1990-04-27 1993-11-16 Digital Equipment Corporation N-channel clamp for ESD protection in self-aligned silicided CMOS process
EP0948051A3 (en) * 1998-03-24 2006-04-05 NEC Electronics Corporation Semiconductor device having a protective circuit

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