JPS61179563A - 相補型集積回路装置 - Google Patents

相補型集積回路装置

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JPS61179563A
JPS61179563A JP60019408A JP1940885A JPS61179563A JP S61179563 A JPS61179563 A JP S61179563A JP 60019408 A JP60019408 A JP 60019408A JP 1940885 A JP1940885 A JP 1940885A JP S61179563 A JPS61179563 A JP S61179563A
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JP
Japan
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diffusion layer
type diffusion
substrate
type
integrated circuit
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Pending
Application number
JP60019408A
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English (en)
Inventor
Yukihiro Saeki
佐伯 幸弘
Masataka Hirasawa
平沢 正孝
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS61179563A publication Critical patent/JPS61179563A/ja
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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 potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices 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 the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices 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 the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085Devices 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 the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088Devices 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 the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/092Devices 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 the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
    • H01L27/0921Means for preventing a bipolar, e.g. thyristor, action between the different transistor regions, e.g. Latchup prevention

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

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〕 本発明は相補型集積回路装置に関し、特にラッチアップ
防止に改良を図ったものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
周知の如く、相補型(C)MO8集積回路装置は、例え
ばNMO8集積回路装置と比べ消費電流が小さく、ノイ
ズ・マージンが広いという利点があるが、NMO8集積
回路装置にはないラッチアップ現象があり、これがしば
しば問題点となっている。前記ラッチアップはサイリス
タのターン・オン現象であり、これが生じると電源を切
らない限り電源と接地電位(GND)の間で電流が流れ
続け、最終的には集積回路の熱破壊を引起こす。
以下に、ラッチアップ現象を、第3図(a)、(b)の
CMO8集積回路装置の概略断面図を参照して説明する
図中の1は、N型のシリコン基板である。この基板1の
表面には、Pウェル2が設けられている。
同基板1の表面には、パッド、を介して外界とN気的に
接続されたP+型(高濃度)拡散層3が設けられ、該拡
散層3はLSIでは出力バッファトランジスタのドレイ
ン、又は入力保護用のダイオードのアノードに相当する
。同基板1には、基板1の電位を電源電位(Voo)に
接続させるためのN+型く高濃度)拡散層4が設けられ
ている。同基板1にはPチャネルトランジスタのソース
となるP+型拡散層5が設けられ、該拡散層5は電源電
位に接続されている。また、前記ウェル2には、ウェル
2を接地電位(GND)に接続させるためのP+型拡散
層6が設けられている。同ウェル2にはNチャネルトラ
ンジスタのソースとなるN+型型数散層7設けられ、該
拡散層7は接地電位に接続される。
こうした集積回路装置において、拡散層3は外界につな
がっているため、該拡散層3に電源電位より高い電位の
信号が加えられることがある。この場合、P+型拡散層
3とN型の基板1は順方向のダイオードとなるため、拡
散層3から基板1に向かって電流11が流れる(以降、
第2図(b)を参照)。ところで、P+型拡散層3、N
型の基板1及びPウェル2はPNPトランジスタを構成
するため、電流11はそのトランジスタのベース電流と
なる。従って、ベース電流によって誘起されたコレクタ
電流12がPウェル2に流れ込むことになる。そして、
電流I2の一部は拡散層6を通って接地電位へ流れてゆ
くが、また一部は拡散層7に流れ込む。これは、Pウェ
ル2内を電流が流れることによりPウェルの電位が接地
電位より高くなり、Pウェル2、N“型拡散層7のダイ
オードが順方向になるからである。
ところで、前記拡散層7に流れる電流I3はN+型型数
散層7Pウェル2及びN型の基板1からなるNPNt−
ランジスタのベース電流でもあるため、基板1にコレク
タ電流I4が流れる。その結果、基板1が電源電位より
電位が下がり、P+型拡散層5、N型の基板1のダイオ
ードが順方向となって順方向電流■5が流れるが、これ
はP“型拡散層5、N型の基板1及びPウェル2からな
るPNPトランジスタのベース電流であるためPウェル
2にコレクタ電流I6が流れ込む。この電流I6がPウ
ェル2から拡散層7に流れ込む電流I3となれば、13
.14 、ls 、I6 、I3の順に順次繰返し、た
とえ電流■1またはI2がなくなっても電源電位から接
地電位への電流は流れ続けることになる。従って、これ
はN++拡散1層7、Pウェル2、N型の基板1及びP
+型拡散層5からなるNPNPサイリスタのターン・オ
ンであり、P+型拡散層6、N型の基板1及びPウェル
2はそれを引き起こすトリガー用トランジスタとみなす
ことができる。
前述したラッチアップ現象は、半導体基板を用いている
限りにおいては相補型LSIでは避けられない現象でる
。そして、この対策には設計、プロセスの面で種々な方
法が採用されている。
■、設計面からの方法;これは、電荷の注入光となる拡
散層3と、サイリスタを構成するN+型型数散層7びP
2型拡散層5との距離を大きくすることによりトリガー
電流I2を小さくしたり、拡散層6の面積を非常に大き
いものにして電流I3を減少させてラッチアップ現象を
解決しようとするものである。この方法は、実際行なわ
れているが、チップの大きさを増大させ、集積化には不
利である。
■、プロセス面からの方法:これは、N型の基板1の比
抵抗を減少させることがラッチアップ対策となるため、
基板1の濃度を増加させたり、エピタキシャル層を持つ
ウェハを用いることによりラッチアップ現象を解決しよ
うとするものである。
しかしながら、基板の濃度を上げることはPチャネルト
ランジスタのドレインと基板1の間の空乏層容量を増加
させ、高速動作の妨げとなる。一方、エピタキシャル層
を持つウェハは、製造的に従来のウェハより工程が複雑
であり、高価である。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、チップサイ
ズを増大させることなく、ラッチアップ現象を抑制でき
る相補型集積回路装置を提供することを目的とするもの
である。
(発明の概要〕 本願筒1の発明は、N型の半導体基板と、この基板表面
に設けられかつ外界に電気的に接続された第1のP型拡
散層と、同基板表面に設けられかつ接地電位以上に接続
された第2のP型拡散苦と、第1、第2のP型拡散層に
夫々近接して設けられかつ電電源電位に接続されたN型
拡散層とを具備することを特徴とするもので、チップサ
イズを増大させることなく、ラッチアップ現象を抑制し
ようとするものである。
本願筒2の発明は、P型の半導体基板と、この基板表面
に設けられかつ外界と電気的に接続された第1のN型拡
散層と、同基板に設けられかつ電源電位以下に接続され
た第2のN型拡散層と、前記第1、第2のN型拡散層に
夫々近接した基板表面に設けられかつ接地電位に接続さ
れたP型拡散層と具備することを特徴とするもので、本
願筒1の発明と同様な効果を得ることを図ったものであ
る。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図及び第4図を参照して
説明する。
実施例1 第1図を参照する。ここで、同図(a)は平面図、同図
(b)は同図(a)のx−X線に沿う断面図である。な
お、第3図のPウェルに相当する部分は図示していない
が従来と同様な構造となっている。
図中の21は、N型のシリコン基板である。この基板2
1には、外界に電気的に接続された第1のP+型拡散層
22が設けられている。この拡散層22よりラッチアッ
プを生じるときの電荷の注入がおこなわれる。前記拡散
層22の周囲の基板21表面には、電源電位に接続され
た環状のN+型型数散層23設けられている。前記P+
型拡散層22及びN+型型数散層23周囲の基板21表
面には、接地電位に接続された環状の第2のP型拡散層
24が設けられている。なお、この拡散層24は接地電
位以上に接続されていればよく、例えば電源電位に接続
されていてもよい。前記拡散層24は、接地電位に接続
されたP+型拡散層24aとこれを囲むP型拡散層(P
ウェル)24bとから構成されている。前記Pウェル2
4bは、P4″型拡散!!24aを介して接地電位に接
続されている。
しかして、本発明によれば、外界に電気的に接続された
P+型拡散°層22の周囲の基板表面に電源電位に接続
された環状のN+型拡故!!23と、接地電位に接続さ
れた環状のP型拡散層24が夫々設けられた構造となっ
ているため、微少なチップ面積の増大のみでラッチアッ
プ現象を従来と比べ著しく抑制できる。即ち、P+型拡
散層22が電源電位より高い電位になると、電流11が
流れ、これがベース電流となるため、コレクタ電流I2
がPウェル24b1P+型拡散層24aを介して接地電
位に流れ込む。従って、この電流■2はラッチアップに
関与しない。ラッチアップで問題となる電流は、P+型
拡散!I22より注入され、Pウェル24bを越えて内
部に流れる電流■3であるが、これは従来例の第2図の
コレクタ電流に比べ非常に小さい値となる。これにより
、ラッチアツブのトリガとなる電流を大幅に減少させる
ことができ、ラッチアップに強い集積回路を得ることが
できる。即ち、P+型拡散層22が電源電位よりも高い
電位になると、電流■1が流れ、これがベース電流とな
るため、コレクタ電流I2がPウェル23b、P+型拡
散層23aを介して接地電゛  位に流れ込む。従って
、このコレクタ電流I2はラッチアップに関与しない。
しかるに、ラッチアップで問題となる電流はP1型拡散
層22より注入され、内部方向に向かって流れる電流I
3であるが、これは従来例の第2図のコレラ゛り電流に
比べれば非常に小さい値となる。従って、ラッチアップ
のトリガとなる電流を大幅に減少させることができ、ラ
ッチアップに強い集積回路を得ることができる。また、
本発明は注入される電荷を吸収するという方式であって
、注入される部分のパターンだけに注目しIC内部の複
雑なパターンにとられれないため、パターンを描くのが
容易である。
更に、従来製品をシュリンクしたため、ラッチアップ現
象を引起こした場合等、本発明により容易に対策が計れ
る。また、P1型拡散層24aを囲むようにPウェル2
4bを設けるため、コレクタ面積を増大できる。
なお、実施例1では、N+型型数散層23びP型拡散層
24が夫々P+型拡散層22を囲むように設けられた場
合について述べたが、これに限らない。例えば、第2図
に示す如く、P+型の一辺に対して拡散層23.24が
設けられている場合でもよい。
また、実施例1では、P型拡散層24がP+型拡散層2
4aとP型拡散層24bとから構成される場合について
述べたが、P型拡散!24bはコレクタの面積を増すた
めであるため、省略してもよい。
実施例2 第4図を参照する。ここで、同図(a)は平面図、同図
(b)は同図(a)のX−X線に沿う断面図である。な
お、主要となるNウェルは図示していないが実施例1と
同様に考慮する。
図中の41は、P型のシリコン基板である。この基板4
1には、外界に電気的に接続された第1のN+型型数散
層42設けられている。この拡散層42よりラッチアッ
プを生じるときの電荷の吸収がおこなわれる。前記拡散
層42の周囲の基板41表面には、電源電位に接続され
た環状のP+拡散層43が設けられている。前記N+型
型数散層2及びP+型拡散層43の周囲の基板41表面
には、例えば電源電位に接続された環状の第2のN型拡
散層44が設けられている、なお、この拡散層44は電
源電位以下に接続されていればよく、例えば接地電位に
接続されていてもよい。前記拡散層44は、電源電位に
接続されたN+型型数散層44aこれを囲むN型拡散層
(Nウェル)44bとから構成されている。前記Nウェ
ル44bは、N+型型数散層44a介して電源電位に接
続されている。
しかして、実施例2によれば、前述した実施例1と同様
な効果を有するものである。なお、実施例1におけるな
お書きは実施例2でも同様に適用できる。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く本発明によれば、チップサイズをあま
り増大させることなく、ラッチアップ現象を抑制できる
信頼性の高い相補型集積回路装置を提供できるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の実施例1に係る相補型集積回路
装置の部分平面図、同図(b)は同図(a)のx−X線
に沿う断面図、第2図は同装置における拡散層のその他
の配置例を説明するための平面図、第3図(a)、(b
)は夫々従来の相補型集積回路装置の断面図、第4図(
a)は本発明の実施例2に係る相補型集積回路装置の部
分平面図、同図(b)は同図(a)のx−X線に沿う断
面図である。 21.41・・・シリコン基板、22.24a143−
P ’″型型数散層23.42.44 a ・N ”型
拡敢層、24b・・・P型拡散11(Pウェル)、44
b・・・N型拡散層(Nウェル)。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第 〕 図 zl 第2図 第4図

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、N型の半導体基板と、この基板表面に設けられ
    かつ外界に電気的に接続された第1のP型拡散層と、同
    基板表面に設けられかつ接地電位以上に接続された第2
    のP型拡散層と、第1、第2のP型拡散層に夫々近接し
    て設けられかつ電源電位に接続されたN型拡散層とを具
    備することを特徴とする相補型集積回路装置。
  2. (2)、第2のP型拡散層が、高濃度のP型拡散層とこ
    れを囲むように設けられた低濃度のP型拡散層とから構
    成されることを特徴とする第1項記載の相補型集積回路
    装置。
  3. (3)、第2のP型拡散層が第1のP型拡散層を囲むよ
    うに設けられれていることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の相補型集積回路装置。
  4. (4)、N型拡散層が第1のP型拡散層を囲むように設
    けられていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の相補型集積回路装置。
  5. (5)、P型の半導体基板と、この基板表面に設けられ
    かつ外界と電気的に接続された第1のN型拡散層と、同
    基板に設けられかつ電源電位以下に接続された第2のN
    型拡散層と、前記第1、第2のN型拡散層に夫々近接し
    た基板表面に設けられかつ接地電位に接続されたP型拡
    散層とを具備することを特徴とする相補型集積回路装置
  6. (6)、第2のN型拡散層が、高濃度のN型拡散層とこ
    れを囲む低濃度のN型拡散層とから構成されることを特
    徴とする特許請求の範囲第5項記載の相補型集積回路装
    置。
  7. (7)、第2のN型拡散層が第1のN型拡散層を囲むよ
    うに設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
    5項記載の相補型集積回路 装置。
  8. (8)、P型拡散層が第1のN型拡散層を囲むように設
    けられていることを特徴とする特許請求の範囲第5項記
    載の相補型集積回路装置。
JP60019408A 1985-02-04 1985-02-04 相補型集積回路装置 Pending JPS61179563A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0708486A3 (en) * 1994-10-17 1997-07-02 Nec Corp Semiconductor field effect transistor with a large substrate contact zone

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0708486A3 (en) * 1994-10-17 1997-07-02 Nec Corp Semiconductor field effect transistor with a large substrate contact zone

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