JPS6118872B2 - - Google Patents

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JPS6118872B2
JPS6118872B2 JP52136596A JP13659677A JPS6118872B2 JP S6118872 B2 JPS6118872 B2 JP S6118872B2 JP 52136596 A JP52136596 A JP 52136596A JP 13659677 A JP13659677 A JP 13659677A JP S6118872 B2 JPS6118872 B2 JP S6118872B2
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JP
Japan
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electrode
gate
region
source
resistance
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Application number
JP52136596A
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Japanese (ja)
Other versions
JPS5469970A (en
Inventor
Takahide Kawano
Takeo Kondo
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP13659677A priority Critical patent/JPS5469970A/en
Publication of JPS5469970A publication Critical patent/JPS5469970A/en
Publication of JPS6118872B2 publication Critical patent/JPS6118872B2/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
    • H01L27/0203Particular 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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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はMOS型トランジスタを主要素子とす
る集積回路装置に関するものであり、具体的には
MOS型の大規模集積回路(Large Scale
Integration;以下LSIと略す。)に組み込まれる
入力ゲート保護回路の構造に関する。 一般にMOS型の集積回路を構成するトランジ
スタは、第1図A,Bに示す如くにして形成され
ている。すなわちそれらMOS型トランジスタ1
0は、P型の半導体基体1にN型のドレイン領域
2ソース領域3を形成して、そしてソース領域
2・ドレイン領域3の間には、約1000オングスト
ロームの厚さからなるゲート絶縁膜4を形成し
て、そして更には、ソース領域2・ドレイン領域
3にコンタクトホール5,6を形成して、それぞ
れソース電極7・ドレイン電極8、そしてゲート
電極9を形成してなる。そして斯様にして形成さ
れるMOSトランジスタ10は、ゲート電極9に
数ボルトから数10ボルトの閾値電圧以上の電圧を
印加することにより、絶縁膜4を介したソース領
域2とドレイン領域2とドレイン領域3に囲まれ
た半導体基体表面11にチヤンネル12を誘起さ
せ、MOS原理に従つたトランジスタ動作をさせ
ているものである。 しかしながら、これらMOSトランジスタ10
のゲート電極9に印加される電圧は、通常印加さ
れる数ボルトから数10ボルトの電圧ばかりでな
く、時には数100ボルトの異常電圧が印加される
ことがある。斯様な電圧が前記トランジスタ10
のゲート電極9に印加されることは、ゲート絶縁
膜4がもつ、ゲート絶縁条件の限界を越えること
となるので、基体1とゲート電極9との間におい
て絶縁破壊が生じ、トランジスタ10は使用不可
能となつてしまつていた。所謂これらは、「ゲー
ト破壊」と称されるトランジスタ破壊現象の一つ
であり、MOS型の集積回路を製造する者にあつ
ては、それら破壊を未然に防止しなければならな
い。 ところで、ゲート破壊を防止する為の回路で基
もシンプルなものとしては、第1図A,B,Cに
示す如きものがある。すなわち、それらゲート保
護回路18は、第1図A,Bに示す如くMOSト
ランジスタ10の他にN型の拡散領域13を形成
し、該拡散領域13を抵抗として働かせる如く
に、前記MOSトランジスタ10のゲート電極9
と、入力端子INとの間に電極配線14,15を
形成しているものである。そして斯様にして形成
したゲート保護回路18の等価回路は、第1図C
の如くに表わすことができる。すなわち該ゲート
回路装置18によれば、MOSトランジスタ10
のゲート保護は、拡散領域13の抵抗により行な
われるものとされ、該抵抗領域13はその構造
上、基体1との間にPN接合16を形成している
ので、例えばそのPN接合は30ボルトでブレーク
ダウンを起こすので、実質的にアースとの間に逆
方向のPNダイオードをも合わせもつものであ
る。したがつて、入力INに、例えば数100ボルト
の立ち上がりの速い過渡電圧を受けたとしても、
抵抗領域13のPN接合16がブレークタウンを
起こして過大電圧をアースに逃がすので、またそ
の立上がりの速い過渡信号に対しても、抵抗領域
13の抵抗R及びMOSトランジスタ10のゲー
ト電極9が、ソース2・ドレイン3・基体1との
間にもつ浮遊容量C、また配線電極15が基体1
との間にもつ浮遊容量Cとで構成するCR回路の
時定数により緩和してなますので、過大な異常電
圧又は、過渡的に大なる電圧がMOSトランジス
タ10のゲート電極9に印加されたとしても、該
ゲート破壊の問題は一応解消することができた。 しかしながら、斯様なゲート保護回路18にあ
つては、次の様な電極配線の焼き切れを起生して
しまう恐れがあつた。すなわち、これらゲート保
護回路18は、その過大電圧に対する具体的保護
手段が抵抗領域13を単独で形成しただけのもの
なのですなわちダイオードを第1図Dに示す如
く、D1乃至Doをアースに対して並列に接続した
形となるものなので、前述したブレークダウンは
入力電圧の高い方のダイオードD1から、すなわ
ち、抵抗領域13の信号入力IN側から順に起こ
る。したがつて、ダイオードD1は、ダイオード
D1がもつ抵抗を無視すれば抵抗を備えない閉回
路となるので、ブレークタウンを起生すると無限
大の電流Iが流れてしまうこととなる。まして
や、前記抵抗領域13に順方向の電圧が印加され
たとすると、その電流はそのまま順方向電流とな
つて基体1に流れ込むこととなり、電極配線14
に、たいへん大きな電流Iを流してしまつた。し
たがつて、わずかな抵抗を有する電極配線14は
発熱し、遂には焼き切れる事となつてしまつた。
そしてこのように配線14が焼き切れることは、
MOSトランジスタ10への入力信号の取り入れ
口を失うこととなり、集積回路は動作しなくなつ
てしまつたものである。 したがつて本発明は、上記欠点に鑑みてなされ
た改良された半導体装置を提供するものであり、
上記電極配線の溶断を防止するべく形成したゲー
ト保護構造を提供するものであり、該ゲート保護
構造を具備させた集積回路装置を提供するもので
ある。 そして本発明によれば、一導電型からなる半導
体基体と、該半導体基体内に他の導電型をもつて
形成せられる一対のソース領域・ドレイン領域
と、該ソース領域・ドレイン領域の間に形成せら
れるゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成せ
られるゲート電極と、前記ソース領域・ドレイン
領域に形成せられるソース電極・ドレイン電極と
を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタにあ
つて該絶縁ゲート型電界効果トランジスタの前記
ゲート電極・絶縁膜の破壊の防止を、前記半導体
基体内に他の導電型をもつて形成せられる拡散領
域を形成して、そして該拡散領域より取り出す電
極のコンタクト領域の少なくとも一つには高抵抗
のオーミツクコンタクト抵抗を有するように前記
拡散領域の不純物濃度を調整して、そして特に電
極配線を、前記拡散領域を通してゲート入力信号
源と前記ゲート電極との間に配設するようにして
形成した構成を有することを特徴とする集積回路
装置を提供するものである。 では本発明の目的、構成をよりよく理解するた
め、第2図A,B,Cを用いて本発明の一実施例
を説明する。 第2図A,Bによれば、基体不純物濃度1×
1015個/cm3乃至1×1016個/cm3とするP導電型の
半導体基体21を用意し通常のMOSトランジス
タ20を次の如くに形成する。すなわち、前記P
型半導体21にその表面濃度を1×1020個/cm3
するN誘電型からなる少なくとも一対のソース領
域・ドレイン領域22,23を形成し、そしてそ
れらのソース領域22・ドレイン領域23の間に
は約1000オングストロームからなる薄い絶縁膜2
4を形成してそして更にその上には、例えばアル
ミニウムからなるゲート電極29を形成して、ま
たソース領域22・ドレイン領域23には、オー
ミツクコンタクトホール25,26を形成してア
ルミニウムからなるソース電極27、ドレイン電
極28を形成する。一方、トランジスタ20とは
別に同一半導体基体21に位置を別にして形成せ
るゲート保護回路30を、前記ソース領域22・
ドレイン領域23との同時拡散により形成される
ところの表面濃度を約1×1020個/cm3とするN導
電型の拡散領域33と、ボロンイオン注入により
表面濃度を3×1019個/cm3とした不純物濃度調整
領域33′,33″と、アルミニウム配線電極3
4,35とで形成する。そしてここで特に注目す
べき構造は、アルミニウム配線電極34,35下
に不純物濃度調整領域33′,33″が存在するこ
とにある。かかる不純物濃度調整領域33′,3
3″を設ける理由は、アルミニウム配線電極3
4,35との間にオーミツクコンタクト抵抗をも
たせるためである。そして、それらオーミツクコ
ンタクト抵抗を適宜に選出するに当たつては、次
の様な条件を考慮に入れる。すなわち、オーミツ
クコンタクトは各種文献によつて明らかにされて
いるように、まず、半導体材料そして半導体材料
に接続する電極材料を適当に選出することにより
生じさることができる。それはまずオーミツクコ
ンタクトをもたせるため半導体材料の仕事関数を
φs、電極材料の仕事関数をφnとする、その仕事
関数の関係を
The present invention relates to an integrated circuit device whose main element is a MOS transistor, and specifically,
MOS type large scale integrated circuit
Integration; hereinafter abbreviated as LSI. ) relates to the structure of an input gate protection circuit incorporated in. Generally, transistors constituting a MOS type integrated circuit are formed as shown in FIGS. 1A and 1B. In other words, those MOS type transistors 1
0, an N-type drain region 2 and a source region 3 are formed on a P-type semiconductor substrate 1, and a gate insulating film 4 having a thickness of about 1000 angstroms is formed between the source region 2 and the drain region 3. Further, contact holes 5 and 6 are formed in the source region 2 and drain region 3, and a source electrode 7, a drain electrode 8, and a gate electrode 9 are respectively formed. The MOS transistor 10 formed in this manner is formed by applying a voltage higher than a threshold voltage of several volts to several tens of volts to the gate electrode 9, thereby forming a connection between the source region 2, the drain region 2, and the drain region through the insulating film 4. A channel 12 is induced in the semiconductor substrate surface 11 surrounded by the region 3, and a transistor operates according to the MOS principle. However, these MOS transistors 10
The voltage applied to the gate electrode 9 is not only the normally applied voltage of several volts to several tens of volts, but sometimes an abnormal voltage of several hundred volts is sometimes applied. Such a voltage is applied to the transistor 10.
Applying this voltage to the gate electrode 9 exceeds the limit of the gate insulation condition of the gate insulating film 4, and dielectric breakdown occurs between the substrate 1 and the gate electrode 9, rendering the transistor 10 unusable. It had become possible. These so-called "gate breakdowns" are one type of transistor breakdown phenomenon, and those who manufacture MOS type integrated circuits must prevent such breakdowns. By the way, some simple circuits for preventing gate destruction are shown in FIGS. 1A, B, and C. That is, these gate protection circuits 18 form an N-type diffusion region 13 in addition to the MOS transistor 10, as shown in FIGS. Gate electrode 9
Electrode wirings 14 and 15 are formed between the input terminal IN and the input terminal IN. The equivalent circuit of the gate protection circuit 18 formed in this manner is shown in FIG.
It can be expressed as follows. That is, according to the gate circuit device 18, the MOS transistor 10
Gate protection is performed by the resistance of the diffusion region 13, and since the resistance region 13 structurally forms a PN junction 16 with the substrate 1, for example, the PN junction is protected at 30 volts. Since breakdown occurs, it also has a PN diode in the opposite direction between it and ground. Therefore, even if the input IN receives a rapidly rising transient voltage of, for example, several hundred volts,
Since the PN junction 16 of the resistance region 13 causes breakdown and releases the excessive voltage to the ground, the resistance R of the resistance region 13 and the gate electrode 9 of the MOS transistor 10 are connected to the source 2, the stray capacitance C between the drain 3 and the substrate 1, and the wiring electrode 15 connected to the substrate 1.
The voltage is relaxed by the time constant of the CR circuit consisting of the stray capacitance C between the MOS transistor 10 and the MOS transistor 10. However, the problem of gate destruction could be solved for the time being. However, in such a gate protection circuit 18, there is a risk that the following electrode wiring may be burnt out. In other words, in these gate protection circuits 18 , the specific means of protection against overvoltage is simply the formation of the resistance region 13 alone; Since the diodes are connected in parallel, the breakdown described above occurs from the diode D1 with the higher input voltage, that is, from the signal input IN side of the resistance region 13. Therefore, diode D1 is a diode
If the resistance of D 1 is ignored, the circuit becomes a closed circuit with no resistance, so if a break town occurs, an infinite current I will flow. Furthermore, if a forward voltage is applied to the resistance region 13, the current will directly turn into a forward current and flow into the base 1, causing the electrode wiring 14
A very large current I was passed through the . Therefore, the electrode wiring 14 having a slight resistance generated heat and was eventually burnt out.
And the fact that the wiring 14 is burnt out like this,
Since the input signal to the MOS transistor 10 was lost, the integrated circuit ceased to operate. Therefore, the present invention provides an improved semiconductor device made in view of the above drawbacks,
The present invention provides a gate protection structure formed to prevent the electrode wiring from blowing out, and provides an integrated circuit device equipped with the gate protection structure. According to the present invention, a semiconductor substrate of one conductivity type, a pair of source/drain regions of another conductivity type formed within the semiconductor substrate, and a pair of source/drain regions formed between the source/drain regions. In an insulated gate field effect transistor, the insulated gate field effect transistor has a gate insulating film formed on the substrate, a gate electrode formed on the gate insulating film, and a source electrode/drain electrode formed on the source region/drain region. In order to prevent destruction of the gate electrode/insulating film of a type field effect transistor, a diffusion region having a different conductivity type is formed in the semiconductor substrate, and a contact region of an electrode taken out from the diffusion region is prevented. The impurity concentration of the diffusion region is adjusted, at least in part, to have a high ohmic contact resistance, and in particular an electrode wiring is arranged between the gate input signal source and the gate electrode through the diffusion region. The present invention provides an integrated circuit device characterized in that it has a configuration formed in such a manner as to provide an integrated circuit device. Now, in order to better understand the purpose and structure of the present invention, one embodiment of the present invention will be described using FIGS. 2A, B, and C. According to Figure 2 A and B, the base impurity concentration is 1×
A P conductivity type semiconductor substrate 21 having a density of 10 15 pieces/cm 3 to 1×10 16 pieces/cm 3 is prepared, and a normal MOS transistor 20 is formed as follows. That is, the P
At least a pair of source and drain regions 22 and 23 of N dielectric type with a surface concentration of 1×10 20 atoms/cm 3 are formed in a type semiconductor 21, and between the source region 22 and drain region 23, has a thin insulating film 2 of about 1000 angstroms.
A gate electrode 29 made of aluminum, for example, is formed thereon, and ohmic contact holes 25 and 26 are formed in the source region 22 and drain region 23 to form a source made of aluminum. An electrode 27 and a drain electrode 28 are formed. On the other hand, a gate protection circuit 30 is formed separately from the transistor 20 on the same semiconductor substrate 21 at a different position.
An N conductivity type diffusion region 33 is formed by simultaneous diffusion with the drain region 23 and has a surface concentration of approximately 1×10 20 atoms/cm 3 , and a surface concentration of 3×10 19 atoms/cm 3 is formed by boron ion implantation. 3 and the aluminum wiring electrode 3.
4 and 35. A particularly notable structure here is that impurity concentration adjustment regions 33', 33'' exist under the aluminum wiring electrodes 34, 35. Such impurity concentration adjustment regions 33', 3
The reason for providing 3″ is that the aluminum wiring electrode 3
This is to provide ohmic contact resistance between 4 and 35. In selecting these ohmic contact resistors appropriately, the following conditions are taken into consideration. That is, as disclosed in various literature, ohmic contact can be created by first appropriately selecting a semiconductor material and an electrode material connected to the semiconductor material. First, in order to have ohmic contact, the work function of the semiconductor material is φ s and the work function of the electrode material is φ n.The relationship between the work functions is

【表】 とする如きの材料を選ぶことにより実行できる。
ここではそれは、N型のシリコン半導体基体21
とアルミニウム配線電極34,35とで代表させ
る。そして更には、そのオーミツクコンタクトに
適当な抵抗Rcをもたせるため、半導体材料の基
体不純物濃度NDと、電極接続面積を任意に設定
する。本願発明者らによれば、それら基体不純物
濃度と、コンタクト面積による抵抗値(Rc)の
関係は大略次のようにして設定している。 Γ表面濃度ND1×1019個/cm3(単位面積当り
の抵抗10-1〔Ω・cm2〕) ・コンタクト面積10〔μ〕×10〔μ〕 Rc=10-1〔Ω・cm2〕/10×10-4〔cm〕・10 ×10-4〔cm〕・=100〔KΩ〕 ・コンタクト面積7〔μ〕×7〔μ〕 Rc=10-1〔Ω・cm2〕/7×10-4〔cm〕・7 ×10-4〔cm〕200〔KΩ〕 ・コンタクト面積6〔μ〕×6〔μ〕 Rc=10-1〔Ω・cm2〕/6×10-4〔cm〕・6 ×10-4〔cm〕300〔KΩ〕 Γ表面濃度ND2×1019個/cm(単位面積当り
の抵抗10-2〔Ω・cm2〕) ・コンタクト面積10〔μ〕×10〔μ〕 Rc=10-2〔Ω・cm2〕/10×10-4〔cm〕・10 ×10-4〔cm〕=10〔KΩ〕 ・コンタクト面積7〔μ〕×7〔μ〕 Rc=10-2〔Ω・cm2〕/7×10-4〔cm〕・7 ×10-4〔cm〕20〔KΩ〕 ・コンタクト面積6〔μ〕×6〔μ〕 Rc=10-2〔Ω・cm2〕/6×10-4〔cm〕・6 ×10-4〔cm〕30〔KΩ〕 Γ表面濃度ND3×1019個/cm(単位面積当り
の抵抗10-3〔Ω・cm2〕) ・コンタクト面積10〔μ〕×10〔μ〕 Rc=10-3〔Ω・cm2〕/10×10-4〔cm〕・10 ×10-4〔cm〕=1〔KΩ〕 ・コンタクト面積7〔μ〕×7〔μ〕 Rc=10-3〔Ω・cm2〕/7×10-4〔cm〕・7 ×10-4〔cm〕2〔KΩ〕 ・コンタクト面積6〔μ〕×6〔μ〕 Rc=10-3〔Ω・cm2〕/6×10-4〔cm〕・6 ×10-4〔cm〕3〔KΩ〕 したがつて、第2図A,Bに示すゲート保護装
置30が要する抵抗値を約2〔KΩ〕として選出
するならば、アルミニウム電極配線34,35の
電極コンタクトホール36,37下の不純物濃度
領域33′,33″の濃度は約3×1019個/cmと
し、そのコンタクトホール36,37の面積は10
〔μ〕×10〔μ〕とするように設計すれば良い。 すなわち、以上のようにして形成したゲート保
護装置30は、第2図Cに示すように、拡散領域
33はゲート保護ダイオード33Dとして働かせ
ることができるものであり、不純物濃度調整領域
33′とアルミニウム配線電極34間において形
成できるオーミツクコンタクト抵抗33′Rは、
1〔KΩ〕として形成することができ、また不純
物濃度調整領域33″とアルミニウム配線電極3
5との間において形成できるオーミツクコンタク
ト抵抗33″Rは、1〔KΩ〕として形成するこ
とができたものであり、オーミツクコンタクト抵
抗33′R,33″Rによる合成抵抗33Rは2
〔KΩ〕として形成することができたものであ
る。したがつて、拡散領域33の寸法を小にして
ダイオード33Dのみの機能として形成するよう
にすれば、それらゲート保護装置30の寸法は、
たいへん小さなものとすることができる。また、
電極配線34の溶断は、第2図Cに示すようにダ
イオード33Dの前にオーミツクコンタクト抵抗
33′Rを挿入した形となるので、電流Iを該オ
ーミツクコンタクト抵抗33′Rによつて限流す
ることができ、起生するようなことはまつたくな
くなつたものである。 尚、第2図に示すゲート保護装置30は、第3
図A,B,Cの如く、不純物濃度調整領域3
3′,33″を他の形成法により、その形態を違え
て形成しても良い。すなわち、第3図Aのように
電極配線34,35の電極コンタクトホール3
6,37下の不純物濃度調整領域33,33
は、その表面濃度を約3×1019個/cm3とする如き
の不純物拡散法により形成してもよい。またそれ
らは、同条件を得るためのdoped Oxide法により
形成してもよい。またそれらは、第3図Bに示す
ように、そのダイオード耐圧を考慮できるなら、
不純物濃度調整領域33′,33″をダイオード領
域として働くところの領域33〓として、一体化
して形成してもよい。またそれらは、第3図Cに
示すように、ダイオード33Dとして働くところ
の1×1020/cm3の拡散領域33の入力配線電極3
4側のコンタクトホール36の寸法を、7〔μ〕
×7〔μ〕として、そして該コンタクトホール3
6の下側のみの表面濃度を約3×1019個/cm3の濃
度とすれば、片側だけで、約2KΩの抵抗33′R
を形成することができ、第2図A,B,Cに示す
ゲート保護回路装置30とその効果をまつたく同
じとするものを形成することができる。 また、本発明を他の実施例により説明すれば、
第4図A,Bの如きのものとなる。すなわち、第
4図Aに示すゲート保護回路装置50は、第4図
Bに示す如き相補型(complementary)に組ま
れたPチヤンネルMOSトランジスタ41、Nチ
ヤンネルMOSトランジスタ42のゲート43,
44を数100ボルト以上の異常電圧より防護する
ために形成したもので、N型の半導体基体51の
P−Well52内には、N導電型からなる拡散領
域53を形成して、そして該拡散領域53より配
線電極54,55を取り出す部分には、所望のコ
ンタクト抵抗値を得るために形成された所定寸法
からなるコンタクトホール56,57を形成し
て、そして更には、前記コンタクトホール56,
57の直下に、ボロンイオン注入により、表面濃
度調整領域53′,53″を形成しているものであ
る。尚、これら各領域51,52,53,5
3′,53″の表面濃度は、第2図A,B,Cに示
したゲート保護装置30に準ずるものなのでその
説明を省略するが、条件によつては変更の予知が
ある。 以上のようにして形成せられるゲート保護装置
50は、第4図Bに示す等価回路の如く、拡散領
域53が構成するPNダイオード53Dの入力信
号側INにオーミツクコンタクト抵抗53′Rを形
成した形となる。したがつて、相補型MOSトラ
ンジスタ回路にあつても、ダイオード53Dを通
して流れるであろう発熱電流Iを、抵抗53′R
で限流する事ができるので、特に配線電極54の
焼損を防ぐことができる。尚、相補型MOSトラ
ンジスタ40にあつてそのゲート保護は、N型半
導体基体51にP型の拡散領域58を形成して電
極配線55でコンタクトをとれば、ダイオード5
8Dとすることができ、そのゲート保護作用は、
より一層確実なものとすることができる。 またこれらの相補型MOSトランジスタ回路に
あつて前述したコンタクト抵抗53′R,53″R
は、相補型MOS回路において起生しているラツ
チアツプ現象を有効に防護できる効果をも備えも
つ。すなわち該相補型MOS集積回路装置にあつ
ては、その構造上、P−well52、P−well52
内に形成するソース領域(図示しない。)、また基
体58に形成するソース領域(図示しない。)を
有するので、構造的に寄性のPNPN接合、または
NPNP接合を形成することとなり、該PNPN接
合、NPNP接合はNゲートタイプ、またはPゲー
トタイプの寄性サイリスタを構成する事となる。
したがつて、例えば入力に過大電流が流れ込む
と、P−well52、または基体51にトリガー信
号が入力される事となるので、P−well52内の
ソース領域(図示しない。)より、基体51のソ
ース領域(図示しない。)へ大電流が流れること
となる。所謂、ラツチ・アツプが起生する。よつ
て、それら電流の通路(電源ライン)には、大電
流が流れアルミニウム配線などが焼き切れるよう
な事があつたものである。しかしながら、そのよ
うな入力からの過大電流は本発明によれば、オー
ミツクコンタクト抵抗53′R,53″Rが、限流
抵抗として介在することとなるので、電流は確実
に軽減されラツチアツプは起生しにくくなる。よ
つて電源ラインのアルミ配線の焼き切れはなくな
る。 以上、本発明によればゲート保護装置が、従来
は拡散抵抗(ダイオード)だけであつたがために
起生してしまつていたアルミニウム配線の焼き切
れを、拡散抵抗の前に限流抵抗を備えつけさせた
ものなので、すなわち、拡散抵抗領域の入力コン
タクト部に例えば数KΩのオーミツクコンタクト
限流抵抗界を付設したものなので電流は該限流抵
抗器により軽減され、アルミニウムの焼損を完全
に防護できるようになつた。 また、本発明によれば、ゲート保護装置の面積
を、特に抵抗部について大幅に縮小することがで
きる。すなわち、一般にゲート保護は、ダイオー
ドと、抵抗の組合わせにより形成しているもので
あるが、本願は前記抵抗をオーミツクコンタクト
抵抗により形成すればよいのであるから、その面
積は、コンタクト面積だけでよい。したがつて本
願は、従来拡散抵抗のごときの基体抵抗部を全て
除去できたものである。 また本発明は、その構造をそのままの形で相補
型MOS集積回路装置へ搭載すると、ゲート保護
のみならず、ラツチアツプに対してもその効力を
発輝する。すなわち、ラツチアツプは、前述した
ように寄性サイリスタがターン・オンしたことに
よつて流れるオン電流により、アルミニウム配線
を溶断してしまうような現象を指すのだが、それ
らオン電流をコンタクト抵抗により限流できたも
のである。 以上、ここに幾多の効果を呈するゲート保護回
路装置を有する集積回路装置を提供することがで
きた。 尚、本発明はここに提供した実施例のみならず
「特許請求の範囲」の許す限りの範囲で改変を加
え得ることは明らかである。それは例えば、他の
ゲート保護回路との共有に好適する。
[Table] This can be done by selecting materials as shown in the table below.
Here it is an N-type silicon semiconductor substrate 21
and aluminum wiring electrodes 34 and 35. Furthermore, in order to provide the ohmic contact with an appropriate resistance R c , the base impurity concentration N D of the semiconductor material and the electrode connection area are arbitrarily set. According to the inventors of the present application, the relationship between the impurity concentration of the substrate and the resistance value (R c ) depending on the contact area is set approximately as follows. Γ surface concentration N D 1×10 19 pieces/cm 3 (Resistance per unit area 10 -1 [Ω・cm 2 ]) ・Contact area 10 [μ] × 10 [μ] R c = 10 -1 [Ω・cm 2 ]/10×10 -4 [cm]・10×10 -4 [cm]・=100 [KΩ] ・Contact area 7 [μ]×7 [μ] R c =10 -1 [Ω・cm 2 ] /7×10 -4 [cm]・7×10 -4 [cm]200 [KΩ] ・Contact area 6 [μ]×6 [μ] R c =10 -1 [Ω・cm 2 ]/6× 10 -4 [cm]・6 ×10 -4 [cm] 300 [KΩ] Γ surface concentration N D 2×10 19 pieces/cm (resistance per unit area 10 -2 [Ω・cm 2 ]) ・Contact area 10 [μ] × 10 [μ] R c = 10 -2 [Ω・cm 2 ] / 10 × 10 -4 [cm] ・10 × 10 -4 [cm] = 10 [KΩ] ・Contact area 7 [μ] ] × 7 [μ] R c = 10 -2 [Ω・cm 2 ] / 7 × 10 -4 [cm] ・7 × 10 -4 [cm] 20 [KΩ] ・Contact area 6 [μ] × 6 [ μ] R c =10 -2 [Ω・cm 2 ]/6×10 -4 [cm]・6 ×10 -4 [cm] 30 [KΩ] ΓSurface concentration N D 3×10 19 pieces/cm (unit Resistance per area 10 -3 [Ω・cm 2 ]) ・Contact area 10 [μ] × 10 [μ] R c = 10 -3 [Ω・cm 2 ] / 10 × 10 -4 [cm] ・10 × 10 -4 [cm] = 1 [KΩ] ・Contact area 7 [μ] × 7 [μ] R c = 10 -3 [Ω・cm 2 ] / 7 × 10 -4 [cm] ・7 × 10 -4 [cm] 2 [KΩ] ・Contact area 6 [μ] × 6 [μ] R c = 10 -3 [Ω・cm 2 ] / 6 × 10 -4 [cm] ・6 × 10 -4 [cm] 3 [KΩ] Therefore, if the resistance value required by the gate protection device 30 shown in FIGS. 2A and 2B is selected as approximately 2 [KΩ], the The impurity concentration regions 33', 33'' have a concentration of approximately 3×10 19 particles/cm, and the contact holes 36, 37 have an area of 10
It is sufficient to design it so that [μ]×10[μ]. That is, in the gate protection device 30 formed as described above, the diffusion region 33 can function as a gate protection diode 33D, as shown in FIG. The ohmic contact resistance 33'R that can be formed between the electrodes 34 is
1 [KΩ], and the impurity concentration adjustment region 33'' and the aluminum wiring electrode 3
The ohmic contact resistance 33''R that can be formed between the ohmic contact resistors 33'R and 33''R can be formed as 1 [KΩ], and the combined resistance 33R of the ohmic contact resistors 33'R and 33''R is 2.
[KΩ]. Therefore, if the dimensions of the diffusion region 33 are reduced so that it functions only as a diode 33D, the dimensions of the gate protection device 30 will be
It can be made very small. Also,
The electrode wiring 34 is melted by inserting an ohmic contact resistor 33'R in front of the diode 33D as shown in FIG. 2C, so the current I is limited by the ohmic contact resistor 33'R. Things that can be washed away and things that can happen are no longer something that can happen. Note that the gate protection device 30 shown in FIG.
As shown in Figures A, B, and C, impurity concentration adjustment region 3
3', 33'' may be formed in different forms by other forming methods. That is, as shown in FIG. 3A, electrode contact holes 3 of electrode wirings 34, 35
6, 37 lower impurity concentration adjustment regions 33, 33
may be formed by an impurity diffusion method such that the surface concentration is about 3×10 19 particles/cm 3 . They may also be formed by a doped oxide method to obtain the same conditions. Also, as shown in Figure 3B, if the diode breakdown voltage can be considered,
The impurity concentration adjustment regions 33' and 33'' may be integrally formed as a region 33 which functions as a diode region.Also, as shown in FIG. Input wiring electrode 3 of diffusion region 33 of ×10 20 /cm 3
The dimension of the contact hole 36 on the 4th side is 7 [μ]
×7 [μ], and the contact hole 3
If the surface concentration of only the lower side of 6 is approximately 3×10 19 particles/cm 3 , then the resistance 33'R of approximately 2KΩ is applied on only one side.
It is possible to form a device having exactly the same effect as the gate protection circuit device 30 shown in FIGS. 2A, B, and C. Moreover, if the present invention is explained by other examples,
It will look like Figure 4 A and B. That is, the gate protection circuit device 50 shown in FIG. 4A includes the gates 43 of the P channel MOS transistor 41, the gate 43 of the N channel MOS transistor 42, which are arranged in a complementary manner as shown in FIG. 4B.
44 from abnormal voltages of several hundred volts or more, a diffusion region 53 of N conductivity type is formed in the P-well 52 of the N-type semiconductor substrate 51, and the diffusion region Contact holes 56 and 57 having predetermined dimensions are formed to obtain a desired contact resistance value in the portions from which the wiring electrodes 54 and 55 are taken out, and furthermore, contact holes 56 and 57 are formed in the portions from which the wiring electrodes 54 and 55 are taken out.
Immediately below 57, surface concentration adjustment regions 53', 53'' are formed by boron ion implantation.
The surface concentration of 3' and 53'' is based on the gate protection device 30 shown in FIGS. 2A, B, and C, so its explanation will be omitted, but it is predicted that it will change depending on the conditions. The gate protection device 50 formed in this manner has an ohmic contact resistor 53'R formed on the input signal side IN of the PN diode 53D constituted by the diffusion region 53, as shown in the equivalent circuit shown in FIG. 4B. Therefore, even in the complementary MOS transistor circuit, the heat generating current I that would flow through the diode 53D is absorbed by the resistor 53'R.
Since the current can be limited by the current, it is possible to particularly prevent the wiring electrode 54 from burning out. The gate of the complementary MOS transistor 40 can be protected by forming a P-type diffusion region 58 in the N-type semiconductor substrate 51 and making contact with the electrode wiring 55.
8D, and its gate protection effect is
This can be made even more reliable. In addition, in these complementary MOS transistor circuits, the contact resistors 53'R and 53''R mentioned above
It also has the effect of effectively protecting against the latch-up phenomenon that occurs in complementary MOS circuits. In other words, in the complementary MOS integrated circuit device, due to its structure, P-well 52, P-well 52
A source region (not shown) formed in the substrate 58 and a source region (not shown) formed in the substrate 58 form a structurally parasitic PNPN junction or
An NPNP junction is formed, and the PNPN junction and NPNP junction constitute an N-gate type or P-gate type parasitic thyristor.
Therefore, for example, if an excessive current flows into the input, a trigger signal will be input to the P-well 52 or the base 51, so that the source of the base 51 will be A large current will flow into the area (not shown). A so-called latch-up occurs. Therefore, large currents flowed through these current paths (power lines), causing aluminum wiring to burn out. However, according to the present invention, the overcurrent from such an input is reduced by the ohmic contact resistors 53'R and 53''R as current limiting resistors, so the current is reliably reduced and latch-up does not occur. As a result, the aluminum wiring of the power supply line will not be burnt out.As described above, according to the present invention, this problem occurs because the gate protection device used to be only a diffused resistor (diode). A current limiting resistor is installed in front of the diffused resistor to replace the burnt out aluminum wiring that was previously used.In other words, an ohmic contact current limiting resistor field of, for example, several kilohms is attached to the input contact part of the diffused resistor area. The current is reduced by the current limiting resistor, making it possible to completely protect the aluminum from burning out.Furthermore, according to the present invention, the area of the gate protection device can be significantly reduced, especially for the resistor part. That is, gate protection is generally formed by a combination of a diode and a resistor, but in this application, the resistor can be formed by an ohmic contact resistor, so the area is only the contact area. Therefore, in the present invention, all the base resistance parts such as conventional diffused resistors can be removed.Furthermore, in the present invention, when the structure is mounted in a complementary MOS integrated circuit device as it is, the gate It is effective not only for protection but also against latch-up. In other words, latch-up can melt the aluminum wiring due to the on-current that flows when the parasitic thyristor turns on as mentioned above. These on-currents can be limited by contact resistance.As described above, we have been able to provide an integrated circuit device having a gate protection circuit device that exhibits numerous effects. It is clear that the present invention may be modified not only from the embodiments provided herein but also within the scope of the claims. It is suitable for sharing with other gate protection circuits, for example.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図Aは、従来の抵抗によるゲート保護回路
装置を有するMOS集積回路の要部を示す平面
図、BはAの平面図を−′に沿つて切断した
断面図CはA,Bの等価回路図、DはA,Bに示
す装置の問題点を指摘する等価回路図、第2図A
は本発明の一実施例を示すゲート保護回路装置を
有するMOS集積回路装置の平面図、Bは、Aを
−線に沿つて切断した断面図、CはA,Bに
示す装置の等価回路図、第3図A,B,Cは、
各々第2図A,Bの一部を改変した場合の部分断
面図、第4図Aは本発明を相補型MOS集積回路
装置に組み込んだ場合のゲート保護回路装置の要
部断面図、BはAの等価回路である。 1,21,51……半導体基体、2,22……
ソース領域、3,23……ドレイン領域、4,2
4……ゲート絶縁膜、9,29……ゲート電極、
7,27……ソース電極、8,28……ドレイン
電極、14,15,34,25……配線電極、1
3,33,53……拡散領域、33′,33″,3
3,33〓,53′,53″……表面濃度調整領
域、33′R,33″R,53′R,53″R……コ
ンタクト抵抗。
Figure 1A is a plan view showing the main parts of a MOS integrated circuit having a gate protection circuit device using a conventional resistor, and B is a cross-sectional view taken along -' from the plan view of A.C is an equivalent view of A and B. Circuit diagram, D is an equivalent circuit diagram pointing out the problems of the device shown in A and B, Fig. 2 A
1 is a plan view of a MOS integrated circuit device having a gate protection circuit device according to an embodiment of the present invention, B is a sectional view of A taken along the - line, and C is an equivalent circuit diagram of the device shown in A and B. , Figure 3 A, B, and C are
FIG. 4A is a partial sectional view of a partially modified version of FIGS. 2A and B, FIG. This is an equivalent circuit of A. 1, 21, 51... semiconductor substrate, 2, 22...
Source region, 3, 23...Drain region, 4, 2
4... Gate insulating film, 9, 29... Gate electrode,
7, 27... Source electrode, 8, 28... Drain electrode, 14, 15, 34, 25... Wiring electrode, 1
3, 33, 53...diffusion area, 33', 33'', 3
3, 33〓, 53', 53''...Surface concentration adjustment region, 33'R, 33''R, 53'R, 53''R...Contact resistance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 半導体基体と、該半導体基体内に形成せられ
る一対のソース領域・ドレイン領域と、該ソース
領域・ドレイン領域間に形成せられるゲート絶縁
膜と、該ゲート絶縁膜上に形成せられるゲート電
極と、前記ソース領域・ドレイン領域に形成せら
れるソース電極・ドレイン電極と、前記半導体基
体内に形成せられる拡散領域と、該拡散領域の一
端部をゲート入力信号源に接続するための第1の
配線電極と、前記拡散領域の他端部を前記ゲート
電極に接続するための第2の配線電極とを具備
し、前記第1及び第2の配線電極のコンタクト領
域の少なくとも一方に高抵抗のオーミツクコンタ
クト抵抗を有することを特徴とする集積回路装
置。
1. A semiconductor substrate, a pair of source and drain regions formed within the semiconductor substrate, a gate insulating film formed between the source and drain regions, and a gate electrode formed on the gate insulating film. , a source electrode/drain electrode formed in the source region/drain region, a diffusion region formed in the semiconductor substrate, and a first wiring for connecting one end of the diffusion region to a gate input signal source. an electrode, and a second wiring electrode for connecting the other end of the diffusion region to the gate electrode, and a high-resistance ohmic electrode is provided in at least one of the contact regions of the first and second wiring electrodes. An integrated circuit device characterized by having a contact resistance.
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