JPS63260161A - 半導体入力保護装置 - Google Patents

半導体入力保護装置

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JPS63260161A
JPS63260161A JP62094424A JP9442487A JPS63260161A JP S63260161 A JPS63260161 A JP S63260161A JP 62094424 A JP62094424 A JP 62094424A JP 9442487 A JP9442487 A JP 9442487A JP S63260161 A JPS63260161 A JP S63260161A
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diffusion layer
impurity diffusion
resistor
input
voltage
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JP62094424A
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Kazuhito Misu
三須 一仁
Chie Fukushima
福島 千重
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NEC Corp
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    • 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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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、静電気などにより入力端子に加えられる外部
サージから内部回路を保護するための半導体入力保護装
置に関する。
〔従来の技術〕
第2図(^)は半導体入力保護装置の従来例の等価回路
図、第2図CB)は第2図(A)の回路のマスクパター
ンを示す図である。
半導体入力保護回路は多結晶シリコンまたは拡散層から
成る抵抗体1cとMOSトランジスタ〒R1から構成さ
れている。入力ポンディングパッド5aは、スルーホー
ル6を経て入力ワイヤがボンディングされている。不純
物拡散層抵抗体1cは、コンタクト3Cを介して入力ポ
ンディングパッド5aに接続されている。不純物拡散層
抵抗体1cの他端はコンタクト3dを介してMOS)ラ
ンジスタTR,のドレイン8および内部回路の入力トラ
ンジスタTHのゲートに接続されている。
MOS)ランジスタTR1の多結晶シリコンゲート2は
コンタクト4を介して接地電位の金属配線層5cと接続
され、また、MOSトランジスタTR。
のソース7も金属配線層5Cに接続されている。
節点A(金属配線層5)に存在する寄生容量Cstと不
純物拡散層抵抗体1cの抵抗値Rで決まる時定数τ=C
5LeRにより、入力端子から印加される外部サージの
ピーク電圧を下げると共に、MOSトランジスタTR,
のパンチスルーを利用してサージの電荷を逃がし1節点
Aにおける電圧を低下させることになり、入力トランジ
スタTRのゲートと基板間にかかる電界強度を小さくし
てゲート酸化膜の破壊などを防止するものである。
なお、抵抗体ICを、例えばN型不純物拡散層でP型基
板上に形成した場合、抵抗体ICのN+型不純物領域と
P型基板で必然的に形成されるN4″Pダイオードは入
力端子からの外部サージ電圧によってブレイクダウンし
、ブレイクダウン電流がN” Pダイオードの逆方向特
性により基板へ流れる。その結果、抵抗体ICにかかる
入力サージが緩和される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
J:述した従来の半導体入力保護装置は、実際にはヤス
クレイアウトに大きく依存し、マスクレイアウト上の制
約となることが多いという欠点がある。たとえば、第2
図(B)において入力端子(入力ポンディングパッド5
a)に外部サージが印加されると、拡散層抵抗体1cと
MOS)ランジスタ丁R,に伝達される以前に、まず入
力ポンディングパッド5aと不純物拡散層ICを接続す
るコンタクト3Cにサージがかかり、コンタクト3C付
近の不純物拡散層ICの接合がブレイクダウンしてしま
う、このとき、コンタクト3Cの近傍に他の基準電位の
不純物拡散層1eの領域が存在すると不純物拡散層1c
−基板(P型)−不純物拡散層1eで形成されるN” 
PN”バイポーラ異常電流が拡散層1eに集中し、その
接合部が瞬時的に高温になり接合部の破壊や上部アルミ
配線層5eの溶融、短絡を引き起こす、また、この場合
、不純物拡散層1eがコンタクト3eを1つしかもたな
い小さなものである場合にはさらに問題が顕著となる。
このように、従来の半導体入力保護装置では他の入力端
子に付属している入力保護装置、内部回路などの拡散層
との位置関係に注意を嬰し、これらの位置関係はマスク
レイアウトの制約事項となっている。
本発明の目的は、レイアウトの自由度が高く、保護機能
の高い半導体入力保護装置を提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の半導体入力保護装置は、 半導体装置内部回路保護のために半導体装置入力端子と
半導体装置内部回路の間に形成された第1の導電型の不
純物拡散・層抵抗体を有し、第2の導電型の半導体基板
上に形成された半導体入力保護装置において、 入力端子に接続されている第1の導電型の第1の不純物
拡散層と、 第1の不純物拡散層に近接して平行に延在し、接地端子
または電源端子に接続されている第1の導電型の第2の
不純物拡散層を有し、 第1.第2の不純物拡散層領域間の分離領域上には導電
性電極層が存在しておらず、かつ第1゜第2の不純物拡
散層がいずれも前記抵抗体から分離された素子形成領域
に形成されていることを特徴とする。
〔作用〕
入力端子に接続されている第1の導電型の第1の不純物
拡散層、第2の導電型の半導体基板および、接地端子ま
たは電源端子に接続されている第1の導電型の第2の不
純物拡散層は、NPNまたはPNP接合を構成する。入
力端子にサージ電圧がかかって、第1.第2の不純物拡
散層の電圧がパンチスルー電圧以上になると、パンチス
ルー効果によって、第1.第2の不純物拡散層が短絡状
態になり、入力端子の電圧は下り、入力回路が保護され
る。
また、第1.第2の不純物拡散層と内部回路保護用抵抗
体とは分離された素子形成領域に形成されているので、
第1または第2の不純物拡散層と前記抵抗体との間には
バイポーラ伝導は生じない、したがって、第1および第
2の不純物拡散層間の間隔を充分小さくとっておくと、
入力端子にサージ電圧が印加されたとき、先ずパンチス
ルーが起きてサージ電圧が引下げられ、その引下げられ
た電圧が抵抗体に印加される。さらに、抵抗体の電圧は
、抵抗体の抵抗値と浮遊容量による時定数によって立上
りが抑制されピーク値が低下する。
このように2段の動作で入力回路が保護されるとともに
、この第1.第2の不純物拡散層から成る入力保護装置
がLSIの他の回路と分離された素子形成領域に形成さ
れるので、他の回路との位置関係に対する制約が除かれ
、入力保護装置のレイアウトが容易になる。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
第1図(A)は本発明の半導体入力保護装置の一実施例
の平面図、第1図CB)は第1図(A)のX−Y線断面
図を示す。
本実施例において、入力ポンディングパッド5a(入力
端子)、ボンディング用スルーホール6は従来例と同様
であるが、ポンディングパッド5aはコンタクト4aを
介して不純物(リン)を含んだ低抵抗多結晶シリコンM
2aに接続され。
さらにコンタクト3aを介してP型半導体基板11の上
に形成されたN型不純物(ヒ素)拡散層1aに接続され
ている。全く同様に、不純物拡散層1aと対向するN型
不純物拡散層1bと接地電位あるいは電源電位の金属(
アルミニウム)配線5bとの接続もコンタク)3b、不
純物(例えばリン)を含んだ多結晶シリコン層2b、コ
ンタクト4bを介して形成されている。
不純物拡散層1aと1bとの間隔は4gmで、長さ 1
00μsにわたってこの対向した領域1 a、 1 b
に常に一様な電界が加わるために、コンタク)3a。
4a、3b、4b’の形状や入力ポンディングパッド5
aおよび金属配線層5b(アルミ配線)の端も。
第1図(A)に示されているように、前記対向領域la
、lbと平行に配置されている。フィールド酸化膜12
は、不純物拡散膜1 a、 1 bを含む入力保護回路
を、不純物拡散層抵抗体ICおよび内部回路(図示せず
)から分離している。ゲート酸化物13は、多結晶シリ
コン層2aが内部回路のトランジスタのゲートとともに
形成されるので、ゲート下の絶縁膜として形成されたも
ので、本発明の構成に必要な要素ではない、その他、居
間絶縁膜!4は、各層を絶縁し、半導体装置全体は、ス
ルーホール6の領域を除いて厚いカバー酸化膜15が被
着されている。
次に、本実施例の動作について説明する。
入力ポンディングパッド5aにサージ電圧が印加される
と、入力ボンディングパッド5aに接続された不純物拡
散層1aと接地電位あるいは電源電位に保たれた不純物
拡散層1bが前記のように極めて狭い間隔で形成されて
いるため、サージ電圧による不純物拡散層1aの空乏層
が接地電位あるいは電源電位に接続された不純物拡散層
1bに達し、すなわちパンチスルーを起こし、不純物拡
散層1aとlbが短絡状態になる。このとき入力ポンデ
ィングパッド5aに接続されている不純物拡散層抵抗体
ICはフィールド酸化膜12によって不純物拡散層1a
および1bから分離して配置されているので、不純物拡
散層抵抗体1cと不純物拡散層1aまたはibとの間に
NPNバイポーラ伝導は生じない、さらに、不純物拡散
層抵抗体1cの抵抗値Rおよびその浮遊容量C奪による
時定数τR=Cλ・Rに比べ、不純物拡散層1aから1
bヘパンチスルーする応答時間を短くしであるので(不
純物拡散層1 a、 l bの間隔を40μsにしであ
る)、入力ポンディングパッド5aに印加されたサージ
電圧による電流は、先ず不純物拡散層1aからlbヘパ
ンチスルーする。そのため、不純物拡散層抵抗体1cに
かかる電圧がパンチスルー電圧まで引下げられ、さらに
前記時定数τR=Cλ・Rで抵抗体1cの電圧の立上り
が抑制されることにより、ピーク電圧が低下し、内部回
路の入力ゲートが保護されている。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、半導体基板上に、該基板
と逆導電型の第1.第2の不純物拡散層を狭い間隔で形
成することにより、第1の不純物拡散層・半導体基板・
第2の不純物拡散層接合のパンチスルー効果によって、
入力端子に印加されたサージ電圧を、接地電位または電
源電位に引下げてサージ電圧の内部回路への影響を低下
させることができ、さらに、第1.第2の不純物拡散層
を他の回路から分離して形成することにより、他の回路
との位置関係について考慮することなしに入力保護回路
のレイアウトを自由にすることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)は本発明の半導体入力保護装置の一実施例
の平面図、第1図(B)は第1図(A)のX−Y断面図
、第2図(A)は半導体入力保護回路の従来例の等価回
路図、第2図(B)は第2図(A)の回路のマスクパタ
ーンを示す図である。 la、lb・・・不純物拡散層。 IC・・・不純物拡散層抵抗体、 2a、2b・・・多結晶シ、リコン、 3a、3b、3c、4a、4b ・・−:17タクト、
5a・・・入力ポンディングパッド。 5b・・・金属配線層、 6・・・スルーホール、 11・・・半導体基板、 12・・・フィールド酸化膜、 13・・・ゲート酸化膜、 14・・・層間絶縁膜、 15・・・カバー酸化膜。 j81  図 (A) (B) 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 半導体装置内部回路保護のために半導体装置入力端子と
    半導体装置内部回路の間に形成された第1の導電型の不
    純物拡散層抵抗体を有し、第2の導電型の半導体基板上
    に形成された半導体入力保護装置において、 入力端子に接続されている第1の導電型の第1の不純物
    拡散層と、 第1の不純物拡散層に近接して平行に延在し、接地端子
    または電源端子に接続されている第1の導電型の第2の
    不純物拡散層を有し、 第1、第2の不純物拡散層領域間の分離領域上には導電
    性電極層が存在しておらず、かつ第1、第2の不純物拡
    散層がいずれも前記抵抗体から分離された素子形成領域
    に形成されていることを特徴とする半導体入力保護装置
JP62094424A 1987-04-17 1987-04-17 半導体入力保護装置 Expired - Lifetime JPH0793361B2 (ja)

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JPH0793361B2 JPH0793361B2 (ja) 1995-10-09

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05129526A (ja) * 1991-09-16 1993-05-25 Samsung Electron Co Ltd 半導体装置の静電気放電保護装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57190359A (en) * 1981-05-19 1982-11-22 Toshiba Corp Protecting device for semiconductor
JPS61237472A (ja) * 1985-04-15 1986-10-22 Nec Corp 半導体装置

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JPH0793361B2 (ja) 1995-10-09

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