JPH02260459A - Input protective circuit - Google Patents
Input protective circuitInfo
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- JPH02260459A JPH02260459A JP8017889A JP8017889A JPH02260459A JP H02260459 A JPH02260459 A JP H02260459A JP 8017889 A JP8017889 A JP 8017889A JP 8017889 A JP8017889 A JP 8017889A JP H02260459 A JPH02260459 A JP H02260459A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は入力保護回路に関し、詳しくは、三次元IC等
へ応用できる薄膜SOI構造の半導体装置における入力
保護回路に関する・〔従来の技術〕
一般に、MO8型半導体は一定の低電圧下で動作するよ
うに設計されているため、このMO8型半導体を外部回
路に接続する場合は、入力保護回路を設け、サージ電流
等が内部回路に印加されないようにする必要がある。そ
のため、一般のLSIでは第4図に示すような入力保護
回路を設け、Tr□(トランジスタ1)内のPN接合の
ダイオード特性を用いてサージ電流が内部回路に印加さ
れないようにしている。[Detailed Description of the Invention] [Technical Field] The present invention relates to an input protection circuit, and more particularly, to an input protection circuit in a semiconductor device with a thin film SOI structure that can be applied to a three-dimensional IC, etc. [Prior Art] Generally, an MO8 type Semiconductors are designed to operate under a certain low voltage, so when connecting this MO8 type semiconductor to an external circuit, it is necessary to provide an input protection circuit to prevent surge current from being applied to the internal circuit. There is. For this reason, general LSIs are provided with an input protection circuit as shown in FIG. 4, and the diode characteristics of the PN junction in Tr□ (transistor 1) are used to prevent surge current from being applied to the internal circuit.
一方、S OI (Silicon−On−Insul
ator)構造のMOSトランジスタは、その構造上、
ラッチアップフリー、ソフトエラー耐性、低浮遊容量な
ど通常の単結晶シリコンには見られない特長を有してい
る二また、その活性層を充分薄くすることによりSOI
構造の欠点であった# kloに#現象を取り除き、な
おかつ、その基板の不純物濃度を低くすることにより高
い移動度を得ることができるように工夫され°Cいる(
電子情報通信学会SDM−1,54)。この入力保護回
路はSOI構造のものではなく。On the other hand, SOI (Silicon-On-Insul
Due to its structure, the MOS transistor with the ator structure has the following characteristics:
It has features not found in ordinary single crystal silicon, such as latch-up free, soft error resistance, and low stray capacitance.Also, by making the active layer sufficiently thin, SOI
It was devised to remove the #klo phenomenon, which was a drawback of the structure, and to obtain high mobility by lowering the impurity concentration of the substrate (°C
Institute of Electronics, Information and Communication Engineers SDM-1, 54). This input protection circuit is not of SOI structure.
−船釣な入力保護回路である。そしてこのような薄膜S
OI構造の半導体装置における入力保護回路として、例
えば特開昭58−12364号公報では、入力抵抗とゲ
ーテドダイオード構造のトランジスタを用いた入力保護
回路が提案されている。-This is a simple input protection circuit. And such a thin film S
As an input protection circuit for a semiconductor device having an OI structure, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 12364/1983 proposes an input protection circuit using an input resistor and a gated diode structure transistor.
しかしながら、これら従来の入力保護回路にあっては、
入力保護回路部においても同一のプロセスで形成するた
め、そのトランジスタの基板部分の不純物濃度が低く、
PN接合が形成されない、従って、通常の単結晶のよう
な方法では入力保護回路を作成することができないのが
実情である。However, in these conventional input protection circuits,
Since the input protection circuit section is also formed using the same process, the impurity concentration of the transistor substrate is low.
The reality is that no PN junction is formed, and therefore an input protection circuit cannot be created using a method such as a normal single crystal.
(目 的〕
本発明はSOI構造の素子でも有効な機能を有する入力
保護回路を提供するものである。(Objective) The present invention provides an input protection circuit that has an effective function even in an element having an SOI structure.
〔構
成〕
本発明は薄膜SOI MO8構造の回路における内部
回路への電源供給ライン途中に分枝して設けられる入力
保護回路において、(a)入力保護回路のチャネル領域
における活性層にのみP型の不純物領域を設けたこと、
あるいは、(b)入力保護回路のN−chトランジスタ
の活性層の膜厚が他の領域の活性層より厚くなっている
こと、を特徴とするものである。[Structure] The present invention provides an input protection circuit that is provided as a branch in the middle of the power supply line to the internal circuit in a circuit with a thin film SOI MO8 structure. providing an impurity region;
Alternatively, (b) the active layer of the N-ch transistor of the input protection circuit is thicker than the active layer in other regions.
本発明者らは入力保護回路についているいろ研究・検討
を行なったところ、入力保護回路のチャネル領域におけ
る活性層にのみP型の不純物領域を設けるか、あるいは
、入力保護回路のN−ahトランジスタの活性層の膜厚
を他の領域の活性層よりも厚くすることにより、入力保
護回路部でラッチ現象が発生し。The present inventors have conducted various research and examinations regarding input protection circuits, and have found that either a P-type impurity region is provided only in the active layer in the channel region of the input protection circuit, or a By making the active layer thicker than the active layer in other regions, a latch phenomenon occurs in the input protection circuit section.
内部回路へ定格以上の電流が流れないことを見い出した
0本発明はこの知見によりなされたものである。It was discovered that a current exceeding the rated value does not flow into the internal circuit.The present invention was made based on this knowledge.
第2図はSOI構造のN−chトランジスタの断面構成
を表わしている。図中、1は絶縁基板、2はソース・ド
レイン拡散層、3は基板(活性層)、4はゲート酸化膜
、5は眉間絶縁膜、6はメタル電極である。このような
N−chトランジスタにおいて、その基板をフローティ
ング(floating)状態にした時、ドレイン近傍
で発生した“インパクトイオン化現象″による正孔が基
板に蓄積され、第3図に示すようなヒステリシス現象を
発生させる。FIG. 2 shows a cross-sectional configuration of an N-ch transistor having an SOI structure. In the figure, 1 is an insulating substrate, 2 is a source/drain diffusion layer, 3 is a substrate (active layer), 4 is a gate oxide film, 5 is an insulating film between the eyebrows, and 6 is a metal electrode. In such an N-ch transistor, when the substrate is placed in a floating state, holes due to the "impact ionization phenomenon" generated near the drain are accumulated in the substrate, causing a hysteresis phenomenon as shown in Figure 3. generate.
このヒステリシス現象はドレイン電圧がある一定電圧を
越えると急激に発生する(゛正帰環による)。第3図に
おける特性カーブは、ドレイン電圧かの=15ボルト、
■=11ボルト。This hysteresis phenomenon occurs suddenly when the drain voltage exceeds a certain voltage (due to positive feedback). The characteristic curve in Figure 3 shows that the drain voltage = 15 volts,
■=11 volts.
■=9ボルト、■=7ボルト、■=5ボルトの場合であ
る。そのメカニズムについて説明を加えれば次のとおり
である。This is the case where ■=9 volts, ■=7 volts, and ■=5 volts. The mechanism is explained as follows.
(i)ドレイン近傍で発生した“インパクトイオン化電
流′″が基板からソースの向きに流れ、基板のポテンシ
ャルが上昇する。(■)増加した基板のポテンシャルに
よりスレッショルド電圧(Vth)が低下する。(聞)
Vthの低下によりさらにドレイン電流が増加する。(
tv)増加したドレイン電流によりさらに″インパクト
イオン化電流″が増加する。(i) An "impact ionization current" generated near the drain flows from the substrate toward the source, increasing the potential of the substrate. (■) The threshold voltage (Vth) decreases due to the increased substrate potential. (hear)
The drain current further increases due to the decrease in Vth. (
tv) The increased drain current further increases the "impact ionization current".
こうしたメカニズムの解析により、この素子はある一定
以上のドレイン電圧が印加されるとその抵抗値が急激に
減少することがわかる。この素子を用いて入力保護回路
を形成する。Analysis of this mechanism shows that the resistance value of this element decreases rapidly when a drain voltage of a certain level or higher is applied. This element is used to form an input protection circuit.
第1図は本発明に係る入力保護回路の回路図を示してい
る。第1図において、N−Chトランジスタのドレイン
電極は入力バットー内部回路ラインに接続され、ソース
電極及びゲート電極はGND端子に接続される。また、
抵抗Rは入力保護回路に定格以上の電流が流れないよう
に設けられるものである。FIG. 1 shows a circuit diagram of an input protection circuit according to the present invention. In FIG. 1, the drain electrode of the N-Ch transistor is connected to the input batto internal circuit line, and the source electrode and gate electrode are connected to the GND terminal. Also,
The resistor R is provided to prevent a current exceeding the rated value from flowing into the input protection circuit.
前述したように、本発明では、(a)入力保護回路のチ
ャネル領域における活性層にのみP型の不純物領域を設
けるか、(b)入力保護回路のN−chトランジスタの
活性層の膜厚を他の領域の活性層よりも厚くするもので
ある。As described above, in the present invention, (a) a P-type impurity region is provided only in the active layer in the channel region of the input protection circuit, or (b) the film thickness of the active layer of the N-ch transistor of the input protection circuit is reduced. The active layer is made thicker than the active layer in other regions.
ここで、これら(a)及び(b)の手段における典型的
な製法について説明する。Here, typical manufacturing methods for these means (a) and (b) will be explained.
(a)の手段
通常のSOI構造のトランジスタと同様に活性層をLP
CVD法により製膜する。この時、前述したようにその
膜厚は800Å以下とする。次に、ゲート絶縁膜を熱酸
化法あるいはCVD法で製膜したのち、入力保護回路部
の活性層にのみB0イオンを注入する。続いて、ゲート
電極をCVD法により製膜し、パターニングした後、ソ
ース及びドレイン部をイオン注入法により作成する。Means for (a) The active layer is LP-shaped as in a normal SOI structure transistor.
The film is formed by CVD method. At this time, as described above, the film thickness is set to be 800 Å or less. Next, after forming a gate insulating film by thermal oxidation or CVD, B0 ions are implanted only into the active layer of the input protection circuit section. Subsequently, a gate electrode is formed by a CVD method and patterned, and then a source and a drain portion are formed by an ion implantation method.
この方法を用いれば、入力保護回路部以外の素子では前
述した薄層化の効果によりラッチ現象は発生しないが、
入力保護回路部ではチャネルドープしであるためゲート
からの完全層がのびないため、正孔が蓄積されラッチ現
象が発生する。If this method is used, the latch phenomenon will not occur in elements other than the input protection circuit section due to the effect of thinning the layers described above, but
In the input protection circuit section, since the channel is doped, a complete layer does not extend from the gate, so holes are accumulated and a latching phenomenon occurs.
(b)の手段
前記(a)の手段と同様に活性層をLPCVD法により
製膜(ラッチ現象が発生する程度の厚さ:約1500人
)し、入力保護回路部以外をエツチングして、ラッチ現
象が発生しない程度の厚さ:約800人)に薄層化する
。その後、ゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース及びドレ
イン部を作成する。Means of (b) Similar to the means of (a) above, an active layer is formed by LPCVD (thickness enough to cause a latch phenomenon: about 1,500 layers), and the parts other than the input protection circuit are etched to form a latch. The layer will be thinned to a thickness of about 800 people (approximately 800 people) that will not cause the phenomenon. After that, a gate insulating film, a gate electrode, and a source and drain portion are formed.
この方法を用いれば、入力保護回路部のみ厚いためそこ
ではラッチ現象が発生する。If this method is used, only the input protection circuit portion is thick and a latch phenomenon occurs there.
以下に実施例を示す。Examples are shown below.
実施例1
この実施例は前記(a)の手段による入力保護回路につ
き説明するものである。Embodiment 1 This embodiment describes an input protection circuit according to the means (a).
絶縁基板(石英)上にLPCVD法を用いて活性層を約
1000入庫に製膜し、島状パターニングする。次に、
熱酸化法を用いてゲート酸化膜を約1000人に製膜す
る。レジストを用いて入力保護回路部以外をマスクして
、入力保護回路部の活性層にのみB ” (24KaV
ドーズ量I。An active layer is formed on an insulating substrate (quartz) using the LPCVD method to a thickness of about 1000, and patterned into an island shape. next,
Approximately 1,000 gate oxide films are formed using a thermal oxidation method. Mask the area other than the input protection circuit section using a resist, and apply B'' (24KaV) only to the active layer of the input protection circuit section.
Dose amount I.
E−13)注入し、基板をP型化する。ゲート電極をL
PCVD法で製膜(3000人)し、パターニングする
。E-13) Inject to make the substrate P-type. Gate electrode L
A film is formed using the PCVD method (3000 people) and patterned.
ゲート電極を用いてセルファライン法でソース・ドレイ
ン電極をイオン注入法により作成する。層間絶縁膜をL
PCVD法で約1000人厚に製膜した後、コンタクト
ホールを形成し、AQ電極を製膜(約1μm)パターニ
ングしたのち、パッシベーション膜(SiN4)を約1
μ鍮厚にP−CVD法で製膜し、最後に電極パッドを開
ける。Using the gate electrode, source and drain electrodes are created by ion implantation using the self-line method. Interlayer insulation film L
After forming a film with a thickness of approximately 1000 μm using the PCVD method, contact holes were formed, AQ electrodes were formed (approximately 1 μm) and patterned, and a passivation film (SiN4) was deposited with a thickness of approximately 1 μm.
A film is formed to a thickness of μ brass using the P-CVD method, and finally the electrode pads are opened.
実施例2
この実施例は前記(b)の手段による入力保護回路につ
き説明するものである。Embodiment 2 This embodiment describes an input protection circuit using the means (b) above.
絶縁基体(石英)上にLPCVD法を用いて活性層を約
1000厚に製膜し、島状にパターニングする9次に、
入力保護回路部のみレジストでマスクしてドライエツチ
ング法により。An active layer is formed to a thickness of approximately 1000 nm on an insulating substrate (quartz) using the LPCVD method, and is patterned into an island shape in the 9th step.
Only the input protection circuit section was masked with resist and dry etched.
他の活性層を約1000人までエツチングする。Etch the other active layer to about 1000 people.
以降、実施例1と同様に、熱酸化法を用いてゲート酸化
膜を製膜する工程から始まり、電極パッドを開ける工程
までを行なった。Thereafter, in the same manner as in Example 1, the process started with forming a gate oxide film using the thermal oxidation method and ended with the process of opening the electrode pads.
本発明に係る入力保護回路によれば、入力電圧が電源電
圧VQDより高い場合、入力保護回路のN−chトラン
ジスタのドレインにその電圧が印加されるため“′イン
パクトイオン化現象″が発生し、しきい値電圧(lh)
が低くなり、そのトランジスタがON状態になるため、
VD[1−GND間が低抵抗になり、入力電流はすみや
かにGND端子に流出し内部回路には流れ込まない。す
なわち、入力保護回路の作用がもたらされる。According to the input protection circuit according to the present invention, when the input voltage is higher than the power supply voltage VQD, the voltage is applied to the drain of the N-ch transistor of the input protection circuit, so that an "'impact ionization phenomenon" occurs. Threshold voltage (lh)
becomes low and the transistor turns on, so
The resistance between VD[1 and GND becomes low, and the input current quickly flows to the GND terminal and does not flow into the internal circuit. In other words, the effect of an input protection circuit is brought about.
入力電圧が電源電圧より低い場合、入力保護回路のN−
chhランジスタのゲート電極は、GNDに接続されて
いるためOFF状態になっている。このため、入力電源
はこのトランジスタに流れず、内部回路に流れることに
なる。If the input voltage is lower than the power supply voltage, the input protection circuit N-
The gate electrode of the chh transistor is connected to GND and is therefore in an OFF state. Therefore, the input power does not flow to this transistor, but instead flows to the internal circuit.
第1図は本発明に係る入力保護回路の回路図である。
第2図はSOI素子の断面図である。
第3図は第2図に示したS OI素子のヒステリシス曲
線図である。
第4図は従来の単結晶シリコンの入力保護回路を示す回
路図である。
1・・・絶縁基板
2・・・ソース(S)・ドレイン(D)拡散層3・・・
基板(活性層) 4・・・ゲート酸化膜5・・・層間
絶縁膜 6・・・メタル電極特許出願人 株式会社
リ コ −
手続補正書
平成元年5月3適
特許庁長官 吉 1)文 毅 殿
1、事件の表示
3゜
入力保護回路
補正をする者
事件との関係 特許出願人
東京都大田区中馬込1丁目3番6号
第4図
6、補正の内容
(1)明細書第3頁第2〜9行「この入力保護回路は・
・・(中略)・・・提案されていた。」を下記字句に訂
正する。
「しかし、これに用いられている人力保護回路はSOI
構造用のものではなく、通常の(例えば特開昭58−1
2364号)入力抵抗とゲーテドダイオード構造のトラ
ンジスタを用いた入力保護回路であった。」
(2)同第8頁第14行「石英」を「ガラス」に訂正す
る。
(3) 同第8頁第19〜20行r1.E−13Jを
rlE−13Jに訂正する。
同第9頁第14行「石英」を「ガラス」に訂正する。
図面の第2図を別紙の通り補正する。
添付書類の目録FIG. 1 is a circuit diagram of an input protection circuit according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the SOI element. FIG. 3 is a hysteresis curve diagram of the SOI element shown in FIG. 2. FIG. 4 is a circuit diagram showing a conventional single crystal silicon input protection circuit. 1... Insulating substrate 2... Source (S)/drain (D) diffusion layer 3...
Substrate (active layer) 4...Gate oxide film 5...Interlayer insulating film 6...Metal electrode patent applicant Rico Co., Ltd. - Procedural amendment May 3, 1989 Applicable Commissioner of the Patent Office Yoshi 1) Text Tsuyoshi Tono 1, Indication of the case 3゜Relationship with the case of the person who amends the input protection circuit Patent applicant 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo No. 4 Figure 6 Contents of the amendment (1) Specification No. 3 Page 2-9 lines “This input protection circuit...
...(snip)...It was proposed. ” is corrected to the following wording. ``However, the human power protection circuit used in this is SOI
Not for structural use, but for ordinary (for example, JP-A-58-1
No. 2364) This was an input protection circuit using an input resistor and a transistor with a gated diode structure. (2) On page 8, line 14, "quartz" is corrected to "glass." (3) Page 8, lines 19-20 r1. Correct E-13J to rlE-13J. On page 9, line 14, "quartz" is corrected to "glass." Figure 2 of the drawings has been corrected as shown in the attached sheet. List of attached documents
Claims (1)
電源供給ラインに分枝して設けられる入力保護回路にお
いて、入力保護回路のチャネル領域における活性層にの
みP型の不純物領域を設けたことを特徴とする入力保護
回路。 2、薄膜SOIMOS構造の回路における内部回路への
電源供給ラインに分枝して設けられる入力保護回路にお
いて、入力保護回路のNチャネルトランジスタの活性層
の膜厚が他の領域の活性層より厚くなっていることを特
徴とする入力保護回路。[Claims] 1. In an input protection circuit provided as a branch of a power supply line to an internal circuit in a circuit with a thin film SOIMOS structure, a P-type impurity region is provided only in the active layer in the channel region of the input protection circuit. An input protection circuit characterized by providing an input protection circuit. 2. In an input protection circuit that is provided as a branch of the power supply line to the internal circuit in a circuit with a thin-film SOIMOS structure, the active layer of the N-channel transistor in the input protection circuit is thicker than the active layer in other areas. An input protection circuit characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8017889A JPH02260459A (en) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | Input protective circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8017889A JPH02260459A (en) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | Input protective circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02260459A true JPH02260459A (en) | 1990-10-23 |
Family
ID=13711101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8017889A Pending JPH02260459A (en) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | Input protective circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02260459A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5610426A (en) * | 1994-07-21 | 1997-03-11 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor integrated circuit device having excellent dual polarity overvoltage protection characteristics |
| US6222710B1 (en) | 1997-09-12 | 2001-04-24 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device |
| US6274908B1 (en) | 1997-10-09 | 2001-08-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having input-output protection circuit |
| JP2012248582A (en) * | 2011-05-25 | 2012-12-13 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
-
1989
- 1989-03-30 JP JP8017889A patent/JPH02260459A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5610426A (en) * | 1994-07-21 | 1997-03-11 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor integrated circuit device having excellent dual polarity overvoltage protection characteristics |
| US6222710B1 (en) | 1997-09-12 | 2001-04-24 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device |
| US6274908B1 (en) | 1997-10-09 | 2001-08-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having input-output protection circuit |
| JP2012248582A (en) * | 2011-05-25 | 2012-12-13 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
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