JPH0555477A - 半導体保護回路 - Google Patents

半導体保護回路

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JPH0555477A
JPH0555477A JP3215465A JP21546591A JPH0555477A JP H0555477 A JPH0555477 A JP H0555477A JP 3215465 A JP3215465 A JP 3215465A JP 21546591 A JP21546591 A JP 21546591A JP H0555477 A JPH0555477 A JP H0555477A
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JP
Japan
Prior art keywords
oxide film
source
gate electrode
locos
circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP3215465A
Other languages
English (en)
Inventor
Hisaya Keida
久彌 慶田
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0555477A publication Critical patent/JPH0555477A/ja
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  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体保護回路を構成する厚膜トランジスタ
がオンする閾電圧値を低くして、低いレベルの静電気に
対しても効果的な回路保護を可能とする。 【構成】 半導体回路の入出力部に素子分離膜(LOC
OS)17をゲート酸化膜とするMIS型の厚膜トラン
ジスタを設け、この上に接するように導電層としてのポ
リシリコン層36を設け、これをゲート電極24ととも
にボンディングパッド32に接続する。これにより、静
電ノイズ34が直接このポリシリコン層36に印加さ
れ、チャネル領域までの距離が短くなる。このため、比
較的低電圧でもLOCOS17の下側の中央部にチャネ
ルが形成される。一方、LOCOS17の下側の両端部
にはゲート電極24による電界効果でチャネルが形成さ
れる。これにより、ゲート酸化膜の下側のすべての領域
にチャネルが形成されてドレイン12とソース13とが
ショートし、静電ノイズはソースからグラウンドへと逃
げる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に係わり、特
に半導体集積回路の内部を過大なサージ電圧より保護す
る半導体保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路(以下、単にLSIと呼
ぶ)の1つとして、いわゆるMOS(Metal Oxide Sili
con )型のトランジスタがあるが、このMOSトランジ
スタでは、非常に薄いゲート酸化膜(200オングスト
ローム程度)の上にゲートとなるポリシリコンを設け、
このポリシリコンにHかLの電圧を加えることにより、
そのトランジスタがオンオフするようになっている。
【0003】このようなトランジスタを基板上全面に多
数形成する際、各トランジスタ間を分離するため、LO
COS(Local Oxidation Of Silicon)と呼ばれる素子
分離膜が設けられる。この膜には、約5000〜100
00オングストロームと非常に厚い酸化膜が用いられる
ため、通常の使用範囲(5V)程度の電圧が印加されて
も、そのLOCOSの下にチャネルができてトランジス
タ動作をすることはなく、素子分離が完全に行われる。
【0004】しかしながら、LSIを人がハンドリング
する場合には、外部からの静電気は数百V〜数千Vに達
し、これにより通常の電源電圧では動作しない領域にお
いてもトランジスタ動作をする場合がある。このような
高電圧が直接ゲート(ポリシリコン)に加わると、その
下のゲート酸化膜は200オングストローム程度と非常
に薄いため容易に破壊される。そこで、通常、MOSあ
るいはCMOS(Complementary MOS)タイプのLSIに
は、必ずこのような外部の静電気に対する保護回路が設
けられている。
【0005】このような保護回路としては、従来からL
OCOSをゲート酸化膜とするMIS(Metal Insulato
r Semiconductor )型の厚膜トランジスタが用いられて
いた。以下、図3とともに従来の半導体保護回路につい
て説明する。
【0006】図3は従来の半導体保護回路を表わしたも
のである。このうち図(A)は平面透視図を示し、図
(B)は図(A)におけるXY断面図を示す。この図に
示すように、基板11上にはドレイン12及びソース1
3が形成され、さらにその上には、200オングストロ
ーム程度の酸化膜14、15が5000〜10000オ
ングストローム程度のLOCOS16、17、18と一
体に形成されている。この酸化膜14は、内部回路にお
いてはトランジスタのゲート酸化膜として用いられるも
のである。LOCOSの上には、5000オングストロ
ーム程度の絶縁膜23を介して、アルミニウムのゲート
電極24とソース電極25が設けられている。絶縁膜2
3には窓27、28が設けられ、ゲート電極24とドレ
イン12、及びソース電極25とソース13とが接続さ
れている。さらに、ゲート電極24及びソース電極25
の上には保護膜としての絶縁膜31が設けられている。
この絶縁膜31には、ボンディングパッドとして窓32
が空けられ、これを介して外部とのボンディングが行わ
れるようになっている。
【0007】このようなLOCOSをゲート酸化膜とす
るMIS型の厚膜トランジスタを用いた静電保護回路
は、厚膜トランジスタのしきい値(VTH)が通常の回路
動作を行う条件よりもはるかに高いため、通常の電源電
圧の範囲では等価回路として全く無視できる構造となっ
ている。
【0008】図3(C)は、同図(A)、(B)の等価
回路を表わしたものである。この図に示すように、ゲー
トGとドレインDはショートされ、ソースSは接地され
ている。この回路は、LOCOS17をゲート酸化膜と
するMIS型の厚膜トランジスタを構成している。
【0009】さて、このような保護回路のボンディング
パッド32から数百〜数千Vの静電ノイズ34が入って
来ると、これはゲート電極24に印加され、LOCOS
17の下側領域にチャネル33が生成される。これによ
り、ドレイン12とソース13がショートして、ソース
側から接地側に静電ノイズが逃げる。
【0010】このような保護回路は、チップの周辺、特
にボンディングパッドの近くにそれぞれ配置されてい
る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の半
導体保護回路では、厚膜トランジスタが動作する電圧が
大のため、例えば数百〜数千Vの電圧領域では動作する
が、ゲート電極24からチャネル領域までの距離は絶縁
膜23とLOCOS17の厚みの和である約15000
オングストロームと極めて大であるため、それ以下の静
電ノイズに対してはチャネルが生成されず動作しない。
すなわち、数百V以下の静電気に対してはドレインとソ
ースがショートせず、この電圧が素子領域のゲート酸化
膜(厚さ200オングストローム)に印加される。とこ
ろが、このゲート酸化膜は通常16V程度で破壊される
ため、このような大電圧の印加により容易に破壊されて
しまう。このため、このような厚膜トランジスタによる
保護回路だけでは十分でなく、低いレベルの静電気に対
応するため、他の手段を講じる必要がある。
【0012】このような手段として、例えばダイオード
を用い、逆方向の降伏電圧(18V程度)以上の静電ノ
イズをグラウンドに逃がして回路保護を図る方法があ
る。このダイオードはNとPの組合せで構成され、この
対向するNとPの距離及び長さによって動作の安定性が
決まるが、距離が小さいと抵抗が小さくなり、大きな電
流がこの部分に集中するため問題がある。また、この電
流を分散させるために距離を大きくとって面積を広くと
った場合には、結局クラウディングという現象により電
流が一か所に集中してしまい、大電流を効果的に分散さ
せることができない。従って、大電流に対して効果的な
ダイオードを設計するのが困難であった。
【0013】従って、上記問題点を解決しなければなら
ないという課題がある。
【0014】この発明はかかる課題を解決するためにな
されたもので、厚膜トランジスタがオンする閾電圧値を
低くして、低いレベルの静電気に対しても効果的な回路
保護が可能な半導体保護回路を提供することを目的とす
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体保
護回路は、半導体回路の入出力部に設けられ、外部より
入出力用ボンディングパッドに加わる過大なサージ電圧
から内部回路を保護する半導体保護回路であって、前記
内部回路におけるトランジスタの素子分離に用いられる
比較的厚い酸化膜をゲート酸化膜とするMIS型トラン
ジスタを有し、このMIS型トランジスタのソース及び
バックゲート電極を電源またはグラウンドに接続すると
ともに、ドレイン及びゲート電極を前記入出力ボンディ
ングパッドに接続し、前記ゲート酸化膜の上に、前記ド
レイン及びソース側から所定の余裕を保持して導電層を
設けこの導電層を前記ゲート電極と接続したものであ
る。
【0016】
【作用】この発明に係る半導体保護回路では、半導体回
路の入出力部に素子分離膜をゲート酸化膜とするMIS
型の厚膜トランジスタを設け、このゲート酸化膜上にボ
ンディングパッドに接続した導電層を設けることによ
り、チャネル領域までの距離を短くすることができる。
このため、比較的低電圧でもゲート酸化膜の下側の中央
部にチャネルが形成される。一方、ゲート酸化膜の下側
の両端部にはゲート電極による電界効果でチャネルが形
成される。これにより、ゲート酸化膜の下側のすべての
領域にチャネルが形成され、ドレインとソースとがショ
ートする。
【0017】
【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【0018】図1は本発明の一実施例における半導体保
護回路を表わしたものである。このうち図(A)は平面
透視図を示し、図(B)は図(A)におけるXY断面図
を示す。ここでは、従来例(図3)と同一部分には同一
の符号を付し、適宜説明を省略する。
【0019】図1(B)に示すように、本実施例では、
LOCOS16の上側の絶縁膜23に窓を空け、ゲート
電極24とLOCOS16との間に導電層としてのポリ
シリコン層36を設け、さらにこれをLOCOS17上
のほぼ中央部bにまで延ばして形成する。このポリシリ
コン層36は、回路内部の素子を形成するときに同時に
形成すればよいので、新たな工程は一切必要ない。その
他の部分については、従来例と同様である。
【0020】このような構成の半導体保護回路におい
て、ボンディングパッド32に外部から静電ノイズ34
が入ると、これによる静電電圧はゲート電極24からポ
リシリコン層36に直接印加される。従って、この場合
にはチャネル領域までの距離はLOCOS17の厚み分
のみで決まり、ほぼ10000オングストローム程度と
なる。従って、従来よりも低い数百V以下の電圧に対し
てもLOCOS17の下側bにチャネルが生成されるこ
ととなる。これにより、ドレイン12とソース13がシ
ョートして、ソース13からバックゲート電極25を経
て接地側に静電ノイズが逃げることとなる。なお、この
図のチャネル領域のうち、LOCOS17の両端部分a
及びcにおいては、もともとオン動作の閾値が低いた
め、この領域にはポリシリコン層36がかかる必要がな
い。
【0021】図2は本発明の第2の実施例における半導
体保護回路を表わしたものである。この例では、ポリシ
リコン層36をLOCOS17の中央部bの上側にのみ
設けるとともに、この上側の絶縁膜23に窓29を空
け、ゲート電極24とポリシリコン層36を接続する。
この場合の動作は第1の実施例(図1)と同様で、ボン
ディングパッド32から入った静電ノイズ34は、ゲー
ト電極24からポリシリコン層36に直接印加される。
従って、この場合も、従来よりも低い数百V以下の電圧
に対してもLOCOS17の下側bにチャネルが生成さ
れ、ドレイン12とソース13がショートして、ソース
13からソース電極25を経て接地に静電ノイズが逃げ
ることとなる。なお、LOCOS17の両端部分a及び
cにはポリシリコン層36がかかる必要がないという点
は第1の実施例と同様である。
【0022】なお、このような保護回路に加えて、従来
例で説明したダイオードによる保護回路を併用するのも
効果的で、静電ノイズに対する保護の万全を期す事が可
能となる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
保護回路としてのMIS型厚膜トランジスタの本来のゲ
ート電極の他に、ゲート酸化膜に接するように他のゲー
ト電極としての導電層を配置し、これをボンディングパ
ッドに接続することとしたので、ゲート酸化膜の下側の
すべての領域にチャネルが容易に形成され、ドレインと
ソースとがショートする。このため、比較的低い静電ノ
イズに対しても、内部回路を保護することができるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における半導体保護回路を示
す構造図である。
【図2】本発明の他の実施例における半導体保護回路を
示す構造図である。
【図3】従来の半導体保護回路を示す構造図である。
【符号の説明】
11 基板 12 ドレイン 13 ソース 14、15 酸化膜 16、17、18 LOCOS(素子分離膜) 23、31 絶縁膜 24 ゲート電極 25 ソース電極 32 ボンディングパッド 33 チャネル 34 静電ノイズ 36 ポリシリコン層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/092 7342−4M H01L 27/08 102 F 7342−4M 321 H

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体回路の入出力部に設けられ、外部よ
    り入出力用ボンディングパッドに加わる過大なサージ電
    圧から内部回路を保護する半導体保護回路であって、 前記内部回路におけるトランジスタの素子分離に用いら
    れる比較的厚い酸化膜をゲート酸化膜とするMIS型ト
    ランジスタを有し、 このMIS型トランジスタのソース及びソース電極を電
    源またはグラウンドに接続するとともに、ドレイン及び
    ゲート電極を前記入出力ボンディングパッドに接続し、 前記ゲート酸化膜の上に、前記ドレイン及びソース側か
    ら所定の余裕を保持して導電層を設け、この導電層を前
    記ゲート電極と接続したことを特徴とする半導体保護回
    路。
JP3215465A 1991-08-27 1991-08-27 半導体保護回路 Pending JPH0555477A (ja)

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