JPS5910587B2 - 半導体装置の保護装置 - Google Patents

半導体装置の保護装置

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JPS5910587B2
JPS5910587B2 JP52095045A JP9504577A JPS5910587B2 JP S5910587 B2 JPS5910587 B2 JP S5910587B2 JP 52095045 A JP52095045 A JP 52095045A JP 9504577 A JP9504577 A JP 9504577A JP S5910587 B2 JPS5910587 B2 JP S5910587B2
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修 湊
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敏夫 佐々木
征治 久保
光太郎 西村
徳政 安井
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Description

【発明の詳細な説明】 (1)発明の利用分野 本発明は、MOS型半導体装置の入出力端子に接続され
る素子を外部サージ電圧から保護する保護装置に関する
とりわけ、相補型MOS半導体装置において、ラツチア
ツプの生じない保護装置に関する。(2)従来技術 従来、例えば相補型MOSICにおいては第1図の如き
保護装置が用いられていた。
ここで、17はn型基板で、Pウエル16中に形成され
たソースn+層8、ドレインn+層7、ゲート19によ
るNMOSトランジスタと、P+層4,5をソース、ド
レインとし、18をゲートとするPMOSトランジスタ
によるイ”ンバータの入力ゲート保護抵抗用P+層1と
、Pnダイオード11,6によるゲート保護装置が形成
されている。この型のゲート保護装置の欠点はトランジ
スタ13,14で形成されるサイリスタが、寄生抵抗値
10,12,20,15の値によつては、ダイオード1
1または21によつてトリガさベオン状態となることで
ある。これは入力ピンに正負の大きな電圧ノマルスを加
えたときにサイリスタがオン状態となつて大電流が流れ
、チツプが焼損してしまう欠陥を生じ、相補型MOSの
実用上大きな障害となつている。(3)本発明の目的 そこで、本発明の目的は、ラツチアツプを起こさない。
半導体装置の入出力ピンの保護装置を提供するにある。
(4)発明の総括説明 上記目的を達成するため、本発明においては半導体装置
が形成された半導体基板表面の所定位置に絶縁膜を介し
て、上記半導体装置の入力又は出力端と、入力又は出力
用パド間を接続する抵抗体(導体を含む)と、この抵抗
体の一部に対向し、その間に半導体(絶縁体を含む)を
はさんで形成され、定電位に保持された抵抗体(導体を
含む)とを形成する。
この構成をとることにより、例えば入カパドに過大電圧
が加わつたとき、その電圧は両抵抗体間の導通により半
導体装置の入力端に過大な電圧が加わることはない。
そして、このクランプの値は両抵抗体間の半導体の幅に
よつて自由に設定できる。なお、上記半導体の抵抗値は
約100KΩ/口以上が好適である。,又、入出力用パ
ドと半導体装置の入出力端間の抵抗値はMOS型半導体
装置の場合、1〜10KΩ程度に設定される。なお、上
記の2つの抵抗体と半導体を同一表面で同一材料で形成
するには抵抗体を高濃度に不純物がドープされた多結晶
シリコン、半導体を低濃度に不純物がドープされている
か、全くドープされていない多結晶シリコンを用いる。
又放熱などを考慮した場合、入出力用パドと半導体装置
の入出力端間を結ぶ抵抗体の両側に半導体をはさんで固
定電位に保持された抵抗体を設けると良い。(5)実施
例以下、本発明一実施例を図面を用いて詳述する。
本実施例は抵抗体、半導体ともに多結晶シリコンを用い
ている。入保護される半導体装置嬶幻S型半導体装置の
ゲートである。入本実施例においては、入カパドとゲー
ト電極とを、結ぶ抵抗体の両側に半導体をはさんで、他
の固定電位に保持された抵抗体が設置されている。第2
図は同図aに本発明の骨子を示す保護装置の平面図、同
図bにそのA−A豫上の断面図を示している。
ここで入カボンデイングパド゛22より保護されるMO
Sトランジスタのゲート31を形成する多結晶シリコン
へは例えばn+拡散した多結晶シリコン層による抵抗体
26が形成されている。ここで、該多結晶シリコンによ
る抵抗体26は、不純物のドープされていない、あるい
は極く小量の不純物が拡散されている多結晶シリコンに
よる半導体領域24を隔てて、n+拡散された多結晶シ
リコンによる抵抗体領域23,25とつながつている。
なお、この領域24を不純物の濃度で規定するなら1×
1013個/d以下、抵抗値で規定するなら100KΩ
/口以上と考えればよい。すなわち、断面図に示すよう
に抵抗体領域26は、第2の抵抗体領域23,25と、
半導体領域24の高抵抗層を隔てて接続されている。こ
の、高不純物含有の半導体領域23,25,26は不純
物濃度で規定するなら1×1019個/d以上、抵抗値
で規定するなら1KΩ/口以下と考えれば良い。
第2図の装置の動作を第3図により説明する。
第3図は、第2図の抵抗体領域23,26間、或いは、
抵抗体領域25,26間の電流一電圧特性である。ここ
で、高抵抗の半導体領域24の巾がW=100μmのと
き両端子間の抵抗は101がΩ以上でほぼ完全に絶縁さ
れている。然るに、L一3μmの装置では10V以.J
,L=5μmの装置では25V以上の電圧が両端に加わ
つたとき、この装置は導通する。すなわち、本装置の第
2の抵抗体領域23,25を接地したとき、入力ピンに
過大電圧が加わつても、L=3μmの保護装置では±1
0〜15V,.L=5μmの保護装置では±25〜±3
0Vにクランプされる。ずなわちゲート絶縁膜に過大な
電圧が加わることはない。また、本発明の保護装置は、
保護用の抵抗29が第1の抵抗体26に一体化されてい
るため、入力ピンに過大電圧が加わつても、ゲート電極
″31では、尖頭値はなまつて小さい電圧となる。以上
の説明において、第2の抵抗体領域23,25は接地電
位とした力(例えは電源電位など他の電位としてもよい
ことはもちろんである。本発明の利点は以下のものであ
る。
まず第一に本発明を、MOSトランジスタのゲート電極
への入力ピンに用いた場合、従来のように基板シリコン
中に保護ダイオードが形成されないため、サイリスタが
オンすることは絶対にない。すなわち、ラツチアツプが
生じない。同様に出力ピンに本発明の保護装置を用いた
とき、出力端のn+拡散層またはP+拡散層に本保護装
置が接続されるが、ポンテイングパドに近い端でまず電
流が流れ、保護機能が働くため、内部のp−n接合に到
るまで時間遅れを十分とれば、同様にサイリスタがオン
しない。つぎに本装置は、きわめて簡単な構成であるた
ノめ、面積が小さいという利点をもつ。
また、本実施例に用いている多結晶シリコンは、相補型
MOSICをシリコンゲート法で製作する場合には、マ
スク枚数を増加させることなく従来法とまつたく同一の
プロセスで製作できる。
すなわち、不純物を添加していない多結晶シリコンを被
着後、所望の基板の一部およびゲート多結晶シリコンに
不純物を添加する工程は、不純物を添加しない部分にS
iO2膜をかぶせて行なうが、このSiO2膜を第2図
24の部分に被着して不純物の拡散またはイオン打込み
を行なえば第2図の構造を実現することができる。又以
上の説明において多結晶シリコンへはn型不純物を導入
する実施例のみ記載したがこの不純物はn型に限定され
ずP型のものでもよい。なお、上述した実施例において
は、第1、第2の抵抗体として高濃度に不純物がドープ
された多結晶シリコン、半導体として、低濃度に不純物
がドープされた多結晶シリコンを用いたが、その他、抵
抗体として多結晶ゲルマニウベガリウムヒ素等の半導体
、モリブデン、タングステン等の金属、半導体として真
性のゲルマニウム、ガリウムヒ素等を用いても良いこと
は言うまでもない。
(6)まとめ 以上詳述してきたように、本発明の保護装置は半導体装
良特に相補型MOS半導体装置に極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の相補型MOS集積回路の保護、第2図は
、本発明の保護装置の一実施例を示す図、第3図1ま本
発明の保護装置の電鳳電圧特性を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体装置が形成された半導体基板表面に、絶縁膜
    を介して、上記半導体装置の入力又は出力端と外部接続
    のためのパドとを接続する第1の抵抗体と、該第1の抵
    抗体の少なくとも一部に、半導体をはさんで対向し、固
    定電位に保持された第2の抵抗体とを有し、上記半導体
    は上記パドに過大電圧が印加されるときに、上記第1、
    第2の抵抗体間を導通して過大電圧をクランプすること
    を特徴とする半導体装置の保護装置。 2 上記第1及び第2の抵抗体の抵抗値が1KΩ/□以
    下、上記半導体の抵抗値が100KΩ/□以上であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置
    の保護装置。 3 上記第1、第2の抵抗体、および上記半導体が多結
    晶シリコンからなることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の半導体装置の保護装置。 4 上記第1、及び第2の抵抗体である多結晶シリコン
    の不純物濃度が1×10^1^9個/cm^3以上であ
    り、上記半導体である多結晶シリコンの不純物濃度が1
    ×10^1^3個/cm^3以下であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第3項記載の半導体装置の保護装置。 5 上記第1の抵抗体と、上記半導体と、上記第2の抵
    抗体とが上記絶縁膜の表面で横方向にのびていることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項、第3項又は
    第4項記載の半導体装置の保護装置。 6 上記保護されるべき半導体装置がMOS型半導体装
    置であり、上記第1の抵抗体が上記MOS型半導体装置
    の入力ゲート電極に接続されているこことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の保護装置。 7 上記MOS型半導体装置が相補型MOS半導体装置
    であることを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の半
    導体装置の保護装置。 8 上記第2の抵抗体が保持される固定電位が接地電位
    或いは電源電位であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項、第2項、又は第3項記載の半導体装置の保護装
    置。 9 上記第2の抵抗体が上記半導体をはさんで上記第1
    の抵抗体の少なくとも一部の両側に配置されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項又は第3項
    記載の半導体装置の保護装置。
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