JPS5990958A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPS5990958A JPS5990958A JP57200552A JP20055282A JPS5990958A JP S5990958 A JPS5990958 A JP S5990958A JP 57200552 A JP57200552 A JP 57200552A JP 20055282 A JP20055282 A JP 20055282A JP S5990958 A JPS5990958 A JP S5990958A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transistor
- breakdown
- drain
- contact holes
- width direction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
- H10D64/20—Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions
- H10D64/23—Electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. sources, drains, anodes or cathodes
- H10D64/251—Source or drain electrodes for field-effect devices
- H10D64/257—Source or drain electrodes for field-effect devices for lateral devices wherein the source or drain electrodes are characterised by top-view geometrical layouts, e.g. interdigitated, semi-circular, annular or L-shaped electrodes
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体装置に係シ、特に出力トランジスタの保
護に関するものである。
護に関するものである。
MIS電界効果型トランジスタのゲート電極は薄いゲー
ト絶縁膜を介して、半導体基板又はソース、ドレインの
拡散層と対向しており、ゲート電極もしくはドレイン電
極に耐圧以上のノイズ又は誤接続等による高電圧が印加
されると破壊される事がある。これらMIS電界効果型
トランジスタの破壊をもたらす代表的なモードには2つ
あり、第1には、プリント基板に組込まれる前に、靜市
。
ト絶縁膜を介して、半導体基板又はソース、ドレインの
拡散層と対向しており、ゲート電極もしくはドレイン電
極に耐圧以上のノイズ又は誤接続等による高電圧が印加
されると破壊される事がある。これらMIS電界効果型
トランジスタの破壊をもたらす代表的なモードには2つ
あり、第1には、プリント基板に組込まれる前に、靜市
。
気等により、100〜200■、10〜20nSeCの
サージパルスが印加される場合、第2には20〜30V
の大容量電源に誤接続されるか、又は長時間のノイズが
印力[:される場合である。ゲート電極が直接外部に接
続されている場合の対卯は種々検討が加えられ抵抗と寄
生MIS効果型トランジスタ効果を組合せる事で効果的
保霞がなされている。一方ドレイン、ソース電極が直接
外部に接続されている出力トランジスタでは20〜30
Vの電圧が外部から印)IIIさノアると、声いゲート
記・縁膜で電界が集中しブレークダウンが発生する。よ
って上記静電気のサージパルスが印加されると、ブレー
クダウン電圧でフラングし、又パルス幅も短かい為、発
熱を伴う小もなく破壊される事はない。しかし前記第2
の史合には、出力トランジスタのブレークダウン’+t
1−1tす」二の11r圧が長時間印加される事により
接合が発熱し、ゲート絶縁膜もしくは接合が破壊される
事があった。この対策として抵抗を挿入する方法は正常
時に流れる出力電流も制限する事になシ、採用する事が
できない。又寄生MIS効果を利用した保護装置もその
閾値が、ブレークダウンと同等かそれ以上である為、効
果的な対策とはならない。よって従来のMIS電界効果
型半導体装『勾の出力トランジスタではブレークダウン
電圧以上の大容邦のノイズ又は誤接続に対する効果的対
策はなかった。
サージパルスが印加される場合、第2には20〜30V
の大容量電源に誤接続されるか、又は長時間のノイズが
印力[:される場合である。ゲート電極が直接外部に接
続されている場合の対卯は種々検討が加えられ抵抗と寄
生MIS効果型トランジスタ効果を組合せる事で効果的
保霞がなされている。一方ドレイン、ソース電極が直接
外部に接続されている出力トランジスタでは20〜30
Vの電圧が外部から印)IIIさノアると、声いゲート
記・縁膜で電界が集中しブレークダウンが発生する。よ
って上記静電気のサージパルスが印加されると、ブレー
クダウン電圧でフラングし、又パルス幅も短かい為、発
熱を伴う小もなく破壊される事はない。しかし前記第2
の史合には、出力トランジスタのブレークダウン’+t
1−1tす」二の11r圧が長時間印加される事により
接合が発熱し、ゲート絶縁膜もしくは接合が破壊される
事があった。この対策として抵抗を挿入する方法は正常
時に流れる出力電流も制限する事になシ、採用する事が
できない。又寄生MIS効果を利用した保護装置もその
閾値が、ブレークダウンと同等かそれ以上である為、効
果的な対策とはならない。よって従来のMIS電界効果
型半導体装『勾の出力トランジスタではブレークダウン
電圧以上の大容邦のノイズ又は誤接続に対する効果的対
策はなかった。
本発明の目的は、従来装置の出力トランジスタの中にブ
レークダウンによる破壊許容電流に差がある事に注目し
、出力トランジスタの形状に配慮を加える事により、ブ
レークダウンilT、 nit、をトランジスタ全面に
分散させ、これにより、大きな破壊許容電流をもった出
力トランジスタを提供する小にある。
レークダウンによる破壊許容電流に差がある事に注目し
、出力トランジスタの形状に配慮を加える事により、ブ
レークダウンilT、 nit、をトランジスタ全面に
分散させ、これにより、大きな破壊許容電流をもった出
力トランジスタを提供する小にある。
従来出力バッファの回路図は第1図に示される構成をも
つ場合が一般的である。第1図にオ?いて、13.14
が出力トランジスタであり、出力俯11子15を介して
装置外と接続される。以下説明の中ではNチャンネルシ
リコンゲー)MIS電界効牙:型トランジスタを例に曲
明し、ブレークダウン電圧以上が出力端子に印加された
場合の破壊の説明は第1図の出力トランジスタ14に対
して行う。以下出力トランジスタでブレークダウン電圧
v上が印加された場合、牝、流がどのように流れるか第
2同の断面略図によって説明する。
つ場合が一般的である。第1図にオ?いて、13.14
が出力トランジスタであり、出力俯11子15を介して
装置外と接続される。以下説明の中ではNチャンネルシ
リコンゲー)MIS電界効牙:型トランジスタを例に曲
明し、ブレークダウン電圧以上が出力端子に印加された
場合の破壊の説明は第1図の出力トランジスタ14に対
して行う。以下出力トランジスタでブレークダウン電圧
v上が印加された場合、牝、流がどのように流れるか第
2同の断面略図によって説明する。
まずドレイン24にブレークダウン電圧以上のM、圧が
印加されるとゲート23直下のドレイン拡散領域端近傍
で電界が集中しドレインからサブストレート(基板)2
1中にホールが注入される。
印加されるとゲート23直下のドレイン拡散領域端近傍
で電界が集中しドレインからサブストレート(基板)2
1中にホールが注入される。
このホールの一部はサブストレート中でホール−エレク
トロン対を生じ、エレクトロンはドレインに吸収され、
ホールはサブストレート中で再結合するかソース22、
サブストレートにドリフトし、吸収される。これらソー
ス、サブストレートに吸収されたホールが第3図のブレ
ークダウン電流−電圧特性の■に相嶺する市1流である
。更に多くのホールがブレークダウンによってサブスト
レート中に注入されるとソースがホールを吸収しきれな
くなり、ソース近傍のサブストレート電位が士昇し、つ
いにはソースからサブストレートへエレクトロンが注入
される様になシソースをエミッタ、サブストレートをベ
ース、ドレインをコレクタとするNPN寄生バイポーラ
トランジスタがオンし、第3図の■の電流が流れる様に
なシ、ブレークダウン電圧以下でも電流を流しつづける
様になる。
トロン対を生じ、エレクトロンはドレインに吸収され、
ホールはサブストレート中で再結合するかソース22、
サブストレートにドリフトし、吸収される。これらソー
ス、サブストレートに吸収されたホールが第3図のブレ
ークダウン電流−電圧特性の■に相嶺する市1流である
。更に多くのホールがブレークダウンによってサブスト
レート中に注入されるとソースがホールを吸収しきれな
くなり、ソース近傍のサブストレート電位が士昇し、つ
いにはソースからサブストレートへエレクトロンが注入
される様になシソースをエミッタ、サブストレートをベ
ース、ドレインをコレクタとするNPN寄生バイポーラ
トランジスタがオンし、第3図の■の電流が流れる様に
なシ、ブレークダウン電圧以下でも電流を流しつづける
様になる。
■は上記寄生バイポーラトランジスタのオンする領域が
拡大する事によ、b′N、流が増大する。■はブレーク
ダウンによる寄生バイポーラトランジスタ電流によって
MIS電界効果型トランジスタが破壊された場合の特性
である。この様なブレークダウン雷1流を流す時の出力
トランジスタの等価回路は寄生バイポーラトランジスタ
を考慮すると第4図に示される様々ものである。寄生バ
イポーラトランジスタ48はMISii界効果型トラン
ジスタ49と並列して存在し、図中の抵抗46、抵抗4
7はそれぞれドレイン電極42ソース電栖43から見た
等価抵抗であシ、配線、拡散層、コンタクトホール抵抗
によシ構成され、設計パラメータに大きく依存する。抵
抗45はケースアイランドから見た等価抵抗であシ、半
導体基板の厚さ、比抵抗グイ固定のマウント材に依存す
る抵抗であシ、設計パラメータに依らない抵抗である。
拡大する事によ、b′N、流が増大する。■はブレーク
ダウンによる寄生バイポーラトランジスタ電流によって
MIS電界効果型トランジスタが破壊された場合の特性
である。この様なブレークダウン雷1流を流す時の出力
トランジスタの等価回路は寄生バイポーラトランジスタ
を考慮すると第4図に示される様々ものである。寄生バ
イポーラトランジスタ48はMISii界効果型トラン
ジスタ49と並列して存在し、図中の抵抗46、抵抗4
7はそれぞれドレイン電極42ソース電栖43から見た
等価抵抗であシ、配線、拡散層、コンタクトホール抵抗
によシ構成され、設計パラメータに大きく依存する。抵
抗45はケースアイランドから見た等価抵抗であシ、半
導体基板の厚さ、比抵抗グイ固定のマウント材に依存す
る抵抗であシ、設計パラメータに依らない抵抗である。
又半導体基板表面から考えるとすべてのトランジスタに
対して一定である。
対して一定である。
ここで従来から使用されブレークダウン発生時の破壊許
容電流が小さい出力トランジスタの構造例を示す。第5
図において、出力トランジスタのゲート電極55の一方
にドレイン側配緑51およびコンタクト52が、他方に
ソース側配紳54が配される。ここでは出力トランジス
タのソースと接地配線層53の等価抵抗がトランジスタ
のB部分で大きくなっている。更にドレインと出力端子
56を接続している配線層幅が細い為、ドレイン等価抵
抗も13部分で大きくなっている。一方ドレイン1jl
l Aでは出力端子56に近い位置にある為、Bのドレ
イン側よシその等価抵抗は小さい。又、Aのソース側で
は幅広い接地配線53に接続されている為Bのソース側
等価抵抗に比べ小さい。よってブレークダウン電流はA
部分に集中し、ラテラルバイポーラトランジスタがオン
し、これによシ発熱、接合破壊を生じる。本来単位チャ
ンネル幅の破壊電流容開は製造方法、構造によって決定
されている。しかし、従来例に示す様に単に、チャネル
幅を広げるだけでは、ブレークダウン電流が一部集中し
、小さな電流で破壊される。実際RnとRs 、寄生バ
イポーラトランジスタの電流増幅率がMis)ランジス
タのチャンネル幅方向に均一であればチャンネル幅:W
=50μ のトランジスタあるにもかかわらすA j:
’y、点にブレークダウン電流が集中する事によシ2〜
3mA の電流で破壊される欠点があった。
容電流が小さい出力トランジスタの構造例を示す。第5
図において、出力トランジスタのゲート電極55の一方
にドレイン側配緑51およびコンタクト52が、他方に
ソース側配紳54が配される。ここでは出力トランジス
タのソースと接地配線層53の等価抵抗がトランジスタ
のB部分で大きくなっている。更にドレインと出力端子
56を接続している配線層幅が細い為、ドレイン等価抵
抗も13部分で大きくなっている。一方ドレイン1jl
l Aでは出力端子56に近い位置にある為、Bのドレ
イン側よシその等価抵抗は小さい。又、Aのソース側で
は幅広い接地配線53に接続されている為Bのソース側
等価抵抗に比べ小さい。よってブレークダウン電流はA
部分に集中し、ラテラルバイポーラトランジスタがオン
し、これによシ発熱、接合破壊を生じる。本来単位チャ
ンネル幅の破壊電流容開は製造方法、構造によって決定
されている。しかし、従来例に示す様に単に、チャネル
幅を広げるだけでは、ブレークダウン電流が一部集中し
、小さな電流で破壊される。実際RnとRs 、寄生バ
イポーラトランジスタの電流増幅率がMis)ランジス
タのチャンネル幅方向に均一であればチャンネル幅:W
=50μ のトランジスタあるにもかかわらすA j:
’y、点にブレークダウン電流が集中する事によシ2〜
3mA の電流で破壊される欠点があった。
本発明は上記従来の出カドランジス゛りの欠点に鑑みな
されたものであシ、出力トランジスタチャンネル幅方向
に貝ってソース、ドレインと牝、泥液地間に必然的に付
加される等価抵抗RD、Rsを一様に、又は巨視的に一
様にする事、更に寄生ラテラルバイポーラトランジスタ
の電流増幅率を一定にする為にM I S )ランジス
タのチャンネル長をチャンネル幅方向に亘って一様にす
る事を特徴とする。
されたものであシ、出力トランジスタチャンネル幅方向
に貝ってソース、ドレインと牝、泥液地間に必然的に付
加される等価抵抗RD、Rsを一様に、又は巨視的に一
様にする事、更に寄生ラテラルバイポーラトランジスタ
の電流増幅率を一定にする為にM I S )ランジス
タのチャンネル長をチャンネル幅方向に亘って一様にす
る事を特徴とする。
上記対策によりブレークダウン時に流れる電流をチャン
ネル幅方向に一様に分散させ、部分的発熱を防止し、こ
れにより、破壊許容電流を飛躍的に増大させることが可
能となっている。
ネル幅方向に一様に分散させ、部分的発熱を防止し、こ
れにより、破壊許容電流を飛躍的に増大させることが可
能となっている。
以下本発明の内容を実施例記6図に基づき説明する。
まず出力端子66から、その抵抗が無視できる配線61
で出力トランジスタのチャンネル幅方向全域にコンタク
トホール62を介してドレインとの接続を行う。ここで
コンタクトホール62の形状は、チャンネル幅方向に細
長く開口されようと、又は本実施例の如く、小さなコン
タクトホールを一列に並べて開口しても、トランジスタ
チャンネル幅方向に亘ってその等価抵抗が一様になるも
のであれば良い。ソース配線64も接地配線63から引
き出され同様にコンタクトポールによってソースと接続
される。更にコンタクトホールはゲート下部にあるドレ
イン先端から一定の距離を有し、チャンネル幅方向に均
一に配賦する。とれにより■LDは出力トランジスタ全
域に1って均一である。
で出力トランジスタのチャンネル幅方向全域にコンタク
トホール62を介してドレインとの接続を行う。ここで
コンタクトホール62の形状は、チャンネル幅方向に細
長く開口されようと、又は本実施例の如く、小さなコン
タクトホールを一列に並べて開口しても、トランジスタ
チャンネル幅方向に亘ってその等価抵抗が一様になるも
のであれば良い。ソース配線64も接地配線63から引
き出され同様にコンタクトポールによってソースと接続
される。更にコンタクトホールはゲート下部にあるドレ
イン先端から一定の距離を有し、チャンネル幅方向に均
一に配賦する。とれにより■LDは出力トランジスタ全
域に1って均一である。
又、ゲート65のチャンネル長は寄生パ・「ポーラトラ
ンジスタのベース、エミッタ間隔であり、電流増幅率を
決定するから一様にする。次にRnを構成する接地配線
63、コンタクトホールも上記■もDと同様に配置する
。
ンジスタのベース、エミッタ間隔であり、電流増幅率を
決定するから一様にする。次にRnを構成する接地配線
63、コンタクトホールも上記■もDと同様に配置する
。
上記説明した本実施例の出力トランジスタは、あるチャ
ンネル幅でみると、f(、n 、 )Ls 、電流増幅
率が一定であるトランジスタの並列接続となっており、
従ってブレークダウン電流はM I S )ランジスタ
チャンネル幅方向で一様に分散される。本実施例によれ
ばW=1000μ の出力トランジスタでその破壊許容
電流を150tnA以上とする事ができた。
ンネル幅でみると、f(、n 、 )Ls 、電流増幅
率が一定であるトランジスタの並列接続となっており、
従ってブレークダウン電流はM I S )ランジスタ
チャンネル幅方向で一様に分散される。本実施例によれ
ばW=1000μ の出力トランジスタでその破壊許容
電流を150tnA以上とする事ができた。
前記実施例性NチャンネルシリコンゲートM18電界効
果トランジスタについて述べであるが、Pチャンネル、
相補型MISil(界効朱トランジスタにも更にはゲー
ト市、極としてアルミ、白金シリケイト、タンタル等を
使用しても、本勉許の内容が適用できるのは明白である
。
果トランジスタについて述べであるが、Pチャンネル、
相補型MISil(界効朱トランジスタにも更にはゲー
ト市、極としてアルミ、白金シリケイト、タンタル等を
使用しても、本勉許の内容が適用できるのは明白である
。
第1図は出力トランジスタの回路例を示す図、第2図は
MIS)ランジスタを示す模式図、第3図はブレークダ
ウン時の電流電圧特性を示す図、第4図は寄生バイポー
ラトランジスタを含むMIS電界効果型トランジスタの
等価回路を示す図、第5図は従来の出力トランジスタ例
を示す図、第6図は本発明による出力トランジスタ例を
示す図である。 51・・・・・・出力トランジスタのドレ・イン911
1 配#’偽、52・・・・・・セ、′」イl、j +
、う11線jr、:iコンタクト、53・・・・・・1
;・jl!+ Fli’郭1.54・・・・・・出力ト
ランジスタのソース−Il111配線、55・・・・・
・出力トランジスタのゲート負jF、56・・・・・・
出力端−子、61・・・・・・出力!−シ〉′ジスタの
ドレイン1111内i’ l’]、62・・・・・・t
′1)を片べ【己か11層コンタクト、63・・・・・
・や°′、灯:tjU’jL 64・・・・・・出力ト
ランジスタのソースFl lII、’箱1゜ 81図 り3 第7区 第3図 VD 第4図
MIS)ランジスタを示す模式図、第3図はブレークダ
ウン時の電流電圧特性を示す図、第4図は寄生バイポー
ラトランジスタを含むMIS電界効果型トランジスタの
等価回路を示す図、第5図は従来の出力トランジスタ例
を示す図、第6図は本発明による出力トランジスタ例を
示す図である。 51・・・・・・出力トランジスタのドレ・イン911
1 配#’偽、52・・・・・・セ、′」イl、j +
、う11線jr、:iコンタクト、53・・・・・・1
;・jl!+ Fli’郭1.54・・・・・・出力ト
ランジスタのソース−Il111配線、55・・・・・
・出力トランジスタのゲート負jF、56・・・・・・
出力端−子、61・・・・・・出力!−シ〉′ジスタの
ドレイン1111内i’ l’]、62・・・・・・t
′1)を片べ【己か11層コンタクト、63・・・・・
・や°′、灯:tjU’jL 64・・・・・・出力ト
ランジスタのソースFl lII、’箱1゜ 81図 り3 第7区 第3図 VD 第4図
Claims (1)
- 半導体基板上に形成された複数個のM18電界効果型ト
ランジスタを含む半導体装置に於いて、該装置内にあり
外部と直接信号の授受を行うトランジスタのソース、ド
レイン領域へのコンタクトホールがゲート直下の拡散層
先端から一様の距割に配置され、かつチャンネル幅方向
に亘って万遍なく配置され外部との接続手段と前記コン
タクトホール間の抵抗がコンタクトホールの位置に依ら
ず一様又はその変化が無視できるように配線を配置し、
チャンネル長を実効的にほぼ一様にすることにより、ブ
レークダウン電流を巨視的にチャンネル幅方向一様に分
散させ、電流破壊容量を増大させたことを特徴とする半
導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57200552A JPS5990958A (ja) | 1982-11-16 | 1982-11-16 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57200552A JPS5990958A (ja) | 1982-11-16 | 1982-11-16 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5990958A true JPS5990958A (ja) | 1984-05-25 |
Family
ID=16426203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57200552A Pending JPS5990958A (ja) | 1982-11-16 | 1982-11-16 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5990958A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2606935A1 (fr) * | 1986-11-19 | 1988-05-20 | Samsung Semiconductor Tele | Dispositif semiconducteur a protection contre les claquages de jonction |
| US4907861A (en) * | 1985-04-23 | 1990-03-13 | Asahi Glass Company Ltd. | Thin film transistor, method of repairing the film transistor and display apparatus having the thin film transistor |
| EP0724296A3 (en) * | 1995-01-30 | 1996-11-13 | Nec Corp | Field effect transistor with comb-like electrode structure |
| US6598214B2 (en) * | 2000-12-21 | 2003-07-22 | Texas Instruments Incorporated | Design method and system for providing transistors with varying active region lengths |
| EP1973164A3 (en) * | 2007-03-21 | 2012-03-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Thin film transistor and organic light emitting device including thin film transistor |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5627969A (en) * | 1979-08-17 | 1981-03-18 | Hitachi Ltd | Mos semiconductor device |
-
1982
- 1982-11-16 JP JP57200552A patent/JPS5990958A/ja active Pending
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| US6598214B2 (en) * | 2000-12-21 | 2003-07-22 | Texas Instruments Incorporated | Design method and system for providing transistors with varying active region lengths |
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