JPS61237472A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS61237472A
JPS61237472A JP60079645A JP7964585A JPS61237472A JP S61237472 A JPS61237472 A JP S61237472A JP 60079645 A JP60079645 A JP 60079645A JP 7964585 A JP7964585 A JP 7964585A JP S61237472 A JPS61237472 A JP S61237472A
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Takeo Fujii
藤井 威男
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D89/00Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
    • H10D89/60Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD]
    • H10D89/601Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs
    • H10D89/811Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs using FETs as protective elements

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

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、半導体入力保護装置に関する。
〔従来の技術〕
半導体装置、特に絶縁ゲート型電界効果集積回路装置(
MOS IC)では、ゲート絶縁膜として厚さ200〜
300又と非常にうすい酸化シリコン膜が使用されてお
り、摩擦により生ずる静電気や、ノイズ電圧などにより
容易に絶縁破壊し、入力保護装置を設けないと実使用上
支障があることはよく知られている。また、今後、MO
S ICは高集積度、高性能化がすすみ、ゲート絶縁膜
はさらに薄膜化の方向にあり、問題は重大となりつつあ
る。
第2図は従来の半導体保護装置の等価回路図である。こ
の等価回路は、抵抗鴇、鴇と、ゲートが入力端子Pと抵
抗への一端に、ドレインが抵抗への他端と抵抗への一端
に、ソースが接地に接続されたトランジスタQ8と、ゲ
ートとソースが接地(二、ドレインが抵抗への他端と内
部回路であるトランジスタQ、の入力ゲートに接続され
たトランジスタQ、により構成されている。
入力端子Pは通常、ポンディング用のアルミバットに接
続されている。また、トランジスタQ、は保護さるべき
トランジスタを表わしており、そのゲート絶縁膜は、前
述のように、厚さ200〜300λの酸化シリコン膜が
使用される。トランジスタQ!は、バンチスルートラン
ジスタで、ソース・ドレイン間に20V前後の異常電圧
が印加されると導通し、入力電圧をクランプする働きが
ある。トランジスタQ、のゲート絶縁膜としては、トラ
ンジスタQ、と同様のものを用いることが普通である。
トランジスタQ、は、しきい値電圧が20V程度のトラ
ンジスタで、 5oooX程度の厚い酸化シリコン膜が
ゲート絶縁膜として用いられており、通常いわゆるチャ
ネルストッパ領域と同時に形成される。抵抗へ、電は、
時定数を設けて入力パルス波形をなまらせ、また、トラ
ンジスタQ、あるいはQ、が導通状態になった際に電流
を制限する目的があり、通常半導体基板と反対導電型の
不純物拡散層あるいは、リンなどの不純物を含んだ多結
晶シリコン層で形成することが多い。
第3図は第2図の等価回路を半導体上に具体化した場合
の平面図で、抵抗素子R1* R1として不純物拡散層
を用いている。
点線で囲んだ部分は能動領域である不純物拡散層304
.306.307.一点鎖線で囲んだ領域はリンを含む
多結晶シリコン層310.実線で囲でだ領域はコンタク
ト開口部303.305.308.312およびボンデ
ィングパット301とアルミ配線層309、破線で囲ん
だ部分はボンディング用のパッドスルーホールパターン
302をそれぞれ示す。ボンディング用パッド301は
アルミパターンで形成され、半導体チップ表面全体を覆
っているパッシベーション膜(不図示)がパッドスルー
ホール302の部分だけ除去され、ボンディングワイヤ
(不図示)でパッケージのリード電極(不図示)と接続
できるようになっており、これが第2図の入力端子Pに
相当する。
そしてポンディングパッド301(入力端子P)はコン
タクト開口部303を通して不純物拡散層306(第2
図の抵抗R1t:相当)と接続され、さらにこの不純物
拡散層306(抵抗鳳)を経てトランジスタQ1のドレ
イン領域QiD (:至る。また、トランジスタQ、の
ソースを形成する不純物拡散層307はコンタクト開口
部308を通して接地電位のアルミ配線層309に接続
され、さらに、抵抗R8を形成する不純物拡散層306
の領域を経てトランジスタQ2のドレイン領域(不図示
)に至る。また、接地電位に保たれた多結晶シリコン層
310によりトランジスタQ、のゲート電極(不図示)
が形成され、一方トランジスタQ、のソース(不図示)
を形成する不純物拡散層306の領域はコンタクト開口
部312を通して接地電位のアルミ配線層309に接続
されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第3図の半導体入力保護装置の従来例は、入力保護機能
という点ではかなり高い水準に達している。たとえば実
験例では、2000Vで100pFのコンデンサを充電
した後、15kQの直列抵抗を介して入力ビン・接地電
位端子間に印加、放電を5回くり返してもリーク電流の
増加など見られないという結果が得られている。
しかしながら、この入力保護機能は実際C:はレイアウ
トに大きく依存しレイアクト上の制約となることが多い
という問題点がある。
たとえば、第3図においてポンディングパッド301に
異常電圧が印加されると、この部分には何らの保護機構
もないためこの異常電圧がトランジスタQ、 、 Q、
などの保護素子に伝達される以前C二、コンタクト開口
部303付近の不純物拡散層306の接合がプレークダ
クンしてしまう。このとき、コンタクト開口部303付
近屯:他の基準電位の不純物拡散層304の領域が存在
すると、異常電流が不純物拡散層306の接合部のごi
く一部(不図示)C二集中し、その部分が瞬時的に高温
になり接合部の破壊や上部アルミの溶融・短絡を生ずる
。また、不純物拡散層306の接合部I:とって順方向
のサージ電圧の場合は、不純物拡散層304の接合が破
壊される。この場合、コンタクト開口部305が1つし
かない小さな拡散層という場合(:はさらに問題が顕著
となる。
このように、従来の入力保護装置では、他の入力パッド
に付属している入力保護装置、内部回路などの不純物拡
散層との位置関係に注意を要し、レイアクト上の制約事
項となっている。
さらに、抵抗Rs = Rt (不純物拡散層306に
より形成)が存在するため情報伝達の高速化を妨げると
いう問題点もある。
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、−導1!型の半導体基
板上に近接して延在し一方は接地端子あるいは電源端子
に接続され、他方は抵抗素子を介さずに入力端子シー接
続された、他導IE型の二つの不純物拡散層領域を有し
、これら二つの不純物拡散層領域間の分離領域には導電
性電極層を含まないことを特徴とする。
入力端子に異常電圧が印加されると、これに接続された
一方の不純物拡散層と、接地端子または電源端子に接続
されて基準電位に保たれた他方の不純物拡散層の間が短
絡されることによって高機能の入力保護装置が得られる
〔実 施 例〕
次に、本発明の実施例C;ついて図面を参照して説明す
る。
第1図囚は本発明の半導体入力保護装置の一実施例を示
す平面図で、第1図(ロ)は、第1図に)のX−Y線断
面図である。第1図に)C二おいて不純物拡散層103
.104は点線、多結晶シリコン層105.106は一
点鎖線、アルミ配線層111とポンディングパッド10
1およびコンタクト開口部107.108.109゜1
10は実線、ポンディング用スルーホール102は破線
でそれぞれ示されている。
本実施例では、ポンディングパッド101.ボンディン
グ用スルーホール102は従来例と同様であるが、ポン
ディングパッド101はコンタクト開口部107を介し
てリンを含んだ低抵抗多結蟲シリコン層105(二接続
され、さらに、他のコンタクト開口部108を介して基
板113の上C:形成された不純物拡散層103に接続
されている。全く同様に、不純物拡散層103と隣接す
る不純物拡散層104と接地電位あるいは電源電位のア
ルミ配線111との接続もコンタクト開口部109、リ
ンを含んだ多結晶シリコン層106、コンタクト開口部
110を介して形成されている。また、この装置はパッ
ドスルーホール102の領域を除いて厚い酸化シリコン
膜112が被着されている。
不純物拡散層103と104は、間隔4μ簿長さ120
μmにわたって隣接している。さらに、この隣接した領
域103.104に常&ニ一様な電界が加わるようにコ
ンタクト開口部107.108.109.110の形状
や、ポンディングパッド101およびアルミ配線層11
1の端も前記隣接領域103.104と平行に配置され
ている。
この入力保護装置は、ポンディングパッド101C:異
常電圧が印加されると、これに接続された不純物拡散層
103と、接地電位あるいは電源電位に保たれた不純物
拡散層104が、上述の通り極めて狭い間隙で隣接して
いるため短絡し、保護機能を果す。
また、本実施例では、多結晶シリコン層105゜106
をlOμm程度とわずかに挿入することによりポンディ
ングパッド101とアルミ配線層111を不純物拡散層
103.104から垂直方向(厚さ方向)かつ水平方向
にはなす工夫がなされている。これは、異常電圧が印加
された際に、電流により瞬時的C二発熱し、アルミが溶
融し、短絡する現象を避けるためである。本実施例の場
合、多結晶シリコン層105、106の下の部分にもフ
ィールドの厚い酸化シリコン膜112と重ならない部分
には、不純物拡散領域を形成しておく必要があるため、
たとえば多結晶シリコン112を被着する以前に不純物
を導入しておくとよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、一導電型の半導体基板上
に隣接して延在する他導電型の2つの不純物拡散層領域
間の分離領域には導電性電極層を含まぬことにより、異
常電流が印加され、ブレークダウンした際電流が集中す
ることを緩和でき、また、ブレークダウンする接合の近
傍に基準電位の不純物拡散層を配置しているため、他の
入力パッドに付属している入力保護装置、内部回路など
の不純物拡散層との位置関係に関する考慮なしに、入力
保護装置のレイアウトを自由に行なうことができる。
たとえば、パッドの間隔を小さくできたり、または、内
部回路特に、メモリセルアレイやデコーダアレイなど小
さなコンタクトを多用した領域の近くにパッドと入力保
護装置を配置できるなど、半導体チップの高集積化、小
チップ化書=寄与する。
また、不純物拡散による抵抗層もないため、装置の高速
化に寄与する効果もある。
【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図は
従来例の等価回路図、第3図は第2図の実際のパターン
例の平面図である。 101・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 
ポンディングパッド102・・・・・・・・・・・・・
・・・・・…パッドスルーホール103、104・・・
・・・・・・・・・・・・不純物拡散層107、108
.109.110・・・ コンタクト開口部110・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・アルミ配線層
113・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・半
導体基板PJ1図 第2図 jFi3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、一導電型の半導体基板上に近接して延在し、一方は
    接地端子あるいは電源端子に接続され、他方は抵抗素子
    を介さずに入力端子に接続された、他導電型の2つの不
    純物拡散層領域を有し、前記2つの不純物拡散層領域間
    の分離領域には導電性電極層を含まないことを特徴とす
    る半導体入力保護装置。 2、前記2つの不純物拡散層領域がアルミ配線層とそれ
    ぞれ多結晶シリコン層を介して接続されている特許請求
    の範囲第1項記載の半導体入力保護装置。
JP60079645A 1985-04-15 1985-04-15 半導体装置 Granted JPS61237472A (ja)

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JP60079645A JPS61237472A (ja) 1985-04-15 1985-04-15 半導体装置
EP86105169A EP0198468B1 (en) 1985-04-15 1986-04-15 Protective device for integrated circuit
DE8686105169T DE3682098D1 (de) 1985-04-15 1986-04-15 Schutzanordnung fuer eine integrierte schaltung.

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JPH0518466B2 JPH0518466B2 (ja) 1993-03-12

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