314656 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明背蕾 發明領域 本發明一般而言像醐於一種半導賭積醱電路元件，尤 其是鼷於一種具有改良遇之靜《崩潰電壓的半導醱積醱 電路元件。 相鼷坊術锐明 在半導體積體電路元件中（此後簡稱LSI),舆封裝密 度之增加有關的靜霣崩潰UK變成一項問題，而且已經 餺要在各種不同之量拥（時作保護，一般而言，採用將遇 電壓接地到基板之二極醱並聯到放置在输入/输出端點 和内部電路之間的输入/輸出電路之結構，在另一方面 ,曾經有一種結構提出，就是將限流電阻器串接到输入 /輪出電路。 但是，在此輸入/输出電路中插入由二極醱或電阻器 所组成之靜電崩潰保護電路並不想彩響输入/输出訊號 ，就此而論，須考慮一種在外部將靜«崩潰保護霄路連 接到输入/輸出霄路之結構。 經濟部中央梂準局員工消費合作社印策 (請先閲讀背面之注^^項再填寫本頁) 第4團到第6圈為靜霣崩潰保護電路在外部連接到此 種輪入/輪出電路的範例，其中第4圏為平面圈，第5 圈為第4團之電路圖，而第6圔為沿第4鼷之線A-A的 描截面圃。 在這些圖中，一内部《I路4 2 0形成在形成L S I晶片之P 型半導體基板100中，且連接一输人端102和一 GHD(接地） 端103, —靜電崩潰保護霣路連接到共接線101以分離輸 本紙張尺度適用中國圃家標準（CNS ) A4规格（210X 297公釐） 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印装 314656 A7 __B7__ 五、發明説明（2 ) 入端102和GND端103。 換言之，输人端102連接在P型半導龌基板中具有 N型擴散層集極112和射極113之HPH雙極性«晶鼷結《 的第一保護構件105，此輪入端102經由第一保護構件105 連接到共接線101,同樣地，GND端103連接具有集極115 和射榷114之第二保護構件106,此GND端103經由第二保 護構件106連接到共接線101。 為了該G H D接線1 0 4要連接到G H D嫌1 0 3 ,在形成内部電 路420之Η型M0SFET(金屬氣化物半導醱場效霣晶體）當 中的其中之一 Ν型M0SFETH1的位置要安排在第一保護 構件105附近。 在此種靜電崩潰保護霣路中，取GHD端103當作參考霣 位，若一負靜電脈衝加到該輸入端10 2,則建立放霣路 徑，如第5圈之路徑Q。 換言之，利用在端點之間加一遇霣壓，’則第一保護構 件105和第二保護構件106皆操作在低《阻狀態，而且霣 荷從第5圔之GHD端103經第二保護構件106,共接線101 ,第一保護構件105和输入端102放電，以保護内部霣路 420 〇 但是，在此傅統的保護電輅中，少數載子，即電子， 利用保護構件之前述操作注入到半導膿基板，而可能會 傷害到在保護構件附件之霣晶體。 例如，參考第6圔説明，酋負靜電脈衡加到具有參考 GHD端103之輪入端102時，由NPN雙極性霣晶龌建構之第 -4 - * 尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（2丨Ο X 297公釐） — (請先閲讀背面之注^^項再填寫本頁) 裝. 訂 '"• 經濟部中央揉準局貞工消费合作社印裝 A7 ______B7__ 五、發明説明（3 ) 一保護《路105作業，因此，根據雙極性«晶髖之操作 理論，霣子從連接到输入纗102之N型擴散層Π2注入到 基板100, —部份注入之«子到連當作保護構件之N型 M0SFET 111,而且在距離D之位置，由在當作連接到GHD 端103之源極的N型擴散靥431之接面的空乏層産生之高 霣場所播得的能Μ而成為熱霣子，此熱«子注入到M0SFET 111之閘極氣化層而迪成特性之改變，且在最差之情形 下，會造成閘極氣化層之崩潰。 從Ν型擴散層112注入刦半導饑基板100之電子，藉由 舆在半導體基板100中之«洞愎合而以相對之距離作指 數函數式之衮減，換言之，在Dui距離位置之電子密度 η基本上正比於exP(-D/L),此處，L為在P型半導醴 基板中霣子之擴散長度，而且可以依製造條件而顬著改 變，但是其範園約為100到500 //·。 因此，在以前技術中，崩潰之容許度可由設定延性_之 if離D大於或等於100 w 而改善.但是.在保護構件附 件，此産生一不能安排積髅霄路之電晶體的呆空間（dead space),此情況類似於各纗點之保護構件，在各端點所 出現之呆空間為阻止降低晶片大小的原因之一。 發明櫪沭 本發明之目的傺提供一種可減少呆空間，可放置保護 構件與要保護之溝件在被此附近而會降低靜電崩潰霣壓 之LSI,因此可實現降低LSI晶片之大小。 根撼本發明之第一形態，一種半導腰稹體«路元件包 本紙張尺度遑用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） ---------^ 裝-- i·I · (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 〇14656 · A7 _B7 五、發明説明（4 ) 含： « 一形成在半導體基板上之内部霣路； 一供應該内部電路输入/輸出訊號之訊號端； 一供應該内部霣路®源之電源供應端； 一共接線； 一提供在訊號端和共接線之間，用以防止靜霣崩潰之 第一保護構件； 一提供在電源供應绱和共接線之間，用以防止靜®崩 潰之第二保護構件；以及 一插在訊號端和第一保護構件之間與在電源供鼴端和 第二保護構件之間其中之一的電阻器構件。 該霄源供應端傜一參考端點，可為接地端，此電源供 應端可為用以供應操作電源之正或負電壓電源端點。 經濟部中央揉準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第一保護構件可為一具有導電型與半導醱基板相反的 一對第一和第二擴散雇之雙極構件，該第一和第二擴散 層傜分開相對放置，該第一擴散層可連接到訊號端，而 該第二擴散層則連接到共接線層，較佳地，第二保護溝 件可具有一對相反導轚型之第三和第四擴散層的雙極性 構件，該第三擴散層可連接到電源供應端，而該第四擴 敗層可另外連接到共接線。 實際上，霣阻器檐件可為一矽化_層，一電流流遇在 訊號端和電源供應端之間所形成之m阻可低於或等於15Ω ,在内部電路的電路構件和訊號端之間的距離d’可滿足。 α ♦ exp(-D/L)= (Rl/R)a · exp(-D'/L) 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 五、發明説明（5 ) 其中α為設定偽數，L為半導體基板之.電子的擴散長 度，R1為電阻器溝件之霣阻，R為II流路徑之霣胆值， 而d為在可能會使電路構件不崩潰下不會造成電路構件 崩潰之距離。 根據本發明之S —形態，一種半導醱稹髏電路元件包 含： 一形成在半導醱基板上之内部霄路； 一供應該内部電路輸入/输出訊號之訊號端； 供醮内部電路電源之第一和第二霣源供應端； 一共接線； —提供在訊號端和共接線之間，用以防止靜電崩潰之 第一保護構件； 一提供在第一電源供應端和共接線之間，用以防止靜 電崩潰之第二保護溝'件； 一提供在第二電源供匾端和共接線之間，用以防止靜 電崩潰之第三保護構件；以及 一插.在訊號端和第一保護構件之間之電阻器溝件。 該第一和第二電源供應端皆可為接地皭。. 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注^^項再填寫本頁) 圓式簡沭 由下面詳細之說明和本發明參考實施例之附画，将更 充分瞭解本發明，但是本發明不應該侷限於參考實施例 ，其只是為了説明與瞭麻。 圜中： ^1園為根據本發明之半導醱積醱霣路元件的第一實 -7 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 314656 A7 A7 B7 五 6 /IV 明説 明發 賁 二 第 的 件 元 路 霣 醱 稍 醱 導 半 之 明 ; 發 圃本 局據 佈根 面為 平圈 之 2 例第 施 實 三 I 的 件 元 路 II 醱 積 體 導 半 之 明 ; 發 圈本 局據 佈根 面為 平圔 之 3 例第 施 局 佈 面 平 的 例 範 之 件 元 路 S 釅 積 醱 ;導 圓半 局统 佈傅 面為 平 之 4 例第 施 圔 圔 A 路線 霣之 之圔 圔 4 4 第明 第沿锐 為為例 _ 圏旃 5 6奮 第第葙 0 及 以 園 面 截 横 的 ，擻 明透 發能 本要 論 了 討為 細偽 詳字 例數 施之 賁明 之説 圖細 附詳 考別 參待 據 ， 根中 將明 ，說 中之 文面 下下 在 的 中 術 技 明 發 本 在 的 顯 明 範人 的為 他廣 其示 在願 .細 行詳 實不 能並 而 ， 細淆 詳混 很的受 會別不 將特明 ,些發 是瘡本 但用使 ，不 了 明可為 發巧 ， 本技面 解些^ 瞭那例 (請先閲讀背面之注^^項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印敢 知之结構。 第1圖為根據本發明之半導匾積饈電路元件的第一實 施例之佈局圖，在第4圈中的那些相似構件將由相同的 參考數字定義，在P型半導體基板100上，形成一未顯 示之内部電路，如内部電路其中之一構件，圖示具有Η 型擴散靥和閛棰Hffi之IT型M0SFET。 在另一方面，輪入端102和GND端103分別連接到該内 部霣路，K型M0SFET 111之N型擴散層431和432其中之 一（431)連接到連至GND端103之GND接線104,然後，該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公鼇） 經濟部中央橾準局員工消費合作社印装 A7 B7 五、發明説明（7 ) 輪入端102經霣阻器1,10連接到第一保護構件105，而GND 端103則直接逋接到第二保嫌構件115，該輸入皤和 該GND端103經第一和第二保護構件1〇5和106連接到共接 線 101。 各自建構第一和第二保護構件和106當作由集極擴 散層112和115與射極擴敗靥113和114建構之NPH雙棰性 霣晶體，在第一保護構件1〇5中，集棰擴散層112經電阻 器110連接到輸入端1〇2,而射極擴散層113則連接到共 接線101。 在另一方面，在第二保護媾件106中，集.極擴散層115 直接連接到GND端103,而射極擴散層114則連接到共接 線101,應該注意到由矽化鎢接線層所形成之電阻器11〇 為5 Ω之電阻。 對於前述之結構，當第一和第二保護構件105和106工 作在取GND端103當作參考《位之相對負靜電脈街加到输 入端102時，一放電《流流經GHD端103,第二保護構件106 ,共接線101，第一保護構件105,霣阻器11〇和输入端 之路徑以保護該内部®路。 此處，各傾保護構件105和106之霉阻值在導通狀態為 2Ω,在第一和第二保護構件105和106之間的共接線101 之寄生電阻值R為1Ω,當可以忽輅其他的接線霣阻時 ，從輪入端102到GND端103之放電路徑的霣阻值變成10Ω ，因此，當没有該電阻器1丨0時，電阻會變成5Ω 〇 因為放電霣流之峰值與放電路徑之電阻值成反比，所 本紙張尽度適用中國國家標準（CNS ) 格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁-) 裝i A7 B7 五、發明説明（8 ) 以當有電阻器110時，此鬣流限制為没有霄阻器110情形 的一半，因此，在此同時，從第e保護構件105之N型 擴散餍112注入之電子鼉基本上變成一半。 在沒有電阻器110時距第一保犟構件105距«Td之位置 的霣子密度等於有電胆器110時距離D’之位置的電子密 度之情形，可以表示為： α · exp(-D/L)= (1/2)α ♦ exp(-D'/L) 因此，當D = 1 0 0 μ ，L = 1 0 0/i 時，可以得到D ’之值 約為30 u η。 換言之，當沒有電阻器110時，若在D=100«b處不會 發生崩潰，則當有電阻器110時，在D|=30W»處可能不 會發生崩潰。 再者，當電阻值增加到10Ω時，該放電電流舆沒有提 供霉阻器110之情形比較變成三分之一，在此同時，同樣 地，谋足 α · exp (-D/L) = ( \ / 3) α · exp ( -D/L) D = 1 0 0 μ n , L = 1 0 0 xx b 之D ’值變成負值。 經濟部中央標準局員工消費合作社印笨 (請先閲讀背面之注^^項再填寫本頁) 換言之，若當没有電阻器110時，在D=100W*處不會 發生崩潰，當電阻器110增加為10Ω時，即使在距離D’ 為零處，也绝不會發生崩潰。 事《上，當電阻器110之值非常大時，端點之間的電 壓會提高靜電放電，而造成内部電路之保護可靠度的退 化，因此.霣阻器110之較佳霣阻設.定值為使放霣路徑 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4g ( 210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（9 ) 於流· 小電 阻« 霣放 總當 之 · 下 形 情 此 在 示 所 例 施 實 如 Ω 5 於 等 或 V 5 為 壓 電 大 最 的 間 之 點 端 時 A 1X 為 值 峰 之 0 η ο 於 低 壓 電 此 所 S 霣 抗 反 的 層 矽 化 C 氣護 二保 之的 厚好 良 持 保 以 可 路 m 為部 因内 ，以 ，件 此構 因的 路 在 示 所 列 施 實 如 件 構 護 保 就 間 空 的 大 持 保 要 箱 不 間 之 電要 部鬍 内不 和的 5 ί ο 螢 ί 會
•除 此消 因於 ，對 間相 空在 呆以 之可 加小 增大 度 Η 密晶 裝低 封降 I β S ^ IhL度 1IJ密 阻裝 成Μ 會高 就較 然If 不LS 成 完 下 伸 延 間 空 之 (請先閲讀背面之注^^項再填寫本頁) 装· 第2髓根嫌本發明之半導體稱體霣路元件的第二實施 例，在第2園中，類似於第〗團中的那些構件以相同的 參考數字定義，在顯示之實施例中，轚阻器110僳安置 在GND端103和第二保護構件106的集棰擴散層115之間， 在另一方面，在输入端1〇2和第一保護構件105之間並沒 有插入霣阻器。 如前所述，卽使當霣阻器110迪接在GND端103的邊綠 時•放霣霄流也會受到限制，如第一實施例所述，而且 可能允許在第一保護構件105和内部霉路的N型M0SFET 111之間的距離。
第3圔為根據本發明之半導醴積體電路元件的第三實 施例.在第3圖中，類似於第1 _和第2圖中的那些構 件以相同的參考數字定義，在顯示之賁施例中，内部電 路之N型MOSFET 111A和111B安置在半導體基板1〇〇上所 提供之輸人端102的相同供，此外，逭些N型MOSFET 111A -11- 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐）
.1T 經濟部中央揉準局®C工消费合作社印裝 314656 A7 B7 五、發明説明（) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 和111B的各源極各自經由GHD接線104&和1046彼此軍獮 地連接到第一和第二GND端103&和1038。 输入端102經由電阻器110連接到第一保護携件1〇5之集 極擴散層112,而射棰擴散層113則連接到共接線101。 在另一方面，第二保護構件106A和第三保護構件106B 之各集極擴散層115丨和1158银直接連接到各6»0嫌1〇3八 和103B,各保護構件106A和106B之射極攘散曆114A和114B 則連接到共接線1 〇 1。 在前述之结携方面，假設霣阻器no之《阻為οω ,而 且當各保護構件105A, 106A和106B之導通電阻為2Ω時， 共接線101從第一保護構件105到第二保護構件106A之寄 生霣阻值R1為1Ω,而共接線從第一保護構件105到第三 保護構件106B之寄生霣阻1{2為6Ω,在施加取第一 GHD端 103A笛作參考電位之負靜霣脈衡到输入端102時，放霉路 徑之«阻值為5Ω ,而且在施加取第二GHD端103B當作參 考霣位之負靜電脈衝到输入皭102時，放霣路徑之霉粗 值變成10Ω。 在取第一 GHD端103A當作參考霣位之情形，而且不會發 生崩潰之最小距離D1假設為50 WB，谋足 α ♦ exp(-D1/L)= i\/ 2) α ♦ exp(-D2/L) D 1 = 5 0« b , L = 1 0 0 w n 之D2變成負值，因此，即使D2等於零，也绝不會發生崩 潰。 換言之，當没有霣阻器110時，在從第一保護構件105 12- 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（21QX297公釐） 請 先 閲 讀 背 Λ 之 注 項 再 f 窝 本 頁 裝 訂 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印製 A7 _B7_ 五、發明説明（"） 到内部«路構件不會發生崩潰之距離的E分取決於取第 一 GND端103A和第二GO端103B當作參考端，反之，此意 級酋從保護構件到内部電路之距離以常數參考值設計時 ，反抗《壓可以依灌擇當作參考«之6〇纗埴分。 但是，在根據本發明之半導體積醴霣路元件之中，《 阻器110設定之霣阻值要大於0Ω,例如5Ω或更大，在 此情形下，若S擇第一 GHD纗103A當作參考纗，則放霣 路徑之《阻變成1 0 Ω ,若g擇第二G H D端笛作參考端， 則變成1 5 Ω ,因此，谋足 a · exp(-Dl/L)= (1/2)α · exp(-Dl'/L) a · exp(-D2/L)= (1 / 2) a · exp(-D2'/L) Dl=50^·, L= 100^1, 之Dl’和D2’變成負值，在任何一種情形下，都绝不會 發生崩潰，結果，利用提供之霣阻器11D,可以限制反 抗«壓的差異且/或由於參考端不同所造成的變動。 雖然本發明已經用實施例之範例説明和描述，但是應 該可以»由前述的和作其他各種不同的變化，省略和增 加的技術中的那些技巧瞭解，並不會超出本發明之精神 和範圍，因此，應該瞭解本發明並不偈限於前述待定的 實施例，而是包含所有在所附申誚專利範圍之待數說明 中，其精神包含和等效之可實施的實施例。 例如，當前述之實施例根據在輪入*和GND端之間舉 例時，卽使在输出端和GND端之間也適用相同的想法， 此外，即使在输入端或输出端和霣源靖之間也適用於本 -1 3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 314656 A7 B7 . 五、發明説明（12 ) 發明。 如前所述，本發明可以藉由在接地或電稞嶠和保護構 件之間或在输入/輸出端和保護構件之間連接電阻，降 低由於可經由共接線産生之放霣霣流而阻止内部電路構 件之靜霣崩潰霣壓，因此，在内部II路構件和保護構件 之間的距離可以降低没有呆空間提供之基本要求，使允 許實現LSI晶Η有較离的封裝密度或降低大小，此外， 當有許多接地端或罨源端時，可以抑制外加靜電脈衝之 參考端有鼸的反抗電Κ之變動。 ---------C 裝------訂------《' a 彙 - (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局員工消費合作社印策 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4^#· ( 210Χ297公嫠）