DE19721322B4 - Elektrostatische Entladungsschutzeinrichtung - Google Patents

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Abstract

Elektrostatische Entladungsschutzeinrichtung, mit:
– einem zwischen einer Anschlußelektrode (45) und einer Vss-Leitung (40) geschalteten ersten Transistor, der einen ersten und einen weiteren Verunreinigungsbereich (33, 36) eines zweiten Leitungstyps (n) aufweist, die in einem vorbestimmten Abstand zueinander in einem Halbleitersubstrat (31) eines ersten Leitungstyps (p) liegen;
– ersten und zweiten Verunreinigungsbereichen (38, 39; 38a, 39a) zumindest eines Feldeffekttransistors, zwischen denen eine Isolationsschicht (37; 37a) liegt,
– wobei der wenigstens eine Feldeffekttransistor auf einer Seite des ersten Transistors liegt und seine Verunreinigungsbereiche (38, 39; 38a, 39a) sich senkrecht zu denen (33, 36) des ersten Transistors erstrecken;
– einer Gateleitung (42), die zwischen dem ersten und dem weiteren Verunreinigungsbereich (33, 36) des ersten Transistors auf dem Halbleitersubstrat (31) verläuft und die mit dem ersten Verunreinigungsbereich (38, 39) des wenigstens einen Feldeffekttransistors ohmsch verbunden ist,
– wobei der erste Verunreinigungsbereich (33) des ersten Transistors mit der Anschlußelektrode (45) und...

Description

    • Priorität Republic of Korea (KR) 19. November 1996 55274/1996
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrostatische Entladungsschutzeinrichtung, die sich dazu eignet, eine im Innern einer Halbleitereinrichtung befindliche Schaltung gegen elektrostatische Entladung zu schützen.
  • Mit kleiner werdender Chipgröße ist es auch erforderlich, Schutzschaltungen gegen elektrostatische Entladung zu minimieren. Bei sehr hoch integrierten Schaltungen oder sehr schnellen Schaltungen spielt dabei die Kapazität der statischen Elektrizität in der Umgebung des Übergangs der elektrischen Entladungsschutzschaltung im Hinblick auf eine RC-Verzögerung eine entscheidende Rolle.
  • Im Falle der Implementierung der elektrostatischen Entladungsschutzschaltung durch einen konventionellen parasitären, bipolaren Transistor (im allgemeinen wird ein Feldtransistor verwendet) gibt es eine Grenze hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Schutzfunktion gegenüber statischer Elektrizität, wenn gleichzeitig die Übergangskapazität der statischen Elektrizität verringert wird. Im allgemeinen ist ein Thyristor in der Lage, mehr als zweimal so große Ströme zu entladen wie ein bipolarer Transistor, so daß sich auf diese Weise eine effizientere elektrostatische Entladungsschutzschaltung mit schmalem Übergangsbereich realisieren läßt als im Falle der Verwendung des bipolaren Transistors.
  • Zur Überwindung dieser Einschränkung wurde bereits ein Verfahren zur Verwendung eines Thyristors (SCR: Silicon Controlled Rectifier) in der US-Patentschrift 4,896,243 vorgeschlagen. Eine typische elektrostatische Entladungsschutzschaltung nutzt dabei die interne Spannung einer Wanne aus.
  • Wie in 1 zu erkennen ist, wird eine N-Wanne 2 in einen vorbestimmten Bereich eines P-Typ Substrats 1 gebildet, wobei in die N-Wanne 2 ein Verunreinigungsmaterial mit niedriger Dotierung injiziert wird. In der N-Wanne 2 werden anschließend ein hochdotierter erster N+-Verunreinigungsbereich 3 und ein erster P+-Verunreinigungsbereich 4 gebildet. In einem vorbestimmten Bereich des Substrats 1 vom P-Typ werden dann au ßerhalb der N-Wanne 2 ein hochdotierter zweiter N+-Verunreinigungsbereich 3a und ein zweiter P+-Verunreinigungsbereich 4a gebildet. Die Ersatzschaltung dieser elektrostatischen Entladungsschutzschaltung ist in 2 zu sehen. Hier entspricht die N-Wanne 2 von 1 einer ersten N-Schicht 22. Der erste P+-Verunreinigungsbereich von 1 wird durch eine Verunreinigungsdiffusion erhalten und entspricht der ersten P-Schicht 24 von 2. Demzufolge wird ein PN-Übergang durch die erste N-Schicht 22 und die P-Schicht 24 gebildet. Die erste P-Schicht 24 ist mit einer Anschlußelektrode (PAD) verbunden. Der zweite N+-Verunreinigungsbereich 3a von 1 entspricht der zweiten N-Schicht 23 von 2. Somit wird ein PN-Übergang auch mit dem ersten P-Typ Substrat 1 von 1 erhalten. Der zweite N+-Verunreinigungsbereich 3a sowie der P+-Verunreinigungsbereich 4a von 1 sind jeweils mit Erdpotential oder Vss verbunden.
  • Wird an die elektrostatische Entladungsschutzeinrichtung nach 1 statische Elektrizität angelegt, so erfolgt ein Durchbruch in der N-Wanne 2, was dazu führt, daß Ladungsträger in das P-Typ Substrat 1 injiziert werden. Die Ladungsträger gelangen in den Übergang zwischen dem P-Typsubstrat 1 und dem zweiten N+-Verunreinigungsbereich 3a, um auf diese Weise den NPN Bipolartransistor zu betreiben. Dabei bildet sich wenigstens ein PNPN Zweig aus, über den die infolge der statischen Elektrizität aufgetretenen Ladungsträger entladen werden.
  • Liegt bei einem siliziumgesteuerten Gleichrichter mit Anwendung der internen Spannung der Wanne die Triggerspannung bei etwa 30 bis 50 Volt, so können die Gateisolationsschicht oder der Übergang der inneren Schaltung durchschlagen, ohne daß sich dabei Probleme hinsichtlich des elektrostatischen Entladungsschutzelements ergeben. Um die Triggerspannung beim siliziumgesteuerten Gleichrichter verringern zu können, wurde daher ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die interne Spannung des Übergangs ausgenutzt wird und nicht die interne Spannung der Wanne.
  • Die 3 zeigt eine elektrostatischen Entladungsschutzeinrichtung, bei der die interne Spannung des Übergangs herangezogen wird. Diese interne Spannung liegt bei etwa 10 bis 15 Volt. Liegt allerdings die Dicke der Gateisolationsschicht unterhalb von 10 nm (100 Å), so beträgt die Durchbruchspannung der Gateisolationsschicht etwa 12 Volt. Das bedeutet, daß der interne Spannung des Übergangs und die Durchbruchspannung der Gateisolationsschicht praktisch gleich sind, was die Eigenschaften der Gateisolationsschicht verschlechtert, und zwar infolge der statischen Elektrizität. Das Problem verstärkt sich noch bei hochintegrierten Schaltungen oberhalb von 256 DRAMs, da hier die Gateisolationsschicht noch dünner ist.
  • Zur Lösung des statischen Elektrizitätproblems wurde bereits vorgeschlagen, einen Thyristor als elektrostatische Entladungsschutzeinrichtung zu implementieren sowie eine zusätzliche Triggerschaltung, um heiße Ladungsträger zu erzeugen, wenn statische Elektrizität angelegt wird, um auf diese Weise die Triggerspannung des Thyristors zu verringern. Der Betrieb der elektrostatischen Entladungsschutzeinrichtung mit dem Thyristor und der Generatorschaltung zur Erzeugung heißer Ladungsträgerwird unter Bezugnahme auf die 4 näher beschrieben.
  • Eine frühere Form einer elektrostatischen Entladungsschutzeinrichtung zur Unterstützung der positiven Polarität (+) von Vcc bezüglich Vss ist ein SCR, gebildet durch die Bipolartransistoren Q1 und Q2, die NPN und PNP-Transistoren sind. Widerstände von N-Wannen und P-Wannen sind in 4 jeweils mit RNW und RPW angegeben. Der SCR (Silicon Controlled Rectifier) wird in einem Niedrigimpedanzzustand durch den Anodenstrom getriggert, der heiße Ladungsträger umfaßt, die vom NMOS-Transistor M1 injiziert werden, welcher mit der Basis des Transistors Q1 verbunden ist. Die Transistoren M2 bis M5 steuern das Triggerverhalten des SCR in Übereinstimmung mit der Änderung der Triggerschwankungen von M1 und ermöglichen die Erzeugung heißer Ladungsträger nur bei der Erzeugung von ESD. Der Transistor M2 ist mit dem Gate von M1 kombiniert und stellt die Spannung Vcc zur Verfügung, so daß er als Kondensator geschaltet ist. Das Gate des Transistors M1 wird als Vss entladen, und zwar durch Ein schalten des Transistors M3, wenn der Transistor M5 eingeschaltet ist. Die geometrische Struktur der Transistoren M2 und M3 garantiert, daß die Gatespannung Vgate größer ist als die Spannung des NMOS FETs während der Erzeugung von ESD. Im Falle eines normalen Betriebs der elektrostatischen Entladungsschutzschaltung, die die Generatorschaltung zur Erzeugung heißer Ladungsträger aufweist, verhindert der Transistor M3 das Triggern des SCRs und bildet die Gatespannung von M1 in Übereinstimmung mit Vss. Der Transistor M4 dient als ESD-Klemme zur Begrenzung der Spannung über der Gateoxidschicht von M2.
  • Bei dieser konventionellen elektrostatischen Entladungsschutzschaltung, bei der heiße Ladungsträger verwendet werden, ergeben sich jedoch einige Probleme.
  • Wird die interne Spannung des Übergangs ausgenutzt, und soll die Einrichtung bei hoher Geschwindigkeit arbeiten, so wird die Gateisolationsschicht dünner mit der Folge, daß sich die interne Spannung der Isolationsschicht verringert. Die interne Spannung des Übergangs wird jedoch nicht verringert. Das bedeutet, daß sich bei Einsatz der internen Spannung die beim Übergang auftretende statische Elektrizität nicht verhindern läßt.
  • Werden andererseits heiße Ladungsträger verwendet, und wird statische Elektrizität infolge der Verschlechterung der Schaltung selbst infolge der Erzeugung heißer Ladungsträger akkumuliert, so arbeitet die Triggerschaltung nicht exakt genug.
  • Nicht zuletzt muß zur Erzeugung der heißen Ladungsträger eine zusätzliche Schaltung verwendet werden, was zu einer komplizierteren Gesamtstruktur führt.
  • Die EP 0 774 784 A2 beschreibt eine Entladungsschutzeinrichtung, bei der ein Eingangsanschluß über einen Widerstand und einen als erstes Schutzelement dienenden bipolaren NPN-Transistor mit einer gemeinsamen Leitung verbunden ist. Ein zweiter bipolarer NPN-Transistor ist zwischen der gemeinsamen Leitung und einem Masseanschluß vorgesehen. Die zueinander parallel liegenden, N-leitenden Diffusionsschichten der beiden NPN-Transis toren liegen dabei ebenfalls parallel zur Längserstreckung der Source- und Drainbereiche eines NMOS-Feldeffekttransistors der internen Schaltung.
  • Aus der neu genannten US 5,440,151 ist eine elektrostatische Entladungsschutzeinrichtung für eine integrierte Schaltung bekannt, die zwischen einer Anschlusselektrode und einer Masseleitung geschaltet ist. Diese elektrostatische Entladungsschutzeinrichtung weist einen ersten Feldeffekttransistor auf, dessen Drain als erster Verunreinigungsbereich über eine Eingangsleitung mit der Anschlusselektrode und dessen Source als weiterer Verunreinigungsbereich mit einer Masseleitung verbunden sind. Die Gateleitung des Feldeffekttransistors ist ebenfalls mit der Masseleitung verbunden, so dass der als NMOS-Transistor ausgelegte Feldeffekttransistor im Normalfall im sperrenden Zustand gehalten wird. Parallel zu dem ersten Feldeffekttransistor ist ein Thyristor geschaltet, dessen Anode über eine Metallisierung mit der Eingangsleitung und der Anschlusselektrode verbunden ist. Die Kathode (erster n-leitender Verunreinigungsbereich) des Thyristors ist mit der Masseleitung verbunden. Unmittelbar neben seiner Anode (p-leitender Verunreinigungsbereich) ist ein weiterer n-leitender Verunreinigungsbereich angeordnet, um die Wanne des Thyristors entsprechend der an der Anschlusselektrode anliegenden Spannung vorzuspannen.
  • Das Substrat vom ersten Leitungstyp (p-leitend) ist ferner über einen weiteren Verunreinigungsbereich vom ersten Leitungstyp ebenfalls mit der Masseleitung verbunden.
  • Aufgrund einer Metallschicht, die die Anode und den zweiten Verunreinigungsbereich des Thyristors mit der Anschlusselektrode verbindet und die über der Oxidschicht, die zwischen der Anode und der Kathode des Thyristors vorgesehen ist, liegt, wird ein Hilfs-Feldeffekttransistor zwischen der n-Wanne und der Kathode geschaffen, dessen Kanal von der Triggerelektrode des Thyristors gebildet wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere elektrostatische Entladungsschutzeinrichtung insbesondere für hoch integrierte Schaltungen bereitzustellen, die ohne die Gefahr einer Beschädigung einen einwandfreien Schutz der inneren Schaltung gegenüber statischer Elektrizität bietet und den Betrieb der inneren Schaltung nicht beeinträchtigt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Entladungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Wie im Anspruch 1 angegeben ist, besteht die erfindungsgemäße Entladungsschutzeinrichtung aus einem ersten Transistor, der zum Ableiten einer Überspannung zwischen eine Anschlußelektrode und eine Vss-Leitung geschaltet ist. Eine Gateleitung des ersten Transistors ist mit einem Source- oder Drainbereich eines weiteren Feldeffekttransistors ohmsch leitend verbunden, der mit seiner Längserstreckung senkrecht zur Längserstreckung des ersten Transistors diesem benachbart angeordnet ist. Dieser weitere Feldeffekttransistor umfaßt Source- und Drainbereiche, die benachbart zu einem Feldoxidstreifen angeordnet sind, der als Gateisolationsfilm genutzt wird. Auf diesem Feldoxid ist als Gateelektrode eine Metallschicht ausgebildet, die mit der Anschlußelektrode verbunden ist.
  • Tritt nun an der Anschlußelektrode eine Überspannung auf, so liegt diese Überspannung an der Metallschicht auf der Isolationsschicht, also am Gate des weiteren Feldeffekttransistors an, so daß dieser in seinen leitenden Zustand versetzt wird. Dem zufolge wird die Spannung von der Vss-Leitung an die Gateelektrode des zwischen Anschlußelektrode und Vss-Leitung liegenden Transistors angelegt, der daraufhin in seinen leitenden Zustand geschaltet wird, um die Überspannung an der Anschlußelektrode ohne Beschädigung der inneren Schaltung abzuleiten. Hierbei wird also der erste, zur Ableitung der Überspannung dienende Transistor mit Hilfe einer relativ niedrigen Steuerspannung geschaltet, so daß für diesen dünne Gateisolationsfilme wie im Bereich der inneren Schaltung eingesetzt werden können, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung der Entladungsschutzeinrichtung besteht.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
  • 1 einen Querschnitt durch eine konventionelle Schutzeinrichtung gegen elektrostatische Entladung;
  • 2 ein Ersatzschaltbild der Einrichtung nach 1;
  • 3 einen Querschnitt durch eine konventionelle Schutzeinrichtung gegen elektrostatische Entladung, bei der die interne Spannung an einem Übergang ausgenutzt wird;
  • 4 ein Schaltungsdiagramm einer konventionellen Schutzeinrichtung gegen elektrostatische Entladung, bei der heiße Ladungsträger verwendet werden;
  • 5 ein Layout einer Schutzeinrichtung gegen elektrostatische Entladung in Übereinstimmung mit der Erfindung;
  • 6 einen Schnitt entlang der Linie I-I' von 5; und
  • 7 einen Querschnitt entlang der Linie II-II' von 5.
  • Im nachfolgenden sollen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben werden.
  • Entsprechend der 5 umfaßt die erfindungsgemäße Einrichtung folgendes: erste und zweite Verunreinigungsbereiche 33 und 34 vom zweiten Leitungstyp an beiden Seiten eines Verunreinigungsbereichs 32 vom er sten Leitungstyp auf einem Halbleitersubstrat (31) des ersten Leitungstyps; eine Wanne (35) vom zweiten Leitungstyp unter den Verunreinigungsbereichen, derart, daß eine Seite der Wanne 35 den Verunreinigungsbereich 34 umgibt, während sich die andere Seite der Wanne 35 nur bis zu einem vorbestimmten Teil über das Halbleitersubstrats 31 vom ersten Leitungstyp erstreckt bzw. bis zu einem vorbestimmten Teil unterhalb des Verunreinigungsbereichs 33 zu liegen kommt; einen dritten Verunreinigungsbereich 36 vom zweiten Leistungstyp in einem vorbestimmten Bereich des Substrats 31 außerhalb der Wanne 35 vom zweiten Leitungstyp, wobei der dritte Verunreinigungsbereich 36 im Abstand vom ersten Verunreinigungsbereich 33 liegt; vierte und fünfte Verunreinigungsbereiche 38 und 38a vom zweiten Leistungstyp, die zwischen sich eine erste Einrichtungs-Isolationsschicht 37 einschließen und welche senkrecht zu den zuerst genannten Verunreinigungsbereichen verlaufen; sechste und siebente Verunreinigungsbereiche 39 und 39a des zweiten Leitungstyps, die den vierten und fünften Verunreinigungsbereichen 38 und 38a vom zweiten Leitungstyp gegenüberliegen und zwischen sich eine zweite Einrichtungs- Isolationsschicht 37a einschließen; eine erste Metallschicht 40 auf den dritten, fünften und siebenten Verunreinigungsbereichen 36a, 38a und 39a vom zweiten Leitungstyp, die mit diesen jeweils über ein Kontaktloch verbunden ist; eine zweite Metallschicht 41 auf den vierten und sechsten Verunreinigungsbereichen 38 und 39 vom zweiten Leitungstyp, die mit diesen über jeweils ein Kontaktloch verbunden ist; eine Gateleitung 42, verbunden mit der zweiten Metallschicht 41 auf dem vierten Verunreinigungsbereich 38 und auf dem sechsten Verunreinigungsbereich 39 über jeweils ein Kontaktloch, sowie auf dem Substrat 31 zwischen den ersten und dritten Verunreinigungsbereichen 33 und 36 des zweiten Leitungstyps; eine dritte Metallschicht 43 auf den ersten und zweiten Einrichtungs-Isolationsschichten 37 und 37a; eine vierte Metallschicht 44 auf den ersten und zweiten Verunreinigungsbereichen 33 und 34 des zweiten Leitungstyps sowie auf dem ersten Verunreinigungsbereich 32 des ersten Leitungstyps, die über Kontaktlöcher mit dem zweiten Verunreinigungsbereich 34 des zweiten Leitungstyps sowie mit dem ersten Verunreinigungsbereich 32 des ersten Leitungstyps verbunden ist; und ei ne Anschlußelektrode (45), die elektrisch mit den dritten und vierten Metallschichten 43 und 44 verbunden ist.
  • Im vorliegenden Fall ist der erste Verunreinigungsbereich 33 vom zweitem Leitungstyp nicht mit der vierten Metallschicht 44 verbunden. Ein bipolarer Transistor wird implementiert durch den ersten Verunreinigungsbereich 32 des ersten Leitungstyps sowie durch die ersten und zweiten Verunreinigungsbereiche 33 und 34 des zweiten Leitungstyps. Die erste Metallschicht 40 auf dem dritten, fünften und siebenten Verunreinigungsbereich 36, 38a und 39a vom zweiten Leitungstyp wird als Vss-Leitung verwendet, um die Versorgungsspannung zuzuführen. Demzufolge wird der Feldtransistor implementiert durch den vierten Verunreinigungsbereich 38 vom zweiten Leitungstyp, die Gateleitung 42, die mit dem vierten Verunreinigungsbereich 38 des zweiten Leitungstyps verbunden ist, und durch den fünften Verunreinigungsbereich 38a des zweiten Leitungstyps. Im vorliegenden Fall ist der erste Leitungstyp ein P-Leitungstyp, während der zweite Leitungstyp ein N-Leitungstyp ist.
  • Entsprechend der 6 enthält die erfindungsgemäße elektrostatische Entladungsschutzeinrichtung die Wanne 35 des zweiten Leitungstyps in einem vorbestimmten Teil des Halbleitersubstrats 31 vom ersten Leitungstyp, wobei der aktive Bereich des Halbleitersubstrats 31 durch eine Feldoxidschicht 61 definiert ist; den ersten Verunreinigungsbereich 33 vom zweiten Leitungstyp angrenzend an den ersten Verunreinigungsbereich 32 vom ersten Leitungstyp, der in der Wanne 35 vom zweiten Leitungstyp liegt, wobei der erste Verunreinigungsbereich 33 vom zweiten Leitungstyp so angeordnet ist, daß seine eine Seite in einem vorbestimmten Teil des Halbleitersubstrats 31 vom ersten Leitungstyp zu liegen kommt, während seine andere Seite mit der Wanne 35 vom zweiten Leitungstyp verbunden ist; den zweiten Verunreinigungsbereich 34 vom zweiten Leitungstyp auf der anderen Seite des ersten Verunreinigungsbereichs 32 vom ersten Leitungstyp; den dritten Verunreinigungsbereich 36 vom zweiten Leitungstyp im Abstand zum ersten Verunreinigungsbereich 33 vom zweiten Leitungstyp sowie in einem vorbestimmten Teil des Halb leitersubstrats 31 vom ersten Leitungstyp; die Gateleitung 42 auf dem Halbleitersubstrat 31 vom ersten Leitungstyp zwischen den ersten und dritten Verunreinigungsbereichen 33 und 36 vom zweiten Leitungstyp, mit der Isolationsschicht auf ihrem Zentrum; die Vss-Leitung 40, die elektrisch mit dem dritten Verunreinigungsbereich 36 vom zweiten Leitungstyp verbunden ist; und die Metallschicht 44 auf dem ersten Verunreinigungsbereich 32 vom ersten Leitungstyp sowie auf dem zweiten Verunreinigungsbereich 34 vom zweiten Leitungstyp, wobei die Metallschicht 44 mit diesen Verunreinigungsbereichen über jeweilige Kontaktlöcher verbunden ist. Im vorliegenden Fall wird der bipolare Transistor durch die Gateleitung 42 sowie durch die Verunreinigungsbereiche 32, 33, 34 und 36 implementier. Der dritte Verunreinigungsbereich 36 vom zweiten Leitungstyp ist mit der Vss-Leitung 40 verbunden.
  • Entsprechend der 7 ist folgendes vorhanden: das Halbleitersubstrat 31 vom ersten Leitungstyp; vierte und fünfte Verunreinigungsbereiche 38 und 38a vom zweiten Leitungstyp in vorbestimmten Bereichen des Substrats 31, zwischen denen die Einrichtungs-Isolationsschicht 37 liegt; die dritte Metallschicht 43 auf der Einrichtungs-Isolationsschicht 37 bzw. 37a, wobei die dritte Metallschicht 43 elektrisch mit der Anschlußelektrode 45 verbunden ist; die Vss-Leitung 40, die mit dem fünften und siebenten Verunreinigungsbereich 38a, 39a vom zweiten Leitungstyp über die Kontaktlöcher verbunden ist; und die zweite Metallschicht 41, die elektrisch den vierten und sechsten Verunreinigungsbereich 38 bzw. 39 jeweils mit der Gateleitung 42 verbindet.
  • Nachfolgend wird die Betriebsweise der so aufgebauten elektrostatischen Entladungsschutzeinrichtung nach der Erfindung im einzelnen erläutert.
  • Wird statische Elektrizität an die Anschlußelektrode 45 angelegt, so wird die Durchbruchspannung der Gate-Elektrode 42 des bipolaren Transistors, der mit dem Feldtransistor verbunden ist, induziert, und zwar in Übereinstimmung mit dem Kopplungsverhältnis zwischen der Kapazität des Feldtransistors und der Gatekapazität des bipolaren Transistors. Der bipolare Transistor wird bei einer Spannung betrieben, die niedriger ist als diejenige Spannung, die verwendet wird, um die Gate-Elektrode 42 des bipolaren Transistors mit Erde zu verbinden. Es ergibt sich mithin derselbe Effekt hinsichtlich der Verringerung der BVDSS durch Induzierung einer vorbestimmten Spannung zur Gate-Elektrode. Der bipolare Transistor arbeitet daher bei der niedrigen Spannung.
  • Wie oben beschrieben, ist die Gate-Elektrode 42 des bipolaren Transistors nicht mit dem Stromversorgungsanschluß verbunden, sondern mit dem Feldtransistor. Wird daher statische Elektrizität angelegt, liegt eine vorbestimmte Spannung am Gate. Die Betriebsspannung des parasitären bipolaren Transistors kann somit durch Erfassung der Rücksprungspannung (snap back voltage) zwischen verschiedenen Größen zur Beurteilung der Eigenschaften des Transistors gemessen werden. Im allgemeinen ist die Snap-back Spannung (Rücksprungspannung) kleiner als die BVDSS Spannung, so daß sich Elektrizität wirksam beseitigen läßt. Die vorliegende Erfindung synchronisiert den Thyristor, um auf diese Weise die Betriebsspannung unterhalb von 10 Volt abzusenken. Die Erfindung kann daher bei Prozessen bzw. Einrichtungen zum Einsatz kommen, bei denen die Dicke der Oxidschicht unterhalb von 10 nm (100 Å) liegt.
  • Die erfindungsgemäße Schutzschaltung gegen elektrostatische Entladung hat die nachstehenden Vorteile:
    Erfindungsgemäß wird keine Schaltung zur Verringerung der Synchronisationsspannung des Thyristors benötigt, so daß sich das Design des Layouts vereinfacht und sich eine bessere Schaltungscharakteristik ergibt. Wird darüber hinaus die aktive Schaltung zur Verringerung der Synchronisationsspannung des Transistors herangezogen, kann die zusätzliche elektrostatische Entladungsschutzschaltung zur Verringerung der BVDSS Spannung entfallen. Nicht zuletzt läßt sich die erfindungsgemäße elektrostatische Entladungsschutzschaltung in einem Prozess verwenden, bei dem die Dicke der Gateoxidschicht auf einen Wert unterhalb von 10 nm (100 Å) eingestellt wird, ohne daß der Prozess geändert werden muß.

Claims (9)

  1. Elektrostatische Entladungsschutzeinrichtung, mit: – einem zwischen einer Anschlußelektrode (45) und einer Vss-Leitung (40) geschalteten ersten Transistor, der einen ersten und einen weiteren Verunreinigungsbereich (33, 36) eines zweiten Leitungstyps (n) aufweist, die in einem vorbestimmten Abstand zueinander in einem Halbleitersubstrat (31) eines ersten Leitungstyps (p) liegen; – ersten und zweiten Verunreinigungsbereichen (38, 39; 38a, 39a) zumindest eines Feldeffekttransistors, zwischen denen eine Isolationsschicht (37; 37a) liegt, – wobei der wenigstens eine Feldeffekttransistor auf einer Seite des ersten Transistors liegt und seine Verunreinigungsbereiche (38, 39; 38a, 39a) sich senkrecht zu denen (33, 36) des ersten Transistors erstrecken; – einer Gateleitung (42), die zwischen dem ersten und dem weiteren Verunreinigungsbereich (33, 36) des ersten Transistors auf dem Halbleitersubstrat (31) verläuft und die mit dem ersten Verunreinigungsbereich (38, 39) des wenigstens einen Feldeffekttransistors ohmsch verbunden ist, – wobei der erste Verunreinigungsbereich (33) des ersten Transistors mit der Anschlußelektrode (45) und der weitere Verunreinigungsbereich (36) des ersten Transistors sowie die zweiten Verunreinigungsbereiche (38a, 39a) des Feldeffekttransistors mit der VSS-Leitung (40) verbunden sind; und – einer Metallschicht (43), auf der Isolationsschicht (37, 37a), die mit der Anschlußelektrode (45) verbunden ist.
  2. Entladungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor zwischen dem ersten Verunreinigungsbereich (33) vom zweiten Leitungstyp und einem zweiten Verunreinigungsbereich (34) vom zweiten Leitungstyp ein erster Verunreinigungsbereich (32) vom ersten Leitungstyp liegt.
  3. Entladungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gateleitung (42) über eine Metallschicht (41) mit dem jeweils einen Verunreinigungsbereich (38, 39) der Feldeffekttransistoren verbunden ist.
  4. Entladungsschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wanne (35) vom zweiten Leitungstyp unter dem ersten Verunreinigungsbereich (32, 33, 34) des Transistors vorhanden ist.
  5. Entladungsschutzeinrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verunreinigungsbereich (32) vom ersten Leitungstyp in der Wanne (35) vom zweiten Leitungstyp liegt, während der erste Verunreinigungsbereich (33) vom zweiten Leitungstyp mit einer seiner Seiten mit dem Halbleitersubstrats (31) vom ersten Leitungstyp und mit seiner andere Seite mit der Wanne (35) vom zweiten Leitungstyp verbunden ist.
  6. Entladungsschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leitungstyp ein P-Leitungstyp ist.
  7. Entladungsschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungsbereiche (38, 39 ; 38a, 39a) der Feldeffekttransistoren vom N-Leitungstyp sind.
  8. Entladungsschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht zwischen den ersten und zweiten Verunreinigungsbereichen (38, 38a bzw. 39, 39a) vom zweiten Leitungstyp des zumindest einen Feldeffekttransistors eine Einrichtungs-Isolationsschicht (37, 37a) auf dem Halbleitersubstrat (31) des ersten Leitungstyps ist, die entsprechend einer Feldoxidschicht ausgebildet ist.
  9. Entladungsschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des ersten Verunreinigungsbereichs (32) vom ersten Leitungstyp und des zweiten Verunreinigungsbereichs (34) vom zweiten Leitungstyp eine elektrisch mit der Anschlußelektrode (45) verbundene Metallschicht (44) vorgesehen ist, die mit diesen Verunreinigungsbereichen (32, 34) über entsprechende Kontaktöffnungen verbunden ist.
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