JPH0145233B2 - - Google Patents

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JPH0145233B2
JPH0145233B2 JP59278438A JP27843884A JPH0145233B2 JP H0145233 B2 JPH0145233 B2 JP H0145233B2 JP 59278438 A JP59278438 A JP 59278438A JP 27843884 A JP27843884 A JP 27843884A JP H0145233 B2 JPH0145233 B2 JP H0145233B2
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JP
Japan
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transistor
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diffusion region
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JP59278438A
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JPS61150364A (ja
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Tokihiko Wakayama
Takeshi Ichanagi
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/092Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
    • H01L27/0921Means for preventing a bipolar, e.g. thyristor, action between the different transistor regions, e.g. Latchup prevention

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は同一半導体チツプ内にP及びNチヤネ
ル型MOSトランジスタを有する相補MOS型の半
導体装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
CMOS型IC(相補MOS型集積回路)は優れた電
気的特性を有することから、従来より多くの応用
分野で使用されている。CMOS構造で構成され
る種々のデバイスのうち、基本的な回路はインバ
ータであつて、その回路構成を第4図に示す。図
示した如くCMOSインバータは、PMOSトラン
ジスタP1とNMOSトランジスタN1とを相互接続
して構成される。即ちこれらトランジスタP1
N1のゲートを相互接続して入力VINに接続し、ま
たこれらトランジスタのドレインを相互接続して
出力VOUTに接続する。トランジスタP1のソース
を正電源VDDに接続すると共に、トランジスタN1
のソースを接地電源VSSに接続して構成している。
このようなCMOSインバータに代表される
CMOSデバイスにおいては、PMOSトランジス
タとNMOSトランジスタを形成する場合に、例
えばN型基板を使用した場合には、Pウエル層と
呼ばれる電気的に分離された領域が形成される。
従つてMOSトランジスタのソース及びドレイン
を形成する拡散領域とPウエル層及びN型基板と
の間で、種々のバイポーラトランジスタが寄生素
子として構成される。
この点について、第5図に示したCMOSイン
バータの断面図で説明する。即ち基板1はN型の
半導体物質で構成されており、その中にP型ウエ
ル層2が形成される。基板1の表面には、P型の
拡散領域3A,3Bが形成されており、表面上に形
成されたゲート絶縁膜の上に被着形成されたゲー
ト電極4と共にPMOSトランジスタP1を構成し
ている。拡散領域5は、正電源VDDを基板1に接
続するためのN型の高ドープ領域である。一方P
ウエル層2の表面には、N型の拡散領域6A,6B
が形成されており、Pウエル層2の表面上に形成
されたゲート絶縁膜の上に被着形成されたゲート
電極7と共にNMOSトランジスタN1を構成す
る。拡散領域8は、Pウエル層2を接地電源VSS
に接続するためのP型高ドープ領域である。
第5図に示したCMOSインバータにおいて、
各所に寄生素子としてバイポーラトランジスタが
形成されており、例えば縦方向(バーチカル)バ
イポーラトランジスタQ1,Q2、横方向(ラテラ
ル)バイポーラトランジスタQ3,Q4等が存在す
る。これらの寄生バイポーラトランジスタと基板
1及びPウエル層2内における抵抗とを考慮する
と、第6図に示すような等価回路を描くことが可
能である。第6図において接続点91は基板を示
しており、接続点92はPウエル層を示している。
従つて抵抗R1〜R5は基板1内に分布している抵
抗であり、抵抗R6〜R10はPウエル層2内に分布
している抵抗である。
第6図において、例えば出力VOUTに接地電位
より低い電圧が印加されたとすると、接地電源
VSS−抵抗R9−抵抗R6−トランジスタQ2−出力
VOUTの経路で電流が流れ、トランジスタQ2が導
通状態とされる。その結果トランジスタQ2のコ
レクタ電流が、正電源VDD−抵抗R1−抵抗R4−ト
ランジスタQ2−出力VOUTの経路で流れる。その
結果トランジスタQ4のベース電位が降下し、ト
ランジスタQ4が導通状態となる。するとトラン
ジスタQ1のベース電位が上昇し、トランジスタ
Q1も導通状態となる。このような状態において
は、トランジスタQ1,Q4のコレクタ電流が互い
のベース電流を供給し合うので、出力VOUTに前
記負の印加電圧が消えた後においても、正電源
VDDとの間に電流が流れ続け、即ちラツチアツプ
現象が発生するものである。このようなラツチア
ツプ現象は電源を一度オフしない限り、電流が流
れ続ける。
このようなサイリスタ回路によるラツチアツプ
現象は、出力VOUTに正の過電圧が印加された場
合でも、また入力端子に正または負の過電圧が印
加された場合でも発生する可能性があり、デバイ
スの損傷或いは劣化を発生する。このため
CMOSデバイスにおける上記のようなラツチア
ツプ現象を防止するために、従来種々の方法が提
案されている。例えば従来のCMOSプロセスを
使用する場合には、入力のダイオードや出力部分
のトランジスタの配置位置を充分考慮して、寄生
トランジスタが活性領域に入らないようにする方
法があり、またVGウエハと呼ばれるエピタキシ
ヤル層を利用した対策とか、SOS(Silicon On
Sapphire)構造等を使用した新しいプロセス技
術を使用して、寄生素子が発生しないような構成
とする方法がある。
しかしながら前者の方法の場合には、チツプパ
ターンの設計段階で寄生素子の特性を充分把握す
ることが困難であり、試行錯誤による改善に頼ら
ざるを得ず、またその場合の対策もパターン間隔
を広げる等の方法によるものであつて、チツプ面
積が増大されがちであるという欠点を有してい
る。また後者の方法の場合には、新しいプロセス
技術を確立する必要があり、コストアツプの増大
を招くという欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明は、CMOSデバイスにおけるラツチア
ツプ現象の原因は、寄生バイポーラトランジスタ
を動作させるに必要な電位を、基板内及びウエル
領域内に存在する抵抗が生み出すことであり、云
いかえると基板とソース拡散とに電位差があるこ
とである点に着目したもので、基板内及びウエル
領域内に存在する抵抗値を下げ、かつチツプサイ
ズを増大させることなくラツチアツプ現象の対策
を可能にした半導体装置を提供しようとするもの
である。
〔発明の概要〕
本発明は、MOSトランジスタを構成するソー
ス拡散領域、ドレイン拡散領域のうち、ソース拡
散領域内にそれぞれ基板拡散を設置し、素子の外
側だけに設置されていた基板拡散を素子の内側ま
で設けることで、より高い基板とソース拡散との
同電位性をもたせ、ラツチアツプに対して強い相
補MOS型集積回路を得るようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。第1図はシリコンゲートを用いたCMOSイ
ンバータ回路のパターン図である。この図におい
てPMOSトランジスタP1を構成するものは、P+
ソース拡散領域3C、P+ドレイン拡散領域3D、ポ
リシリコンでなるゲート電極47及び電源VDD
線(アルミニウム配線)48と基板とを接続する
N+型の拡散領域51とがあり、勿論P+ソース拡
散3Cも電源VDDと接続されている。Pウエル領域
49内に形成されたNMOSトランジスタN1を構
成するものは、N+ソース拡散領域6C、N+ドレ
イン拡散領域6D、ポリシリコンでなるゲート電
極47、及び電源VSS配線(アルミニウム配線)
50とPウエル領域49とを接続するP+型の拡
散領域81とがあり、勿論N+ソース拡散領域6C
も電源VSSと接続されている。第1図中左下がり
のハツチングはN+拡散領域を示し、右下がりの
ハツチングはP+拡散領域を示す。なお図中、接
続に必要なコンタクト及びP+拡散領域−N+拡散
領域と分離するパターンは省略している。
更に本発明の特徴を第1図で説明すると、
PMOS側では、トランジスタの外側のみに設置
されている基板と接続するN+の拡散領域51と
同等の拡散領域52が、P+ソース拡散領域3C
に設置されている。NMOS側では、やはりトラ
ンジスタの外側のみに設置されているPウエル領
域49と接続するP+の拡散領域81と同等の拡
散領域82がN+ソース拡散領域6C内に設置され
ており、その大きさlは10μ程度で、l′(20μ程度)
はソース拡散領域幅と同じ幅で設置される。そし
てこの基板拡散を挿入したときに、トランジスタ
特性に影響が出ないように、P+及びN+のソース
拡散領域の残りの部分(w−l)を考慮して設置
されている。
またこれらの拡散領域52または82は、トラ
ンジスタ長Wの大きさに応じて複数個設置しても
よい。第2図はその実施例で、トランジスタ長W
が大きい場合を示す。トランジスタ長Wが大きい
場合には、ゲート電極47をN本に分割し構成す
る場合が多く、基本的な考え方は第1図と同等に
なるため、ソース、ドレイン、基板拡散等は同符
号を用いて説明を省略する。
しかしながらこれらの考え方、つまりソース拡
散領域に基板拡散を設置する方法は、シリコンゲ
ート構造のみならず、アルミニウムゲート構造の
場合でも使用することができる。その実施例を第
3図に示す。これはトランジスタ部のみとり出
し、PMOS及びNMOSも同様の考え方であるた
め、1つの図で兼示してある。即ちP+ソース拡
散領域3EまたはN+ソース拡散領域6E、及びP+
ドレイン拡散領域3FまたはN+ドレイン拡散領域
Fがある。P+ソース拡散領域内及びN+ソース拡
散領域内に、それぞれ基板と接続するためのN+
拡散領域53またはPウエル領域と接続するため
のP+拡散領域83が設置されており、その大き
さl1は10μ程度で、l′1はソース拡散領域幅と同じ
幅で設置されている構造である。80はアルミニ
ウムゲート電極である。
上記のような基板設置方法は、チツプ内に構成
された全てのPMOS、NMOSトランジスタのソ
ース拡散部分に確実に設置することができ、基板
拡散領域を設置するために素子間を広げたり、レ
イアウト上の制約をあまり受けずに、基板内に存
在する抵抗値を下げ、基板とソース拡散領域の同
電位性を高め、ラツチアツプを防止することがで
きるものである。
〔発明の効果〕
従来起り得るラツチアツプ現象は、CMOSデ
バイスにおいて存在する寄生バイポーラトランジ
スタと抵抗との組み合わせによるサイリスタ回路
の構成によるものである。しかしその中でも、存
在する抵抗を無くしたり、また無くすまでいかな
くともその抵抗値を下げれば、ラツチアツプに対
して強くなる。つまり寄生バイポーラトランジス
タのベース部分となる基板と、寄生バイポーラト
ランジスタのエミツタ部分になるソース拡散領域
に電位差を生じさせない方法であるが、そのため
に素子間を広げ多くの基板拡散を設置したり、素
子配置に制約があつた場合は、チツプサイズが増
大する可能性が大きい。
しかし本発明によれば、チツプサイズを増大さ
せることなく、また配置方法の制約をあまり受け
ずに、確実に存在する基板、ソース間抵抗値(電
位差)を下げることができ、ラツチアツプに強く
できる。即ちチツプサイズを、電源電圧を下げず
に比例縮小した場合、デバイス内部の電界が強く
なつたり、またトランジスタのgm(コンダクタン
ス)が向上し、ソース・ドレイン間を流れる電流
密度が上がつた時に生じるインパクトイオン化に
よる基板電流を、トランジスタのチヤネル部分に
最も近く、基板拡散を設置するこの施策で、発生
した基板電流をいち早く吸収することができ、従
つて電位差の発生が少なく、基板電流がトリガと
なるラツチアツプ(特にNMOS領域内部で起こ
りやすい)を防止することができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すパターン平面
図、第2図及び第3図は本発明の他の実施例を説
明するための要部のパターン平面図、第4図は
CMOSインバータ回路図、第5図は同回路の集
積回路断面図、第6図は同回路の電気的等価回路
図である。 P1……PMOSトランジスタ、N1……NMOSト
ランジスタ、3C……P+ソース拡散領域、6C……
N+ソース拡散領域、49……Pウエル領域、5
2……N+拡散領域、82……P+拡散領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電型の基板表面に第2導電型のチヤネ
    ルを有する第1のMOSトランジスタが形成され、
    前記基板に形成された第2導電型のウエル領域に
    第1導電型のチヤネルを有する第2のMOSトラ
    ンジスタが形成され、前記第1のMOSトランジ
    スタのソース領域内にゲート電極下付近まで達す
    る第1導電型領域が形成され、前記第2のMOS
    トランジスタのソース領域内にゲート電極下付近
    まで達する第2導電型領域が形成されたことを特
    徴とする半導体装置。 2 前記基板及び第1導電型領域は第1電源に接
    続され、前記ウエル領域及び第2導電型領域は第
    2電源に接続されたことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項に記載の半導体装置。
JP59278438A 1984-12-25 1984-12-25 半導体装置 Granted JPS61150364A (ja)

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JP59278438A JPS61150364A (ja) 1984-12-25 1984-12-25 半導体装置

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JPS61150364A JPS61150364A (ja) 1986-07-09
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53133382A (en) * 1977-04-27 1978-11-21 Nec Corp Complementary type mos integrated circuit

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JPS53133382A (en) * 1977-04-27 1978-11-21 Nec Corp Complementary type mos integrated circuit

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