JPH07176625A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH07176625A
JPH07176625A JP6258876A JP25887694A JPH07176625A JP H07176625 A JPH07176625 A JP H07176625A JP 6258876 A JP6258876 A JP 6258876A JP 25887694 A JP25887694 A JP 25887694A JP H07176625 A JPH07176625 A JP H07176625A
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JP
Japan
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mos transistor
drain
layer
source
protective
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JP6258876A
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Nobuaki Tsuji
信昭 辻
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Yamaha Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱破壊を防止して確実な保護動作を可能とし
た保護用MOSトランジスタを持つ半導体装置を提供す
る。 【構成】 ドレインが外部端子に接続され、この外部端
子への高電圧印加に対してドレイン−バルク−ソースで
構成される寄生バイポーラトランジスタのオン動作によ
り電流を逃がす保護用MOSトランジスタが形成された
半導体装置であって、保護用MOSトランジスタは、ド
レイン層7を全周にわたって取り囲むようにソース層6
が配置されたレイアウトを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、内部回路保護用のM
OSトランジスタが形成された半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】MOS集積回路においては通常、過電圧
に対して内部回路を保護するための保護回路が設けられ
る。例えば図7は、入力保護回路の例である。入力パッ
ドPADは、初段CMOSインバータIのゲート端子に
つながる。この入力パッドPADに静電放電(ESD)
等が印加されたときにこの初段CMOSインバータIを
保護するため、入力パッドPADにドレインが接続され
たnチャネルMOSトランジスタQN とpチャネルMO
SトランジスタQP が設けられている。nチャネルMO
SトランジスタQN のソース,ゲート及びバルクはVSS
に、pチャネルMOSトランジスタQP のソース,ゲー
ト及びバルクはVDDに、それぞれ接続される。
【0003】保護用のnチャネルMOSトランジスタQ
N のレイアウト例を示せば、図8の通りである。図9及
び図10はそれぞれ図8のA−A′及びB−B′断面図
である。図示のようにこの例では、n+ 型ドレイン層7
を挟んで両側にn+ 型ソース層6が配置されている。p
チャネルMOSトランジスタQP については示さない
が、各部の導電型が異なるのみで同様のレイアウトで構
成される。
【0004】このような保護用MOSトランジスタQN
,QP は、ESDのような急峻な高電圧入力に対し
て、寄生バイポーラトランジスタ動作により電流を逃が
す働きをする。nチャネルMOSトランジスタQN につ
いてみると、図9に示すように、n+ 型ドレイン層7−
p型ウェル2−n+ 型ソース層6の間で寄生npnトラ
ンジスタTnが形成されている。この寄生npnトラン
ジスタTnは、ベース,エミッタがVSSに接続されてお
り、コレクタに高電圧が印加されたとき、図11に示す
ような一次ブレークダウン領域と二次ブレークダウン領
域を持つ特性を示す。入力パッドPADに正のESDが
入力したとき、その一次ブレークダウン領域でのオン状
態を保持することで過電流をVSS端子に逃がすことがで
きる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の保護用MOSト
ランジスタ構造は、図10に示すように、ドレイン層7
のフィールド領域に接する2辺a,bには、寄生バイポ
ーラトランジスタは形成されず、これらの辺にはn+
pダイオードが形成されている。従って入力パッドPA
Dに印加されるESDが極めて急峻であって上述の寄生
バイポーラトランジスタが等価的に存在する領域のみで
のトランジスタのオン動作では充分に電圧保持機能が働
かない場合には、n+ −pダイオードがアバランシェ降
伏して、接合が熱により溶融破壊する可能性がある。
【0006】この発明は上記した事情を考慮してなされ
たので、熱破壊を防止して確実な保護動作を可能とした
保護用MOSトランジスタを持つ半導体装置を提供する
ことを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、ドレインが
外部端子に接続され、この外部端子への高電圧印加に対
してドレイン−バルク−ソースで構成される寄生バイポ
ーラトランジスタのオン動作により電流を逃がす保護用
MOSトランジスタが形成された半導体装置において、
前記保護用MOSトランジスタは、ドレイン層の少なく
とも3辺の外側にソース層が配置されたレイアウトを有
することを特徴としている。
【0008】
【作用】この発明によると、保護用MOSトランジスタ
のドレイン面積を従来と同じにしたとき、寄生バイポー
ラトランジスタの電流容量は従来より大きくなる。従っ
て、ESDが印加されたときに寄生バイポーラトランジ
スタがオンして逃がし得る電流量が従来より大きくな
り、保護用MOSトランジスタによる電圧保持機能が優
れたものとなる。特に、ドレイン層の全周を取り囲むよ
うにソース層を形成した場合には、従来のようなダイオ
ードのアバランシェ降伏が生じることはなく、アバラン
シェ降伏による熱破壊はなくなる。ドレイン層の一辺が
フィールドに接する場合は、ここでダイオードのアバラ
ンシェ降伏が生じる可能性が残る。しかしこの場合も、
寄生バイポーラトランジスタのオン電流が従来より大き
くとれることから、アバランシェ降伏電流は小さく抑え
られ、熱破壊を確実に防止することが可能となる。
【0009】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図1〜図3は、この発明の一実施例に係る入
力保護用nチャネルMOSトランジスタの構造を、従来
の図8〜図10に対応させて示している。p型シリコン
基板1にフィールド酸化膜3が形成されて、素子形成領
域が区画される。図1においては、斜線領域がフィール
ド領域である。nチャネルMOSトランジスタ領域には
トランジスタのバルク領域となるp型ウェル2が形成さ
れ、このp型ウェル2にゲート酸化膜4を介してポリシ
リコン膜によるゲート電極5が形成される。ゲート電極
5は、図1に示すようにリング状にパターン形成され
る。ゲート電極5をマスクとして不純物をイオン注入す
ることにより、ゲート電極5の外側にリング状にn+
ソース層6が形成され、ゲート電極5に囲まれた領域内
にn+ 型ドレイン層7が形成される。
【0010】素子形成された基板上は層間絶縁膜9で覆
われ、これにコンタクト孔13が開けられて、第1層A
l膜によりソース電極10及びドレイン電極11が配設
される。p型ウェル2のMOSトランジスタ領域の外側
には、コンタクト用のp+ 型層8が形成され、これにコ
ンタクトする端子電極12が形成される。これらソース
電極10、ドレイン電極11及び端子電極12のコンタ
クト孔13は、図1に示すように所定の大きさと間隔を
もって分散させている。この実施例ではソース電極10
をソース層6上の全周にわたって形成しており、ドレイ
ン電極11をその外側に引き出すために第2層Al配線
15が用いられている。第2層Al配線15は、交差部
14で第1層Alからなるソース電極10と交差してお
り、また第1層Alからなるドレイン電極11に対して
ビヤホール16を介してコンタクトさせている。
【0011】このように構成された保護用nチャネルM
OSトランジスタのドレイン電極11は入力パッドPA
Dに接続され、ゲート電極5,ソース電極10及びp型
ウェルの端子電極12は共通にVSSに接続される。これ
は従来と変わらない。端子電極12を介してp型ウェル
をVSSレベルに固定するのは、通常動作時(PAD=0
〜5V)にp型ウェルからドレイン及びソースにリーク
電流が流れないようにするためである。
【0012】この実施例による保護用nチャネルMOS
トランジスタのn+ 型ドレイン層7は、その全周にわた
ってn+ 型ソース層6が形成されているため、フィール
ドに接する部分がない。このため、入力パッドPADに
正のESDが印加されたとき、ドレイン層7の全周で寄
生バイポーラトランジスタがオンになる。そのオン状態
が前述した一次ブレークダウン領域に保持されている限
り、従来のような接合の熱破壊が生じることはない。
【0013】図4〜図6は、この発明の別の実施例によ
る保護用nチャネルMOSトランジスタの構造を、図1
〜図3に対応させて示している。図1〜図3と対応する
部分にはそれらと同一符号を付して詳細な説明は省く。
この実施例では、長方形のn+ 型ドレイン層7の長手方
向の2辺a,bのうち、ドレイン電極11を引き出す辺
bのみはフィールドに接する状態とし、辺aを含む3辺
の外側にn+ 型ソース層6が配置されている。
【0014】この実施例によっても、ドレイン層の2辺
がフィールドに接する従来構造に比べると、寄生バイポ
ーラトランジスタの電流容量が大きくなっており、確実
な保護動作が可能となる。またこの実施例の場合、図1
に示したようなソース,ドレイン電極配線の交差部14
が必要なくなり、1層Alで全電極配線を形成すること
も可能になる。なお図1の構造は、ソース電極10とド
レイン電極11の交差配線が不可欠という訳ではない。
ドレイン電極11を引き出す交差部14でソース電極1
0が切り離された状態とすれば、2層Al等による交差
配線は必要なくなり、これでも特性上はほとんど差が生
じない。
【0015】以上では、保護用のpチャネルMOSトラ
ンジスタについては示さなかったが、これもnチャネル
MOSトランジスタと同様のレイアウトとする。これに
より、入力パッドに負のESDが印加されたときのpチ
ャネルMOSトランジスタによる保護動作が、やはり熱
破壊を伴うことなく確実に行われる。またこの発明によ
る保護用MOSトランジスタ構造は入力保護用に限られ
ず、出力保護用にも同様に適用することができる。この
場合、保護用MOSトランジスタのゲートはVSSあるい
はVDDレベルではなくてもよく、例えば出力段MOSト
ランジスタのゲートと同じレベルでもよい。更に、保護
用MOSトランジスタが複数段に分割されて配置される
場合もこの発明は有効であり、各段のMOSトランジス
タに実施例と同様の構造を導入することにより、確実な
熱破壊防止が可能になる。
【0016】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、保
護用MOSトランジスタとして、ドレイン層の少なくと
も3辺の外側にソース層が配置されたレイアウトを採用
することにより、ESD印加に対して優れた保護機能を
発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一実施例の保護用nチャネルMOSトランジ
スタのレイアウトを示す。
【図2】 図1のA−A′断面構造を示す。
【図3】 図1のB−B′断面構造を示す。
【図4】 他の実施例の保護用nチャネルMOSトラン
ジスタのレイアウトを示す。
【図5】 図4のA−A′断面構造を示す。
【図6】 図4のB−B′断面構造を示す。
【図7】 入力保護回路の構成例を示す。
【図8】 従来の保護用nチャネルMOSトランジスタ
のレイアウトを示す。
【図9】 図8のA−A′断面構造を示す。
【図10】 図8のB−B′断面構造を示す。
【図11】 寄生バイポーラトランジスタの特性を示
す。
【符号の説明】
1…p型シリコン基板、2…p型ウェル、3…フィール
ド酸化膜、4…ゲート酸化膜、5…ゲート電極、6…n
+ 型ソース層、7…n+ 型ドレイン層。8…p+ 型層、
9…層間絶縁膜、10…ソース電極、11…ドレイン電
極、12…端子電極、13…コンタクト孔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/088 29/78 7514−4M H01L 29/78 301 K

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ドレインが外部端子に接続され、この外
    部端子への高電圧印加に対してドレイン−バルク−ソー
    スで構成される寄生バイポーラトランジスタのオン動作
    により電流を逃がす保護用MOSトランジスタが形成さ
    れた半導体装置において、 前記保護用MOSトランジスタは、ドレイン層の少なく
    とも3辺の外側にソース層が配置されたレイアウトを有
    することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記保護用MOSトランジスタのソー
    ス,バルク及びゲートはソース電位レベルに固定されて
    いることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
JP6258876A 1993-10-25 1994-09-28 半導体装置 Pending JPH07176625A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6258876A JPH07176625A (ja) 1993-10-25 1994-09-28 半導体装置

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28862393 1993-10-25
JP5-288623 1993-10-25
JP6258876A JPH07176625A (ja) 1993-10-25 1994-09-28 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07176625A true JPH07176625A (ja) 1995-07-14

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ID=26543867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6258876A Pending JPH07176625A (ja) 1993-10-25 1994-09-28 半導体装置

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JP (1) JPH07176625A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0948051A3 (en) * 1998-03-24 2006-04-05 NEC Electronics Corporation Semiconductor device having a protective circuit
CN102024847A (zh) * 2010-09-21 2011-04-20 电子科技大学 一种高压功率器件结构

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0948051A3 (en) * 1998-03-24 2006-04-05 NEC Electronics Corporation Semiconductor device having a protective circuit
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