JPH08125030A - 入力保護回路を有する半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

入力保護回路を有する半導体装置およびその製造方法

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JPH08125030A
JPH08125030A JP6253913A JP25391394A JPH08125030A JP H08125030 A JPH08125030 A JP H08125030A JP 6253913 A JP6253913 A JP 6253913A JP 25391394 A JP25391394 A JP 25391394A JP H08125030 A JPH08125030 A JP H08125030A
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JP
Japan
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semiconductor
junction
input
protection
circuit
Prior art date
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Pending
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JP6253913A
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English (en)
Inventor
Jun Sakakibara
純 榊原
Shoki Asai
昭喜 浅井
Takeshi Shiotani
武司 塩谷
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 保護用半導体素子におけるPN接合の局所的
破壊を防止し、保護素子として静電破壊耐性の低下を回
避する。 【構成】 インバータを構成するPMOS14a、NM
OS14bに対する入力保護用の保護NMOS13にお
いて、PN接合が形成される部分(3b)を非晶質とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、入力保護用回路を有す
る半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体集積回路装置において、
外部からの静電気の過大電流で内部素子が破壊するのを
防止するため、半導体集積回路等の内部回路と外部接続
端子の間には耐静電気破壊用の半導体素子で構成される
入力保護回路が配置され、耐静電破壊用の半導体素子内
に形成されたPN接合のダイオード特性を用いて過大電
流が内部素子に印加されないようにしている。
【0003】一方、SOI(Silicon On Insulator)型基
板に形成されたMOSFETは、その寄生容量を低減で
きる等の理由により、半導体集積回路の高速低消費電力
動作が可能である。このSOI構造の半導体集積回路装
置における入力保護回路として、特開平2ー26045
9号公報では、図2に示すような入力抵抗12と保護ト
ランジスタとしてのNチャネルMOSFET13とで構
成されたものが提案されている。
【0004】この図2に示す構成において、入力パッド
11と接地端子16との間に保護抵抗12を介して保護
トランジスタ13が配置され、入力パッド11に負極性
の過電圧が印加された場合に、保護トランジスタ13が
オン状態となって電流が流れることにより、過電圧を放
散させ、内部回路(14a、14b)を保護する。一
方、正極性の過電圧が印加された場合には、保護トラン
ジスタ13内のPN接合のアバランシェブレークダウン
によって電流が流れることにより過電圧を放散させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のPN接合を有する耐静電破壊用の保護トランジスタに
おいては、特にSIMOX(Separation-by-IMplantatio
n-of-OXygen)−SOI基板に保護トランジスタを形成し
たものにおいては、PN接合が形成される単結晶半導体
層には多くの結晶欠陥が存在することによりPN接合が
局所的に破壊することが多く、十分な静電破壊耐性が得
られないという問題がある。
【0006】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、保護用半導体素子におけるPN接合が形成される部
分を非晶質化してその領域の結晶性を均一化し、結晶欠
陥を実質上なくしてしまうことにより結晶欠陥によるP
N接合の局所破壊を防止し保護素子としての静電破壊耐
性の低下を回避することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明においては、入力信号に応じ
て作動する半導体素子からなる半導体回路(14a、1
4b)と、前記入力信号が過電圧状態になった時に前記
半導体回路(14a、14b)を保護する保護用半導体
素子(13、17)を有する入力保護回路(12、1
3、17)とを備えた半導体装置において、前記保護用
半導体素子(13、17)は、PN接合を有して構成さ
れており、さらに少なくとも前記PN接合が形成されて
いる部分が非晶質であることを特徴としている。
【0008】請求項2に記載の発明においては、半導体
基板(1)上に絶縁層(2a)を介し、かつ周囲が絶縁
体(2b)により分離されて形成された複数の島状の半
導体層(3a、3b)と、前記複数の半導体層の内の所
定の半導体層(3a)に形成された半導体素子からなる
半導体回路(14a、14b)と、前記複数の半導体層
の内の他の所定の半導体層(3b)に形成され、前記半
導体回路(14a、14b)への入力信号が過電圧状態
になった時に前記半導体回路(14a、14b)を保護
する保護用半導体素子(13、17)を有する入力保護
回路(12、13、17)とを備えた半導体装置におい
て、前記保護用半導体素子(13、17)は、PN接合
を有して構成されており、さらに少なくとも前記PN接
合が形成されている部分が非晶質であることを特徴とし
ている。
【0009】なお、上記保護用半導体素子(13、1
7)は、後述する実施例では、MOSFETあるいはP
Nダイオードにて構成されている。請求項3に記載の発
明においては、半導体基板(1)上に絶縁層(2a)を
介し、かつ周囲が絶縁体(2b)により分離された複数
の島状の半導体層(3a)を形成する工程と、前記複数
の島状の半導体層(3a)に、半導体回路(14a、1
4b)を構成する半導体素子および前記半導体回路(1
4a、14b)の入力保護を行う入力保護回路(12、
13)を構成する保護用半導体素子(13)を、それぞ
れMOSトランジスタにて形成する工程とを備えた入力
保護回路を有する半導体装置の製造方法において、前記
保護用半導体素子(13)の前記半導体層(3a)を非
晶質にする工程を有することを特徴としている。
【0010】請求項4に記載の発明では、請求項3に記
載の発明において、前記保護用半導体素子(13)を形
成する工程は、ゲート(5)を形成した後に、このゲー
ト(5)をマスクとしてソース/ドレインを形成する工
程を有するものであって、前記半導体層(3a)を非晶
質にする工程は、前記ゲート(5)をマスクとして、前
記ソース/ドレインを形成する前に、前記保護用半導体
素子(13)の半導体層(3a)を非晶質にする工程で
あることを特徴としている。
【0011】なお、上記各手段のカッコ内の符号は、後
述する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。
【0012】
【発明の作用効果】請求項1乃至4に記載の発明によれ
ば、保護用半導体素子においてPN接合が形成されてい
る部分を非晶質としている。従って、その非晶質部分で
は結晶欠陥が実質上存在しないことから、結晶欠陥によ
るPN接合の局所破壊を防止し、保護素子としての静電
破壊耐性の低下を回避することができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。 (第1実施例)図1は、この第1実施例により構成され
る半導体集積回路装置(図2に示すもの)の主要断面図
である。なお、図1では、図2の入力パッド(ボンディ
ングパッド)11、保護抵抗12等の断面構成は省略し
ている。
【0014】半導体集積回路装置における内部回路に
は、NチャネルMOSFET(以下、NMOSという)
14bとPチャネルMOSFET(以下、PMOSとい
う)14aとで構成されるインバータが用いられてい
る。PMOS14aのソース電極には電源端子15が接
続され、NMOS14bのソース電極には接地端子16
が接続されている。このインバータは、入力パッド11
から入力される入力信号に応じて作動する。
【0015】インバータの入力端子と外部接続端子であ
る入力パッド11との間には入力保護回路が配置されて
おり、入力保護回路は保護抵抗12と保護NMOS13
とから構成されている。つまり、入力パッド11とイン
バータの入力端子とを結ぶ接続線の途中に保護抵抗12
が配置され、また接続線と接地端子16との間に保護N
MOS13が配置される。この保護NMOS13のゲー
ト端子は接地端子16と接続されている。
【0016】保護NMOS13のソース/ドレインが形
成された半導体層3bはインバータを構成するPMOS
14aおよびNMOS14bのソース/ドレインが形成
された半導体層3aとは異なり、非晶質(アモルファ
ス)で構成されている。つまり、保護NMOS13では
ソース/ドレインが形成される半導体層3bにおいてP
N接合が形成される部分が非晶質とされている。
【0017】上記のように構成される半導体集積回路装
置の製造方法について、その一例を図3を用いて説明す
る。まず、図3(A)に示すように、半導体基板1上に
絶縁層2aを介して単結晶半導体層3aが形成されたS
IMOX−SOI型基板を通常のLOCOS法によりL
OCOS酸化膜2bを形成して、SIMOX−SOI型
基板の単結晶半導体層3aを島状に分離し、活性領域を
限定する。
【0018】次に、図3(B)、(C)に示すように、
ゲート酸化膜4を形成し、ホトレジスト8を用いて、M
OSFETのしきい値電圧を制御するためにNMOS形
成領域の単結晶半導体層3aにP型不純物(ボロン)
を、PMOS形成領域にはN型不純物を順に注入する。
そして、図3(D)に示すように不純物が添加された多
結晶シリコンにてゲート電極5を形成し、図3(E)に
示すようにゲート電極5をシリコン酸化膜で保護した
後、保護NMOS形成領域以外をホトレジスト8にて保
護し、例えばシリコンをイオン注入して保護NMOS形
成領域の単結晶半導体層のシリコン結合を切断し非晶質
状態3bにする。
【0019】続いて、図3(F)、(G)に示すよう
に、NMOS形成領域、PMOS形成領域にヒ素、ボロ
ンをそれぞれ注入して、ソース/ドレイン拡散層を形成
する。この後、層間絶縁膜6及びAl配線7を形成して
図1に示す半導体集積回路装置を構成する。上記実施例
では、入力パッド11と接地端子16との間に入力保護
回路を配置したが、図4に示すように、入力パッド11
と電源端子15との間に入力保護回路を配置してもよ
い。また、図5にように、入力パッド11と接地端子1
6および電源端子15それぞれの間に入力保護回路を配
置してもよい。
【0020】さらに、入力保護回路の構成は、保護抵
抗、保護NMOS及び保護PMOSの種々の組み合わせ
が可能である。 (第2実施例)この第2実施例は、図6に示すように、
入力保護回路を、保護抵抗12と保護ダイオード17と
で構成したものである。ここで用いられる保護ダイオー
ド17は、第1実施例で述べた保護NMOS13と同様
に半導体層で形成した、ゲート付きダイオードである。
【0021】入力パッド11とインバータの入力端子と
を結ぶ接続線の途中に保護抵抗12が配置され、接続線
と接地端子16との間に保護ダイオード17が配置され
る。保護ダイオード17のゲート端子は接地端子と接続
されている。保護ダイオード17が形成される半導体層
3bにおいてPN接合が形成される部分は、図7に示す
ように非晶質状態となっている。
【0022】従って、第1実施例と同様、PN接合が形
成される半導体層3bが非晶質であるため、結晶欠陥が
実質上存在せず、結晶欠陥によるPN接合の局所的破壊
を抑制することができる。なお、この第2実施例では、
入力パッド11と接地端子16との間に入力保護回路を
配置したが、第1実施例と同様、入力パッド11と電源
端子15との間に入力保護回路を配置してもよい。さら
に、入力保護回路の構成についても、保護抵抗、保護ダ
イオード、保護NMOS及び保護PMOSの種々の組み
合わせが可能である。
【0023】なお、上述した種々の実施例において、本
発明をSIMOX−SOI構造のものに適用するものに
ついて説明したが、基板の貼り合わせによるSOI構
造、あるいはバルク構造の半導体装置に対しても本発明
を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例における、入力保護回路を
有する半導体集積回路装置の断面構造を示す断面図であ
る。
【図2】入力保護回路を有する半導体集積回路装置の電
気的構成を示す電気結線図である。
【図3】図1に示す構造を得るための製造方法を示す工
程図である。
【図4】入力保護回路の他の電気結線を示す電気結線図
である。
【図5】入力保護回路のさらに他の電気結線を示す電気
結線図である。
【図6】本発明の第2実施例を示す入力保護回路を有す
る半導体集積回路装置の電気的構成を示す電気結線図で
ある。
【図7】図6に示す半導体集積回路装置の断面構造を示
す断面図である。
【符号の説明】
1……半導体基板、2a……絶縁層、2b……LOCO
S酸化膜、4……ゲート酸化膜、5……ゲート、11…
…入力パッド、12……保護抵抗、13……保護NMO
S、14a……PMOS、14b……NMOS、17…
…PNダイオード。
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/822 27/08 331 E 29/78 29/786 H01L 29/78 301 K 9056−4M 623 Z

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号に応じて作動する半導体素子か
    らなる半導体回路と、前記入力信号が過電圧状態になっ
    た時に前記半導体回路を保護する保護用半導体素子を有
    する入力保護回路とを備えた半導体装置において、 前記保護用半導体素子は、PN接合を有して構成されて
    おり、さらに少なくとも前記PN接合が形成されている
    部分が非晶質であることを特徴とする入力保護回路を有
    する半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に絶縁層を介し、かつ周囲
    が絶縁体により分離されて形成された複数の島状の半導
    体層と、 前記複数の半導体層の内の所定の半導体層に形成された
    半導体素子からなる半導体回路と、 前記複数の半導体層の内の他の所定の半導体層に形成さ
    れ、前記半導体回路への入力信号が過電圧状態になった
    時に前記半導体回路を保護する保護用半導体素子を有す
    る入力保護回路とを備えた半導体装置において、 前記保護用半導体素子は、PN接合を有して構成されて
    おり、さらに少なくとも前記PN接合が形成されている
    部分が非晶質であることを特徴とする入力保護回路を有
    する半導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に絶縁層を介し、かつ周囲
    が絶縁体により分離された複数の島状の半導体層を形成
    する工程と、 前記複数の島状の半導体層に、半導体回路を構成する半
    導体素子および前記半導体回路の入力保護を行う入力保
    護回路を構成する保護用半導体素子を、それぞれMOS
    トランジスタにて形成する工程とを備えた入力保護回路
    を有する半導体装置の製造方法において、 前記保護用半導体素子の前記半導体層を非晶質にする工
    程を有することを特徴とする入力保護回路を有する半導
    体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記保護用半導体素子を形成する工程
    は、ゲートを形成した後に、このゲートをマスクとして
    ソース/ドレインを形成する工程を有するものであっ
    て、前記半導体層を非晶質にする工程は、前記ゲートを
    マスクとして、前記ソース/ドレインを形成する前に、
    前記保護用半導体素子の半導体層を非晶質にする工程で
    あることを特徴とする請求項3に記載の入力保護回路を
    有する半導体装置の製造方法。
JP6253913A 1994-10-19 1994-10-19 入力保護回路を有する半導体装置およびその製造方法 Pending JPH08125030A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007103809A (ja) * 2005-10-07 2007-04-19 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP2015130537A (ja) * 2009-06-29 2015-07-16 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
JP2016009825A (ja) * 2014-06-26 2016-01-18 富士通セミコンダクター株式会社 半導体装置及びその製造方法

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