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JPH0752775B2 - Input protection circuit device - Google Patents
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JPH0752775B2 - Input protection circuit device - Google Patents

Input protection circuit device

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JPH0752775B2
JPH0752775B2 JP63191630A JP19163088A JPH0752775B2 JP H0752775 B2 JPH0752775 B2 JP H0752775B2 JP 63191630 A JP63191630 A JP 63191630A JP 19163088 A JP19163088 A JP 19163088A JP H0752775 B2 JPH0752775 B2 JP H0752775B2
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JP
Japan
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pad
type impurity
impurity layer
conductivity type
semiconductor substrate
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仁 三谷
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路装置に設けられる入力保護回路
装置に関し、特にレイアウト面積の縮小化及びパッド電
極直下の静電破壊対策を施した入力保護回路装置に関す
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an input protection circuit device provided in a semiconductor integrated circuit device, and more particularly, to an input protection circuit having a reduced layout area and a measure against electrostatic breakdown directly below a pad electrode. Regarding circuit devices.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のMOS型半導体集積回路装置における入力保護回路
装置の一例を第3図に示す。ここでは、P型半導体基板
にN型の不純物層を用いて入力保護回路装置を構成した
例であり、同図(a)はそのレイアウト図、同図(b)
は電気回路図である。
An example of an input protection circuit device in a conventional MOS semiconductor integrated circuit device is shown in FIG. Here, the input protection circuit device is an example in which an N-type impurity layer is used on a P-type semiconductor substrate, and FIG. 7A is a layout diagram thereof and FIG.
Is an electric circuit diagram.

図において、P型半導体基板1には金属層でパッド2を
形成し、かつこれに隣接する位置にN型不純物層5,6を
並んで形成している。そして、パッド2の一部をコンタ
クト7を介してN型不純物層5に接続し、またこのN型
不純物層5はコンタクト3を介して多結晶シリコン配線
4に電気接続し、図外の初段回路に電気接続している。
In the figure, a pad 2 is formed of a metal layer on a P-type semiconductor substrate 1, and N-type impurity layers 5 and 6 are formed side by side at positions adjacent to the pad 2. Then, a part of the pad 2 is connected to the N-type impurity layer 5 via the contact 7, and the N-type impurity layer 5 is electrically connected to the polycrystalline silicon wiring 4 via the contact 3 to form a first-stage circuit (not shown). Electrically connected to.

また、前記パッド2の一部はN型不純物層5,6の隣接位
置上に配設し、パッド2をゲートとし、N型不純物層5,
6をソース・ドレインとするMOSトランジスタ22を構成し
ている。また、N型不純物層5とP型半導体基板1とで
ダイオード23を構成している。なお、N型不純物層6は
コンタクト8を介して接地配線9に電気接続している。
また、10はカバー開口である。
Further, a part of the pad 2 is provided on the position adjacent to the N-type impurity layers 5 and 6, and the pad 2 serves as a gate,
A MOS transistor 22 having 6 as a source / drain is configured. The N-type impurity layer 5 and the P-type semiconductor substrate 1 form a diode 23. The N-type impurity layer 6 is electrically connected to the ground wiring 9 via the contact 8.
Further, 10 is a cover opening.

この構成では、第3図(b)の保護回路が構成され、入
力端子21に外部から静電気等の異常高電圧が印加される
と、しきい値が高く形成されたMOSトランジスタ22がオ
ンし、かつダイオード23の降伏電流によってサージ電荷
を基板に逃がし、入力端子21と入力初段トランジスタ間
のノードの電圧を低下させ、入力初段トランジスタのゲ
ートと半導体基板間にかかる電界強度を小さくして、入
力初段トランジスタのゲート酸化膜の破壊を防止してい
る。
With this configuration, the protection circuit of FIG. 3B is configured, and when an abnormally high voltage such as static electricity is applied to the input terminal 21 from the outside, the MOS transistor 22 having a high threshold value is turned on, Moreover, the surge current is released to the substrate by the breakdown current of the diode 23, the voltage of the node between the input terminal 21 and the input first stage transistor is reduced, and the electric field strength applied between the gate of the input first stage transistor and the semiconductor substrate is reduced to reduce the input first stage. This prevents damage to the gate oxide film of the transistor.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

上述した従来の入力保護回路装置は、入力端子21に印加
される異常高電圧に対し、その電荷を入力保護回路装置
自身が破壊されないように逃がすためには、ダイオード
23のPNジャンクション面積及びMOSトランジスタ22のチ
ャネル幅を十分大きくとる必要がある。通常、N型不純
物層5,6の幅を10/20μm,MOSトランジスタ22のチャネル
幅を50〜100μm程度必要とする。このため、ダイオー
ド23及びMOSトランジスタ22を構成するN型不純物層5,6
の面積が大きくなり、入力保護回路装置の占有面積が増
大して、高集積化の点で好ましくない。また、パッド2
においては入力端子21に印加される異常電圧によりパッ
ド2の下側の層間膜が絶縁破壊され、パッド2が半導体
基板1と短絡して不良の原因になるという問題もある。
The above-mentioned conventional input protection circuit device uses a diode in order to release the charge against an abnormally high voltage applied to the input terminal 21 so as not to destroy the input protection circuit device itself.
It is necessary to make the PN junction area of 23 and the channel width of the MOS transistor 22 sufficiently large. Normally, the width of the N-type impurity layers 5 and 6 is required to be 10/20 μm, and the channel width of the MOS transistor 22 is required to be approximately 50 to 100 μm. Therefore, the N-type impurity layers 5 and 6 forming the diode 23 and the MOS transistor 22 are formed.
Of the input protection circuit device increases, which is not preferable in terms of high integration. Also, pad 2
There is also a problem in that the abnormal voltage applied to the input terminal 21 causes dielectric breakdown of the interlayer film below the pad 2, causing the pad 2 to short-circuit with the semiconductor substrate 1 and causing a defect.

本発明装置は占有面積を低減し、かつパッド下着の絶縁
破壊を防止する入力保護回路装置を提供することを目的
としている。
An object of the present invention is to provide an input protection circuit device that reduces the occupied area and prevents the dielectric breakdown of pad underwear.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本発明の入力保護回路装置は、一導電型の半導体基板上
に層間絶縁膜を介して形成した入力端子としてのパッド
の直下に、この層間絶縁膜を隔てて該パッドの略全面に
わたって一つの逆導電型の不純物層を形成するととも
に、接地接続した他の逆導電型の不純物層の一部を延在
させ、これら2つの逆導電型の不純物層でMOSトランジ
スタのソース・ドレインを構成するとともに、前記一つ
の逆導電型の不純物層と半導体基板とでダイオードを構
成し、前記パッドと一つの逆導電型の不純物層とがパッ
ドの一隅部に設けたコンタクト穴により電気接続された
構成としている。
The input protection circuit device of the present invention is provided with a single reverse type electrode over a substantially entire surface of a pad, which is formed on a semiconductor substrate of one conductivity type with an interlayer insulating film interposed therebetween, directly below the pad as an input terminal. In addition to forming a conductivity type impurity layer, a part of another opposite conductivity type impurity layer connected to ground is extended, and these two opposite conductivity type impurity layers form the source / drain of the MOS transistor. A diode is composed of the one impurity layer of opposite conductivity type and the semiconductor substrate, and the pad and one impurity layer of opposite conductivity type are electrically connected to each other through a contact hole provided at one corner of the pad.

〔作用〕[Action]

上述した構成では、MOSトランジスタ及びダイオードは
略パッドの直下領域で構成され、占有面積を低減する。
また、パッドの直下に設けたN型不純物層をパッドと同
電位に保ち、パッド下側絶縁膜の絶縁破壊を防止する。
In the above-described configuration, the MOS transistor and the diode are formed in the region just below the pad, and the occupied area is reduced.
Further, the N-type impurity layer provided immediately below the pad is kept at the same potential as the pad to prevent dielectric breakdown of the insulating film below the pad.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明を図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の第1実施例を示しており、同図(a)
は平面レイアウト図、同図(b)は回路図である。。
FIG. 1 shows the first embodiment of the present invention, and FIG.
Is a plan layout diagram, and FIG. 6B is a circuit diagram. .

同図(a)において、P型半導体基板1にはアルミニウ
ム等の金属層でパッド2を形成し、このパッド2の一部
をコンタクト3を介して多結晶シリコン配線4に電気接
続し、図外の初段回路に電気接続している。また、前記
パッド2の直下位置にはN型不純物層5を形成し、かつ
このN型不純物層5と隣接してその一部をパッド2の直
下に位置させたN型不純物層6を形成している。そし
て、N型不純物層5はコンタクト7によりパッド2に電
気接続し、またN型不純物層6はコンタクト8により接
地配線9に電気接続している。なお、10はパッド2の表
面を露呈するためにその上に設けた図外の絶縁膜に開口
されるカバー開口である。
In FIG. 1A, a pad 2 is formed on the P-type semiconductor substrate 1 with a metal layer such as aluminum, and a part of this pad 2 is electrically connected to the polycrystalline silicon wiring 4 through a contact 3 and is not shown in the figure. It is electrically connected to the first stage circuit. An N-type impurity layer 5 is formed immediately below the pad 2, and an N-type impurity layer 6 is formed adjacent to the N-type impurity layer 5 and a part of which is located directly below the pad 2. ing. The N-type impurity layer 5 is electrically connected to the pad 2 by the contact 7, and the N-type impurity layer 6 is electrically connected to the ground wiring 9 by the contact 8. Reference numeral 10 is a cover opening for exposing the surface of the pad 2, which is opened in an insulating film (not shown) provided thereon.

この構成では、同図(b)に示すように、パッド2とN
型不純物層5,6により、パッド2をゲート,N型不純物層
5をドレイン,N型不純物層6をソースとするMOSトラン
ジスタ22が構成される。また、パッド2の直下にはN型
不純物層5とP型半導体基板1とでダイオード23が構成
される。そして、MOSトランジスタ22のゲートとソース
及びダイオード23のカソードをパッド2及び初段回路に
接続し、かつドレイン及びアノードを接地した回路が構
成される。
With this configuration, as shown in FIG.
The type impurity layers 5 and 6 form a MOS transistor 22 having the pad 2 as a gate, the N-type impurity layer 5 as a drain, and the N-type impurity layer 6 as a source. Directly below the pad 2, the N-type impurity layer 5 and the P-type semiconductor substrate 1 form a diode 23. Then, a circuit is constructed in which the gate and source of the MOS transistor 22 and the cathode of the diode 23 are connected to the pad 2 and the initial stage circuit, and the drain and anode are grounded.

したがって、この回路では、通常動作時は、入力端子21
からの信号はパッド2からコンクタクト3を介し、多結
晶シリコン配線3を通って初段回路に至る。入力端子21
に異常高電圧が印加された時は、通常は動作しないしき
い値の高いMOSトランジスタ22がオンし、またダイオー
ド23に降伏電流が流れることにより、パッド2の電荷を
半導体基板1に逃がすように動作する。これにより、初
段回路は高バイアス印加による破壊から保護される。ま
た、パッド2はその直下に同電位のN型不純物層5が存
在するため、半導体基板1に対する電界の強度が著しく
低下され、入力端子21に印加される異常高電圧によるパ
ッド2の直下の層間膜の絶縁破壊が防止される。
Therefore, in this circuit, during normal operation, the input terminal 21
From the pad 2 through the contact 3 and the polycrystalline silicon wiring 3 to reach the first-stage circuit. Input terminal 21
When an abnormally high voltage is applied to, the MOS transistor 22 having a high threshold, which does not normally operate, is turned on, and a breakdown current flows through the diode 23, so that the charge of the pad 2 is released to the semiconductor substrate 1. Operate. As a result, the first-stage circuit is protected from damage due to high bias application. Further, since the pad 2 has the N-type impurity layer 5 of the same potential immediately below it, the strength of the electric field with respect to the semiconductor substrate 1 is remarkably reduced, and the interlayer immediately below the pad 2 due to an abnormally high voltage applied to the input terminal 21. Dielectric breakdown of the film is prevented.

なお、N型不純物層5がパッド2の直下に配設されるこ
とにより、占有面積が低減できることは言うまでもな
い。
Needless to say, the occupied area can be reduced by disposing the N-type impurity layer 5 immediately below the pad 2.

第2図は本発明の第2実施例を示し、同図(a)は平面
レイアウト図、同図(b)はその回路図である。なお、
第1図と等価な部分には同一符号を付してある。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. FIG. 2A is a plan layout diagram and FIG. 2B is a circuit diagram thereof. In addition,
Parts equivalent to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

この実施例では、パッド2の直下に形成したN型不純物
層5と、これに隣接してその一部をパッド2の直下に位
置させたN型不純物層6との隣接領域上に多結晶シリコ
ン膜11を形成し、この多結晶シリコン膜11をゲートとす
るMOSトランジスタ22Aを構成している。なお、この多結
晶シリコン膜11はコンタクト12を介して接地配線9に電
気接続している。
In this embodiment, polycrystalline silicon is formed on a region adjacent to the N-type impurity layer 5 formed immediately below the pad 2 and the N-type impurity layer 6 located adjacent to the N-type impurity layer 5 and partially located directly below the pad 2. A film 11 is formed to form a MOS transistor 22A having the polycrystalline silicon film 11 as a gate. The polycrystalline silicon film 11 is electrically connected to the ground wiring 9 via the contact 12.

この構成では、第2図(b)に示す回路構成となり、MO
Sトランジスタ22Aはソース・ドレイン間のブレイクダウ
ン電流を利用して保護を行うことになる。したがって、
この実施例でも第1図の実施例と同様に異常高電圧から
初段回路を保護することができるのは勿論のこと、ダイ
オード23を構成するN型不純物層5をパッド2の直下に
設けることによりパッド2直下の絶縁破壊を防止でき
る。また、N型不純物層5等はパッド2の直下に形成し
ているため、占有面積の低減を達成できる。
With this configuration, the circuit configuration shown in FIG.
The S transistor 22A is protected by using the breakdown current between the source and drain. Therefore,
In this embodiment as well, the first-stage circuit can be protected from an abnormally high voltage as in the embodiment of FIG. 1, and by providing the N-type impurity layer 5 forming the diode 23 immediately below the pad 2. It is possible to prevent dielectric breakdown directly below the pad 2. Further, since the N-type impurity layer 5 and the like are formed immediately below the pad 2, the occupied area can be reduced.

なお、N型半導体基板を用いた半導体装置においても本
発明を同様に適用することができる。
The present invention can be similarly applied to a semiconductor device using an N-type semiconductor substrate.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、入力保護回路装置を構成
するMOSトランジスタ及びダイオードを略パッドの直下
領域内に構成することにより、入力保護回路装置の占有
面積を低減し、半導体装置の高集積化を実現する。ま
た、パッドの直下に設けたN型不純物層をパッドと同電
位に保つことにより、パッドと半導体基板間の電界を緩
和し、下側絶縁膜の絶縁破壊を防止してパッド短絡の不
具合を防止できる効果がある。また、本発明ではパッド
の直下に存在する層間絶縁膜によって、外部からパッド
にまで侵入された水分が直下の半導体基板に到達される
ことが防止でき、半導体基板の耐水性を向上することが
できることは言うまでもない。
As described above, the present invention reduces the occupation area of the input protection circuit device and increases the integration of the semiconductor device by forming the MOS transistor and the diode that form the input protection circuit device substantially in the region directly below the pad. To realize. Also, by maintaining the N-type impurity layer provided directly under the pad at the same potential as the pad, the electric field between the pad and the semiconductor substrate is mitigated, and the dielectric breakdown of the lower insulating film is prevented to prevent the short circuit of the pad. There is an effect that can be done. In addition, in the present invention, the interlayer insulating film located immediately below the pad can prevent moisture that has entered the pad from the outside from reaching the semiconductor substrate directly below, and can improve the water resistance of the semiconductor substrate. Needless to say.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の第1実施例を示し、同図(a)は平面
レイアウト図、同図(b)は電気回路図、第2図は本発
明の第2実施例を示し、同図(a)は平面レイアウト
図、同図(b)は電気回路図、第3図は従来の入力保護
回路装置を示し、同図(a)は平面レイアウト図、同図
(b)は電気回路図である。 1……P型半導体基板、2……パッド、3……コンタク
ト、4……多結晶シリコン配線、5,6……N型不純物
層、7,8……コンタクト、9……接地配線、10……カバ
ー開口、11……多結晶シリコン膜、12……コンタクト、
21……入力端子、22,22A……MOSトランジスタ、23……
ダイオード。
1 shows a first embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a plan layout diagram, FIG. 1 (b) is an electric circuit diagram, and FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. (A) is a plane layout diagram, (b) is an electric circuit diagram, (3) shows a conventional input protection circuit device, (a) is a plane layout diagram, (b) is an electric circuit diagram. Is. 1 ... P-type semiconductor substrate, 2 ... pad, 3 ... contact, 4 ... polycrystalline silicon wiring, 5,6 ... N-type impurity layer, 7,8 ... contact, 9 ... ground wiring, 10 …… Cover opening, 11 …… Polycrystalline silicon film, 12 …… Contact,
21 …… Input terminal, 22,22A …… MOS transistor, 23 ……
diode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一導電型の半導体基板上に層間絶縁膜を介
して形成した入力端子としてのパッドの直下に、この層
間絶縁膜を隔てて該パッドの略全面にわたって一つの逆
導電型の不純物層を形成するとともに、接地接続した他
の逆導電型の不純物層の一部を延在させ、これら2つの
逆導電型の不純物層でMOSトランジスタのソース・ドレ
インを構成するとともに、前記一つの逆導電型の不純物
層と半導体基板とでダイオードを構成し、前記パッドと
一つの逆導電型の不純物層とがパッドの一隅部に設けた
コンタクト穴により電気接続されたことを特徴とする入
力保護回路装置。
1. Immediately below a pad as an input terminal formed on a semiconductor substrate of one conductivity type with an interlayer insulating film interposed therebetween, one impurity of opposite conductivity type is provided over the substantially entire surface of the pad with the interlayer insulating film being separated. Forming a layer and extending a part of another opposite conductivity type impurity layer connected to the ground, these two opposite conductivity type impurity layers constitute the source / drain of the MOS transistor, and An input protection circuit characterized in that a diode is constituted by a conductivity type impurity layer and a semiconductor substrate, and the pad and one opposite conductivity type impurity layer are electrically connected by a contact hole provided at one corner of the pad. apparatus.
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