JP3544499B2 - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、絶縁ゲート電界効果型のトランジスタ素子を含む半導体集積回路装置に関し、より詳しくはその静電破壊防止構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
まず、図22を参照して半導体集積回路装置の一般的な構造を簡潔に説明する。半導体集積回路装置0は、外部回路(図示せず)に対する接続部2と、所定の論理処理等を行なう内部回路1とから構成されている。何れの部分にも、絶縁ゲート電界効果型(以下MOS型という)のトランジスタが基本的構成要素として集積されている。ここで、発明の理解を容易にするために、接続部2に属するMOSトランジスタを特に周辺トランジスタと呼び、内部回路1に属するMOSトランジスタを内部トランジスタと呼ぶことにする。
【0003】
接続部2は、入力端子3、出力端子4、電源端子5、接地端子6等を備えている。一般に、入力端子3と内部回路1との間には入力保護回路7が挿入されている。出力端子4には大別して2種類ある。一対の相補型MOSトランジスタあるいはCMOSトランジスタからなるインバータ8を利用したCMOS出力端子と、オープンドレイン接続されたNチャネルMOSトランジスタ9を用いたオープンドレイン出力端子である。上述したCMOSトランジスタやNチャネルMOSトランジスタは周辺トランジスタの一例である。なお、電源端子5は電源ラインVDDに接続され、接地端子6は接地ラインGNDに接続される。
【0004】
次に、図23を参照してMOSトランジスタの一般的な構造を簡潔に説明する。図示の例は、N+ シングルドレイン構造(以下この構造をCONV構造と称する)のNチャネルMOSトランジスタである。シリコン等からなる半導体基板SUBの上に、二酸化シリコン等からなるゲート絶縁膜OXを介してゲート電極Gが形成されている。基板SUBはP型であり、ゲート絶縁膜OXは例えば100〜800Åの膜厚を有する。ゲート電極Gの両側には、N+ 型の不純物拡散領域からなるソースS及びドレインDが形成されている。両拡散領域の間にはゲート電極Gによって導通制御されるチャネル領域chが規定される。
【0005】
半導体集積回路装置の集積密度を高めるために、近年トランジスタ素子が益々微細化される傾向にある。即ち、チャネル領域chの長さ(以下チャネル長という)が益々短かくなってきている。しかしながら、CONV構造のトランジスタにおいてチャネル長の短縮化を進めると、ホットエレクトロンによる特性劣化が多発するようになる。
【0006】
図24を参照して、近年開発された二重ドレイン構造(以下LDD構造と称する)を有するMOSトランジスタを簡潔に説明する。このLDD構造は、素子の微細化に伴ない顕著になってきたホットエレクトロンによる耐久性劣化を防止するために開発されたものである。図示するようにLDD構造は、N− 型の不純物拡散領域とN+ 型の不純物拡散領域が連続したドレインDを備えている。また、ソースSも同様な構造となっている。なお、いわゆるスケーリング則に従って、チャネル長を短かくすると相似的にゲート絶縁膜OXの膜厚が薄くなる。例えば、CONV構造におけるゲート絶縁膜の厚みが300〜400Åであるのに対して、微細化されたLDD構造においてはゲート絶縁膜の厚みは100〜300Å程度に薄くなる。一方、CONV構造ではドレイン耐圧あるいはブレークダウン電圧が例えば10Vであるのに対して、LDD構造を採用するとドレイン耐圧は例えば20V程度に上昇する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図25を参照して本発明が解決しようとする従来の技術の課題を簡潔に説明する。図25は、トランジスタ耐圧とチャネル長(以下L長と称することもある)との関係を示すグラフである。図示するように、CONV構造のゲート絶縁耐圧あるいはゲートブレークダウン電圧に比べて、微細化されたLDD構造のゲート絶縁耐圧は低下している。スケーリング則によりゲート絶縁膜が必然的に薄くなったためである。一方、LDD構造のドレイン耐圧あるいはDC耐圧はCONV構造のドレイン耐圧に比べて大きく上昇している。加えて、CONV構造においては、L長が3μを下回るとパンチスルーが多発する領域となりIC定格電圧を下回るのに対して、LDD構造においてはL長が1μ程度になるまで、パンチスルー領域は現われない。
【0008】
図25のグラフから明らかなように、素子の微細化を進めてLDD構造を採用すると、場合によってはドレイン耐圧がゲート絶縁耐圧を上回り逆転現象が生じる。この逆転により、MOSトランジスタの静電気破壊耐量(以下ESD耐量と称する)が低下するという問題点が生じる。即ち、ドレイン電極に静電気ストレスが加わりサージ電流が流れると、ドレイン耐圧が高くなっているため、ストレスがゲート絶縁膜に直接影響するようになり絶縁破壊を起こす確率が高くなる。
【0009】
再び、図22に戻って従来の技術の問題点をさらに詳細に説明する。従来、内部回路1を構成する内部トランジスタと接続部2を構成する周辺トランジスタは半導体製造プロセス上、基本的に同一の構造を有していた。微細化に伴ない、ホットエレクトロン耐久性劣化の改善に主眼が置かれ、ESD耐量については実用的な対策が講じられていなかった。内部トランジスタについてはホットエレクトロンあるいはホットキャリアによる耐久性劣化を防止し動作時の信頼性確保を図ることが重要であるとともに、外部からの静電気ストレスに直接曝されることがないのでESD耐量の低下はそれ程問題とはならない。
【0010】
一方、周辺トランジスタについては外部からの静電気ストレスの影響を直接に受けるため、ESD耐量の低下はトランジスタの静電破壊を招き故障が多発するという問題点がある。例えば、オープンドレイン型の出力端子4に接続されるNチャネルMOSトランジスタ9は、CMOSからなるインバータ8を使用したものよりとりわけESD耐量が弱く重大な支障を生じていた。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は、例えばオープンドレイン出力端子に接続されるNチャネルMOSトランジスタ等の周辺トランジスタのESD耐量を改善することを目的とする。かかる目的を達成するために講じられた手段は以下の通りである。即ち、基本的に、周辺トランジスタは内部トランジスタに比べて静電気ストレス電流を逃がし易いチャネル構造を備えている。なお、ここで言うチャネル構造とは、チャネル自体だけではなくその周辺を含んだMOS構造を意味する。
【0012】
以下、図1を参照して具体的に講じられた手段を列挙する。図1はオープンドレイン出力端子に接続されたNチャネルMOSトランジスタ9の構造を示す模式図である。ドレインDはオープン状態にあり、偶発的に外部から静電気ストレス電流ESが印加される可能性がある。一方、ソースSは接地されており、半導体基板SUBも接地されている。また、ゲート電極Gには内部回路からゲート電圧が供給される。
【0013】
第1の具体的手段として、周辺トランジスタ9のチャネル長Lは、定格耐圧を満たす範囲で内部トランジスタの内最小のチャネル長より短かく設定されており、静電気ストレス電流ESを逃がし易いチャネル構造となっている。また周辺トランジスタ9のチャネル長Lは内部トランジスタの内最小のチャネル長と同じでもよいが、ホットエレクトロンの耐久性によってチャンネル長を短かくする限度が決まる。
【0014】
かかる場合、周辺トランジスタは急激なパンチスルーによる耐圧の低下から定格耐圧を下回る下限チャネル長よりも長いチャネル長に設定すべきである。即ち、無制限にチャネル長を短縮化することは実用的でない。好ましくは、周辺トランジスタ9のL長をチャネル幅方向に沿って部分的に短かくしても良い。即ち、周辺トランジスタ9は通常のチャネル長に設定された第1チャネル幅部と、局所的に短縮化されたチャネル長に設定された第2チャネル幅部を有するチャネル構造としても良い。
【0015】
第2の具体的手段として、周辺トランジスタ9の接地ラインGNDに対する基板SUBのコンタクトを付加抵抗Rを介して行なう構造としている。さらには、これに代えてあるいはこれに加えて、接地を取るための基板コンタクトを周辺トランジスタ9のドレイン領域Dから離れた位置に設けた構造を採用しても良い。
第3の具体的手段として、周辺トランジスタ9は、ソースコンタクトとゲート電極Gとの間の距離が、ドレインコンタクトとゲート電極Gとの間の距離に比べて小さく設定された所謂非対称構造を備えるようにした。さらには、半導体基板SUBとしてエピタキシャルウェハを用いることが好ましい。
【0016】
第4の具体的な手段として、内部トランジスタ(図示せず)はLDD構造を有する一方、周辺トランジスタ9をCONV構造とした。これに付随して、あるいはこれとは独立的に、周辺トランジスタ9がドレイン領域Dの端部に沿って少なくとも部分的に厚みの小さなゲート絶縁膜OXを備えた構造としても良い。また、周辺トランジスタ9はドレイン領域Dの端部に沿って少なくとも部分的に基板領域SUBより高濃度の表面不純物領域を備えるようにしても良い。さらには、周辺トランジスタ9は、ゲート電極Gの直上に形成されたゲートコンタクトを介して金属ゲートラインに接続するようにしても良い。
【0017】
第5の具体的手段として、周辺トランジスタ9を不純物拡散自己整合型のDSA構造とした。
【0018】
【作用】
引き続き、図1を参照して本発明の作用を詳細に説明する。図1の中段にオープンドレインNチャネルMOSトランジスタ9の結線を示す。ドレインDはオープン状態にある一方、ソースSは種々の抵抗成分Rを介して接地ラインGNDに接続されている。また、基板SUBも種々の抵抗成分Rを介して接地ラインGNDに接続されている。図から明らかなように、N型のドレインDとP型の基板SUBとN型のソースSはNPN接合となっており、等価的にNPNバイポーラトランジスタと見做すことができる。
【0019】
図1の下段に、等価的なバイポーラトランジスタの結線を示す。NPNバイポーラトランジスタのコレクタCはMOSトランジスタ9のドレインに対応しており、ベースBは同じく基板SUBに対応しており、エミッタEは同じくソースSに対応している。コレクタとベースの間にはダイオードDiが接続されている。このダイオードはドレインDと基板SUBのPNジャンクションによるものである。コレクタCはオープン状態にある一方、ベースBはベース抵抗RBを介して接地されており、エミッタEはエミッタ抵抗REを介して同じく接地されている。所謂エミッタ接地構造である。なお、ベース抵抗RB及びエミッタ抵抗REは、図1の中段に示す抵抗成分Rに各々対応している。
【0020】
オープン状態にあるコレクタ端子にパルス状の静電気ストレス電流ESあるいはサージ電流が印加されると、ダイオードDiの耐圧を越えてトランジスタのベースBにベース電流IBON が流れ、バイポーラトランジスタは導通状態になる。従って、コレクタCとエミッタEとの間にコレクタ電流ICON が直接流れる。このようにして、静電気ストレス電流ESは接地ラインGNDに導かれ、ゲート絶縁膜OXの静電破壊を未然に防止できる。このコレクタ電流ICON は、具体的にはパンチスルー電流あるいは表面ブレークダウン電流となって流れることになる。静電気ストレス電流ESを逃がし易くすればする程周辺トランジスタのESD耐量が増加する。
【0021】
図から明らかなように、静電気ストレス電流ESを逃がし易くするためには、第1にエミッタEとコレクタCとの間のコンダクタンスを小さくすれば良い。このことは、等価的に見ると、エミッタ接地バイポーラトランジスタのhFE(電流増幅率)を大きくすることに他ならない。この目的で、前述した第1の具体的手段が講じられた。例えば、周辺トランジスタ9のチャネル長Lを内部トランジスタのチャネル長より短かく設定することにより、コンダクタンスが改善され大量のコレクタ電流ICONが流れる。同様の目的で、第5の手段が講じられた。即ち、周辺トランジスタ9をDSA構造とすることにより、チャネル長Lを大幅に短縮化できる。
【0022】
第2に、ベース抵抗RBを大きくすることにより、ベース電流IBON が流れ易くなり、容易にダイオードDiの耐圧を越えて速やかにバイポーラトランジスタが導通状態になる。早く導通状態になればなる程ESD耐量が向上する。この目的のために、前述した第2の具体的手段が講じられた。例えば、周辺トランジスタ9の基板コンタクトを付加抵抗Rを介して接地ラインGNDに接続することにより、等価的にベース抵抗RBを大きくすることができる。
【0023】
第3に、エミッタ抵抗REをできるだけ小さくすることにより、コレクタ電流ICONが流れ易くなる。この目的のために、前述した第3の手段が講じられた。例えば、ソースコンタクトとゲート電極との間の距離がドレインコンタクトとゲート電極との間の距離に比べて小さく設定された非対称構造を採用することにより、等価的にエミッタ抵抗REを下げることができる。
【0024】
第4に、ダイオードDiの耐圧を下げればバイポーラトランジスタがオンし易くなりESD耐量が改善される。この目的で、前述した第4の具体的手段が講じられた。例えば、周辺トランジスタのみをCONV構造とすることにより、ドレインのブレークダウン電圧が低下し、等価的にダイオードDiの耐圧を小さくできる。
【0025】
以上説明したように、本発明は静電気ストレス電流に対してMOS周辺トランジスタが等価的にバイポーラ動作を行なってストレスを除去できる点に着目したものである。バイポーラ動作あるいはバイポーラアクションを高速且つ効率的に引き起こすために上述したチャネル構造が採用され、MOS周辺トランジスタのESD耐量を大幅に改善することが可能となる。
【0026】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
図2は、本発明にかかる周辺トランジスタ9の第1実施例を示す模式的な平面図である。本例においては、周辺トランジスタ9のチャネル長Lは定格耐圧を満たす範囲で内部トランジスタの内最小のチャネル長と同じかもしくはより短かく設定されている。内部トランジスタは与えられた機能や要求される動作特性に応じて大小様々のチャネル長を有する。従って、周辺トランジスタ9のESD耐量を内部トランジスタに比べて高くするためには、周辺トランジスタ9のチャネル長Lを内部トランジスタの最小チャネル長よりも短かくする必要がある。しかしながら、チャネル長LはあくまでIC定格耐圧を保持できる範囲でなければならない。チャネル長Lを極端に短縮化すると、DC耐圧あるいはドレイン耐圧が定格を下回ってしまう。
【0027】
周辺トランジスタ9は、例えばオープンドレイン出力端子に用いられるNチャネルMOSトランジスタである。このチャネル長Lを小さくすることにより、NチャネルMOSトランジスタをNPNトランジスタと見立てた場合のコンダクタンスが向上し、静電気ストレスを逃がす能力が改善される。これに対して、従来周辺トランジスタのESD耐量が低い欠点を補うため、オープンドレイン端子に抵抗を付加していた。このため、オープンドレイントランジスタのドライバビリティが低くなる。これを補うために、チャネル幅を大きくする必要があった。一方、本実施例においては、ESD耐量が向上するため、何等付加抵抗を要せずチャネル幅Wを大きくする必要がない。結果的に、チャネル長L及びチャネル幅Wをともに小さくすることができ、周辺トランジスタの微細化に寄与できる。
【0028】
図3は、MOSトランジスタのL長と耐圧との関係を示すグラフである。LDD構造の場合を示しておりドレイン耐圧が高くなっている。L長の比較的大きい領域B例えば3μ以上の領域で、トランジスタブレークダウン電圧TrBVはゲートブレークダウン電圧を上回っている。従来の周辺トランジスタのL長は内部トランジスタと同様にこの領域に設定されていた。一方、L長の小さな領域例えば2μm以下ぐらいでは、トランジスタブレークダウン電圧が低下しパンチスルー領域となる。本発明においては、定格を上回り且つ好ましくはゲートブレークダウン電圧を下回る範囲Aで周辺トランジスタのL長を設定している。例えば、電源電圧定格5VのICでは0.4から1.2μm、3VのICでは0.2から1.2μm程度の範囲となる。
【0029】
このように、内部トランジスタと同様に周辺トランジスタがLDD構造であっても、単にL長を小さくすることでESD耐量を改善できる。従って、図2の実施例においては、周辺トランジスタと内部トランジスタを同一の半導体プロセスで形成できるため何等工程を増やす必要がない。
図4は、本発明にかかる周辺トランジスタの第2実施例を示す模式的な平面図である。周辺トランジスタ9は通常のチャネル長L1に設定された第1チャネル幅部11と、局所的に短縮化されたチャネル長L2に設定された第2チャネル幅部12とを有している。図2に示す第1実施例と異なり、本実施例においてはL長を部分的に短縮化している。高電圧であっても静電気ストレス電流量は少ないので、第2チャネル幅部12が狭くても十分ストレスを逃がすことができる。一方、通常の動作において、第2チャネル幅部12は第1チャネル幅部11に比べてパンチスルーを生じる確率が高くなる。しかしながら、第2チャネル幅部12の寸法が小さいので、パンチスルーが起きてもリーク電流が少なくて済むという利点がある。
【0030】
図5は、周辺トランジスタのESD耐量とL長との関係を示すグラフである。図から明らかなように、L長を短かくするとESD耐量が向上する。しかしながら、所定の下限チャネル長LLを越えて短かくすると、再びESD耐量の低下をもたらす危険性がある。このため、周辺トランジスタのL長は下限チャネル長LLよりも長く設定すべきである。例えば、電源電圧定格5VのICでは下限チャネル長は0.4μm、3VのICでは0.2μm程度となる。
【0031】
図6は本発明にかかる周辺トランジスタ9の第3実施例を示す模式的な平面図であり、NチャネルMOSトランジスタをオープンドレイン出力端子に接続した例である。接地を取るための基板コンタクト13を周辺トランジスタ9のドレイン領域Dから離れた位置に設けている。例えば、基板コンタクト13は周辺トランジスタ9のソース領域S側にあり、基板コンタクト13とソース領域Sとの間の距離に比べて、基板コンタクト13とドレイン領域Dとの間の距離bが大きくなっている。
【0032】
これに加えて、基板コンタクト13は付加抵抗14を介して接地ラインGNDに接続されている。この付加抵抗14は、例えばポリシリコン膜等をパターニングして形成することができる。
図7は、図6に示す第3実施例の模式的な断面構造を示す図である。基板コンタクト13とドレイン領域Dとの間の距離が離れているため、両者の間に基板SUBを介して大きな抵抗成分R1が加わる。また、基板コンタクト13と接地ラインGNDとの間には付加抵抗14が介在するため同様に抵抗成分R2が加わる。この結果、ドレイン領域Dと接地ラインGNDとの間には大きな抵抗成分R1及びR2が直列的に加わることになる。
【0033】
図8は、図7に示すMOSトランジスタをNPNバイポーラトランジスタと見立てた場合の等価回路図である。図示するように、オープンコレクタとベース側の接地ラインGNDとの間には、ダイオードDiを介して抵抗成分R1及びR2の直列接続からなるベース抵抗RBが加わる。このベース抵抗RBを大きくすることにより、NPNバイポーラトランジスタがオンし易くなるため、ESD耐量が改善される。換言すると、少ないベース電流IBON でバイポーラトランジスタは導通状態になる。
【0034】
図9は、本発明にかかる周辺トランジスタ9の第4実施例を示す模式的な平面図である。本例においては、ソースコンタクト15とゲート電極Gとの間の距離cが、ドレインコンタクト16とゲート電極Gとの間の距離dに比べて小さく設定されており、周辺トランジスタ9は非対称構造を有する。なお、仮にソースコンタクト15と併せてドレインコンタクト16もゲート電極Gに近付けると、逆にESD耐量が劣化するので好ましくない。
【0035】
図10は、図9に示す実施例の模式的な断面構造を示す。図示するように、ゲート電極Gとソースコンタクト15との間の距離が短縮化されているので、ソース領域Sを通過する実効的な電流経路が短かくなり抵抗成分Rを小さくできる。
図11は、図10に示すオープンドレインタイプのNチャネルMOSトランジスタをNPNバイポーラトランジスタに見立てた場合の等価回路図である。図示するように、エミッタEと接地との間に図10に示す抵抗成分Rからなるエミッタ抵抗REが介在している。このエミッタ抵抗REを可能な限り小さく設定しているので、NPNトランジスタのコンダクタンスが改善されコレクタ電流ICONが流れ易くなり、ESD耐量が改善できる。
【0036】
図12は、本発明にかかる半導体集積回路装置の第5実施例を示す部分断面図である。本例においては、基板SUBはエピタキシャルウェハを用いている。このウェハ上にNチャネルMOSトランジスタ等の周辺トランジスタ9が形成される。エピタキシャルウェハは例えばP+ の高不純物濃度を有しており、導電性に優れている。このウェハに、NチャネルMOSトランジスタを設ける。このようにすると、オープンドレインDに加わる静電気ストレス電流ESは一部導電性に優れた基板SUBを介してソースS側に流れる。NPNバイポーラトランジスタとして等価的に見た場合、エミッタとコレクタ間のコンダクタンスが改善されるため、周辺トランジスタ9のESD耐量が向上する。
【0037】
図13は、本発明にかかる周辺トランジスタ9の第6実施例を示す模式的な平面図である。本例においては、内部トランジスタ(図示せず)が二重ドレインのLDD構造を有する一方、図示する周辺トランジスタ9は少なくとも部分的に一重ドレインの通常構造あるいはCONV構造を有する点に特徴がある。図示するように、第1チャネル幅部17はLDD構造であるのに対して、第2チャネル幅部18のみ選択的にCONV構造となっている。勿論、周辺トランジスタ9を完全にCONV構造としても良いが、その時にはホットエレクトロンによる耐久性劣化が懸念される。本例のように、CONV構造の部分を局限化しておけば、ホットエレクトロンによる劣化がチャネル幅部全体に拡大する惧れがないという利点がある。なお、静電気ストレス電流量は比較的少ないので、CONV構造の部分が狭くても十分に対応することができる。
【0038】
図14は、図13に示す実施例の断面構造を示しており、左側がXX線に沿って切断されたCONV構造の部分を示し、右側はYY線に沿って切断されたLDD構造の部分を示す。CONV構造の部分は基板のP型領域とドレインDのN+型領域が接する構造を有しており、PN+ 接合ダイオードDiの耐圧が比較的低い。これに対して、LDD構造の部分では、基板のP型領域とドレインDのN−型領域が接しており、PN− 接合ダイオードの耐圧は比較的高い。
【0039】
図15は、静電気ストレス解放時におけるダイオードDiの動作特性を示すグラフである。CONV構造におけるPN接合ダイオードDiは比較的低電圧でオンし速やかにオン電流を供給できる。一方、LDD構造におけるPN接合ダイオードは比較的高い電圧になるまでオンしない。このため、静電気ストレス解放のための応答性が悪い。
【0040】
図16は、チャネル幅全体に沿ってCONV構造を有する周辺トランジスタと、同じくLDD構造を有する周辺トランジスタについて、トランジスタのゲートL長即ちチャネル長とESD耐量との関係を示すグラフであり、実測データに基づいている。グラフから明らかなように、チャネル長に関わらず、CONV構造のMOSトランジスタはLDD構造のMOSトランジスタに比べて優れたESD耐量を有することが理解できる。
【0041】
図17は、本発明にかかる周辺トランジスタの第7実施例を示す模式的な断面図である。周辺トランジスタ9はドレイン領域Dの端部に沿って少なくとも部分的に厚みの小さなゲート絶縁膜OXを備えている点に特徴がある。このように、ゲート絶縁膜OXを薄くすると、その直下に位置するPN接合ダイオードDiの耐圧が下がり等価的にバイポーラトランジスタがオンし易くなる。換言すると、チャネルchを介して表面ブレークダウン電流が流れ易くなるため、ESD耐量が改善される。なお、チャネル幅部全体に渡ってゲート絶縁膜OXを薄くしても構わないが、通常動作におけるパンチスルーを防止するためには、本例のように部分的にゲート絶縁膜を薄くすることが好ましい。この実施例は特に従来の5V標準電源電圧から3V(いわゆる3V系とは基準電源電圧は3.5Vである)及びそれ以下の電源電圧で駆動する半導体集積回路装置あるいはICに有効である。
【0042】
図18は、本発明にかかる周辺トランジスタの第8実施例を示す模式的な部分断面図である。周辺トランジスタ9は、ドレイン領域Dの端部に沿って少なくとも部分的に基板領域SUBよりも高濃度の表面不純物領域19を有している点に特徴がある。例えば、周辺トランジスタ9がNチャネル型である場合には、ドレイン領域DはN型の不純物領域となっている。また、基板領域SUBはP型の不純物領域を有している。両領域の間にP±型の表面不純物領域19を拡散形成する。このようにすると、PN接合ダイオードDiの耐圧が下がりトランジスタ9のESD耐量が改善できる。換言すると、チャネルchに沿って表面ブレークダウンが生じ易くなるため、等価的にNPNバイポーラトランジスタがオンし易くなる。前述した第7実施例と同様に高濃度の表面不純物領域19はチャネル幅部に沿って部分的に形成することが好ましい。また、本実施例は特に低電圧駆動化された3VICに有効である。なお、表面不純物領域19の濃度は基板領域SUBの不純物濃度に比べて若干高めに設定することが好ましい。
【0043】
図19は、本発明にかかる周辺トランジスタの第9実施例を示す模式的な平面図である。周辺トランジスタ9は、ゲート電極Gの直上に形成されたゲートコンタクト20を介して金属ゲートライン21に接続されていることを特徴とする。このようにすると、従来に比べて、ゲート電極Gとアルミニウム等からなる金属ゲートライン21との間に介在する抵抗成分を小さくすることができる。
【0044】
図20は、図19に示す第9実施例の模式的な断面構造を示す。ゲート電極Gの直上に設けられたゲートコンタクト20は、その上に重ねられた金属ゲートライン21に直接接続される。この結果、両者の間に介在する抵抗成分Rの値を従来に比し低減できる。この抵抗成分Rを下げることにより、ゲート電極Gの電位を接地レベルに近付けることができる。このため、チャネルchにおける表面ブレークダウンが起こり易くなるという利点がある。
【0045】
最後に、図21は本発明にかかる周辺トランジスタの第10実施例を示す模式的な断面図である。本例においては、NチャネルMOSトランジスタ9は不純物拡散自己整合型のDSA構造を有している点に特徴がある。図示するように、DSA構造はP型の基板SUBに対して順次、自己整合的にN型及びP型の不純物拡散を行ない、N型のドレイン領域DとN型のソース領域Sと両者の間に介在するP型のチャネル領域chを形成するものである。図から明らかなように、DSA構造においては、チャネルchが不純物拡散層の厚み方向に形成されるので、チャネル長を極端に短かくできる。このため、等価的にNPNバイポーラトランジスタのコンダタンスを非常に大きくとることが可能になる。
【0046】
以上、本発明にかかる周辺トランジスタの第1実施例から第10実施例までオープンドレイン端子に用いられる例として説明してきたが、以下その他の応用例について説明する。図26(A)は本発明にかかるNチャネルMOSトランジスタ9のゲートをソースに接続(以下オフ結線と称する)した状態で、NチャネルMOS出力トランジスタ22自身とは別に付加した第1の応用例の回路を示す模式的ブロック図である。これまで出力などの周辺トランジスタ自身のESD耐量を向上する実施例について多く説明してきたが、本応用例では例えば出力トランジスタのオン時の電流IDSをあまり多くとれない場合などに有効である、すなわち第1実施例のようにチャネル長を短くすると自動的にMOSトランジスタのコンダクタンスgmは上昇するからである。
【0047】
第2実施例のように、チャネルの部分を短くしてもその部分のオン時のgm増大は避けられないが本応用例ではチャネル長の短いNチャネルMOSトランジスタ9は常にオフしていることになり完全に避けられる。静電気ストレスはNチャネルMOSトランジスタ9が逃がしてくれるため、出力トランジスタを含めた回路としてのESD耐量は向上できる。オフ結線のNチャネルMOSトランジスタ9のチャネル長が短いことなどによるリーク電流は、第2実施例において説明したのと同様にチャネル幅は小さくても充分であることから問題とはならない。本応用例には第1から第10実施例までどのトランジスタを用いてもかまわない。以下、本応用例のような本発明にかかるNチャネルMOSトランジスタ9をオフ結線で付加することを保護素子として付加すると称する。
【0048】
図26(B)は、本発明にかかるNチャネルMOSトランジスタ9をCMOS出力端子に保護素子として付加した第2の応用例の回路を示す模式的ブロック図である。効果としては第1の応用例と同様である。
図26(C)は、本発明にかかるNチャネルMOSトランジスタ9を入出力端子に保護素子として付加した第3の応用例の回路を示す模式的ブロック図である。効果としては第1の応用例と同様であるが、さらなる利点として入力インバータ25の静電気ストレス保護用の抵抗を付加しなくても充分なESD耐量が得られるという点である。
【0049】
図27(A)は、本発明にかかるNチャネルMOSトランジスタ9を入力端子に保護素子として付加した第4の応用例の回路を示す模式的ブロック図である。従来の一般的入力保護回路は図(B)に示すごとく保護ダイオード27を使用したようなものであるが、入力保護抵抗26を少なからず高い値にしなければならなかった、すなわち数kΩからひどい時には数10kΩにしないと充分なESD耐量が確保できなかった。しかしながら、本応用例のごとくすることで入力保護抵抗26は数kΩ以下(5kΩ以下)の抵抗値、もしくは付加しなくても充分なESD耐量を確保することができ大変有効である。特には高速応答が要求される半導体集積回路装置の入力端子においては、入力保護抵抗26のCR時定数増大による遅延を大きく避けることができ大変有益となる。ここで、入力保護抵抗26は、本発明NチャネルMOSトランジスタの図中左側に位置させているが、これは右側に位置させても同じ効果が得られる。
【0050】
近年、半導体集積回路装置の微細化による高集積化、高速化の進展はめざましいものがあるが、さらに高速化を実現するためにはMOSトランジスタのソースS及びドレインDの基板SUBに対する接合容量が問題になってくる。そこで次のような素子構造が実現されつつある。
図28は、絶縁膜上に形成された薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。いわゆるTFTトランジスタとかSOIトランジスタ等のように称されるものである。以下、簡単のためSOIトランジスタと称する。図28からわかるようにソースS及びドレインDの底面は基板SUB29ではなく絶縁膜30に接していて接合容量の低減がなされている、また基板SUB29はほとんどチャネル領域chの部分しかないことがわかる。基板SUBは電位29を取ることもできず、またPN接合部28は従来のMOSトランジスタに比べて極端に面積が少ない、このことからトランジスタ自体のESD耐量も大きく低下するが、例えば入力端子に第4の応用例で示したような一般的な保護ダイオード27を用いたとしてもほとんど効果が期待できない。
【0051】
したがって、SOIトランジスタからなる半導体集積回路装置の入力及び出力端子には第1から第4の応用例に示したごとく本発明にかかるNチャネルMOSトランジスタを使用するのが大変効果的である。(図示しないが)これが第5の応用例である。もちろん、かかるNチャネルMOSトランジスタは第1から第10実施例のいずれでもかまわない。入力及び出力に限らず、電源系を構成するMOSトランジスタに適用(例えば、図22の電源端子5と接地端子6の間にかかるNチャネルMOSトランジスタを挿入すると言うこと)しても大変効果的であるし、内部回路の全てのMOSトランジスタに適用するのもより効果的である。
【0052】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、外部回路との接続部に設けられた絶縁ゲート電界効果型の周辺トランジスタと内部回路を構成する絶縁ゲート電界効果型の内部トランジスタとを含む半導体集積回路装置において、周辺トランジスタは内部トランジスタに比べて静電気ストレス電流を逃がし易いチャネル構造を備えているため、周辺トランジスタのESD耐量を内部トランジスタより高くすることができるという効果がある。一般に、周辺トランジスタは内部トランジスタに比べて静電気ストレスの影響を直接受けるため、そのESD耐量を高めることにより、半導体集積回路装置全体の信頼性を向上できるという効果がある。又、本発明においては、周辺トランジスタのESD耐量を選択的に改善する一方、内部トランジスタに関しては構造上及び動作特性上何等変更を要しないので、通常と同じようにホットキャリアに起因する劣化等に対して耐久性を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる半導体集積回路装置に組み込まれる周辺トランジスタの基本的な構成及び作用を説明するための模式図である。
【図2】本発明にかかる周辺トランジスタの第1実施例を示す模式的な平面図である。
【図3】第1実施例の動作を説明するためのグラフである。
【図4】本発明にかかる周辺トランジスタの第2実施例を示す模式的な平面図である。
【図5】周辺トランジスタにおけるチャネル長とESD耐圧との関係を示すグラフである。
【図6】本発明にかかる周辺トランジスタの第3実施例を示す模式的な平面図である。
【図7】第3実施例の構造を示す模式的な部分断面図である。
【図8】第3実施例の動作を説明するための等価回路図である。
【図9】本発明にかかる周辺トランジスタの第4実施例を示す平面図である。
【図10】第4実施例の構造を示す模式的な断面図である。
【図11】第4実施例の動作を説明するための等価回路図である。
【図12】本発明にかかる周辺トランジスタの第5実施例を示す模式的な部分断面図である。
【図13】本発明にかかる周辺トランジスタの第6実施例を示す模式的な平面図である。
【図14】第6実施例の構造を示す部分断面図である。
【図15】第6実施例の動作を説明するための電流電圧特性グラフである。
【図16】周辺トランジスタのチャネル長とESD耐量との関係を示すグラフである。
【図17】本発明にかかる周辺トランジスタの第7実施例を示す模式的な部分断面図である。
【図18】本発明にかかる周辺トランジスタの第8実施例を示す模式的な部分断面図である。
【図19】本発明にかかる周辺トランジスタの第9実施例を示す模式的な平面図である。
【図20】第9実施例の構造を示す模式的な部分断面図である。
【図21】本発明にかかる周辺トランジスタの第10実施例を示す模式的な部分断面図である。
【図22】半導体集積回路装置の一般的な構成を示す模式的なブロック図である。
【図23】NチャネルMOSトランジスタの一般的なCONV構造を示す断面図である。
【図24】NチャネルMOSトランジスタの一般的なLDD構造を示す断面図である。
【図25】MOSトランジスタの一般的なチャネル長とトランジスタ耐圧との関係を示すグラフである。
【図26】(A)本発明にかかるNチャネルMOSトランジスタ9をNチャネルオープンドレイン出力に保護素子として付加した第1の応用例の回路を示す模式的ブロック図である。
(B)本発明にかかるNチャネルMOSトランジスタ9をCMOS出力端子に保護素子として付加した第2の応用例の回路を示す模式的ブロック図である。
(C)本発明にかかるNチャネルMOSトランジスタ9を入出力端子に保護素子として付加した第3の応用例の回路を示す模式的ブロック図である。
【図27】(A)本発明にかかるNチャネルMOSトランジスタ9を入力端子に保護素子として付加した第4の応用例の回路を示す模式的ブロック図である。
(B)従来の一般的入力保護回路を示す模式的ブロック図である。
【図28】絶縁膜上に形成された薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
【符号の説明】
0 半導体集積回路装置
1 内部回路
2 接続部
3 入力端子
4 出力端子
5 電源端子
6 接地端子
7 入力保護回路
8 CMOSインバータ
9 NチャネルMOSトランジスタ[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device including an insulated gate field effect transistor element, and more particularly to a structure for preventing electrostatic breakdown thereof.
[0002]
[Prior art]
First, the general structure of the semiconductor integrated circuit device will be briefly described with reference to FIG. The semiconductor integrated circuit device 0 includes a connection portion 2 for connecting to an external circuit (not shown) and an
[0003]
The connection unit 2 includes an
[0004]
Next, a general structure of a MOS transistor will be briefly described with reference to FIG. The illustrated example is an N-channel MOS transistor having an N + single drain structure (hereinafter, this structure is referred to as a CONV structure). A gate electrode G is formed on a semiconductor substrate SUB made of silicon or the like via a gate insulating film OX made of silicon dioxide or the like. The substrate SUB is P-type, and the gate insulating film OX has a thickness of, for example, 100 to 800 °. On both sides of the gate electrode G, a source S and a drain D composed of an N + type impurity diffusion region are formed. A channel region ch that is controlled to be conductive by the gate electrode G is defined between the two diffusion regions.
[0005]
In order to increase the integration density of semiconductor integrated circuit devices, transistor elements tend to be increasingly miniaturized in recent years. That is, the length of the channel region ch (hereinafter referred to as channel length) is becoming shorter and shorter. However, when the channel length is reduced in the transistor having the CONV structure, the characteristic deterioration due to hot electrons frequently occurs.
[0006]
Referring to FIG. 24, a MOS transistor having a recently developed double drain structure (hereinafter referred to as an LDD structure) will be briefly described. This LDD structure has been developed in order to prevent deterioration of durability due to hot electrons, which has become conspicuous with miniaturization of elements. As shown in the drawing, the LDD structure has a drain D in which an N- type impurity diffusion region and an N + type impurity diffusion region are continuous. The source S has a similar structure. Note that when the channel length is shortened according to the so-called scaling rule, the thickness of the gate insulating film OX is similarly reduced. For example, while the thickness of the gate insulating film in the CONV structure is 300 to 400 °, the thickness of the gate insulating film in the miniaturized LDD structure is as thin as about 100 to 300 °. On the other hand, in the CONV structure, the drain withstand voltage or breakdown voltage is, for example, 10 V, whereas when the LDD structure is employed, the drain withstand voltage increases to, for example, about 20 V.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
With reference to FIG. 25, the problem of the related art to be solved by the present invention will be briefly described. FIG. 25 is a graph showing the relationship between the transistor breakdown voltage and the channel length (hereinafter, sometimes referred to as L length). As shown, the gate breakdown voltage of the miniaturized LDD structure is lower than the gate breakdown voltage or gate breakdown voltage of the CONV structure. This is because the gate insulating film is inevitably thinner due to the scaling rule. On the other hand, the drain withstand voltage or DC withstand voltage of the LDD structure is greatly increased as compared with the drain withstand voltage of the CONV structure. In addition, in the CONV structure, when the L length is less than 3 μm, a punch-through region frequently occurs and the IC falls below the rated voltage, whereas in the LDD structure, the punch-through region appears until the L length becomes about 1 μm. Absent.
[0008]
As is clear from the graph of FIG. 25, when the LDD structure is adopted by miniaturizing the element, the drain withstand voltage may exceed the gate withstand voltage and a reversal phenomenon may occur in some cases. Due to this reversal, there arises a problem that the resistance to electrostatic breakdown (hereinafter referred to as ESD resistance) of the MOS transistor is reduced. That is, when an electrostatic stress is applied to the drain electrode and a surge current flows, the drain withstand voltage is increased, so that the stress directly affects the gate insulating film and the probability of causing dielectric breakdown increases.
[0009]
Returning to FIG. 22, the problem of the conventional technique will be described in more detail. Conventionally, the internal transistor forming the
[0010]
On the other hand, since the peripheral transistors are directly affected by external static stress, there is a problem that a decrease in the ESD withstand voltage causes electrostatic breakdown of the transistors and causes many failures. For example, the N-
[0011]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-described problems of the related art, an object of the present invention is to improve the ESD resistance of a peripheral transistor such as an N-channel MOS transistor connected to an open drain output terminal. The measures taken to achieve this objective are as follows. That is, basically, the peripheral transistor has a channel structure in which the electrostatic stress current is easily released as compared with the internal transistor. Here, the channel structure means a MOS structure including not only the channel itself but also the periphery thereof.
[0012]
Hereinafter, specific measures taken with reference to FIG. 1 will be listed. FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of an N-
[0013]
As a first specific means, the channel length L of the
[0014]
In such a case, the peripheral transistor should be set to have a longer channel length than the lower limit channel length below the rated withstand voltage due to a drop in withstand voltage due to abrupt punch-through. That is, it is not practical to shorten the channel length without limit. Preferably, the L length of the
[0015]
As a second specific means, the structure is such that the substrate SUB contacts the ground line GND of the
As a third specific means, the
[0016]
As a fourth specific means, the internal transistor (not shown) has an LDD structure, while the
[0017]
As a fifth specific means, the
[0018]
[Action]
Subsequently, the operation of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The middle part of FIG. 1 shows the connection of the open drain N-
[0019]
The lower part of FIG. 1 shows the connection of an equivalent bipolar transistor. The collector C of the NPN bipolar transistor corresponds to the drain of the
[0020]
When a pulsed electrostatic stress current ES or surge current is applied to the collector terminal in the open state, the base current IBON flows to the base B of the transistor exceeding the breakdown voltage of the diode Di, and the bipolar transistor is turned on. Therefore, the collector current ICON flows directly between the collector C and the emitter E. Thus, the electrostatic stress current ES is guided to the ground line GND, and the electrostatic breakdown of the gate insulating film OX can be prevented. This collector current ICON flows as a punch-through current or a surface breakdown current. The more easily the electrostatic stress current ES is released, the greater the ESD resistance of the peripheral transistor.
[0021]
As is clear from the figure, the conductance between the emitter E and the collector C may be reduced first in order to easily release the electrostatic stress current ES. This is equivalent to increasing the hFE (current amplification factor) of the common-emitter bipolar transistor when viewed equivalently. For this purpose, the first specific measures described above have been taken. For example, by setting the channel length L of the
[0022]
Second, by increasing the base resistance RB, the base current IBON easily flows, and the bipolar transistor easily exceeds the withstand voltage of the diode Di and quickly becomes conductive. The sooner the conductive state is established, the better the ESD resistance. To this end, the second specific measures described above have been taken. For example, the base resistance RB can be equivalently increased by connecting the substrate contact of the
[0023]
Third, by making the emitter resistance RE as small as possible, the collector current ICON flows more easily. To this end, the third measure described above has been taken. For example, by employing an asymmetric structure in which the distance between the source contact and the gate electrode is set smaller than the distance between the drain contact and the gate electrode, the emitter resistance RE can be reduced equivalently.
[0024]
Fourth, if the breakdown voltage of the diode Di is reduced, the bipolar transistor is easily turned on, and the ESD resistance is improved. For this purpose, the fourth specific means described above has been taken. For example, when only the peripheral transistor has the CONV structure, the breakdown voltage of the drain is reduced, and the withstand voltage of the diode Di can be equivalently reduced.
[0025]
As described above, the present invention pays attention to the fact that MOS peripheral transistors can equivalently perform a bipolar operation with respect to an electrostatic stress current to remove stress. The above-described channel structure is employed to cause a bipolar operation or a bipolar action at high speed and efficiently, and it is possible to greatly improve the ESD resistance of the MOS peripheral transistor.
[0026]
【Example】
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 2 is a schematic plan view showing a first embodiment of the
[0027]
The
[0028]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the L length of the MOS transistor and the breakdown voltage. This shows the case of the LDD structure, in which the drain withstand voltage is high. In a region B having a relatively large L length, for example, a region of 3 μ or more, the transistor breakdown voltage TrBV exceeds the gate breakdown voltage. The L length of the conventional peripheral transistor is set in this region as in the case of the internal transistor. On the other hand, in a region having a small L length, for example, about 2 μm or less, the transistor breakdown voltage is reduced and the region becomes a punch-through region. In the present invention, the L length of the peripheral transistor is set in a range A which is higher than the rating and preferably lower than the gate breakdown voltage. For example, in the case of an IC with a power supply voltage rating of 5 V, the range is 0.4 to 1.2 μm, and in the case of a 3 V IC, the range is about 0.2 to 1.2 μm.
[0029]
As described above, even if the peripheral transistor has the LDD structure like the internal transistor, the ESD resistance can be improved by simply reducing the L length. Therefore, in the embodiment of FIG. 2, since the peripheral transistor and the internal transistor can be formed by the same semiconductor process, there is no need to add any steps.
FIG. 4 is a schematic plan view showing a second embodiment of the peripheral transistor according to the present invention.
[0030]
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the ESD resistance of the peripheral transistor and the L length. As is clear from the figure, the shorter the L length, the higher the ESD resistance. However, if the length is shorter than the predetermined lower limit channel length LL, there is a danger that the ESD tolerance is reduced again. For this reason, the L length of the peripheral transistor should be set longer than the lower limit channel length LL. For example, in an IC with a power supply voltage rating of 5 V, the lower limit channel length is 0.4 μm, and in a 3 V IC, it is about 0.2 μm.
[0031]
FIG. 6 is a schematic plan view showing a third embodiment of the
[0032]
In addition, the
FIG. 7 is a diagram showing a schematic sectional structure of the third embodiment shown in FIG. Since the distance between the
[0033]
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram when the MOS transistor shown in FIG. 7 is regarded as an NPN bipolar transistor. As shown in the figure, a base resistor RB composed of a series connection of resistance components R1 and R2 is added between the open collector and the base-side ground line GND via a diode Di. Increasing the base resistance RB makes it easier for the NPN bipolar transistor to turn on, thereby improving the ESD resistance. In other words, the bipolar transistor becomes conductive with a small base current IBON.
[0034]
FIG. 9 is a schematic plan view showing a fourth embodiment of the
[0035]
FIG. 10 shows a schematic sectional structure of the embodiment shown in FIG. As shown in the drawing, since the distance between the gate electrode G and the
FIG. 11 is an equivalent circuit diagram when the open drain type N-channel MOS transistor shown in FIG. 10 is regarded as an NPN bipolar transistor. As shown, an emitter resistor RE including a resistance component R shown in FIG. 10 is interposed between the emitter E and the ground. Since the emitter resistance RE is set as small as possible, the conductance of the NPN transistor is improved, the collector current ICON flows more easily, and the ESD resistance can be improved.
[0036]
FIG. 12 is a partial sectional view showing a fifth embodiment of the semiconductor integrated circuit device according to the present invention. In this example, the substrate SUB uses an epitaxial wafer. On this wafer,
[0037]
FIG. 13 is a schematic plan view showing a sixth embodiment of the
[0038]
FIG. 14 shows a cross-sectional structure of the embodiment shown in FIG. 13. The left side shows a part of the CONV structure cut along the XX line, and the right side shows a part of the LDD structure cut along the YY line. Show. The CONV structure has a structure in which the P-type region of the substrate and the N + -type region of the drain D are in contact with each other, and the breakdown voltage of the PN + junction diode Di is relatively low. On the other hand, in the LDD structure, the P-type region of the substrate is in contact with the N-type region of the drain D, and the breakdown voltage of the PN-junction diode is relatively high.
[0039]
FIG. 15 is a graph showing the operating characteristics of the diode Di when the electrostatic stress is released. The PN junction diode Di in the CONV structure is turned on at a relatively low voltage and can quickly supply an on-current. On the other hand, the PN junction diode in the LDD structure does not turn on until a relatively high voltage is reached. Therefore, the responsiveness for releasing the electrostatic stress is poor.
[0040]
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the gate L length of the transistor, that is, the channel length, and the ESD immunity of the peripheral transistor having the CONV structure along the entire channel width and the peripheral transistor having the same LDD structure. Based on. As is clear from the graph, regardless of the channel length, it can be understood that the MOS transistor having the CONV structure has a higher ESD resistance than the MOS transistor having the LDD structure.
[0041]
FIG. 17 is a schematic sectional view showing a seventh embodiment of the peripheral transistor according to the present invention. The
[0042]
FIG. 18 is a schematic partial sectional view showing an eighth embodiment of the peripheral transistor according to the present invention. The
[0043]
FIG. 19 is a schematic plan view showing a ninth embodiment of the peripheral transistor according to the present invention. The
[0044]
FIG. 20 shows a schematic sectional structure of the ninth embodiment shown in FIG. The
[0045]
Finally, FIG. 21 is a schematic sectional view showing a tenth embodiment of the peripheral transistor according to the present invention. The present embodiment is characterized in that the N-
[0046]
Although the first to tenth embodiments of the peripheral transistor according to the present invention have been described as examples used for the open drain terminal, other application examples will be described below. FIG. 26A shows a first application example in which the gate of the N-
[0047]
As in the second embodiment, even if the channel portion is shortened, an increase in gm when the channel portion is turned on cannot be avoided. However, in this application example, the N-
[0048]
FIG. 26B is a schematic block diagram showing a circuit of a second application example in which the N-
FIG. 26C is a schematic block diagram showing a circuit of a third application example in which the N-
[0049]
FIG. 27A is a schematic block diagram showing a circuit of a fourth application example in which the N-
[0050]
In recent years, progress in high integration and high speed due to miniaturization of semiconductor integrated circuit devices has been remarkable, but in order to realize higher speed, the junction capacitance of the source S and drain D of the MOS transistor to the substrate SUB is a problem. It becomes. Therefore, the following element structure is being realized.
FIG. 28 is a schematic sectional view showing a thin film transistor formed on an insulating film. It is referred to as a so-called TFT transistor or SOI transistor. Hereinafter, it is referred to as an SOI transistor for simplicity. As can be seen from FIG. 28, the bottom surfaces of the source S and the drain D are in contact with the insulating
[0051]
Therefore, it is very effective to use the N-channel MOS transistor according to the present invention for the input and output terminals of the semiconductor integrated circuit device including the SOI transistor as shown in the first to fourth application examples. This is a fifth application example (not shown). Of course, such an N-channel MOS transistor may be any of the first to tenth embodiments. Not only for input and output but also for MOS transistors constituting a power supply system (for example, inserting an N-channel MOS transistor between the
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a semiconductor integrated circuit including an insulated gate field effect type peripheral transistor provided at a connection portion with an external circuit and an insulated gate field effect type internal transistor forming an internal circuit In the circuit device, since the peripheral transistor has a channel structure in which the electrostatic stress current is more easily released than the internal transistor, there is an effect that the ESD resistance of the peripheral transistor can be made higher than that of the internal transistor. In general, peripheral transistors are directly affected by electrostatic stress as compared with internal transistors. Therefore, by improving the ESD resistance of the peripheral transistors, the reliability of the entire semiconductor integrated circuit device can be improved. Further, in the present invention, while the ESD resistance of the peripheral transistor is selectively improved, the internal transistor does not require any change in the structure and operating characteristics. It is durable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a basic configuration and operation of a peripheral transistor incorporated in a semiconductor integrated circuit device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view showing a first embodiment of a peripheral transistor according to the present invention.
FIG. 3 is a graph for explaining the operation of the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic plan view showing a second embodiment of the peripheral transistor according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a channel length and an ESD withstand voltage in a peripheral transistor.
FIG. 6 is a schematic plan view showing a third embodiment of the peripheral transistor according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic partial sectional view showing the structure of the third embodiment.
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram for explaining the operation of the third embodiment.
FIG. 9 is a plan view showing a fourth embodiment of the peripheral transistor according to the present invention.
FIG. 10 is a schematic sectional view showing the structure of the fourth embodiment.
FIG. 11 is an equivalent circuit diagram for explaining the operation of the fourth embodiment.
FIG. 12 is a schematic partial sectional view showing a fifth embodiment of the peripheral transistor according to the present invention.
FIG. 13 is a schematic plan view showing a sixth embodiment of the peripheral transistor according to the present invention.
FIG. 14 is a partial sectional view showing the structure of the sixth embodiment.
FIG. 15 is a current-voltage characteristic graph for explaining the operation of the sixth embodiment.
FIG. 16 is a graph showing a relationship between a channel length of a peripheral transistor and an ESD tolerance.
FIG. 17 is a schematic partial sectional view showing a seventh embodiment of the peripheral transistor according to the present invention.
FIG. 18 is a schematic partial sectional view showing an eighth embodiment of the peripheral transistor according to the present invention.
FIG. 19 is a schematic plan view showing a ninth embodiment of a peripheral transistor according to the present invention.
FIG. 20 is a schematic partial sectional view showing the structure of the ninth embodiment.
FIG. 21 is a schematic partial sectional view showing a tenth embodiment of a peripheral transistor according to the present invention.
FIG. 22 is a schematic block diagram showing a general configuration of a semiconductor integrated circuit device.
FIG. 23 is a sectional view showing a general CONV structure of an N-channel MOS transistor.
FIG. 24 is a sectional view showing a general LDD structure of an N-channel MOS transistor.
FIG. 25 is a graph showing the relationship between the general channel length of a MOS transistor and the transistor breakdown voltage.
FIG. 26A is a schematic block diagram showing a circuit of a first application example in which an N-
(B) A schematic block diagram showing a circuit of a second application example in which an N-
(C) is a schematic block diagram showing a circuit of a third application example in which an N-
FIG. 27A is a schematic block diagram showing a circuit of a fourth application example in which an N-
FIG. 1B is a schematic block diagram showing a conventional general input protection circuit.
FIG. 28 is a schematic sectional view showing a thin film transistor formed on an insulating film.
[Explanation of symbols]
0 Semiconductor integrated circuit device
1 Internal circuit
2 Connection
3 Input terminal
4 Output terminal
5 Power supply terminal
6 Ground terminal
7 Input protection circuit
8 CMOS inverter
9 N-channel MOS transistor
Claims (1)
前記周辺MOSトランジスタは、第1のチャネル長さを有する第1のチャネル幅部と、前記第1チャネル長さより短い第2のチャネル長さを有する第2のチャネル幅部とを有し、
前記第2のチャネル幅部は、前記2つの第1のチャネル幅部に挟まれ、前記第2のチャネル幅部のチャネル幅方向の幅は、何れの前記第1のチャネル幅部のチャネル幅方向の幅より短く形成され、
前記第2のチャネル長さは前記内部トランジスタの最短のチャネル長さより短いことを特長とする半導体集積回路。An input terminal, an output terminal, a power supply terminal, and a ground terminal; and an internal circuit including an internal MOS transistor on the same semiconductor substrate. The input terminal, the output terminal, the power supply terminal, and the ground terminal A semiconductor integrated circuit having a connection portion including a peripheral MOS transistor interposed between any one of the internal circuits and
The peripheral MOS transistor has a first channel width portion having a first channel length, and a second channel width portion having a second channel length shorter than the first channel length,
The second channel width portion is sandwiched between the two first channel width portions, and the width of the second channel width portion in the channel width direction is equal to the width of any of the first channel width portions. Formed shorter than the width of
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the second channel length is shorter than a shortest channel length of the internal transistor.
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