特許 7581901 静電気保護回路、半導体装置、電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】静電気保護回路、半導体装置、電子機器

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/822 20060101AFI20241106BHJP

   H01L 27/04 20060101ALI20241106BHJP

   H01L 27/06 20060101ALI20241106BHJP

   H01L 27/088 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

H01L27/04 H

H01L27/06 311B

H01L27/088 331C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021007139

(22)【出願日】2021-01-20

(65)【公開番号】P2022111601

(43)【公開日】2022-08-01

【審査請求日】2023-11-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】池田 益英

【審査官】石川 雄太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０３４５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６２２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３４５４２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／０４

Ｈ０１Ｌ ２７／０６

Ｈ０１Ｌ ２７／０８８

Ｈ０１Ｌ ２１／８２２

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３２

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

保護対象回路と並列に接続される静電気保護回路であって、
第１伝導型の第１半導体領域および第２半導体領域と、
前記第１半導体領域および前記第２半導体領域より前記第１伝導型のキャリア濃度が高い共通不純物領域と、
前記共通不純物領域より前記第１伝導型のキャリア濃度が高い埋込領域と、
第２伝導型の第１不純物領域および第２不純物領域と、
を備え、
前記埋込領域は、前記第２伝導型の半導体基板の一方の面である積層方向の面に延在して設けられ、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域と前記共通不純物領域とは、前記埋込領域の前記積層方向に設けられて前記埋込領域に接続され、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とは、前記共通不純物領域を介して接続され、
前記第１不純物領域は、前記第１半導体領域の前記積層方向に設けられて前記第１半導体領域に接続され、
前記第２不純物領域は、前記第２半導体領域の前記積層方向に設けられて前記第２半導体領域に接続され、
前記第１不純物領域と前記第１半導体領域とで構成される第１ダイオードと、前記第２不純物領域と前記第２半導体領域とで構成される第２ダイオードとが、前記共通不純物領域を介して互いに逆方向に接続され、
前記第１不純物領域と前記共通不純物領域との距離と、前記第２不純物領域と前記共通不純物領域との距離と、が異なっている静電気保護回路。

【請求項2】

第１電極と、
前記第１不純物領域より前記第２伝導型のキャリア濃度が高い第１不純物領域半導体層と、
第１金属化合物層と、
を備え、
前記第１不純物領域半導体層は、前記第１不純物領域の前記積層方向に設けられて前記第１不純物領域に接続され、
前記第１金属化合物層は、前記第１不純物領域半導体層の前記積層方向に設けられて前記第１不純物領域半導体層に接続され、
前記第１電極は、前記第１金属化合物層の前記積層方向に設けられて前記第１金属化合物層に接続され、
前記第１金属化合物層の前記共通不純物領域に近い側の端部は、遠い側の端部に向かって、前記第１不純物領域半導体層の前記共通不純物領域に近い側の端部から離間して配設される、請求項１に記載の静電気保護回路。

【請求項3】

第２電極と、
前記第２不純物領域より前記第２伝導型のキャリア濃度が高い第２不純物領域半導体層
と、
第２金属化合物層と、
を備え、
前記第２不純物領域半導体層は、前記第２不純物領域の前記積層方向に設けられて前記第２不純物領域に接続され、
前記第２金属化合物層は、前記第２不純物領域半導体層の前記積層方向に設けられて前記第２不純物領域半導体層に接続され、
前記第２電極は、前記第２金属化合物層の前記積層方向に設けられて前記第２金属化合物層に接続され、
前記第２金属化合物層の前記共通不純物領域に近い側の端部は、遠い側の端部に向かって、前記第２不純物領域半導体層の前記共通不純物領域に近い側の端部から離間して配設される、請求項１または２に記載の静電気保護回路。

【請求項4】

前記共通不純物領域より前記第１伝導型のキャリア濃度が高い共通不純物領域半導体層を備え、
前記第１不純物領域半導体層は、前記第１不純物領域と前記共通不純物領域の前記積層方向において、前記共通不純物領域半導体層と離間し、前記第１不純物領域から前記共通不純物領域に跨るように延在して前記第１不純物領域と前記共通不純物領域とに接続されている、請求項２に記載の静電気保護回路。

【請求項5】

前記共通不純物領域より前記第１伝導型のキャリア濃度が高い共通不純物領域半導体層を備え、
前記共通不純物領域半導体層は、前記第１不純物領域と前記第１半導体領域と前記共通不純物領域の前記積層方向において、前記第１不純物領域半導体層と離間し、前記第１不純物領域から前記共通不純物領域に跨るように延在して前記第１不純物領域と前記共通不純物領域とに接続されている、請求項２に記載の静電気保護回路。

【請求項6】

前記第１伝導型は、Ｎ型であり、前記第２伝導型は、Ｐ型である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の静電気保護回路。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の静電気保護回路を備える半導体装置。

【請求項8】

請求項７に記載の半導体装置を備える電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電気保護回路、半導体装置、電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、信号および電源の統合静電気保護デバイスとして、基板表面の不純物層から構成されるダイオード構造を有するデバイスが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１２－５１５４４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載のデバイスでは、静電気保護回路としての構成素子として、基板表面に形成されたダイオードを用いる場合、基板表面近くに流れる電流が局所的に集中し、ダイオードの保持電圧が高くなると、つまりブレークダウン電圧が高くなると、放熱以上にブレークダウン電流による発熱量が大きくなるため、構成素子の破壊に至る虞があるという課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の静電気保護回路は、保護対象回路と並列に接続される静電気保護回路であって、第１伝導型の第１半導体領域および第２半導体領域と、前記第１半導体領域および前記第２半導体領域より前記第１伝導型のキャリア濃度が高い共通不純物領域と、前記共通不純物領域より前記第１伝導型のキャリア濃度が高い埋込領域と、第２伝導型の第１不純物領域および第２不純物領域と、を備え、前記埋込領域は、前記第２伝導型の半導体基板の一方の面である積層方向の面に延在して設けられ、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域と前記共通不純物領域とは、前記埋込領域の前記積層方向に設けられて前記埋込領域に接続され、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域とは、前記共通不純物領域を介して接続され、前記第１不純物領域は、前記第１半導体領域の前記積層方向に設けられて前記第１半導体領域に接続され、前記第２不純物領域は、前記第２半導体領域の前記積層方向に設けられて前記第２半導体領域に接続され、前記第１不純物領域と前記第１半導体領域とで構成される第１ダイオードと、前記第２不純物領域と前記第２半導体領域とで構成される第２ダイオードとが、前記共通不純物領域を介して互いに逆方向に接続されている。

【0006】

本発明の半導体装置は、上記の静電気保護回路を備えている。

【0007】

本発明の電子機器は、上記の半導体装置を備えている。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る静電気保護回路を備えた半導体装置のブロック図である。

【図2】実施形態の実施例１に係る静電気保護回路の構成を模式的に示す断面図である。

【図3】従来技術における第１不純物領域と共通不純物領域との距離を変えて構成した場合の第１ダイオードの耐圧特性の違いを示すグラフである。

【図4】従来技術における静電気保護回路の構成を模式的に示す断面図である。

【図5】第１金属化合物層の端部が、第１不純物領域半導体層の端部に重なるように設けられている静電気保護回路の例を示す断面図である。

【図6】実施形態に係る静電気保護回路に含まれる第１ダイオードの耐圧特性を示すグラフである。

【図7】実施形態の実施例２に係る静電気保護回路の構成を模式的に示す断面図である。

【図8】実施形態の実施例２に係る静電気保護回路の他の構成を模式的に示す断面図である。

【図9】半導体装置に適用した静電気保護回路の構成を示す平面図である。

【図10】図９のＡ－Ｂ断面図である。

【図11】実施形態に係る電子機器の構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施形態に係る静電気保護回路を備えた半導体装置の構成について、図１を参照して説明する。
本実施形態の半導体装置１は、プレーナー技術を用いて製造される半導体デバイスであり、内部回路１０、静電気保護回路２０、電源保護回路３０などから構成されている。
半導体装置１は、正の電源電位ＶＤＤに接続される電源端子１１、接地電位ＶＳＳに接続される接地端子１２、内部回路１０に入力信号ＩＮを入力する入力端子１３、内部回路１０の出力信号ＯＵＴを出力する出力端子１４などを有している。
電源端子１１と内部回路１０とは、内部回路１０に電源電位ＶＤＤを供給する電源配線１５により接続されている。接地端子１２と内部回路１０とは、内部回路１０に接地電位ＶＳＳを供給する接地配線１６により接続されている。入力端子１３と内部回路１０とは、内部回路１０に入力信号ＩＮを伝達する入力配線１７により接続されている。出力端子１４と内部回路１０とは、出力端子１４に内部回路１０からの出力信号ＯＵＴを伝達する出力信号線１８により接続されている。
なお、それぞれの端子は、内部回路１０の構成により、複数配置されてもよい。

【0010】

内部回路１０は、例えば、ＣＭＯＳトランジスターなどの能動素子を含む回路であり、その回路構成は、半導体装置１の用途によって種々に構成されてよい。なお、ＣＭＯＳトランジスターは、Complementary Metal Oxide Semiconductorを意味している。

【0011】

静電気保護回路２０は、入力端子１３および出力端子１４に印加される静電気から内部回路１０を保護するための回路であり、双方向ダイオードを含む構成によって、例えば、出力端子１４と接地端子１２との間に静電気が印加されたとき、内部回路１０に誘起される電圧の上昇を抑え、内部回路１０を保護する。ここで、印加される静電気によって内部回路１０に誘起され、静電気保護回路２０により上昇が抑えられる電圧を保持電圧と言う。

【0012】

静電気保護回路２０は、静電気保護回路２０を構成する双方向ダイオードの一方の端に接続されるノードＮ１と、他方の端に接続されるノードＮ２の２つのノードを備えている。
入力端子１３に印加される静電気から内部回路１０を保護する静電気保護回路２０は、ノードＮ１が、入力配線１７と接続され、ノードＮ２が、接地配線１６と接続されている。出力端子１４に印加される静電気から内部回路１０を保護する静電気保護回路２０は、ノードＮ１が、出力信号線１８と接続され、ノードＮ２が、接地配線１６と接続されている。すなわち、静電気保護回路２０は、静電気が印加される可能性のある端子と接地電位ＶＳＳとの間において、保護対象回路としての内部回路１０と並列に接続される。

【0013】

電源保護回路３０は、静電気保護回路２０とは異なる構成の保護回路であり、例えば、ダイオードなどのクランプ素子を含むクランプ回路を有し、電源端子１１と接地端子１２との間に静電気などを含む過電圧が印加されたときに、内部回路１０に誘起される電圧の上昇を抑え、内部回路１０を保護する機能を有する。

【0014】

次に、本実施形態の静電気保護回路２０の詳細について、いくつかの具体的な実施例に基づき説明する。
なお、実施例では、第１伝導型がＮ型であり、第２伝導型がＰ型である場合を例に説明するが、第１伝導型がＰ型であり、第２伝導型がＮ型であってもよい。また、以降参照する図との対応において、分かり易くするために、
第１半導体領域を、Ｎ－－半導体領域２０４１、
第２半導体領域を、Ｎ－－半導体領域２０４２、
共通不純物領域を、Ｎ－共通不純物領域５０７、
埋込領域を、Ｎ＋埋込領域５１７、
第１不純物領域を、Ｐ－不純物領域２０６１、
第２不純物領域を、Ｐ－不純物領域２０６２
Ｐ型の半導体基板を、Ｐ半導体基板２０３、
Ｐ半導体基板２０３の一方の面である積層方向の面を、各図における上面、つまり積層方向を各図における上方向、
第１ダイオードを、ダイオード２０１、
第２ダイオードを、ダイオード２０２、
第１電極を、電極２１５１、
第２電極を、電極２１５２、
第１不純物領域半導体層を、不純物領域半導体層２０９１、
第２不純物領域半導体層を、不純物領域半導体層２０９２、
第１金属化合物層を、金属化合物層２１１１、
第２金属化合物層を、金属化合物層２１１２、
共通不純物領域半導体層を、共通不純物領域半導体層２０８、
として説明する。
なお、本実施例において各不純物層、金属化合物層等の積層方向を一方の面として、各図における上面、上方向として便宜的に説明しているが、各図において下面に積層される場合、積層方向が下面、下方向であることは当然のこととして理解されたい。

【0015】

＜実施例１＞
図２を参照し、図１の静電気保護回路２０の、実施例１としての静電気保護回路２０ａについて説明する。
静電気保護回路２０ａは、Ｎ型のＮ－－半導体領域２０４１およびＮ型のＮ－－半導体領域２０４２と、これらＮ－－半導体領域２０４１およびＮ－－半導体領域２０４２よりＮ型のキャリア濃度が高いＮ－共通不純物領域５０７と、このＮ－共通不純物領域５０７よりＮ型のキャリア濃度が高いＮ＋埋込領域５１７と、Ｐ型のＰ－不純物領域２０６１およびＰ型のＰ－不純物領域２０６２と、を備えている。
また、静電気保護回路２０ａは、電極２１５１と、Ｐ－不純物領域２０６１よりＰ型のキャリア濃度が高い不純物領域半導体層２０９１と、金属化合物層２１１１と、また、電極２１５２と、Ｐ－不純物領域２０６２よりＰ型のキャリア濃度が高い不純物領域半導体層２０９２と、金属化合物層２１１２と、を備えている。

【0016】

Ｎ＋埋込領域５１７は、Ｐ半導体基板２０３の上面に延在して設けられている。Ｐ半導体基板２０３は、Ｐ型の極性を有する半導体基板である。静電気保護回路２０ａを構成する各領域は、このＰ半導体基板２０３に、例えば、不純物を拡散させることによって形成された領域である。
Ｎ－－半導体領域２０４１とＮ－－半導体領域２０４２とＮ－共通不純物領域５０７とは、Ｎ＋埋込領域５１７の上方向に設けられてＮ＋埋込領域５１７に接続されている。また、Ｎ－－半導体領域２０４１とＮ－－半導体領域２０４２とは、Ｎ－共通不純物領域５０７を介して接続されている。
Ｐ－不純物領域２０６１は、Ｎ－－半導体領域２０４１の上方向に設けられてＮ－－半導体領域２０４１に接続され、Ｐ－不純物領域２０６２は、Ｎ－－半導体領域２０４２の上方向に設けられてＮ－－半導体領域２０４２に接続されている。

【0017】

不純物領域半導体層２０９１は、Ｐ－不純物領域２０６１の上方向に設けられてＰ－不純物領域２０６１に接続され、金属化合物層２１１１は、不純物領域半導体層２０９１の上方向に設けられて不純物領域半導体層２０９１に接続されている。また、電極２１５１は、金属化合物層２１１１の上方向に設けられて金属化合物層２１１１に接続されている。電極２１５１は、ノードＮ１に接続される。

【0018】

不純物領域半導体層２０９２は、Ｐ－不純物領域２０６２の上方向に設けられてＰ－不純物領域２０６２に接続され、金属化合物層２１１２は、不純物領域半導体層２０９２の上方向に設けられて不純物領域半導体層２０９２に接続されている。また、電極２１５２は、金属化合物層２１１２の上方向に設けられて金属化合物層２１１２に接続されている。電極２１５２は、ノードＮ２に接続される。

【0019】

各領域の以上の配置において、Ｐ－不純物領域２０６１とＮ－－半導体領域２０４１とでダイオード２０１が構成され、Ｐ－不純物領域２０６２とＮ－－半導体領域２０４２とでダイオード２０２が構成される。ダイオード２０１は、そのアノードが電極２１５１に接続され、ダイオード２０２は、そのアノードが電極２１５２に接続され、ダイオード２０１とダイオード２０２とは、それぞれのカソードが、Ｎ－共通不純物領域５０７を介して接続される構成になっている。つまり、ダイオード２０１とダイオード２０２とは、ダイオードの順方向が互いに反対方向となる逆方向に接続されている。

【0020】

共通不純物領域半導体層２０８は、Ｎ－共通不純物領域５０７よりＮ型のキャリア濃度が高い領域であり、Ｎ－共通不純物領域５０７の上方向に設けられて、Ｎ－共通不純物領域５０７に接続され、共通カソード端子を接続可能に設けられている。

【0021】

静電気保護回路２０ａの保持電圧は、ダイオード２０１の耐圧とダイオード２０２の耐圧とで決まる。詳しくは、静電気保護回路２０ａの保持電圧は、ダイオード２０１とダイオード２０２の一方のダイオードの逆方向電圧と、他方のダイオードの順方向電圧との和の電圧となる。静電気保護回路２０ａでは、ダイオード２０１の耐圧およびダイオード２０２の耐圧を、個別に設定することができるように構成している。このため、正の保持電圧および負の保持電圧を、個別に設定することができる。
具体的には、図２に示すように、Ｐ－不純物領域２０６１とＮ－共通不純物領域５０７との間に距離Ｌ１を設け、Ｐ－不純物領域２０６２とＮ－共通不純物領域５０７との間に距離Ｌ２を設け、距離Ｌ１と距離Ｌ２とが異なるように構成することにより、正の保持電圧および負の保持電圧を、個別に設定することができる。

【0022】

図３、図４を参照し、距離Ｌ１、距離Ｌ２の効果について説明する。図３は、図４に示す従来技術における静電気保護回路２０ｘにおいて、ダイオード２０１における距離Ｌ１を０μｍから２．０μｍまで０．５μｍステップで変えて構成した場合のダイオード２０１の耐圧特性の違いを示すグラフである。従来技術における静電気保護回路２０ｘは、図４に示すようにＮ＋埋込領域５１７を備えていない。また、静電気保護回路２０ｘにおいて、Ｎ－－半導体領域２０４１とＮ－－半導体領域２０４２とは、Ｎ－共通不純物領域５０７によって分離されていない。
図３に示すように、ダイオード２０１は、距離Ｌ１を長くしていくと、それに伴って耐圧が高くなり、距離Ｌ１を短くすると、耐圧が低くなる。また、図示しないが、ダイオード２０２でも、同様に、距離Ｌ２を長くすると、それに伴って耐圧が高くなり、距離Ｌ２を短くすると、それに伴って耐圧が低くなる。距離Ｌ１、Ｌ２と耐圧との間には相関関係があるため、必要な耐圧を、この相関関係に基づいて設定することができる。

【0023】

しかしながら、図４に示した従来技術の静電気保護回路２０ｘでは、距離Ｌ１、あるいは距離Ｌ２を長くして保持電圧を高く設定した場合に、ブレークダウン電流による発熱量が大きくなり、静電気保護回路２０ｘが熱破壊し易くなるという課題があった。具体的には、例えば、接地電位のノードＮ２に対して、つまり接地電位のダイオード２０２のアノード側の電極２１５２に対して、ノードＮ１に、つまり、ダイオード２０１のアノード側の電極２１５１に負の静電気が印加された場合に、ダイオード２０１がブレークダウンした場合のブレークダウン電流は、図４に破線矢印で示す電流経路Ａ０のように、比較的インピーダンスの低い表面付近を流れる。表面付近とは、積層構造の静電気保護回路２０ｘにおいて、Ｐ半導体基板２０３が延在する深層側とは逆側の、Ｐ－不純物領域２０６２、Ｎ－－半導体領域２０４２、Ｎ－共通不純物領域５０７、Ｎ－－半導体領域２０４１、Ｐ－不純物領域２０６１が順に並ぶ表面付近である。保持電圧が高くなった結果として大きな電力集中により発熱し、耐熱性の低い部位において破壊に至ってしまう。

【0024】

例えば、図３に示すダイオード２０１の耐圧特性のグラフからも分かるように、距離Ｌ１＝１．０μｍの場合には、保持電圧が約３０Ｖ～５０Ｖで１Ａを越える付近、つまり約５０Ｗで破壊に至るのに対して、距離Ｌ１＝２．０μｍとした場合に、保持電圧が約６０Ｖ～７０Ｖで０．５Ａ、つまり３５Ｗに至らない範囲で破壊に至ってしまう。

【0025】

これに対して、本実施例の静電気保護回路２０ａでは、Ｐ半導体基板２０３の上面に延在するようにＮ＋埋込領域５１７が設けられ、その上層に設けられたＮ－－半導体領域２０４１とＮ－－半導体領域２０４２とＮ－共通不純物領域５０７とは、Ｎ＋埋込領域５１７に接続されている。
Ｎ＋埋込領域５１７は、Ｎ－共通不純物領域５０７よりもＮ型のキャリア濃度が高くインピーダンスが低い。そのため、ダイオード２０１がブレークダウンした場合のブレークダウン電流は、図２に破線矢印で示す電流経路Ａ１のように、よりインピーダンスの低い深層側を介して流れるようになる。その結果、表面付近に集中するブレークダウン電流が深層側に分散される。

【0026】

また、本実施例では、図２に示すように、金属化合物層２１１１のＮ－共通不純物領域５０７に近い側の端部２１１１ｅ、つまり図２における金属化合物層２１１１の右側の端部は、遠い側の端部、つまり図２における金属化合物層２１１１の左側の端部の方向に向かって、不純物領域半導体層２０９１のＮ－共通不純物領域５０７に近い側の端部２０９１ｅから離間して配設されている。

【0027】

本実施例のこのような構成に対して、図５には、金属化合物層２１１１の端部２１１１ｅが、不純物領域半導体層２０９１の端部２０９１ｅの位置に重なるように設けられている例を示している。金属化合物層２１１１は、不純物領域半導体層２０９１に比較してインピーダンスが低いため、このように、金属化合物層２１１１のＮ－共通不純物領域５０７に近い側の端部２１１１ｅが、不純物領域半導体層２０９１と同じ位置に積層した場合に、Ｐ－不純物領域２０６１を介して不純物領域半導体層２０９１に流れ込むブレークダウン電流は、図５に、破線と白矢印で示す電流経路Ａ２のように、Ｐ－不純物領域２０６１のＮ－共通不純物領域５０７に近い端部に、つまり、Ｐ－不純物領域２０６１の比較的浅い領域に集中し易い。
これに対して、本実施例の構成では、先に説明したように、金属化合物層２１１１の端部２１１１ｅが、金属化合物層２１１１の、Ｎ－共通不純物領域５０７から遠い側の端部に向かって、不純物領域半導体層２０９１のＮ－共通不純物領域５０７に近い側の端部２０９１ｅから離間して配設されている。その結果、Ｐ－不純物領域２０６１を介して不純物領域半導体層２０９１に流れ込むブレークダウン電流の経路は、図５に示す従来技術に比べ、Ｎ－共通不純物領域５０７から離れた位置となるため、Ｐ－不純物領域２０６１のより深い位置を経由して流れるようになり、電力の集中が緩和される。

【0028】

同様に、図２に示すように、金属化合物層２１１２のＮ－共通不純物領域５０７に近い側の端部２１１２ｅ、つまり図２における金属化合物層２１１２の左側の端部は、遠い側の端部、つまり図２における金属化合物層２１１２の右側の端部の方向に向かって、不純物領域半導体層２０９２のＮ－共通不純物領域５０７に近い側の端部２０９２ｅから離間して配設されている。

【0029】

なお、図２においては、金属化合物層２１１１の端部２１１１ｅの反対側の端部、および、金属化合物層２１１２の端部２１１２ｅの反対側の端部も、それぞれ不純物領域半導体層２０９１および不純物領域半導体層２０９２の端部から内側に離間した位置に配置されているが、これらの端部は、これらの端部領域に電力の集中が危惧されない場合において、不純物領域半導体層２０９１および不純物領域半導体層２０９２の端部と重なる位置に配置されていてもよい。図２のように、両側において端部を離間させるのは、図２に示されていない左右の領域からのブレークダウン電流の流入を含む両側からのブレークダウン電流の流入に対応させるためである。なお、図９、図１０に示すように、半導体装置１に静電気保護回路２０ａを適用する際には、図２に示す静電気保護回路２０ａを複数並列に配置する。このように複数配置することで、静電気保護回路としての耐量を増加させることができる。

【0030】

本実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
静電気保護回路２０ａによれば、互いに逆方向に接続されるダイオード２０１とダイオード２０２とを含む回路によって、印加される静電気から保護対象回路としての内部回路１０を保護することができる。
また、Ｐ－不純物領域２０６１とＮ－－半導体領域２０４１とで構成されるダイオード２０１と、Ｐ－不純物領域２０６２とＮ－－半導体領域２０４２とで構成されるダイオード２０２とが、Ｎ－共通不純物領域５０７を介して互いに逆方向に接続され、Ｎ－－半導体領域２０４１とＮ－－半導体領域２０４２とＮ－共通不純物領域５０７とは、Ｎ＋埋込領域５１７の上方向に設けられてＮ＋埋込領域５１７に接続されている。そのため、Ｐ－不純物領域２０６１とＰ－不純物領域２０６２との間で流れるブレークダウン電流は、半導体基板の積層構造の表面付近から、よりインピーダンスの低いＮ＋埋込領域５１７に分散されて流れる、つまり積層構造の表面付近から深い側を流れるようになる。その結果、ダイオード２０１、ダイオード２０２のブレークダウン電圧、つまり保持電圧を高くなるように構成し、ブレークダウン電流が増加した場合であっても、電力の集中による発熱が分散されるため、静電気保護回路２０が破壊に至ることが抑制される。

【0031】

また、Ｐ－不純物領域２０６１とＮ－共通不純物領域５０７との距離Ｌ１と、Ｐ－不純物領域２０６２とＮ－共通不純物領域５０７との距離Ｌ２と、が異なっている。距離Ｌ１と距離Ｌ２とを異ならせることで、正の保持電圧と負の保持電圧とを異ならせることができる。

【0032】

また、静電気保護回路２０ａによれば、金属化合物層２１１１のＮ－共通不純物領域５０７に近い側の端部２１１１ｅは、遠い側の端部に向かって、不純物領域半導体層２０９１のＮ－共通不純物領域５０７に近い側の端部２０９１ｅから離間して配設されている。金属化合物層２１１１のＮ－共通不純物領域５０７に近い側の端部２１１１ｅが、不純物領域半導体層２０９１のＮ－共通不純物領域５０７に近い側の端部２０９１ｅに重なる位置に配設される場合に比較して、Ｐ－不純物領域２０６１とＰ－不純物領域２０６２との間で流れるブレークダウン電流は、Ｐ－不純物領域２０６１のより深い位置に分散して流れるようになる。その結果、電力の集中による発熱が深い位置に分散されるため、静電気保護回路２０が破壊に至ることが抑制される。

【0033】

また、静電気保護回路２０ａによれば、金属化合物層２１１２のＮ－共通不純物領域５０７に近い側の端部２１１２ｅは、遠い側の端部に向かって、不純物領域半導体層２０９２のＮ－共通不純物領域５０７に近い側の端部２０９２ｅから離間して配設されている。金属化合物層２１１２のＮ－共通不純物領域５０７に近い側の端部２１１２ｅが、不純物領域半導体層２０９２のＮ－共通不純物領域５０７に近い側の端部２０９２ｅに重なる位置に配設される場合に比較して、Ｐ－不純物領域２０６１とＰ－不純物領域２０６２との間で流れるブレークダウン電流は、Ｐ－不純物領域２０６２のより深い位置に分散して流れるようになる。その結果、電力の集中による発熱が深い位置に分散されるため、静電気保護回路２０が破壊に至ることが抑制される。

【0034】

図６には、以上の構成の静電気保護回路２０ａにおけるダイオード２０１の耐圧特性を示している。距離Ｌ１＝２．０μｍの場合には、保持電圧が約２２Ｖ～５５Ｖで１．５Ａを越える付近、つまり約８３Ｗまで破壊には至っていない。また、距離Ｌ１＝４．０μｍとした場合であっても、保持電圧が約５５Ｖ～１０５Ｖで１．２Ａ、つまり１２０Ｗを越える範囲まで破壊には至っていない。

【0035】

また、静電気保護回路２０ａでは、第１伝導型がＮ型であり、第２伝導型がＰ型である。そのため、一般に広く用いられているＰ型基板を用いて、特性に優れた静電気保護回路２０を実現することができる。

【0036】

また、半導体装置１は、静電気保護回路２０ａを備えることにより、印加される静電気から、より効果的、長期的に半導体装置１を保護することができる。

【0037】

＜実施例２＞
次に、図７を参照し、実施例２について説明する。
実施例１では、距離Ｌ１と距離Ｌ２とを異ならせることで、正の保持電圧と負の保持電圧とを異ならせることができるとした。しかしながら、例えば、一方の保持電圧に寄与する距離Ｌ１を距離Ｌ１＝０μｍとしても、保持電圧が高くなりすぎてしまう場合がある。この場合には、内部回路１０の静電耐圧を保持電圧より高く設計する必要が生じてしまう。そこで、本実施例の静電気保護回路２０ｂでは、図７に示すように、不純物領域半導体層２０９１を、Ｐ－不純物領域２０６１とＮ－共通不純物領域５０７の上方向において、共通不純物領域半導体層２０８とは離間させながら、Ｐ－不純物領域２０６１からＮ－共通不純物領域５０７に跨るように延在させ、Ｐ－不純物領域２０６１とＮ－共通不純物領域５０７とに接続するように構成している。その結果、不純物領域半導体層２０９１とＮ－共通不純物領域５０７とで構成されるダイオード２０１ｂの逆方向電圧は、実施例１の静電気保護回路２０ａにおいてＰ－不純物領域２０６１とＮ－－半導体領域２０４１とで構成されるダイオード２０１に比較して、より低い電圧となる。
なお、このように構成した場合には、距離Ｌ１≠０であってもよい。Ｌ１≠０の場合、Ｐ＋・Ｎ－構造のダイオードと並列に接続されるダイオードの構造がＰ－・Ｎ－－構造であるのに対し、Ｌ１＝０の場合、並列に接続されるダイオードの構造は、Ｐ－・Ｎ－構造で、Ｐ－・Ｎ－－よりもブレークダウン電圧が低い構造のため、放電時の電流が分散され、保護素子としての破壊電流をさらに大きくすることができる。

【0038】

静電気保護回路２０ｂによれば、実施例１の静電気保護回路２０ａにおいて構成されるダイオード２０１と比較して、逆方向電圧がより低い、つまり、保持電圧がより低くなるダイオード２０１ｂを構成することができる。その結果、印加される静電気によって内部回路１０に誘起される電圧の上昇を抑えることができる。つまり、静電耐圧が比較的低い内部回路１０であっても保護することが可能となる。

【0039】

図８には、実施例２の他の例としての静電気保護回路２０ｃを示している。この例では、共通不純物領域半導体層２０８を、Ｐ－不純物領域２０６１とＮ－－半導体領域２０４１とＮ－共通不純物領域５０７の上方向において、不純物領域半導体層２０９１とは離間させながら、Ｐ－不純物領域２０６１からＮ－共通不純物領域５０７に跨るように延在させ、Ｐ－不純物領域２０６１とＮ－共通不純物領域５０７とに接続するように構成している。その結果、Ｐ－不純物領域２０６１と共通不純物領域半導体層２０８とで構成されるダイオード２０１ｃの逆方向電圧は、実施例１の静電気保護回路２０ａにおいてＰ－不純物領域２０６１とＮ－－半導体領域２０４１とで構成されるダイオード２０１に比較して、より低い電圧となる。
なお、このように構成した場合には、距離Ｌ１≠０であってもよい。Ｌ１≠０の場合、Ｐ＋・Ｎ－構造のダイオードと並列に接続されるダイオードの構造がＰ－・Ｎ－－構造であるのに対し、Ｌ１＝０の場合、並列に接続されるダイオードの構造は、Ｐ－・Ｎ－構造で、Ｐ－・Ｎ－－よりもブレークダウン電圧が低い構造のため、放電時の電流が分散され、保護素子としての破壊電流をさらに大きくすることができる。

【0040】

静電気保護回路２０ｃによれば、実施例１の静電気保護回路２０ａにおいて構成されるダイオード２０１と比較して、逆方向電圧がより低い、つまり、保持電圧がより低くなるダイオード２０１ｃを構成することができる。その結果、印加される静電気によって内部回路１０に誘起される電圧の上昇を抑えることができる。つまり、静電耐圧が比較的低い内部回路１０であっても保護することが可能となる。

【0041】

なお、実施例２では、ダイオード２０１の構成における変形例として説明したが、ダイオード２０２も同様に構成することができる。

【0042】

＜電子機器＞
次に、図１１を参照し、実施形態に係る電子機器について説明する。
本実施形態の電子機器１００は、図１１に示すように、ＣＰＵ２２０、操作部２３０、ＲＯＭ２４０、ＲＡＭ２５０、通信部２６０、表示部２７０、音声出力部２８０を備えている。ＣＰＵは、Central Processing Unitを、ＲＯＭは、Read-Only Memoryを、ＲＡＭは、Random access memoryを意味する。

【0043】

ここで、ＣＰＵ２２０、ＲＯＭ２４０、ＲＡＭ２５０、通信部２６０、表示部２７０および音声出力部２８０のうちの少なくとも一部は、図示しないが、前記実施形態に係る半導体装置１に内蔵されている。つまり、電子機器１００は、各機能を実現する機能部としての内部回路１０と、前述した静電気保護回路２０とを内蔵する半導体装置１を備えている。これにより、半導体装置１では、内蔵されたＣＰＵ２２０等を、静電気や異常信号等から保護することができる。電子機器１００は、半導体装置１が、印加される静電気から、より効果的、長期的に保護されるため、より信頼性の高い電子機器として構成される。

【0044】

なお、図１１に示す構成要素の一部は、省略または変更されていてもよく、図１１に示す構成要素に他の構成要素が付加されていてもよい。
ＣＰＵ２２０は、ＲＯＭ２４０等に記憶されているプログラムにしたがって、外部から供給されるデータ等を用いて各種の信号処理や制御処理を行う。例えば、ＣＰＵ２２０は、操作部２３０から供給される操作信号に応じて各種の信号処理を行ったり、外部との間でデータ通信を行うために通信部２６０を制御したり、表示部２７０に各種の画像を表示させるための画像信号を生成したり、音声出力部２８０に各種の音声を出力させるための音声信号を生成したりする。

【0045】

操作部２３０は、例えば、操作キーやボタンスイッチ等を含む入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をＣＰＵ２２０に出力する。ＲＯＭ２４０は、ＣＰＵ２２０が各種の信号処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶する。ＲＡＭ２５０は、ＣＰＵ２２０の作業領域として用いられ、ＲＯＭ２４０から読み出されたプログラムやデータ、操作部２３０を用いて入力されたデータ、または、ＣＰＵ２２０がプログラムにしたがって実行した演算結果等を一時的に記憶する。

【0046】

通信部２６０は、例えば、アナログ回路およびデジタル回路で構成され、ＣＰＵ２２０と外部装置との間のデータ通信を行う。表示部２７０は、例えば、ＬＣＤ等を含み、ＣＰＵ２２０から供給される画像信号に基づいて各種の画像を表示する。ＬＣＤは、Liquid Crystal Displayを意味する。

【0047】

音声出力部２８０は、例えば、スピーカー等を含み、ＣＰＵ２２０から供給される音声信号に基づいて音声を出力する。

【0048】

このような電子機器１００としては、例えば、腕時計や置時計等の時計、タイマー、携帯電話機等の移動端末、デジタルスチルカメラ、デジタルムービー、テレビ、テレビ電話、防犯用テレビモニター、ヘッドマウント・ディスプレイ、パーソナルコンピューター、プリンター、ネットワーク機器、複合機、車載装置、電卓、電子辞書、電子ゲーム機器、ロボット、測定機器、医療機器等が挙げられる。

【符号の説明】

【0049】

１…半導体装置、１０…内部回路、１１…電源端子、１２…接地端子、１３…入力端子、１４…出力端子、１５…電源配線、１６…接地配線、１７…入力配線、１８…出力信号線、２０…静電気保護回路、２０ａ…静電気保護回路、２０ｂ…静電気保護回路、２０ｃ…静電気保護回路、３０…電源保護回路、１００…電子機器、２０１…ダイオード、２０１ｂ…ダイオード、２０１ｃ…ダイオード、２０２…ダイオード、２０３…Ｐ半導体基板、２０８…共通不純物領域半導体層、５０７…Ｎ－共通不純物領域、５１７…Ｎ＋埋込領域、２０４１…Ｎ－－半導体領域、２０４２…Ｎ－－半導体領域、２０６１…Ｐ－不純物領域、２０６２…Ｐ－不純物領域、２０９１…不純物領域半導体層、２０９１ｅ…端部、２０９２…不純物領域半導体層、２０９２ｅ…端部、２１１１…金属化合物層、２１１１ｅ…端部、２１１２…金属化合物層、２１１２ｅ…端部、２１５１…電極、２１５２…電極、Ａ１…電流経路、Ａ２…電流経路、Ｌ１…距離、Ｌ２…距離、Ｎ１…ノード、Ｎ２…ノード。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】