[发明专利]半导体器件

说明书

本申请是申请日为2005年7月4日，申请号为200510082174.8的专利申请“半导体器件”的分案申请。

本申请基于在2004年7月2日申请的日本专利申请No.2004-196864，和2005年6月27日申请的日本专利申请No.2005-185872这里引证其内容供参考。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件如半导体集成电路(以下称为“IC”)芯片，特别涉及一种具有静电击穿保护能力的半导体器件。

背景技术

IC芯片等被封装成将其输入端子、输出端子等露在外部。如果已经经过键合线和凸起传导的过电压进一步经过键合焊盘(以下称为“焊盘”)传导到内部电路，则内部电路可能发生静电击穿。为了防止这种现象的发生，在焊盘和内部电路之间提供静电保护器件。

图5是表示常规IC芯片中的静电保护电路的例子的平面图。在图5中示出了：经过它从外部馈送信号或将信号馈送到外部的输入/输出焊盘Pa；内部电路106；静电保护器件Qa；将输入/输出焊盘Pa和内部电路106连接在一起的信号导体Ra；负极侧供给导体104，它连接到被输送了负极侧电源电压(地电压，等于0V)的负极侧供给焊盘(未示出)；和正极侧供给导体105，它连接到被输送了正极侧电源电压(例如，5V)的正极侧供给焊盘(未示出)。

图6是沿着图5中所示的线A-A截取的示意剖面图。在图6中，金属导电部件用阴影表示。如图6所示，这个IC芯片具有多导体层结构，该多导体层结构包括下列两个金属导体层：作为下层放置的第一金属导体层(以下还简称为“第一层”)；和作为上层放置的第二金属导体层(以下还简称为“第二层”)。输入/输出焊盘Pa由形成在第一层中的金属膜121和形成在第二层中的金属膜122构成。金属膜121和122至少经过接触孔140连接在一起，其中所属接触孔140形成在设置在第一和第二层之间的绝缘膜130中。信号导体Ra在一端连接到金属膜122，在另一端连接到内部电路106。

通过离子注入和扩散，在硅衬底110的上部中，形成P型阱111和N型阱112；在P型阱111的上部中，形成N型扩散层113和P型扩散层114；并且在N型阱112的上部中，形成P型扩散层115和N型扩散层116。N型扩散层113和P型扩散层111之间的PN结形成保护二极管117，并且P型扩散层115和N型阱112之间的PN结形成保护二极管118。这些二极管117和118一起形成静电保护器件Qa。

在具有形成在其中的上述P型阱111等的硅衬底110中，形成氧化硅的绝缘膜150，同时留下以下部分电连接在一起；N型扩散层113和金属膜121；P型扩散层114和负极侧供给导体104；N型扩散层116和正极侧供给导体105；和P型扩散层115和金属膜142。金属膜142经接触孔141电连接到信号导体Ra。

金属膜121、负极侧供给导体104、正极侧供给导体105、和金属膜142形成在第一层中；金属膜122和信号导体Ra形成在第二层中。通常，第二层比第一层厚，因此保持下列关系：(第二层的表面电阻)＜(第一层的表面电阻)。顺便提及，表面电阻表示单位给定长度和给定宽度的导体的电阻。

图7表示图6中所示的结构的等效电路。当正极过电压经过键合线(未示出)施加于输入/输出焊盘Pa时，电流从输入/输出焊盘Pa经过保护二极管118、正极侧供给导体105和正极侧供给焊盘(未示出)流到V_CC供给侧。另一方面，当负极过电压经过键合线(未示出)施加于输入/输出焊盘Pa时，电流从地经过负极侧供给焊盘(未示出)、负极侧供给导体104和保护二极管117流到输入/输出焊盘Pa中。通过这种方式，防止过电压施加于内部电路106。

当电流流过保护二极管117或118时，穿过它的电压降不保持恒定(例如，0.7V)，并与电流的大小无关，而是由于内部电阻和其它因素而变化。因此，根据电流的大小，过电压可能达到内部电路106。就是说，保护二极管117和118单独不能提供足够高水平的静电保护。由于这个原因，根据公知的方法，代替或与图5-7所示的静电保护器件Ra并列，提供具有如图8所示的等效电路的静电保护器件Qb。