Элемент защиты выходного МОП транзистора интегральной схемы от статического электричества

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТ ЗАЩИТЫ ВЫХОДНОГО МОП ТРАНЗИСТОРА ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА(71) Заявитель Научно-исследовательское конструкторско-технологическое республиканское унитарное предприятие Белмикросистемы(72) Авторы Усов Геннадий Иванович Лемешевская Алла Михайловна Силин Анатолий Васильевич Шведов Сергей Васильевич Пономарь Владимир Николаевич Емельянов Виктор Андреевич(73) Патентообладатель Научно-исследовательское конструкторско-технологическое республиканское унитарное предприятие Белмикросистемы(57) Элемент защиты выходного МОП транзистора интегральной схемы от статического электричества, содержащий биполярный транзистор, отличающийся тем, что биполярный транзистор совмещенвыходным МОП транзистором и они выполнены в виде симметричной структуры, у которой область истока расположена в центре структуры и ограничена с двух сторон областью затвора, за ней расположена область стока, совмещенная с областью коллектора, область базового контакта выполнена по краям симметричной структуры непосредственно возле области эмиттера, которая расположена между областями коллектора и базового контакта, причем контакт к области коллектора сформирован на расстоянии А от сторон области, которое определено неравенством 4988 1 где- ширина секции МОП транзистора- удельное сопротивление области коллектора биполярного транзистора- пробивное напряжение области стока МОП транзистора- напряжение теплового пробоя области коллектора биполярного транзистора- сопротивление источника статического электричества по модели человеческого тела- напряжение статического электричества- сопротивление контакта к стоковой области МОП транзистора- пробивное напряжение подзатворного окисла МОП транзистора.(56)5218222 , 1993.4775809 , 1988.1819072 1, 1995.4845532 , 1989. Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при создании интегральных схем для защиты их от статического электричества. Известен элемент защиты выходного МОП транзистора интегральной схемы от статического электричества, представляющий собой МОП транзистор, сток которого соединен с выходом, а затвор и исток - с шиной источника питания 1. Уровень устойчивости к воздействию статического электричества известного технического решения ограничен наличием в элементе защиты тонкого диэлектрика с низким пробивным напряжением и неравномерностью распределения тока разряда в структуре элемента защиты. Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является элемент защиты выходного МОП транзистора интегральной схемы от статического электричества, содержащий МОП транзистор, поликремниевый резистор и биполярный транзистор 2. В известном техническом решении элемент защиты от воздействия статического электричества включает выходной МОП транзистор, содержащий области сток, исток, затвор,поликремниевый резистор и биполярный транзистор, содержащий области эмиттер, коллектор, база. Известному техническому решению присущи следующие недостатки низкая устойчивость к воздействию статического электричества, обусловленная неравномерностью распределения тока разряда в структуре элемента защиты - биполярном транзисторе из-за отсутствия симметричности в расположении областей биполярного транзистора по отношению к выходному защищаемому МОП транзистору. Это приводит к высокой вероятности первичного срабатывания паразитного биполярного транзистора в составе выходного МОП транзистора, протеканию тока разряда через выходной МОП транзистор и, как следствие, выходу его из строя увеличение площади, занимаемой схемой защиты из-за наличия в ней дополнительных элементов - биполярного транзистора, не совмещенного с выходным МОП транзистором, и поликремниевого резистора, имеющего низкую надежность при разряде статического электричества. В основу изобретения положена задача повышения устойчивости к воздействию статического электричества интегральной схемы, содержащей выходной МОП транзистор. Сущность изобретения заключается в том, что элемент защиты выходного МОП транзистора интегральной схемы от статического электричества, содержащий биполярный транзистор, выполнен таким образом, что биполярный транзистор совмещен с выходным 2 4988 1 МОП транзистором, и они выполнены в виде симметричной структуры, у которой область истока расположена в центре структуры и ограничена с двух сторон областью затвора, за ней расположена область стока, совмещенная с областью коллектора, область базового контакта выполнена по краям симметричной структуры непосредственно возле области эмиттера, которая расположена между областями коллектора и базового контакта, причем контакт к области коллектора сформирован на расстоянии А от сторон области, которое определено неравенством(/)-)/-)(/)-)/-),где- ширина секции МОП транзистора- удельное сопротивление области коллектора биполярного транзистора- пробивное напряжение области стока МОП транзистора- напряжение теплового пробоя области коллектора биполярного транзистора- сопротивление источника статического электричества по модели человеческого тела- напряжение статического электричества- сопротивление контакта к стоковой области МОП транзистора- пробивное напряжение подзатворного окисла МОП транзистора. Сущность изобретения поясняется фиг. 1 - фиг. 3. На фиг. 1 изображена топология, а на фиг. 2 - вертикальный разрез структуры элемента защиты выходного МОП транзистора интегральной схемы от статического электричества. На фиг. 3 представлена зависимость устойчивости к воздействию статического электричества МОП интегральной схемы. На топологическом чертеже (фиг. 1) и вертикальном разрезе структуры элемента защиты выходного МОП транзистора (фиг. 2) представлены 1 - биполярный транзистор 2 - область эмиттера 3 - область коллектора, совмещенная со стоком 4 - область базового контакта 5 - область истока 6 - область затвора 7 - контакт к области коллектора. Элемент защиты выходного МОП транзистора интегральной схемы от воздействия статического электричества содержит биполярный транзистор 1, совмещенный с выходным МОП транзистором, и они выполнены в виде симметричной структуры. Структура элемента защиты содержит области эмиттера 2, коллектора 3 (совмещен со стоком), базового контакта 4. Область истока 5 расположена в центре структуры и ограничена с двух сторон областью затвора 6, за ней расположена область стока, совмещенная с областью коллектора 3, к которой выполнен контакт 7. Область базового контакта 4 выполнена по краям симметричной структуры непосредственно возле области эмиттера 2, которая расположена между областями коллектора 3 и базового контакта 4. Для обеспечения симметричности контакт 7 к области коллектора 3 сформирован на расстоянии А от сторон области, которое определено неравенством(/)-)/-)(/)-)/-),где- ширина секции МОП транзистора- удельное сопротивление области коллектора биполярного транзистора- пробивное напряжение области стока МОП транзистора- напряжение теплового пробоя области коллектора биполярного транзистора- сопротивление источника статического электричества по модели человеческого тела- напряжение статического электричества- сопротивление контакта к стоковой области МОП транзистора 3 4988 1- пробивное напряжение подзатворного окисла МОП транзистора. Элемент защиты выходного МОП транзистора интегральной схемы от статического электричества содержит биполярный транзистор 1, совмещенный с выходным МОП транзистором. Область 2 биполярного транзистора образует эмиттер, область 3 - коллектор, а область 4 - базовый контакт, причем в области 3 самосовмещены коллектор биполярного транзистора и сток выходного защищаемого МОП транзистора. Это позволяет уменьшить площадь, занимаемую элементом защиты на кристалле интегральной схемы. При этом биполярный и выходной МОП транзисторы выполнены в виде симметричной структуры таким образом, что область истока 5 расположена в центре структуры и ограничена с двух сторон областью затвора 6, за ней расположена область стока, совмещенная с областью коллектора 3, к которой выполнен контакт 7. Область базового контакта 4 выполнена по краям симметричной структуры непосредственно возле области эмиттера 2, которая расположена между областями коллектора 3 и базового контакта 4. Такое расположение областей 3 и 4 приводит к тому, что под областью эмиттера 2 образуются резисторы,ограничивающие ток разряда. Элемент защиты выходного МОП транзистора интегральной схемы от статического электричества работает следующим образом. Существенным является двустороннее (по отношению к области стока) расположение областей эмиттера 2 и базового контакта 4, а также симметричность их расположения, приводящая к тому, что при воздействии статического электричества разряд происходит в направлении от областей стоков 3 к областям эмиттеров 2. При этом ток разряда не протекает в подзатворной области выходного МОП транзистора и не может произвести воздействия, разрушающего или изменяющего характеристики этой области вследствие возникновения эффекта горячих носителей заряда при протекании тока высокой плотности. Для обеспечения симметричности контакт 7 к области коллектора 3 сформирован на расстоянии А от сторон области, которое определено неравенством(/)-)/-)(/)-)/-),где- ширина секции МОП транзистора- удельное сопротивление области коллектора биполярного транзистора- пробивное напряжение области стока МОП транзистора- напряжение теплового пробоя области коллектора биполярного транзистора- сопротивление источника статического электричества по модели человеческого тела- напряжение статического электричества- сопротивление контакта к стоковой области МОП транзистора- пробивное напряжение подзатворного окисла МОП транзистора. Выбор расстояния А от контакта к области коллектора до ее сторон определяют следующие условия. 1. При разряде статического электричества напряжение на всех коллекторных переходах должно достигать напряжения пробоя. В этом случае обеспечиваются условия включения всех коллекторных переходов биполярного транзистора при технологическом разбросе его характеристик. Величина А обеспечивает необходимое сопротивление и соответственно падение напряжения на нем при вторичном пробое одного коллектора, что предотвращает шунтирование источника статического электричества и позволяет достигать пробивного напряжения на других коллекторных областях, обеспечивая срабатывание всей биполярной структуры и обеспечивает безопасную плотность тока в ней и в силу симметричности структуры исключает возможность протекания тока в области канала выходного защищаемого МОП транзистора. Уменьшение расстояния А ниже минимального значения может приводить к срабатыванию во время разряда статического электричества только одного из коллекторных переходов биполярного транзистора и, как следствие, увеличению плотности тока разряда в 4 4988 1 его структуре, протеканию токов значительной плотности в области подзатворного диэлектрика и выходу микросхемы из строя. 2. Напряжение на коллекторной области должно быть ниже величины пробивного напряжения подзатворного окисла. Это может иметь место при слишком большом расстоянии А. Увеличение расстояния А выше максимального значения приводит к росту амплитуды напряжения разряда на выводе микросхемы выше пробивного напряжения диэлектрических слоев структуры интегральной схемы, возникновению электрических полей с критической напряженностью и разрушению структуры. Зависимость устойчивости к воздействию статического электричества МОП интегральной схемы показана на фиг 3. Для МОП интегральных схем с проектными нормами 23 мкм получены следующие результаты устойчивости к воздействию статического электричества по модели человеческого тела (НВМ-модель)-8000/8000 В,по машинной модели (ММ-модель)-800/800 В. Таким образом, заявляемый элемент защиты выходного МОП транзистора интегральной схемы от статического электричества является более устойчивым к воздействию статического электричества в сравнении с прототипом, что расширяет диапазон его применения и повышает надежность работы без использования дополнительных средств защиты в составе аппаратуры и на сборочном производстве. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.