(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一導電型半導体領域と、前記一導電型半導体領域内に設けられた素子分離絶縁膜及び前記素子分離絶縁膜直下の一導電型のストッパー拡散層と、前記一導電型半導体領域内にあって前記素子分離絶縁膜により区画された複数の第１素子形成領域、複数の第２素子形成領域及び複数の第３素子形成領域と、それぞれの前記第１素子形成領域に設けられ、前記ストッパー拡散層と連結する一導電型の第１拡散層と、それぞれの前記第２素子形成領域に設けられた逆導電型の第２拡散層と、それぞれの前記第３素子形成領域に設けられた逆導電型の第３拡散層と、からなり、前記第１拡散層と前記第２拡散層とを短絡、接地し、前記第３拡散層と前記一導電型半導体領域とで構成する接合をブレークダウンさせたときに、前記第２拡散層が前記一導電型半導体領域と構成する接合が順方向となることにより前記第３拡散層に印加される過大電圧を放電させる保護回路を含む半導体装置であって、前記第２拡散層を収容するそれぞれの第２素子形成領域は、前記第２拡散層と共に前記第２拡散層と横方向で接合を形成し、底面全体が第２素子形成領域と一体的に連結される一導電型の第４拡散層を前記第２拡散層と短絡させて収容し、前記第１拡散層と前記第４拡散層は、前記第２拡散層と前記第３拡散層とが対向する方向の領域には配置されず、当該方向に直交する方向の前記第２拡散層の一端側及び他端側にのみそれぞれ配置されており、前記複数の第２素子形成領域と前記複数の第３拡散層とがそれぞれくし型に接続されるように、前記第３拡散層、前記第２素子形成領域、前記第３拡散層、前記第２素子形成領域および前記第３拡散層がこの順に、かつ、それぞれの間に前記ストッパー拡散層を介して隣接配置されている構成を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
それぞれの前記第１拡散層及びそれぞれの前記第４拡散層は同時に形成され、かつ、それぞれの前記第４拡散層は前記ストッパー拡散層と連結している請求項１記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の入力保護回路に関し、特に、ｎｐｎ構造もしくはｐｎｐ構造のバイポーラトランジスタにより構成される固体撮像装置の入力保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来例の固体撮像装置の入力保護回路を説明するための平面図である。入力保護回路はｎｐｎ構造のバイポーラトランジスタにより構成されている。又、図６（ａ）、（ｂ）は、入力保護回路の断面形状を示すもので、図５におけるそれぞれＤ−Ｄ’線、Ｅ−Ｅ’線に沿った断面を示すものである。
【０００３】
ｎ型半導体基板３１に設けられたｐ型ウェル３２は、フィールド酸化膜３４及びその直下のｐ+型ストッパー層３３により素子形成領域６００、素子形成領域７００、素子形成領域８００に区画される。これらの素子形成領域に対してｐ型及びｎ型の不純物を選択的に導入することにより、図６（ａ）の断面図に向かって左側の素子形成領域７００には、ｎ+型第２拡散層４２が、右側の素子形成領域６００にはｐ+型第１拡散層４１が、それぞれ形成され、絶縁膜３５に設けられたそれぞれ、第２コンタクト５２と第１コンタクト５１を通して金属配線３６により短絡される。
【０００４】
又、図６（ｂ）の断面図に向かって右側の素子形成領域８００には、ｎ+型第３拡散層４３が形成され、絶縁膜３５に設けられた第３コンタクト５３を通して金属配線３７により図５の外部接続端子に接続される。
【０００５】
ｐウェル３２、第１拡散層４１、第２拡散層４２、第３拡散層４３は、入力保護回路を構成し、それぞれｐ型のベース、ｐ+型のベースコンタクト層、ｎ+型のエミッタ、ｎ+型のコレクタとして機能する。
【０００６】
つぎに従来例の入力保護回路の動作を説明する。
【０００７】
入力保護回路は、固体撮像装置に駆動電圧を印加するための外部接続端子から素子の内部へとつながる配線の途中に金属配線３７を通して挿入されており、金属配線３７はｎｐｎ構造のバイポーラトランジスタのコレクタに接続される。ベースとエミッタは同一の金属配線３６に接続され、さらにｐ型ウェル３２に接続され、グランド電位に固定される。
【０００８】
なお、ｎ型半導体基板３１は固体撮像装置のフォトダイオード部の信号電荷量を調整するための電位が与えられる。その電位は通常１０Ｖ程度である。
【０００９】
さて、この状態で外部接続端子に過大な電圧が印加されると、バイポーラトランジスタのコレクタの電位が大きく上昇し、コレクタ−ベース間の電位差が接合耐圧以上になったとき、この部分の接合はブレークダウンして、接合を逆バイアス電流が流れ、さらに、ベース−エミッタ接合下のｐウェル３２を通って金属配線３６に流出するのであるが、ｐ型ウェル３２の有する抵抗成分による電位降下によりエミッタ−ベース接合が順方向バイアスとなり、同電位に固定されているベース−エミッタ間を電流が流れる。
【００１０】
図６（ａ）の断面図には、従来例の固体撮像装置のベースへのコンタクトの取り方の様子も示されており、ｐ+型第１拡散層４１（ベースコンタクト層）及びそのコンタクト５１はｎ+型第２拡散層４２（エミッタ）の外側に形成されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の入力保護回路では、ベースに電位を与えるコンタクトがエミッタの外側に取られていたため、ベースに、光が入射した際に、これにより誘起される電子によりベースの電位が変動し易い（いわゆる、光ラッチアップが起きる）ので、上記に述べたエミッタ−ベース接合が順方向バイアスとなる臨界電圧の変動を招き、保護回路としての動作電圧が不安定になるという問題点があった。
【００１２】
本発明の目的は、上述したような従来の固体撮像装置の入力保護回路の問題点に対して、ベースの電位を確実にグランドレベルに固定することによって、光ラッチアップを防ぎ、安定した動作を可能にすることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
一導電型半導体領域と、前記一導電型半導体領域内に設けられた素子分離絶縁膜及び前記素子分離絶縁膜直下の一導電型のストッパー拡散層と、前記一導電型半導体領域内にあって前記素子分離絶縁膜により区画された複数の第１素子形成領域、複数の第２素子形成領域及び複数の第３素子形成領域と、それぞれの前記第１素子形成領域に設けられ、前記ストッパー拡散層と連結する一導電型の第１拡散層と、それぞれの前記第２素子形成領域に設けられた逆導電型の第２拡散層と、それぞれの前記第３素子形成領域に設けられた逆導電型の第３拡散層と、からなり、前記第１拡散層と前記第２拡散層とを短絡、接地し、前記第３拡散層と前記一導電型半導体領域とで構成する接合をブレークダウンさせたときに、前記第２拡散層が前記一導電型半導体領域と構成する接合が順方向となることにより前記第３拡散層に印加される過大電圧を放電させる保護回路を含む半導体装置であって、前記第２拡散層を収容するそれぞれの第２素子形成領域は、前記第２拡散層と共に前記第２拡散層と横方向で接合を形成し、底面全体が第２素子形成領域と一体的に連結される一導電型の第４拡散層を前記第２拡散層と短絡させて収容し、前記第１拡散層と前記第４拡散層は、前記第２拡散層と前記第３拡散層とが対向する方向の領域には配置されず、当該方向に直交する方向の前記第２拡散層の一端側及び他端側にのみそれぞれ配置されており、前記複数の第２素子形成領域と前記複数の第３拡散層とがそれぞれくし型に接続されるように、前記第３拡散層、前記第２素子形成領域、前記第３拡散層、前記第２素子形成領域および前記第３拡散層がこの順に、かつ、それぞれの間に前記ストッパー拡散層を介して隣接配置されている構成を有することを特徴とする。
【００１４】
又、上記構成に加えて、前記第３素子形成領域を挟むストッパー拡散層には一導電型の第５拡散層が連結されるという形態をとることもできる。
【００１５】
更に、上記半導体装置は、前記第３拡散層は半導体装置の接地端子以外の外部接続端子に接続される、というものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施形態について図１、２を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の入力保護回路を説明するための平面図である。入力保護回路はｎｐｎ構造のバイポーラトランジスタにより構成されている。
【００１９】
図１におけるＢ−Ｂ’線に沿った入力保護回路の断面形状は、従来例の図５の平面図における切断線Ｅ−Ｅ’に沿った図６（ｂ）の断面図と同一であるので、ここでは図示しない。
【００２０】
また、本発明による入力保護回路の動作も従来例で説明したのものと同一である。
【００２１】
図２は、本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の入力保護回路におけるベースへのコンタクトの取り方を説明するための断面図であり、図１における切断線Ａ−Ａ’線に沿った断面を示している。図２の断面構造を得るための製造方法の概要を製造工程順に説明すると、以下のようになる。
【００２２】
半導体基板１にはｐウェル２が形成されており、ｐウェル２が形成されたｎ型半導体基板１の表面を選択的に耐酸化性マスクでマスクし、フィールド酸化膜４の形成予定領域のｎ型半導体基板１表面を露出させる。ｎ型半導体基板１表面の露出領域にボロン等の不純物をイオン注入等の方法により導入した後に高温、長時間の酸化を行うと、ｎ型半導体基板１表面の露出領域をフィールド酸化膜４及びその直下のｐ+型ストッパー層３とすることができる。このようにして、ｐウェル２には、フィールド酸化膜４及びその直下のｐ+型ストッパー層３で区画された素子形成領域１００、２００、３００が得られる。この後、素子形成領域に対してｐ型及びｎ型の不純物を選択的に導入することにより、図面に向かって左側の素子形成領域２００には、左から順にｐ+型第４拡散層１４、ｎ+型第２拡散層１２が、右側の素子形成領域１００にはｐ+型第１拡散層１１が形成される。これらの拡散層を覆う絶縁膜５を成長させ、それぞれの拡散層上を開口して、図面に向かって左から順にそれぞれ、第４コンタクト２４、第２コンタクト２２、第１コンタクト２１を設け、最後にこれらの拡散層を短絡させる金属配線６を形成する
。
【００２３】
ここで、ｐウェル２へのコンタクト用のベースコンタクト層は、ｐウェル２内の素子形成領域１００だけでなく、第２拡散層１２が形成される素子形成領域２００にも設けられている。
【００２４】
本発明の第１の実施形態においては、エミッタとなる第２拡散層１２を収容する素子形成領域２００の外側の素子形成領域１００にベースコンタクト層となる第１拡散層１１を配置するところは従来例と変わらないが、それに加えて、同じ素子形成領域２００内で、エミッタとなる第２拡散層１２に接してベースコンタクト層となる第４拡散層１４を配置している。このように、ベースコンタクト層をエミッタの直ぐ横に配置しているため、ベースの電位が確実に固定でき、光ラッチアップによるベース電位の変動、即ち、エミッタ−ベース接合が順方向バイアスとなる臨界電圧の変動を防止し、安定した保護動作が可能になる。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施形態の固体撮像装置を図３、４を参照して説明する。図３は、本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の入力保護回路を説明するための平面図であり、図４は図３の切断線Ｃ−Ｃ’に沿った断面図である。
【００２６】
本実施形態においては第１の実施形態の構造に加えて、コレクタとなるｎ+型第３拡散層１３（ｎ+型第３拡散層１３は、第３コンタクト２３を通して金属配線７に接続される）の外側の素子形成領域５００にｐ+型のベースコンタクト層としてのｐ+型第５拡散層１５を設け、ベースコンタクト層（ｐ+型第１拡散層１１及びｐ+型第４拡散層１４）とエミッタ（ｎ+型第２拡散層１２）とを短絡する金属配線６に接続した。
【００２７】
本発明の第２の実施形態においては、ｐ+型ベースコンタクト層（ｐ+型第１拡散層１１及びｐ+型第４拡散層１４）に加えて、コレクタ（ｎ+型第３拡散層１３）の外側にもベースコンタクト層となるｐ+型第５拡散層１５が形成されており、第５コンタクト２５を通して強くベース電位を固定することができる。さらに、このｐ+型ベースコンタクト層を形成した領域と、コレクタがｐｎ接合ダイオードを成し、ベースおよびエミッタへの電位を供給するラインに複数の異なる電位が印加されたとしても、この付加されたｐ+型ベースコンタクト層がｐｎ接合ダイオードの抵抗成分を小さく抑えるので、サージ電圧の複数個の入力保護回路に対するインピーダンスを低くし、サージ電圧が複数個の入力保護回路に分流し易くなり、一つの入力保護回路に対する負荷が低減され、入力保護回路素子の破壊を防ぐことができるというメリットを持つ。
【００２８】
なお、上述した本発明の実施例では、ｎｐｎ構造の入力保護回路について述べたが、ｐｎｐ構造の入力保護回路についても同様に適用できることは明らかである。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ベースに電位を与えるベースコンタクト層がエミッタの外側に加えて、エミッタの直ぐ横に接して形成されているため、ベースの電位が確実に固定でき、光ラッチアップによる電位変動を防止し、安定した保護動作が可能になるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の入力保護回路の構造を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の入力保護回路のベースへのコンタクトの取り方を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の入力保護回路の構造を示す平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の入力保護回路のベースへのコンタクトの取り方を示す断面図である。
【図５】従来の固体撮像装置の入力保護回路の構造を示す平面図である。
【図６】従来の固体撮像装置の入力保護回路のベースへのコンタクトの取り方を示す断面図である。
【符号の説明】
１、３１    ｎ型半導体基板
２、３２    ｐウェル
３、３３    ｐ+型ストッパー層
４、３４    フィールド酸化膜
５、３５    絶縁膜
６、３６、３７    金属配線
１１、４１    ｐ+型第１拡散層
１２、４２    ｎ+型第２拡散層
１３、４３    ｎ+型第３拡散層
１４    ｐ+型第４拡散層
１５    ｐ+型第５拡散層
２１    第１コンタクト
２２    第２コンタクト
２３    第３コンタクト
２４    第４コンタクト
２５    第５コンタクト
１００、２００、３００、５００、６００、７００、８００    素子形成領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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