JP2009038189A - Semiconductor device, voltage supply system, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】ESD耐性を向上させることが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】この半導体装置20は、NMOSトランジスタ31を含む内部回路1と、p型ウェル拡散領域11と、そのp型ウェル拡散領域11内において互いに所定の間隔を隔てて対向する一対のn型領域12aおよび12bとを有する保護素子41を含む静電気保護回路2とを備えている。そして、静電気保護回路2に含まれる保護素子41のp型ウェル拡散領域11が、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31のp型ウェル拡散領域4よりもp型不純物濃度が高くなるように構成されている。
【選択図】図2A semiconductor device capable of improving ESD resistance is provided.
The semiconductor device includes an internal circuit including an NMOS transistor, a p-type well diffusion region, and a pair of n-types facing each other at a predetermined interval in the p-type well diffusion region. And an electrostatic protection circuit 2 including a protection element 41 having regions 12a and 12b. The p-type well diffusion region 11 of the protection element 41 included in the electrostatic protection circuit 2 is configured to have a higher p-type impurity concentration than the p-type well diffusion region 4 of the NMOS transistor 31 included in the internal circuit 1. ing.
[Selection] Figure 2
Description
この発明は、半導体装置、電圧供給システムおよび半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, a voltage supply system, and a method for manufacturing a semiconductor device.
従来、ESD(静電気放電)保護回路を含むI/O回路を備えた半導体装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, a semiconductor device provided with an I / O circuit including an ESD (electrostatic discharge) protection circuit is known (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献1に開示された従来の半導体装置のI/O回路は、MOSトランジスタを含む入出力回路と、その入出力回路のMOSトランジスタよりもドレイン耐圧が低い低耐圧MOSトランジスタからなるESD保護素子とを少なくとも備えている。そして、従来の半導体装置のI/O回路は、I/O回路にESDサージが印加された場合に、ESD保護素子(低耐圧MOSトランジスタ)の寄生バイポーラトランジスタがオンすることにより、ESD保護素子を介してESD電流が流出するように構成されている。
The conventional I / O circuit of the semiconductor device disclosed in
上記特許文献1には、ESD保護素子としての低耐圧MOSトランジスタを得る方法として、以下の2つの方法が挙げられている。一つは、ESD保護素子としての低耐圧MOSトランジスタのドレイン拡散層の不純物濃度を、入出力回路のMOSトランジスタのドレイン拡散層の不純物濃度よりも高めに設定するという方法である。もう一つは、ESD保護素子としての低耐圧MOSトランジスタのゲート長を、入出力回路のMOSトランジスタのゲート長よりも短くするという方法である。
しかしながら、I/O回路のMOSトランジスタは、そのオン抵抗を十分に小さくするために、ドレイン拡散層が過飽和なイオン注入で形成されている。したがって、ESD保護素子としての低耐圧MOSトランジスタのドレイン拡散層の不純物濃度を、入出力回路のMOSトランジスタのドレイン拡散層の不純物濃度よりも高くするのは困難であるという不都合がある。 However, in the MOS transistor of the I / O circuit, the drain diffusion layer is formed by supersaturated ion implantation in order to sufficiently reduce the on-resistance. Therefore, it is difficult to make the impurity concentration of the drain diffusion layer of the low breakdown voltage MOS transistor as the ESD protection element higher than the impurity concentration of the drain diffusion layer of the MOS transistor of the input / output circuit.
さらに、I/O回路のMOSトランジスタは、そのゲート長がプロセスによって許容されている最小寸法(たとえば、約0.18μm)に設定されている。したがって、ESD保護素子としての低耐圧MOSトランジスタのゲート長を、入出力回路のMOSトランジスタのゲート長よりも短くするのも困難である。 Further, the MOS transistor of the I / O circuit has its gate length set to the minimum dimension (for example, about 0.18 μm) allowed by the process. Therefore, it is difficult to make the gate length of the low breakdown voltage MOS transistor as the ESD protection element shorter than the gate length of the MOS transistor of the input / output circuit.
その結果、従来では、ESD保護素子としての低耐圧MOSトランジスタを形成するのが困難であるので、ESD耐性が高い半導体装置を得るのが困難であるという問題点がある。 As a result, conventionally, since it is difficult to form a low breakdown voltage MOS transistor as an ESD protection element, there is a problem that it is difficult to obtain a semiconductor device having high ESD resistance.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、ESD耐性を向上させることが可能な半導体装置、電圧供給システムおよび半導体装置の製造方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device, a voltage supply system, and a semiconductor device manufacturing method capable of improving ESD tolerance. That is.
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による半導体装置は、半導体基板に形成され、NMOSトランジスタを少なくとも含む内部回路と、半導体基板に形成され、内部回路を静電気から保護する機能を有しているとともに、p型ウェル拡散領域と、p型ウェル拡散領域内において互いに所定の間隔を隔てて対向する第1n型領域および第2n型領域とを有する保護素子を少なくとも含む静電気保護回路とを備えている。そして、静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域の少なくとも一部が、内部回路に含まれるNMOSトランジスタのp型ウェル拡散領域よりもp型不純物濃度が高くなるように構成されている。 To achieve the above object, a semiconductor device according to a first aspect of the present invention has an internal circuit formed on a semiconductor substrate and including at least an NMOS transistor, and a function formed on the semiconductor substrate to protect the internal circuit from static electricity. An electrostatic protection circuit including at least a protection element having a p-type well diffusion region and a first n-type region and a second n-type region facing each other at a predetermined interval in the p-type well diffusion region It has. At least a part of the p-type well diffusion region of the protection element included in the electrostatic protection circuit is configured to have a higher p-type impurity concentration than the p-type well diffusion region of the NMOS transistor included in the internal circuit. .
この第1の局面による半導体装置では、上記のように、静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域の少なくとも一部が、内部回路に含まれるNMOSトランジスタのp型ウェル拡散領域よりもp型不純物濃度が高くなるように構成することによって、静電気保護回路に含まれる保護素子の接合耐圧を、内部回路に含まれるNMOSトランジスタの接合耐圧よりも低くすることができる。この場合、半導体装置にESD(静電気放電)サージが印加されたとしても、静電気保護回路の接合耐圧が低い保護素子を介してESD電流が流出するので、ESD電流が内部回路に流入するのを抑制することができる。その結果、半導体装置にESDサージが印加されることに起因する内部回路の破損を抑制することができる。すなわち、半導体装置のESD耐性を向上させることができる。 In the semiconductor device according to the first aspect, as described above, at least a part of the p-type well diffusion region of the protection element included in the electrostatic protection circuit is more than the p-type well diffusion region of the NMOS transistor included in the internal circuit. By configuring the p-type impurity concentration to be high, the junction breakdown voltage of the protection element included in the electrostatic protection circuit can be made lower than the junction breakdown voltage of the NMOS transistor included in the internal circuit. In this case, even if an ESD (electrostatic discharge) surge is applied to the semiconductor device, the ESD current flows out through the protection element having a low junction breakdown voltage of the electrostatic protection circuit, so that the ESD current is prevented from flowing into the internal circuit. can do. As a result, damage to the internal circuit due to the ESD surge being applied to the semiconductor device can be suppressed. That is, the ESD tolerance of the semiconductor device can be improved.
この発明の第2の局面による半導体装置は、半導体基板に形成され、MOSトランジスタを少なくとも含む内部回路と、半導体基板に形成され、内部回路を静電気から保護する機能を有しているとともに、MOSトランジスタからなる保護素子を少なくとも含む静電気保護回路とを備えている。そして、静電気保護回路に含まれるMOSトランジスタは、ゲートの電位がドレイン側の電位と同一になるように接続され、静電気保護回路に含まれるMOSトランジスタの閾値電圧は、通常動作時に印加される所定の電圧以上で、かつ、内部回路に含まれるMOSトランジスタのソース・ドレイン間耐圧以下に設定されており、静電気が印加された場合に、静電気保護回路に含まれるMOSトランジスタをオンさせて静電気保護回路に静電気を流入させることにより、内部回路に静電気が流入するのを抑制するように構成されている。 A semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes an internal circuit formed on a semiconductor substrate and including at least a MOS transistor, and a function formed on the semiconductor substrate to protect the internal circuit from static electricity, and a MOS transistor And an electrostatic protection circuit including at least a protection element made of The MOS transistors included in the electrostatic protection circuit are connected such that the gate potential is the same as the drain side potential, and the threshold voltage of the MOS transistor included in the electrostatic protection circuit is a predetermined voltage applied during normal operation. When the static electricity is applied, the MOS transistor included in the static electricity protection circuit is turned on when the static electricity is applied. By flowing static electricity, it is configured to suppress static electricity from flowing into the internal circuit.
この第2の局面による半導体装置では、上記のように構成することによって、半導体装置にESDサージが印加されたとしても、静電気保護回路のオンしたMOSトランジスタを介してESD電流が流出するので、ESD電流が内部回路に流入するのを抑制することができる。その結果、半導体装置にESDサージが印加されることに起因する内部回路の破損を抑制することができる。すなわち、半導体装置のESD耐性を向上させることができる。 In the semiconductor device according to the second aspect, since the ESD current flows out through the MOS transistor in which the electrostatic protection circuit is turned on even when an ESD surge is applied to the semiconductor device, the semiconductor device according to the second aspect is configured so that Current can be prevented from flowing into the internal circuit. As a result, damage to the internal circuit due to the ESD surge being applied to the semiconductor device can be suppressed. That is, the ESD tolerance of the semiconductor device can be improved.
この発明の第3の局面による電圧供給システムは、請求項1〜16のいずれかに記載の半導体装置を備えている。このように構成すれば、ESD耐性が高い半導体装置を備えた電圧供給システムを容易に得ることができる。
A voltage supply system according to a third aspect of the present invention includes the semiconductor device according to any one of
この発明の第4の局面による半導体装置の製造方法は、半導体基板に、NMOSトランジスタを少なくとも含む内部回路を形成する工程と、半導体基板に、内部回路を静電気から保護する機能を有しているとともに、p型ウェル拡散領域と、p型ウェル拡散領域内において互いに所定の間隔を隔てて対向する第1n型領域および第2n型領域とを有する保護素子を少なくとも含む静電気保護回路を形成する工程とを備えている。そして、内部回路を形成する工程は、内部回路に含まれるNMOSトランジスタのp型ウェル拡散領域を形成する領域にのみp型不純物をイオン注入する工程を含み、静電気保護回路を形成する工程は、静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域の少なくとも一部が内部回路に含まれるNMOSトランジスタのp型ウェル拡散領域よりもp型不純物濃度が高くなるように、静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域を形成する領域にのみp型不純物をイオン注入する工程を含んでいる。 A method for manufacturing a semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention has a step of forming an internal circuit including at least an NMOS transistor on a semiconductor substrate, and a function of protecting the internal circuit from static electricity on the semiconductor substrate. Forming a static electricity protection circuit including at least a protection element having a p-type well diffusion region and a first n-type region and a second n-type region facing each other at a predetermined interval in the p-type well diffusion region. I have. The step of forming the internal circuit includes a step of ion-implanting p-type impurities only in the region for forming the p-type well diffusion region of the NMOS transistor included in the internal circuit. Protection included in the electrostatic protection circuit so that at least part of the p-type well diffusion region of the protection element included in the protection circuit has a higher p-type impurity concentration than the p-type well diffusion region of the NMOS transistor included in the internal circuit. It includes a step of ion-implanting p-type impurities only in a region where the p-type well diffusion region of the element is formed.
この第4の局面による半導体装置の製造方法では、上記のように構成することによって、容易に、静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域の少なくとも一部のp型不純物濃度を、内部回路に含まれるNMOSトランジスタのp型ウェル拡散領域のp型不純物濃度よりも高くすることができる。すなわち、容易に、静電気保護回路に含まれる保護素子の接合耐圧を、内部回路に含まれるNMOSトランジスタの接合耐圧よりも低くすることができる。この場合、半導体装置にESDサージが印加されたとしても、静電気保護回路の接合耐圧が低い保護素子を介してESD電流が流出するので、ESD電流が内部回路に流入するのを容易に抑制することができる。その結果、半導体装置にESDサージが印加されることに起因する内部回路の破損が抑制されるので、半導体装置のESD耐性を容易に向上させることができる。 In the semiconductor device manufacturing method according to the fourth aspect, by configuring as described above, the p-type impurity concentration of at least a part of the p-type well diffusion region of the protective element included in the electrostatic protection circuit can be easily set. It can be made higher than the p-type impurity concentration of the p-type well diffusion region of the NMOS transistor included in the internal circuit. That is, the junction breakdown voltage of the protection element included in the electrostatic protection circuit can be easily made lower than the junction breakdown voltage of the NMOS transistor included in the internal circuit. In this case, even if an ESD surge is applied to the semiconductor device, the ESD current flows out through the protective element having a low junction withstand voltage of the electrostatic protection circuit, so that the ESD current can be easily prevented from flowing into the internal circuit. Can do. As a result, the internal circuit is prevented from being damaged due to the ESD surge being applied to the semiconductor device, so that the ESD resistance of the semiconductor device can be easily improved.
この発明の第5の局面による半導体装置は、半導体基板に、NMOSトランジスタを少なくとも含む内部回路を形成する工程と、半導体基板に、内部回路を静電気から保護する機能を有しているとともに、p型ウェル拡散領域と、p型ウェル拡散領域内において互いに所定の間隔を隔てて対向する第1n型領域および第2n型領域とを有する保護素子を少なくとも含む静電気保護回路を形成する工程とを備えている。そして、内部回路を形成する工程は、内部回路に含まれるNMOSトランジスタのp型ウェル拡散領域を形成する領域と、静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域を形成する領域との両方にp型不純物をイオン注入する工程を含み、静電気保護回路を形成する工程は、静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域の少なくとも一部が内部回路に含まれるNMOSトランジスタのp型ウェル拡散領域よりもp型不純物濃度が高くなるように、静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域を形成する領域にのみp型不純物を再びイオン注入する工程を含んでいる。 A semiconductor device according to a fifth aspect of the present invention has a step of forming an internal circuit including at least an NMOS transistor on a semiconductor substrate, a function of protecting the internal circuit from static electricity on the semiconductor substrate, and a p-type semiconductor device. Forming a static electricity protection circuit including at least a protection element having a well diffusion region and a first n-type region and a second n-type region facing each other at a predetermined interval in the p-type well diffusion region. . The step of forming the internal circuit includes both a region for forming the p-type well diffusion region of the NMOS transistor included in the internal circuit and a region for forming the p-type well diffusion region of the protective element included in the electrostatic protection circuit. Including a step of ion-implanting a p-type impurity to form a static electricity protection circuit, wherein the step of forming an electrostatic protection circuit includes the p-type of an NMOS transistor in which at least a part of the p-type well diffusion region of the protection element included in the electrostatic protection circuit is included in the internal circuit. The method includes a step of ion-implanting the p-type impurity again only in a region where the p-type well diffusion region of the protection element included in the electrostatic protection circuit is formed so that the p-type impurity concentration is higher than that of the well diffusion region.
この第5の局面による半導体装置の製造方法では、上記のように構成することによって、容易に、静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域の少なくとも一部のp型不純物濃度を、内部回路に含まれるNMOSトランジスタのp型ウェル拡散領域のp型不純物濃度よりも高くすることができる。すなわち、容易に、静電気保護回路に含まれる保護素子の接合耐圧を、内部回路に含まれるNMOSトランジスタの接合耐圧よりも低くすることができる。この場合、半導体装置にESDサージが印加されたとしても、静電気保護回路の接合耐圧が低い保護素子を介してESD電流が流出するので、ESD電流が内部回路に流入するのを容易に抑制することができる。その結果、半導体装置にESDサージが印加されることに起因する内部回路の破損が抑制されるので、半導体装置のESD耐性を容易に向上させることができる。 In the semiconductor device manufacturing method according to the fifth aspect, by configuring as described above, the p-type impurity concentration of at least a part of the p-type well diffusion region of the protection element included in the electrostatic protection circuit can be easily set. It can be made higher than the p-type impurity concentration of the p-type well diffusion region of the NMOS transistor included in the internal circuit. That is, the junction breakdown voltage of the protection element included in the electrostatic protection circuit can be easily made lower than the junction breakdown voltage of the NMOS transistor included in the internal circuit. In this case, even if an ESD surge is applied to the semiconductor device, the ESD current flows out through the protective element having a low junction withstand voltage of the electrostatic protection circuit, so that the ESD current can be easily prevented from flowing into the internal circuit. Can do. As a result, the internal circuit is prevented from being damaged due to the ESD surge being applied to the semiconductor device, so that the ESD resistance of the semiconductor device can be easily improved.
以上のように、本発明によれば、ESD耐性を向上させることが可能な半導体装置、電圧供給システムおよび半導体装置の製造方法を容易に得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to easily obtain a semiconductor device, a voltage supply system, and a semiconductor device manufacturing method capable of improving ESD tolerance.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による半導体装置の回路図である。図2は、図1に示した第1実施形態による半導体装置の断面図である。図3は、図1に示した第1実施形態による半導体装置の内部回路の回路図である。図4は、図1に示した第1実施形態による半導体装置の静電気保護回路に含まれる保護素子の平面図である。図5は、図1に示した第1実施形態による半導体装置に設けられた各電極パッドの配置位置を説明するための図である。まず、図1〜図5を参照して、第1実施形態による半導体装置の構造について説明する。なお、第1実施形態による半導体装置は、電圧供給システムなどに使用される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. FIG. 3 is a circuit diagram of an internal circuit of the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. FIG. 4 is a plan view of a protection element included in the electrostatic protection circuit of the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. FIG. 5 is a view for explaining the position of each electrode pad provided in the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. First, the structure of the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The semiconductor device according to the first embodiment is used for a voltage supply system and the like.
第1実施形態による半導体装置20は、図1および図2に示すように、内部回路1と、その内部回路1を静電気から保護するための静電気保護回路2とが同一のp型半導体基板3に形成された構造を有している。なお、第1実施形態の内部回路1は、図3に示すようなCMOS回路であり、NMOSトランジスタ31とPMOSトランジスタ32とを含んでいる。このNMOSトランジスタ31およびPMOSトランジスタ32のBVdss耐圧(ソース・ドレイン間耐圧)は、たとえば、約15Vに設定されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
具体的な構造としては、図2に示すように、p型半導体基板3は、少なくとも2種類の領域3aおよび3bを有している。そして、内部回路1は、p型半導体基板3の領域3aに配置されているとともに、静電気保護回路2は、p型半導体基板3の領域3bに配置されている。
As a specific structure, as shown in FIG. 2, the p-
p型半導体基板3の領域3aには、約4μmの拡散深さを有するp型ウェル拡散領域4と、約4μmの拡散深さを有するn型ウェル拡散領域5とが形成されている。p型ウェル拡散領域4は、p型半導体基板3に対してボロンなどのp型不純物が約6.0×1012ions/cm2の注入量でイオン注入された領域であり、NMOSトランジスタ31のVth(閾値電圧)に適したp型不純物濃度を有している。また、n型ウェル拡散領域5は、p型半導体基板3に対してリンなどのn型不純物がイオン注入された領域である。
In the
また、p型ウェル拡散領域4の内部には、互いに所定の間隔を隔てて対向する一対のn型領域6aおよび6bが形成されているとともに、n型ウェル拡散領域5の内部には、互いに所定の間隔を隔てて対向する一対のp型領域7aおよび7bが形成されている。さらに、p型半導体基板3のn型領域6aとn型領域6bとの間の領域上には、約15nmの厚みを有する熱酸化膜8(8a)を介して、ポリシリコン膜9(9a)が形成されている。また、p型半導体基板3のp型領域7aとp型領域7bとの間の領域上には、約15nmの厚みを有する熱酸化膜8(8b)を介して、ポリシリコン膜9(9b)が形成されている。
In addition, a pair of n-
そして、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31は、p型ウェル拡散領域4と、一対のn型領域(ソース/ドレイン領域)6aおよび6bと、熱酸化膜(ゲート絶縁膜)8aと、ポリシリコン膜(ゲート電極)9aとによって構成されている。また、内部回路1に含まれるPMOSトランジスタ32は、n型ウェル拡散領域5と、一対のp型領域(ソース/ドレイン領域)7aおよび7bと、熱酸化膜(ゲート絶縁膜)8bと、ポリシリコン膜(ゲート電極)9bとによって構成されている。また、NMOSトランジスタ31およびPMOSトランジスタ32は、ロコス酸化膜10(10a)によって互いに素子分離されている。
The
また、図1〜図3に示すように、NMOSトランジスタ31のn型領域(ソース領域)6aは、低電位側のGND端子(グランド端子)に接続されているとともに、PMOSトランジスタ32のp型領域(ソース領域)7aは、高電位側のVcc端子(電源電圧端子)に接続されている。また、NMOSトランジスタ31のポリシリコン膜(ゲート電極)9aおよびPMOSトランジスタ32のポリシリコン膜(ゲート電極)9bは、Vin端子(入力端子)に接続されているとともに、NMOSトランジスタ31のn型領域(ドレイン領域)6bおよびPMOSトランジスタ32のp型領域(ドレイン領域)7bは、Vout端子(出力端子)に接続されている。また、NMOSトランジスタ31のp型ウェル拡散領域4は、GND端子に接続されているとともに、PMOSトランジスタ32のn型ウェル拡散領域5は、Vcc端子に接続されている。なお、Vin端子は、本発明の「保護すべき所定端子」の一例である。
1 to 3, the n-type region (source region) 6 a of the
また、図1に示すように、静電気保護回路2は、複数の保護素子41〜45を含んでいる。この複数の保護素子41〜45は、NMOSトランジスタからゲート電極を省略した構造体と実質的に同じ構造を有する保護素子41〜43と、PMOSトランジスタからゲート電極を省略した構造体と実質的に同じ構造を有する保護素子44および45との2種類に分類される。なお、図1には、便宜上、保護素子41〜45をMOSトランジスタの回路記号で表している。
As shown in FIG. 1, the
静電気保護回路2に含まれる保護素子41は、図2に示すように、p型半導体基板3の領域3bに拡散深さが約4μmとなるように形成されたp型ウェル拡散領域11と、そのp型ウェル拡散領域11の内部において互いに所定の間隔を隔てて対向するように形成された一対のn型領域12aおよび12bとを少なくとも有している。このn型領域12aおよび12bは、ロコス酸化膜10(10b)によって互いに分離されている。なお、n型領域12aおよび12bは、それぞれ、本発明の「第1n型領域」および「第2n型領域」の一例である。
As shown in FIG. 2, the
ここで、第1実施形態では、p型ウェル拡散領域11は、p型半導体基板3に対してボロンなどのp型不純物が約7×1013ions/cm2以上(たとえば、約1.0×1014ions/cm2)の注入量でイオン注入された領域によって構成されている。すなわち、静電気保護回路2に含まれる保護素子41のp型ウェル拡散領域11のp型不純物濃度は、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31のp型ウェル拡散領域4のp型不純物濃度よりも高くなっている。なお、第1実施形態では、保護素子41のp型ウェル拡散領域11とn型領域12bとの間の接合耐圧は約10Vであり、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31およびPMOSトランジスタ32のBVdss耐圧(約15V)よりも低くなっている。さらに、保護素子41の寄生バイポーラトランジスタ(p型ウェル拡散領域11と一対のn型領域12aおよび12bとによって構成されるNPNトランジスタ)の電流増幅率は約2である。
Here, in the first embodiment, in the p-type
また、第1実施形態では、保護素子41は、p型半導体基板3の領域3bに形成されたn型ウェル拡散領域13をさらに有している。そして、n型領域12bのn型領域12aと対向する端部とは反対側の端部は、n型ウェル拡散領域13の内部に配置されている。すなわち、n型領域12bのn型領域12aと対向する端部とは反対側の端部は、n型ウェル拡散領域13によって保護されている。なお、図2の符号14で示される領域は、p型領域である。また、p型半導体基板3の領域3b上には、約15nmの厚みを有する熱酸化膜8(8c)が形成されている。
In the first embodiment, the
また、図1および図2に示すように、保護素子41は、GND端子とVin端子との間に接続されている。具体的には、保護素子41のn型領域12aがGND端子に接続されているとともに、保護素子41のn型領域12bがVin端子に接続されている。また、保護素子41のp型ウェル拡散領域11(p型領域14)は、GND端子に接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
さらに、図4に示すように、保護素子41は、p型ウェル拡散領域11と、一対のn型領域12aおよび12bとを少なくとも有する素子部41aを複数含んでいる。この保護素子41の複数の素子部41aは、平面的に見て互いに並列に配置されている。そして、保護素子41の複数の素子部41aの各々のn型領域12aがGND端子に接続されているとともに、保護素子41の複数の素子部41aの各々のn型領域12bがVin端子に接続されている。また、保護素子41の複数の素子部41aの各々の直列抵抗成分は、約180Ωに設定されている。
Further, as shown in FIG. 4, the
また、図1に示した保護素子42および43は、上記した保護素子41と同様の構造を有している。そして、保護素子42は、GND端子とVout端子との間に接続されているとともに、保護素子43は、GND端子とVcc端子との間に接続されている。
Further, the
また、図1に示した保護素子44および45は、図示しないが、n型ウェル拡散領域と、そのn型ウェル拡散領域の内部において互いに所定の間隔を隔てて対向する一対のp型領域とを少なくとも有している。そして、保護素子44は、Vcc端子とVin端子との間に接続されているとともに、保護素子45は、Vcc端子とVout端子との間に接続されている。なお、保護素子44および45は、バックゲートがGNDとなる保護素子41と同様の構造にすることはできない。
Further, although not shown, the
ところで、図5に示すように、GND端子に対応する電極パッド21、Vcc端子に対応する電極パッド22、Vin端子に対応する電極パッド23およびVout端子に対応する電極パッド24は、ワイヤボンディング工程における作業性を考慮して配置されている。具体的には、各電極パッド21〜24は、それぞれ、半導体装置(チップ)20の4隅に配置されている。なお、電極パッド21、22および23は、それぞれ、本発明の「第1電極パッド」、「第2電極パッド」および「第3電極パッド」の一例である。
By the way, as shown in FIG. 5, the
図6および図7は、本発明の第1実施形態による半導体装置の動作を説明するための図である。次に、図6および図7を参照して、第1実施形態による半導体装置の動作について説明する。なお、図6および図7の破線は、ESD(静電気放電)電流の経路を表している。 6 and 7 are diagrams for explaining the operation of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Next, the operation of the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The broken lines in FIGS. 6 and 7 represent ESD (electrostatic discharge) current paths.
まず、図6に示すように、GND端子に対してVin端子に約+400VのESDサージが印加された場合には、Vin端子の電圧が約10V付近まで上昇する。このとき、保護素子41のp型ウェル拡散領域11(図2参照)とn型領域12b(図2参照)との間でアバランシェ降伏が発生するので、Vin端子の電圧が約10Vでクランプされる。したがって、ESD電流は、BVdss耐圧が約15Vの内部回路1に流入することなく、保護素子41を経由してVin端子とGND端子とを結ぶ経路R2を介して流出される。この際、保護素子43も保護素子41と同様に動作するため、保護素子43および44を経由してVin端子とGND端子とを結ぶ経路R1を介して流出されるESD電流も存在する。
First, as shown in FIG. 6, when an ESD surge of about +400 V is applied to the Vin terminal with respect to the GND terminal, the voltage at the Vin terminal rises to about 10 V. At this time, since an avalanche breakdown occurs between the p-type well diffusion region 11 (see FIG. 2) and the n-
また、GND端子に対してVin端子に約−400VのESDサージが印加された場合には、保護素子41のp型ウェル拡散領域11(図2参照)とn型領域12b(図2参照)とによって構成されるダイオードに順方向バイアスが印加されることになる。したがって、ESD電流は、内部回路1に流入することなく、保護素子41を経由してVin端子とGND端子とを結ぶ経路R2を介して流出される。
When an ESD surge of about −400 V is applied to the Vin terminal with respect to the GND terminal, the p-type well diffusion region 11 (see FIG. 2) and the n-
次に、図7に示すように、Vcc端子に対してVin端子に約+400VのESDサージが印加された場合には、保護素子44のn型ウェル拡散領域とp型領域とによって構成されるダイオードに順方向バイアスが印加されることになる。このため、ESD電流は、内部回路1に流入することなく、保護素子44を経由してVin端子とVcc端子とを結ぶ経路R3を介して流出される。
Next, as shown in FIG. 7, when an ESD surge of about +400 V is applied to the Vin terminal with respect to the Vcc terminal, the diode constituted by the n-type well diffusion region and the p-type region of the
また、Vcc端子に対してVin端子に約−400VのESDサージが印加された場合には、保護素子44においてスナップバックが起きれば、保護素子44を経由してVin端子とVcc端子とを結ぶ経路R3を介してESD電流が流出される。ただし、保護素子44は、正孔(ホール)が移動することにより電流が生じる構造のため、スナップバックが起こりにくい。したがって、この場合には、保護素子41および43を経由してVin端子とVcc端子とを結ぶ経路R4を介してESD電流が流出される。
Further, when an ESD surge of about −400 V is applied to the Vin terminal with respect to the Vcc terminal, if snapback occurs in the
図8〜図12は、本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。次に、図2および図8〜図12を参照して、第1実施形態による半導体装置の製造方法について説明する。 8 to 12 are cross-sectional views for explaining the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention. Next, with reference to FIGS. 2 and 8 to 12, the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described.
まず、図8に示すように、p型半導体基板3の領域3aの所定領域(内部回路1に含まれるPMOSトランジスタ32のn型ウェル拡散領域5を形成する領域)と、p型半導体基板3の領域3bの所定領域(静電気保護回路2に含まれる保護素子41のn型ウェル拡散領域13を形成する領域)とに、リンなどのn型不純物をイオン注入する。
First, as shown in FIG. 8, a predetermined region (region for forming the n-type
続いて、p型半導体基板3の領域3aの所定領域(内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31のp型ウェル拡散領域4を形成する領域)にのみ、ボロンなどのp型不純物をイオン注入する。この際、p型不純物の注入量は、約6.0×1012ions/cm2に設定する。
Subsequently, a p-type impurity such as boron is ion-implanted only in a predetermined region of the
次に、図9に示すように、p型半導体基板3の領域3bの所定領域(静電気保護回路2に含まれる保護素子41のp型ウェル拡散領域11を形成する領域)にのみ、ボロンなどのp型不純物をイオン注入する。この際、p型不純物の注入量は、約7×1013ions/cm2以上(たとえば、約1.0×1014ions/cm2)に設定する。すなわち、静電気保護回路2に含まれる保護素子41のp型ウェル拡散領域11を形成する際のイオン注入工程では、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31のp型ウェル拡散領域4を形成する際のイオン注入工程よりもp型不純物の注入量を多くする。
Next, as shown in FIG. 9, boron or the like is formed only in a predetermined region of the
第1実施形態では、上記のように、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31のp型ウェル拡散領域4を形成する際のイオン注入および静電気保護回路2に含まれる保護素子41のp型ウェル拡散領域11を形成する際のイオン注入を、互いに別の工程で行うことによって、容易に、静電気保護回路2に含まれる保護素子41のp型ウェル拡散領域11のp型不純物濃度を、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31のp型ウェル拡散領域4のp型不純物濃度よりも高くすることができる。
In the first embodiment, as described above, the ion implantation for forming the p-type
この後、p型半導体基板3に対して熱処理を施す。これにより、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31のp型ウェル拡散領域4およびPMOSトランジスタ32のn型ウェル拡散領域5と、静電気保護回路2に含まれる保護素子41のp型ウェル拡散領域11およびn型ウェル拡散領域13とが形成される。
Thereafter, the p-
次に、図10に示すように、p型半導体基板3の上面の全面を熱酸化することによって、p型半導体基板3の上面上に約15nmの厚みを有する熱酸化膜15を形成する。そして、CVD(化学気相成長)法およびドライエッチング技術を用いて、熱酸化膜15の上面上の所定部分(活性領域に対応する部分)にSiN膜16を形成する。
Next, as shown in FIG. 10, a
次に、図11に示すように、LOCOS(ロコス)法を用いて、ロコス酸化膜(熱酸化膜)10を形成する。この後、SiN膜16を除去する。
Next, as shown in FIG. 11, a LOCOS oxide film (thermal oxide film) 10 is formed using a LOCOS method. Thereafter, the
次に、図12に示すように、p型半導体基板3の上面を再び熱酸化することによって、p型半導体基板3の上面上にゲート絶縁膜などになる熱酸化膜8を約15nmの厚みで形成する。続いて、CVD法およびドライエッチング技術を用いて、熱酸化膜8の上面上の所定部分に、ゲート電極となるポリシリコン膜9を形成する。そして、ポリシリコン膜9、ロコス酸化膜10およびレジスト(図示せず)をマスクとして、p型半導体基板3にn型不純物およびp型不純物をイオン注入する。この後、p型半導体基板3に対して熱処理を施すことによって、図2に示したような構造体が形成される。
Next, as shown in FIG. 12, by thermally oxidizing the upper surface of the p-
なお、静電気保護回路2に含まれる保護素子42および43は、上記した保護素子41の製造方法と同様の製造方法を用いて形成される。また、静電気保護回路2に含まれる保護素子44および45は、図示しないが、公知の製造方法を用いて形成される。
The
また、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31のp型ウェル拡散領域4を形成する際のイオン注入および静電気保護回路2に含まれる保護素子41のp型ウェル拡散領域11を形成する際のイオン注入は、以下のような手順で行ってもよい。
Further, ion implantation for forming the p-type
すなわち、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31のp型ウェル拡散領域4を形成する領域と、静電気保護回路2に含まれる保護素子41のp型ウェル拡散領域11を形成する領域との両方にp型不純物をイオン注入した後、静電気保護回路2に含まれる保護素子41のp型ウェル拡散領域11を形成する領域にのみp型不純物を再びイオン注入してもよい。このようにしても、容易に、静電気保護回路2に含まれる保護素子41のp型ウェル拡散領域11のp型不純物濃度を、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31のp型ウェル拡散領域4のp型不純物濃度よりも高くすることができる。
That is, the p-type
第1実施形態では、上記のように、静電気保護回路2に含まれる保護素子41(42、43)のp型ウェル拡散領域11のp型不純物濃度を、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31のp型ウェル拡散領域4のp型不純物濃度よりも高くすることによって、静電気保護回路2に含まれる保護素子41(42、43)の接合耐圧を、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31の接合耐圧よりも低くすることができる。この場合、半導体装置20にESDサージが印加されたとしても、静電気保護回路2の接合耐圧が低い保護素子41(42、43)を介してESD電流が流出するので、ESD電流が内部回路1に流入するのを抑制することができる。その結果、半導体装置20にESDサージが印加されることに起因する内部回路1の破損を抑制することができる。すなわち、半導体装置20のESD耐性を向上させることができる。
In the first embodiment, as described above, the p-type impurity concentration of the p-type
また、第1実施形態では、上記のように、保護素子41のn型領域12bのn型領域12aと対向する端部とは反対側の端部を、n型ウェル拡散領域13の内部に配置することによって、n型領域12bのn型領域12aと対向する端部とは反対側の端部を、n型ウェル拡散領域13により保護することができる。これにより、半導体装置20にESDサージが印加された場合に、保護素子41のp型ウェル拡散領域11とn型領域12bとの間で発生するアバランシェ降伏が異常な箇所(n型領域12bのn型領域12aと対向する端部とは反対側の端部の近傍)で発生してしまうのを抑制することができる。
In the first embodiment, the end of the n-
また、第1実施形態では、上記のように、保護素子41の複数の素子部41aの各々の直列抵抗成分を、約180Ωに設定することによって、半導体装置20のESD耐性をより向上させることができる。ここで、保護素子41の複数の素子部41aの各々の直列抵抗成分が小さい場合には、以下のような不都合が生じる。すなわち、保護素子41のn型領域12bの抵抗値が小さい場合には、保護素子41の時定数が小さくなって高速動作するため、急峻な時定数のESDサージが印加されたときに、スナップバック特性で流れ出すESD電流の流れ方に均一性が保てなくなり、保護素子41の全ての素子部41aにESD電流が均一に流れなくなる。したがって、保護素子41の複数の素子部41aのうち、特定の素子部(端に配置された素子部)41aにESD電流が集中してESD耐性が低下する。
In the first embodiment, as described above, the ESD resistance of the
また、第1実施形態では、上記のように、保護素子41のp型ウェル拡散領域11とn型領域12bとの間の接合耐圧が約10Vとなり、かつ、保護素子41の寄生バイポーラトランジスタ(p型ウェル拡散領域11と一対のn型領域12aおよび12bとにより構成されるNPNトランジスタ)の電流増幅率が約2となるように構成することによって、保護素子41自体が劣化してしまうという不都合が発生するのを抑制することができる。
In the first embodiment, as described above, the junction breakdown voltage between the p-type
なお、上記した第1実施形態の構成において、静電気保護回路2に含まれる保護素子41のp型ウェル拡散領域11のn型領域12bと接する部分のp型不純物濃度のみを、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31のp型ウェル拡散領域4のp型不純物濃度よりも高くするようにしてもよい。このように構成すれば、保護素子41のp型ウェル拡散領域11の全ての部分のp型不純物濃度を高くする場合に比べて寄生容量を軽減することができるので、高速な信号を扱う場合において有利になる。
In the configuration of the first embodiment described above, the
また、上記した第1実施形態の構成において、Vin端子に接続される高電位側(Vcc端子側)の保護素子44の構造を、NPNトランジスタ構造にしてもよいし、ダイオード構造にしてもよい。このように構成すれば、保護素子44の占有面積を小さくすることができる。なお、第1実施形態では、保護素子44が順方向ダイオードとしての機能を有していればよいので、保護素子44の構造をNPNトランジスタ構造やダイオード構造にしたとしても問題はない。
In the configuration of the first embodiment described above, the structure of the
また、保護素子44の占有面積を小さくする場合には、保護素子44の接合耐圧を保護素子41の接合耐圧よりも高くすることが好ましい。このように構成すれば、保護素子41よりも先に小面積に設計された保護素子44にESD電流が集中するのを抑制することができる。このため、保護素子44の占有面積を小さくしたとしても、保護素子44が劣化するのを抑制することができる。なお、小面積に設計された保護素子44の接合耐圧を保護素子41の接合耐圧よりも低くすると、保護素子41よりも先に小面積に設計された保護素子44にESD電流が集中してしまう。その場合、許容電流が小さい保護素子44は、ESD電流が流れることにより加わるダメージに耐え切れなくなって劣化してしまう恐れがある。
Further, when the occupation area of the
また、上記した第1実施形態の構成において、GND端子とVcc端子との間に接続される保護素子43を、他の保護素子よりも電流通路が大きくなるように構成してもよい。このように構成すれば、以下のような効果を得ることができる。すなわち、保護すべき端子が多い場合、その保護すべき各端子に接続される保護素子の電流通路を大きくすればESD耐性を向上させることができるが、そのようにするとチップ面積が肥大化してコストアップの要因となってしまう。その一方、保護すべき端子が多い場合において、GND端子とVcc端子との間に接続される保護素子43の電流通路を大きくすれば、保護すべき各端子に接続される保護素子の電流通路を大きくしなかったとしても、ESD耐性を向上させることが可能となる。
In the configuration of the first embodiment described above, the
図13は、静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域におけるイオン注入量と接合耐圧との関係を示したグラフであり、図14は、静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域におけるイオン注入量と電流増幅率との関係を示したグラフである。次に、図13および図14を参照して、上記した第1実施形態の効果を確認した結果について説明する。 FIG. 13 is a graph showing the relationship between the ion implantation amount and the junction breakdown voltage in the p-type well diffusion region of the protection element included in the electrostatic protection circuit, and FIG. 14 shows the p-type of the protection element included in the electrostatic protection circuit. It is the graph which showed the relationship between the amount of ion implantation in a well diffusion area | region, and a current gain. Next, with reference to FIG. 13 and FIG. 14, the result of confirming the effect of the first embodiment described above will be described.
なお、以下の説明において、イオン注入量とは、図2に示した静電気保護回路2に含まれる保護素子41のp型ウェル拡散領域11を形成する際のp型不純物のイオン注入量である。また、接合耐圧とは、図2に示した静電気保護回路2に含まれる保護素子41のp型ウェル拡散領域11とn型領域12bとの間の接合耐圧である。
In the following description, the ion implantation amount is an ion implantation amount of a p-type impurity when forming the p-type
まず、図13に示すように、接合耐圧は、イオン注入量を多くしていくのに伴って低下していくことが分かる。そして、接合耐圧が約15V(内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31のBVdss耐圧)と同程度以上になるようにイオン注入量を設定した場合には、半導体装置20に約400VのESDサージが印加されると、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31にダメージが加わってリーク電流が発生するという不都合が生じた(図13の□印参照)。その一方、接合耐圧が約15Vを下回るようにイオン注入量を多くした場合には、上記したような不都合が生じるのを抑制することができた(図13の△印および○印参照)。
First, as shown in FIG. 13, it can be seen that the junction breakdown voltage decreases as the amount of ion implantation increases. When the ion implantation amount is set so that the junction withstand voltage is about 15 V (the BVdss withstand voltage of the
ところで、接合耐圧が約15Vを下回るようにイオン注入量を設定した場合において、接合耐圧が約10Vを上回っていれば、保護素子41自体が劣化してリーク電流が発生するという不都合が生じた(図13の△印参照)。その一方、接合耐圧が約10V以下になるようにイオン注入量を設定した場合には、保護素子41自体の劣化も抑制することができた(図13の○印参照)。
By the way, when the ion implantation amount is set so that the junction withstand voltage is less than about 15V, if the junction withstand voltage exceeds about 10V, the
上記のように、内部回路1を保護するだけでよければ、接合耐圧を約15V(内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31のBVdss耐圧)よりも少しだけ小さくすればよい(たとえば、接合耐圧を約14Vに設定すればよい)が、その場合には、保護素子41に集中するESD電流によって保護素子41自体が劣化してしまう。保護素子41の劣化箇所について調査した結果、保護素子41の劣化は、保護素子41のn型領域12bのn型領域12aと対向する端部で起こることが判明した。これは、保護素子41のp型ウェル拡散領域11とn型領域12bとの間でアバランシェ降伏が発生すると、寄生バイポーラトランジスタ(p型ウェル拡散領域11と一対のn型領域12aおよび12bとによって構成されるNPNトランジスタ)がオンしてn型領域12bからn型領域12aに大きな電流が流れることにより、n型領域12bのn型領域12aと対向する端部に電流が集中するためであると考えられる。
As described above, if only the
ここで、図14に示すように、保護素子41の寄生バイポーラトランジスタ(p型ウェル拡散領域11と一対のn型領域12aおよび12bとによって構成されるNPNトランジスタ)の電流増幅率は、イオン注入量を多くしていくのに伴って低下していくことが分かる。このため、イオン注入量を多くすれば、保護素子41内における急激な電流集中が抑制されるので、保護素子41自体の強度を高くすることができると考えられる。なお、保護素子41の寄生バイポーラトランジスタ(p型ウェル拡散領域11と一対のn型領域12aおよび12bとによって構成されるNPNトランジスタ)の電流増幅率は、約2以下に設定するのが好ましいと考えられる。
Here, as shown in FIG. 14, the current amplification factor of the parasitic bipolar transistor (NPN transistor constituted by the p-type
図15は、第1実施形態の第1変形例による半導体装置に設けられた各電極パッドの配置位置を説明するための図である。図15を参照して、この第1実施形態の第1変形例では、上記した第1実施形態の構成において、GND端子に対応する電極パッド21が、Vcc端子に対応する電極パッド22に近接して配置されている。なお、第1実施形態の第1変形例のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
FIG. 15 is a view for explaining the position of each electrode pad provided in the semiconductor device according to the first modification of the first embodiment. Referring to FIG. 15, in the first modification of the first embodiment, in the configuration of the first embodiment described above, the
第1実施形態の第1変形例では、上記のように構成することによって、内部回路1の破損をより抑制することができる。
In the 1st modification of 1st Embodiment, the failure | damage of the
ここで、各電極パッドが互いに近接しないように配置されている場合の不都合について述べる。すなわち、保護素子はメタル配線を介して各電極パッドに接続されているため、各電極パッドを遠くに配置すると、配線抵抗とESD電流とによる電圧上昇によって内部回路にダメージが加わる。たとえば、ESD電流が約6Aで、配線抵抗が約1Ωと小さな値であったとしても、保護素子のアバランシェ降伏電圧が約10Vであればトータルで約16Vとなる。この場合には、BVdss耐圧が約15Vの内部回路に電圧が印加されるので、内部回路にダメージが加わってしまう。 Here, an inconvenience when the electrode pads are arranged so as not to be close to each other will be described. That is, since the protective element is connected to each electrode pad via the metal wiring, if each electrode pad is arranged far away, the internal circuit is damaged due to a voltage increase due to the wiring resistance and the ESD current. For example, even if the ESD current is about 6A and the wiring resistance is a small value of about 1Ω, if the avalanche breakdown voltage of the protection element is about 10V, the total is about 16V. In this case, since a voltage is applied to the internal circuit having a BVdss withstand voltage of about 15 V, the internal circuit is damaged.
図16は、第1実施形態の第2変形例による半導体装置に設けられた各電極パッドの配置位置を説明するための図である。図16を参照して、この第1実施形態の第2変形例では、上記した第1実施形態の構成において、GND端子に対応する電極パッド21がVcc端子に対応する電極パッド22に近接して配置されており、かつ、保護すべき端子であるVin端子に対応する電極パッド23が電極パッド21および22に近接して配置されている。なお、第1実施形態の第2変形例のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
FIG. 16 is a diagram for explaining the arrangement positions of the electrode pads provided in the semiconductor device according to the second modification of the first embodiment. Referring to FIG. 16, in the second modification of the first embodiment, in the configuration of the first embodiment described above, the
上記のように、保護すべき端子であるVin端子に対応する電極パッド23は、GND端子に対応する電極パッド21およびVcc端子に対応する電極パッド22に近接して配置されていることがより好ましい。
As described above, it is more preferable that the
(第2実施形態)
図17は、本発明の第2実施形態による半導体装置の断面図である。次に、図17を参照して、第2実施形態による半導体装置の構造について説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 17 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Next, with reference to FIG. 17, the structure of the semiconductor device according to the second embodiment will be explained.
この第2実施形態では、図17に示すように、静電気保護回路2に含まれる保護素子41の構造が、内部回路1に含まれるNMOSトランジスタ31の構造と実質的に同じになっている。具体的には、第2実施形態では、保護素子41のn型領域12aおよび12bが、ロコス酸化膜によって互いに分離されていない。そして、n型領域12aとn型領域12bとの間の領域上には、熱酸化膜8(8c)を介して、ゲート電極となるポリシリコン膜9(9c)が形成されている。また、保護素子41のn型領域12aおよびポリシリコン膜(ゲート電極)9cは、互いに同電位となるように短絡されている。なお、第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
In the second embodiment, as shown in FIG. 17, the structure of the
第2実施形態では、上記のように構成することによって、製造プロセスのバラツキの影響を同じように受けるため、量産性に優れた半導体装置を容易に得ることができる。 In the second embodiment, the configuration as described above is similarly affected by variations in the manufacturing process, so that a semiconductor device excellent in mass productivity can be easily obtained.
(第3実施形態)
図18は、本発明の第3実施形態による半導体装置の断面図である。次に、図18を参照して、第3実施形態による半導体装置の構造について説明する。
(Third embodiment)
FIG. 18 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Next, with reference to FIG. 18, the structure of the semiconductor device according to the third embodiment will be explained.
この第3実施形態では、図18に示すように、静電気保護回路2に含まれる保護素子41の構造が、上記した第2実施形態の保護素子41からポリシリコン膜9(9c)を省略した構造と実質的に同じになっている。なお、第3実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
In the third embodiment, as shown in FIG. 18, the structure of the
第3実施形態では、上記のように構成することによって、保護素子41のn型領域12aおよび12bを互いに分離するロコス酸化膜を形成する必要がないので、ロコス酸化膜を形成する際に生じる熱応力に起因する接合リークの発生を抑制することができる。さらに、ゲート電極となるポリシリコン膜を形成していないので、半導体装置にESDサージが印加されたときのアバランシェ降伏によって発生するホットキャリアがゲートに注入されることがない。
According to the third embodiment, since it is not necessary to form a LOCOS oxide film that separates the n-
(第4実施形態)
図19および図20は、本発明の第4実施形態による半導体装置の回路図である。次に、図19および図20を参照して、第4実施形態による半導体装置の構造について説明する。
(Fourth embodiment)
19 and 20 are circuit diagrams of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. Next, with reference to FIGS. 19 and 20, the structure of the semiconductor device according to the fourth embodiment will be explained.
この第4実施形態による半導体装置50は、図19に示すように、内部回路51と、その内部回路1を静電気から保護するための静電気保護回路52とを備えている。内部回路51は、図3に示した第1実施形態の内部回路1と同様のCMOS回路であり、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタとを含んでいる。そして、内部回路51に含まれるNMOSトランジスタおよびPMOSトランジスタの各々のBVdss耐圧は、たとえば、約15Vに設定されている。さらに、内部回路51に含まれるNMOSトランジスタおよびPMOSトランジスタの各々のVth(閾値電圧)は、たとえば、約0.7Vに設定されている。
As shown in FIG. 19, the
また、静電気保護回路52は、NMOSトランジスタからなる保護素子61〜63と、PMOSトランジスタからなる保護素子64および65とを含んでいる。この保護素子61〜65の各々のゲートは、その電位がドレイン側の電位と同一になるように接続されている。そして、保護素子61は、GND端子とVin端子との間に接続されているとともに、保護素子62は、GND端子とVout端子との間に接続されている。また、保護素子63は、GND端子とVcc端子との間に接続されている。また、保護素子64は、Vcc端子とVin端子との間に接続されているとともに、保護素子65は、Vcc端子とVout端子との間に接続されている。
The
ここで、第4実施形態では、保護素子(MOSトランジスタ)61〜65の各々のVthは、通常動作時に内部回路51に印加される所定の電圧以上で、かつ、内部回路51に含まれるMOSトランジスタのBVdss耐圧以下に設定される。たとえば、通常動作時にVin端子に印加される最大の電圧が約7Vであるとすると、保護素子(MOSトランジスタ)61〜65の各々のVthは、約7V〜約15Vの範囲内(たとえば、約10V)に設定すればよい。これにより、半導体装置50にESDサージが印加されると、静電気保護回路2に含まれる保護素子(MOSトランジスタ)61〜65がオンして静電気保護回路2にESD電流が流入するので、内部回路1にESD電流が流入するのが抑制されることになる。
Here, in the fourth embodiment, the Vth of each of the protection elements (MOS transistors) 61 to 65 is equal to or higher than a predetermined voltage applied to the
ところで、内部回路51に含まれるMOSトランジスタのVthは、通常で約0.7V程度に設定される。このため、静電気保護回路52に含まれる保護素子(MOSトランジスタ)61〜65は、通常の製造方法では形成できない。したがって、保護素子(MOSトランジスタ)61〜65を形成する際には、チャネルドープを高濃度で行ったり、ゲート絶縁膜の厚膜化を行ったりする。
By the way, the Vth of the MOS transistor included in the
なお、第4実施形態の半導体装置50の動作としては、GND端子に対してVin端子にESDサージが印加されると、図19に示すように、経路R5や経路R6を介してESD電流が流出される。また、Vcc端子に対してVin端子にESDサージが印加されると、図20に示すように、経路R7や経路R8を介してESD電流が流出される。
As an operation of the
第4実施形態では、上記のように構成することによって、半導体装置50の正常動作に影響を与えることなく、ESDサージに対する耐性を大きくすることができる。
In the fourth embodiment, by configuring as described above, it is possible to increase resistance to an ESD surge without affecting the normal operation of the
図21は、第4実施形態の変形例による半導体装置の回路図である。図21を参照して、この第4実施形態の変形例では、上記第4実施形態の構成において、静電気保護回路52に含まれる保護素子(MOSトランジスタ)61〜65の各々のゲートが、ポリシリコンなどからなる保護抵抗66を介してドレイン側の電位に接続されている。なお、第4実施形態の変形例のその他の構成は、上記第4実施形態と同様である。
FIG. 21 is a circuit diagram of a semiconductor device according to a modification of the fourth embodiment. Referring to FIG. 21, in the modification of the fourth embodiment, in the configuration of the fourth embodiment, each gate of protection elements (MOS transistors) 61 to 65 included in
第4実施形態の変形例では、上記のように構成することによって、半導体装置50に急峻な時定数のESDサージが印加されたとしても、保護素子(MOSトランジスタ)61〜65のゲート絶縁膜を保護することができる。
In the modification of the fourth embodiment, the gate insulating films of the protection elements (MOS transistors) 61 to 65 are formed even when an ESD surge having a steep time constant is applied to the
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記実施形態では、内部回路をCMOS回路としたが、本発明はこれに限らず、内部回路がCMOS回路以外の回路であってもよい。 For example, in the above embodiment, the internal circuit is a CMOS circuit, but the present invention is not limited to this, and the internal circuit may be a circuit other than the CMOS circuit.
また、上記実施形態では、内部回路に含まれるMOSトランジスタのBVdss耐圧を約15Vに設定したが、本発明はこれに限らず、内部回路に含まれるMOSトランジスタのBVdss耐圧が約15V以外の値であってもよい。 In the above embodiment, the BVdss withstand voltage of the MOS transistor included in the internal circuit is set to about 15V. However, the present invention is not limited to this, and the BVdss withstand voltage of the MOS transistor included in the internal circuit is a value other than about 15V. There may be.
1、51 内部回路
2、52 静電気保護回路
3 p型半導体基板(半導体基板)
4、11 p型ウェル拡散領域
9c ポリシリコン膜(ゲート電極)
12a n型領域(第1n型領域)
12b n型領域(第2n型領域)
13 n型ウェル拡散領域
20、50 半導体装置
31 NMOSトランジスタ
32 PMOSトランジスタ
41、42、43、61、62、63、64、65 保護素子
41a 素子部
66 保護抵抗
1, 51
4, 11 p-type
12a n-type region (first n-type region)
12b n-type region (second n-type region)
13 n-type
Claims (19)
前記半導体基板に形成され、前記内部回路を静電気から保護する機能を有しているとともに、p型ウェル拡散領域と、前記p型ウェル拡散領域内において互いに所定の間隔を隔てて対向する第1n型領域および第2n型領域とを有する保護素子を少なくとも含む静電気保護回路とを備え、
前記静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域の少なくとも一部が、前記内部回路に含まれるNMOSトランジスタのp型ウェル拡散領域よりもp型不純物濃度が高くなるように構成されていることを特徴とする半導体装置。 An internal circuit formed on a semiconductor substrate and including at least an NMOS transistor;
A first n-type formed on the semiconductor substrate and having a function of protecting the internal circuit from static electricity, and facing the p-type well diffusion region and the p-type well diffusion region with a predetermined distance therebetween An electrostatic protection circuit including at least a protection element having a region and a second n-type region,
At least part of the p-type well diffusion region of the protection element included in the electrostatic protection circuit is configured to have a higher p-type impurity concentration than the p-type well diffusion region of the NMOS transistor included in the internal circuit. A semiconductor device.
前記保護素子の第2n型領域の第1n型領域と対向する端部とは反対側の端部が、前記n型ウェル拡散領域内に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The protective element further includes an n-type well diffusion region,
2. The end portion of the second n-type region of the protection element opposite to the end portion facing the first n-type region is disposed in the n-type well diffusion region. Semiconductor device.
前記保護素子のNPNトランジスタの電流増幅率は、2以下に設定されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。 An NPN transistor is constituted by the p-type well diffusion region, the first n-type region and the second n-type region of the protection element,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a current amplification factor of the NPN transistor of the protection element is set to 2 or less.
前記保護素子の複数の素子部は、互いに並列に配置されているとともに、前記保護素子の複数の素子部の各々の直列抵抗成分は、180Ω以上に設定されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の半導体装置。 The protective element includes a plurality of element portions having the p-type well diffusion region, the first n-type region, and the second n-type region,
2. The plurality of element portions of the protection element are arranged in parallel with each other, and the series resistance component of each of the plurality of element portions of the protection element is set to 180Ω or more. The semiconductor device in any one of -6.
前記保護素子の第1n型領域およびゲート電極は、互いに同電位となるように短絡されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の半導体装置。 The protection element further includes a gate electrode formed on a region between the first n-type region and the second n-type region,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first n-type region and the gate electrode of the protection element are short-circuited to have the same potential.
前記保護素子は、低電位側のグランド端子と保護すべき所定端子との間に接続されており、
前記NPNトランジスタまたは前記ダイオードは、高電位側の電源電圧端子と前記保護すべき所定端子との間に接続されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の半導体装置。 The electrostatic protection circuit further includes an NPN transistor or a diode,
The protective element is connected between a ground terminal on the low potential side and a predetermined terminal to be protected,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the NPN transistor or the diode is connected between a power supply voltage terminal on a high potential side and the predetermined terminal to be protected.
前記グランド端子と前記電源電圧端子との間に接続された前記保護素子は、前記グランド端子と前記保護すべき所定端子との間に接続された前記保護素子よりも電流通路が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の半導体装置。 The protection element is connected between a ground terminal and a predetermined terminal to be protected, and between the ground terminal and a power supply voltage terminal,
The protection element connected between the ground terminal and the power supply voltage terminal is configured to have a larger current path than the protection element connected between the ground terminal and the predetermined terminal to be protected. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed.
前記半導体基板に形成され、前記内部回路を静電気から保護する機能を有しているとともに、MOSトランジスタからなる保護素子を少なくとも含む静電気保護回路とを備え、
前記静電気保護回路に含まれるMOSトランジスタは、ゲートの電位がドレイン側の電位と同一になるように接続され、
前記静電気保護回路に含まれるMOSトランジスタの閾値電圧は、通常動作時に印加される所定の電圧以上で、かつ、前記内部回路に含まれるMOSトランジスタのソース・ドレイン間耐圧以下に設定されており、
静電気が印加された場合に、前記静電気保護回路に含まれるMOSトランジスタをオンさせて前記静電気保護回路に静電気を流入させることにより、前記内部回路に静電気が流入するのを抑制するように構成されていることを特徴とする半導体装置。 An internal circuit formed on a semiconductor substrate and including at least a MOS transistor;
An electrostatic protection circuit formed on the semiconductor substrate, having a function of protecting the internal circuit from static electricity, and including at least a protection element made of a MOS transistor,
The MOS transistors included in the electrostatic protection circuit are connected so that the potential of the gate is the same as the potential on the drain side,
The threshold voltage of the MOS transistor included in the electrostatic protection circuit is set to be equal to or higher than a predetermined voltage applied during normal operation and lower than the breakdown voltage between the source and drain of the MOS transistor included in the internal circuit.
When static electricity is applied, the MOS transistor included in the static electricity protection circuit is turned on to cause static electricity to flow into the static electricity protection circuit, thereby preventing static electricity from flowing into the internal circuit. A semiconductor device characterized by comprising:
前記第1電極パッドおよび前記第2電極パッドは、互いに近接して配置されていることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の半導体装置。 A first electrode pad corresponding to the ground terminal and a second electrode pad corresponding to the power supply voltage terminal;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first electrode pad and the second electrode pad are disposed close to each other.
前記第1電極パッド、前記第2電極パッドおよび前記第3電極パッドは、互いに近接して配置されていることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の半導体装置。 A first electrode pad corresponding to the ground terminal, a second electrode pad corresponding to the power supply voltage terminal, and a third electrode pad corresponding to the predetermined terminal to be protected;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first electrode pad, the second electrode pad, and the third electrode pad are arranged close to each other.
前記半導体基板に、前記内部回路を静電気から保護する機能を有しているとともに、p型ウェル拡散領域と、前記p型ウェル拡散領域内において互いに所定の間隔を隔てて対向する第1n型領域および第2n型領域とを有する保護素子を少なくとも含む静電気保護回路を形成する工程とを備え、
前記内部回路を形成する工程は、前記内部回路に含まれるNMOSトランジスタのp型ウェル拡散領域を形成する領域にのみp型不純物をイオン注入する工程を含み、
前記静電気保護回路を形成する工程は、前記静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域の少なくとも一部が前記内部回路に含まれるNMOSトランジスタのp型ウェル拡散領域よりもp型不純物濃度が高くなるように、前記静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域を形成する領域にのみp型不純物をイオン注入する工程を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an internal circuit including at least an NMOS transistor on a semiconductor substrate;
The semiconductor substrate has a function of protecting the internal circuit from static electricity, and a p-type well diffusion region and a first n-type region facing each other at a predetermined interval in the p-type well diffusion region, and Forming an electrostatic protection circuit including at least a protection element having a second n-type region,
The step of forming the internal circuit includes a step of ion-implanting p-type impurities only in a region for forming a p-type well diffusion region of an NMOS transistor included in the internal circuit,
The step of forming the electrostatic protection circuit includes the step of forming at least a part of the p-type well diffusion region of the protection element included in the electrostatic protection circuit more than the p-type impurity concentration of the p-type well diffusion region of the NMOS transistor included in the internal circuit. The method for manufacturing a semiconductor device includes a step of ion-implanting a p-type impurity only in a region where a p-type well diffusion region of a protection element included in the electrostatic protection circuit is formed.
前記半導体基板に、前記内部回路を静電気から保護する機能を有しているとともに、p型ウェル拡散領域と、前記p型ウェル拡散領域内において互いに所定の間隔を隔てて対向する第1n型領域および第2n型領域とを有する保護素子を少なくとも含む静電気保護回路を形成する工程とを備え、
前記内部回路を形成する工程は、前記内部回路に含まれるNMOSトランジスタのp型ウェル拡散領域を形成する領域と、前記静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域を形成する領域との両方にp型不純物をイオン注入する工程を含み、
前記静電気保護回路を形成する工程は、前記静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域の少なくとも一部が前記内部回路に含まれるNMOSトランジスタのp型ウェル拡散領域よりもp型不純物濃度が高くなるように、前記静電気保護回路に含まれる保護素子のp型ウェル拡散領域を形成する領域にのみp型不純物を再びイオン注入する工程を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an internal circuit including at least an NMOS transistor on a semiconductor substrate;
The semiconductor substrate has a function of protecting the internal circuit from static electricity, and a p-type well diffusion region and a first n-type region facing each other at a predetermined interval in the p-type well diffusion region, and Forming an electrostatic protection circuit including at least a protection element having a second n-type region,
The step of forming the internal circuit includes a region for forming a p-type well diffusion region of an NMOS transistor included in the internal circuit and a region for forming a p-type well diffusion region of a protection element included in the electrostatic protection circuit. A step of ion-implanting a p-type impurity in both of them,
The step of forming the electrostatic protection circuit includes the step of forming at least a part of the p-type well diffusion region of the protection element included in the electrostatic protection circuit more than the p-type impurity concentration of the p-type well diffusion region of the NMOS transistor included in the internal circuit. And a step of ion-implanting the p-type impurity again only in a region where the p-type well diffusion region of the protection element included in the electrostatic protection circuit is formed. .
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|---|---|---|---|---|
| WO2021149693A1 (en) * | 2020-01-20 | 2021-07-29 | インターチップ株式会社 | Ic for voltage-controlled piezoelectric element oscillator |
| JP2023141490A (en) * | 2022-03-24 | 2023-10-05 | エイブリック株式会社 | ESD protection circuit and semiconductor device |
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2007
- 2007-08-01 JP JP2007200641A patent/JP2009038189A/en active Pending
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