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JP2009141071A - Semiconductor element for electrostatic protection - Google Patents

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JP2009141071A
JP2009141071A JP2007315046A JP2007315046A JP2009141071A JP 2009141071 A JP2009141071 A JP 2009141071A JP 2007315046 A JP2007315046 A JP 2007315046A JP 2007315046 A JP2007315046 A JP 2007315046A JP 2009141071 A JP2009141071 A JP 2009141071A
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Japan
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insulating film
type
trench
electrostatic protection
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JP2007315046A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Ishimabuse
寿 石間伏
Kiyoharu Hayakawa
清春 早川
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Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

【課題】面積を増大させることなく、サージ耐量を向上させた静電気保護用半導体素子を提供することを課題とする。
【解決手段】
素子領域は、トレンチ形状のトレンチ絶縁膜5およびポリシリコン膜11により、他の素子とは完全に絶縁分離されている。また、素子領域の上には、熱酸化処理によってLocos酸化膜12が形成されており、このLocos酸化層12の上には層間絶縁膜13が形成され、層間絶縁膜13を貫通するコレクタ電極14、ベース電極15、エミッタ電極16が接続されている。ポリシリコン膜11には、トレンチバイアス用電極17が接続されており、トレンチバイアス用電極17には、電源18から負バイアスが印加される。この負バイアスにより、トレンチ絶縁膜5に近いn+型埋め込み領域3及びn型半導体層4内に正孔が偏在し、これにより電子の流れの中心はpn接合の中心だけではなく、トレンチ絶縁膜5側にシフトする。
【選択図】図1
An object of the present invention is to provide an electrostatic protection semiconductor element with improved surge resistance without increasing the area.
[Solution]
The element region is completely isolated from other elements by the trench-shaped trench insulating film 5 and the polysilicon film 11. A Locos oxide film 12 is formed on the element region by a thermal oxidation process. An interlayer insulating film 13 is formed on the Locos oxide layer 12, and a collector electrode 14 penetrating the interlayer insulating film 13 is formed. The base electrode 15 and the emitter electrode 16 are connected. A trench bias electrode 17 is connected to the polysilicon film 11, and a negative bias is applied to the trench bias electrode 17 from a power source 18. Due to this negative bias, holes are unevenly distributed in the n + -type buried region 3 and the n-type semiconductor layer 4 close to the trench insulating film 5, so that the center of the electron flow is not only the center of the pn junction, but also the trench insulating film 5 Shift to the side.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、他のトランジスタ回路や集積回路の入力端子に接続され、それらを静電気から保護するための静電気保護用半導体素子に関する。   The present invention relates to an electrostatic protection semiconductor element that is connected to input terminals of other transistor circuits and integrated circuits and protects them from static electricity.

従来より、自動車用途のIC(Integrated Circuit)としてデジタル回路・アナログ回路・パワー素子などを混載した複合ICが用いられている。このような複合ICは、バイポーラ、横型MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタやCMOS(Complementary MOS)トランジスタ等を含んでおり、サージノイズの印加される厳しい車載環境での正常動作が要求されるため、トレンチ絶縁分離技術により回路間が完全に絶縁分離されるSOI(Silicon On Insulator)基板により製造される。   Conventionally, a composite IC in which a digital circuit, an analog circuit, a power element and the like are mounted together is used as an IC (Integrated Circuit) for automobiles. Such a composite IC includes a bipolar, a lateral MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, a CMOS (Complementary MOS) transistor, and the like, and is required to operate normally in a severe vehicle environment where surge noise is applied. It is manufactured by an SOI (Silicon On Insulator) substrate in which circuits are completely insulated and separated by an insulation separation technique.

また、自動車用複合ICではESD(Electrostatic-Discharge)に対する耐量(サージ耐量)の要求も厳しく、10KV〜15KVの高いESD耐量保障が要求される。ESD用保護素子には複合ICを構成するデバイスを基に設計されるトランジスタ素子が用いられている。   In addition, in a composite IC for automobiles, a demand for a tolerance (surge tolerance) against ESD (Electrostatic-Discharge) is severe, and a high ESD tolerance guarantee of 10 KV to 15 KV is required. As the ESD protection element, a transistor element designed based on a device constituting the composite IC is used.

このようなESD用保護素子としてのトランジスタは、クランプトランジスタとして用いる場合が多い。クランプトランジスタの過電圧は、コレクタからベースへのアバランシェ電流をもたらし、ベースエミッタの順方向バイアスはコレクタ電流をさらに増大させるため、スナップバックと呼ばれる状態が発生する。   Such a transistor as an ESD protection element is often used as a clamp transistor. The overvoltage of the clamp transistor results in an avalanche current from the collector to the base, and the forward bias of the base emitter further increases the collector current, resulting in a condition called snapback.

このスナップバック特性を利用すると、ESD時におけるクランプトランジスタのクランプ電圧を低くできるため、ESD保護動作時において、保護すべき内部回路を構成するCMOS素子などのゲート破壊を起こす危険を防止できるESD保護素子として適している(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−194509号公報
By utilizing this snapback characteristic, the clamp voltage of the clamp transistor at the time of ESD can be lowered. Therefore, an ESD protection element capable of preventing the risk of gate breakdown of a CMOS element or the like constituting an internal circuit to be protected at the time of ESD protection operation. (For example, refer to Patent Document 1).
JP 2007-194509 A

ところで、ESD用保護素子としてのトランジスタでは、サージ耐量を向上させるために不純物濃度の高い埋込層が電流経路として用いられている。   By the way, in a transistor as an ESD protection element, a buried layer having a high impurity concentration is used as a current path in order to improve surge resistance.

しかしながら、埋込層とドレインとの境界にあるpn接合部では、サージ電流が均一な幅で流れず、エミッタ領域の幅の中央部に偏って流れるため、pn接合部の極一部分が発熱源となり、素子破壊に至るという課題があった。   However, since the surge current does not flow with a uniform width at the pn junction at the boundary between the buried layer and the drain, but flows in a biased manner toward the center of the width of the emitter region, a very small part of the pn junction serves as a heat source. There has been a problem of device destruction.

また、pn接合部の面積を拡大することによって電流を分散し、これによりサージ耐量を向上させることができるが、大面積化は生産性の低下を招き、コストの増大に繋がるという課題があった。   Further, the current can be dispersed by increasing the area of the pn junction, thereby improving the surge withstand capability. However, increasing the area causes a decrease in productivity, leading to an increase in cost. .

そこで、本発明は、面積を増大させることなくサージ耐量を向上させた静電気保護用半導体素子を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor element for electrostatic protection with improved surge resistance without increasing the area.

本発明の一局面の静電気保護用半導体素子は、トレンチ絶縁膜及びポリシリコン膜を含む側面絶縁膜と、底面絶縁膜とにより、周囲と底面とが区画され、他の素子と電気的に絶縁分離されて、他の素子の静電破壊を防止するための静電気保護用半導体素子において、前記底面絶縁膜上に形成される第1導電型の埋め込み領域と、前記埋め込み領域の上に形成され、前記埋め込み領域よりも低キャリア濃度の第1導電型の半導体領域と、前記半導体領域の表面部に形成される第1導電型のコレクタ領域と、前記コレクタ領域とは離間して前記半導体領域の表面部に形成される第2導電型のベース領域と、前記第2導電型のベース領域の表面部に形成される第1導電型のエミッタ領域とを含み、前記ポリシリコン膜には、前記半導体領域内の小数キャリアを引き寄せ得る極性の電位が印加される。   The semiconductor element for electrostatic protection according to one aspect of the present invention has a periphery and a bottom surface partitioned by a side surface insulating film including a trench insulating film and a polysilicon film, and a bottom surface insulating film, and is electrically isolated from other elements. In the electrostatic protection semiconductor device for preventing electrostatic breakdown of other devices, the first conductivity type buried region formed on the bottom surface insulating film, the buried region and the buried region, A first conductivity type semiconductor region having a carrier concentration lower than that of the buried region, a first conductivity type collector region formed in a surface portion of the semiconductor region, and a surface portion of the semiconductor region spaced apart from the collector region And a first conductivity type emitter region formed on a surface portion of the second conductivity type base region, and the polysilicon film includes an inner region of the semiconductor region. Decimals of Potential polarity is applied, which may attract Yaria.

また、前記ポリシリコン膜に印加される電位は、前記半導体領域内の多数キャリアが前記小数キャリアと結合することにより、前記ベース領域と前記埋め込み領域との境界での発熱温度がシリコンの融点よりも低くなるように設定されてもよい。   In addition, the potential applied to the polysilicon film is such that the majority carrier in the semiconductor region is combined with the fractional carrier so that the heat generation temperature at the boundary between the base region and the buried region is higher than the melting point of silicon. You may set so that it may become low.

また、前記ポリシリコン膜に印加される電位は、前記トレンチ絶縁膜の耐圧よりも低いバイアスであってもよい。   The potential applied to the polysilicon film may be a bias lower than the breakdown voltage of the trench insulating film.

本発明によれば、面積を増大させることなく、サージ耐量を向上させた静電気保護用半導体素子を提供できるという特有の効果が得られる。   According to the present invention, it is possible to provide a specific effect that it is possible to provide an electrostatic protection semiconductor element with improved surge resistance without increasing the area.

以下、本発明の静電気保護用半導体素子を適用した実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments to which the semiconductor element for electrostatic protection of the present invention is applied will be described.

図1は、本実施の形態の静電気保護用半導体素子の構造を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A矢視断面図である。   1A and 1B are diagrams showing the structure of a semiconductor element for electrostatic protection according to the present embodiment, where FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

図1(b)に示すように、p型の半導体基板1の上には、埋め込み絶縁膜2、n+型埋め込み領域3、及びn型半導体層4が形成されている。この図1には、1つの静電気保護用半導体素子のみを示す。この静電気保護用半導体素子の素子領域は、側面のトレンチに形成されたトレンチ絶縁膜5で区画されるとともに、トレンチ絶縁膜5と埋め込み絶縁膜2とにより、静電気から保護すべき他の素子と絶縁分離されている。   As shown in FIG. 1B, a buried insulating film 2, an n + -type buried region 3, and an n-type semiconductor layer 4 are formed on a p-type semiconductor substrate 1. FIG. 1 shows only one electrostatic protection semiconductor element. The element region of the electrostatic protection semiconductor element is partitioned by a trench insulating film 5 formed in a side trench, and is insulated from other elements to be protected from static electricity by the trench insulating film 5 and the buried insulating film 2. It is separated.

n+型埋め込み領域3は、n型半導体層4の埋め込み絶縁膜2に平行に形成される高電子濃度のn+型埋め込み領域3であり、不純物(典型的にはホスフィン(P))を注入することにより、不純物濃度が1×1020/cm程度に設定されている。 The n + type buried region 3 is a high electron concentration n + type buried region 3 formed in parallel to the buried insulating film 2 of the n type semiconductor layer 4 and is implanted with impurities (typically phosphine (P)). Therefore, the impurity concentration is set to about 1 × 10 20 / cm 3 .

n型半導体層4は、不純物(典型的にはホスフィン(P))を注入することにより、不純物濃度が1×1015/cm程度に設定される半導体層である。 The n-type semiconductor layer 4 is a semiconductor layer whose impurity concentration is set to about 1 × 10 15 / cm 3 by implanting impurities (typically phosphine (P)).

素子領域は、n+型埋め込み領域3とn型半導体層4に形成されており、素子領域内には、n+型コレクタシンク領域6とp型ベースシンク領域7が形成されている。n+型コレクタシンク領域6は、n型半導体層4の表面から不純物(典型的にはホスフィン(P))を注入することにより、不純物濃度が1×1020/cm程度に設定されている。また、p型ベースシンク領域7は、n型半導体層4の表面から不純物(典型的には、ボロン(B))を注入することにより、導電型がp型にされているベースシンク領域である。このp型ベースシンク領域7の不純物注入度は、1×1017/cm程度に設定されている。 The element region is formed in the n + type buried region 3 and the n type semiconductor layer 4, and an n + type collector sink region 6 and a p type base sink region 7 are formed in the element region. The n + -type collector sink region 6 has an impurity concentration set to about 1 × 10 20 / cm 3 by injecting impurities (typically phosphine (P)) from the surface of the n-type semiconductor layer 4. . The p-type base sink region 7 is a base sink region whose conductivity type is changed to p-type by injecting impurities (typically boron (B)) from the surface of the n-type semiconductor layer 4. . The impurity implantation degree of the p-type base sink region 7 is set to about 1 × 10 17 / cm 3 .

n+型コレクタシンク領域6の表面部には、高電子濃度のn+型コレクタ領域8が形成され、p型ベースシンク領域7の表面部には、高電子濃度のn+型エミッタ領域9と高正孔濃度のp+型ベース領域10が間隙を隔てて形成されている。   A high electron concentration n + collector region 8 is formed on the surface of the n + collector sink region 6, and a high electron concentration n + emitter region 9 is formed on the surface of the p type base sink region 7. A high hole concentration p + -type base region 10 is formed with a gap therebetween.

n+型コレクタ領域8及びn+型エミッタ領域9は、n+型コレクタシンク領域6の表面から不純物(典型的にはホスフィン(P))を注入することにより、ともに不純物濃度が1×1020/cm程度に設定されている。 The n + -type collector region 8 and the n + -type emitter region 9 both have an impurity concentration of 1 × 10 20 by injecting impurities (typically phosphine (P)) from the surface of the n + -type collector sink region 6. / Cm 3 or so.

n+型埋め込み領域3とn+型コレクタ領域8は、n+型コレクタシンク領域6によって低抵抗で接続される。   The n + type buried region 3 and the n + type collector region 8 are connected by an n + type collector sink region 6 with a low resistance.

p型ベースシンク領域7は、表面部でn+型エミッタ領域9とp+型ベース領域10を内包するとともに、底面部でn+型埋め込み領域3に接続されている。   The p-type base sink region 7 includes the n + -type emitter region 9 and the p + -type base region 10 at the surface portion, and is connected to the n + -type buried region 3 at the bottom surface portion.

このような構成の素子領域は、トレンチ形状のトレンチ絶縁膜5およびポリシリコン膜11により、他の素子とは完全に絶縁分離されている。   The element region having such a configuration is completely insulated and isolated from other elements by the trench-shaped trench insulating film 5 and the polysilicon film 11.

また、素子領域の上には、熱酸化処理によってLocos酸化膜12が形成されており、このLocos酸化層12の上には層間絶縁膜13が形成されている。   A Locos oxide film 12 is formed on the element region by thermal oxidation, and an interlayer insulating film 13 is formed on the Locos oxide layer 12.

Locos酸化層12は、n+型コレクタ領域8、n+型エミッタ領域9、及びp+型ベース領域10の上には形成されておらず、n+型コレクタ領域8、n+型エミッタ領域9、及びp+型ベース領域10には、層間絶縁膜13を貫通するコレクタ電極14、ベース電極15、エミッタ電極16が接続されている。   The Locos oxide layer 12 is not formed on the n + -type collector region 8, the n + -type emitter region 9, and the p + -type base region 10, but the n + -type collector region 8 and the n + -type emitter region 9. , And p + -type base region 10 are connected to collector electrode 14, base electrode 15, and emitter electrode 16 that penetrate interlayer insulating film 13.

また、ポリシリコン膜11には、Locos酸化層12及び層間絶縁膜13を貫通するトレンチバイアス用電極17が接続されている。このトレンチバイアス用電極17には、電源18が接続されており、負バイアスVtrenchが印加されるように構成されている。   In addition, a trench bias electrode 17 that penetrates the Locos oxide layer 12 and the interlayer insulating film 13 is connected to the polysilicon film 11. A power source 18 is connected to the trench bias electrode 17 so that a negative bias Vtrench is applied.

以上のような断面構造を有する本実施の形態の静電気保護用半導体素子は、平面視では図1(a)に示すような構造であり、周囲がトレンチ絶縁膜5に囲まれたLocos酸化層12内に、n+型コレクタシンク領域6とp型ベースシンク領域7があり、n+型コレクタシンク領域6内にはn+型コレクタ領域8が内包され、p型ベースシンク領域7内にはn+型エミッタ領域9とp+型ベース領域10が内包されている。なお、図1(a)に示す矢印については後述する。   The electrostatic protection semiconductor element of the present embodiment having the above-described cross-sectional structure has a structure as shown in FIG. 1A in plan view, and the Locos oxide layer 12 surrounded by the trench insulating film 5. The n + -type collector sink region 6 and the p-type base sink region 7 are included therein, the n + -type collector sink region 6 includes an n + -type collector region 8, and the p-type base sink region 7 includes n A + type emitter region 9 and a p + type base region 10 are included. The arrows shown in FIG. 1A will be described later.

「動作」
エミッタ電極16を接地した状態でコレクタ電極14にESD電圧として3000(V)を印加すると、エミッタ電極16、n+型コレクタ領域8、n+型コレクタシンク領域6、n+型埋め込み領域3、p型ベースシンク領域7、及びn+型エミッタ領域9を通じて、エミッタ電極16に電流が流れる。この電流は、n+型埋め込み領域3とp型ベースシンク領域7とのpn接合を通じて流れる。このとき、トレンチバイアス用電極17に印加される負バイアスは、図1(a)に矢印で示すようにトレンチ絶縁膜5を介してp型ベースシンク領域7に向けて印加される。この負バイアスにより、トレンチ絶縁膜5に近いn+型埋め込み領域3及びn型半導体層4内に正孔が偏在し、これにより電子の流れの中心はpn接合の中心だけではなく、トレンチ絶縁膜5側にシフトする。
"Operation"
When 3000 (V) is applied as an ESD voltage to the collector electrode 14 with the emitter electrode 16 grounded, the emitter electrode 16, the n + -type collector region 8, the n + -type collector sink region 6, the n + -type buried region 3, and the p-type A current flows to the emitter electrode 16 through the base sink region 7 and the n + -type emitter region 9. This current flows through the pn junction between the n + type buried region 3 and the p type base sink region 7. At this time, the negative bias applied to the trench bias electrode 17 is applied toward the p-type base sink region 7 through the trench insulating film 5 as indicated by an arrow in FIG. Due to this negative bias, holes are unevenly distributed in the n + -type buried region 3 and the n-type semiconductor layer 4 close to the trench insulating film 5, whereby the center of the electron flow is not only the center of the pn junction, but also the trench insulating film 5. Shift to the side.

図2は、トレンチバイアス用電極17に印加される電圧Vtrenchと、n+型埋め込み領域3及びp型ベースシンク領域7のpn接合の中心における格子温度(Lattice Temperature)との関係を示すシミュレーション結果である。このシミュレーション結果は、図1に示す静電気保護半導体素子によって得られるものである。   FIG. 2 is a simulation result showing the relationship between the voltage Vtrench applied to the trench bias electrode 17 and the lattice temperature at the center of the pn junction of the n + -type buried region 3 and the p-type base sink region 7. . This simulation result is obtained by the electrostatic protection semiconductor element shown in FIG.

図2に示すように、電圧Vtrenchの値が0(V)から−400(V)に低下するに従って、格子温度が約1220(K)から約1130(K)まで低下していることが分かる。   As shown in FIG. 2, it can be seen that the lattice temperature decreases from about 1220 (K) to about 1130 (K) as the value of the voltage Vtrench decreases from 0 (V) to −400 (V).

図3は、HBM(Human Body Model)によるESD電圧をコレクタ電極14に印加した場合の最大格子温度分布を示すシミュレーション結果であり、(a)は図1(b)に示す本実施の形態の静電気保護用半導体素子の構造、(b)は電圧Vtrenchが−400(V)の場合の結果、(c)は電圧Vtrenchが0(V)の場合の結果を示す。   FIG. 3 is a simulation result showing the maximum lattice temperature distribution when an ESD voltage according to HBM (Human Body Model) is applied to the collector electrode 14, and (a) shows the static electricity of the present embodiment shown in FIG. 1 (b). (B) shows the result when the voltage Vtrench is −400 (V), and (c) shows the result when the voltage Vtrench is 0 (V).

図3(c)に示すように、電圧Vtrenchが0(V)の場合は、発熱中心がn+型埋め込み領域3とp型ベースシンク領域7とのpn接合の中心に集中している。これに対して、電圧Vtrenchが−400(V)の場合は、図3(b)に示されるように、発熱中心がn+型埋め込み領域3とp型ベースシンク領域7とのpn接合の中心だけではなく、トレンチ絶縁膜5の方にも分散していることが分かる。   As shown in FIG. 3C, when the voltage Vtrench is 0 (V), the heat generation center is concentrated at the center of the pn junction between the n + type buried region 3 and the p type base sink region 7. On the other hand, when the voltage Vtrench is −400 (V), the center of heat generation is only the center of the pn junction between the n + type buried region 3 and the p type base sink region 7 as shown in FIG. Instead, it can be seen that the trench insulating film 5 is also dispersed.

これは、ポリシリコン膜11に負バイアス(Vtrench=−400(V))を印加したことにより、トレンチ絶縁膜5に小数キャリアである正孔が引き寄せられ、n+型埋め込み領域3内を流れる電子がトレンチ絶縁膜5付近の正孔と結合したため、Vtrench=0(V)の場合よりもn+型埋め込み領域3とp型ベースシンク領域7とのpn接合の中心に集中する電子が減少したためである。   This is because, by applying a negative bias (Vtrench = −400 (V)) to the polysilicon film 11, holes that are minority carriers are attracted to the trench insulating film 5, and electrons flowing in the n + -type buried region 3 are attracted. This is because the electrons concentrated at the center of the pn junction between the n + type buried region 3 and the p type base sink region 7 are reduced as compared with the case of Vtrench = 0 (V) because they are coupled with holes in the vicinity of the trench insulating film 5.

このように、トレンチバイアス用電極17に電圧Vtrenchとして負バイアスを印加すると、発熱中心が発熱中心がn+型埋め込み領域3とp型ベースシンク領域7とのpn接合の中心だけではなく、トレンチ絶縁膜5の方にも分散するため、図2に示すように、n+型埋め込み領域3及びp型ベースシンク領域7のpn接合の中心における格子温度が低下する。   As described above, when a negative bias is applied to the trench bias electrode 17 as the voltage Vtrench, the heat generation center is not only the center of the pn junction between the n + type buried region 3 and the p type base sink region 7, but also the trench insulating film. 5, the lattice temperature at the center of the pn junction of the n + type buried region 3 and the p type base sink region 7 is lowered as shown in FIG.

本実施の形態によれば、上述のようにn+型埋め込み領域3とp型ベースシンク領域7とのpn接合の中心に集中する電子が減少させることができるため、素子破壊に対する耐性を向上させた静電気保護用半導体素子を提供することができる。   According to the present embodiment, since the electrons concentrated at the center of the pn junction between the n + -type buried region 3 and the p-type base sink region 7 can be reduced as described above, the resistance to element breakdown is improved. A semiconductor element for electrostatic protection can be provided.

また、n+型埋め込み領域3及びp型ベースシンク領域7のpn接合の中心における格子温度が低下されるので、従来よりもサージ耐量を向上させることができる。   Further, since the lattice temperature at the center of the pn junction of the n + type buried region 3 and the p type base sink region 7 is lowered, the surge resistance can be improved as compared with the conventional case.

さらに、サージ耐量の向上を面積の増大を伴わずに実現できるため、製造コストの上昇を抑制することができる。   Furthermore, since the surge withstand capability can be improved without increasing the area, an increase in manufacturing cost can be suppressed.

以上により、従来の静電気保護用半導体素子に比べて、ESD耐量を2〜3倍向上できる。   As described above, the ESD tolerance can be improved by 2 to 3 times compared to the conventional electrostatic protection semiconductor element.

なお、以上では、npn型のトランジスタを静電気保護用半導体素子として用いる場合について説明したが、pnp型を用いる場合は、各領域等の導電型を反転させればよい。また、この場合、トレンチバイアス用電極17には、小数キャリアである電子を引き寄せうるように正バイアスを印加すればよい。   Note that the case where an npn transistor is used as an electrostatic protection semiconductor element has been described above. However, when a pnp transistor is used, the conductivity type of each region or the like may be reversed. In this case, a positive bias may be applied to the trench bias electrode 17 so as to attract electrons that are decimal carriers.

なお、半導体基板1、埋め込み絶縁膜2、及びn型半導体基板4は、SOI(Silicon On Insulator)ウェハであってもよい。   The semiconductor substrate 1, the buried insulating film 2, and the n-type semiconductor substrate 4 may be SOI (Silicon On Insulator) wafers.

以上、本発明の例示的な実施の形態の静電気保護用半導体素子について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。   Although the electrostatic protection semiconductor device of the exemplary embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the specifically disclosed embodiment, and departs from the scope of the claims. Without limitation, various modifications and changes are possible.

本実施の形態の静電気保護用半導体素子の構造を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A矢視断面図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor element for electrostatic protection of this Embodiment, (a) is a top view, (b) is AA arrow sectional drawing of (a). トレンチバイアス用電極17に印加される電圧Vtrenchと、n+型埋め込み領域3及びp型ベースシンク領域7のpn接合の中心における格子温度(LatticeTemperature)との関係を示すシミュレーション結果である。It is a simulation result showing the relationship between the voltage Vtrench applied to the trench bias electrode 17 and the lattice temperature (LatticeTemperature) at the center of the pn junction of the n + type buried region 3 and the p type base sink region 7. HBM(Human Body Model)によるESD電圧をコレクタ電極14に印加した場合の最大格子温度分布を示すシミュレーション結果であり、(a)は図1(b)に示す本実施の形態の静電気保護用半導体素子の構造、(b)は電圧Vtrenchが−400(V)の場合の結果、(c)は電圧Vtrenchが0(V)の場合の結果を示す。It is a simulation result which shows the maximum lattice temperature distribution at the time of applying the ESD voltage by HBM (Human Body Model) to the collector electrode 14, (a) is a semiconductor element for electrostatic protection of this Embodiment shown in FIG.1 (b) (B) shows the result when the voltage Vtrench is −400 (V), and (c) shows the result when the voltage Vtrench is 0 (V).

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
2 埋め込み絶縁膜
3 n+型埋め込み領域
4 n型半導体基板
5 トレンチ絶縁膜
6 n+型コレクタシンク領域
7 p型ベースシンク領域
8 n+型コレクタ領域
9 n+型エミッタ領域
10 p+型ベース領域
11 ポリシリコン膜
12 Locos酸化膜
13 層間絶縁膜
14 コレクタ電極
15 ベース電極
16 エミッタ電極
17 トレンチバイアス用電極
18 電源
1 semiconductor substrate 2 buried insulating film 3 n + type buried region 4 n type semiconductor substrate 5 trench insulating film 6 n + type collector sink region 7 p type base sink region 8 n + type collector region 9 n + type emitter region 10 p + type Base region 11 Polysilicon film 12 Locos oxide film 13 Interlayer insulating film 14 Collector electrode 15 Base electrode 16 Emitter electrode 17 Trench bias electrode 18 Power supply

Claims (3)

トレンチ絶縁膜及びポリシリコン膜を含む側面絶縁膜と、底面絶縁膜とにより、周囲と底面とが区画され、他の素子と電気的に絶縁分離されて、他の素子の静電破壊を防止するための静電気保護用半導体素子において、
前記底面絶縁膜上に形成される第1導電型の埋め込み領域と、
前記埋め込み領域の上に形成され、前記埋め込み領域よりも低キャリア濃度の第1導電型の半導体領域と、
前記半導体領域の表面部に形成される第1導電型のコレクタ領域と、
前記コレクタ領域とは離間して前記半導体領域の表面部に形成される第2導電型のベース領域と、
前記第2導電型のベース領域の表面部に形成される第1導電型のエミッタ領域と
を含み、前記ポリシリコン膜には、前記半導体領域内の小数キャリアを引き寄せ得る極性の電位が印加される、静電気保護用半導体素子。
The peripheral and bottom surfaces are partitioned by the side surface insulating film including the trench insulating film and the polysilicon film, and the bottom surface insulating film, and electrically insulated from other elements to prevent electrostatic breakdown of the other elements. In the semiconductor device for electrostatic protection for
A first conductivity type buried region formed on the bottom insulating film;
A semiconductor region of a first conductivity type formed on the buried region and having a lower carrier concentration than the buried region;
A first conductivity type collector region formed on a surface portion of the semiconductor region;
A base region of a second conductivity type formed on a surface portion of the semiconductor region apart from the collector region;
A first conductivity type emitter region formed on a surface portion of the second conductivity type base region, and a potential having a polarity capable of attracting minority carriers in the semiconductor region is applied to the polysilicon film , Semiconductor element for electrostatic protection.
前記ポリシリコン膜に印加される電位は、前記半導体領域内の多数キャリアが前記小数キャリアと結合することにより、前記ベース領域と前記埋め込み領域との境界での発熱温度がシリコンの融点よりも低くなるように設定される、請求項1に記載の静電気保護用半導体素子。   The potential applied to the polysilicon film is such that the heat generation temperature at the boundary between the base region and the buried region is lower than the melting point of silicon because the majority carriers in the semiconductor region are combined with the minority carriers. The semiconductor element for electrostatic protection according to claim 1, which is set as follows. 前記ポリシリコン膜に印加される電位は、前記トレンチ絶縁膜の耐圧よりも低いバイアスである、請求項1又は2に記載の静電気保護用半導体素子。   3. The electrostatic protection semiconductor element according to claim 1, wherein a potential applied to the polysilicon film is a bias lower than a withstand voltage of the trench insulating film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013026335A (en) * 2011-07-19 2013-02-04 Toyota Motor Corp Manufacturing method of semiconductor element and manufacturing method of esd protection element
CN109326591A (en) * 2018-10-08 2019-02-12 深圳市南硕明泰科技有限公司 A power device protection chip and its manufacturing method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013026335A (en) * 2011-07-19 2013-02-04 Toyota Motor Corp Manufacturing method of semiconductor element and manufacturing method of esd protection element
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