JP2014038922A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】スナップバック方式のEDS保護素子においてホールド電圧を従来よりも高くする。
【解決手段】半導体装置において、コレクタ端子19Aが接続される第1の拡散層11Aと、ベースおよびエミッタ端子19Bが接続される第2および第3の拡散層6,11Bとの間に、内部に絶縁膜8を介して導電性物質9が充填されたトレンチ7が形成される。トレンチ7の底面は、埋め込み拡散層2に近接する位置まで、もしくは埋め込み拡散層2内部の1017/cm3以上の高濃度層にまで達する。
【選択図】図9In a snapback EDS protection element, a hold voltage is made higher than that in the prior art.
In a semiconductor device, a first diffusion layer 11A to which a collector terminal 19A is connected and a second and third diffusion layers 6 and 11B to which a base and an emitter terminal 19B are connected are internally provided. A trench 7 filled with a conductive substance 9 is formed through an insulating film 8. The bottom surface of the trench 7 reaches a position close to the buried diffusion layer 2 or reaches a high concentration layer of 10 17 / cm 3 or more inside the buried diffusion layer 2.
[Selection] Figure 9
Description
この発明は半導体装置に関し、たとえば、静電気保護回路を備えた半導体装置に好適に用いられるものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and is suitably used for, for example, a semiconductor device provided with an electrostatic protection circuit.
ESD(Electro-Static Discharge)によって半導体装置が損傷または誤動作するのを防止するために、ESD保護回路が半導体装置に設けられる。ESD保護回路として、クランプ方式とスナップバック方式とが知られている。 In order to prevent the semiconductor device from being damaged or malfunctioning due to ESD (Electro-Static Discharge), an ESD protection circuit is provided in the semiconductor device. As an ESD protection circuit, a clamp method and a snapback method are known.
クランプ方式のESD保護回路は、ツェナーダイオードなどを用いて構成される電圧検出部と、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタとを含む。電圧検出部は、所定のクランプ電圧が入力ノードに印加されたことを検出すると、入力ノードに接続されたMOSトランジスタをオンすることによって入力ノードの電圧がクランプ電圧を超えないようにする。 The clamp type ESD protection circuit includes a voltage detection unit configured using a Zener diode or the like, and a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor. When detecting that a predetermined clamp voltage is applied to the input node, the voltage detector turns on the MOS transistor connected to the input node so that the voltage at the input node does not exceed the clamp voltage.
スナップバック方式のESD保護回路は、ゲートとソースとが接続されたMOSトランジスタのスナップバック特性を利用している。ドレイン・ソース間に高電圧が印加されると、ドレイン・ベース間の空乏層でなだれ降伏(avalanche breakdown)が生じ、ドレイン・ソース間に形成された寄生バイポーラトランジスタがターンオンする(スナップバック)。この結果、ESD保護回路に電流が流れるため、半導体装置への過電圧の印加が防止される。 The snap-back type ESD protection circuit uses the snap-back characteristic of a MOS transistor in which a gate and a source are connected. When a high voltage is applied between the drain and the source, an avalanche breakdown occurs in the drain-base depletion layer, and a parasitic bipolar transistor formed between the drain and the source is turned on (snapback). As a result, current flows through the ESD protection circuit, so that overvoltage is prevented from being applied to the semiconductor device.
この発明に関連した他の技術としてトレンチについて説明する。トレンチとは、所望の特性を得るために半導体基板上に掘られた溝を言う。 A trench will be described as another technique related to the present invention. A trench refers to a trench dug on a semiconductor substrate to obtain desired characteristics.
たとえば、特開2009−88188号公報(特許文献1)は、トレンチゲート構造を有するMOSトランジスタについて開示する。具体的に、半導体層に形成したトレンチ内にゲート絶縁膜が形成され、さらに、トレンチ内のゲート絶縁膜を覆ってゲート電極が形成される。 For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-88188 (Patent Document 1) discloses a MOS transistor having a trench gate structure. Specifically, a gate insulating film is formed in a trench formed in the semiconductor layer, and a gate electrode is formed to cover the gate insulating film in the trench.
特開2005−217202号公報(特許文献2)は、横型MOSトランジスタとバイポーラトランジスタを融合したIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ:Insulated Gate Bipolar Transistor)について開示する。具体的に、半導体装置の表面側にエミッタ領域とトレンチゲート構造のゲート電極(第1のトレンチ)を設ける。コレクタ領域を第2および第3のトレンチよりなる深いトレンチの底に設ける。コレクタ領域から第2および第3のトレンチを通って半導体装置の表面にプラグを引き出し、コレクタ電極とする。 Japanese Patent Laying-Open No. 2005-217202 (Patent Document 2) discloses an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) in which a lateral MOS transistor and a bipolar transistor are fused. Specifically, an emitter region and a gate electrode having a trench gate structure (first trench) are provided on the surface side of the semiconductor device. A collector region is provided at the bottom of a deep trench comprising the second and third trenches. A plug is drawn from the collector region through the second and third trenches to the surface of the semiconductor device to form a collector electrode.
スナップバック方式のESD保護素子として用いられるMOSトランジスタは、クランプ方式に比べて素子サイズを縮小することができる。しかしながら、スナップバック後のドレイン電圧の極小値であるホールド電圧が比較的低い値になる。このため、ホールド電圧よりも高い外部電源電圧によって半導体装置が動作している状態でサージ電圧を受けるとESD保護素子がラッチアップ状態となってしまうという問題が生じる。 The MOS transistor used as the snapback type ESD protection element can reduce the element size as compared with the clamp type. However, the hold voltage, which is the minimum value of the drain voltage after snapback, becomes a relatively low value. For this reason, when a surge voltage is received while the semiconductor device is operating with an external power supply voltage higher than the hold voltage, the ESD protection element is brought into a latch-up state.
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.
一実施の形態による半導体装置において、コレクタ端子が接続される第1の拡散層と、ベースおよびエミッタ端子が接続される第2および第3の拡散層との間に、内部に絶縁膜を介して導電性物質が充填されたトレンチが形成される。トレンチの底面は、埋め込み拡散層に近接する位置まで、もしくは埋め込み拡散層内部の1017/cm3以上の高濃度層にまで達する。 In the semiconductor device according to the embodiment, an insulating film is interposed between the first diffusion layer to which the collector terminal is connected and the second and third diffusion layers to which the base and emitter terminals are connected. A trench filled with a conductive material is formed. The bottom surface of the trench reaches a position close to the buried diffusion layer or reaches a high concentration layer of 10 17 / cm 3 or more inside the buried diffusion layer.
上記の一実施の形態によれば、ホールド電圧を従来よりも高くすることができる。 According to the above-described embodiment, the hold voltage can be made higher than the conventional one.
以下、各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。 Hereinafter, each embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
<実施の形態1>
最初に従来技術の問題点について説明し、次にその問題点を解決するための手段について説明する。
<Embodiment 1>
First, problems of the prior art will be described, and then means for solving the problems will be described.
[従来技術の問題点]
(クランプ方式によるESD保護回路)
図1は、クランプ方式によるESD保護回路の構成例を示す回路図である。図1には、半導体装置900の電源線921に流入するサージ電圧を抑制するために設けられたESD保護回路910の例が示されている。図1に示したEDS保護回路910以外に、各信号線に同様のESD保護回路が設けられる。
[Problems of conventional technology]
(ESD protection circuit by clamp method)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of an ESD protection circuit using a clamp method. FIG. 1 shows an example of an ESD protection circuit 910 provided for suppressing a surge voltage flowing into the power supply line 921 of the semiconductor device 900. In addition to the EDS protection circuit 910 shown in FIG. 1, a similar ESD protection circuit is provided for each signal line.
図1を参照して、ESD保護回路910は、外部から電源電圧VCCを受ける電源線921と接地電圧GNDを受ける接地線922との間に設けられる。ESD保護回路910は、NMOS(Negative-channel MOS)トランジスタ914と、複数のツェナーダイオード912A,912B,912Cと、抵抗素子913とを含む。図1では、代表的に1つのNMOSトランジスタ914が設けられているが、実際の回路では複数のNMOSトランジスタが並列に設けられている。 Referring to FIG. 1, ESD protection circuit 910 is provided between a power supply line 921 that receives power supply voltage VCC from the outside and a ground line 922 that receives ground voltage GND. The ESD protection circuit 910 includes an NMOS (Negative-channel MOS) transistor 914, a plurality of Zener diodes 912A, 912B, 912C, and a resistance element 913. In FIG. 1, one NMOS transistor 914 is typically provided, but in an actual circuit, a plurality of NMOS transistors are provided in parallel.
ツェナーダイオード912A,912B,912Cは、カソードが電源側となるように電源線921と接地線922との間に直列に接続される。NMOSトランジスタ914のドレインは電源線921に接続され、そのソースは接地線922に接続され、そのゲートはツェナーダイオード912Bおよび912Cの接続ノードに接続される。抵抗素子913は、NMOSトランジスタ914のゲート・ソース間に接続される。 Zener diodes 912A, 912B, and 912C are connected in series between the power supply line 921 and the ground line 922 so that the cathode is on the power supply side. NMOS transistor 914 has a drain connected to power supply line 921, a source connected to ground line 922, and a gate connected to a connection node of Zener diodes 912B and 912C. The resistance element 913 is connected between the gate and source of the NMOS transistor 914.
複数のツェナーダイオード912A,912B,912Cの各ツェナー電圧の合計(以下、「クランプ電圧」と称する)を超えるサージ電圧が入力された場合には、NMOSトランジスタ914がオン状態になる。この結果、クランプ電圧以下に入力電圧が制限されるので、内部回路920の破損や誤動作が防止できる。 When a surge voltage exceeding the total of the Zener voltages of the plurality of Zener diodes 912A, 912B, and 912C (hereinafter referred to as “clamp voltage”) is input, the NMOS transistor 914 is turned on. As a result, the input voltage is limited to the clamp voltage or less, so that the internal circuit 920 can be prevented from being damaged or malfunctioning.
図1の構成のESD保護回路910は、NMOSトランジスタがオンしたときに比較的大きな電流がNMOSトランジスタに流れるので、NMOSトランジスタのサイズを大きくしなければならず、このため回路面積が増大するという問題がある。 In the ESD protection circuit 910 having the configuration shown in FIG. 1, since a relatively large current flows through the NMOS transistor when the NMOS transistor is turned on, the size of the NMOS transistor has to be increased, which increases the circuit area. There is.
(スナップバック方式によるESD保護回路)
図2は、スナップバック方式によるESD保護回路の構成例を示す回路図である。図2を参照して、ESD保護回路911は、電源線921と接地線922との間に設けられたNMOSトランジスタ914を含む。NMOSトランジスタ914のゲートとソースは相互に接続される。図2では、代表的に1つのNMOSトランジスタ914が設けられているが、実際の回路では複数のNMOSトランジスタが並列に設けられている。
(ESD protection circuit by snap-back method)
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of an ESD protection circuit using a snapback method. Referring to FIG. 2, ESD protection circuit 911 includes an NMOS transistor 914 provided between power supply line 921 and ground line 922. The gate and source of the NMOS transistor 914 are connected to each other. In FIG. 2, one NMOS transistor 914 is typically provided, but in an actual circuit, a plurality of NMOS transistors are provided in parallel.
図3は、図2のNMOSトランジスタの構成の一例を示す平面図である。図3を参照して、低濃度のP型(P−)基板1に高耐圧の横型のNMOSトランジスタがESD保護素子として形成されている。 FIG. 3 is a plan view showing an example of the configuration of the NMOS transistor of FIG. Referring to FIG. 3, a high breakdown voltage lateral NMOS transistor is formed as an ESD protection element on a low-concentration P-type (P−) substrate 1.
具体的には、低濃度のP型(P−)基板1から低濃度のN型(N−)エピタキシャル層3にわたって高濃度のN型(N+)埋め込み拡散層2が形成される。N−エピタキシャル層3の表面側には中濃度のN型(N)拡散層4と中濃度のP型(P)拡散層6とが形成される。N拡散層4の表面側に形成されたN+拡散層11Aには、酸化膜12,16を貫通するコンタクト(タングステンプラグ18)を介して金属配線層19Aが接続される。P拡散層6の表面側に形成されたN+拡散層11Bには、コンタクトを介して金属配線層19Bが接続される。P拡散層6の表面にはゲート酸化膜を介してゲート層20が形成される。さらに、LOCOS(Lo-Cal Oxidation of Silicon)酸化膜5が拡散層の分離のために形成され、絶縁性材料15が充填されたトレンチ13が素子分離のために形成される。 Specifically, a high concentration N type (N +) buried diffusion layer 2 is formed from a low concentration P type (P−) substrate 1 to a low concentration N type (N−) epitaxial layer 3. On the surface side of the N− epitaxial layer 3, an intermediate concentration N-type (N) diffusion layer 4 and an intermediate concentration P-type (P) diffusion layer 6 are formed. A metal wiring layer 19A is connected to the N + diffusion layer 11A formed on the surface side of the N diffusion layer 4 through a contact (tungsten plug 18) penetrating the oxide films 12 and 16. A metal wiring layer 19B is connected to the N + diffusion layer 11B formed on the surface side of the P diffusion layer 6 through a contact. A gate layer 20 is formed on the surface of the P diffusion layer 6 via a gate oxide film. Further, a LOCOS (Lo-Cal Oxidation of Silicon) oxide film 5 is formed for isolation of the diffusion layer, and a trench 13 filled with an insulating material 15 is formed for element isolation.
上記の構成において、N−エピタキシャル層3、N拡散層4およびN+拡散層11Aが、NMOSトランジスタ914のドレインを構成する。P拡散層6がバックゲートを構成し、N+拡散層11Bがソースを構成する。 In the above configuration, the N− epitaxial layer 3, the N diffusion layer 4, and the N + diffusion layer 11 </ b> A constitute the drain of the NMOS transistor 914. The P diffusion layer 6 constitutes a back gate, and the N + diffusion layer 11B constitutes a source.
図4は、NMOSトランジスタの電流電圧特性の一例を示す図である。TLP(Transmission Line Pulsing)法によって測定された電流電圧特性を実線で示し、リーク電流の測定結果を破線で示す。リーク電流は10の累乗で表示されている。たとえば、1×10の−9乗は「1E−09」と表示されている。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of current-voltage characteristics of the NMOS transistor. A current-voltage characteristic measured by a TLP (Transmission Line Pulsing) method is indicated by a solid line, and a measurement result of a leakage current is indicated by a broken line. The leakage current is displayed as a power of 10. For example, 1 × 10 −9 is displayed as “1E-09”.
ドレイン電圧としてスナップバック電圧Vsb(図4の場合、約55V)が印加されると、ドレイン・ベース間の空乏層でなだれ降伏(avalanche breakdown)が生じ、この結果、ドレイン・ソース間の寄生バイポーラトランジスタがターンオンする。これによって、ドレイン電流が増加するにつれてドレイン電圧が低下する(スナップバック動作)。 When a snapback voltage Vsb (about 55 V in the case of FIG. 4) is applied as a drain voltage, an avalanche breakdown occurs in a drain-base depletion layer, and as a result, a drain-source parasitic bipolar transistor Turns on. As a result, the drain voltage decreases as the drain current increases (snapback operation).
スナップバック方式の場合には、寄生バイポーラトランジスタがオンするので、素子の面積が小さくてもかなりの電流を流すことができるというメリットがある。しかしながら、スナップバック後のドレイン電圧の極小値であるホールド電圧VHが3V程度と低い。このため、ホールド電圧よりも高い外部電源電圧によって半導体装置が動作している状態でサージ電圧を受けるとESD保護素子がラッチアップ状態となってしまうという問題が生じる。 In the case of the snapback method, since the parasitic bipolar transistor is turned on, there is a merit that a considerable current can flow even if the area of the element is small. However, the hold voltage VH, which is the minimum value of the drain voltage after snapback, is as low as about 3V. For this reason, when a surge voltage is received while the semiconductor device is operating with an external power supply voltage higher than the hold voltage, the ESD protection element is brought into a latch-up state.
[ホールド電圧を向上させる方法]
図5は、図3の素子構造においてスナップバック後に流れるドレイン電流のシミュレーション結果を示す図である。図5では、バックゲートとして用いられるP拡散層6の表面にP+拡散層10が設けられる。金属配線層19Bは、N+拡散層11BとP+拡散層10の両方に接続される。
[Method to improve hold voltage]
FIG. 5 is a diagram showing a simulation result of drain current flowing after snapback in the element structure of FIG. In FIG. 5, a P + diffusion layer 10 is provided on the surface of a P diffusion layer 6 used as a back gate. The metal wiring layer 19B is connected to both the N + diffusion layer 11B and the P + diffusion layer 10.
図5を参照して、ドレイン電流のフローライン30はN−エピタキシャル層3の比較的浅い領域に集中しており、埋め込みN+拡散層2を介したドレイン電流はほとんど生じていない。この理由は、スナップバック後にN−エピタキシャル層3に電子とホールが急激に増えるために伝導度変調が起こり、結果としてN−エピタキシャル層3の抵抗値がかなり小さくなるためと考えられる。 Referring to FIG. 5, the drain current flow line 30 is concentrated in a relatively shallow region of the N− epitaxial layer 3, and almost no drain current is generated via the buried N + diffusion layer 2. The reason is considered that conductivity modulation occurs because electrons and holes increase rapidly in the N-epitaxial layer 3 after snapback, and as a result, the resistance value of the N-epitaxial layer 3 becomes considerably small.
スナップバック後のホールド電圧を高める1つの方法として、伝導度変調を抑制することが考えられる。具体的には、1017/cm3以上の高濃度拡散層では伝導度変調が起きないことを利用する。以下、バイポーラトランジスタについてのシミュレーション結果を参照して説明する。 One method for increasing the hold voltage after snapback is to suppress conductivity modulation. Specifically, it is utilized that conductivity modulation does not occur in a high concentration diffusion layer of 10 17 / cm 3 or more. Hereinafter, description will be given with reference to simulation results for the bipolar transistor.
図6は、シミュレーションを行なったNPN型のバイポーラトランジスタの構造を示す断面図である。図6のバイポーラトランジスタは、エミッタとして用いられるN+拡散層40と、ベースとして用いられるP拡散層42と、コレクタとして用いられるN−エピタキシャル層43および埋め込みN+拡散層44とを含む。バイポーラトランジスタには、さらに、ベース端子とオーミック接続するためにP+拡散層41が設けられる。N+拡散層40およびP+拡散層41はエミッタ端子47に接続される。埋め込みN+拡散層44は、コレクタ端子48に接続される。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a simulated NPN bipolar transistor. The bipolar transistor of FIG. 6 includes an N + diffusion layer 40 used as an emitter, a P diffusion layer 42 used as a base, an N− epitaxial layer 43 and a buried N + diffusion layer 44 used as a collector. The bipolar transistor is further provided with a P + diffusion layer 41 for ohmic connection with the base terminal. N + diffusion layer 40 and P + diffusion layer 41 are connected to emitter terminal 47. The buried N + diffusion layer 44 is connected to the collector terminal 48.
図7は、図6のバイポーラトランジスタにおいて、Y方向に沿った不純物濃度プロファイルを示す図である。X方向の不純物濃度は一様であるとする。図7を参照して、実線の不純物濃度プロファイル31は、図6の埋め込みN+拡散層44とN−エピタキシャル層43との間で不純物濃度が比較的急峻に変化する場合を示す。具体的に、図6のN+拡散層40およびP+拡散層41の不純物濃度をそれぞれ1019/cm3とし、P拡散層42の不純物濃度1017/cm3とし、N−エピタキシャル層43の不純物濃度を1015/cm3とし、埋め込みN+拡散層44の不純物濃度を1019/cm3としている。 FIG. 7 is a diagram showing an impurity concentration profile along the Y direction in the bipolar transistor of FIG. It is assumed that the impurity concentration in the X direction is uniform. Referring to FIG. 7, solid line impurity concentration profile 31 shows a case where the impurity concentration changes relatively steeply between buried N + diffusion layer 44 and N− epitaxial layer 43 in FIG. 6. Specifically, the impurity concentration of the N + diffusion layer 40 and the P + diffusion layer 41 of FIG. 6 is 10 19 / cm 3 , the impurity concentration of the P diffusion layer 42 is 10 17 / cm 3, and the impurity concentration of the N− epitaxial layer 43 is Is 10 15 / cm 3, and the impurity concentration of the buried N + diffusion layer 44 is 10 19 / cm 3 .
破線の不純物濃度プロファイル32は、図6の埋め込みN+拡散層44とN−エピタキシャル層43との間で不純物濃度が比較的緩やかに変化する場合を示す。このため、埋め込みN+拡散層44の近傍に1017/cm3以上の比較的高濃度のN拡散層45が形成されている。 A broken-line impurity concentration profile 32 shows a case where the impurity concentration changes relatively slowly between the buried N + diffusion layer 44 and the N− epitaxial layer 43 in FIG. 6. Therefore, a relatively high concentration N diffusion layer 45 of 10 17 / cm 3 or more is formed in the vicinity of the buried N + diffusion layer 44.
図8は、電流電圧特性のシミュレーション結果を示す図である。実線のグラフは図7の不純物濃度プロファイル31に対応し、破線のグラフは図7の不純物濃度プロファイル32に対応する。 FIG. 8 is a diagram illustrating a simulation result of current-voltage characteristics. The solid line graph corresponds to the impurity concentration profile 31 of FIG. 7, and the broken line graph corresponds to the impurity concentration profile 32 of FIG.
図8を参照して、図7の不純物濃度プロファイル31に対応する電流電圧特性では、スナップバック後のホールド電圧VH1が約9Vであるのに対し、不純物濃度プロファイル32に対応する電流電圧特性では、スナップバック後のホールド電圧VH2が約19Vまで上昇する。埋め込み拡散層44近傍の比較的高濃度のN拡散層45の抵抗値がコレクタ・エミッタ間の抵抗値に上乗せされるために、ホールド電圧が高くなると考えられる。 Referring to FIG. 8, in the current-voltage characteristics corresponding to the impurity concentration profile 31 in FIG. 7, the hold voltage VH1 after snapback is about 9 V, whereas in the current-voltage characteristics corresponding to the impurity concentration profile 32, The hold voltage VH2 after snapback rises to about 19V. Since the resistance value of the relatively high concentration N diffusion layer 45 in the vicinity of the buried diffusion layer 44 is added to the resistance value between the collector and the emitter, it is considered that the hold voltage becomes high.
[ESD保護素子の構成]
上記のシミュレーション結果に基づいて、実施の形態1の半導体装置に設けられたESD保護素子用の横型バイポーラトランジスタでは、コレクタ端子に接続されるN+拡散層と、ベースとして用いられるP拡散層の間にトレンチが形成される。このような構造にすると埋め込みN+拡散層を通って流れる電流が増加するため、ホールド電圧が高くなる。以下、具体的な素子構造について説明する。
[Configuration of ESD protection element]
Based on the simulation results, in the lateral bipolar transistor for an ESD protection element provided in the semiconductor device of the first embodiment, between the N + diffusion layer connected to the collector terminal and the P diffusion layer used as the base. A trench is formed. With such a structure, the current flowing through the buried N + diffusion layer increases, so the hold voltage increases. Hereinafter, a specific element structure will be described.
図9は、実施の形態1による半導体装置に設けられたESD保護素子の構造を示す断面図である。図9を参照して、ESD保護素子は、P−基板1上に形成されたN−エピタキシャル層3と、埋め込みN+拡散層2と、N−エピタキシャル層3の表面側に互いに間隔をあけて形成されたN+拡散層11AおよびP+拡散層6と、これらの拡散層11A,6の間に形成されたトレンチ7と、P+拡散層6の表面側に形成されたP+拡散層10およびN+拡散層11Bとを含む。 FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of the ESD protection element provided in the semiconductor device according to the first embodiment. Referring to FIG. 9, the ESD protection element is formed on the surface side of N− epitaxial layer 3 formed on P− substrate 1, buried N + diffusion layer 2, and N− epitaxial layer 3 at intervals. N + diffusion layer 11A and P + diffusion layer 6 formed, trench 7 formed between diffusion layers 11A and 6 and P + diffusion layer 10 and N + diffusion layer 11B formed on the surface side of P + diffusion layer 6 Including.
N−エピタキシャル層3および埋め込みN+拡散層2は、NPN型のバイポーラトランジスタのコレクタ領域として用いられる。埋め込みN+拡散層2の内部には、1017/cm3以上の不純物密度を有する高濃度層が存在する。高濃度層ではスナップバック後も伝導度変調が起きない。 The N− epitaxial layer 3 and the buried N + diffusion layer 2 are used as a collector region of an NPN bipolar transistor. Inside the buried N + diffusion layer 2 is a high concentration layer having an impurity density of 10 17 / cm 3 or more. In the high concentration layer, conductivity modulation does not occur even after snapback.
N+拡散層11Aは、写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクとして、たとえばヒ素を注入することによって形成される。N+拡散層11Aはコレクタ領域のオーミックコンタクトを良くするために設けられる。 The N + diffusion layer 11A is formed by implanting, for example, arsenic using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask. The N + diffusion layer 11A is provided to improve the ohmic contact in the collector region.
P拡散層6は、レジストパターンをマスクとしてたとえばボロン(ホウ素:boron)を注入することによって形成される。P拡散層6は、NPN型バイポーラトランジスタのベース領域となる。P+拡散層10はベース領域のオーミックコンタクトを良くするために、たとえばボロンの注入によって形成される。 The P diffusion layer 6 is formed by implanting, for example, boron (boron) using the resist pattern as a mask. The P diffusion layer 6 becomes the base region of the NPN bipolar transistor. The P + diffusion layer 10 is formed by, for example, boron implantation in order to improve the ohmic contact of the base region.
N+拡散層11Bは、レジストパターンをマスクとしてたとえばヒ素を注入することによって形成される。N+拡散層11BはNPN型のバイポーラトランジスタのエミッタ領域となる。 N + diffusion layer 11B is formed by implanting, for example, arsenic using a resist pattern as a mask. The N + diffusion layer 11B becomes an emitter region of an NPN type bipolar transistor.
トレンチ7は、N−エピタキシャル層3の表面から埋め込みN+拡散層11B(特に1017/cm3以上の不純物密度を有する内部の高濃度層)に向かって形成される。耐圧を上げるために、トレンチ7の内部には、薄い酸化膜8を介して導電性物質9(たとえば、ポリシリコン)が充填される。P+拡散層10はトレンチ7に隣接して形成されるのに対して、N+拡散層11Bはトレンチ7から離れて形成される。この理由は、トレンチ7がゲートとして機能しないようにするためである。 The trench 7 is formed from the surface of the N− epitaxial layer 3 toward the buried N + diffusion layer 11 </ b> B (particularly, an internal high concentration layer having an impurity density of 10 17 / cm 3 or more). In order to increase the breakdown voltage, the inside of the trench 7 is filled with a conductive substance 9 (for example, polysilicon) through a thin oxide film 8. P + diffusion layer 10 is formed adjacent to trench 7, while N + diffusion layer 11 </ b> B is formed away from trench 7. This is because the trench 7 does not function as a gate.
ESD保護素子は、さらに、N−エピタキシャル層3の上に積層された酸化膜5,12,16と、拡散層を分離するためのLOCOS酸化膜5と、素子分離用のトレンチ13と、金属配線層19A,19Bとを含む。 The ESD protection element further includes oxide films 5, 12, and 16 stacked on the N-epitaxial layer 3, a LOCOS oxide film 5 for isolating the diffusion layer, an element isolation trench 13, and a metal wiring. Layers 19A and 19B.
トレンチ13は、写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクとして酸化膜12をエッチングし、エッチングされた酸化膜12をマスクとして各半導体層をエッチングすることによって形成される。トレンチ13は、酸化膜12、LOCOS酸化膜5、N−エピタキシャル層3、埋め込みN+拡散層2を貫通し、P−基板1の内部に達する。P−基板1の内部には、トレンチ13の形成後にトレンチ13を介した不純物注入によってP+拡散層14が形成される。その後、トレンチ13の内部は酸化膜などの絶縁性物質15で充填される。 The trench 13 is formed by etching the oxide film 12 using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask and etching each semiconductor layer using the etched oxide film 12 as a mask. The trench 13 penetrates the oxide film 12, the LOCOS oxide film 5, the N− epitaxial layer 3, and the buried N + diffusion layer 2 and reaches the inside of the P− substrate 1. Inside the P− substrate 1, a P + diffusion layer 14 is formed by impurity implantation through the trench 13 after the trench 13 is formed. Thereafter, the inside of the trench 13 is filled with an insulating material 15 such as an oxide film.
コレクタ端子として用いられる金属配線層19Aは、タングステンプラグ18を介してN+拡散層11Aと接続される。タングステンプラグ18は、酸化膜12,16を貫通するコンタクトホール17を形成した後に、タングステンをスパッタ法で製膜することよって形成される。同様に、エミッタ端子およびベース端子に対応する金属配線層19Bは、タングステンプラグ18を介してP+拡散層10およびN+拡散層11Bと接続される。耐圧を上げるために、トレンチ7の内部に充填されたポリシリコン9も、タングステンプラグ18を介して金属配線層19Bに接続されるのが望ましい。 The metal wiring layer 19A used as the collector terminal is connected to the N + diffusion layer 11A through the tungsten plug 18. The tungsten plug 18 is formed by forming a contact hole 17 penetrating the oxide films 12 and 16 and then depositing tungsten by a sputtering method. Similarly, the metal wiring layer 19B corresponding to the emitter terminal and the base terminal is connected to the P + diffusion layer 10 and the N + diffusion layer 11B through the tungsten plug 18. In order to increase the breakdown voltage, it is desirable that the polysilicon 9 filled in the trench 7 is also connected to the metal wiring layer 19B via the tungsten plug 18.
図10は、図9に示すESD保護素子を基板に垂直な方向から見た平面図である。ただし、図10には、対称線39を挟んで一方側のみが示されている。図9の酸化膜12,16、タングステンプラグ18、および金属配線層19A,19Bは図示されていない。 FIG. 10 is a plan view of the ESD protection element shown in FIG. 9 viewed from a direction perpendicular to the substrate. However, FIG. 10 shows only one side across the symmetry line 39. The oxide films 12 and 16, the tungsten plug 18, and the metal wiring layers 19A and 19B in FIG. 9 are not shown.
図9、図10を参照して、半導体基板に垂直な方向から平面視して、N+拡散層11Aを取り囲むようにLOCOS酸化膜5が形成され、LOCOS酸化膜5を取り囲むようにトレンチ7(酸化膜8、ポリシリコン9)が形成される。さらに、トレンチ7に接してその周囲を取り囲むようにP+拡散層10が形成され、LOCOS酸化膜5を挟んでP+拡散層10の周囲にN+拡散層11Bが形成される。さらに、N+拡散層11Bを取り囲むようにトレンチ13(絶縁膜15)が形成される。 Referring to FIGS. 9 and 10, LOCOS oxide film 5 is formed so as to surround N + diffusion layer 11 </ b> A in a plan view from a direction perpendicular to the semiconductor substrate, and trench 7 (oxide) is formed so as to surround LOCOS oxide film 5. A film 8, polysilicon 9) is formed. Further, a P + diffusion layer 10 is formed so as to be in contact with and surround the trench 7, and an N + diffusion layer 11B is formed around the P + diffusion layer 10 with the LOCOS oxide film 5 interposed therebetween. Further, a trench 13 (insulating film 15) is formed so as to surround the N + diffusion layer 11B.
上記のような配置にすることによって、ESD保護素子の耐圧を上げることができる。なお、耐圧の観点から、トレンチ7(酸化膜8、ポリシリコン9)の角の部分は斜め45度に面取りをしたほうが望ましい(実際に製造されたデバイスでは、角の部分が丸みを帯びた形状になる)。 With the above arrangement, the breakdown voltage of the ESD protection element can be increased. From the viewpoint of breakdown voltage, it is desirable that the corners of the trenches 7 (oxide film 8 and polysilicon 9) be chamfered at an angle of 45 degrees (in the actually manufactured device, the corners are rounded). become).
図11は、図9の構成のESD保護素子の回路図を示す図である。図11を参照して、ESD保護素子110は、ゲートとエミッタとが相互に接続されたNPN型のバイポーラトランジスタ111によって構成される。バイポーラトランジスタ111のコレクタは電源電圧VCCを受ける電源線121に接続され、そのエミッタは接地電圧GNDを受ける接地線122に接続される。図11では、1つのNPN型のバイポーラトランジスタ111が代表的に示されているが、実際の回路では複数のバイポーラトランジスタが並列に設けられている。図11に示したEDS保護素子110以外に、半導体装置100の内部回路120に供給される各信号線にも同様のESD保護素子が設けられている。 FIG. 11 is a diagram showing a circuit diagram of the ESD protection element having the configuration of FIG. Referring to FIG. 11, ESD protection element 110 is formed of an NPN-type bipolar transistor 111 having a gate and an emitter connected to each other. Bipolar transistor 111 has a collector connected to power supply line 121 receiving power supply voltage VCC, and an emitter connected to ground line 122 receiving ground voltage GND. FIG. 11 representatively shows one NPN-type bipolar transistor 111, but in an actual circuit, a plurality of bipolar transistors are provided in parallel. In addition to the EDS protection element 110 illustrated in FIG. 11, a similar ESD protection element is provided for each signal line supplied to the internal circuit 120 of the semiconductor device 100.
上記の図9〜図11で説明したNPN型のバイポーラトランジスタに代えて、P型とN型を入れ替えたPNP型のバイポーラトランジスタとしてもよい。この場合、エミッタおよびベースが電源線121に接続され、コレクタが接地線122に接続される。 Instead of the NPN bipolar transistor described with reference to FIGS. 9 to 11, a PNP bipolar transistor in which the P type and the N type are interchanged may be used. In this case, the emitter and base are connected to the power supply line 121, and the collector is connected to the ground line 122.
[ESD保護素子の製造方法]
次に、上記の構成のESD保護素子(バイポーラトランジスタ)の製造方法について説明する。図12〜図21は、図9のESD保護素子の製造工程を説明するための断面図である。
[Method for Manufacturing ESD Protection Element]
Next, a manufacturing method of the ESD protection element (bipolar transistor) having the above configuration will be described. 12 to 21 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of the ESD protection element of FIG.
図12を参照して、まず、P−基板の最表面を500nm〜1000nm酸化してシリコン酸化膜を形成する。写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにしてシリコン酸化膜をエッチングする。レジストを除去した後に、シリコン酸化膜をマスクにしてアンチモンあるいはヒ素を1015/cm2以上注入してから、1100℃以上の熱処理を3時間以上行なう。これによって、埋め込みN+拡散層2が形成される。 Referring to FIG. 12, first, the outermost surface of the P-substrate is oxidized by 500 nm to 1000 nm to form a silicon oxide film. The silicon oxide film is etched using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask. After removing the resist, 10 15 / cm 2 or more of antimony or arsenic is implanted using the silicon oxide film as a mask, and then heat treatment at 1100 ° C. or more is performed for 3 hours or more. Thereby, the buried N + diffusion layer 2 is formed.
図12、図13を参照して、次に、シリコン酸化膜を除去した後、最表面に、N−エピタキシャル層3を5μm以上(実施の形態1では、約10μm)堆積する。N−エピタキシャル層3の形成過程においてP−基板1に注入されたN型不純物がN−エピタキシャル層3に拡散されるため、埋め込みN+拡散層2はN−エピタキシャル層3にも広がる。 Referring to FIGS. 12 and 13, next, after removing the silicon oxide film, N-epitaxial layer 3 is deposited on the outermost surface by 5 μm or more (about 10 μm in the first embodiment). Since the N-type impurity implanted into the P-substrate 1 in the process of forming the N-epitaxial layer 3 is diffused into the N-epitaxial layer 3, the buried N + diffusion layer 2 extends to the N-epitaxial layer 3.
図13、図14を参照して、次に、N−エピタキシャル層3の最表面を30nm酸化し、その上に窒化膜を堆積させる。写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして窒化膜をエッチングする。レジストを除去した後に、850℃以上の熱酸化を行なうことによってLOCOS酸化膜5が形成される。 Referring to FIGS. 13 and 14, next, the outermost surface of N-epitaxial layer 3 is oxidized by 30 nm, and a nitride film is deposited thereon. The nitride film is etched using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask. After removing the resist, LOCOS oxide film 5 is formed by performing thermal oxidation at 850 ° C. or higher.
図14、図15を参照して、次に、写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして、ボロンを7.5×1012/cm2以上注入する。レジストを除去した後に、1100℃以上の熱処理を3時間以上行なうことによってP拡散層6を形成する。もしくは、MeVオーダーのイオンエネルギーで多段注入を行なうことによってP拡散層6を形成してもよい。 Referring to FIGS. 14 and 15, next, boron is implanted by 7.5 × 10 12 / cm 2 or more using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask. After removing the resist, a P diffusion layer 6 is formed by performing a heat treatment at 1100 ° C. or more for 3 hours or more. Alternatively, the P diffusion layer 6 may be formed by performing multi-stage implantation with ion energy of MeV order.
図15、図16を参照して、次に、写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして、酸化膜5とN−エピタキシャル層3のエッチングを行なうことによってトレンチ7を形成する。次に、700℃〜900℃で酸化を行なうことによってトレンチ7の内表面に酸化膜8を形成する。次に、ポリシリコンを堆積した後、エッチバックすることによってトレンチ7の内部に埋め込みポリシリコン層9を形成する。 Referring to FIGS. 15 and 16, next, trench 7 is formed by etching oxide film 5 and N-epitaxial layer 3 using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask. Next, an oxide film 8 is formed on the inner surface of the trench 7 by performing oxidation at 700 ° C. to 900 ° C. Next, after depositing polysilicon, the buried polysilicon layer 9 is formed inside the trench 7 by etching back.
図16、図17を参照して、次に、写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして、ボロンまたはBF2(フッ化ホウ素)を1.0×1015/cm2以上注入することによってP+拡散層10を形成する。 Referring to FIGS. 16 and 17, next, boron or BF 2 (boron fluoride) is implanted at 1.0 × 10 15 / cm 2 or more using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask. To form the P + diffusion layer 10.
図17、図18を参照して、次に、写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして、ヒ素を1.0×1015/cm2以上注入する。レジストを除去した後に熱処理を行なうことによってN+拡散層11A,11Bを形成する。 Referring to FIGS. 17 and 18, arsenic is implanted at 1.0 × 10 15 / cm 2 or more using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask. N + diffusion layers 11A and 11B are formed by performing heat treatment after removing the resist.
図18、図19を参照して、次に、ウェハ最表面に酸化膜12を堆積させる。続いて、写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして、酸化膜12,5、エピタキシャル層3、埋め込みN+拡散層2、P−基板1の一部をエッチングすることによってトレンチ13を形成する。次に、ボロンを1.0×1013/cm2以上注入することによってP+拡散層14を形成する。レジストパターンを除去した後に、トレンチ13が埋まるまで酸化膜を堆積させ、エッチバックすることによって、トレンチ13の内部に酸化膜15を形成する。 18 and 19, next, an oxide film 12 is deposited on the outermost surface of the wafer. Subsequently, using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask, the oxide films 12 and 5, the epitaxial layer 3, the buried N + diffusion layer 2, and a part of the P− substrate 1 are etched to form the trench 13. . Next, boron is implanted at 1.0 × 10 13 / cm 2 or more to form the P + diffusion layer 14. After removing the resist pattern, an oxide film is deposited until the trench 13 is filled and etched back to form an oxide film 15 inside the trench 13.
図19、図20を参照して、次に、ウェハ最表面に酸化膜16を堆積させる。写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして、堆積した酸化膜16をエッチングすることによってコンタクトホール17を形成する。その後、レジストパターンを除去する。 Referring to FIGS. 19 and 20, next, an oxide film 16 is deposited on the outermost surface of the wafer. Using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask, the deposited oxide film 16 is etched to form a contact hole 17. Thereafter, the resist pattern is removed.
図20、図21を参照して、次に、ウェハ最表面にタングステン18を堆積させ、エッチバックすることによって、コンタクトホール17の内部をタングステン18で埋める。 Referring to FIGS. 20 and 21, next, tungsten 18 is deposited on the outermost surface of the wafer and etched back to fill the inside of the contact hole 17 with tungsten 18.
図21、図9を参照して、次に、最表面に金属(AlSiCu(アルミニウム・シリコン・銅)、AuCu、Cu等)を堆積させる。次に、写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして、堆積した金属をエッチングすることによって金属配線層19A,19Bを形成する。その後、レジストパターンを除去することによって、図9に示したESD保護素子が得られる。 Referring to FIGS. 21 and 9, next, a metal (AlSiCu (aluminum / silicon / copper), AuCu, Cu, etc.) is deposited on the outermost surface. Next, metal wiring layers 19A and 19B are formed by etching the deposited metal using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask. Thereafter, the ESD protection element shown in FIG. 9 is obtained by removing the resist pattern.
[実施の形態1によるESD保護素子の作用・効果]
再び図9を参照して、コレクタ端子(金属配線層19A)を正電位、ベースおよびエミッタ端子(金属配線層19B)を接地電位とする高電圧を印加する(すなわち、P拡散層6とN−エピタキシャル層3とが逆バイアスになるように高電圧を印加する)。そうすると、N−エピタキシャル層3に空乏層が広がり、トレンチ7の底部のエッジ付近が強電界になる。この結果、インパクトイオン化によって発生したホールによってスナップバックが起きる。
[Operation and Effect of ESD Protection Element According to Embodiment 1]
Referring to FIG. 9 again, a high voltage is applied with the collector terminal (metal wiring layer 19A) as the positive potential and the base and emitter terminals (metal wiring layer 19B) as the ground potential (that is, P diffusion layer 6 and N− A high voltage is applied so that the epitaxial layer 3 is reverse-biased). As a result, a depletion layer spreads in the N− epitaxial layer 3, and a strong electric field is formed near the edge of the bottom of the trench 7. As a result, snapback occurs due to holes generated by impact ionization.
スナップバック後は、インパクトイオン化で発生したホールと、NPN型バイポーラトランジスタがオンすることによってエミッタから供給された電子とによって、N−エピタキシャル層3において伝導度変調が起きるので、N−エピタキシャル層3の抵抗値がかなり小さくなる(埋め込みN+拡散層2の抵抗値よりも小さくなる)。図9のようにトレンチ7を設けることによって、スナップバック後にコレクタ・エミッタ間を流れる電流のうちある割合は、埋め込みN+拡散層2を流れるため、ホールド電圧VHを従来よりも高くすることができる。以下、シミュレーション結果を参照しながら、さらに詳しく説明する。 After snapback, conductivity modulation occurs in the N-epitaxial layer 3 due to holes generated by impact ionization and electrons supplied from the emitter when the NPN bipolar transistor is turned on. The resistance value becomes considerably small (smaller than the resistance value of the buried N + diffusion layer 2). By providing the trench 7 as shown in FIG. 9, a certain proportion of the current flowing between the collector and the emitter after snapback flows through the buried N + diffusion layer 2, so that the hold voltage VH can be made higher than in the prior art. Hereinafter, further detailed description will be given with reference to simulation results.
[シミュレーション結果I:トレンチの深さが6μmの場合]
図22は、スナップバック後に流れるドレイン電流のシミュレーション結果を示す図である(トレンチの深さが6μmの場合)。図23は、電流電圧特性のシミュレーション結果を示す図である(トレンチの深さが6μmの場合)。
[Simulation result I: When the trench depth is 6 μm]
FIG. 22 is a diagram showing a simulation result of the drain current flowing after snapback (when the trench depth is 6 μm). FIG. 23 is a diagram showing simulation results of current-voltage characteristics (when the trench depth is 6 μm).
図22を参照して、N−エピタキシャル層3の厚みが9.3μmであるのに対して、トレンチ7の深さが6μmの場合、スナップバック後に一部のコレクタ電流は埋め込みN+拡散層2を流れるが、大部分のコレクタ電流はN−エピタキシャル層3を流れる。このため、図23に示すように、スナップバック後のホールド電圧は約7.5Vであり、トレンチ7が設けられていない場合のホールド電圧(5V)に比べて余り増加していない。 Referring to FIG. 22, when N− epitaxial layer 3 has a thickness of 9.3 μm, and trench 7 has a depth of 6 μm, a part of collector current is applied to buried N + diffusion layer 2 after snapback. Most of the collector current flows through the N-epitaxial layer 3. For this reason, as shown in FIG. 23, the hold voltage after snapback is about 7.5 V, which is not so increased as compared with the hold voltage (5 V) when the trench 7 is not provided.
図24は、不純物濃度のプロファイルを示す図である(トレンチの深さが6μmの場合)。図24を参照して、厚み方向の位置=0μmがP−基板1の表面を表わす。トレンチの下端51が−3.5μmの位置になり、埋め込みN+拡散層2の上端が−1.6μmの位置になる。埋め込みN+拡散層2は、N−エピタキシャル層3からP−基板1にわたって広がっている。埋め込みN+拡散層内部の1017/cm3以上の高濃度層では伝導度変調が起きないと考えられるが、図24に示した場合にはトレンチ7の底面からこの高濃度層までの距離が2.3μmと広い。このため、コレクタ電流の大部分がN−エピタキシャル層3を流れることになり、ホールド電圧の増加が十分でないと考えられる。 FIG. 24 is a diagram showing a profile of impurity concentration (when the trench depth is 6 μm). Referring to FIG. 24, the position in the thickness direction = 0 μm represents the surface of P-substrate 1. The lower end 51 of the trench is at a position of −3.5 μm, and the upper end of the buried N + diffusion layer 2 is at a position of −1.6 μm. The buried N + diffusion layer 2 extends from the N− epitaxial layer 3 to the P− substrate 1. It is considered that conductivity modulation does not occur in a high concentration layer of 10 17 / cm 3 or more inside the buried N + diffusion layer, but in the case shown in FIG. 24, the distance from the bottom surface of the trench 7 to this high concentration layer is 2 .3 μm wide. For this reason, most of the collector current flows through the N-epitaxial layer 3, and it is considered that the increase of the hold voltage is not sufficient.
[シミュレーション結果II:トレンチの深さが8.5μmの場合]
トレンチ7の底部が埋め込みN+拡散層内部の1017/cm3以上の高濃度層に達していれば、全てのドレイン電流がこの高濃度層を通過するようになるのでホールド電圧がかなり増加すると考えられる。以下、この場合のシミュレーション結果について説明する。
[Simulation result II: When the trench depth is 8.5 μm]
If the bottom of the trench 7 reaches a high concentration layer of 10 17 / cm 3 or more inside the buried N + diffusion layer, all the drain currents pass through this high concentration layer, so that the hold voltage is considered to increase considerably. It is done. Hereinafter, the simulation result in this case will be described.
図25は、図9のESD保護素子の構造を変更した場合を示す断面図である。図25のESD保護素子は、トレンチ7の底面が埋め込みN+拡散層2の内部の1017/cm3以上の高濃度層に達している点で図9の構造と異なる。図25のその他の構成は図9の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。 25 is a cross-sectional view showing a case where the structure of the ESD protection element of FIG. 9 is changed. The ESD protection element of FIG. 25 differs from the structure of FIG. 9 in that the bottom surface of the trench 7 reaches a high concentration layer of 10 17 / cm 3 or more inside the buried N + diffusion layer 2. Other configurations in FIG. 25 are the same as those in FIG. 9, and therefore, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is not repeated.
図26は、スナップバック後に流れるドレイン電流のシミュレーション結果を示す図である(トレンチの深さが8.5μmの場合)。図27は、電流電圧特性のシミュレーション結果を示す図である(トレンチの深さが8.5μmの場合)。 FIG. 26 is a diagram showing a simulation result of the drain current flowing after snapback (when the trench depth is 8.5 μm). FIG. 27 is a diagram showing simulation results of current-voltage characteristics (when the trench depth is 8.5 μm).
図26を参照して、N−エピタキシャル層3の厚みが9.3μmであるのに対して、トレンチ7の深さが8.5μmの場合、トレンチ7の底面は埋め込みN+拡散層2の内部に達する。したがって、スナップバック後に全てのコレクタ電流は埋め込みN+拡散層2を流れる。この結果、図27に示すように、スナップバック後のホールド電圧は約18.5Vであり、トレンチ7が設けられていない場合のホールド電圧(5V)に比べて十分に増加している。 Referring to FIG. 26, when N− epitaxial layer 3 has a thickness of 9.3 μm, but trench 7 has a depth of 8.5 μm, the bottom surface of trench 7 is located inside buried N + diffusion layer 2. Reach. Therefore, all the collector current flows through the buried N + diffusion layer 2 after snapback. As a result, as shown in FIG. 27, the hold voltage after snapback is about 18.5V, which is sufficiently higher than the hold voltage (5V) when the trench 7 is not provided.
図28は、不純物濃度のプロファイルを示す図である(トレンチの深さが8.5μmの場合)。図28を参照して、厚み方向の位置=0μmがP−基板1の表面を表わす。トレンチの下端51が−0.8μmの位置になり、埋め込みN+拡散層2(特に伝導度変調が起きないと考えられる1017/cm3以上の高濃度層)にまで達している。 FIG. 28 is a diagram showing a profile of impurity concentration (when the trench depth is 8.5 μm). Referring to FIG. 28, the position in the thickness direction = 0 μm represents the surface of P-substrate 1. The lower end 51 of the trench is at a position of −0.8 μm, and reaches the buried N + diffusion layer 2 (particularly, a high concentration layer of 10 17 / cm 3 or more which is considered not to cause conductivity modulation).
[シミュレーション結果のまとめ]
トレンチの深さが上述の8.5μmと6.0μmとの間の場合には、ホールド電圧は深さ8.5μmに対応する18.5Vと深さ6.0μmに対応する7.5Vとの間の値になると考えられる。そこで、トレンチの深さが8.0μmの場合のシミュレーションも行なった。
[Summary of simulation results]
When the trench depth is between 8.5 μm and 6.0 μm, the hold voltage is 18.5 V corresponding to the depth of 8.5 μm and 7.5 V corresponding to the depth of 6.0 μm. It is thought that it becomes the value between. Therefore, a simulation was also performed when the trench depth was 8.0 μm.
図29は、不純物濃度のプロファイルを示す図である(トレンチの深さが8μmの場合)。図29を参照して、厚み方向の位置=0μmがP−基板1の表面を表わす。トレンチの下端51が−1.7μmの位置になり、埋め込みN+拡散層2の上端が−1.5μmの位置になる。埋め込みN+拡散層内部の1017/cm3以上の高濃度層では伝導度変調が起きないと考えられるが、図29に示した場合にはトレンチ7の底面からこの高濃度層までの距離は0.7μmであり、比較的短い。このため、埋め込みN+拡散層2を流れるコレクタ電流が増加するのでホールド電圧が比較的高くなると考えられる。シミュレーション結果では、ホールド電圧として9.5Vが得られた。 FIG. 29 is a diagram showing a profile of impurity concentration (when the trench depth is 8 μm). Referring to FIG. 29, the position in the thickness direction = 0 μm represents the surface of P-substrate 1. The lower end 51 of the trench is at a position of −1.7 μm, and the upper end of the buried N + diffusion layer 2 is at a position of −1.5 μm. It is considered that conductivity modulation does not occur in a high concentration layer of 10 17 / cm 3 or more inside the buried N + diffusion layer, but in the case shown in FIG. 29, the distance from the bottom surface of the trench 7 to this high concentration layer is 0. 0.7 μm, which is relatively short. For this reason, it is considered that the hold voltage becomes relatively high because the collector current flowing through the buried N + diffusion layer 2 increases. As a result of simulation, 9.5 V was obtained as the hold voltage.
図30は、トレンチの深さとホールド電圧との関係を示す図である。図30に示すようにトレンチ7の深さが深くなるほどホールド電圧VHが増加する。 FIG. 30 is a diagram illustrating the relationship between the trench depth and the hold voltage. As shown in FIG. 30, the hold voltage VH increases as the depth of the trench 7 increases.
図31は、トレンチの底面と1017/cm3以上の高濃度層との間の距離とホールド電圧との関係を示す図である。図31に示すように、トレンチ7の底面と1017/cm3以上の高濃度層との間の距離が短くなるほど、高濃度層を通過するコレクタ電流が増加するので、ホールド電圧VHが増加する。スナップバック後にラッチアップが起きないようにするためには、半導体装置に供給される電源電圧よりもホールド電圧VHが高くなるように、トレンチの深さ(すなわち、トレンチの底面から1017/cm3以上の高濃度層までの距離)を調整する。 FIG. 31 is a diagram showing the relationship between the hold voltage and the distance between the bottom of the trench and the high concentration layer of 10 17 / cm 3 or more. As shown in FIG. 31, as the distance between the bottom surface of the trench 7 and the high concentration layer of 10 17 / cm 3 or more is shortened, the collector current passing through the high concentration layer increases, so the hold voltage VH increases. . In order to prevent latch-up from occurring after snapback, the trench depth (that is, 10 17 / cm 3 from the bottom surface of the trench) is set so that the hold voltage VH is higher than the power supply voltage supplied to the semiconductor device. The distance to the above high concentration layer) is adjusted.
以上のとおり実施の形態1による半導体層に備えられたESD保護素子において、コレクタ層にコレクタ電流の流れを規制するトレンチ7を設けることによって、従来よりもスナップバック後のホールド電圧を高めることができる。さらに、バイポーラトランジスタのスナップバック特性を利用してESD保護を行なうので、従来よりもESD保護素子の専有面積を縮小することができる。 As described above, in the ESD protection element provided in the semiconductor layer according to the first embodiment, by providing the collector layer with the trench 7 that restricts the flow of the collector current, the hold voltage after snapback can be increased more than before. . Furthermore, since the ESD protection is performed by utilizing the snapback characteristic of the bipolar transistor, the area occupied by the ESD protection element can be reduced as compared with the conventional case.
図32は、図1で説明したクランプ方式によるESD保護素子を設けた場合における半導体集積回路のフロアプランの一例を示す図である。図32を参照して、半導体チップ60上には、アナログ回路61、ロジック回路62、出力バッファ(出力トランジスタ(Tr))63A〜63D、およびESD保護素子910が形成される。ESD保護素子910は、出力バッファ63A〜63Dに対応して設けられる。 FIG. 32 is a diagram showing an example of a floor plan of a semiconductor integrated circuit in the case where the clamp type ESD protection element described in FIG. 1 is provided. Referring to FIG. 32, an analog circuit 61, a logic circuit 62, output buffers (output transistors (Tr)) 63A to 63D, and an ESD protection element 910 are formed on a semiconductor chip 60. The ESD protection element 910 is provided corresponding to the output buffers 63A to 63D.
図33は、図9または図25のESD保護素子を設けた場合における半導体集積回路のフロアプランの一例を示す図である。ESD保護素子110の専有面積は図32の場合の5%程度になっている。 FIG. 33 is a diagram showing an example of a floor plan of a semiconductor integrated circuit when the ESD protection element of FIG. 9 or FIG. 25 is provided. The exclusive area of the ESD protection element 110 is about 5% in the case of FIG.
<実施の形態2>
実施の形態2では、製造工程数を削減するために、図9および図25で説明したESD保護素子の構造を変更した例が示される。
<Embodiment 2>
In the second embodiment, an example is shown in which the structure of the ESD protection element described with reference to FIGS. 9 and 25 is changed in order to reduce the number of manufacturing steps.
[ESD保護素子の構成]
図34は、実施の形態2による半導体装置に設けられたESD保護素子の構造を示す断面図である。図35は、図34に示すESD保護素子を基板に垂直な方向から見た平面図である。
[Configuration of ESD protection element]
FIG. 34 is a cross-sectional view showing the structure of the ESD protection element provided in the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 35 is a plan view of the ESD protection element shown in FIG. 34 viewed from a direction perpendicular to the substrate.
図34、図35に示すESD保護素子は、トレンチ7,13に代えてトレンチ171A,171Bがそれぞれ設けられる点で図9、図10および図25に示すESD保護素子と異なる。 The ESD protection elements shown in FIGS. 34 and 35 differ from the ESD protection elements shown in FIGS. 9, 10 and 25 in that trenches 171A and 171B are provided in place of the trenches 7 and 13, respectively.
トレンチ171Aは、酸化膜12を堆積させてコンタクトホール17を形成する工程の直前の工程で形成される。トレンチ171Aの内表面には酸化膜161が形成され、その内部にタングステン181が埋め込まれる。トレンチ171A内部のタングステン181は、金属配線層19Bと接続される。 The trench 171A is formed in a process immediately before the process of forming the contact hole 17 by depositing the oxide film 12. An oxide film 161 is formed on the inner surface of the trench 171A, and tungsten 181 is buried therein. The tungsten 181 inside the trench 171A is connected to the metal wiring layer 19B.
トレンチ171Bの底面は、P−基板1からN−エピタキシャル層3にわたって形成されたP+拡散層24の内部にまで達している。トレンチ171Bの内表面には酸化膜161が形成され、その内部にタングステン181が埋め込まれる。トレンチ171Bの内部のタングステン181は、金属配線層19Cと接続される。 The bottom surface of the trench 171B reaches the inside of the P + diffusion layer 24 formed from the P− substrate 1 to the N− epitaxial layer 3. An oxide film 161 is formed on the inner surface of the trench 171B, and tungsten 181 is buried therein. Tungsten 181 inside trench 171B is connected to metal wiring layer 19C.
図34、図35のその他の構成は図9、図10および図25の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。 The other configurations in FIGS. 34 and 35 are the same as those in FIGS. 9, 10, and 25, and therefore the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is not repeated.
[ESD保護素子の製造方法]
次に、図34の構成のESD保護素子(バイポーラトランジスタ)の製造方法について説明する。図36〜図45は、図34のESD保護素子の製造工程を説明するための断面図である。
[Method for Manufacturing ESD Protection Element]
Next, a manufacturing method of the ESD protection element (bipolar transistor) configured as shown in FIG. 34 will be described. 36 to 45 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of the ESD protection element of FIG.
図36を参照して、まず、P−基板の最表面を500nm〜1000nm酸化してシリコン酸化膜を形成する。写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにしてシリコン酸化膜をエッチングする。レジストを除去した後に、シリコン酸化膜をマスクにしてアンチモンあるいはヒ素を1015/cm2以上注入してから、1100℃以上の熱処理を3時間以上行なう。これによって、埋め込みN+拡散層2が形成される。 Referring to FIG. 36, first, the outermost surface of the P-substrate is oxidized by 500 nm to 1000 nm to form a silicon oxide film. The silicon oxide film is etched using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask. After removing the resist, 10 15 / cm 2 or more of antimony or arsenic is implanted using the silicon oxide film as a mask, and then heat treatment at 1100 ° C. or more is performed for 3 hours or more. Thereby, the buried N + diffusion layer 2 is formed.
図36、図37を参照して、次に、ウェハの最表面を酸化してシリコン酸化膜を形成する。写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにしてシリコン酸化膜をエッチングする。レジストを除去した後に、シリコン酸化膜をマスクにしてボロンを1014/cm2以上注入してから、1100℃以上の熱処理を3時間以上行なう。これによって、P+拡散層24が形成される。 Referring to FIGS. 36 and 37, next, the outermost surface of the wafer is oxidized to form a silicon oxide film. The silicon oxide film is etched using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask. After removing the resist, boron is implanted at 10 14 / cm 2 or more using the silicon oxide film as a mask, and then heat treatment at 1100 ° C. or more is performed for 3 hours or more. Thereby, the P + diffusion layer 24 is formed.
図37、図38を参照して、次に、シリコン酸化膜を除去した後、最表面に、N−エピタキシャル層3を5μm以上堆積する。N−エピタキシャル層3の形成過程においてP−基板に注入されたN型不純物およびP型不純物はN−エピタキシャル層3に拡散されるため、埋め込みN+拡散層2およびP+拡散層24はN−エピタキシャル層3にも広がる。 Referring to FIGS. 37 and 38, after removing the silicon oxide film, N-epitaxial layer 3 is deposited on the outermost surface by 5 μm or more. Since the N-type impurity and the P-type impurity implanted into the P-substrate in the formation process of the N-epitaxial layer 3 are diffused into the N-epitaxial layer 3, the buried N + diffusion layer 2 and the P + diffusion layer 24 are N-epitaxial layers. It spreads to three.
図38、図39を参照して、次に、N−エピタキシャル層3の最表面を30nm酸化し、その上に窒化膜を堆積させる。写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして窒化膜をエッチングする。レジストを除去した後に、850℃以上の熱酸化を行なうことによってLOCOS酸化膜5が形成される。 Referring to FIGS. 38 and 39, next, the outermost surface of N-epitaxial layer 3 is oxidized by 30 nm, and a nitride film is deposited thereon. The nitride film is etched using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask. After removing the resist, LOCOS oxide film 5 is formed by performing thermal oxidation at 850 ° C. or higher.
図39、図40を参照して、次に、写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして、ボロンを7.5×1012/cm2以上注入する。レジストを除した後に、1100℃以上の熱処理を3時間以上行なうことによってP拡散層6を形成する。もしくは、MeVオーダーのイオンエネルギーで多段注入を行なうことによってP拡散層6を形成してもよい。 Referring to FIGS. 39 and 40, boron is implanted by 7.5 × 10 12 / cm 2 or more using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask. After removing the resist, a P diffusion layer 6 is formed by performing heat treatment at 1100 ° C. or more for 3 hours or more. Alternatively, the P diffusion layer 6 may be formed by performing multi-stage implantation with ion energy of MeV order.
図40、図41を参照して、次に、写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして、ボロンまたはBF2(フッ化ホウ素)を1.0×1015/cm2以上注入することによってP+拡散層10を形成する。 Referring to FIGS. 40 and 41, next, boron or BF 2 (boron fluoride) is implanted at 1.0 × 10 15 / cm 2 or more using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask. To form the P + diffusion layer 10.
図41、図42を参照して、次に、写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして、ヒ素を1.0×1015/cm2以上注入する。レジストを除去した後に熱処理を行なうことによってN+拡散層11A,11Bを形成する。 Referring to FIGS. 41 and 42, arsenic is implanted at 1.0 × 10 15 / cm 2 or more using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask. N + diffusion layers 11A and 11B are formed by performing heat treatment after removing the resist.
図42、図43を参照して、次に、ウェハ最表面に酸化膜12を堆積させる。続いて、写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして、酸化膜12,5、エピタキシャル層3、埋め込みN+拡散層2の一部、P拡散層24の一部をエッチングすることによってトレンチ171A,171Bを形成する。トレンチ171Aの底面は埋め込み拡散層2の内部に達し、トレンチ171Bの底面はP拡散層24の内部に達する。レジストを除去した後に、トレンチ171A,171Bを埋めるように酸化膜161を堆積させ、エッチバックする。これによって、トレンチ171A,171Bの内部に酸化膜161が形成されるが、トレンチ171A,171Bが深いためトレンチ内に空洞ができる。 Referring to FIGS. 42 and 43, next, oxide film 12 is deposited on the outermost surface of the wafer. Subsequently, using the resist pattern formed by the photoengraving process as a mask, the oxide films 12 and 5, the epitaxial layer 3, a part of the buried N + diffusion layer 2, and a part of the P diffusion layer 24 are etched to etch the trench 171A. , 171B. The bottom surface of the trench 171A reaches the inside of the buried diffusion layer 2, and the bottom surface of the trench 171B reaches the inside of the P diffusion layer 24. After removing the resist, an oxide film 161 is deposited so as to fill the trenches 171A and 171B, and etched back. As a result, the oxide film 161 is formed inside the trenches 171A and 171B. However, since the trenches 171A and 171B are deep, a cavity is formed in the trench.
図43、図44を参照して、次に、ウェハ最表面に酸化膜16を堆積させる。写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして、堆積した酸化膜16をエッチングすることによってコンタクトホール17を形成する。トレンチ171A,171Bの上部に形成されたコンタクトホール17は、トレンチ171A,171B内部の空洞とつながる。その後、レジストパターンを除去する。 Referring to FIGS. 43 and 44, next, oxide film 16 is deposited on the outermost surface of the wafer. Using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask, the deposited oxide film 16 is etched to form a contact hole 17. The contact hole 17 formed in the upper part of the trenches 171A and 171B is connected to a cavity inside the trenches 171A and 171B. Thereafter, the resist pattern is removed.
図44、図45を参照して、次に、ウェハ最表面にタングステン18を堆積させ、エッチバックすることによって、コンタクトホール17とトレンチ171A,171Bの内部をタングステン18で埋める。 44 and 45, tungsten 18 is deposited on the outermost surface of the wafer and etched back to fill the contact holes 17 and the trenches 171A and 171B with the tungsten 18.
図45、図34を参照して、次に、最表面に金属(AlSiCu(アルミニウム・シリコン・銅)、AuCu、Cu等)を堆積させる。次に、写真製版工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして、堆積した金属をエッチングすることによって金属配線層19A,19B,19Cを形成する。その後、レジストパターンを除去することによって、図34に示したESD保護素子が得られる。 45 and 34, a metal (AlSiCu (aluminum / silicon / copper), AuCu, Cu, etc.) is deposited on the outermost surface. Next, the metal wiring layers 19A, 19B, and 19C are formed by etching the deposited metal using the resist pattern formed by the photolithography process as a mask. Thereafter, the ESD protection element shown in FIG. 34 is obtained by removing the resist pattern.
上記のとおり実施の形態2による半導体装置に備えられたESD保護素子によれば、実施の形態1の効果に加えて、実施の形態1の場合よりも製造工程数を減らすことができる。 As described above, according to the ESD protection element provided in the semiconductor device according to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the number of manufacturing steps can be reduced as compared with the case of the first embodiment.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
1 P−基板、2 埋め込みN+拡散層、3 N−エピタキシャル層、5 LOCOS酸化膜、6 P拡散層、7,13,171A,171B トレンチ、8,12,15,16,161 酸化膜、9 ポリシリコン層、10 P+拡散層、11A,11B N+拡散層、14 P+拡散層、17 コンタクトホール、18,181 タングステンプラグ、19A,19B,19C 金属配線層。 1 P-substrate, 2 buried N + diffusion layer, 3 N-epitaxial layer, 5 LOCOS oxide film, 6 P diffusion layer, 7, 13, 171A, 171B trench, 8, 12, 15, 16, 161 oxide film, 9 poly Silicon layer, 10P + diffusion layer, 11A, 11B N + diffusion layer, 14P + diffusion layer, 17 contact hole, 18,181 tungsten plug, 19A, 19B, 19C metal wiring layer.
Claims (8)
前記半導体基板から前記エピタキシャル層にわたって形成され、1017/cm3以上の高濃度層を内部に有する第2導電型の第1の埋め込み拡散層と、
前記エピタキシャル層の表面側に互いに離れて形成された第2導電型の第1の拡散層および第1導電型の第2の拡散層と、
前記第1および第2の拡散層間に、前記エピタキシャル層の表面から前記高濃度層の表面または内部に達するように形成され、内部に絶縁膜を介して導電性物質が充填された第1のトレンチと、
前記第2の拡散層の表面側に前記第1のトレンチから離れて形成された第1導電型の第3の拡散層と、
前記第1の拡散層と接続された第1の金属配線層と、
前記第2および第3の拡散層と接続された第2の金属配線層とを備えた半導体装置。 A second conductivity type epitaxial layer formed on the first conductivity type semiconductor substrate;
A first buried diffusion layer of a second conductivity type formed from the semiconductor substrate to the epitaxial layer and having a high concentration layer of 10 17 / cm 3 or more inside;
A first conductivity type first diffusion layer and a first conductivity type second diffusion layer formed on the surface side of the epitaxial layer apart from each other;
A first trench formed between the first and second diffusion layers so as to reach the surface or the inside of the high-concentration layer from the surface of the epitaxial layer and filled with a conductive substance through an insulating film. When,
A third diffusion layer of the first conductivity type formed away from the first trench on the surface side of the second diffusion layer;
A first metal wiring layer connected to the first diffusion layer;
A semiconductor device comprising: a second metal wiring layer connected to the second and third diffusion layers.
前記半導体基板から前記エピタキシャル層にわたって形成され、1017/cm3以上の高濃度層を内部に有する第2導電型の第1の埋め込み拡散層と、
前記エピタキシャル層の表面側に互いに離れて形成された第2導電型の第1の拡散層および第1導電型の第2の拡散層と、
前記第1および第2の拡散層間に、前記エピタキシャル層の表面から前記高濃度層に向かって形成され、内部に絶縁膜を介して導電性物質が充填された第1のトレンチと、
前記第2の拡散層の表面側に前記第1のトレンチから離れて形成された第1導電型の第3の拡散層と、
前記第1の拡散層と接続された第1の金属配線層と、
前記第2および第3の拡散層と接続された第2の金属配線層とを備え、
前記第1のトレンチの底面と前記高濃度層は近接して形成されている、半導体装置。 A second conductivity type epitaxial layer formed on the first conductivity type semiconductor substrate;
A first buried diffusion layer of a second conductivity type formed from the semiconductor substrate to the epitaxial layer and having a high concentration layer of 10 17 / cm 3 or more inside;
A first conductivity type first diffusion layer and a first conductivity type second diffusion layer formed on the surface side of the epitaxial layer apart from each other;
A first trench formed between the first and second diffusion layers from the surface of the epitaxial layer toward the high-concentration layer and filled with a conductive substance through an insulating film;
A third diffusion layer of the first conductivity type formed away from the first trench on the surface side of the second diffusion layer;
A first metal wiring layer connected to the first diffusion layer;
A second metal wiring layer connected to the second and third diffusion layers,
The semiconductor device, wherein a bottom surface of the first trench and the high concentration layer are formed close to each other.
前記第1のトレンチの底面と前記高濃度層との間の間隔は、前記ホールド電圧が電源電圧よりも大きくなるように形成されている、請求項2に記載の半導体装置。 When a voltage that reverse biases the epitaxial layer and the second diffusion layer is applied between the first and second metal wiring layers, the voltage between the first and second metal wiring layers after snapback is reduced. The hold voltage, which is a minimum value, increases as the bottom surface of the first trench approaches the high concentration layer,
The semiconductor device according to claim 2, wherein an interval between a bottom surface of the first trench and the high concentration layer is formed such that the hold voltage is larger than a power supply voltage.
前記半導体基板を平面視して、前記第2の拡散層は、前記第1のトレンチに接してその周囲を取り囲むように形成され、
前記半導体基板を平面視して、前記第3の拡散層は、前記第1のトレンチから離れてその周囲を取り囲むように形成される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。 In plan view of the semiconductor substrate, the first trench is formed so as to surround the periphery of the first diffusion layer,
In plan view of the semiconductor substrate, the second diffusion layer is formed to contact and surround the first trench,
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the third diffusion layer is formed so as to surround and surround the first trench when viewed from above the semiconductor substrate. .
前記第2のトレンチの底面は、前記半導体基板中に達する、請求項5に記載の半導体装置。 The semiconductor substrate further includes a second trench that is formed so as to surround the periphery of the semiconductor substrate apart from the third diffusion layer in plan view, and is filled with an insulating material.
The semiconductor device according to claim 5, wherein a bottom surface of the second trench reaches into the semiconductor substrate.
前記半導体基板を平面視して前記第3の拡散層から離れてその周囲を取り囲むように形成され、内部に絶縁膜を介して導電性物質が充填された第2のトレンチと、
前記2のトレンチ内に充填された導電性物質と接続された第3の金属配線層とをさらに備え、
前記第2のトレンチの底面は、前記第2の埋め込み拡散層中に達する、請求項5に記載の半導体装置。 A first conductivity type second buried diffusion layer formed from the semiconductor substrate to the epitaxial layer and disposed so as to surround the semiconductor substrate apart from the first buried diffusion layer in plan view; ,
A second trench formed to surround the periphery of the semiconductor substrate apart from the third diffusion layer in plan view, and filled with a conductive material through an insulating film;
A third metal wiring layer connected to the conductive material filled in the two trenches;
The semiconductor device according to claim 5, wherein a bottom surface of the second trench reaches the second buried diffusion layer.
前記第2の拡散層は、前記バイポーラトランジスタのベースとして機能し、
前記第3の拡散層は、前記バイポーラトランジスタのエミッタとして機能する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。 The first diffusion layer, the epitaxial layer, and the first buried diffusion layer function as a collector of a bipolar transistor used as an electrostatic protection element,
The second diffusion layer functions as a base of the bipolar transistor;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the third diffusion layer functions as an emitter of the bipolar transistor.
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