JP2001185738A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and its manufacturing method

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JP2001185738A
JP2001185738A JP36758199A JP36758199A JP2001185738A JP 2001185738 A JP2001185738 A JP 2001185738A JP 36758199 A JP36758199 A JP 36758199A JP 36758199 A JP36758199 A JP 36758199A JP 2001185738 A JP2001185738 A JP 2001185738A
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Japan
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concentration
type
semiconductor region
semiconductor
region
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JP36758199A
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Eiji Aoki
英治 青木
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Sharp Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861Diodes
    • H01L29/87Thyristor diodes, e.g. Shockley diodes, break-over diodes

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To optimize the switching voltage and the holding voltage of a thyristor used as an electrostatic protecting element, by adjusting the layout of the respective regions of a semiconductor device, and especially, provide an effective structure of the semiconductor device in a microprocess. SOLUTION: In a semiconductor device, a diode portion is formed in the region separated by a selected distance from the region interposed between the anode portion and the cathode portion of a thyristor, and respective activated regions independent of each other are formed in the vicinities of the anode and cathode portions of the thyristor and the diode portion. By altering the layout of the respective regions of the semiconductor device, the resistances among the respective regions are set properly, and thereby, the holding voltage and the switching voltage of the thyristor can be optimized independently of each other, and as a result, a proper protecting element and a proper protecting circuit for preventing the electrostatic breakdowns of transistors formed in a CMOS process are made form-able.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、更に詳しくはゲート酸化膜を過大電
圧から保護するための保護機能を備えた半導体装置とそ
の製造方法に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a protection function for protecting a gate oxide film from an excessive voltage and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の基板としてP型シリコン基
板を用い、この基板に作成された低濃度N型半導体領域
に、ポリシリコンで幅を規定されたダイオードをトリガ
ー素子としてもつ場合を例(例えば、特開平9−213
811号公報、特開平9−293881号公報等)に、
従来の半導体装置の構造と製造方法の各工程を、図1
2、図13、図14にしたがって説明する。
2. Description of the Related Art An example is shown in which a P-type silicon substrate is used as a substrate of a semiconductor device, and a diode whose width is defined by polysilicon is used as a trigger element in a low-concentration N-type semiconductor region formed on this substrate (for example, JP-A-9-213
811 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-293883).
FIG. 1 shows the structure of a conventional semiconductor device and each step of a manufacturing method.
A description will be given with reference to FIGS.

【0003】(A)基板面にフォトレジストを塗布し、
パターニングにより素子分離領域2を形成する部分のレ
ジストを取り除き、エッチング後、酸化物の埋め込みを
行い、その後、CMP法(化学的機械研磨法)を実施し、
素子分離領域2を形成する工程。この際、後の工程でダ
イオードが形成される活性化領域部は、低濃度N型半導
体領域3(B工程参照)に形成されサイリスタのアノー
ド部を形成する高濃度P型半導体と、低濃度P型半導体
領域4(B工程参照)に形成されサイリスタのカソード
部を形成する高濃度N型半導体領域とに挟まれる領域に
形成される。
(A) A photoresist is applied to the substrate surface,
The resist at the portion where the element isolation region 2 is formed is removed by patterning, and after the etching, the oxide is buried, and then the CMP method (chemical mechanical polishing) is performed.
A step of forming the element isolation region 2; At this time, the active region where the diode is formed in a later step includes a high-concentration P-type semiconductor which is formed in the low-concentration N-type semiconductor region 3 (see step B) and forms the thyristor anode, and a low-concentration P-type semiconductor. It is formed in a region sandwiched between the high-concentration N-type semiconductor region which is formed in the type semiconductor region 4 (see step B) and forms the cathode portion of the thyristor.

【0004】(B)フォトレジストを塗布し、パターニ
ングにより低濃度N型半導体領域3を形成する部分のレ
ジストを除去した後、N型不純物を低濃度にイオン注入
し、低濃度N型半導体領域3を形成する工程。 (C)フォトレジスト除去後、再びフォトレジストを塗
布し、パターニングにより低濃度P型半導体領域4を形
成する部分のレジストを除去し、P型不純物を低濃度に
イオン注入し、低濃度P半導体領域4を形成した後、フ
ォトレジストを除去する工程。
(B) After applying a photoresist and removing the resist in a portion where the low-concentration N-type semiconductor region 3 is to be formed by patterning, low-concentration N-type semiconductor region 3 is ion-implanted at a low concentration. Forming a. (C) After the photoresist is removed, a photoresist is applied again, the resist in the portion where the low-concentration P-type semiconductor region 4 is formed is removed by patterning, and P-type impurities are ion-implanted at a low concentration. Removing the photoresist after forming 4.

【0005】(C’)酸化工程により酸化膜を形成し、
その後、ポリシリコン部5をCVD法(化学蒸着法)等の
方法で形成する工程。すなわち、まずフォトレジストを
塗布し、パターニングによりダイオードを形成する高濃
度N型不純物領域と、高濃度P型不純物領域との間隔を
規定するパターン以外のフォトレジストを除去し、エッ
チングを実施した後、フォトレジストを除去し、ポリシ
リコン部5及び酸化膜パターンを低濃度N型不純物領域
3が形成された基板上に形成する。
(C ′) An oxide film is formed by an oxidation step,
Thereafter, a step of forming the polysilicon portion 5 by a method such as a CVD method (chemical vapor deposition method). That is, first, a photoresist is applied, and the photoresist other than the pattern that defines the distance between the high-concentration N-type impurity region forming the diode by patterning and the high-concentration P-type impurity region is removed, and etching is performed. The photoresist is removed, and a polysilicon portion 5 and an oxide film pattern are formed on the substrate on which the low concentration N-type impurity region 3 is formed.

【0006】(D)フォトレジストを塗布し、パターニ
ングにより低濃度P型半導体領域4に形成される第1の
高濃度N型半導体領域6(サイリスタのカソード部)、
サイリスタのアノード部とサイリスタのカソード部に挟
まれる領域の、低濃度N型半導体領域3内に形成される
ダイオードを形成する第2の高濃度N型半導体領域7、
工程(E)で形成される第1の高濃度P型半導体領域9
(サイリスタのアノード部)から選択した距離離れて形
成される第3の高濃度N型半導体領域8の各レジストを
除去し、N型不純物を基板表面に対してほぼ垂直方向か
ら高濃度にイオン注入を行い、高濃度N型半導体領域
6、7、8を形成する工程。
(D) A first high-concentration N-type semiconductor region 6 (cathode of a thyristor) formed in the low-concentration P-type semiconductor region 4 by applying a photoresist and patterning;
A second high-concentration N-type semiconductor region 7 forming a diode formed in the low-concentration N-type semiconductor region 3 in a region between the thyristor anode portion and the thyristor cathode portion;
First high-concentration P-type semiconductor region 9 formed in step (E)
The resist of the third high-concentration N-type semiconductor region 8 formed at a selected distance from the anode of the thyristor is removed, and N-type impurities are ion-implanted at a high concentration in a direction substantially perpendicular to the substrate surface. To form high-concentration N-type semiconductor regions 6, 7, 8.

【0007】(E)フォトレジストの除去後、再びフォ
トレジストを塗布し、パターニングにより低濃度N型半
導体領域に形成される第1の高濃度P型半導体領域9
(サイリスタのアノード部)、サイリスタのアノード部
とサイリスタのカソード部に挟まれる領域の低濃度N型
半導体領域と、低濃度P型半導体領域とにまたがって形
成される第2の高濃度P型半導体領域10、工程(D)
で形成された第1の高濃度N型半導体領域6(サイリス
タのカソード部)から選択した距離離れた低濃度P型半
導体領域に形成される第3の高濃度P型半導体領域部1
1の各レジストを除去し、P型不純物を基板表面に対し
てほぼ垂直方向から高濃度にイオン注入を行い、高濃度
P型半導体領域9、10、11を形成する工程。
(E) After removing the photoresist, a photoresist is applied again, and the first high-concentration P-type semiconductor region 9 formed in the low-concentration N-type semiconductor region by patterning
(Anode of the thyristor), a second high-concentration P-type semiconductor formed over the low-concentration N-type semiconductor region and the low-concentration P-type semiconductor region between the anode of the thyristor and the cathode of the thyristor Region 10, step (D)
The third high-concentration P-type semiconductor region 1 formed in the low-concentration P-type semiconductor region at a selected distance from the first high-concentration N-type semiconductor region 6 (cathode of the thyristor)
Step 1 of removing each resist and performing high-concentration ion implantation of P-type impurities from a direction substantially perpendicular to the substrate surface to form high-concentration P-type semiconductor regions 9, 10, and 11.

【0008】(F)フォトレジスト除去後、Ti等の金属
膜をスパッタリングにより基板面に形成し、その後、熱
処理により活性化領域部とポリシリコン部の金属シリサ
イドの形成及び工程(C)と工程(D)で注入した不純
物の活性化をし、その後、第1及び第3の高濃度N型半
導体領域6、8と第1及び第3の高濃度P型半導体領域
9、11の各領域にコンタクトを形成し、金属配線など
で、電源、グラウンドもしくは出入力端子のいずれかに
電気的に接続する工程。
(F) After removing the photoresist, a metal film of Ti or the like is formed on the substrate surface by sputtering, and thereafter, the formation of metal silicide in the active region portion and the polysilicon portion by heat treatment and the steps (C) and ( The implanted impurities are activated in D), and thereafter, the first and third high-concentration N-type semiconductor regions 6 and 8 and the first and third high-concentration P-type semiconductor regions 9 and 11 are contacted with each other. And electrically connecting to a power supply, a ground, or an input / output terminal with a metal wiring or the like.

【0009】従来技術による半導体装置の構造では、上
述のような製造工程で明らかなとおり、基板に低濃度N
型半導体領域及び低濃度P型半導体領域が形成されてお
り、低濃度P型半導体領域には第1の高濃度N型半導体
領域6(サイリスタのカソード部)、低濃度N型半導体
領域には第1の高濃度P型半導体領域9(サイリスタの
アノード部)が形成されており、サイリスタのアノード
部とサイリスタのカソード部に挟まれる領域の低濃度N
型半導体領域内には、ダイオードを形成する第2の高濃
度N型半導体領域7と、低濃度N型半導体領域と低濃度
P型半導体領域にまたがって、第2の高濃度P型半導体
領域10とがそれぞれ形成されている。
In the structure of the semiconductor device according to the prior art, the substrate has a low concentration of N
A low-concentration P-type semiconductor region, a first high-concentration N-type semiconductor region 6 (cathode of a thyristor), and a low-concentration N-type semiconductor region. 1, a high-concentration P-type semiconductor region 9 (anode portion of the thyristor) is formed, and the low-concentration N region of the region between the anode portion of the thyristor and the cathode portion of the thyristor is formed.
In the semiconductor region, a second high-concentration N-type semiconductor region 7 forming a diode, and a second high-concentration P-type semiconductor region 10 extending over the low-concentration N-type semiconductor region and the low-concentration P-type semiconductor region. Are formed respectively.

【0010】さらに、第1の高濃度P型半導体領域9
(サイリスタのアノード部)から選択した距離離れた低
濃度N型半導体領域内に第3の高濃度N型半導体領域8
が形成されており、第1の高濃度N型半導体領域6(サ
イリスタのカソード部)から選択した距離離れた低濃度
P型半導体領域に第3の高濃度P型半導体領域部11が
形成されている。
Furthermore, the first high-concentration P-type semiconductor region 9
The third high-concentration N-type semiconductor region 8 is located in the low-concentration N-type semiconductor region at a selected distance from the thyristor anode.
Are formed, and a third high-concentration P-type semiconductor region portion 11 is formed in a low-concentration P-type semiconductor region separated by a selected distance from the first high-concentration N-type semiconductor region 6 (cathode portion of the thyristor). I have.

【0011】従来技術による半導体装置の構造では、電
源、出入力端子、グラウンド端子等と接続されており、
低濃度N型半導体領域に形成される高濃度N型半導体領
域と、低濃度P型半導体領域に形成される高濃度P型半
導体領域とは、各々1つだけ形成されており、サイリス
タの電気的特性、つまりスイッチング電圧(サイリスタ
がオンとなる電圧)とホールディング電圧(サイリスタ
のオン状態を維持するための電圧)は、これらの配置に
依存する。上記説明は、P型基板に作成する場合である
が、N型基板に作成する場合もプロセス的には全く同様
である。
In the structure of a semiconductor device according to the prior art, a power supply, an input / output terminal, a ground terminal and the like are connected.
Only one high-concentration N-type semiconductor region formed in the low-concentration N-type semiconductor region and one high-concentration P-type semiconductor region formed in the low-concentration P-type semiconductor region are formed. The characteristics, that is, the switching voltage (the voltage at which the thyristor is turned on) and the holding voltage (the voltage for maintaining the thyristor in the on state) depend on these arrangements. The above description is for the case of forming on a P-type substrate, but the case of forming on an N-type substrate is completely the same in terms of process.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】CMOS(相補型MOS)プ
ロセスで形成される半導体装置は一般に静電気に対する
耐性が弱く(ゲート酸化膜が薄いので破壊されやす
い)、これを保護するために入出力部には静電気に対す
る保護回路を形成するのが一般的である。こうした静電
気保護の回路を形成する静電気保護装置として、サイリ
スタがよく用いられる。
Semiconductor devices formed by a CMOS (complementary MOS) process generally have low resistance to static electricity (the gate oxide film is thin and thus easily broken). In general, a protection circuit for static electricity is formed. A thyristor is often used as an electrostatic protection device for forming such an electrostatic protection circuit.

【0013】サイリスタはPN接合を2つ以上含む半導体
装置で、典型的には、P−N―P−Nの構造をもち、一
方の端部となるP型半導体をアノード、もう一方の端部
のN型半導体をカソードと呼ぶ。また、サイリスタは一
般的に図15に示すような電流―電圧特性を示す。この
ような特性を持つ半導体装置を静電気保護装置として用
いる場合、スイッチング電圧は電源電圧より大きくする
必要があり、ホールディング電圧は、静電気放電を有効
に逃すために小さくする必要がある。
A thyristor is a semiconductor device including two or more PN junctions, and typically has a PNPN structure. One end of a thyristor is a P-type semiconductor, and the other end is an anode. Is referred to as a cathode. A thyristor generally shows current-voltage characteristics as shown in FIG. When a semiconductor device having such characteristics is used as an electrostatic protection device, the switching voltage needs to be higher than the power supply voltage, and the holding voltage needs to be lower in order to effectively discharge the electrostatic discharge.

【0014】CMOSプロセスを用いて形成され、スイッチ
ング電圧を低下させるためのトリガー用ダイオードを含
む、サイリスタの従来構造を図12、図13に、その等
価回路を図16に示す。ここで、Rsnは低濃度N型半導
体領域に設けられた高濃度N型半導体からサイリスタの
アノードとカソードに挟まれる領域の間の抵抗であり、
Rspは低濃度P型半導体領域に設けられた高濃度P型半
導体からサイリスタのアノードとカソードに挟まれる領
域の間の抵抗である。
FIGS. 12 and 13 show a conventional structure of a thyristor formed using a CMOS process and including a trigger diode for lowering a switching voltage, and FIG. 16 shows an equivalent circuit thereof. Here, Rsn is the resistance between the high-concentration N-type semiconductor provided in the low-concentration N-type semiconductor region and the region between the anode and the cathode of the thyristor,
Rsp is the resistance between the high-concentration P-type semiconductor provided in the low-concentration P-type semiconductor region and the region between the anode and cathode of the thyristor.

【0015】従来例のサイリスタは、サイリスタのスイ
ッチング電圧を低下させるために設けられたトリガー用
ダイオードに、逆方向にブレイクダウン電圧以上の電圧
が印加されるとダイオードに電流が流れ、この電流をき
っかけとしてバイポーラトランジスタがターンオンする
ことにより、結果的にサイリスタが動作する。このた
め、Rsn、Rspを小さくすると、RsnとRspを流れる電流に
よる電圧降下が小さいためにダイオードの両端の電位差
が大きくなり、結果的にサイリスタのスイッチング電圧
が小さくなる。
In the conventional thyristor, when a voltage equal to or higher than a breakdown voltage is applied in the reverse direction to a trigger diode provided to reduce the switching voltage of the thyristor, a current flows through the diode, and this current is triggered. As a result, the thyristor operates by turning on the bipolar transistor. For this reason, when Rsn and Rsp are reduced, the voltage drop due to the current flowing through Rsn and Rsp is small, so that the potential difference between both ends of the diode increases, and as a result, the switching voltage of the thyristor decreases.

【0016】シミュレーション結果例を、図17に示
す。図17の(1)は、サイリスタのアノード部と低濃
度N型半導体領域に形成された第3の高濃度N型半導体
領域の距離を4μmにした場合、図17の(2)は、サ
イリスタのアノード部と低濃度N型半導体領域に形成さ
れた第3の高濃度N型半導体領域の距離1μmにした場
合である。距離を近づける、つまり、抵抗が小さくなる
につれ、オン状態の抵抗値とスイッチング電圧の両方が
小さくなっているのがわかる。このため、本装置をより
酸化膜耐圧の小さいプロセスに適用するために、ホール
ディング電圧を小さくしようとすると、電源電圧もそれ
に従って変更(低く)しなければならない。
FIG. 17 shows an example of a simulation result. FIG. 17A shows a case where the distance between the anode portion of the thyristor and the third high-concentration N-type semiconductor region formed in the low-concentration N-type semiconductor region is 4 μm, and FIG. This is a case where the distance between the anode portion and the third high-concentration N-type semiconductor region formed in the low-concentration N-type semiconductor region is 1 μm. It can be seen that as the distance is reduced, that is, as the resistance is reduced, both the ON-state resistance value and the switching voltage are reduced. For this reason, in order to reduce the holding voltage in order to apply this device to a process with a smaller oxide film breakdown voltage, the power supply voltage must be changed (lower) accordingly.

【0017】本発明の主要な目的の1つは、静電気保護
素子として用いられるサイリスタにおいて、スイッチン
グ電圧とホールディング電圧をレイアウトの変更により
最適化可能とし、微細プロセスにおいて有効なデバイス
構造を与えることである。
One of the main objects of the present invention is to provide a thyristor used as an electrostatic protection element in which the switching voltage and the holding voltage can be optimized by changing the layout, thereby providing a device structure effective in a fine process. .

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板に
N型とP型の低濃度半導体領域をそれぞれ形成し、N型
の低濃度半導体領域にはサイリスタのアノード部として
P型の第1高濃度半導体領域を、P型の低濃度半導体領
域にはサイリスタのカソード部としてN型の第1高濃度
半導体領域をそれぞれ形成し、更にN型とP型の第1高
濃度半導体領域間に挟まれた領域から外れてN型の第2
高濃度半導体領域と、P型の第2高濃度半導体領域と
を、一方の領域を同型の低濃度半導体領域内に、他方の
領域をN型とP型の低濃度半導体領域にまたがって、か
つ所定の間隔をあけてそれぞれ配設してダイオード部を
構成し、P型の第1とN型の第2の高濃度半導体領域か
ら離れてN型の低濃度半導体領域中にN型の第3及び第
4の高濃度半導体領域をそれぞれ形成してそれらのN型
の第3及び第4の高濃度半導体領域とP型の第1高濃度
半導体領域とを電気的に接続し、かつN型の第1とP型
の第2の高濃度半導体領域から離れてP型の低濃度半導
体領域中にP型の第3と第4の高濃度半導体領域をそれ
ぞれ形成してそれらのP型の第3及び第4の高濃度半導
体領域とN型の第1高濃度半導体領域とを電気的に接続
したことを特徴とする半導体装置を提供する。
According to the present invention, an N-type and a P-type low-concentration semiconductor region are respectively formed on a semiconductor substrate, and a P-type first thyristor anode portion is formed in the N-type low-concentration semiconductor region. A high-concentration semiconductor region is formed in the P-type low-concentration semiconductor region, and an N-type first high-concentration semiconductor region is formed as a cathode of the thyristor, and further sandwiched between the N-type and P-type first high-concentration semiconductor regions. N-type second
A high-concentration semiconductor region and a P-type second high-concentration semiconductor region, one of which is in the same type of low-concentration semiconductor region, the other is over the N-type and P-type low-concentration semiconductor regions, and A diode portion is formed at a predetermined interval to form a diode portion. The diode portion is separated from the P-type first and N-type second high-concentration semiconductor regions and is placed in the N-type low-concentration semiconductor region. And a fourth high-concentration semiconductor region are respectively formed to electrically connect the N-type third and fourth high-concentration semiconductor regions to the P-type first high-concentration semiconductor region, and The P-type third and fourth high-concentration semiconductor regions are formed in the P-type low-concentration semiconductor region apart from the first and P-type second high-concentration semiconductor regions, respectively, and the P-type third and fourth high-concentration semiconductor regions are formed. And electrically connecting the fourth high-concentration semiconductor region and the N-type first high-concentration semiconductor region. To provide a semiconductor device.

【0019】本発明は、別の観点によれば、以下の工程
(A)から(F)からなる半導体装置の製造方法を提供
する。 (A)半導体基板上にフォトレジストを塗布し、パター
ニングにより、素子分離領域を形成するための部分のレ
ジストを除去し、エッチング後、酸化物の埋め込みを行
い、その後、CMPを実施し、素子分離領域を形成する
工程、(B)フォトレジストを塗布し、パターニングに
より、低濃度N型半導体領域を形成するための部分のフ
ォトレジストを除去した後、N型不純物を低濃度にイオ
ン注入し、低濃度N型半導体領域を形成する工程、
(C)フォトレジストを除去した後、再びフォトレジス
トを塗布し、パターニングにより、低濃度P型半導体領
域を形成するための部分のフォトレジストを除去し、P
型不純物を低濃度にイオン注入し、低濃度P半導体領域
を形成した後、フォトレジストを除去する工程、(D)
フォトレジストを塗布し、パターニングにより低濃度P
型半導体領域に形成される第1の高濃度N型半導体領域
(カソード部)と、低濃度N型半導体領域に又はこの領
域と低濃度P型半導体領域にまたがって構成されダイオ
ード部を形成する第2の高濃度N型半導体領域と、低濃
度N型半導体領域内で、前記第2の高濃度N型半導体領
域から離れた領域に形成される第3及び第4の高濃度N
型半導体領域との各領域のフォトレジストを除去し、N
型不純物を半導体基板上に対してほぼ垂直方向から高濃
度にイオン注入を行い、第1〜第4の高濃度N型半導体
領域をそれぞれ形成する工程、(E)フォトレジストを
除去した後、再び全面にフォトレジストを塗布し、パタ
ーニングにより、低濃度N型半導体領域に前記第3及び
第4の高濃度N型領域から離れて形成される第1の高濃
度P型半導体領域(アノード部)と、P型とN型の低濃
度半導体領域にまたがるか、又はP型低濃度領域に前記
醍2の高濃度N型半導体領域と所定の間隔をあけて配置
されダイオード部を構成する第2の高濃度P型半導体領
域と、前記第1の高濃度N型半導体領域から離れて低濃
度P型半導体領域内に形成される第3及び第4の高濃度
P型半導体領域との各領域のフォトレジストを除去し、
P型不純物を基板表面に対して、ほぼ垂直方向から、高
濃度にイオン注入を行い、第1から第4の高濃度P型半
導体領域をそれぞれ形成する工程、(F)フォトレジス
トを除去した後、第1、第3及び第4の高濃度N型半導
体領域を電気的に接続し、第1、第3及び第4の高濃度
P型半導体領域を電気的に接続する工程。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device comprising the following steps (A) to (F). (A) A photoresist is applied on a semiconductor substrate, and a portion of the resist for forming an element isolation region is removed by patterning. After etching, an oxide is buried, and then CMP is performed to perform element isolation. Forming a region, (B) applying a photoresist, removing a portion of the photoresist for forming a low-concentration N-type semiconductor region by patterning, ion-implanting N-type impurities at a low concentration; Forming a concentration N-type semiconductor region;
(C) After removing the photoresist, the photoresist is applied again, and by patterning, a portion of the photoresist for forming the low-concentration P-type semiconductor region is removed.
Removing the photoresist after forming a low-concentration P semiconductor region by ion-implanting a low-concentration impurity at a low concentration; (D)
Apply a photoresist and pattern it to a low concentration P
A first high-concentration N-type semiconductor region (cathode portion) formed in the first-type semiconductor region, and a low-concentration N-type semiconductor region or a second portion formed over this region and the low-concentration P-type semiconductor region to form a diode portion. A second high-concentration N-type semiconductor region and a third and fourth high-concentration N formed in a region away from the second high-concentration N-type semiconductor region in the low-concentration N-type semiconductor region.
The photoresist in each region with the mold semiconductor region is removed, and N
Implanting high-concentration impurities into the semiconductor substrate at a high concentration in a direction substantially perpendicular to the semiconductor substrate to form first to fourth high-concentration N-type semiconductor regions; (E) removing the photoresist; A first high-concentration P-type semiconductor region (anode portion) formed by applying a photoresist over the entire surface and patterning the low-concentration N-type semiconductor region apart from the third and fourth high-concentration N-type regions; , The second high-concentration semiconductor region extending over the P-type and N-type low-concentration semiconductor regions or the P-type low-concentration region at a predetermined distance from the second high-concentration N-type semiconductor region. Photoresist in respective regions of a high-concentration P-type semiconductor region and third and fourth high-concentration P-type semiconductor regions formed in the low-concentration P-type semiconductor region apart from the first high-concentration N-type semiconductor region To remove
A step of performing high-concentration ion implantation of a P-type impurity in a direction substantially perpendicular to the substrate surface to form first to fourth high-concentration P-type semiconductor regions, and (F) removing the photoresist Electrically connecting the first, third, and fourth high-concentration N-type semiconductor regions, and electrically connecting the first, third, and fourth high-concentration P-type semiconductor regions.

【0020】すなわち、本発明によれば、サイリスタの
スイッチング電圧を低下させる目的で形成されるトリガ
ー用のダイオードを、低濃度N型半導体領域に形成し、
かつ、ダイオード部を構成する高濃度N型半導体と、高
濃度P型半導体の距離をN型半導体領域上に形成された
ポリシリコン部で規定する場合であるが、別の手段とし
て、この距離を、素子分離領域で規定する場合は、ポリ
シリコン部の形成工程は不要である。また、別の手段と
して、トリガー用のダイオードを低濃度P型半導体領域
に形成する場合は、各々の不純物注入領域形成のための
レジストのパターニングを変更するだけで可能である。
本発明は、更に別の観点によれば、上述の半導体装置の
1つ又は複数を静電気保護素子として含む静電気保護回
路を提供する。
That is, according to the present invention, a trigger diode formed for the purpose of lowering the switching voltage of a thyristor is formed in a low-concentration N-type semiconductor region.
In addition, the distance between the high-concentration N-type semiconductor forming the diode portion and the high-concentration P-type semiconductor is defined by the polysilicon portion formed on the N-type semiconductor region. In the case where the area is defined by the element isolation region, the step of forming the polysilicon portion is unnecessary. Further, as another means, when a trigger diode is formed in a low-concentration P-type semiconductor region, it is possible only by changing the patterning of a resist for forming each impurity-implanted region.
According to still another aspect, the present invention provides an electrostatic protection circuit including one or more of the above-described semiconductor devices as an electrostatic protection element.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明により、CMOSプロセスを用
いて形成されるサイリスタにおいて、スイッチング電圧
を制御する目的で形成されるダイオードを、サイリスタ
のアノードとカソードの間に挟まれた領域から選択した
距離離れた領域に形成し、かつ、サイリスタのアノード
部及びカソード部と、ダイオード部に近接して、各々、
独立した活性化領域を設ける。これにより、レイアウト
の変更により、スイッチング電圧とホールディング電圧
が変更可能となる。これらの動作を、図1、図2、図
3、図9により説明する。
According to the present invention, in a thyristor formed using a CMOS process, a diode formed for the purpose of controlling a switching voltage is selected from a region sandwiched between an anode and a cathode of the thyristor. It is formed in a remote area, and in the vicinity of the anode and cathode of the thyristor and the diode,
An independent activation region is provided. Thus, the switching voltage and the holding voltage can be changed by changing the layout. These operations will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, and FIG.

【0022】図1は本発明に係る半導体装置を基板面に
対し垂直方向より見たレイアウト図であり、図2、図3
は図1に示される、A−A’及びB−B’における断面
図である。図9は図1の半導体装置の等価回路図であ
り、ここに示される各抵抗Rsn1〜Rsn3、Rsp1〜Rsp3
は図2及び図3に示されるように配置形成される。但
し、Rsn3、Rsp3は図3の断面内のみでなく、A−A’
とB−B’の間の拡散抵抗を意味する。図9を参照する
と、Rsn2とRsp2を小さくすれば、Rsn2とRsp2の電圧
降下は小さくなり、ダイオードの両端の電位差が大きく
なり、スイッチング電圧が小さくなる。
FIG. 1 is a layout view of a semiconductor device according to the present invention viewed from a direction perpendicular to a substrate surface.
FIG. 2 is a sectional view taken along AA ′ and BB ′ shown in FIG. 1. FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor device of FIG. 1, and each of the resistors Rsn1 to Rsn3, Rsp1 to Rsp3 shown here.
Are arranged and formed as shown in FIGS. However, Rsn3 and Rsp3 are not only in the cross section of FIG.
And the diffusion resistance between BB ′. Referring to FIG. 9, when Rsn2 and Rsp2 are reduced, the voltage drop between Rsn2 and Rsp2 is reduced, the potential difference between both ends of the diode is increased, and the switching voltage is reduced.

【0023】しかし、いったん電流が流れ始めると、Rs
n3及びRsp3を介して接続される、バイポーラトランジ
スタのベース領域の電位とエミッタ間の電位差も大きく
なるために、サイリスタがターンオンする。このオン状
態の電圧は、もっぱらバイポーラトランジスタのオン抵
抗と、Rsn1、Rsp1により決定される。このことから、
各々の抵抗を適切に設定することで、サイリスタのスイ
ッチング電圧とホールディング電圧を独立して設定可能
となる。
However, once the current starts flowing, Rs
The thyristor is turned on because the potential difference between the base region and the emitter of the bipolar transistor, which is connected via n3 and Rsp3, also increases. The on-state voltage is determined solely by the on-resistance of the bipolar transistor and Rsn1 and Rsp1. From this,
By appropriately setting each resistance, the switching voltage and the holding voltage of the thyristor can be set independently.

【0024】サイリスタのトリガー用のダイオードを低
濃度N型半導体中に形成し、ダイオードを形成する高濃
度N型半導体領域と高濃度P型半導体領域の距離は、素
子分離領域で規定されるように形成可能である。また、
サイリスタのトリガー用のダイオードを低濃度P型半導
体中に形成し、ダイオードを形成する高濃度N型半導体
領域と高濃度P型半導体領域の距離は、ポリシリコン部
で規定されるように形成可能である。さらに、サイリス
タのトリガー用のダイオードを低濃度P型半導体中に形
成し、ダイオードを形成する高濃度N型半導体領域と高
濃度P型半導体領域の距離は、素子分離領域で規定され
るように形成可能である。
A thyristor trigger diode is formed in a low-concentration N-type semiconductor, and the distance between a high-concentration N-type semiconductor region and a high-concentration P-type semiconductor region forming a diode is defined by an element isolation region. It can be formed. Also,
A thyristor trigger diode is formed in the low-concentration P-type semiconductor, and the distance between the high-concentration N-type semiconductor region and the high-concentration P-type semiconductor region forming the diode can be formed as defined by the polysilicon portion. is there. Further, a thyristor trigger diode is formed in the low-concentration P-type semiconductor, and the distance between the high-concentration N-type semiconductor region and the high-concentration P-type semiconductor region forming the diode is formed so as to be defined by the element isolation region. It is possible.

【0025】各々のRsn1〜Rsn3、Rsp1〜Rsp3の各抵
抗を適切に設定することで、サイリスタのスイッチング
電圧とホールディング電圧を独立して設定可能である。
通常のCMOSトランジスタ形成のプロセスに含まれる工程
であり、追加の工程を必要としない。
By appropriately setting the respective resistors Rsn1 to Rsn3 and Rsp1 to Rsp3, the switching voltage and the holding voltage of the thyristor can be set independently.
This is a step included in the process of forming a normal CMOS transistor, and does not require an additional step.

【0026】[0026]

【実施例】ここで、本発明の実施例について説明する。
サイリスタのトリガー用ダイオードを低濃度N型半導体
領域中にポリシリコン部を用いて作成する場合を例に、
本発明に係る半導体装置の構造とその製造方法を、図7
と図8にしたがって説明する。図7は図1のA−A’断
面に、図8は図1のB−B’断面にそれぞれ対応する。
Here, embodiments of the present invention will be described.
In the case where a trigger diode of a thyristor is formed using a polysilicon portion in a low-concentration N-type semiconductor region,
FIG. 7 shows a structure of a semiconductor device according to the present invention and a method of manufacturing the same.
FIG. FIG. 7 corresponds to the AA ′ section of FIG. 1 and FIG. 8 corresponds to the BB ′ section of FIG.

【0027】工程(A) まず、P型シリコン基板12(不純物濃度〜2.0×1015/
cm3)の基板面にフォトレジストを塗布し、パターニン
グにより、素子分離領域13を形成する部分のレジスト
を取り除く。そして、エッチング後、酸化物の埋め込み
を行い、CMP法(化学的機械研磨法)を実施し、素子分
離領域13を形成する。この際、後述の工程(C’)で
ダイオード部が形成される活性化領域部を、工程(D)
で形成されるカソード部と、工程(E)で形成されるア
ノード部とに挟まれる領域から素子分離領域13を挟ん
で、選択した距離離れて形成する。
Step (A) First, a P-type silicon substrate 12 (impurity concentration of 2.0 × 10 15 /
A photoresist is applied to the substrate surface of cm 3 ), and the resist in a portion where the element isolation region 13 is to be formed is removed by patterning. After the etching, an oxide is buried, and a CMP method (chemical mechanical polishing) is performed to form an element isolation region 13. At this time, the active region where the diode portion is formed in the step (C ′) described later is replaced with the step (D).
Are formed at a selected distance from the region sandwiched between the cathode portion formed in step (A) and the anode portion formed in step (E) with the element isolation region 13 interposed therebetween.

【0028】工程(B) フォトレジストを塗布し、パターニングにより、低濃度
N型半導体領域を形成する部分のレジストを除去した
後、リン(31+)等のN型不純物を低濃度にイオン注
入し、低濃度N型不純物領域14(不純物濃度〜5.0×1
017/cm3)を形成する。
Step (B) A photoresist is applied, and the resist at the portion where the low-concentration N-type semiconductor region is to be formed is removed by patterning. Then, an N-type impurity such as phosphorus ( 31 P + ) is ion-implanted at a low concentration. And the low-concentration N-type impurity region 14 (impurity concentration of about 5.0 × 1
0 17 / cm 3 ).

【0029】工程(C) 次いで、フォトレジスト除去後、再びフォトレジストを
塗布し、パターニングにより低濃度P型半導体領域を形
成する部分のレジストを除去し、ボロン(11 +)等の
P型不純物を低濃度にイオン注入し、低濃度P半導体領
域15(不純物濃度〜2.0×1017/cm3)を形成した後、
フォトレジストを除去する。
Step (C) Next, after the photoresist is removed, the photoresist is removed again.
Apply and pattern to form a low-concentration P-type semiconductor region
The resist of the part to be formed is removed and boron (11B +)
P-type impurities are ion-implanted at a low concentration to form
Area 15 (impurity concentration ~ 2.0 × 1017/cmThree), Then
Remove the photoresist.

【0030】工程(C’) 酸化工程により酸化膜を形成し、その後、ポリシリコン
部をCVD(化学蒸着法)等の方法で形成する。フォトレ
ジストを塗布し、パターニングにより、工程(D)で形
成される第2の高濃度N型不純物領域と、工程(E)で
形成される第2の高濃度P型不純物領域の間隔を規定す
るポリシリコン部16以外のフォトレジストを除去し、
エッチングを実施した後、フォトレジストを除去し、ポ
リシリコン部16を基板上の低濃度N型不純物領域に形
成する。
Step (C ') An oxide film is formed by an oxidation step, and then a polysilicon portion is formed by a method such as CVD (chemical vapor deposition). A distance between the second high-concentration N-type impurity region formed in step (D) and the second high-concentration P-type impurity region formed in step (E) is defined by applying a photoresist and patterning. The photoresist other than the polysilicon portion 16 is removed,
After the etching, the photoresist is removed, and a polysilicon portion 16 is formed in the low-concentration N-type impurity region on the substrate.

【0031】工程(D) フォトレジストを塗布し、パターニングにより低濃度P
型半導体領域に形成される第1の高濃度N型半導体領域
17(カソード部)と、低濃度N型半導体領域に形成さ
れダイオード部を形成する第2の高濃度N型半導体領域
18と、低濃度N型半導体領域内で、工程(E)で形成
される第1の高濃度P型半導体領域21(アノード部)
から選択距離離れた領域に形成される第3の高濃度N型
半導体領域19と、低濃度N型半導体領域内で第2の高
濃度N型半導体領域18から選択距離離れた領域に形成
される第4の高濃度N型半導体領域20との各領域のレ
ジストを除去する。次いで、砒素(75As+)等のN型
不純物を基板表面に対してほぼ垂直方向から高濃度(〜
3.0×1015/cm3、50KeV)にイオン注入を行い、第1から
第4の高濃度N型半導体領域17、18、19、20を
形成する。
Step (D) A photoresist is applied and a low concentration P is formed by patterning.
A first high concentration N-type semiconductor region 17 (cathode portion) formed in the low concentration N-type semiconductor region, a second high concentration N-type semiconductor region 18 forming the diode portion in the low concentration N-type semiconductor region, First high-concentration P-type semiconductor region 21 (anode portion) formed in step (E) in the concentration N-type semiconductor region
And a third high-concentration N-type semiconductor region 19 formed in a region away from the second high-concentration N-type semiconductor region 18 by a selection distance from the second high-concentration N-type semiconductor region 18 in the low-concentration N-type semiconductor region. The resist in each region with the fourth high-concentration N-type semiconductor region 20 is removed. Then, high concentration (~ N-type impurities such as arsenic (75 As +) from a direction substantially perpendicular to the substrate surface
Ions are implanted at 3.0 × 10 15 / cm 3 and 50 KeV) to form first to fourth high-concentration N-type semiconductor regions 17, 18, 19 and 20.

【0032】工程(E) フォトレジスト除去後、再び全面にフォトレジストを塗
布し、パターニングにより低濃度N型半導体領域に形成
される第1の高濃度P型半導体領域21(アノード部)
と、低濃度P型半導体領域と低濃度N型半導体領域にま
たがって形成され、ダイオード部を形成する第2の高濃
度P型半導体領域22と、低濃度P型半導体領域内で、
工程(D)で形成された第1の高濃度N型半導体領域1
7から選択距離離れた領域に形成される第3の高濃度P
型半導体領域23と、低濃度P型半導体領域で、第2の
高濃度P型半導体領域22から選択距離離れた領域に形
成される第4の高濃度P型半導体領域24との各領域の
レジストを除去する。次いで、ボロン(BF2+)等のP型
不純物を基板表面に対してほぼ垂直方向から高濃度(〜
2.0×1015/cm2、40KeV)にイオン注入を行い、第1から
第4の高濃度N型半導体領域21、22、23、24を
形成する。
Step (E) After the removal of the photoresist, a photoresist is applied to the entire surface again, and the first high-concentration P-type semiconductor region 21 (anode portion) formed in the low-concentration N-type semiconductor region by patterning
And a second high-concentration P-type semiconductor region 22 formed over the low-concentration P-type semiconductor region and the low-concentration N-type semiconductor region to form a diode portion;
First high concentration N-type semiconductor region 1 formed in step (D)
7, the third high concentration P formed in a region separated by a selected distance from
Resists in the respective regions of a high-concentration P-type semiconductor region 23 and a fourth high-concentration P-type semiconductor region 24 formed in a region of a low-concentration P-type semiconductor region and a selected distance from the second high-concentration P-type semiconductor region 22 Is removed. Next, a P-type impurity such as boron (BF2 + ) is concentrated in a direction substantially perpendicular to the substrate surface (~
Ions are implanted at 2.0 × 10 15 / cm 2 and 40 KeV) to form first to fourth high-concentration N-type semiconductor regions 21, 22, 23 and 24.

【0033】工程(F) フォトレジスト除去後、Ti等の金属をスパッタリングに
より、基板面に形成し、その後、熱処理により活性化領
域とポリシリコン部の金属シリサイドを自己整合的に形
成すると共に、工程(D)及び(E)で注入した不純物
の活性化を実施し、第1、第3及び第4の高濃度N型半
導体領域17、19、20と、第1、第3及び第4の高
濃度P型半導体領域21、23、24の各領域にコンタ
クトを形成し、第1の高濃度P型半導体領域21と第
3、第4の高濃度N型半導体領域19、20を同じ端子
T1に接続し、第1の高濃度N型半導体領域17と第3、
第3の高濃度P型半導体領域23、24を同じ端子T2に
接続する。T1とT2を金属配線等で、電源、グラウンド、
もしくは入出力端子のいずれかに電気的に接続する。
Step (F) After removing the photoresist, a metal such as Ti is formed on the substrate surface by sputtering, and thereafter, the activated region and the metal silicide of the polysilicon portion are formed in a self-aligned manner by heat treatment. The activation of the impurities implanted in (D) and (E) is performed, and the first, third, and fourth high-concentration N-type semiconductor regions 17, 19, and 20, and the first, third, and fourth high-concentration N-type semiconductor regions are activated. A contact is formed in each of the high-concentration P-type semiconductor regions 21, 23, and 24, and the first high-concentration P-type semiconductor region 21 and the third and fourth high-concentration N-type semiconductor regions 19, 20 are connected to the same terminal.
T1 and the first high-concentration N-type semiconductor region 17 and the third,
The third high-concentration P-type semiconductor regions 23 and 24 are connected to the same terminal T2. Power supply, ground, T1 and T2 with metal wiring etc.
Alternatively, it is electrically connected to one of the input / output terminals.

【0034】以上の工程で作成される半導体装置は、第
3と第4の高濃度N型半導体領域19、20及び第3と
第4の高濃度P型半導体領域23、24を別々に配置す
ることで、サイリスタのスイッチング電圧とターンオン
後の電圧を、独立に変更することが可能である。
In the semiconductor device manufactured by the above steps, the third and fourth high-concentration N-type semiconductor regions 19 and 20 and the third and fourth high-concentration P-type semiconductor regions 23 and 24 are separately arranged. This makes it possible to independently change the switching voltage of the thyristor and the voltage after turning on.

【0035】図10に、本発明の実施例による、半導体
装置のシミュレーションによる電気特性を示す。図10
の(1)の場合は、第4の高濃度N半導体領域20とダ
イオード部を形成する第2の高濃度N型半導体領域18
との距離は約1.5μmであり、(2)の場合では約5.0μ
mであり、その他の設計値及びプロセス条件は同じであ
る。図10の(1)と(2)を比べると、サイリスタの
スイッチング電圧は異なっており、ターンオン後の電圧
はほぼ等しいことが分かる。
FIG. 10 shows the electrical characteristics of a semiconductor device by simulation according to the embodiment of the present invention. FIG.
In the case of (1), the fourth high-concentration N-type semiconductor region 20 and the second high-concentration N-type semiconductor region 18 forming the diode portion are formed.
Is about 1.5 μm, and in the case of (2), about 5.0 μm
m, and other design values and process conditions are the same. Comparing (1) and (2) of FIG. 10, it can be seen that the switching voltages of the thyristors are different, and the voltages after turn-on are almost equal.

【0036】図4、図5、図6は本発明による半導体装
置の別の実施例2、3、4の図1相当図である。図4の
実施例2では、ダイオード部を形成している第2の高濃
度N型半導体領域と第2の高濃度P型半導体領域の間の
距離は、素子分離領域で規定されている。図5及び図6
の実施例3、4においては、サイリスタのスイッチング
電圧を低下させるために形成されるダイオード部は、低
濃度P型半導体領域に形成されている。ダイオード部を
形成している第2の高濃度N型半導体領域と、第2の高
濃度P型半導体領域の間の距離は、図5の実施例3にお
いては、ポリシリコン部で規定されており、図6の実施
例4では、素子分離領域で規定されている。図4、図
5、図6のいずれの実施例においても、低濃度P型半導
体領域内に、サイリスタのカソード部とダイオード部を
形成する高濃度P型半導体領域から選択した距離だけ離
して、第3の高濃度P型半導体領域と、第4の高濃度P
型半導体領域が、各々独立して形成されている。また、
低濃度N型半導体領域内に、サイリスタのアノード部と
ダイオード部を形成する高濃度N型半導体領域から選択
した距離だけ離して、第3の高濃度N型半導体領域と、
第4の高濃度N型半導体領域が各々独立して形成されて
いる。これら第3及び第4の高濃度N型半導体の配置及
び第3と第4の高濃度P型半導体領域の配置を変更する
ことにより、各々の抵抗値が独立して変化し、サイリス
タの電気特性を変更可能である。
FIGS. 4, 5, and 6 are views corresponding to FIG. 1 of other embodiments 2, 3, and 4 of the semiconductor device according to the present invention. In Example 2 of FIG. 4, the distance between the second high-concentration N-type semiconductor region forming the diode portion and the second high-concentration P-type semiconductor region is defined by the element isolation region. 5 and 6
In the third and fourth embodiments, the diode portion formed to lower the switching voltage of the thyristor is formed in the low-concentration P-type semiconductor region. The distance between the second high-concentration N-type semiconductor region forming the diode portion and the second high-concentration P-type semiconductor region is defined by the polysilicon portion in the third embodiment of FIG. In the fourth embodiment shown in FIG. 6, it is defined by the element isolation region. In any of the embodiments shown in FIGS. 4, 5, and 6, the cathode of the thyristor and the high-concentration P-type semiconductor region forming the diode portion are separated from each other by a selected distance in the low-concentration P-type semiconductor region. 3 high-concentration P-type semiconductor regions and a fourth high-concentration P-type semiconductor region.
The type semiconductor regions are formed independently of each other. Also,
A third high-concentration N-type semiconductor region separated from the high-concentration N-type semiconductor region forming the anode portion and the diode portion of the thyristor by a selected distance in the low-concentration N-type semiconductor region;
Fourth high-concentration N-type semiconductor regions are formed independently of each other. By changing the arrangement of the third and fourth high-concentration N-type semiconductors and the arrangement of the third and fourth high-concentration P-type semiconductor regions, the respective resistance values independently change, and the electrical characteristics of the thyristor are changed. Can be changed.

【0037】本発明によるサイリスタを静電気保護回路
に適用した例が図11である。図11では入出力端子−
グラウンド端子間の保護素子として用いられている。
FIG. 11 shows an example in which the thyristor according to the present invention is applied to an electrostatic protection circuit. In FIG. 11, the input / output terminal
Used as a protection element between ground terminals.

【0038】上記実施例に示されるように、本発明によ
り、スイッチング電圧とホールディング電圧を独立に変
更可能であり、CMOSプロセスで形成される半導体回路の
適切な保護素子が作成可能である。
As shown in the above embodiment, according to the present invention, the switching voltage and the holding voltage can be changed independently, and an appropriate protection element for a semiconductor circuit formed by a CMOS process can be produced.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明により、サイリスタのアノードと
カソードに挟まれる領域から選択した距離を離してダイ
オード部を形成すること、及びアノード部とカソード部
とをダイオード部の近傍に各々独立した活性化領域を形
成し、レイアウトの変更により、各領域間の抵抗を適切
に設定し、それによって、サイリスタのホールディング
電圧とスイッチング電圧を独立に最適化可能となり、CM
OSプロセスで形成されるトランジスタの静電破壊を防ぐ
ための適切な保護素子及び保護回路を形成することが可
能となる。
According to the present invention, the diode portion is formed at a selected distance from the region between the anode and the cathode of the thyristor, and the anode portion and the cathode portion are independently activated near the diode portion. By forming regions and changing the layout, the resistance between each region is set appropriately, thereby enabling the thyristor holding voltage and switching voltage to be independently optimized, and the CM
It is possible to form an appropriate protection element and protection circuit for preventing electrostatic breakdown of a transistor formed in the OS process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る半導体装置を基板面に対し垂直方
向より見たレイアウト図である。
FIG. 1 is a layout view of a semiconductor device according to the present invention as viewed from a direction perpendicular to a substrate surface.

【図2】図1のA―A’断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line A-A 'of FIG.

【図3】図1のB―B’断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line B-B 'of FIG.

【図4】本発明の実施例2を示す図1相当図である。FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例3を示す図1相当図である。FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 1 showing a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例4を示す図1相当図である。FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 1 showing a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明に係る半導体装置の製造方法を説明す
る、図1のA―A’断面についての工程図である。
FIG. 7 is a process drawing showing a cross section AA ′ of FIG. 1 for explaining the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図8】図1のB−B’断面についての図7相当図であ
る。
FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 7, showing a section taken along line BB ′ of FIG. 1;

【図9】図1の半導体装置の等価回路図である。FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor device of FIG. 1;

【図10】本発明のサイリスタの電気特性を示すグラフ
である。
FIG. 10 is a graph showing the electrical characteristics of the thyristor of the present invention.

【図11】本発明に係る半導体装置の保護装置を示す説
明図である。
FIG. 11 is an explanatory view showing a protection device for a semiconductor device according to the present invention.

【図12】従来の半導体装置を示す図1相当図である。FIG. 12 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing a conventional semiconductor device.

【図13】図12のA―A’断面図である。FIG. 13 is a sectional view taken along line A-A ′ of FIG.

【図14】従来の半導体装置の製造方法を示す図7相当
図である。
FIG. 14 is a view corresponding to FIG. 7, illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図15】一般的なサイリスタの電流―電圧特性を示す
グラフである。
FIG. 15 is a graph showing current-voltage characteristics of a general thyristor.

【図16】従来例の等価回路図である。FIG. 16 is an equivalent circuit diagram of a conventional example.

【図17】従来例のサイリスタの電気特性を示すグラフ
である。
FIG. 17 is a graph showing electric characteristics of a conventional thyristor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 P型シリコン基板 13 素子分離領域 14 低濃度N型不純物領域 15 低濃度P型半導体領域 16 ポリシリコン部 17 第1の高濃度N型半導体領域(カソード) 18 第2の高濃度N型半導体領域 19 第3の高濃度N型半導体領域 20 第4の高濃度N型半導体領域 21 第1の高濃度P型半導体領域(アノード部) 22 第2の高濃度P型半導体領域(ダイオード部) 23 第3の高濃度P型半導体領域 24 第4の高濃度P型半導体領域 Reference Signs List 12 P-type silicon substrate 13 Element isolation region 14 Low-concentration N-type impurity region 15 Low-concentration P-type semiconductor region 16 Polysilicon portion 17 First high-concentration N-type semiconductor region (cathode) 18 Second high-concentration N-type semiconductor region 19 third high-concentration N-type semiconductor region 20 fourth high-concentration N-type semiconductor region 21 first high-concentration P-type semiconductor region (anode) 22 second high-concentration P-type semiconductor region (diode) 23 3 high concentration P-type semiconductor region 24 fourth high concentration P-type semiconductor region

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板にN型とP型の低濃度半導体
領域をそれぞれ形成し、N型の低濃度半導体領域にはサ
イリスタのアノード部としてP型の第1高濃度半導体領
域を、P型の低濃度半導体領域にはサイリスタのカソー
ド部としてN型の第1高濃度半導体領域をそれぞれ形成
し、更にN型とP型の第1高濃度半導体領域間に挟まれ
た領域から外れて、N型の第2高濃度半導体領域と、P
型の第2高濃度半導体領域とを、一方の領域を同型の低
濃度半導体領域内に、他方の領域をN型とP型の低濃度
半導体領域にまたがって、かつ所定の間隔をあけてそれ
ぞれ配設してダイオード部を構成し、 P型の第1とN型の第2の高濃度半導体領域から離れて
N型の低濃度半導体領域中にN型の第3及び第4の高濃
度半導体領域をそれぞれ形成してそれらのN型の第3及
び第4の高濃度半導体領域とP型の第1高濃度半導体領
域とを電気的に接続し、かつN型の第1とP型の第2の
高濃度半導体領域から離れてP型の低濃度半導体領域中
にP型の第3と第4の高濃度半導体領域をそれぞれ形成
してそれらのP型の第3及び第4の高濃度半導体領域と
N型の第1高濃度半導体領域とを電気的に接続したこと
を特徴とする半導体装置。
An N-type and P-type low-concentration semiconductor region are respectively formed on a semiconductor substrate, and a P-type first high-concentration semiconductor region as an anode of a thyristor is formed in the N-type low-concentration semiconductor region. In the low-concentration semiconductor region, an N-type first high-concentration semiconductor region is formed as a thyristor cathode portion. Further, the N-type first high-concentration semiconductor region is separated from the region sandwiched between the N-type and P-type first high-concentration semiconductor regions. Second high-concentration semiconductor region of
A second high-concentration semiconductor region of one type, and one region within the low-concentration semiconductor region of the same type, and the other region over the low-concentration semiconductor regions of N-type and P-type, and at predetermined intervals. A diode portion is disposed to form N-type third and fourth high-concentration semiconductors in the N-type low-concentration semiconductor region apart from the P-type first and N-type second high-concentration semiconductor regions. Regions are formed respectively to electrically connect the N-type third and fourth high-concentration semiconductor regions to the P-type first high-concentration semiconductor region, and to form N-type first and P-type high-concentration semiconductor regions. P-type third and fourth high-concentration semiconductor regions are respectively formed in the P-type low-concentration semiconductor region apart from the high-concentration semiconductor region of P2, and the P-type third and fourth high-concentration semiconductor regions are formed. A semiconductor device in which a region and an N-type first high-concentration semiconductor region are electrically connected.
【請求項2】 N型の第2高濃度半導体領域がN型の低
濃度半導体領域内に、P型の第2高濃度半導体領域がN
型とP型の低濃度半導体領域にまたがってそれぞれ形成
された請求項1に記載の半導体装置。
2. An N-type second high-concentration semiconductor region includes an N-type low-concentration semiconductor region, and a P-type second high-concentration semiconductor region includes an N-type second high-concentration semiconductor region.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed over the low-concentration semiconductor regions of the P-type and the P-type, respectively.
【請求項3】 P型の第2高濃度半導体領域がP型の低
濃度半導体装置内に、N型の第2高濃度半導体領域がN
型とP型の低濃度半導体領域にまたがってそれぞれ形成
された請求項1に記載の半導体装置。
3. The P-type second high-concentration semiconductor region includes an N-type second high-concentration semiconductor region in a P-type low-concentration semiconductor device.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed over the low-concentration semiconductor regions of the P-type and the P-type, respectively.
【請求項4】 半導体基板上に、N型とP型の第2高濃
度半導体領域の所定の間隔を規定するためのポリシリコ
ン部を形成してなる請求項1〜3のいずれか1つに記載
の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a polysilicon portion for defining a predetermined interval between the N-type and P-type second high-concentration semiconductor regions is formed on the semiconductor substrate. 13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項5】 半導体基板に、N型とP型の第2高濃度
半導体領域の所定の間隔を規定するための素子分離領域
を形成して成る請求項1〜3のいずれか1つに記載の半
導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein an element isolation region for defining a predetermined interval between the N-type and P-type second high-concentration semiconductor regions is formed in the semiconductor substrate. Semiconductor device.
【請求項6】 半導体基板上に導電領域を形成し、この
導電領域がN型の第3及び第4の高濃度半導体領域とP
型の第1高濃度半導体領域との電気的な接続及びP型の
第3及び第4の高濃度半導体領域とN型の第1高濃度半
導体領域との電気的な接続をそれぞれ行った請求項1〜
5のいずれか1つに記載の半導体装置。
6. A conductive region is formed on a semiconductor substrate, and the conductive region is connected to N-type third and fourth high-concentration semiconductor regions.
The electrical connection with the first high-concentration semiconductor region of the type and the electrical connection between the third and fourth high-concentration semiconductor regions of the P-type and the first high-concentration semiconductor region of the N-type, respectively. 1 to
6. The semiconductor device according to any one of 5.
【請求項7】 以下の工程(A)から(F)からなる半
導体装置の製造方法。 (A)半導体基板上にフォトレジストを塗布し、パター
ニングにより、素子分離領域を形成するための部分のレ
ジストを除去し、エッチング後、酸化物の埋め込みを行
い、その後、CMPを実施し、素子分離領域を形成する
工程。 (B)フォトレジストを塗布し、パターニングにより、
低濃度N型半導体領域を形成するための部分のフォトレ
ジストを除去した後、N型不純物を低濃度にイオン注入
し、低濃度N型半導体領域を形成する工程。 (C)フォトレジストを除去した後、再びフォトレジス
トを塗布し、パターニングにより、低濃度P型半導体領
域を形成するための部分のフォトレジストを除去し、P
型不純物を低濃度にイオン注入し、低濃度P半導体領域
を形成した後、フォトレジストを除去する工程。 (D)フォトレジストを塗布し、パターニングにより低
濃度P型半導体領域に形成される第1の高濃度N型半導
体領域(カソード部)と、低濃度N型半導体領域に又は
この領域と低濃度P型半導体領域にまたがって構成され
ダイオード部を形成する第2の高濃度N型半導体領域
と、低濃度N型半導体領域内で、前記第2の高濃度N型
半導体領域から離れた領域に形成される第3及び第4の
高濃度N型半導体領域との各領域のフォトレジストを除
去し、N型不純物を半導体基板上に対してほぼ垂直方向
から高濃度にイオン注入を行い、第1〜第4の高濃度N
型半導体領域をそれぞれ形成する工程。 (E)フォトレジストを除去した後、再び全面にフォト
レジストを塗布し、パターニングにより、低濃度N型半
導体領域に前記第3及び第4の高濃度N型領域から離れ
て形成される第1の高濃度P型半導体領域(アノード
部)と、P型とN型の低濃度半導体領域にまたがるか、
又はP型低濃度領域に前記第2の高濃度N型半導体領域
と所定の間隔をあけて配置されダイオード部を構成する
第2の高濃度P型半導体領域と、前記第1の高濃度N型
半導体領域から離れて低濃度P型半導体領域内に形成さ
れる第3及び第4の高濃度P型半導体領域との各領域の
フォトレジストを除去し、P型不純物を基板表面に対し
て、ほぼ垂直方向から、高濃度にイオン注入を行い、第
1から第4の高濃度P型半導体領域をそれぞれ形成する
工程。 (F)フォトレジストを除去した後、第1、第3及び第
4の高濃度N型半導体領域を電気的に接続し、第1、第
3及び第4の高濃度P型半導体領域を電気的に接続する
工程。
7. A method for manufacturing a semiconductor device comprising the following steps (A) to (F). (A) A photoresist is applied on a semiconductor substrate, and a portion of the resist for forming an element isolation region is removed by patterning. After etching, an oxide is buried, and then CMP is performed to perform element isolation. Forming a region; (B) By applying a photoresist and patterning,
Forming a low-concentration N-type semiconductor region by removing a portion of the photoresist for forming the low-concentration N-type semiconductor region and then implanting N-type impurities at a low concentration; (C) After removing the photoresist, the photoresist is applied again, and by patterning, a portion of the photoresist for forming the low-concentration P-type semiconductor region is removed.
Removing the photoresist after the low-concentration P semiconductor region is formed by ion-implanting a low-concentration type impurity. (D) A first high-concentration N-type semiconductor region (cathode portion) formed in a low-concentration P-type semiconductor region by coating and patterning a photoresist, and a low-concentration N-type semiconductor region or a low-concentration P-type semiconductor region. A second high-concentration N-type semiconductor region that is formed across the semiconductor region and forms a diode portion; and a second high-concentration N-type semiconductor region formed in the low-concentration N-type semiconductor region and away from the second high-concentration N-type semiconductor region. The photoresist in each of the third and fourth high-concentration N-type semiconductor regions is removed, and N-type impurities are ion-implanted at a high concentration in a direction substantially perpendicular to the semiconductor substrate. High concentration N of 4
Forming respective mold semiconductor regions. (E) After removing the photoresist, a photoresist is again applied to the entire surface, and the first is formed in the low-concentration N-type semiconductor region by patterning away from the third and fourth high-concentration N-type regions. Whether it spans the high-concentration P-type semiconductor region (anode) and the P-type and N-type low-concentration semiconductor regions,
Alternatively, a second high-concentration P-type semiconductor region, which is arranged at a predetermined distance from the second high-concentration N-type semiconductor region in the P-type low-concentration region to form a diode portion, and the first high-concentration N-type semiconductor region; The photoresist in each of the third and fourth high-concentration P-type semiconductor regions formed in the low-concentration P-type semiconductor region apart from the semiconductor region is removed, and P-type impurities are substantially removed from the substrate surface. A step of performing high-concentration ion implantation from a vertical direction to form first to fourth high-concentration P-type semiconductor regions; (F) After removing the photoresist, the first, third, and fourth high-concentration N-type semiconductor regions are electrically connected, and the first, third, and fourth high-concentration P-type semiconductor regions are electrically connected. Step of connecting to.
【請求項8】 工程(E)において、N型とP型の第2
高濃度半導体領域を所定の間隔に配置するに際して、予
めその所定の間隔を規定するポリシリコン部を半導体基
板上に形成する請求項7に記載の半導体装置の製造方
法。
8. In the step (E), N-type and P-type second
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein when arranging the high-concentration semiconductor regions at a predetermined interval, a polysilicon portion defining the predetermined interval is formed on the semiconductor substrate in advance.
【請求項9】 工程(E)において、N型とP型の第2
高濃度半導体領域を所定の間隔に配置するに際して、予
めその所定の間隔を規定する素子分離領域を半導体基板
に形成する請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
9. In the step (E), N-type and P-type second
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein when arranging the high-concentration semiconductor regions at a predetermined interval, an element isolation region defining the predetermined interval is formed in the semiconductor substrate in advance.
【請求項10】 工程(D)及び(E)において、N型
とP型の第2高濃度半導体領域をN型低濃度半導体領域
内に、P型の第2高濃度半導体領域をN型とP型の低濃
度半導体領域にまたがってそれぞれ形成する請求項7〜
9のいずれか1つに記載の半導体装置。
10. In steps (D) and (E), the N-type and P-type second high-concentration semiconductor regions are set in the N-type low-concentration semiconductor region, and the P-type second high-concentration semiconductor region is set in the N-type. 7. The semiconductor device according to claim 7, wherein said semiconductor layer is formed over a P-type low-concentration semiconductor region.
10. The semiconductor device according to any one of items 9.
【請求項11】 工程(D)及び(E)において、P型
の第2高濃度半導体領域をP型低濃度半導体領域内に、
N型の第2高濃度半導体領域をN型とP型の低濃度半導
体領域にまたがってそれぞれ形成する請求項7〜9のい
ずれか1つに記載の半導体装置。
11. In the steps (D) and (E), the P-type second high-concentration semiconductor region is placed in the P-type low-concentration semiconductor region.
The semiconductor device according to claim 7, wherein the N-type second high-concentration semiconductor region is formed over the N-type and P-type low-concentration semiconductor regions, respectively.
【請求項12】 請求項1に記載の半導体装置の1つ又
は複数を静電気保護素子として含む静電気保護回路。
12. An electrostatic protection circuit including one or more of the semiconductor devices according to claim 1 as an electrostatic protection element.
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