JP2002509358A - 静電放電保護構造を備えた低静電容量トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents
静電放電保護構造を備えた低静電容量トランジスタおよびその製造方法Info
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Abstract
Description
構造を備えたトランジスタにおける静電容量を減少させる技術分野に関する。
構成要素間のバスインタフェースは、スイッチング速度の高速化が追求されてい
る。バススイッチング速度の高速化に対する制約要因は、バスに接続されている
構成要素の信号ピンの静電容量である。この信号ピンの静電容量は、信号の完全
性を適切に維持しながら得られるスイッチング周波数を低下させる。ピンの静電
容量は、パッケージのリードフレーム静電容量、ボンドパッド静電容量、静電放
電(ESD)保護構造、および出力駆動器(トランジスタ)静電容量といった、
いくつかの要素から構成されている。
スタ100は、基板110に形成されたソース領域140と、ソース電極145
と、絶縁材料135上に形成されたゲート130と、基板110に形成されたド
レイン領域120及びドレイン電極125とを含んでいる。ドレイン領域120
は電流集中を避けるために大きく形成されている。ESDが生じた時の電流集中
により、大電流が半導体材料の小領域へ集中してしまい、素子に損傷をもたらし
てしまう。ドレイン領域のサイズを大きくすることによって、ESD時の電流が
小領域に集中することが少なくなり、それによって素子に対する損傷の可能性が
減るものである。
容量の2あるいは3倍の大きさにまで大きくする欠点をもたらす。出力ドレイン
静電容量は、主としてドレイン領域の面積と、基板110とドレイン領域120
とにより形成されるp−n接合の空乏領域の幅との関数である。
いられる技術を実現したトランジスタ200を示している。トランジスタ200
は、基板210に形成されたソース領域240と、ソース電極245と、絶縁材
料235の上に形成されたゲート230と、基板210に形成された第1のドレ
イン領域220と、基板210に形成された抵抗領域215と、基板210に形
成された第2のドレイン領域227、及び第2のドレイン領域227に形成され
たドレイン電極225とを備えている。トランジスタ200では、抵抗領域21
5がESD保護構造となっている。抵抗領域215は、第1および第2のドレイ
ン領域220、227と同じ導電性タイプであるが、より低濃度にドープされて
いる。抵抗領域215が低濃度にドープされているので、基板210および抵抗
領域215によって形成されるp−n接合の空乏領域の幅は、図1のトランジス
タ100により達成される空乏領域の幅よりもずっと大きくなる。この空乏領域
の幅の増加は、ESD保護特性を維持して静電容量を減少させる。
とする。トランジスタ200の形成は、抵抗領域215が形成され、その後ソー
ス領域240およびドレイン領域220、227が形成される間に、抵抗領域2
15にマスクを形成する必要がある。ソースとドレイン領域の形成時に抵抗領域
をマスクすることを含む余分なステップのために、図1に典型的に示されている
トランジスタ100と同じトランジスタ構造を製造する多数の工程が図2で示さ
れる構造のものを簡単には形成できない。その結果として、ある工程では、図2
で示される構造を用いて静電容量を減らす利点をもつことができるが、多くのも
のはそうでない。これらの理由により、著しい追加的な処理なしに製造可能な、
ESD保護を備える低静電容量トランジスタが所望されている。
ている。トランジスタは、基板と、基板に形成されたソース領域と、基板に形成
されたウェル領域とを含んでいる。トランジスタはさらに、第1の末端領域と第
2の末端領域とをもつドレイン領域と、その第1と第2の末端領域との間に位置
する抵抗領域とを含んでいる。ドレイン領域は、ウェル領域で少なくともその一
部が形成されている。ドレイン電極はドレイン領域の第1の末端領域の上に形成
されている。さらに、ゲート構造が含まれている。ゲート構造は、ソース領域と
ドレイン領域の第2の末端領域との間の基板上に形成されている。ゲート構造は
、ソース領域をドレイン領域に結合するチャネル領域を定めるものである。
ランジスタが開示されている。以下の説明において、説明の目的のために特定の
細部が本発明の全体を理解するために示されている。しかしながら、これらの特
定の細部は、本発明を実施するために必要ではないことが当業者には理解できる
であろう。他の例において、公知の手段、装置および構造は、本発明を曖昧にす
ることを避けるために詳細に説明されていない。
ジスタにおける静電容量を減少させると言う問題を解決するものである。概略的
な、そして本発明の一つの実施の形態によれば、トランジスタは、基板と、基板
に形成されたソース領域と、基板のチャネル領域を定めるゲート構造と、及び基
板に同様に形成されたウェル領域とを含んで形成されている。トランジスタはさ
らに、ウェル領域に少なくともその一部が形成されたドレイン領域を含んでいる
。ウェル領域は、ソースやドレイン領域と同じ半導体タイプであるが、ソースや
ドレイン領域よりもさらに低濃度にドープされている。ドレイン領域を、ウェル
領域の中に少なくともその一部を形成することによって、基板とドレインとの間
のp−n接合で形成される空乏領域の幅が広くなり、それによってドレイン領域
と基板との間での静電容量が低減する。
保護構造を備えた低静電容量トランジスタ300の実施の形態を示す。トランジ
スタ300は、基板310と、基板に形成されたソース領域340と、基板に形
成された絶縁材料335上に形成されたゲート電極を含むゲート構造及びドレイ
ン領域320とを含んでおり、該ドレイン領域は、第1の末端領域321と、第
2の末端領域322と、第1の末端領域321と第2の末端領域322との間に
配置された抵抗領域323とを含んでいる。ゲート電極330および絶縁材料3
35は、基板310におけるチャネル領域337を定めている。
成されており、一方でソース領域340およびドレイン領域320はn+型の半 導体材料で形成されている。P型の半導体材料は一般に、ホウ素のようなドーパ
ントをシリコン中に導入することで形成される。N型の半導体材料は一般に、ヒ
素のようなドーパントをシリコン中に導入することで形成される。他のドーパン
トも可能である。拡散とイオン注入とは、ドーパントをシリコン中に導入する公
知の手段である。本明細書で使用される“p”あるいは“n”に続く記号“−”
は、“p”あるいは“n”型の半導体材料が低濃度にドープされていることを示
している。本明細書で使用される“p”あるいは“n”に続く記号“+”は、“ p”あるいは“n”型の半導体材料が高濃度にドープされていることを示してい
る。
25は、ドレイン領域の第1の末端領域321上に形成されている。ソース電極
345、ドレイン電極325、およびゲート電極330は、多結晶シリコンから
形成されることが好ましい。しかし、他の電気的導電材料を用いることもできる
。絶縁材料335は、二酸化シリコンであることが好ましい。他の絶縁材料を同
様に用いることもできる。本実施形態のトランジスタは、0.25ミクロンのゲ
ート長をもつことが好ましいが、幅広い範囲の別の寸法も可能である。例えば、
本発明は、0.1μのゲート長で実施できる。ドレイン領域は、イオン注入を用
いて約0.3μの深さに形成できるが、他の深さも可能であり、半導体材料中に
ドーパントを導入する如何なる手段も、ドレイン領域を形成するために使用でき
る。
ESD保護強化は、抵抗領域323を包含することでドレイン領域のサイズが大
きくなることにより達成される。本実施形態の実施の態様において、抵抗領域は
約5μの長さをもっている。ESDが生じた時には、潜在的な大電流が、小領域
に集中するのではなく広い領域全体に拡がる。このESD保護をもたらす技術は
、前述の背景技術で検討されている。そのようなESD構造をもつ従来のトラン
ジスタにおいて、広いドレイン領域と基板との間の静電容量は、狭いレイン領域
をもつトランジスタと比較して大きかった。本発明は、ドレイン領域320の少
なとも一部と、基板310との間に、ウェル領域を導入することによってこの静
電容量を低減するものである。ウェル領域315は、公知の標準的なウェル製造
技術を用いて形成されている。ほとんどの半導体製造工程は、ウェルを用いてい
る。結果として、ウェル領域315は、通常のウェルの製造工程で形成でき、如
何なる付加的な工程も必要としない。
施形態におけるウェル領域315は、n−型の半導体材料で形成されることが好
ましい。ウェル領域315のためのn−型の半導体材料は、他のドーパントも可
能であるが、燐のようなドーパントをシリコン基板の中に拡散することによって
形成されることが好ましい。ウェル領域315は同様に、イオン注入あるいは半
導体材料中にドーパントを導入する他の如何なる手段によっても形成できる。ウ
ェル領域315は、ドレイン領域320の下に3μの深さに形成されることが好
ましく、ドレイン電極の下からチャネル領域337の1μ以内まで延びるよう形
成されている。本発明は、広範囲のウェル領域深さを用いて実施できる。本実施
形態におけるウェル領域315は、チャネル領域の1μ以内にまで延びているこ
とが好ましいが、本発明は、1μまで延びていないウェル領域315でも実施で
きる。トレードオフは、基板310に曝さるドレイン領域320が広くなればな
る程、静電容量も大きくなることである。従って、ウェル領域が、トランジスタ
の特性あるいは製造能力に影響を及ぼすことなく、チャネル領域にできるだけ接
近して延びることが望ましい。
p型の半導体材料から形成され、ソース340、ドレイン320、およびウェル
315の各領域がn型の半導体材料から形成されるものとして言及されている。
しかしながら、本発明は同様に、n型の基板およびp型のソース、ドレイン、お
よびウェル領域によっても実施できる。
えた低静電容量トランジスタを形成するための方法の一例を示すフローチャート
である。ステップ410で基板を用意する。基板は、図3に関連して前述のあら
ゆる特性をもつことができる。ステップ420で、ウェル領域が基板に形成され
る。次のステップ420で、ゲート構造が基板上に形成される。ゲート構造が形
成されると、ステップ440でソース領域が基板に形成される。ステップ450
で、抵抗領域を含むドレイン領域が形成される。ドレイン領域は、ウェル領域に
おいて少なくともその一部が形成される。ステップ410、420、430、4
40、および450で用意されあるいは形成された基板、ソース領域、ドレイン
領域、およびウェル領域は、図3に関連して前述されたような構造の特性と一致
する。 前記の詳細な説明では、本発明は、それらの特定の例示的な実施の形態を参照
して説明された。しかし、種々の変更や変形が、添付された請求項に記載されて
いる、本発明の広範囲の精神と範疇とから逸脱することなく行うことができるこ
とは明らかである。従って、詳細な説明および図面は、限定するものではなく例
示的なものであるとみなされるべきである。
る。
護を備えた低静電容量トランジスタを示す図である。
えた低静電容量トランジスタを示す図である。
容量トランジスタを形成するための手段を示すフローチャートである。
Claims (17)
- 【請求項1】 基板と; 前記基板に形成されたソース領域と; 前記基板に形成されたウェル領域と; 前記ウェル領域に少なくともその一部が形成され、第1の末端領域と第2の末
端領域とを含み、前記第1の末端領域と前記第2の末端領域との間に抵抗領域を
含むドレイン領域と; 前記ドレイン領域の前記第1の末端領域上で形成されたドレイン電極と;さら
に 前記ソース領域と前記ドレイン領域の前記第2の末端領域との間で、前記基板
上に形成されるゲート構造とを有し、そのゲート構造が前記ソース領域を前記ド
レイン領域に結合するチャネル領域を定めている; ESD保護構造を備えた低静電容量トランジスタ。 - 【請求項2】 前記ウェル領域が、前記ドレイン領域の前記第1の末端領域
から前記チャネル領域の1μ以内にまで延びている請求項1に記載のトランジス
タ。 - 【請求項3】 前記ウェル領域が、約1μから4μの範囲の深さで前記基板
の中に延びている請求項1に記載のトランジスタ。 - 【請求項4】 前記ドレイン領域が、約0.1μから0.4μの範囲の深さ
で前記ウェル領域の中に延びている請求項1に記載のトランジスタ。 - 【請求項5】 前記抵抗領域が、約2μから7μの範囲の長さをもつ請求項
1に記載のトランジスタ。 - 【請求項6】 前記ウェル領域が、n−型の半導体領域を含み、前記ドレイ
ン領域がn+型の領域を含んでいる請求項1に記載のトランジスタ。 - 【請求項7】 前記ウェル領域が、p−型の半導体領域を含み、前記ドレイ
ン領域がp+型の半導体領域を含んでいる請求項1に記載のトランジスタ。 - 【請求項8】 基板を用意するステップと; 前記基板にソース領域を形成するステップと; 前記基板にウェル領域を形成するステップと; 前記ウェル領域に前記少なくとも一部のドレイン領域を形成するステップであ
って、そのドレイン領域は第1の末端領域と第2の末端領域とを含み、前記ドレ
イン領域を形成するステップは、前記第1の末端領域と前記第2の末端領域との
間に抵抗領域を形成するステップとを含むドレイン領域を形成するステップと; 前記ソース領域と前記ドレイン領域の前記第2の末端領域との間で、前記基板
上にゲート構造を形成するステップであって、該ゲート構造が前記ソース領域を
前記ドレイン領域に結合するチャンネル領域を定めるステップと; を備えている、ESD保護を備えた低静電容量トランジスタを製造する方法。 - 【請求項9】 前記ウェル領域を形成するステップが、前記基板において前
記ドレイン領域の前記第1の末端領域から前記チャネル領域の1μ以内にまで延
びているn−型の半導体領域を形成するステップを含んでいる請求項8に記載の
ESD保護を備えた低静電容量トランジスタを製造する方法。 - 【請求項10】 前記ウェル領域を形成するステップが、約1μから4μの
範囲の深さに基板内に延びているn−型の半導体領域を形成するステップを含ん
でいる、請求項9に記載のESD保護構造を備えた低静電容量トランジスタを製
造する方法。 - 【請求項11】 前記ドレイン領域のステップが、約0.1μから0.4μ
の範囲の深さにウェル領域内に延びるn+型の半導体領域を形成するステップを 含んでいる請求項10に記載のESD保護構造を備えた低静電容量トランジスタ
を製造する方法。 - 【請求項12】 前記抵抗領域を形成するステップが、約2μから7μの範
囲の長さをもつn+型の半導体領域の形成を含んでいる請求項11に記載のES D保護構造を備えた低静電容量トランジスタ。 - 【請求項13】 前記ウェル領域を形成するステップが、前記基板において
前記ドレイン領域の前記第1の末端領域から前記チャネル領域の1μ以内まで延
びるp−型の半導体領域を形成するステップを含んでいる請求項8に記載のES
D保護構造を備えた低静電容量トランジスタを製造する方法。 - 【請求項14】 前記ウェル領域を形成するステップが、約1μから4μの
範囲の深さに基板内に延びるp−型の半導体領域を形成するステップを含んでい
る請求項13に記載のESD保護構造を備えた低静電容量トランジスタを製造す
る方法。 - 【請求項15】 ドレイン領域のステップが、約0.1μから0.4μの範
囲の深さにウェル領域内に延びるp+型の半導体領域を形成するステップを含ん でいる請求項14に記載のESD保護構造を備えた低静電容量トランジスタを製
造する方法。 - 【請求項16】 抵抗領域を形成するステップが、約2μから7μの範囲の
長さをもつp+型の半導体領域の形成を含んでいる、請求項15に記載のESD 保護構造を備えた低静電容量トランジスタを製造する方法。 - 【請求項17】 第1の導電性形式のトランジスタが第2の導電性形式のウ
ェルにおいて形成される半導体集積回路の製造方法において、第1の導電性形式
のトランジスタに対して伸長された領域を、第2の導電性形式のウェルの少なく
とも一部分に形成することを特徴とする、半導体集積回路の製造方法。
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