JP2006100616A - Semiconductor device - Google Patents

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Keita Takahashi
桂太 高橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the in-process charge-up protection performance of a MOS-type transistor element by protecting a gate insulation film on the source-drain diffusion layer of the MOS transistor element. <P>SOLUTION: The semiconductor device comprises a MOS transistor element which contains a first gate insulation film 5 and a gate electrode 7, and is formed between source and drain diffusion layers in a p-type well 2; a first MOS diode element which contains a second gate insulation film 6 and the gate electrode 7, and is formed in the p-type well 2; and a second MOS semiconductor element which contains the second gate insulation film 6 and the gate electrode 7, and is formed in an n-type well 3. The breakdown voltage of the second gate insulation film 6 is set lower than that of the first gate insulation film 5, and the gate electrodes 7 of individual elements are electrically connected to one another. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、半導体装置に関し、特に、絶縁膜の工程中におけるチャージアップダメージを低減する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device that reduces charge-up damage during an insulating film process.

近年、半導体集積回路装置の高集積化、高機能化及び高速化に伴い、MOS型トランジスタのゲート絶縁膜が薄膜化されている。しかしながら、拡散工程中におけるチャージアップダメージにより、ゲート絶縁膜が破壊されることが懸念される。   In recent years, the gate insulating film of a MOS transistor has been thinned in accordance with high integration, high functionality, and high speed of a semiconductor integrated circuit device. However, there is a concern that the gate insulating film is destroyed due to charge-up damage during the diffusion process.

そこで、保護したいMOS型トランジスタ素子のゲート絶縁膜よりもさらに薄いゲート絶縁膜を有するMOS型ダイオード素子をMOS型トランジスタのゲート電極に接続することにより、拡散工程中のチャージアップダメージを防止する方法が提案されている。   Therefore, there is a method for preventing charge-up damage during the diffusion process by connecting a MOS diode element having a gate insulating film thinner than the gate insulating film of the MOS transistor element to be protected to the gate electrode of the MOS transistor. Proposed.

以下、図4および図5を参照しながら、特許文献1に示されている方法について説明する。   Hereinafter, the method disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

図4のように、従来例では、P型半導体基板1上に、P型ウェル2、素子分離膜4が形成され、第1のゲート絶縁膜5とゲート電極7からなるNMOS型トランジスタ素子と、第2のゲート絶縁膜6とゲート電極7からなるNMOS型ダイオード素子が形成されている。   As shown in FIG. 4, in the conventional example, a P-type well 2 and an element isolation film 4 are formed on a P-type semiconductor substrate 1, and an NMOS transistor element including a first gate insulating film 5 and a gate electrode 7; An NMOS diode element composed of the second gate insulating film 6 and the gate electrode 7 is formed.

ここで、第2のゲート絶縁膜6の膜厚は、第1のゲート絶縁膜5の膜厚よりも薄く(約半分)設定されている。このため、図5に示すように、NMOS型ダイオード素子に用いる第2のゲート絶縁膜6の耐圧(点線)は、NMOS型トランジスタ素子に用いる第1のゲート絶縁膜5の耐圧(実線)よりも低い。この特性差により、拡散工程中のチャージアップが起こった場合、NMOS型トランジスタの第1のゲート絶縁膜5が破壊耐圧に至る前に、NMOS型ダイオード素子の第2のゲート絶縁膜6からチャージアップされた電荷が逃げるので、NMOS型トランジスタの第1のゲート絶縁膜5の破壊を防止することができる。   Here, the film thickness of the second gate insulating film 6 is set to be thinner (about half) than the film thickness of the first gate insulating film 5. Therefore, as shown in FIG. 5, the breakdown voltage (dotted line) of the second gate insulating film 6 used for the NMOS diode element is higher than the breakdown voltage (solid line) of the first gate insulating film 5 used for the NMOS transistor element. Low. Due to this characteristic difference, when a charge-up occurs during the diffusion process, the charge-up is performed from the second gate insulating film 6 of the NMOS diode element before the first gate insulating film 5 of the NMOS transistor reaches the breakdown voltage. Since the generated charge escapes, the first gate insulating film 5 of the NMOS transistor can be prevented from being broken.

なお、図5において、NMOSの場合、正方向のゲート絶縁膜耐圧が負方向の耐圧よりも高くなるのは、ゲート電極7に正電圧が印加された時、P型ウェル2と第1のゲート絶縁膜5の界面が空乏化するためである。一方、ゲート電極7に負電圧が印加された時は、P型ウェル2と第1のゲート絶縁膜5の界面に正孔が蓄積されるため、耐圧が低くなる。   In FIG. 5, in the case of NMOS, the positive gate insulating film withstand voltage is higher than the negative withstand voltage when the positive voltage is applied to the gate electrode 7 and the P-type well 2 and the first gate. This is because the interface of the insulating film 5 is depleted. On the other hand, when a negative voltage is applied to the gate electrode 7, holes are accumulated at the interface between the P-type well 2 and the first gate insulating film 5.

ところで、正方向の第1のゲート絶縁膜5の耐圧は、P型ウェル2と第1のゲート絶縁膜5の界面で空乏化が生じるために高くなるのであり、ソース・ドレイン拡散層8(図6)とゲート電極7の間では空乏化が起こらないため、耐圧が高くなることはないことに注意が必要である。   By the way, the breakdown voltage of the first gate insulating film 5 in the positive direction is increased because depletion occurs at the interface between the P-type well 2 and the first gate insulating film 5, and the source / drain diffusion layer 8 (FIG. Note that since the depletion does not occur between 6) and the gate electrode 7, the breakdown voltage does not increase.

一般には、拡散層型ダイオード素子で拡散工程中におけるチャージアップダメージを防止するが、MOS型ダイオード素子を用いることには、2点の利点がある。1点目は、耐圧を低めに設定しやすいことであり、2点目は、ゲート電極形成工程でMOS型トランジスタ素子とMOS型ダイオード素子を電気的に接続でき、このゲート電極形成工程以降の工程において拡散工程中のチャージアップダメージを防止できることである。   In general, the diffusion layer type diode element prevents charge-up damage during the diffusion process, but the use of the MOS type diode element has two advantages. The first point is that the breakdown voltage can be easily set low, and the second point is that the MOS type transistor element and the MOS type diode element can be electrically connected in the gate electrode forming step, and the steps after the gate electrode forming step. It is possible to prevent charge-up damage during the diffusion process.

一方、拡散層型ダイオード素子を用いる場合には、第1層メタル配線工程に至るまでMOS型トランジスタ素子のゲート電極7と拡散層型ダイオード素子とを電気的に接続できず、ゲート電極形成工程から第1層メタル配線工程までの間、拡散工程中のチャージアップダメージを防止できないので、デバイスによっては致命的な問題となりうる。
特開平5−67777号公報
On the other hand, in the case of using the diffusion layer type diode element, the gate electrode 7 of the MOS type transistor element and the diffusion layer type diode element cannot be electrically connected until the first layer metal wiring process. Since charge-up damage during the diffusion process cannot be prevented until the first-layer metal wiring process, it may be a fatal problem depending on the device.
JP-A-5-67777

しかしながら、上記した従来例では、第1のゲート絶縁膜5の正電圧側の耐圧が高いため、ソース・ドレイン拡散層上のゲート絶縁膜を保護できないという問題が起きる。   However, in the above-described conventional example, since the withstand voltage on the positive voltage side of the first gate insulating film 5 is high, the gate insulating film on the source / drain diffusion layer cannot be protected.

したがって、この発明の目的は、前記に鑑み、MOS型トランジスタ素子のソース・ドレイン拡散層上のゲート絶縁膜を保護することで、MOS型トランジスタ素子の工程中チャージアップ保護性能の高い半導体装置を提供することである。   Accordingly, in view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having high charge-up protection performance during the process of a MOS transistor element by protecting the gate insulating film on the source / drain diffusion layer of the MOS transistor element. It is to be.

上記課題を解決するために、この発明の請求項1記載の半導体装置は、CMOS型ダイオード素子等の半導体素子を備えている。具体的に、半導体基板に形成された、第1導電型の第1のウェル領域、第1導電型の第2のウェル領域および第2のウェル領域と互いに電気的に絶縁分離された第2導電型の第3のウェル領域と、前記第1のウェル領域内に形成された、ソース・ドレイン拡散層、第1のゲート絶縁膜および第1のゲート電極を有するMOS型トランジスタ素子と、前記第2のウェル領域内に形成された、第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極を有する第1のMOS型半導体素子と、前記第3のウェル領域内に形成された、第3のゲート絶縁膜および第3のゲート電極を有する第2のMOS型半導体素子とからなり、前記第2および第3のゲート絶縁膜の耐圧は前記第1のゲート絶縁膜の耐圧よりも低く設定され、前記第1、第2および第3のゲート電極は互いに電気的に接続されている。   In order to solve the above problems, a semiconductor device according to a first aspect of the present invention includes a semiconductor element such as a CMOS diode element. Specifically, the first conductivity type first well region, the first conductivity type second well region, and the second conductivity region formed on the semiconductor substrate are electrically insulated and separated from each other. A third well region of the type, a MOS transistor element having a source / drain diffusion layer, a first gate insulating film and a first gate electrode formed in the first well region, and the second A first MOS type semiconductor element having a second gate insulating film and a second gate electrode formed in the well region, and a third gate insulating film formed in the third well region And a second MOS type semiconductor element having a third gate electrode, the withstand voltage of the second and third gate insulating films is set lower than the withstand voltage of the first gate insulating film, , Second and third gates They are electrically connected to each other.

この発明の請求項2記載の半導体装置は、半導体基板に形成され、互いに電気的に絶縁分離された第2導電型の第1のウェル領域、第1導電型の第2のウェル領域および第2導電型の第3のウェル領域と、前記第1のウェル領域内に形成された、ソース・ドレイン拡散層、第1のゲート絶縁膜および第1のゲート電極を有するMOS型トランジスタ素子と、前記第2のウェル領域内に形成された、第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極を有する第1のMOS型半導体素子と、前記第3のウェル領域内に形成された、第3のゲート絶縁膜および第3のゲート電極を有する第2のMOS型半導体素子とからなり、前記第2および第3のゲート絶縁膜の耐圧は前記第1のゲート絶縁膜の耐圧よりも低く設定され、前記第1、第2および第3のゲート電極は互いに電気的に接続されている。   According to a second aspect of the present invention, a second conductivity type first well region, a first conductivity type second well region, and a second conductivity region are formed on a semiconductor substrate and are electrically insulated from each other. A third well region of conductivity type; a MOS transistor element having a source / drain diffusion layer, a first gate insulating film and a first gate electrode formed in the first well region; A first MOS type semiconductor device having a second gate insulating film and a second gate electrode formed in the second well region, and a third gate insulating formed in the third well region. A second MOS type semiconductor element having a film and a third gate electrode, wherein the withstand voltage of the second and third gate insulating films is set lower than the withstand voltage of the first gate insulating film, 1, 2 and 3 Over gate electrode are electrically connected to each other.

請求項3記載の半導体装置は、請求項1または2記載の半導体装置において、前記第1のゲート絶縁膜はトラップ特性を有し、前記第1のゲート絶縁膜と前記第1のゲート電極を有するMOS型トランジスタは電荷トラップ型メモリ素子である。   The semiconductor device according to claim 3 is the semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the first gate insulating film has a trap characteristic, and includes the first gate insulating film and the first gate electrode. The MOS type transistor is a charge trap type memory element.

この発明の請求項1記載の半導体装置によれば、第1導電型の第1のウェル領域内に形成されたMOS型トランジスタ素子と、第1導電型の第2のウェル領域内に形成された第1のMOS型半導体素子と、第2導電型の第3のウェル領域内に形成された第2のMOS型半導体素子とからなり、第1および第2のMOS型半導体素子の第2および第3のゲート絶縁膜の耐圧は、MOS型トランジスタ素子の第1のゲート絶縁膜の耐圧よりも低く設定され、第1、第2および第3のゲート電極は互いに電気的に接続されているので、MOS型トランジスタ素子のソース・ドレイン拡散層上のゲート絶縁膜にかかる電圧を緩和することができる。すなわち、NMOS型トランジスタ素子のゲート電極に正電圧が印加されたとき、PMOS型半導体素子のゲート絶縁膜の耐圧が最も低いため、PMOS型半導体素子のゲート電極とN型ウェル間に電流が流れ、NMOS型トランジスタ素子のゲート電極とソース・ドレイン拡散層間の第1のゲート絶縁膜が、チャージアップ破壊から保護される。このため、工程中のチャージアップによるソース・ドレイン拡散層上のゲート絶縁膜破壊を防止することができる。   According to the first aspect of the present invention, the MOS transistor element formed in the first conductivity type first well region and the first conductivity type second well region are formed. A first MOS type semiconductor element and a second MOS type semiconductor element formed in a second well type third well region, and the second and second MOS type semiconductor elements of the first and second MOS type semiconductor elements. 3 is set lower than that of the first gate insulating film of the MOS transistor element, and the first, second and third gate electrodes are electrically connected to each other. The voltage applied to the gate insulating film on the source / drain diffusion layer of the MOS transistor element can be relaxed. That is, when a positive voltage is applied to the gate electrode of the NMOS transistor element, the breakdown voltage of the gate insulating film of the PMOS semiconductor element is the lowest, so that a current flows between the gate electrode of the PMOS semiconductor element and the N-type well, The gate electrode of the NMOS transistor element and the first gate insulating film between the source / drain diffusion layers are protected from charge-up breakdown. Therefore, it is possible to prevent the gate insulating film from being broken on the source / drain diffusion layer due to charge-up during the process.

この発明の請求項2記載の半導体装置によれば、第2導電型の第1のウェル領域内に形成されたMOS型トランジスタ素子と、第1導電型の第2のウェル領域内に形成された第1のMOS型半導体素子と、第2導電型の第3のウェル領域内に形成された第2のMOS型半導体素子とからなり、第1および第2のMOS型半導体素子の第2および第3のゲート絶縁膜の耐圧は、MOS型トランジスタ素子の第1のゲート絶縁膜の耐圧よりも低く設定され、第1、第2および第3のゲート電極は互いに電気的に接続されているので、MOS型トランジスタ素子のソース・ドレイン拡散層上のゲート絶縁膜にかかる電圧を緩和することができる。すなわち、PMOS型トランジスタ素子のゲート電極に負電圧が印加されたとき、NMOS型ダイオード素子の耐圧が最も低いため、NMOS型ダイオード素子のゲート電極とP型ウェル間に電流が流れ、PMOS型トランジスタ素子のゲート電極とソース・ドレイン拡散層間の第1のゲート絶縁膜が、チャージアップ破壊から保護される。このため、工程中のチャージアップによるソース・ドレイン拡散層上のゲート絶縁膜破壊を防止することができる。   According to the semiconductor device of the second aspect of the present invention, the MOS transistor element formed in the second well type first well region and the first conductive type second well region are formed. A first MOS type semiconductor element and a second MOS type semiconductor element formed in a second well type third well region, and the second and second MOS type semiconductor elements of the first and second MOS type semiconductor elements. 3 is set lower than that of the first gate insulating film of the MOS transistor element, and the first, second and third gate electrodes are electrically connected to each other. The voltage applied to the gate insulating film on the source / drain diffusion layer of the MOS transistor element can be relaxed. That is, when a negative voltage is applied to the gate electrode of the PMOS transistor element, the breakdown voltage of the NMOS diode element is the lowest, so that a current flows between the gate electrode of the NMOS diode element and the P well, and the PMOS transistor element The first gate insulating film between the gate electrode and the source / drain diffusion layer is protected from charge-up breakdown. Therefore, it is possible to prevent the gate insulating film from being broken on the source / drain diffusion layer due to charge-up during the process.

請求項3では、請求項1または2記載の半導体装置において、前記第1のゲート絶縁膜はトラップ特性を有し、前記第1のゲート絶縁膜と前記第1のゲート電極を有するMOS型トランジスタは電荷トラップ型メモリ素子であることが好ましい。   According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first or second aspect, the first gate insulating film has a trap characteristic, and the MOS transistor having the first gate insulating film and the first gate electrode is A charge trap memory element is preferred.

以下、本発明の第1の実施形態を図1および図2に基づいて説明する。図1は本発明の第1の実施形態の半導体装置の断面図、図2はゲート絶縁膜の電流特性図である。   Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a current characteristic diagram of a gate insulating film.

まず、図1に示すように、本実施形態の半導体装置では、P型半導体基板1上に、互いに電気的に絶縁分離されたP型ウェル2とN型ウェル3が形成され、P型ウェル2上に、第1のゲート絶縁膜5とゲート電極7からなるNMOS型トランジスタ素子が形成され、P型ウェル2上に、第2のゲート絶縁膜6とゲート電極7からなるNMOS型ダイオード素子が形成され、N型ウェル3上に、第2のゲート絶縁膜6とゲート電極7からなるPMOS型ダイオード素子が形成されている。また、第2のゲート絶縁膜6の膜厚は、第1のゲート絶縁膜5の膜厚よりも薄く(約半分)設定されている。このため、第2のゲート絶縁膜6の耐圧は、第1のゲート絶縁膜5の耐圧よりも低く設定されている。   First, as shown in FIG. 1, in the semiconductor device of this embodiment, a P-type well 2 and an N-type well 3 that are electrically isolated from each other are formed on a P-type semiconductor substrate 1. An NMOS type transistor element composed of the first gate insulating film 5 and the gate electrode 7 is formed thereon, and an NMOS type diode element composed of the second gate insulating film 6 and the gate electrode 7 is formed on the P type well 2. On the N-type well 3, a PMOS-type diode element composed of the second gate insulating film 6 and the gate electrode 7 is formed. The film thickness of the second gate insulating film 6 is set to be thinner (about half) than the film thickness of the first gate insulating film 5. For this reason, the breakdown voltage of the second gate insulating film 6 is set lower than the breakdown voltage of the first gate insulating film 5.

このように、本実施形態では、NMOS型トランジスタ素子のゲート電極7に、NMOS型ダイオード素子とPMOS型ダイオード素子のゲート電極7が電気的に接続されていることが特徴である。   As described above, the present embodiment is characterized in that the gate electrode 7 of the NMOS transistor element is electrically connected to the gate electrode 7 of the NMOS diode element and the PMOS diode element.

以下、本実施形態に係る半導体装置について、一例として0.18μmレベルの半導体装置の場合について、図2を参照しながら具体的に説明する。   Hereinafter, as an example, the semiconductor device according to the present embodiment will be specifically described with reference to FIG.

0.18μmレベルのCMOSデバイスの場合は、電源電圧1.8Vに対し、第1のゲート絶縁膜5を約3.5nmの厚さに、第2のゲート絶縁膜6を約1.8nmの厚さに設定される。   In the case of a 0.18 μm level CMOS device, the first gate insulating film 5 has a thickness of about 3.5 nm and the second gate insulating film 6 has a thickness of about 1.8 nm with respect to a power supply voltage of 1.8 V. Is set.

ここで、製造工程中に正のチャージアップが生じた場合には、PMOS型ダイオード素子の耐圧(一点鎖線)が最も低いため、PMOS型ダイオード素子のゲート電極7とN型ウェル3間に電流が流れ、NMOS型トランジスタ素子のゲート電極7とソース・ドレイン拡散層8(図6)の間の第1のゲート絶縁膜5が、チャージアップ破壊から保護される。   Here, when a positive charge-up occurs during the manufacturing process, since the withstand voltage (one-dot chain line) of the PMOS diode element is the lowest, a current flows between the gate electrode 7 of the PMOS diode element and the N-type well 3. The first gate insulating film 5 between the gate electrode 7 of the NMOS transistor element and the source / drain diffusion layer 8 (FIG. 6) is protected from charge-up breakdown.

なお、PMOSの場合は、ゲート電極7に正電圧が印加された時、N型ウェル3と第1のゲート絶縁膜5の界面に電子が蓄積されるため、耐圧が低くなる。   In the case of PMOS, when a positive voltage is applied to the gate electrode 7, electrons are accumulated at the interface between the N-type well 3 and the first gate insulating film 5.

また、製造工程中に負のチャージアップが生じた場合には、NMOS型ダイオード素子の耐圧(点線)が最も低いため、NMOS型ダイオード素子のゲート電極7とP型ウェル2間に電流が流れ、NMOS型トランジスタ素子のゲート電極7とソース・ドレイン拡散層8(図6)の間の第1のゲート絶縁膜5およびNMOS型トランジスタ素子のゲート電極7とP型ウェル2間の第1のゲート絶縁膜5がチャージアップ破壊から保護される。   Further, when a negative charge-up occurs during the manufacturing process, since the breakdown voltage (dotted line) of the NMOS diode element is the lowest, a current flows between the gate electrode 7 of the NMOS diode element and the P-type well 2, First gate insulating film 5 between gate electrode 7 of NMOS transistor element and source / drain diffusion layer 8 (FIG. 6) and first gate insulation between gate electrode 7 of NMOS transistor element and P type well 2 Film 5 is protected from charge-up destruction.

このように、CMOS型のダイオード素子が接続されているため、正方向および負方向の両方に対し、十分なチャージアップ破壊からの保護が可能になる。   As described above, since the CMOS type diode elements are connected, it is possible to sufficiently protect against both charge-up breakdown in both the positive direction and the negative direction.

以下、本発明の第2の実施形態を図3に基づいて説明する。図3は本発明の第2の実施形態の半導体装置の断面図である。   Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

まず、図3に示すように、本実施形態の半導体装置では、P型半導体基板1上に、互いに電気的に絶縁分離されたP型ウェル2とN型ウェル3が形成され、N型ウェル3上に、第1のゲート絶縁膜5とゲート電極7からなるPMOS型トランジスタ素子が形成され、P型ウェル2上に、第2のゲート絶縁膜6とゲート電極7からなるNMOS型ダイオード素子が形成され、N型ウェル3上に、第2のゲート絶縁膜6とゲート電極7からなるPMOS型ダイオード素子が形成されている。また、第2のゲート絶縁膜6の膜厚は、第1のゲート絶縁膜5の膜厚よりも薄く(約半分)設定されている。このため、第2のゲート絶縁膜6の耐圧は、第1のゲート絶縁膜5の耐圧よりも低く設定されている。   First, as shown in FIG. 3, in the semiconductor device of this embodiment, a P-type well 2 and an N-type well 3 that are electrically isolated from each other are formed on a P-type semiconductor substrate 1. A PMOS transistor element composed of the first gate insulating film 5 and the gate electrode 7 is formed thereon, and an NMOS diode element composed of the second gate insulating film 6 and the gate electrode 7 is formed on the P type well 2. On the N-type well 3, a PMOS-type diode element composed of the second gate insulating film 6 and the gate electrode 7 is formed. The film thickness of the second gate insulating film 6 is set to be thinner (about half) than the film thickness of the first gate insulating film 5. For this reason, the breakdown voltage of the second gate insulating film 6 is set lower than the breakdown voltage of the first gate insulating film 5.

このように、本実施形態では、PMOS型トランジスタ素子のゲート電極7に、NMOS型ダイオード素子とPMOS型ダイオード素子のゲート電極7が電気的に接続されていることが特徴である。   As described above, the present embodiment is characterized in that the gate electrode 7 of the PMOS transistor element is electrically connected to the gate electrode 7 of the NMOS diode element and the PMOS diode element.

この場合も、CMOS型のダイオード素子が接続されているため、第1の実施形態において説明した一例の場合と同様に、製造工程中に正のチャージアップが生じた場合には、PMOS型ダイオード素子の耐圧(一点鎖線)が最も低いため(図2)、PMOS型ダイオード素子のゲート電極7とN型ウェル3間に電流が流れ、PMOS型トランジスタ素子のゲート電極7とソース・ドレイン拡散層8(図6)の間の第1のゲート絶縁膜5が、チャージアップ破壊から保護される。   Also in this case, since the CMOS type diode element is connected, as in the case of the example described in the first embodiment, if a positive charge-up occurs during the manufacturing process, the PMOS type diode element 2 has the lowest withstand voltage (dashed line) (FIG. 2), a current flows between the gate electrode 7 of the PMOS diode element and the N-type well 3, and the gate electrode 7 of the PMOS transistor element and the source / drain diffusion layer 8 ( The first gate insulating film 5 during FIG. 6) is protected from charge-up breakdown.

なお、PMOSの場合は、ゲート電極7に正電圧が印加された時、N型ウェル3と第1のゲート絶縁膜5の界面に電子が蓄積されるため、耐圧が低くなる。   In the case of PMOS, when a positive voltage is applied to the gate electrode 7, electrons are accumulated at the interface between the N-type well 3 and the first gate insulating film 5.

また、製造工程中に負のチャージアップが生じた場合には、NMOS型ダイオード素子の耐圧(点線)が最も低いため、NMOS型ダイオード素子のゲート電極7とP型ウェル2間に電流が流れ、PMOS型トランジスタ素子のゲート電極7とソース・ドレイン拡散層8(図6)の間の第1のゲート絶縁膜5およびPMOS型トランジスタ素子のゲート電極7とP型ウェル2間の第1のゲート絶縁膜5がチャージアップ破壊から保護される。   Also, when negative charge-up occurs during the manufacturing process, the NMOS diode element has the lowest withstand voltage (dotted line), so that a current flows between the gate electrode 7 of the NMOS diode element and the P-type well 2, A first gate insulating film 5 between the gate electrode 7 of the PMOS transistor element and the source / drain diffusion layer 8 (FIG. 6) and a first gate insulation between the gate electrode 7 of the PMOS transistor element and the P type well 2 Film 5 is protected from charge-up destruction.

このように、CMOS型のダイオード素子が接続されているため、正方向および負方向の両方に対し、十分なチャージアップ破壊からの保護が可能になる。   As described above, since the CMOS type diode elements are connected, it is possible to sufficiently protect against both charge-up breakdown in both the positive direction and the negative direction.

なお、上記の第1および第2の実施形態においては、保護されるMOS型トランジスタ素子は、通常のゲート絶縁膜を用いた場合で説明したが、この保護されるMOS型トランジスタ素子は、トラップ特性を有するゲート絶縁膜を用いた電荷トラップ型メモリ素子でも良い。この場合、電荷トラップ型メモリ素子のゲート絶縁膜耐圧は、電荷がトラップされ始める電圧で定義される。   In the first and second embodiments described above, the MOS transistor element to be protected has been described using a normal gate insulating film. However, the protected MOS transistor element has a trap characteristic. A charge trap type memory element using a gate insulating film having the above may be used. In this case, the gate insulating film breakdown voltage of the charge trap memory element is defined by a voltage at which charge starts to be trapped.

また、上記の第1および第2の実施形態においては、NMOS型ダイオード素子とPMOS型ダイオード素子のゲート電極を同一の導電膜から形成されているように説明したが、別々の導電膜で形成しても構わない。   In the first and second embodiments described above, the gate electrodes of the NMOS type diode element and the PMOS type diode element are described as being formed from the same conductive film. It doesn't matter.

また、MOS型トランジスタ素子とMOS型ダイオード素子のゲート電極は、ゲート電極形成工程ではなく、メタル配線工程で接続しても良い。   Further, the gate electrodes of the MOS transistor element and the MOS diode element may be connected not in the gate electrode formation process but in the metal wiring process.

また、MOS型ダイオード素子は、ソース・ドレイン拡散層を有するMOS型トランジスタ素子であっても良い。   Further, the MOS type diode element may be a MOS type transistor element having a source / drain diffusion layer.

また、上記の第1および第2の実施形態においては、NMOS型ダイオード素子とPMOS型ダイオード素子のゲート絶縁膜を同一絶縁膜から形成されているように説明したが、別々のゲート絶縁膜(第2のゲート絶縁膜と第3のゲート絶縁膜)で形成しても構わない。   In the first and second embodiments described above, it has been described that the gate insulating films of the NMOS diode element and the PMOS diode element are formed from the same insulating film. 2 gate insulating film and third gate insulating film).

また、NMOS型ダイオード素子とPMOS型ダイオード素子のゲート絶縁膜は、保護されるMOS型トランジスタ素子のゲート絶縁膜よりも薄ければ、異なる膜厚であっても良い。   Further, the gate insulating films of the NMOS diode element and the PMOS diode element may have different film thicknesses as long as they are thinner than the gate insulating film of the MOS transistor element to be protected.

また、第1の実施形態において、NMOS型ダイオード素子は、NMOS型トランジスタ素子と電気的に絶縁された他のP型ウェル(第1のウェル領域と電気的に絶縁分離された第2のウェル領域)に属しても良いし、深いN型ウェル内に配置されていても良い。   In the first embodiment, the NMOS diode element is another P-type well (second well region electrically isolated from the first well region) that is electrically insulated from the NMOS transistor element. ) Or in a deep N-type well.

本発明に係る半導体装置は、本発明の半導体装置は、MOS型トランジスタ素子のソース・ドレイン拡散層上のゲート絶縁膜にかかる電圧を緩和することができ、工程中のチャージアップによるソース・ドレイン拡散層上のゲート絶縁膜破壊を防止することができるものであり、工程中のチャージアップダメージを低減する半導体装置等に有用である。   According to the semiconductor device of the present invention, the semiconductor device of the present invention can relieve the voltage applied to the gate insulating film on the source / drain diffusion layer of the MOS transistor element, and the source / drain diffusion by charge-up during the process. It is possible to prevent the gate insulating film on the layer from being broken, and is useful for a semiconductor device or the like that reduces charge-up damage during the process.

本発明の第1の実施形態の半導体装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 図1に対応するゲート絶縁膜の電流特性図である。FIG. 2 is a current characteristic diagram of a gate insulating film corresponding to FIG. 1. 本発明の第2の実施形態の半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device of the 2nd Embodiment of this invention. 従来例の半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device of a prior art example. 図4に対応するゲート絶縁膜の電流特性図である。FIG. 5 is a current characteristic diagram of the gate insulating film corresponding to FIG. 4. MOS型トランジスタのゲート長方向断面図である。It is a gate length direction sectional view of a MOS transistor.

符号の説明Explanation of symbols

1 P型半導体基板
2 P型ウェル
3 N型ウェル
4 素子分離膜
5 第1のゲート絶縁膜
6 第2のゲート絶縁膜
7 ゲート電極
8 ソース・ドレイン拡散層
1 P-type semiconductor substrate 2 P-type well 3 N-type well 4 Element isolation film 5 First gate insulating film 6 Second gate insulating film 7 Gate electrode 8 Source / drain diffusion layer

Claims (3)

半導体基板に形成された、第1導電型の第1のウェル領域、第1導電型の第2のウェル領域および第2のウェル領域と互いに電気的に絶縁分離された第2導電型の第3のウェル領域と、
前記第1のウェル領域内に形成された、ソース・ドレイン拡散層、第1のゲート絶縁膜および第1のゲート電極を有するMOS型トランジスタ素子と、
前記第2のウェル領域内に形成された、第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極を有する第1のMOS型半導体素子と、
前記第3のウェル領域内に形成された、第3のゲート絶縁膜および第3のゲート電極を有する第2のMOS型半導体素子とからなり、
前記第2および第3のゲート絶縁膜の耐圧は前記第1のゲート絶縁膜の耐圧よりも低く設定され、
前記第1、第2および第3のゲート電極は互いに電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type first well region, a first conductivity type second well region, and a second conductivity type third electrically isolated from each other and formed on the semiconductor substrate. The well region,
A MOS transistor element having a source / drain diffusion layer, a first gate insulating film and a first gate electrode formed in the first well region;
A first MOS type semiconductor element having a second gate insulating film and a second gate electrode formed in the second well region;
A second MOS type semiconductor element having a third gate insulating film and a third gate electrode formed in the third well region;
The withstand voltage of the second and third gate insulating films is set lower than the withstand voltage of the first gate insulating film;
The semiconductor device, wherein the first, second and third gate electrodes are electrically connected to each other.
半導体基板に形成され、互いに電気的に絶縁分離された第2導電型の第1のウェル領域、第1導電型の第2のウェル領域および第2導電型の第3のウェル領域と、
前記第1のウェル領域内に形成された、ソース・ドレイン拡散層、第1のゲート絶縁膜および第1のゲート電極を有するMOS型トランジスタ素子と、
前記第2のウェル領域内に形成された、第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極を有する第1のMOS型半導体素子と、
前記第3のウェル領域内に形成された、第3のゲート絶縁膜および第3のゲート電極を有する第2のMOS型半導体素子とからなり、
前記第2および第3のゲート絶縁膜の耐圧は前記第1のゲート絶縁膜の耐圧よりも低く設定され、
前記第1、第2および第3のゲート電極は互いに電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
A second conductivity type first well region, a first conductivity type second well region and a second conductivity type third well region which are formed on a semiconductor substrate and are electrically isolated from each other;
A MOS transistor element having a source / drain diffusion layer, a first gate insulating film and a first gate electrode formed in the first well region;
A first MOS type semiconductor element having a second gate insulating film and a second gate electrode formed in the second well region;
A second MOS type semiconductor element having a third gate insulating film and a third gate electrode formed in the third well region;
The withstand voltage of the second and third gate insulating films is set lower than the withstand voltage of the first gate insulating film;
The semiconductor device, wherein the first, second and third gate electrodes are electrically connected to each other.
前記第1のゲート絶縁膜はトラップ特性を有し、前記第1のゲート絶縁膜と前記第1のゲート電極を有するMOS型トランジスタは電荷トラップ型メモリ素子である請求項1または2記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first gate insulating film has a trap characteristic, and the MOS transistor having the first gate insulating film and the first gate electrode is a charge trap memory element. .
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