JP2008078469A - Field effect transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電界効果トランジスタに関し、特に磁気ヘッドの静電破壊に対する保護回路などに用いられるデプレション型のnチャネルMOS電界効果トランジスタに関する。 The present invention relates to a field effect transistor, and more particularly to a depletion type n-channel MOS field effect transistor used for a protection circuit against electrostatic breakdown of a magnetic head.
例えば、HDD(ハードディスクドライブ)などの磁気記録装置に組み込まれるGMR磁気ヘッドなどの磁気ヘッドにおいて、静電破壊から磁気ヘッドを保護する保護回路として、ヘッドを駆動するプリアンプIC中に、デプレッション型のnチャネルMOS電界効果トランジスタが用いられる。 For example, in a magnetic head such as a GMR magnetic head incorporated in a magnetic recording apparatus such as an HDD (Hard Disk Drive), a depletion type n is included in a preamplifier IC that drives the head as a protection circuit for protecting the magnetic head from electrostatic breakdown. A channel MOS field effect transistor is used.
図8(A)は、従来例に係るデプレション型のnチャネルMOS電界効果トランジスタの平面図である。
例えば、半導体基板に設けられたp型半導体領域上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極41が形成されており、ゲート電極41の両側部におけるp型半導体領域の表層部に、n型のソース領域40Sとドレイン領域40Dが形成されている。
さらに、ゲート電極41の直下におけるp型半導体領域の表層部にn型のチャネル領域が形成され、デプレション型のnチャネルMOS電界効果トランジスタが構成されている。
FIG. 8A is a plan view of a depletion-type n-channel MOS field effect transistor according to a conventional example.
For example, a
Further, an n-type channel region is formed in the surface layer portion of the p-type semiconductor region immediately below the
例えば、HDDの高速大容量化に伴い、低容量で、なおかつESD保護素子としての性能を向上させるため、より低いオン抵抗のデプレション型nチャネル電界効果トランジスタが求められている。
上記を実現するためには、オン抵抗の低減やドレイン容量の低減などが求められ、例えば、ドレイン容量を増大させず、そのままで、オン抵抗を低減するなどの手法がとられている。
For example, as HDDs increase in speed and capacity, there is a need for a depletion type n-channel field effect transistor having a lower capacity and a lower on-resistance in order to improve the performance as an ESD protection element.
In order to realize the above, reduction of on-resistance, reduction of drain capacitance, and the like are required. For example, a technique of reducing on-resistance without increasing the drain capacitance is used.
図8(B)は、従来例に係るデプレション型のnチャネルMOS電界効果トランジスタの平面図である。
例えば、半導体基板に設けられたp型半導体領域上に、ゲート絶縁膜を介して2つのゲート電極(41a,41b)が形成されており、2つのゲート電極(41a,41b)で区切られた3つの領域におけるp型半導体領域の表層部に、ソース領域40Sa、ドレイン領域40D、ソース領域40Sbがそれぞれ形成されている。
2つのゲート電極(41a,41b)の直下におけるp型半導体領域の表層部にはn型のチャネル領域が形成され、デプレション型のnチャネルMOS電界効果トランジスタが構成されている。
FIG. 8B is a plan view of a depletion type n-channel MOS field effect transistor according to a conventional example.
For example, two gate electrodes (41a, 41b) are formed on a p-type semiconductor region provided on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and 3 separated by the two gate electrodes (41a, 41b). A source region 40Sa, a
An n-type channel region is formed in the surface layer portion of the p-type semiconductor region immediately below the two gate electrodes (41a, 41b), thereby forming a depletion-type n-channel MOS field effect transistor.
図8(B)に示す構成の電界効果トランジスタは、図8(A)に示す構成の電界効果トランジスタに比べて、ドレイン容量をそのままにして、ゲート幅が約2倍となっているので、オン抵抗が約半分に低減されている。即ち、単位ゲート幅あたりのドレイン容量は約半分にまで低減されている。 The field effect transistor having the configuration shown in FIG. 8B has a gate width approximately twice that of the field effect transistor having the configuration shown in FIG. The resistance is reduced by about half. That is, the drain capacity per unit gate width is reduced to about half.
しかし、近年においては、さらなる駆動の高速化が求められており、いっそうのオン抵抗の低減やドレイン容量の低減が求められている。 However, in recent years, further drive speeding has been demanded, and further reduction of on-resistance and drain capacity has been demanded.
本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、単位ゲート幅あたりのドレイン容量を低減できる電界効果トランジスタを提供することである。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a field effect transistor capable of reducing the drain capacitance per unit gate width.
上記の目的を達成するため、本発明の電界効果トランジスタは、チャネル形成領域を有する第1導電型の第1半導体領域と、上記第1半導体領域の上記チャネル形成領域の上層においてゲート絶縁膜を介して、4つの辺を有する矩形環状のパターンで形成されたゲート電極と、上記ゲート電極の内側の領域において、上記第1半導体領域の表層部に形成された第2導電型のドレイン領域と、上記ゲート電極の4つの辺の外側の領域のそれぞれにおいて、当該外側の各領域から見たときの対応する上記ドレイン領域のチャネル幅を狭めない幅を持って、上記第1半導体領域の表層部に形成された第2導電型のソース領域とを有する。 In order to achieve the above object, a field effect transistor of the present invention includes a first conductivity type first semiconductor region having a channel formation region, and a gate insulating film above the channel formation region of the first semiconductor region. A gate electrode formed in a rectangular ring pattern having four sides, a drain region of a second conductivity type formed in a surface layer portion of the first semiconductor region in a region inside the gate electrode, and Each of the regions outside the four sides of the gate electrode is formed in the surface layer portion of the first semiconductor region with a width that does not narrow the channel width of the corresponding drain region when viewed from each region outside the gate electrode. And a second conductivity type source region.
上記の本発明の電界効果トランジスタは、チャネル形成領域を有する第1導電型の第1半導体領域に、4つの辺を有する矩形環状のゲート電極が形成され、ゲート電極の内側にドレイン領域が形成され、4つの辺の外側の領域のそれぞれにおいて、対応するドレイン領域のチャネル幅を狭めない幅でソース領域が形成されている。
即ち、矩形形状のドレイン領域の四辺全てにゲート電極が形成され、トランジスタが構成されている。
In the above-described field effect transistor of the present invention, a rectangular gate electrode having four sides is formed in a first conductivity type first semiconductor region having a channel formation region, and a drain region is formed inside the gate electrode. In each of the regions outside the four sides, a source region is formed with a width that does not narrow the channel width of the corresponding drain region.
That is, a gate electrode is formed on all four sides of the rectangular drain region to constitute a transistor.
上記の本発明の電界効果トランジスタは、好適には、矩形形状の上記ゲート電極が2次元的に繰り返されて格子状に形成されており、上記格子の内側の領域に、1つの格子に対して上記ドレイン領域と上記ソース領域のいずれか一方が対応して、上記ドレイン領域と上記ソース領域が交互に2次元的に繰り返されて形成されている。 In the field effect transistor of the present invention, preferably, the rectangular gate electrode is two-dimensionally repeated and formed in a lattice shape, and a region inside the lattice is formed with respect to one lattice. One of the drain region and the source region corresponds to each other, and the drain region and the source region are alternately and repeatedly formed two-dimensionally.
上記の本発明の電界効果トランジスタは、好適には、上記第1半導体領域の内部にバックゲートが形成されている。
さらに好適には、上記バックゲートと上記ソース領域が接続されて共通電位が印加される。
In the field effect transistor of the present invention, preferably, a back gate is formed inside the first semiconductor region.
More preferably, the back gate and the source region are connected and a common potential is applied.
上記の本発明の電界効果トランジスタは、好適には、上記第1導電型がp型であり、上記第2導電型がn型であり、nチャネル型の電界効果トランジスタである。 The field effect transistor of the present invention is preferably an n-channel field effect transistor in which the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type.
上記の本発明の電界効果トランジスタは、好適には、上記チャネル形成領域における上記第1半導体領域の表層部に第2導電型のチャネル領域が形成されており、デプレション型となっている。
さらに好適には、上記第2導電型のチャネル領域に導電性不純物としてAsが注入されている。
The field effect transistor of the present invention is preferably a depletion type in which a channel region of the second conductivity type is formed in the surface layer portion of the first semiconductor region in the channel formation region.
More preferably, As is implanted as a conductive impurity in the channel region of the second conductivity type.
上記の本発明の電界効果トランジスタは、好適には、磁気ヘッドの静電破壊保護回路において磁気ヘッドを静電破壊から保護するスイッチとして用いられる。 The field effect transistor according to the present invention is preferably used as a switch for protecting the magnetic head from electrostatic breakdown in an electrostatic breakdown protection circuit of the magnetic head.
本発明の電界効果トランジスタによれば、矩形形状のドレイン領域の四辺全てにゲート電極が形成されており、ドレイン領域の面積が同じで一辺分の長さのゲート電極しか持たない電界効果トランジスタと比較すると、同一のドレイン容量でありながらオン抵抗を1/4まで低減でき、即ち、単位ゲート幅あたりのドレイン容量を1/4まで低減することができる。 According to the field effect transistor of the present invention, a gate electrode is formed on all four sides of a rectangular drain region, which is compared with a field effect transistor having the same drain region area and only a gate electrode length of one side. Then, the on-resistance can be reduced to ¼ even with the same drain capacitance, that is, the drain capacitance per unit gate width can be reduced to ¼.
以下に、本発明に係る電界効果トランジスタの実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of a field effect transistor according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1実施形態
図1(A)は本実施形態に係る電界効果トランジスタの平面図であり、図1(B)は図1(A)中のA−B−Cにおける断面図である。
例えば、p型シリコン基板(p−sub)10に、第1n型半導体層(n型タンク)11が形成され、その表層部全面に第2n型半導体層12が形成されている。
First Embodiment FIG. 1A is a plan view of a field effect transistor according to this embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line ABC in FIG.
For example, a first n-type semiconductor layer (n-type tank) 11 is formed on a p-type silicon substrate (p-sub) 10, and a second n-
例えば、上記の第1n型半導体層11と第2n型半導体層12が積層してなる表面から、素子形成領域においてチャネル形成領域を有するp型ウェル(第1導電型の第1半導体領域)14が形成されており、p型ウェル14の底面であって第1n型半導体層11と第2n型半導体層12の境界近傍の深さに、バックゲートとなるp+型埋め込み層13が形成されている。
また、例えば、p型ウェル14の表面には、所定のパターンで素子分離絶縁膜15(I)が形成されて素子分離されている。素子分離絶縁膜15(I)は、例えばLOCOS(local oxidation of silicon)法やSTI(shallow trench isolation)法などで形成されたものであり、図面上はLOCOS法による絶縁膜を示している。
For example, a p-type well (first conductivity type first semiconductor region) 14 having a channel formation region in an element formation region from the surface formed by stacking the first n-
Further, for example, an element isolation insulating film 15 (I) is formed in a predetermined pattern on the surface of the p-
例えば、チャネル形成領域を有する上記のp型ウェル14の上層に、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜20を介してポリシリコンからなるゲート電極21(G)が、4つの辺を有する矩形環状のパターンで形成されている。また、例えば、ゲート電極21(G)の両側部に酸化シリコンなどからなるサイドウォール絶縁膜22が形成されている。
For example, a gate electrode 21 (G) made of polysilicon is formed in a rectangular ring pattern having four sides on the p-
また、例えば、サイドウォール絶縁膜22の両側部におけるp型ウェル14の表層部にはn型の導電性不純物を高濃度に含有するn+型のソース領域18S(S)及びドレイン領域18D(D)が形成されている。
ここで、図1(A)に示すように、ゲート電極21(G)は矩形環状に形成されており、この内側の領域においてドレイン領域18D(D)が形成されており、一方ゲート電極21(G)の4つの辺の外側の領域のそれぞれにおいて、この外側の各領域から見たときの対応するドレイン領域18D(D)のチャネル幅を狭めない幅を持ってソース領域18S(S)が形成されている。
Further, for example, the n + -
Here, as shown in FIG. 1A, the gate electrode 21 (G) is formed in a rectangular ring shape, and the
さらに、例えば、サイドウォール絶縁膜22の下部におけるp型ウェル14の表層部には、ソース領域18D及びドレイン領域18Dより浅く形成され、n型の導電性不純物を低濃度に含有するLDD(lightly doped drain)領域17が形成されており、いわゆるLDD型のソース領域及びドレイン領域が構成されている。
Further, for example, the surface layer portion of the p-
さらに、例えば、ゲート電極21(G)の下部において、チャネル形成領域となるp型ウェル14の表層部に、Asなどのn型の導電性不純物を含有するn型のチャネル領域16が形成されている。例えば、浅く、高濃度にAs導入された領域となっており、これにより、オフ電流を低減し、オン抵抗も低減できる。
以上のようにして、デプレション型のnチャネル型MOS電界効果トランジスタが構成されている。
Further, for example, an n-
As described above, a depletion type n-channel MOS field effect transistor is configured.
さらに、例えば、矩形環状のゲート電極21(G)の角部近傍における、p型ウェル14の表層部に、p型の導電性不純物を高濃度に含有し、バックゲートとなるp+型埋め込み層13に電気的に接続するp+型のバックゲート領域18BG(BG)が形成されている。
Further, for example, a p + type buried layer containing a high concentration of p type conductive impurities in the surface layer portion of the
バックゲート領域18BG(BG)は、ソース領域18S(S)に対して素子分離絶縁膜15(I)で分離されているが、バックゲート領域18BG(BG)とソース領域18S(S)の境界領域まで上記の矩形環状のゲート電極21(G)が延伸して形成された構成としてもよい。この場合、ゲート電極21(G)は格子状の形状となる。
Although the back gate region 18BG (BG) is separated from the
また、例えば、上記の電界効果トランジスタを被覆して、酸化シリコンからなる層間絶縁膜23が形成されており、ソース領域18S(S)、ドレイン領域18D(D)及びバックゲート領域18BG(BG)に達する開口部が形成され、開口部内に埋め込まれるプラグと一体になって、ソース領域18S(S)、ドレイン領域18D(D)及びバックゲート領域18BG(BG)に接続する配線(24S,24D,24BG)が形成されている。
Further, for example, an
上記の本実施形態のデプレション型のnチャネル型MOS電界効果トランジスタによれば、矩形形状のドレイン領域の四辺全てにゲート電極が形成されており、ドレイン領域の面積が同じで一辺分の長さのゲート電極しか持たない電界効果トランジスタと比較すると、同一のドレイン容量でありながらオン抵抗を1/4まで低減でき、即ち、単位ゲート幅あたりのドレイン容量を1/4まで低減することができる。 According to the depletion-type n-channel MOS field effect transistor of the present embodiment, the gate electrode is formed on all four sides of the rectangular drain region, and the drain region has the same area and the length of one side. Compared with a field effect transistor having only one gate electrode, the on-resistance can be reduced to ¼ even with the same drain capacitance, that is, the drain capacitance per unit gate width can be reduced to ¼.
上記の構成の本実施形態の電界効果トランジスタは、例えば配線(24S,24BG)が接続されて、バックゲート領域18BG(BG)とソース領域18S(S)が接続されて共通電位が印加される。
また、例えば、本実施形態の電界効果トランジスタは、磁気ヘッドの静電破壊保護回路において磁気ヘッドを静電破壊から保護するスイッチとして用いられる。
In the field effect transistor of the present embodiment configured as described above, for example, wirings (24S, 24BG) are connected, the back gate region 18BG (BG) and the
Further, for example, the field effect transistor of this embodiment is used as a switch for protecting the magnetic head from electrostatic breakdown in an electrostatic breakdown protection circuit of the magnetic head.
第2実施形態
図2は本実施形態に係る電界効果トランジスタの平面図である。
例えば、第1実施形態に係るような矩形形状のゲート電極が、2次元的に繰り返されて格子状に形成されたゲート電極Gとなっている。
また、例えば、格子の内側の領域に、1つの格子に対してドレイン領域とソース領域のいずれか一方が対応して、ドレイン領域Dとソース領域Sが交互に2次元的に繰り返されて形成されている。
上記のようにして、いわゆる市松模様状のレイアウトで、ドレイン領域Dとソース領域Sが形成されているものである。
Second Embodiment FIG. 2 is a plan view of a field effect transistor according to this embodiment.
For example, a rectangular gate electrode according to the first embodiment is a two-dimensionally repeated gate electrode G formed in a lattice shape.
In addition, for example, the drain region D and the source region S are alternately and two-dimensionally repeated with one of the drain region and the source region corresponding to one lattice in the region inside the lattice. ing.
As described above, the drain region D and the source region S are formed in a so-called checkered layout.
ここで、最外周にはドレイン領域Dを配置しない、即ち、矩形形状のドレイン領域の四辺に対応する位置にソース領域Sが形成されており、その間にはバックゲート領域BGがレイアウトされている。
上記のように、最外周においてはドレイン領域として四辺でトランジスタを構成することができないので、最外周の領域をソース領域あるいはバックゲート領域とすることが好ましいが、この部分で四辺でトランジスタを構成できないことが特に問題とならなければ、最外周にドレイン領域を配置することも可能である。
Here, the drain region D is not disposed on the outermost periphery, that is, the source region S is formed at positions corresponding to the four sides of the rectangular drain region, and the back gate region BG is laid out between them.
As described above, since the transistor cannot be configured with four sides as the drain region in the outermost periphery, the outermost region is preferably the source region or the back gate region, but the transistor cannot be configured with four sides in this portion. If this is not a problem, the drain region can be arranged on the outermost periphery.
上記の構成では、ゲート電極の取り出し易さを考慮して、最外周部のソース領域Sとバックゲート領域BGとを含む全ての領域を囲むようにゲート電極が配置されているが、当該最外周部のソース領域Sとバックゲート領域BGとの間のゲート電極を削除し、バックゲート領域BGとソース領域Sとを素子分離絶縁膜Iで分離する構成としてもよい。 In the above configuration, the gate electrode is arranged so as to surround all the regions including the source region S and the back gate region BG in the outermost peripheral part in consideration of the ease of taking out the gate electrode. Alternatively, the gate electrode between the source region S and the back gate region BG may be deleted, and the back gate region BG and the source region S may be separated by the element isolation insulating film I.
図3(A)は図2中のX−X’における断面図である。
第1実施形態と同様に、例えば、p型シリコン基板10に、第1n型半導体層11が形成され、さらにチャネル形成領域を有するp型ウェル(第1導電型の第1半導体領域)14とバックゲートとなるp+型埋め込み層13が形成されている。
また、例えば、チャネル形成領域を有する上記のp型ウェル14の上層に、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜20を介してポリシリコンからなるゲート電極21(G)が格子状のパターンで形成され、ゲート電極21の両側部に酸化シリコンなどからなるサイドウォール絶縁膜22が形成されている。
FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in FIG.
Similar to the first embodiment, for example, a first n-
Further, for example, a gate electrode 21 (G) made of polysilicon is formed in a lattice pattern on the p-type well 14 having a channel formation region via a
また、例えば、格子の内側の領域に、n+型のソース領域18S及びドレイン領域18Dが交互に繰り返されて形成されており、最外周にソース領域が配置されている。
さらに、例えば、サイドウォール絶縁膜22の下部におけるp型ウェル14の表層部にはLDD領域17が形成されている。
また、例えば、ゲート電極21の下部において、チャネル形成領域となるp型ウェル14の表層部に、Asなどのn型の導電性不純物を含有するn型のチャネル領域16が形成されている。
Further, for example, n + -
Further, for example, an
Further, for example, an n-
また、図3(B)は図2中のY−Y’における断面図である。
基本的に図3(A)と同様な構成であるが、最外周には、バックゲートとなるp+型埋め込み層13に電気的に接続するp+型のバックゲート領域18BGが配置され、その内側の領域において、ソース領域18Sとドレイン領域18Dが交互に繰り返されて形成されている。
FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line YY ′ in FIG.
Is basically FIG. 3 (A) similar to configuration, the outermost, p + -type back gate region 18BG is arranged to electrically connect to the p + -type buried
上記の構成では、ゲート電極21(G)を格子状の形状とし、バックゲート領域18BG(BG)とソース領域18S(S)との境界領域まで上記の矩形環状のゲート電極21(G)が延伸して形成されているが、バックゲート領域18BG(BG)とソース領域18S(S)とを素子分離絶縁膜15(I)で分離する構成としてもよい。
In the above configuration, the gate electrode 21 (G) has a lattice shape, and the rectangular annular gate electrode 21 (G) extends to the boundary region between the back gate region 18BG (BG) and the
上記のようなそれぞれ複数個のソース領域18Sとドレイン領域18Dは、後述の配線によってそれぞれ一系統に接続されており、さらにバックゲート領域18BGはソース領域18Sに接続された構成となっている。
Each of the plurality of
図4は本実施形態に係る電界効果トランジスタのソース領域、ドレイン領域及びバックゲート領域に接続する第1層の配線のレイアウトを示す平面図である。
ソース領域S、ドレイン領域D及びバックゲート領域BGに対して、コンタクトCTを介して上層の配線(24S,24D,24BG)が形成されている。
ソース領域Sは配線24Sにより一系統にまとめて接続されており、配線24BGは配線24Sに接続しているので、ソース領域Sはバックゲート領域BGとともに、一系統にまとめて接続されている。
一方、ドレイン領域Dは、配線24Sの間で接続可能な部分に分割されて、図面上は5系統に分割されて、配線24Dに接続されている。
FIG. 4 is a plan view showing the layout of the first layer wiring connected to the source region, drain region, and back gate region of the field effect transistor according to the present embodiment.
Upper wirings (24S, 24D, 24BG) are formed through contacts CT for the source region S, the drain region D, and the back gate region BG.
Since the source regions S are connected together in one system by the
On the other hand, the drain region D is divided into portions connectable between the
図5は本実施形態に係る電界効果トランジスタのソース領域とバックゲート領域に接続する第1層の配線と、ドレイン領域に接続する第1層の配線に対して、それぞれ接続して形成される第2層の配線のレイアウトを示す平面図である。
第2層の配線25Dにより、複数(図面上5系統)に分割されていた第1層の配線24Dが一系統にまとめて、接続されている。
また、配線24S(配線24BG)は既に一系統に接続されているが、第2層の配線25Sによって配線抵抗を低減して、一系統に接続された構成となっている。
さらに、例えば、配線抵抗の低減のため、第2の配線(25S,25D)は、上記以外の領域において形成されていてもよい。
FIG. 5 shows the first layer wiring connected to the source region and back gate region of the field effect transistor according to the present embodiment, and the first layer wiring connected to the drain region. It is a top view which shows the layout of two-layer wiring.
By the
Further, although the
Further, for example, the second wiring (25S, 25D) may be formed in a region other than the above in order to reduce the wiring resistance.
上記の構成において、ソース領域とドレイン領域とがいわゆる市松模様状に複数個に分割してレイアウトされ、それぞれのソース領域とドレイン領域の格子状の境界部分にゲート電極が配置されているもので、ゲート電極を介して隣接しているソース領域とドレイン領域ごとに電界効果トランジスタが構成されていながら、各ソース領域とドレイン領域がそれぞれ一系統にまとめられていることにより、全体で1つのデプレション型のnチャネル型MOS電界効果トランジスタが構成されているものである。 In the above configuration, the source region and the drain region are divided into a plurality of so-called checkered patterns and are laid out, and gate electrodes are arranged at the lattice boundary portions of the respective source regions and drain regions. Although a field effect transistor is configured for each of the source region and the drain region adjacent to each other via the gate electrode, each source region and the drain region are combined into one system, so that one depletion type as a whole. The n-channel MOS field effect transistor is constructed.
上記の本実施形態のデプレション型のnチャネル型MOS電界効果トランジスタによれば、ドレイン領域の面積が同じでも1つのドレイン領域しか持たない電界効果トランジスタに比較して、トランジスタのゲート幅を格段に広げたものに相当し、これによって同一のドレイン容量でありながらオン抵抗を低減でき、即ち、単位ゲート幅あたりのドレイン容量を低減することができる。 According to the above-described depletion type n-channel MOS field effect transistor of the present embodiment, the gate width of the transistor is markedly greater than that of a field effect transistor having the same drain region area but having only one drain region. This corresponds to the expanded one, and thus the on-resistance can be reduced while maintaining the same drain capacitance, that is, the drain capacitance per unit gate width can be reduced.
第3実施形態
上記の第1実施形態及び第2実施形態の電界効果トランジスタにおいては、バックゲート領域はソース領域に対して素子分離絶縁膜で分離されているか、あるいは、バックゲート領域とソース領域の境界領域までゲート電極が形成された構成であり、上層の配線によりソース領域とバックゲート領域が接続された構成となっているが、ソース領域とバックゲート領域が接続されることを前提とした場合、ソース領域とバックゲート領域を素子分離絶縁膜などで個別の領域に分離する必要はない。
本実施形態の電界効果トランジスタにおいては、ソース領域とバックゲート領域を素子分離絶縁膜などで分離せずに隣接して配置した構成となっている。
Third Embodiment In the field effect transistors of the first and second embodiments described above, the back gate region is separated from the source region by an element isolation insulating film, or the back gate region and the source region are separated from each other. When the gate electrode is formed up to the boundary region and the source region and the back gate region are connected by the upper wiring, but it is assumed that the source region and the back gate region are connected There is no need to separate the source region and the back gate region into individual regions by an element isolation insulating film or the like.
In the field effect transistor of this embodiment, the source region and the back gate region are arranged adjacent to each other without being separated by an element isolation insulating film or the like.
図6(A)は本実施形態に係る電界効果トランジスタの一例の一部断面図である。
例えば、図3(A)と同様に、格子状のゲート電極21が形成され、各格子の内側の領域に、n+型のソース領域18S及びドレイン領域18Dが交互に繰り返されて形成されており、最外周にソース領域18Sが配置されている構成である。
ここで、本実施形態においては、最外周のソース領域18Sに対してp+型のバックゲート領域18BGが素子分離絶縁膜などで分離せずに隣接して配置された構成となっている。この場合、ソース領域18Sとバックゲート領域18BGの両者に対する共通のコンタクトを介して上層の配線に接続された構成などとすることができる。
上記のような素子分離絶縁膜などで分離せずに隣接して配置されたソース領域18Sとバックゲート領域18BGは、例えば、ソース領域18Sを形成するためのn型不純物をイオン注入するマスクの開口部と、バックゲート領域18BGを形成するためのp型不純物をイオン注入するマスクの開口部を隣接させ、即ち、隣接した領域にそれぞれの不純物をイオン注入することにより、形成することが可能である。
FIG. 6A is a partial cross-sectional view of an example of a field effect transistor according to this embodiment.
For example, as in FIG. 3A, a lattice-
In this embodiment, the p + -type back gate region 18BG is arranged adjacent to the outermost
The
また、図6(B)は本実施形態に係る電界効果トランジスタの他の例の一部断面図である。
例えば、図3(A)と同様に、n+型のソース領域18S及びドレイン領域18Dが交互に繰り返されて形成されている構成において、ドレイン領域18Dで挟まれた領域のソース領域18Sに対して、ソース領域18Sのさらに内側の領域にp+型のバックゲート領域18BGが素子分離絶縁膜などで分離せずに隣接して配置された構成となっている。
上記と同様に、ソース領域18Sとバックゲート領域18BGの両者に対する共通のコンタクトで接続された構成とすることができ、この構造は、隣接した領域にそれぞれの不純物をイオン注入することにより、形成することが可能である。
FIG. 6B is a partial cross-sectional view of another example of the field effect transistor according to the present embodiment.
For example, as in FIG. 3A, in a configuration in which n + -
Similarly to the above, the
本実施形態の構成は、上記の各実施形態に適用できる。
上記の本実施形態の係る電界効果トランジスタによれば、上記の各実施形態と同様に、同一のドレイン容量でありながらオン抵抗を低減でき、即ち、単位ゲート幅あたりのドレイン容量を低減することができる。さらに、バックゲートに接続するためのバックゲート領域をソース領域に隣接してレイアウト可能であるので、素子の面積を縮小するのに寄与する。
The configuration of this embodiment can be applied to each of the above embodiments.
According to the field effect transistor of the present embodiment, as in the above embodiments, the on-resistance can be reduced while having the same drain capacitance, that is, the drain capacitance per unit gate width can be reduced. it can. Further, since the back gate region for connecting to the back gate can be laid out adjacent to the source region, it contributes to reducing the area of the element.
第4実施形態
図7は、磁気記録装置に組み込まれるGMR磁気ヘッドなどの磁気ヘッドにおいて、静電破壊(ESD)から磁気ヘッドを保護する保護回路を示す回路図である。
保護回路におけるスイッチ素子として、上記の各実施形態の電解効果トランジスタを用いることができる。
Fourth Embodiment FIG. 7 is a circuit diagram showing a protection circuit for protecting a magnetic head from electrostatic breakdown (ESD) in a magnetic head such as a GMR magnetic head incorporated in a magnetic recording apparatus.
As the switch element in the protection circuit, the field effect transistor of each of the above embodiments can be used.
例えば、GMR磁気ヘッドなどの磁気ヘッド30は、ライン31a、ライン31bを介してプリアンプ32に接続される。
ここで、ライン31aとライン31bのそれぞれに対して、ESD保護回路としての電界効果トランジスタ33、34が接続して設けられる。
For example, a
Here,
ここで、上記のESD保護回路は、上記の各実施形態のデプレション型のnチャネル電界効果トランジスタで構成され、そのドレイン領域がそれぞれライン31a、ライン31bに接続され、そのソース領域がそれぞれ基準電位(例えば、接地)に接続される。
ESD保護回路は、ライン31a,31bに過剰な電圧が印加されたときにのみ導通して当該過剰な電圧を基準電位に逃がすものであるから、デプレション型の電界効果トランジスタ33,34のゲート端子33a,34aには、定常状態においてトランジスタ33,34が非導通となるように負電位が印加される。
磁気ヘッド30に対しては、正側電源、ライン31a、磁気ヘッド30、ライン31b、負側電源の経路でバイアス電流が供給される。このとき、正側電源の電圧は+3〜+5V程度であり、負側電源の電圧は−2〜―5V程度である。この場合、電界効果トランジスタ33,34のゲート電極33a,34aが負側電源に接続されてよい。また、ライン31aとライン31bとの間、即ち、磁気ヘッド30の両端には100mV程度の電圧差が生じることになる。
プリアンプ32、電界効果トランジスタ33、34は1つの半導体集積回路(IC)に形成され得るが、磁気ヘッド30は当該半導体集積回路に外付けとされる。
Here, the ESD protection circuit is composed of the depletion-type n-channel field effect transistor of each of the embodiments described above, the drain region is connected to the
Since the ESD protection circuit conducts only when an excessive voltage is applied to the
A bias current is supplied to the
Although the
上記のほか、保護すべき素子や回路、あるいは保護すべきタイミングなどに応じて、ESD保護回路を構成する電界効果トランジスタのデプレション型/エンハンスメント型の別、あるいはnチャネル型/pチャネル型の別を適宜選択することが可能である。 In addition to the above, depending on the element or circuit to be protected, the timing to be protected, etc., the field effect transistor constituting the ESD protection circuit is classified into a depletion type / enhancement type, or an n channel type / p channel type. Can be selected as appropriate.
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、ソース領域、ドレイン領域、バックゲート領域、ゲート電極の表面の一部または全部にシリサイド層が形成されていてもよい。例えばサリサイドプロセスなどにより、ソース領域、ドレイン領域、バックゲート領域、ゲート電極の上面全面に形成可能である。
上記の実施形態においては、デプレション型の電界効果トランジスタについて説明しているが、チャネル領域を形成しないことにより、エンハンスメント型に適用することも可能である。
また、nチャネル型の電界効果トランジスタについて説明しているが、pチャネル型の電界効果トランジスタに適用することも可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the above description.
For example, a silicide layer may be formed on part or all of the surfaces of the source region, the drain region, the back gate region, and the gate electrode. For example, it can be formed on the entire upper surface of the source region, drain region, back gate region, and gate electrode by a salicide process or the like.
Although the depletion type field effect transistor has been described in the above embodiment, it can be applied to an enhancement type by not forming a channel region.
Further, although an n-channel field effect transistor is described, the present invention can also be applied to a p-channel field effect transistor.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
本発明の電界効果トランジスタは、GMR磁気ヘッドなどの磁気ヘッドにおける静電破壊からの保護回路を構成するスイッチ用のトランジスタとして適用できる。 The field effect transistor of the present invention can be applied as a switch transistor that constitutes a protection circuit against electrostatic breakdown in a magnetic head such as a GMR magnetic head.
10…p型シリコン基板、11…第1n型半導体層、12…第2n型半導体層、13…p+型埋め込み層、14…p型ウェル(第1導電型の第1半導体領域)、15…素子分離絶縁膜、16…チャネル領域、17…LDD領域、18S…ソース領域、18D…ドレイン領域、18BG…バックゲート領域、20…ゲート絶縁膜、21…ゲート電極、22…サイドウォール絶縁膜、23…層間絶縁膜、24S,24D,24BG…配線、25S,25D…第2の配線、30…磁気ヘッド、31a…ライン、31b…ライン、32…プリアンプ、33,34…電界効果トランジスタ、40S,40Sa,40Sb…ソース領域、40D…ドレイン領域、33a,34b,41,41a,41b…ゲート電極、S…ソース領域、D…ドレイン領域、BG…バックゲート領域、G…ゲート電極、I…素子分離絶縁膜、CT…コンタクト
DESCRIPTION OF
Claims (14)
上記第1半導体領域の上記チャネル形成領域の上層においてゲート絶縁膜を介して、4つの辺を有する矩形環状のパターンで形成されたゲート電極と、
上記ゲート電極の内側の領域において、上記第1半導体領域の表層部に形成された第2導電型のドレイン領域と、
上記ゲート電極の4つの辺の外側の領域のそれぞれにおいて、当該外側の各領域から見たときの対応する上記ドレイン領域のチャネル幅を狭めない幅を持って、上記第1半導体領域の表層部に形成された第2導電型のソース領域と
を有する電界効果トランジスタ。 A first semiconductor region of a first conductivity type having a channel formation region;
A gate electrode formed in a rectangular ring pattern having four sides through a gate insulating film in an upper layer of the channel formation region of the first semiconductor region;
A drain region of a second conductivity type formed in a surface layer portion of the first semiconductor region in a region inside the gate electrode;
Each of the outer regions of the four sides of the gate electrode has a width that does not reduce the channel width of the corresponding drain region when viewed from the outer regions, and is formed on the surface layer portion of the first semiconductor region. A field effect transistor having a source region of the second conductivity type formed.
上記格子の内側の領域に、1つの格子に対して上記ドレイン領域と上記ソース領域のいずれか一方が対応して、上記ドレイン領域と上記ソース領域が交互に2次元的に繰り返されて形成されている
請求項1に記載の電界効果トランジスタ。 The rectangular gate electrode is two-dimensionally repeated and formed in a lattice shape,
One of the drain region and the source region corresponds to one region of the lattice, and the drain region and the source region are alternately and two-dimensionally repeated. The field effect transistor according to claim 1.
請求項1または2に記載の電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 1, wherein a back gate is formed inside the first semiconductor region.
請求項3に記載の電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 3, wherein the back gate and the source region are connected and a common potential is applied.
請求項1〜4のいずれかに記載の電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 1, wherein the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type, and an n-channel field-effect transistor.
請求項1〜5のいずれかに記載の電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 1, wherein a channel region of a second conductivity type is formed in a surface layer portion of the first semiconductor region in the channel formation region, and is a depletion type.
請求項6に記載の電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 6, wherein As is implanted as a conductive impurity in the channel region of the second conductivity type.
請求項1〜7のいずれかに記載の電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 1, wherein the field effect transistor is used as a switch for protecting the magnetic head from electrostatic breakdown in an electrostatic breakdown protection circuit of the magnetic head.
上記第1の半導体層の主面に形成された第2導電型の矩形状のドレイン領域と、
上記ドレイン領域に対して所定の間隔をもって上記第1の半導体層の主面にそれぞれ形成された第2導電型の複数のソース領域と、
上記ドレイン領域と上記複数のソース領域との間に位置する上記第1の半導体層のチャネル領域上に位置し、上記第1の半導体層上に絶縁層を介して上記ドレイン領域を囲むように形成された格子状のゲート電極と、
を有し、
上記複数のソース領域が上記ドレイン領域の辺部に対向する位置にそれぞれ配置されており、上記複数のソース領域が互いに電気的に接続されている
電界効果トランジスタ。 A first semiconductor layer of a first conductivity type formed on a semiconductor substrate;
A rectangular drain region of a second conductivity type formed on the main surface of the first semiconductor layer;
A plurality of second conductivity type source regions respectively formed on the main surface of the first semiconductor layer at a predetermined interval with respect to the drain region;
It is located on the channel region of the first semiconductor layer located between the drain region and the plurality of source regions, and is formed on the first semiconductor layer so as to surround the drain region via an insulating layer. A grid-shaped gate electrode,
Have
A field effect transistor, wherein the plurality of source regions are respectively arranged at positions facing side portions of the drain region, and the plurality of source regions are electrically connected to each other.
繰り返しパターンで形成されている上記ドレイン領域が互いに電気的に接続されており、
繰り返しパターンで形成されている上記複数のソース領域が互いに電気的に接続されている
請求項9に記載の電界効果トランジスタ。 The drain region, the plurality of source regions, and the gate electrode are formed in a repeating pattern,
The drain regions formed in a repeating pattern are electrically connected to each other;
The field effect transistor according to claim 9, wherein the plurality of source regions formed in a repetitive pattern are electrically connected to each other.
上記複数のソース領域と上記バックゲート領域とが電気的に接続されている
請求項9または10に記載の電界効果トランジスタ。 A back gate region of the first conductivity type formed on the main surface of the first semiconductor layer;
The field effect transistor according to claim 9 or 10, wherein the plurality of source regions and the back gate region are electrically connected.
請求項9〜11の何れかに記載の電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to any one of claims 9 to 11, wherein the channel region is a depletion type transistor including a first conductivity type semiconductor region formed on a main surface of the first semiconductor layer.
請求項12に記載の電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 12, wherein the first conductivity type is p-type, and the second conductivity type is n-type.
請求項9〜13の何れかに記載の電界効果トランジスタ。 A field effect transistor that functions as an ESD protection circuit connected between a signal line to which a magnetic head is connected and a reference potential, and a voltage is applied to the gate terminal so that the transistor becomes non-conductive in a steady state. The field effect transistor according to claim 9.
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