JP2009049296A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 工程の増加や占有面積の大きな増加なくオフリーク電流を小さく抑えた、十分なESD保護機能を持たせたシャロートレンチ分離構造を有するESD保護用のN型のMOSトランジスタを有する半導体装置を得る。
【解決手段】 素子分離にシャロートレンチ構造を有するESD保護用のN型MOSトランジスタにおいて、ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域の近傍に、ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域と接したP型の領域を介して外部接続端子からの信号を受けるN型の領域を形成した。
【選択図】 図1

Description

本発明は、MOS型トランジスタを有する半導体装置に関する。特に、素子分離構造であるシャロートレンチ分離を用いたN型のMOSトランジスタをESD保護素子として使用した半導体装置に関する。
MOS型トランジスタを有する半導体装置では、外部接続用のPADからの静電気による内部回路の破壊を防止するためのESD保護素子として、N型MOSトランジスタのゲート電位をグランド(Vss)に固定してオフ状態として設置する、いわゆるオフトランジスタが知られている。
オフトランジスタは、通常のロジック回路などの内部回路を構成するMOS型トランジスタと異なり、一時に多量の静電気による電流を流しきる必要があるため、数百ミクロン程度の大きな幅(W幅)を有するトランジスタにて設定されることが多い。
オフトランジスタのゲート電位はVssに固定され、オフ状態になっているものの、内部回路のN型MOSトランジスタと同様に1v以下の閾値を有するために、ある程度のサブスレッショルド電流が生じてしまう。上述のように、オフトランジスタのW幅が大きいために動作待機時のオフリーク電流も大きくなり、オフトランジスタを搭載するIC全体の動作待機時の消費電流が増大してしまうという問題点があった。
特にシャロートレンチ分離を素子分離構造に用いる半導体装置の場合、シャロートレンチ近接の領域で結晶欠陥層などのリーク電流を発生し易い領域を有するという、その構造自体および製造方法に由来する問題点があり、オフトランジスタのオフリーク電流を低減することは容易ではない。
保護素子のリーク電流を低減するための改善策として、電源(Vdd)とグランド(Vss)の間に完全にオフするように複数のトランジスタを配置する方法も提案されている。(例えば、特許文献1の第1図を参照。)
特開2002−231886号公報
しかしながら、オフトランジスタのオフリーク電流を小さく抑えるためにW幅を小さくすると、十分な保護機能を果たせなくなってしまい。また特許文献1のように電源(Vdd)とグランド(Vss)の間に完全にオフするように複数のトランジスタを配置する半導体装置においては、複数のトランジスタを有するため占有面積が大きく増大し、半導体装置のコストアップに繋がるなどの問題点があった。
上記問題点を解決するために、本発明は半導体装置を以下のように構成した。
外部接続端子と内部回路領域との間に前記内部回路領域に形成された内部素子をESDによる破壊から保護するために形成された、素子分離にシャロートレンチ構造を用いたESD保護用のN型MOSトランジスタを有する半導体装置において、ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域ゲート電極とは反対の側に、前記ドレイン領域と接したP型の領域によって分離された、外部接続端子からの信号を受けるN型の領域を形成した。
また、ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域と接したP型の領域は、外部接続端子からの信号を受けるN型の領域に半導体装置の電源電圧以上の電圧が印加された際に、外部接続端子からの信号を受けるN型の領域と、ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域とがパンチスルーして導通する幅で設けた。
また、外部接続端子からの信号を受けるN型の領域は、P型の領域を介してESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域に囲まれた形で形成した。
以上説明したように、本発明によれば、シャロートレンチ分離構造特有のリーク電流の発生を防止あるいはリーク発生領域を回避し、工程の増加や占有面積の大きな増加もなく、オフリーク電流を小さく抑えつつ十分なESD保護機能を持たせたESD保護用のN型MOSトランジスタを有する半導体装置を得ることができる。
図1は、本発明による半導体装置の、ESD保護用のN型MOSトランジスタの第1の実施例を示す模式的平面図である。N型の高濃度不純物領域からなるソース領域501とドレイン領域503が形成されており、ソース領域501とドレイン領域503の間には、図示しないがシリコン酸化膜などからなるゲート絶縁膜が設けられ、その上面にポリシリコンなどからなるゲート電極502が形成されている。また、他の素子との間の絶縁分離にはシャロートレンチ構造が用いられており、トランジスタの外周はシャロートレンチ分離領域504に囲まれている。
図1の実施例においては、2組のゲート電極502とゲート電極502を介して配置されたソース領域501とドレイン領域503とを示している。また、ドレイン領域503の近傍にはドレイン領域503と接したP型の領域602を介して外部接続端子からの信号を受けるN型の領域601が形成されている。ここで、P型の領域602は、外部接続端子からの信号を受けるN型の領域601に半導体装置の電源電圧以上の電圧が印加された際に、外部接続端子からの信号を受けるN型の領域601と、ドレイン領域503とがパンチスルーして導通する幅で形成されている。本実施例においては、ESD保護用のN型MOSトランジスタはN型の領域601を中心として左右対称に2つ設けられている。このように左右対称とせず、ESD保護用のN型MOSトランジスタを1つだけ設けることも可能である。
P型の領域602におけるP型の不純物濃度と、P型の領域602の幅を適宜組み合わせて設定することにより、所望の印加電圧で外部接続端子からの信号を受けるN型の領域601と、ドレイン領域503とをパンチスルーさせることが可能である。P型の領域602の幅をこのように設定することにより、通常の半導体装置の動作状態で電源電圧以下の電圧の信号が外部端子に印加されている状態では、外部接続端子からの信号を受けるN型の領域601とドレイン領域503とは逆導電型のP型の領域602で分離された状態となるため、ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域503には外部端子に印加された信号(電圧)は伝達されず、ESD保護用のN型MOSトランジスタのオフリーク電流の発生を根本的に防止することができる。
一方、外部接続端子に大きな電圧(例えば静電気パルス)が印加された場合には、外部接続端子からの信号を受けるN型の領域601とドレイン領域503とがパンチスルーして導通し、ESD保護用のN型MOSトランジスタがバイポーラ動作し、内部回路要素に対する保護機能が十分に発揮される。
図2は、本発明による半導体装置の、ESD保護用のN型MOSトランジスタの第2の実施例を示す模式的平面図である。図1に示した第1の実施例と異なる点は、外部接続端子からの信号を受けるN型の領域601が、P型の領域602を介してESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域503に囲まれた形で形成されている点である。
この形をとることにより、外部接続端子からの信号を受けるN型の領域601がシャロートレンチ分離領域504と接する部分がなくなるため、シャロートレンチ分離領域504の近接部分でのリーク電流の心配もなくなり、図1に示した第1の実施例に比べてさらなるリーク電流の発生防止に効果を与えることができる。その他の説明については、図1と同一の符号を付記することで説明に代える。
また、図1ならびに図2の実施例においては、簡単のためコンベンショナル構造のESD保護用のN型MOSトランジスタの例を示したが、本発明はこれに限定されず、LDD構造や、ドレイン領域503を一定の幅でゲート電極502から離して設定するオフセットドレイン構造などのトランジスタ構造を用いても容易に実施が可能であることは言うまでもない。
本発明による半導体装置の、ESD保護用のN型MOSトランジスタの第1の実施例を示す模式的平面図である。 本発明による半導体装置の、ESD保護用のN型MOSトランジスタの第2の実施例を示す模式的平面図である。
符号の説明
501 ソース領域
502 ゲート電極
503 ドレイン領域
504 シャロートレンチ分離領域
601 外部接続端子からの信号を受けるN型の領域
602 P型の領域

Claims (6)

  1. 外部接続端子と内部回路領域との間に、前記内部回路領域に形成された内部素子をESDによる破壊から保護するために形成された、素子分離にシャロートレンチ構造を用いたESD保護用のN型MOSトランジスタを有する半導体装置において、前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域のゲート電極とは反対の側に、前記ドレイン領域と接するP型の領域によって分離された、前記外部接続端子からの信号を受けるN型の領域が形成されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域と接するP型の領域は、前記外部接続端子からの信号を受けるN型の領域に前記半導体装置の電源電圧以上の電圧が印加された際に、前記外部接続端子からの信号を受けるN型の領域と、前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域とがパンチスルーして導通する幅で設けられていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記外部接続端子からの信号を受けるN型の領域は、前記P型の領域を介して前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域に囲まれた形で形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  4. 前記ESD保護用のN型MOSトランジスタは、前記N型の領域を中心に対称に掲載されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  5. 前記ESD保護用のN型MOSトランジスタは、LDD構造のN型MOSトランジスタで形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  6. 前記ESD保護用のN型MOSトランジスタは、オフセットドレイン構造のN型MOSトランジスタで形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
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