JP2010212588A - Semiconductor element, semiconductor device and method for manufacturing the semiconductor element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce manufacturing cost of an overall circuit that is integrated an ESD protective element. <P>SOLUTION: The ESD protective element 100 includes an n-channel GGFET structure. In the ESD protective element 100, a first p<SP>+</SP>-low resistive region 41 is provided, at a part of a first p-well region 4, a first p<SP>++</SP>-contact region 5 and a region below the same, an n<SP>++</SP>-source region 8 and a region below it, a first LDD region 6 and a region below the same, a first gate insulating film 12 and a region below the same, a second LDD region 7 and a region below the same, and a part of an n<SP>++</SP>-drain region 9 and a region below the same. A first extension distance(LBP1) between a edge of the n<SP>++</SP>-drain region 9 side of the first p<SP>+</SP>-low resistive region 41 and a edge of the n<SP>++</SP>-drain region 9 side of a first gate electrode 13 is in a range of 0-0.3 μm. The first p<SP>+</SP>-low resistive region 41 of the ESD protection element 100 is formed, at the same time as low-resistive region of a high-breakdown voltage device. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、半導体素子、半導体装置および半導体素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor element, a semiconductor device, and a method for manufacturing a semiconductor element.

一般に、パワーIC(Integrated Circuit:集積回路)には、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補型MOS)などのロジック回路や、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)およびパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)などの高耐圧デバイスが集積されている。高耐圧デバイスやCMOSを構成する半導体素子では、ゲート酸化膜が薄くなると電流能力が増大する。つまり、ゲート酸化膜を薄くすることにより、パワーICを構成する各半導体素子の電流能力を変えずに、各半導体素子を小型化することができる。従って、デバイスの実装面積を縮小し、パワーICの小型化を図ることができる。   In general, a power IC (Integrated Circuit: integrated circuit) includes, for example, a logic circuit such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor: Complementary MOS), an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and an insulated gate bipolar transistor (Insulated Gate Bipolar Transistor). High voltage devices such as Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (insulated gate field effect transistor) are integrated. In a semiconductor device constituting a high breakdown voltage device or a CMOS, current capability increases as the gate oxide film becomes thinner. That is, by reducing the thickness of the gate oxide film, each semiconductor element can be reduced in size without changing the current capability of each semiconductor element constituting the power IC. Therefore, the device mounting area can be reduced, and the power IC can be miniaturized.

ゲート酸化膜の薄膜化に対応して、CMOSを構成する半導体素子では、例えば半導体素子の内部電界を一定に保つように、素子構造の種々パラメータの寸法が縮小される。しかしながら、CMOSを微細化することにより、ドレイン領域近傍の電界強度が増大しホットキャリアが発生してしまう。ゲート酸化膜に注入されたホットキャリアの一部は、ゲート酸化膜中に蓄積され、CMOSの閾値電圧や伝達コンダクタンスなどの特性を劣化させる原因となる。また、ゲート酸化膜を薄膜化することにより、ソース・ドレイン間でのリーク電流が増大し、待機時の消費電力が増大してしまう。そのため、CMOSの電源電圧として用いる例えば回路電源電圧においても、低電源電圧化を図ることが必要となってくる。例えば、回路電源電圧を低電源電圧化する技術として、電源電圧を5Vから3.3Vへ微細化する技術が提案されている(例えば、下記非特許文献1参照。)。   In response to the reduction in the thickness of the gate oxide film, in the semiconductor element constituting the CMOS, for example, the dimensions of various parameters of the element structure are reduced so as to keep the internal electric field of the semiconductor element constant. However, by miniaturizing the CMOS, the electric field strength near the drain region increases and hot carriers are generated. Some of the hot carriers injected into the gate oxide film are accumulated in the gate oxide film, causing deterioration of characteristics such as the threshold voltage and transfer conductance of the CMOS. Further, by reducing the thickness of the gate oxide film, the leakage current between the source and the drain increases, and the power consumption during standby increases. For this reason, for example, a circuit power supply voltage used as a CMOS power supply voltage needs to be reduced. For example, as a technique for reducing the circuit power supply voltage, a technique for reducing the power supply voltage from 5 V to 3.3 V has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1 below).

また、CMOSを構成する半導体素子において、ホットキャリア耐量を向上させるために、例えば、ソース領域とドレイン領域との間に、ソース領域およびドレイン領域よりも浅く、ソース領域およびドレイン領域と同じ導電型を有する不純物領域をそれぞれ設けて、半導体素子のドレイン領域近傍の電界を軽減するLDD(Lightly Doped Drain)構造が提案されている。これにより、トンネル効果に起因するオフ状態時のリーク電流を抑制することができる。   In order to improve hot carrier resistance in a semiconductor element constituting a CMOS, for example, the same conductivity type as the source region and the drain region is formed between the source region and the drain region, which is shallower than the source region and the drain region. An LDD (Lightly Doped Drain) structure has been proposed in which an impurity region is provided to reduce an electric field in the vicinity of a drain region of a semiconductor element. As a result, the leakage current in the off state due to the tunnel effect can be suppressed.

一方、高耐圧デバイスでは、使用されるアプリケーションによって電源電圧が決定されるため、高耐圧デバイスの電源電圧を低くすることは難しい。高耐圧デバイスの電源電圧を変えずに、高耐圧デバイスのゲート酸化膜を薄くするとゲート酸化膜中の電界強度が強くなってしまう。高耐圧デバイスのゲート駆動電圧を、回路電源電圧に用いる例えば5〜7Vにすると、高耐圧デバイスのゲート酸化膜を15〜17nmの厚さまで薄くすることができる。この場合、高耐圧デバイスの動作時に、ゲート酸化膜に印加される電界強度は3.3〜4.6MV/cmとなるが、高耐圧デバイスのゲート酸化膜の信頼性などの様々な信頼性は確保される。   On the other hand, in a high withstand voltage device, since the power supply voltage is determined by the application used, it is difficult to reduce the power supply voltage of the high withstand voltage device. If the gate oxide film of the high breakdown voltage device is thinned without changing the power supply voltage of the high breakdown voltage device, the electric field strength in the gate oxide film is increased. When the gate drive voltage of the high withstand voltage device is, for example, 5 to 7 V used for the circuit power supply voltage, the gate oxide film of the high withstand voltage device can be thinned to a thickness of 15 to 17 nm. In this case, the electric field strength applied to the gate oxide film during the operation of the high breakdown voltage device is 3.3 to 4.6 MV / cm, but various reliability such as the reliability of the gate oxide film of the high breakdown voltage device is available. Secured.

上述したように、パワーICを構成する各半導体素子において、信頼性を確保しつつ、ゲート酸化膜を薄膜化することは可能である。しかしながら、静電気放電(ESD:Electro−Static Discharge)に対する半導体素子の耐性が低下してしまう。そこで、通常、パワーICには、内部回路を静電気放電から保護するための保護素子(以下、ESD保護素子とする)が設けられている。   As described above, in each semiconductor element constituting the power IC, the gate oxide film can be thinned while ensuring reliability. However, the resistance of the semiconductor element to electrostatic discharge (ESD) decreases. Therefore, a power IC is usually provided with a protection element (hereinafter referred to as an ESD protection element) for protecting the internal circuit from electrostatic discharge.

以下に、従来のESD保護素子の一例を示す。なお、本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。   An example of a conventional ESD protection element is shown below. In this specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. Further, + and − attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region where it is not attached.

図29は、ESD保護素子の一例を示す回路図である。図29に示すように、ESD保護素子205は、ソースとゲートが短絡されたMOSFET(GGFET:Gate−Ground Field Effect Transistor)構造を有している。ボンディングパッド(以下、PADする)201と内部回路204とを接続する信号線に、nチャネルGGFET202とpチャネルGGFET203とが接続されている。nチャネルGGFET202のソースは、例えばグランドに接続されている。nチャネルGGFET202のドレインは、PAD201に電気的に接続されている。pチャネルGGFET203のソースは、電源電圧に接続されている。pチャネルGGFET203のドレインは、PAD201に電気的に接続されている。   FIG. 29 is a circuit diagram illustrating an example of an ESD protection element. As shown in FIG. 29, the ESD protection element 205 has a MOSFET (GGFET: Gate-Ground Field Effect Transistor) structure in which a source and a gate are short-circuited. An n-channel GGFET 202 and a p-channel GGFET 203 are connected to a signal line that connects a bonding pad (hereinafter referred to as PAD) 201 and the internal circuit 204. The source of the n-channel GGFET 202 is connected to the ground, for example. The drain of the n-channel GGFET 202 is electrically connected to the PAD 201. The source of the p-channel GGFET 203 is connected to the power supply voltage. The drain of the p-channel GGFET 203 is electrically connected to the PAD 201.

ESD保護素子205では、PAD201にプラス静電気を帯びた電圧サージが発生した場合、nチャネルGGFET202が電圧サージを引き込み、静電気をグランドへ逃がす。一方、PAD201にマイナス静電気を帯びた電圧サージが発生した場合、pチャンネルGGFET203が電圧サージを引き込み、静電気を電源電圧へ逃がす。このように、ESDなどによる電圧サージが、内部回路204へと流れることを防止している。   In the ESD protection element 205, when a voltage surge with positive static electricity is generated in the PAD 201, the n-channel GGFET 202 draws the voltage surge and releases the static electricity to the ground. On the other hand, when a voltage surge with negative static electricity occurs in the PAD 201, the p-channel GGFET 203 draws the voltage surge and releases the static electricity to the power supply voltage. Thus, a voltage surge due to ESD or the like is prevented from flowing to the internal circuit 204.

図30は、従来のESD保護素子を示す断面図である。図29に示すESD保護素子を構成するnチャネルGGFET202を示している。図示省略する支持基板の表面に、pウエル領域301が設けられている。pウエル領域301の表面層の一部には、n++ソース領域304とn++ドレイン領域305が互いに離れて設けられている。n++ソース領域304とn++ドレイン領域305の間には、n++ソース領域304と接するように、n++ソース領域304よりも浅いソース(LDD)領域302が設けられている。また、n++ドレイン領域305と接するように、n++ドレイン領域305よりも浅いドレイン(LDD)領域303が設けられている。 FIG. 30 is a cross-sectional view showing a conventional ESD protection element. 30 shows an n-channel GGFET 202 constituting the ESD protection element shown in FIG. A p-well region 301 is provided on the surface of a support substrate (not shown). An n ++ source region 304 and an n ++ drain region 305 are provided apart from each other in part of the surface layer of the p well region 301. Between the n ++ source region 304 and the n ++ drain region 305, so as to be in contact with the n ++ source region 304, a source (LDD) region 302 is provided shallower than n ++ source region 304. Further, so as to be in contact with the n ++ drain region 305, a drain (LDD) region 303 is provided shallower than n ++ drain region 305.

pウエル領域301の表面の一部には、n++ソース領域304からn++ドレイン領域305にかけて、ゲート絶縁膜306が設けられている。ゲート電極307は、ゲート絶縁膜306の表面に設けられている。ソース電極308は、n++ソース領域304の表面に設けられている。ドレイン電極309は、n++ドレイン領域305の表面に設けられている。ドレイン電極309は、図示省略するPAD(図29参照)と電気的に接続されている。ゲート電極307は、ソース電極308と短絡している。ソース電極308は、グランドに接続されている。 a part of the surface of the p-well region 301, over the n ++ source region 304 to the n ++ drain region 305, a gate insulating film 306 is provided. The gate electrode 307 is provided on the surface of the gate insulating film 306. Source electrode 308 is provided on the surface of n ++ source region 304. The drain electrode 309 is provided on the surface of the n ++ drain region 305. The drain electrode 309 is electrically connected to a PAD (not shown) (see FIG. 29). The gate electrode 307 is short-circuited with the source electrode 308. The source electrode 308 is connected to the ground.

このようなESD保護素子において、PADに静電気などによるプラスの電圧サージが発生した場合、浅いドレイン領域303とpウエル領域301とで形成されるpn接合領域401において逆降伏が生じる。pn接合領域401に生じる大きな電界強度により、電子−正孔対が大量に生じ、この正孔がpウエル領域301を通ってグランドに放電される。pウエル領域301が有する内部抵抗によりpウエル領域301の電位が上昇し、pウエル領域301とn++ソース領域304からなるpn接合のポテンシャル障壁を超えたときに、n++ドレイン領域305(LDD領域を含む)からなるコレクタ、pウエル領域301からなるベース、n++ソース領域304(LDD領域を含む)からなるエミッタで構成されるnpnバイポーラトランジスタが作動する。npnバイポーラトランジスタのコレクタ・エミッタ間に大電流が流れ、PADに生じたプラスの電圧サージをpウエル領域301からグランドへと逃がしている。 In such an ESD protection element, when a positive voltage surge due to static electricity or the like occurs in the PAD, reverse breakdown occurs in the pn junction region 401 formed by the shallow drain region 303 and the p well region 301. A large electric field strength generated in the pn junction region 401 generates a large number of electron-hole pairs, and these holes are discharged to the ground through the p-well region 301. When the potential of the p well region 301 rises due to the internal resistance of the p well region 301 and exceeds the potential barrier of the pn junction composed of the p well region 301 and the n ++ source region 304, the n ++ drain region 305 ( An npn bipolar transistor composed of a collector composed of an LDD region, a base composed of a p-well region 301, and an emitter composed of an n ++ source region 304 (including an LDD region) operates. A large current flows between the collector and the emitter of the npn bipolar transistor, and a positive voltage surge generated in the PAD is released from the p-well region 301 to the ground.

PADにマイナスの電圧サージが発生した場合は、図29に示すESD保護素子を構成するpチャンネルGGFETから回路電源へと、電圧サージを逃がしている。pチャンネルGGFETの動作は、nチャンネルGGFETと同様である。   When a negative voltage surge occurs in the PAD, the voltage surge is released from the p-channel GGFET constituting the ESD protection element shown in FIG. 29 to the circuit power supply. The operation of the p-channel GGFET is the same as that of the n-channel GGFET.

ESD保護素子の構成例として、例えば、次に示すようなGGFETが提案されている。図31は、ESD保護素子の構成例を示す平面図である。図31に示すESD保護素子は、nチャンネルGGFET構造を有している。活性領域605の表面には、ドレイン電極602、ゲート電極603およびソース電極604が、それぞれ複数設けられている。ドレイン電極602とソース電極604は、互いに離れて、交互に設けられている。ドレイン電極602とソース電極604の間には、ゲート電極603が、ドレイン電極602およびソース電極604から離れて設けられている。各ドレイン電極602同士は、電気的に接続されている。各ゲート電極603同士は、電気的に接続されている。各ソース電極604同士は、電気的に接続されている。つまり、各電極が櫛歯状に形成されたフィンガー部を有し、そのフィンガー部が活性領域605に互いに離れて設けられている。ドレイン電極602は、PAD601と電気的に接続されている。ゲート電極603は、ソース電極604に短絡している(例えば、下記非特許文献2参照。)。   As a configuration example of the ESD protection element, for example, the following GGFET has been proposed. FIG. 31 is a plan view showing a configuration example of the ESD protection element. The ESD protection element shown in FIG. 31 has an n-channel GGFET structure. A plurality of drain electrodes 602, gate electrodes 603, and source electrodes 604 are provided on the surface of the active region 605. The drain electrode 602 and the source electrode 604 are alternately provided apart from each other. A gate electrode 603 is provided between the drain electrode 602 and the source electrode 604 so as to be separated from the drain electrode 602 and the source electrode 604. The drain electrodes 602 are electrically connected. Each gate electrode 603 is electrically connected. Each source electrode 604 is electrically connected. In other words, each electrode has a finger portion formed in a comb-like shape, and the finger portions are provided apart from each other in the active region 605. The drain electrode 602 is electrically connected to the PAD 601. The gate electrode 603 is short-circuited to the source electrode 604 (see, for example, Non-Patent Document 2 below).

また、ESD保護素子を作製するにあたり、次に示す設計基準を満たすように設計する必要がある。図32は、ESD保護素子の耐圧特性を示す特性図である。図32に示すように、ESD保護素子の耐圧が、パワーICの安全動作を見込んだ動作電圧(信号範囲+安全マージン)より大きく、パワーICの内部回路を構成する半導体素子のゲート酸化膜の耐圧(ゲート酸化膜降伏電圧等)を超えない範囲(以下、ESD設計窓とする)を満たすように、ESD保護素子の設計を行う必要がある(例えば、下記非特許文献3参照。)。   Moreover, when producing an ESD protection element, it is necessary to design so that the following design criteria may be satisfied. FIG. 32 is a characteristic diagram showing a breakdown voltage characteristic of the ESD protection element. As shown in FIG. 32, the withstand voltage of the ESD protection element is larger than the operating voltage (signal range + safety margin) expected for the safe operation of the power IC, and the withstand voltage of the gate oxide film of the semiconductor element constituting the internal circuit of the power IC. It is necessary to design the ESD protection element so as to satisfy a range not exceeding (gate oxide film breakdown voltage or the like) (hereinafter referred to as an ESD design window) (for example, see Non-Patent Document 3 below).

ESD保護素子は、例えば内部回路に集積されるロジック回路などのCMOSと同様の構成であり、例えば同一基板上に作製される。そのため、CMOSや高耐圧デバイスなどのゲート酸化膜を薄くした場合、ESD保護素子のゲート酸化膜も同様に薄くなる。ESD保護素子のゲート酸化膜が薄くなると、ESD保護素子のゲート酸化膜の耐圧は低減する。一方、LDD構造などが適用されると(図30参照)、ESD保護素子の耐圧が増大し、ESD保護素子のゲート酸化膜の耐圧よりも高くなり、ESD設計窓を満たす耐圧の範囲外となってしまうことがある。   The ESD protection element has a configuration similar to that of a CMOS such as a logic circuit integrated in an internal circuit, and is manufactured on the same substrate, for example. Therefore, when the gate oxide film of a CMOS or high voltage device is thinned, the gate oxide film of the ESD protection element is similarly thinned. When the gate oxide film of the ESD protection element becomes thinner, the breakdown voltage of the gate oxide film of the ESD protection element is reduced. On the other hand, when the LDD structure or the like is applied (see FIG. 30), the breakdown voltage of the ESD protection element increases, becomes higher than the breakdown voltage of the gate oxide film of the ESD protection element, and falls outside the range of the breakdown voltage that satisfies the ESD design window. May end up.

例えば、ESD保護素子のゲート酸化膜を15nmとした場合、ESD保護素子のゲート酸化膜の降伏電圧は11V程度である。また、パワーICを例えばプラズマディスプレイパネル(PDP:Plasma Display Panel)のスキャンドライバーICとして用いる場合、PDPの安全動作を見込んだ動作電圧のマージン(安全マージン)は7Vになることもある。つまり、ESD設計窓を満たすESD保護素子の耐圧は、7〜11Vである。それに対して、LDD構造を有するnチャネルMOSFETの耐圧は、14V以上である。つまり、LDD構造を有するnチャネルGGFETの耐圧は、14V以上である。   For example, when the gate oxide film of the ESD protection element is 15 nm, the breakdown voltage of the gate oxide film of the ESD protection element is about 11V. In addition, when the power IC is used as a scan driver IC of a plasma display panel (PDP), for example, the operating voltage margin (safety margin) allowing for the safe operation of the PDP may be 7V. That is, the withstand voltage of the ESD protection element that satisfies the ESD design window is 7 to 11V. On the other hand, the breakdown voltage of the n-channel MOSFET having the LDD structure is 14V or more. That is, the breakdown voltage of the n-channel GGFET having the LDD structure is 14V or more.

上述した問題を回避するために、ESD保護素子として用いるGGFETの耐圧を低減させる技術が提案されている。図33は、従来のESD保護素子の別の一例を示す断面図である。図30に示すESD保護素子において、pウエル領域301の内部の、n++ドレイン領域305の下の領域全体に、pウエル領域301より抵抗率の低いp+低抵抗領域311が形成されている。それ以外の構成は、図30に示す半導体素子と同様である。図33に示す半導体素子では、PAD(図29参照)に電圧サージが発生した場合、n++ドレイン領域305とp+低抵抗領域311とで形成されるpn接合領域402が、逆降伏が生じる領域となる。pn接合領域402の逆耐圧が、n++ドレイン領域305とpウエル領域301とで形成されるpn接合領域の逆耐圧より低くなり、半導体素子の耐圧を低減させている(例えば、下記特許文献1参照。)。 In order to avoid the above-described problem, a technique for reducing the breakdown voltage of a GGFET used as an ESD protection element has been proposed. FIG. 33 is a cross-sectional view showing another example of a conventional ESD protection element. In the ESD protection element shown in FIG. 30, a p + low resistance region 311 having a resistivity lower than that of the p well region 301 is formed in the entire region under the n ++ drain region 305 inside the p well region 301. . Other structures are the same as those of the semiconductor element shown in FIG. In the semiconductor element shown in FIG. 33, when a voltage surge occurs in the PAD (see FIG. 29), the pn junction region 402 formed by the n ++ drain region 305 and the p + low resistance region 311 causes reverse breakdown. It becomes an area. The reverse breakdown voltage of the pn junction region 402 is lower than the reverse breakdown voltage of the pn junction region formed by the n ++ drain region 305 and the p well region 301, and the breakdown voltage of the semiconductor element is reduced (for example, the following patent document) 1).

また、別の半導体素子として、次に示す技術が提案されている。図34は、従来のESD保護素子の別の一例を示す断面図である。n型の支持基板501の表面層の一部に、p-ウエル領域502が設けられている。p-ウエル領域502は、絶縁物が埋め込まれた第1トレンチ507および第2トレンチ510により、図示省略するnドリフト領域と分離されている。p-ウエル領域502の表面の一部には、ゲート絶縁膜512を介してゲート電極511が設けられている。p-ウエル領域502の表面層の一部には、ゲート電極511をマスクとして自己整合的に形成されたn+ドレイン領域505およびn+ソース領域506が互いに離れて設けられている。また、n+ドレイン領域505およびn+ソース領域506のゲート電極511と反対側の、p-ウエル領域502の表面層の一部に、第1のp+半導体領域503および第2のp+半導体領域504が形成される。第1のp+半導体領域503は、絶縁物が埋め込まれた第3トレンチ508により、n+ドレイン領域505と分離されている。第2のp+半導体領域504は、絶縁物が埋め込まれた第4トレンチ509により、n+ソース領域506と分離されている。p-ウエル領域502の内部には、n+ドレイン領域505の下の領域の一部を占めるように、p-ウエル領域502より抵抗率の低いp半導体領域513が形成されている。n+ドレイン領域505はPAD514と電気的に接続されている。第1のp+半導体領域503、第2のp+半導体領域504、n+ソース領域506およびゲート電極511は、電気的に短絡されグランドに接続されている。図34に示す半導体素子では、n+ドレイン領域505とp低抵抗領域513とで形成されるpn接合領域を形成することにより、半導体素子の耐圧を低減させている。(例えば、下記非特許文献4参照。)。 As another semiconductor element, the following technique has been proposed. FIG. 34 is a cross-sectional view showing another example of a conventional ESD protection element. A p well region 502 is provided in part of the surface layer of the n-type support substrate 501. The p well region 502 is separated from an n drift region (not shown) by a first trench 507 and a second trench 510 embedded with an insulator. A gate electrode 511 is provided on a part of the surface of the p well region 502 via a gate insulating film 512. A part of the surface layer of the p well region 502 is provided with an n + drain region 505 and an n + source region 506 that are formed in a self-aligned manner using the gate electrode 511 as a mask. Further, a first p + semiconductor region 503 and a second p + semiconductor are formed on part of the surface layer of the p well region 502 on the opposite side of the gate electrode 511 of the n + drain region 505 and the n + source region 506. Region 504 is formed. The first p + semiconductor region 503 is separated from the n + drain region 505 by a third trench 508 embedded with an insulator. The second p + semiconductor region 504 is separated from the n + source region 506 by a fourth trench 509 embedded with an insulator. p - Inside the well region 502, n + so as to occupy a part of the region under the drain region 505, p - low p semiconductor region 513 having resistivity than the well region 502 is formed. N + drain region 505 is electrically connected to PAD 514. The first p + semiconductor region 503, the second p + semiconductor region 504, the n + source region 506, and the gate electrode 511 are electrically short-circuited and connected to the ground. In the semiconductor element shown in FIG. 34, the breakdown voltage of the semiconductor element is reduced by forming a pn junction region formed by the n + drain region 505 and the p low resistance region 513. (For example, refer to Non-Patent Document 4 below.)

特開2007−005825号公報JP 2007-005825 A

ワイ・タウア(Y.Taur),ティー・エッチ・ニン(T.H.Ning)著、ファンダメンタルズ オブ モダン VLSI デバイシズ(Fundamentals of Modern VLSI Devices)、(英国)、第1版、ケンブリッジ ユニバーシティー プレス(Cambridge University Press)、1999年、p.168Y. Taur, T. H. Ning, Fundamentals of Modern VLSI Devices (UK), 1st edition, Cambridge University Press (UK) (University University Press), 1999, p. 168 イー・アジス・アメラセケラ(E.Ajith.Amerasekera),シー・ダブリー(C.Duvvury)著、ESD イン シリコン インテグラテッド サーキット(ESD in Silicon Integrated Cirucits)、(米国)、第1版、ワイリー−アイ・トリプル・イー プレス(Wiley−IEEE Press)、1995年、p.66−68ESD in Silicon Integrated Circuits (USA), 1st edition, Wiley-I Triple, by E. Ajith Amerasekera, C. Duvvury.・ E-press (Wiley-IEEE Press), 1995, p. 66-68 ケイ・エスマーク(K.Esmark),ジェイ・ゴスナー(J.Gossner),ダブリュー・シュタットラー(W.Stadler)著、アドバンスド シミュレーション メソッズ フォア ESD プロテクション ディベロップメント(Advanced simulation methods for ESD protection development)、(英国)、第1版、エルゼビア リミテッド(Elsevier Ltd.)、2003年、p.35Advanced simulation methods for ESD protection by K. Esmark, J. Gosner, and W. Stadler, Advanced simulation methods for ESD ), First edition, Elsevier Ltd., 2003, p. 35 ケイ・チャティー(K.Chatty)、外5名、プロセス アンド デザイン オプティマイゼーション オブ ア プロテクション スキーム ベイスド オン NMOSFETs ウィズ ESD インプラント イン 65nm アンド 45nm CMOS テクノロジーズ(Process and Design Optimization of a Protection Scheme Based on NMOSFETs with ESD Implant in 65nm and 45nm CMOS Technologies)、(米国)、29th エレクトリカル オーバーストレス/エレクトロスタティック ディスチャージ シンポジウム プロシーディングス(Proc. EOS/ESD Symposium:29th Electrical Overstress/Electrostatic Discharge Symposium Proceedings)、2007年、p.7A.2−1 − p.7A.2−10K. Chatty, 5 others, Process and Design Optimization of a Protection Scheme Based on NMOSFETs with ESD Implant in 65nm and 45nm CMOS Technologies 65nm and 45nm CMOS Technologies), (USA), 29th Electrical Overstress / Electrostatic Discharge Symposium Proc. (Proc. EOS / ESD Symposium: 29th) lectrical Overstress / Electrostatic Discharge Symposium Proceedings), 2007 years, p. 7A. 2-1-p. 7A. 2-10

しかしながら、上述した特許文献1および非特許文献4の技術では、ESD保護素子を集積する回路全体の製造工程において、ESD保護素子のp型低抵抗領域(例えば、図33のp+低抵抗領域)を形成するためだけのイオン注入工程を追加する必要がある。そのため、回路全体の製造工程数が増えてしまい、製造コストが増大してしまう。 However, in the techniques of Patent Document 1 and Non-Patent Document 4 described above, the p-type low resistance region (for example, the p + low resistance region in FIG. 33) of the ESD protection element in the manufacturing process of the entire circuit in which the ESD protection element is integrated. Therefore, it is necessary to add an ion implantation process only for forming the. For this reason, the number of manufacturing steps for the entire circuit increases, and the manufacturing cost increases.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、ESD設計窓を満たす耐圧を有し、ESD保護素子として用いることができる半導体素子を提供することを目的とする。また、この発明は、ESD保護素子を集積する回路全体の製造コストを低減することができる半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a semiconductor element that has a breakdown voltage that satisfies an ESD design window and can be used as an ESD protection element in order to solve the above-described problems caused by the related art. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can reduce the manufacturing cost of the entire circuit in which the ESD protection device is integrated.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる半導体素子は、以下の特徴を有する。第1導電型の第1ウエル領域の一部に設けられた第2導電型のソース領域と、前記第1ウエル領域の一部に設けられた第2導電型のドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域の間の前記第1ウエル領域の表面上に設けられた第1ゲート絶縁膜と、前記第1ゲート絶縁膜の上に設けられた第1ゲート電極と、前記第1ウエル領域の一部に、前記ソース領域とその下の領域、および前記第1ゲート絶縁膜の下の領域に設けられた、前記第1ウエル領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第1低抵抗領域と、前記ソース領域に接し、かつ前記第1ゲート電極に短絡するソース電極と、前記ドレイン領域に接するドレイン電極と、を備える。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a semiconductor device according to the invention of claim 1 has the following characteristics. A second conductivity type source region provided in a part of the first conductivity type first well region; a second conductivity type drain region provided in a part of the first well region; and the source region; A first gate insulating film provided on a surface of the first well region between the drain regions; a first gate electrode provided on the first gate insulating film; and one of the first well regions A first conductivity type first low resistance region having a resistivity lower than that of the first well region provided in the source region, the region below the source region, and the region below the first gate insulating film; And a source electrode that is in contact with the source region and is short-circuited to the first gate electrode, and a drain electrode that is in contact with the drain region.

また、請求項2の発明にかかる半導体素子は、請求項1に記載の発明において、支持基板の表面に、絶縁層を介して設けられた第2導電型の第1半導体領域を、さらに備える。前記第1ウエル領域は、前記第1半導体領域の一部に設けられている。前記第1ウエル領域の一部には、前記ソース領域と電気的に接続された、前記第1ウエル領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第1コンタクト領域が設けられている。前記第1半導体領域の一部には、前記第1ウエル領域と離れて、前記第1半導体領域よりも抵抗率の低い第2導電型の第2コンタクト領域が設けられている。前記第1ゲート電極は、前記第2コンタクト領域に接するコンタクト電極にさらに短絡されている。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the first aspect, further comprising a first conductivity type second semiconductor region provided on the surface of the support substrate via an insulating layer. The first well region is provided in a part of the first semiconductor region. A part of the first well region is provided with a first conductivity type first contact region having a lower resistivity than the first well region and electrically connected to the source region. A portion of the first semiconductor region is provided with a second conductivity type second contact region having a resistivity lower than that of the first semiconductor region, apart from the first well region. The first gate electrode is further short-circuited to a contact electrode in contact with the second contact region.

また、請求項3の発明にかかる半導体素子は、請求項1に記載の発明において、支持基板の表面に設けられた第2導電型の第1半導体領域を、さらに備える。前記第1ウエル領域は、前記第1半導体領域の一部に設けられている。前記第1ウエル領域の一部には、前記ソース領域と電気的に接続された、前記第1ウエル領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第1コンタクト領域が設けられている。前記第1半導体領域の一部には、前記第1ウエル領域と離れて、前記第1半導体領域よりも抵抗率の低い第2導電型の第2コンタクト領域が設けられている。前記第1ゲート電極は、前記第2コンタクト領域に接するコンタクト電極にさらに短絡されている。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the first aspect, further comprising a first semiconductor region of a second conductivity type provided on the surface of the support substrate. The first well region is provided in a part of the first semiconductor region. A part of the first well region is provided with a first conductivity type first contact region having a lower resistivity than the first well region and electrically connected to the source region. A portion of the first semiconductor region is provided with a second conductivity type second contact region having a resistivity lower than that of the first semiconductor region, apart from the first well region. The first gate electrode is further short-circuited to a contact electrode in contact with the second contact region.

また、請求項4の発明にかかる半導体素子は、請求項1に記載の発明において、支持基板の表面に設けられた第1導電型の第2半導体領域を、さらに備える。前記第1ウエル領域は、前記第2半導体領域の一部に設けられている。前記第1ウエル領域の一部には、前記ソース領域と電気的に接続された、前記第1ウエル領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第1コンタクト領域が設けられている。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor element according to the first aspect of the present invention, further comprising a second semiconductor region of the first conductivity type provided on the surface of the support substrate. The first well region is provided in a part of the second semiconductor region. A part of the first well region is provided with a first conductivity type first contact region having a lower resistivity than the first well region and electrically connected to the source region.

また、請求項5の発明にかかる半導体素子は、請求項1に記載の発明において、第1導電型の支持基板を、さらに備える。前記第1ウエル領域は、第1導電型の支持基板の表面層の一部に設けられている。前記第1ウエル領域の一部には、前記ソース領域と電気的に接続された、前記第1ウエル領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第1コンタクト領域が設けられている。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the first aspect, further comprising a first conductivity type support substrate. The first well region is provided in a part of the surface layer of the first conductivity type support substrate. A part of the first well region is provided with a first conductivity type first contact region having a lower resistivity than the first well region and electrically connected to the source region.

また、請求項6の発明にかかる半導体素子は、請求項1〜5のいずれか一つに記載の発明において、前記第1ウエル領域の一部に、前記ソース領域に接するように、前記ソース領域よりも浅く設けられた第2導電型の第3半導体領域と、前記第1ウエル領域の一部に、前記ドレイン領域に接するように、前記ドレイン領域よりも浅く設けられた第2導電型の第4半導体領域と、をさらに備える。前記第1低抵抗領域は、前記第3半導体領域とその下の領域、前記第4半導体領域とその下の領域、および前記ドレイン領域の一部とその下の領域にさらに設けられている。   A semiconductor device according to a sixth aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the source region is in contact with a part of the first well region. A second conductivity type third semiconductor region provided shallower than the drain region and a second conductivity type third semiconductor region provided shallower than the drain region so as to be in contact with the drain region at a part of the first well region. 4 semiconductor regions. The first low-resistance region is further provided in the third semiconductor region and a region below it, the fourth semiconductor region and a region below it, and a part of the drain region and a region below it.

また、請求項7の発明にかかる半導体素子は、請求項1〜6のいずれか一つに記載の発明において、前記第1低抵抗領域の前記ドレイン領域側の端部から、前記第1ゲート電極の前記ドレイン領域側の端部までの距離は、0μm以上0.3μm以下の範囲内であることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the semiconductor element according to any one of the first to sixth aspects, wherein the first gate electrode is formed from an end of the first low resistance region on the drain region side. The distance to the end on the drain region side is in the range of 0 μm to 0.3 μm.

また、請求項8の発明にかかる半導体装置は、以下の特徴を有する。前記請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体素子(以下、第1半導体素子とする)と、第2半導体素子と、が同一ウエハに形成された半導体装置である。この半導体装置において、前記第1半導体素子および前記第2半導体素子は、前記第1半導体素子の第1ウエル領域よりも深く形成された、絶縁物が埋め込まれたトレンチにより、電気的に分離されている。   The semiconductor device according to the invention of claim 8 has the following characteristics. 8. A semiconductor device in which the semiconductor element according to claim 1 (hereinafter referred to as a first semiconductor element) and a second semiconductor element are formed on the same wafer. In this semiconductor device, the first semiconductor element and the second semiconductor element are electrically separated by a trench embedded with an insulator formed deeper than the first well region of the first semiconductor element. Yes.

また、請求項9の発明にかかる半導体装置は、以下の特徴を有する。前記請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体素子(以下、第1半導体素子とする)と、第2半導体素子と、が同一ウエハに形成された半導体装置である。この半導体装置において、前記第1半導体素子および前記第2半導体素子は、前記第1半導体素子の第1ウエル領域よりも深く形成された、第1導電型の拡散領域により、電気的に分離されている。   The semiconductor device according to claim 9 has the following characteristics. 8. A semiconductor device in which the semiconductor element according to claim 1 (hereinafter referred to as a first semiconductor element) and a second semiconductor element are formed on the same wafer. In this semiconductor device, the first semiconductor element and the second semiconductor element are electrically separated by a diffusion region of a first conductivity type formed deeper than the first well region of the first semiconductor element. Yes.

また、請求項10の発明にかかる半導体素子の製造方法は、以下の特徴を有する。前記請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体素子(以下、第1半導体素子とする)と、第2半導体素子と、を同一ウエハに形成する半導体素子の製造方法であり、次に示す工程を含むことを特徴とする。前記ウエハ上に形成された第1導電型の第1ウエル領域内に、該第1ウエル領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第1低抵抗領域を形成するとともに、前記ウエハ上に形成された第1導電型の第2ウエル領域内に、該第2ウエル領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第2低抵抗領域を形成する低抵抗領域形成工程を行う。前記第1ウエル領域および前記第1低抵抗領域に、前記第1半導体素子のゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース領域およびドレイン領域を形成するとともに、前記第2ウエル領域および前記第2低抵抗領域に、前記第2半導体素子のゲート絶縁膜、ゲート電極および第2導電型の第5半導体領域を形成する第1素子形成工程を行う。前記第2ウエル領域が設けられた第2導電型の第1半導体領域に、前記第2ウエル領域と離れて第1導電型または第2導電型の第6半導体領域を形成する第2素子形成工程を行う。   A method for manufacturing a semiconductor element according to the invention of claim 10 has the following characteristics. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device according to claim 1 (hereinafter referred to as a first semiconductor device) and a second semiconductor device are formed on the same wafer. It includes the process shown. A first conductivity type first low resistance region having a resistivity lower than that of the first well region is formed in the first conductivity type first well region formed on the wafer and formed on the wafer. A low resistance region forming step of forming a first conductivity type second low resistance region having a lower resistivity than the second well region is performed in the first conductivity type second well region. A gate insulating film, a gate electrode, a source region and a drain region of the first semiconductor element are formed in the first well region and the first low resistance region, and in the second well region and the second low resistance region. Then, a first element forming step of forming a gate insulating film, a gate electrode, and a second conductivity type fifth semiconductor region of the second semiconductor element is performed. A second element forming step of forming a first conductive type or a second conductive type sixth semiconductor region in the second conductive type first semiconductor region provided with the second well region apart from the second well region; I do.

また、請求項11の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項10に記載の発明において、前記低抵抗領域形成工程においては、硼素イオンを、100keV以上250keV以下の加速電圧でイオン注入を行うことで、前記第1低抵抗領域および前記第2低抵抗領域を形成することを特徴とする。   According to the eleventh aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method according to the tenth aspect of the present invention, wherein in the low resistance region forming step, boron ions are ion-implanted at an acceleration voltage of 100 keV or more and 250 keV or less. Thus, the first low resistance region and the second low resistance region are formed.

また、請求項12の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項10または11に記載の発明において、前記低抵抗領域形成工程においては、硼素イオンを、1×1013cm-2以上7.5×1013cm-2以下のドーズ量でイオン注入を行うことで、前記第1低抵抗領域および前記第2低抵抗領域を形成することを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device according to the tenth or eleventh aspect, wherein in the low resistance region forming step, boron ions are used in an amount of 1 × 10 13 cm −2 or more. The first low resistance region and the second low resistance region are formed by performing ion implantation with a dose of 5 × 10 13 cm −2 or less.

また、請求項13の発明にかかる半導体素子の製造方法は、請求項10〜12いずれか一つに記載の発明において、次に示す工程をさらに含むことを特徴とする。前記第1素子形成工程において前記第1半導体素子のゲート絶縁膜および前記第2半導体素子のゲート絶縁膜を形成する工程の前に、窒素雰囲気内で、900℃以上950℃以下の温度で、30分間以下のアニール処理を行い、前記低抵抗領域の拡散を制御し、前記低抵抗領域形成工程で生じた結晶格子の乱れを回復するアニール工程を行う。   According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the tenth to twelfth aspects, further comprising the following steps. Before the step of forming the gate insulating film of the first semiconductor element and the gate insulating film of the second semiconductor element in the first element forming step, the temperature is 900 ° C. or higher and 950 ° C. or lower in a nitrogen atmosphere. An annealing process is performed for a minute or less to control the diffusion of the low resistance region and to recover the disorder of the crystal lattice generated in the low resistance region forming step.

上述した発明によれば、ESD保護素子に形成される第1低抵抗領域と、高耐圧デバイスに形成される第2低抵抗領域とを同時に形成することで、第1低抵抗領域を形成するためだけのイオン注入工程を追加することなく、ESD保護素子に第1低抵抗領域を形成することができる。また、ESD保護素子に第1低抵抗領域を形成することで、低抵抗領域が形成された従来のESD保護素子(図33参照)とほぼ同様に、ESD保護素子の耐圧を低減することができる。これにより、ESD設計窓を満たす耐圧を有するESD保護素子が得られる。従って、ESD保護素子が集積される回路全体の製造コストを低減することができる。また、低抵抗領域を含む第2ウエル領域の、ゲート絶縁膜との界面における不純物濃度を、ゲート絶縁膜との界面から深さ方向に離れた領域の不純物濃度よりも低くなるように形成することができる。また、低抵抗領域を含む第2ウエル領域に、ゲート絶縁膜との界面で不純物濃度が極大となる位置を2箇所に分離するように形成することができる。これにより、素子の閾値電圧をほぼ維持した状態で、ウエル領域に低抵抗領域を形成することができる。   According to the above-described invention, the first low resistance region is formed by simultaneously forming the first low resistance region formed in the ESD protection element and the second low resistance region formed in the high breakdown voltage device. The first low resistance region can be formed in the ESD protection element without adding only the ion implantation step. In addition, by forming the first low resistance region in the ESD protection element, the breakdown voltage of the ESD protection element can be reduced in substantially the same manner as the conventional ESD protection element (see FIG. 33) in which the low resistance region is formed. . As a result, an ESD protection element having a withstand voltage that satisfies the ESD design window can be obtained. Accordingly, the manufacturing cost of the entire circuit in which the ESD protection element is integrated can be reduced. Further, the second well region including the low resistance region is formed so that the impurity concentration at the interface with the gate insulating film is lower than the impurity concentration in the region away from the interface with the gate insulating film in the depth direction. Can do. Further, the second well region including the low resistance region can be formed so as to separate the position where the impurity concentration becomes maximum at the interface with the gate insulating film into two locations. As a result, the low resistance region can be formed in the well region while maintaining the threshold voltage of the element substantially.

本発明にかかる半導体素子、半導体装置および半導体素子の製造方法によれば、ESD保護素子の耐圧を低減することができるという効果を奏する。また、ESD設計窓を満たす耐圧を有するESD保護素子を作製することができるという効果を奏する。また、ESD保護素子を集積する回路全体の製造コストを低減することができるという効果を奏する。   According to the semiconductor element, the semiconductor device, and the semiconductor element manufacturing method of the present invention, there is an effect that the breakdown voltage of the ESD protection element can be reduced. In addition, an ESD protection element having a withstand voltage that satisfies the ESD design window can be produced. In addition, the manufacturing cost of the entire circuit in which the ESD protection element is integrated can be reduced.

実施の形態にかかるESD保護素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the ESD protection element concerning embodiment. 実施の形態にかかるESD保護素子の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the ESD protection element concerning embodiment. 実施の形態にかかるESD保護素子の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of the ESD protection element concerning embodiment. 実施の形態にかかる高耐圧デバイスを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the high voltage | pressure-resistant device concerning embodiment. 実施の形態にかかる半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる半導体装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を順に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment sequentially. 実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を順に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment sequentially. 実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を順に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment sequentially. 実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を順に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment sequentially. 実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を順に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment sequentially. 実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を順に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment sequentially. 実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を順に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment sequentially. 実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を順に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment sequentially. 実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を順に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment sequentially. 実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を順に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment sequentially. 実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を順に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device concerning embodiment sequentially. 図1のゲート絶縁膜とウエル領域との界面(矢印I)における低抵抗領域の不純物濃度について示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an impurity concentration of a low resistance region at an interface (arrow I) between the gate insulating film and the well region of FIG. 実施の形態にかかるESD保護素子および従来のESD保護素子におけるゲート酸化膜の耐圧特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the pressure | voltage resistant characteristic of the gate oxide film in the ESD protection element concerning embodiment, and the conventional ESD protection element. エクステンション距離LBP1に対する素子の降伏電圧を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the breakdown voltage of an element with respect to extension distance LBP1. 実施の形態にかかるESD保護素子の耐圧特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the pressure | voltage resistant characteristic of the ESD protection element concerning embodiment. ESD保護素子の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of an ESD protection element. 従来のESD保護素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional ESD protection element. ESD保護素子の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example of an ESD protection element. ESD保護素子の耐圧特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the pressure | voltage resistant characteristic of an ESD protection element. 従来のESD保護素子の別の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the conventional ESD protection element. 従来のESD保護素子の別の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the conventional ESD protection element.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体素子、半導体装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Exemplary embodiments of a semiconductor element, a semiconductor device, and a method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.

図1は、実施の形態にかかるESD保護素子を示す断面図である。図1に示すESD保護素子100は、SOI基板を用いて作製されている。SOI基板は、p-支持基板1の上に、酸化膜等からなる絶縁層2およびn-半導体領域3を、この順に積層した構成となっている。絶縁層2によって、n-半導体領域3と、p-支持基板1とが絶縁されている。n-半導体領域3は、第1半導体領域に相当する。 FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an ESD protection element according to an embodiment. The ESD protection element 100 shown in FIG. 1 is manufactured using an SOI substrate. The SOI substrate has a structure in which an insulating layer 2 made of an oxide film or the like and an n semiconductor region 3 are stacked in this order on a p support substrate 1. The n semiconductor region 3 and the p support substrate 1 are insulated by the insulating layer 2. The n semiconductor region 3 corresponds to a first semiconductor region.

第1pウエル領域4は、n-半導体領域3の表面層の一部に設けられている。n++ソース領域8は、第1pウエル領域4の表面層の一部に設けられている。n++ソース領域8は、n-半導体領域3より低い抵抗率を有する。第1p++コンタクト領域5は、第1pウエル領域4の表面層の一部に、n++ソース領域8に接して設けられている。第1p++コンタクト領域5は、第1pウエル領域4より低い抵抗率を有する。第1pウエル領域4は、第1ウエル領域に相当する。第1p++コンタクト領域5は、第1コンタクト領域に相当する。 The first p well region 4 is provided in a part of the surface layer of the n semiconductor region 3. The n ++ source region 8 is provided in a part of the surface layer of the first p well region 4. The n ++ source region 8 has a lower resistivity than the n semiconductor region 3. The first p ++ contact region 5 is provided in part of the surface layer of the first p well region 4 so as to be in contact with the n ++ source region 8. The first p ++ contact region 5 has a lower resistivity than the first p well region 4. The first p well region 4 corresponds to the first well region. The first p ++ contact region 5 corresponds to the first contact region.

++ドレイン領域9は、第1pウエル領域4の表面層の一部に、n++ソース領域8と離れて設けられている。n++ドレイン領域9は、n-半導体領域3より低い抵抗率を有する。n++ソース領域8とn++ドレイン領域9の間には、第1pウエル領域4の表面層の一部に、n型の第1LDD(浅いソース)領域6およびn型の第2LDD(浅いドレイン)領域7が互いに離れて設けられている。第1LDD領域6は、n++ソース領域8と接している。第1LDD領域6は、n++ソース領域8よりも浅く形成されている。第2LDD領域7は、n++ドレイン領域9と接している。第2LDD領域7は、n++ドレイン領域9よりも浅く形成されている。第1LDD領域6は、第3半導体領域に相当する。第2LDD領域7は、第4半導体領域に相当する。 The n ++ drain region 9 is provided in a part of the surface layer of the first p well region 4 apart from the n ++ source region 8. The n ++ drain region 9 has a lower resistivity than the n semiconductor region 3. Between the n ++ source region 8 and the n ++ drain region 9, an n-type first LDD (shallow source) region 6 and an n-type second LDD (shallow) are formed in part of the surface layer of the first p well region 4. Drain) regions 7 are provided apart from each other. The first LDD region 6 is in contact with the n ++ source region 8. The first LDD region 6 is formed shallower than the n ++ source region 8. Second LDD region 7 is in contact with n ++ drain region 9. Second LDD region 7 is formed shallower than n ++ drain region 9. The first LDD region 6 corresponds to a third semiconductor region. The second LDD region 7 corresponds to a fourth semiconductor region.

++コンタクト領域10は、n-半導体領域3の表面層の一部に、第1pウエル領域4と離れて設けられている。n++コンタクト領域10は、n-半導体領域3より低い抵抗率を有する。n++コンタクト領域10は、第2コンタクト領域に相当する。 The n ++ contact region 10 is provided apart from the first p well region 4 in a part of the surface layer of the n semiconductor region 3. The n ++ contact region 10 has a lower resistivity than the n semiconductor region 3. The n ++ contact region 10 corresponds to the second contact region.

第1p++コンタクト領域5の一部、第1pウエル領域4の表面、n-半導体領域3の表面およびn++コンタクト領域10の一部には第1局部酸化膜11が積層されている。第1局部酸化膜11は、n++コンタクト領域10と第1pウエル領域4とを分離している。第1LDD領域6、第1pウエル領域4および第2LDD領域7の表面には、第1ゲート絶縁膜12が設けられている。第1ゲート電極13は、第1ゲート絶縁膜12の上に設けられている。第1ゲート電極13の側面には、窒化膜または酸化膜によって形成される第1ゲート側壁スペーサ14が設けられている。特に断らない限り、第1ゲート電極13の端部とは、第1ゲート電極13と第1ゲート側壁スペーサ14との界面を示す。 A first local oxide film 11 is laminated on a part of the first p ++ contact region 5, the surface of the first p well region 4, the surface of the n semiconductor region 3, and a part of the n ++ contact region 10. The first local oxide film 11 separates the n ++ contact region 10 and the first p well region 4. A first gate insulating film 12 is provided on the surfaces of the first LDD region 6, the first p well region 4 and the second LDD region 7. The first gate electrode 13 is provided on the first gate insulating film 12. A first gate sidewall spacer 14 formed of a nitride film or an oxide film is provided on the side surface of the first gate electrode 13. Unless otherwise specified, the end portion of the first gate electrode 13 indicates an interface between the first gate electrode 13 and the first gate sidewall spacer 14.

ソース電極15は、n++ソース領域8と第1p++コンタクト領域5との表面に接するように設けられ、n++ソース領域8と第1p++コンタクト領域5とを短絡している。ドレイン電極16は、n++ドレイン領域9の表面に接するように設けられている。ドレイン電極16は、例えば図示省略するPAD(図29参照)に接続されている。コンタクト電極17は、n++コンタクト領域10の表面に接するように設けられている。ソース電極15およびコンタクト電極17には、第1ゲート電極13が短絡されている。 The source electrode 15, the n ++ source region 8 provided in contact with the surface of the first 1p ++ contact region 5, and short-circuiting the n ++ source region 8 and the 1p ++ contact regions 5. The drain electrode 16 is provided in contact with the surface of the n ++ drain region 9. For example, the drain electrode 16 is connected to a PAD (see FIG. 29) not shown. Contact electrode 17 is provided in contact with the surface of n ++ contact region 10. The first gate electrode 13 is short-circuited to the source electrode 15 and the contact electrode 17.

第1p+低抵抗領域41は、第1pウエル領域4の一部に、第1p++コンタクト領域5とその下の領域、n++ソース領域8とその下の領域、第1LDD領域6とその下の領域、第1ゲート絶縁膜12の下の領域、第2LDD領域7とその下の領域、およびn++ドレイン領域9の一部とその下の領域に設けられている。第1p+低抵抗領域41のn++ドレイン領域9端は、第1ゲート絶縁膜12と第1pウエル領域4との界面の一部に達している。第1p+低抵抗領域41は、第1pウエル領域4より低い抵抗率を有する。第1p+低抵抗領域41のn++ドレイン領域9側の端部から、第1ゲート電極13のn++ドレイン領域9側の端部までの第1エクステンション距離(以下、LBP1とする)は、0〜0.3μmの範囲内にある。その理由は、後述する。第1p+低抵抗領域41は、第1低抵抗領域に相当する。このように、ESD保護素子100は、nチャネルGGFET構造を有している。ESD保護素子100は、第1半導体素子に相当する。 The first p + low resistance region 41 includes a first p ++ contact region 5 and a region below it, an n ++ source region 8 and a region below it, a first LDD region 6 and a part thereof. It is provided in a lower region, a region below the first gate insulating film 12, a second LDD region 7 and a region below the second LDD region 7, and a part of the n ++ drain region 9 and a region below it. The end of the n ++ drain region 9 of the first p + low resistance region 41 reaches a part of the interface between the first gate insulating film 12 and the first p well region 4. The first p + low resistance region 41 has a lower resistivity than the first p well region 4. The first extension distance (hereinafter referred to as LBP1) from the end of the first p + low resistance region 41 on the n ++ drain region 9 side to the end of the first gate electrode 13 on the n ++ drain region 9 side is In the range of 0 to 0.3 μm. The reason will be described later. The first p + low resistance region 41 corresponds to the first low resistance region. Thus, the ESD protection element 100 has an n-channel GGFET structure. The ESD protection element 100 corresponds to a first semiconductor element.

第1LDD領域6および第2LDD領域7は、チャンネル領域に設けられた低濃度の不純物ドープ領域である。第1LDD領域6および第2LDD領域7がn++ソース領域8およびn++ドレイン領域9にそれぞれ浅く接合することにより、ドレイン領域のゲート電極端の電界強度を緩和することができる。 The first LDD region 6 and the second LDD region 7 are low-concentration impurity doped regions provided in the channel region. The first LDD region 6 and the second LDD region 7 are shallowly joined to the n ++ source region 8 and the n ++ drain region 9, respectively, so that the electric field strength at the gate electrode end of the drain region can be reduced.

また、第1p+低抵抗領域41を設けることにより、ESDが発生した場合、第1p+低抵抗領域41と第2LDD領域7およびn++ドレイン領域9とで形成されるpn接合領域51において逆降伏が生じる。これにより、低抵抗領域が設けられた従来のESD保護素子(図33参照)とほぼ同様に、ESD保護素子100の耐圧を低減させることができる。その理由は、後述する。また、第1p+低抵抗領域41を設けることにより、n++ドレイン領域9(LDD領域を含む)からなるコレクタ、第1p+低抵抗領域41からなるベース、n++ソース領域8(LDD領域を含む)からなるエミッタで構成されるnpnバイポーラトランジスタが形成される。従来のESD保護素子では、npnバイポーラトランジスタのベースがpウエル領域で構成される。そのため、ESD保護素子100では、npnバイポーラトランジスタのベースの不純物濃度を、従来のESD保護素子よりも高くすることができる。これにより、ESD保護素子100のラッチアップ耐性を向上させることができる。 Further, by providing the first p + low resistance region 41, when ESD occurs, the reverse occurs in the pn junction region 51 formed by the first p + low resistance region 41, the second LDD region 7, and the n ++ drain region 9. Yield occurs. Thereby, the breakdown voltage of the ESD protection element 100 can be reduced in substantially the same manner as the conventional ESD protection element (see FIG. 33) provided with the low resistance region. The reason will be described later. Further, by providing the first 1p + low resistance region 41, a collector made of n ++ drain region 9 (including an LDD region), the base consisting of the 1p + low resistance region 41, n ++ source region 8 (LDD region An npn bipolar transistor composed of an emitter made of In the conventional ESD protection element, the base of the npn bipolar transistor is constituted by a p-well region. Therefore, in the ESD protection element 100, the impurity concentration of the base of the npn bipolar transistor can be made higher than that of the conventional ESD protection element. Thereby, the latch-up tolerance of the ESD protection element 100 can be improved.

また、n++コンタクト領域10をn-半導体領域3に接して設けることにより、ESDが発生し、素子内を流れる電流が増えたときに、n-半導体領域3と第1pウエル領域4とで形成されるpn接合が部分的に順方向にバイアスされることを軽減することができる。 Further, by providing the n ++ contact region 10 in contact with the n semiconductor region 3, when ESD occurs and the current flowing in the element increases, the n semiconductor region 3 and the first p well region 4 It can be reduced that the pn junction to be formed is partially forward biased.

なお、上述したESD保護素子100は、p型の支持基板を有するSOI基板を用いて作成されているが、これに限らず種々変更可能である。図2は、実施の形態にかかるESD保護素子の変形例を示す断面図である。図2に示すように、ESD保護素子101を、例えばp-支持基板1にn-半導体領域3としてnウエル領域を形成したバルク基板を用いて作製しても良い。ESD保護素子101のその他の構成は、ESD保護素子100と同様である。また、p-支持基板1の表面に、n-半導体領域3をエピタキシャル成長させたエピタキシャル基板を用いても良い。また、n型の支持基板を有するSOI基板を用いても良い。また、p+支持基板1の表面にp-エピタキシャル成長させたエピタキシャル基板を用いて、このp-エピタキシャル層の表面層に、第1pウエル領域4を設けても良い。また、p-支持基板1の表面層に、第1pウエル領域4を設けても良い。第1pウエル領域4を例えばp-エピタキシャル層などのp型領域に形成する場合には、第1pウエル領域4とp型領域とで形成される領域がpn接合とならないため、n++コンタクト領域10を設けなくても良い。 Note that the ESD protection element 100 described above is formed using an SOI substrate having a p-type support substrate, but is not limited thereto and can be variously changed. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a modified example of the ESD protection element according to the embodiment. As shown in FIG. 2, the ESD protection element 101 may be manufactured using, for example, a bulk substrate in which an n well region is formed as an n semiconductor region 3 on a p support substrate 1. Other configurations of the ESD protection element 101 are the same as those of the ESD protection element 100. Alternatively, an epitaxial substrate obtained by epitaxially growing the n semiconductor region 3 on the surface of the p support substrate 1 may be used. Alternatively, an SOI substrate having an n-type support substrate may be used. Alternatively, the first p well region 4 may be provided on the surface layer of the p epitaxial layer by using an epitaxial substrate obtained by p epitaxial growth on the surface of the p + support substrate 1. Further, the first p well region 4 may be provided in the surface layer of the p support substrate 1. The first 1p well region 4, for example p - in the case of forming the p-type region such as epitaxial layer, since the region formed by the first 1p well region 4 and the p-type region is not a pn junction, n ++ contact regions 10 may not be provided.

また、ESD保護素子100は、櫛歯状のGGFET構造としても良い。図3は、実施の形態にかかるESD保護素子の構成例を示す平面図である。図3に示すESD保護素子は、nチャンネルGGFET構造を有している。活性領域86の表面層には、複数の低抵抗領域85が互いに離れて設けられている。それぞれの低抵抗領域85の表面には、ゲート電極83およびソース電極84がそれぞれ設けられている。隣り合う低抵抗領域85の間に露出する活性領域86の表面には、それぞれドレイン電極82が設けられている。活性領域86に設けられた各ソース電極84同士は、電気的に接続されている。活性領域86に設けられた各ゲート電極83同士は、電気的に接続されている。低抵抗領域85に設けられた各ドレイン電極82同士は、電気的に接続されている。つまり、各電極が櫛歯状に形成されたフィンガー部を有し、そのフィンガー部が活性領域86および低抵抗領域85に設けられている。ドレイン電極82は、PAD81と電気的に接続されている。ゲート電極83は、ソース電極84に短絡している。   Further, the ESD protection element 100 may have a comb-like GGFET structure. FIG. 3 is a plan view illustrating a configuration example of the ESD protection element according to the embodiment. The ESD protection element shown in FIG. 3 has an n-channel GGFET structure. In the surface layer of the active region 86, a plurality of low resistance regions 85 are provided apart from each other. A gate electrode 83 and a source electrode 84 are provided on the surface of each low resistance region 85. A drain electrode 82 is provided on each surface of the active region 86 exposed between adjacent low resistance regions 85. The source electrodes 84 provided in the active region 86 are electrically connected to each other. The gate electrodes 83 provided in the active region 86 are electrically connected. The drain electrodes 82 provided in the low resistance region 85 are electrically connected to each other. That is, each electrode has a finger portion formed in a comb shape, and the finger portion is provided in the active region 86 and the low resistance region 85. The drain electrode 82 is electrically connected to the PAD 81. The gate electrode 83 is short-circuited to the source electrode 84.

図4は、実施の形態にかかる高耐圧デバイスを示す断面図である。図4に示す高耐圧デバイス110は、SOI基板を用いて作製されている。第2pウエル領域21は、n-半導体領域3の表面層の一部に設けられている。n-半導体領域3は、高耐圧デバイス110のドリフト領域として機能する。n++エミッタ領域23は、第2pウエル領域21の表面層の一部に設けられている。n++エミッタ領域23は、n-半導体領域3より低い抵抗率を有する。n++エミッタ領域23の端部には、第3LDD(浅いエミッタ)領域22が設けられている。第3LDD領域22は、n++エミッタ領域23よりも浅く形成されている。第2p++コンタクト領域24は、第2pウエル領域21の表面層の一部に、n++エミッタ領域23に接して設けられている。第2p++コンタクト領域24は、第2pウエル領域21より低い抵抗率を有する。また、例えば、第2p++コンタクト領域24の一部は、n++エミッタ領域23の下側の一部を占めていてもよい。n++エミッタ領域23は、第5半導体領域に相当する。第2pウエル領域21は、第2ウエル領域に相当する。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the high voltage device according to the embodiment. The high voltage device 110 shown in FIG. 4 is manufactured using an SOI substrate. Second p well region 21 is provided in part of the surface layer of n semiconductor region 3. The n semiconductor region 3 functions as a drift region of the high breakdown voltage device 110. The n ++ emitter region 23 is provided in a part of the surface layer of the second p well region 21. The n ++ emitter region 23 has a lower resistivity than the n semiconductor region 3. A third LDD (shallow emitter) region 22 is provided at the end of the n ++ emitter region 23. Third LDD region 22 is formed shallower than n ++ emitter region 23. The second p ++ contact region 24 is provided in part of the surface layer of the second p well region 21 so as to be in contact with the n ++ emitter region 23. The second p ++ contact region 24 has a lower resistivity than the second p well region 21. Further, for example, a part of the second p ++ contact region 24 may occupy a part of the lower side of the n ++ emitter region 23. The n ++ emitter region 23 corresponds to the fifth semiconductor region. The second p well region 21 corresponds to a second well region.

nバッファ領域25は、n-半導体領域3の表面層の一部に、第2pウエル領域21から離れて設けられている。nバッファ領域25は、n-半導体領域3より低い抵抗率を有する。p++コレクタ領域26は、nバッファ領域25の表面層の一部に設けられている。p++コレクタ領域26は、第2pウエル領域21より低い抵抗率を有する。p++コレクタ領域26は、第6半導体領域に相当する。 The n buffer region 25 is provided in a part of the surface layer of the n semiconductor region 3 so as to be separated from the second p well region 21. The n buffer region 25 has a lower resistivity than the n semiconductor region 3. The p ++ collector region 26 is provided in a part of the surface layer of the n buffer region 25. The p ++ collector region 26 has a lower resistivity than the second p well region 21. The p ++ collector region 26 corresponds to a sixth semiconductor region.

++コレクタ領域26の一部、nバッファ領域25およびn-半導体領域3の表面には第2局部酸化膜27が積層されている。n++エミッタ領域23の一部、第2pウエル領域21およびn-半導体領域3の表面には、第2局部酸化膜27に接する第2ゲート絶縁膜28が設けられている。第2ゲート電極29は、第2局部酸化膜27の一部と第2ゲート絶縁膜28の上に跨るように設けられている。第2ゲート電極29の側面には、窒化膜または酸化膜によって形成される第2ゲート側壁スペーサ30が設けられている。特に断らない限り、第2ゲート電極29の端部とは、第2ゲート電極29と第2ゲート側壁スペーサ30との界面を示す。エミッタ電極31は、n++エミッタ領域23と第2p++コンタクト領域24との表面に接するように設けられており、n++エミッタ領域23と第2p++コンタクト領域24とを短絡している。コレクタ電極32は、p++コレクタ領域26の表面に接するように設けられている。 A second local oxide film 27 is stacked on part of the p ++ collector region 26, the n buffer region 25, and the surface of the n semiconductor region 3. A second gate insulating film 28 in contact with the second local oxide film 27 is provided on a part of the n ++ emitter region 23, the second p well region 21 and the surface of the n semiconductor region 3. The second gate electrode 29 is provided so as to straddle part of the second local oxide film 27 and the second gate insulating film 28. A side wall of the second gate electrode 29 is provided with a second gate sidewall spacer 30 formed of a nitride film or an oxide film. Unless otherwise specified, the end portion of the second gate electrode 29 indicates the interface between the second gate electrode 29 and the second gate sidewall spacer 30. The emitter electrode 31 has a n ++ emitter region 23 is provided in contact with the surface of the first 2p ++ contact regions 24, short-circuited with n ++ emitter region 23 and a second 2p ++ contact regions 24 Yes. The collector electrode 32 is provided in contact with the surface of the p ++ collector region 26.

第2p+低抵抗領域42は、第2pウエル領域21の一部に設けられており、第2ゲート絶縁膜28と第2pウエル領域21との界面には達していない。第2p+低抵抗領域42は、第2pウエル領域21より低い抵抗率を有する。また、第2ゲート電極29の下の領域に設けられた第2p+低抵抗領域42の幅を、第2エクステンション距離(以下、LBP2とする)とする。第2p+低抵抗領域42は、第2低抵抗領域に相当する。このように、実施の形態の高耐圧デバイス110は、横型のIGBT構造を有している。高耐圧デバイス110は、第2半導体素子に相当する。 The second p + low resistance region 42 is provided in a part of the second p well region 21 and does not reach the interface between the second gate insulating film 28 and the second p well region 21. The second p + low resistance region 42 has a lower resistivity than the second p well region 21. The width of the second p + low resistance region 42 provided in the region below the second gate electrode 29 is defined as a second extension distance (hereinafter referred to as LBP2). The second p + low resistance region 42 corresponds to a second low resistance region. Thus, the high voltage device 110 of the embodiment has a lateral IGBT structure. The high withstand voltage device 110 corresponds to a second semiconductor element.

なお、p++コレクタ領域26に代えて、nバッファ領域25より低い抵抗率を有するn型半導体領域(ドレイン領域)を設け、MOSFET構造としても良い。また、ESD保護素子と同様に、異なる導電型のSOI基板、エピタキシャル基板およびバルク基板などを用いて作製しても良い。 Instead of the p ++ collector region 26, an n-type semiconductor region (drain region) having a lower resistivity than the n buffer region 25 may be provided to form a MOSFET structure. Further, similarly to the ESD protection element, an SOI substrate, an epitaxial substrate, a bulk substrate, or the like having different conductivity types may be used.

上述したESD保護素子100(図1参照)および高耐圧デバイス110(図4参照)は、例えば同一基板上に作製される。図5〜図13は、実施の形態にかかる半導体装置の一例を示す断面図である。図5に示す半導体装置は、p-支持基板1の上に、絶縁層2およびn-半導体領域3がこの順に積層したSOI基板を用いて作製されている。n-半導体領域3には、ESD保護素子を作製する領域(以下、ESD保護素子領域とする)120と、高耐圧デバイスを作製する領域(以下、高耐圧デバイス領域とする)130が設けられている。n-半導体領域3において、絶縁層2に達し、例えば酸化膜などの絶縁物が埋め込まれたトレンチ(以下、分離トレンチとする)91により、ESD保護素子領域120および高耐圧デバイス領域130は分離されている。高耐圧デバイス領域130のn-半導体領域3は、高耐圧デバイスのドリフト領域として機能する。 The ESD protection element 100 (see FIG. 1) and the high breakdown voltage device 110 (see FIG. 4) described above are manufactured on the same substrate, for example. 5 to 13 are cross-sectional views illustrating an example of the semiconductor device according to the embodiment. The semiconductor device shown in FIG. 5 is manufactured using an SOI substrate in which an insulating layer 2 and an n semiconductor region 3 are stacked in this order on a p support substrate 1. The n semiconductor region 3 is provided with a region for manufacturing an ESD protection element (hereinafter referred to as an ESD protection element region) 120 and a region for manufacturing a high breakdown voltage device (hereinafter referred to as a high breakdown voltage device region) 130. Yes. In the n semiconductor region 3, the ESD protection element region 120 and the high breakdown voltage device region 130 are separated by a trench 91 (hereinafter referred to as an isolation trench) that reaches the insulating layer 2 and is filled with an insulator such as an oxide film. ing. The n semiconductor region 3 of the high breakdown voltage device region 130 functions as a drift region of the high breakdown voltage device.

ESD保護素子領域120には、n-半導体領域3の表面層に第1pウエル領域4が設けられ、図示省略するESD保護素子が作製されている。また、ESD保護素子領域120には、さらに、n++コンタクト領域10、第1局部酸化膜11およびコンタクト電極17が設けられている。ESD保護素子の表面構造は、図1に示すESD保護素子と同様である(以下、図6〜図13において同様)。高耐圧デバイス領域130には、n-半導体領域3の表面層に、図示省略する高耐圧デバイスが作製されている。高耐圧デバイスの表面構造は、図4に示す高耐圧デバイスと同様である(以下、図6〜図13において同様)。n-半導体領域3上には、分離トレンチ91に接する第3局部酸化膜92が設けられている。分離トレンチ91および第3局部酸化膜92(以下、分離領域とする)は、ESD保護素子と高耐圧デバイスが互いに電気的に影響されることを回避する。 In the ESD protection element region 120, the first p well region 4 is provided in the surface layer of the n semiconductor region 3, and an ESD protection element (not shown) is manufactured. Further, in the ESD protection element region 120, an n ++ contact region 10, a first local oxide film 11, and a contact electrode 17 are further provided. The surface structure of the ESD protection element is the same as that of the ESD protection element shown in FIG. 1 (hereinafter the same in FIGS. 6 to 13). In the high breakdown voltage device region 130, a high breakdown voltage device (not shown) is formed on the surface layer of the n semiconductor region 3. The surface structure of the high withstand voltage device is the same as that of the high withstand voltage device shown in FIG. 4 (hereinafter the same in FIGS. 6 to 13). A third local oxide film 92 in contact with isolation trench 91 is provided on n semiconductor region 3. The isolation trench 91 and the third local oxide film 92 (hereinafter referred to as an isolation region) prevent the ESD protection element and the high breakdown voltage device from being electrically influenced by each other.

また、別の一例として、ESD保護素子および高耐圧デバイスを、p型のバルク基板の表面層に直接作製しても良い。図6に示す半導体装置では、p型のバルク基板であるp-支持基板1に、ESD保護素子領域120および高耐圧デバイス領域130が設けられている。ESD保護素子領域120には、p-支持基板1の表面層に第1pウエル領域4が設けられ、図示省略するESD保護素子が作製されている。高耐圧デバイス領域130には、n-半導体領域3としてn-ウエル領域が設けられている。このn-ウエル領域に、図示省略する高耐圧デバイスが作製されている。分離トレンチ91は、p-支持基板1に、第1pウエル領域4およびn-半導体領域3よりも深く形成されている。p-支持基板1上には、分離トレンチ91に接する第3局部酸化膜92が設けられている。図6に示す半導体装置は、n++コンタクト領域10などを設けなくても良い。それ以外の構成は、図5に示す半導体装置と同様である。 As another example, the ESD protection element and the high breakdown voltage device may be directly formed on the surface layer of the p-type bulk substrate. In the semiconductor device shown in FIG. 6, an ESD protection element region 120 and a high breakdown voltage device region 130 are provided on a p support substrate 1 that is a p-type bulk substrate. In the ESD protection element region 120, the first p-well region 4 is provided in the surface layer of the p support substrate 1, and an ESD protection element (not shown) is manufactured. The high voltage device region 130, n - well region is provided - n as the semiconductor region 3. A high breakdown voltage device (not shown) is fabricated in the n well region. Isolation trench 91 is formed in p support substrate 1 deeper than first p well region 4 and n semiconductor region 3. A third local oxide film 92 in contact with the isolation trench 91 is provided on the p support substrate 1. In the semiconductor device illustrated in FIG. 6, the n ++ contact region 10 and the like are not necessarily provided. Other structures are the same as those of the semiconductor device shown in FIG.

また、別の一例として、分離トレンチ91の内部に、例えばポリシリコン(Poly−Silicon)からなる領域(以下、ポリシリコン領域とする)を設けても良い。図7に示す半導体装置では、分離トレンチ91の内部に、絶縁物を介してポリシリコン領域93が設けられている。それ以外の構成は、図6に示す半導体装置と同様である。ポリシリコン領域93を設けることにより、分離トレンチ91の埋め込み性の向上や基板反りの軽減に繋がる。   As another example, a region (hereinafter referred to as a polysilicon region) made of, for example, polysilicon (Poly-Silicon) may be provided inside the isolation trench 91. In the semiconductor device shown in FIG. 7, a polysilicon region 93 is provided inside the isolation trench 91 via an insulator. Other structures are similar to those of the semiconductor device shown in FIG. Providing the polysilicon region 93 leads to improvement of the embedding property of the isolation trench 91 and reduction of substrate warpage.

また、別の一例として、分離トレンチ91に代えて、p型の拡散領域を設けても良い。図8に示す半導体装置は、p+拡散領域94により、ESD保護素子領域120および高耐圧デバイス領域130を分離している。p+拡散領域94は、第1pウエル領域4およびn-半導体領域3よりも深く形成されている。p+拡散領域94の表面層の一部には、p++高濃度拡散領域95が設けられている。第3局部酸化膜92は、p++高濃度拡散領域95のESD保護素子領域120側において、p++高濃度拡散領域95、p+拡散領域94、p-支持基板1および第1pウエル領域4の表面に跨って設けられている。また、p++高濃度拡散領域95の高耐圧デバイス領域130側において、p++高濃度拡散領域95、p+拡散領域94、p-支持基板1およびn-半導体領域3の表面に跨って設けられている。p+拡散領域94、p++高濃度拡散領域95および第3局部酸化膜92が、分離領域である。それ以外の構成は、図6に示す半導体装置と同様である。p++高濃度拡散領域95は、グランドに接続されている。 As another example, a p-type diffusion region may be provided instead of the isolation trench 91. In the semiconductor device shown in FIG. 8, the ESD protection element region 120 and the high breakdown voltage device region 130 are separated by the p + diffusion region 94. P + diffusion region 94 is formed deeper than first p well region 4 and n semiconductor region 3. In part of the surface layer of the p + diffusion region 94, a p ++ high concentration diffusion region 95 is provided. Third local oxide film 92, the ESD protection element region 120 side of the p ++ high concentration diffusion region 95, p ++ high concentration diffusion region 95, p + diffusion region 94, p - the support substrate 1 and the second 1p well region 4 is provided across the surface of 4. In the high voltage device region 130 side of the p ++ high concentration diffusion region 95, p ++ high concentration diffusion region 95, p + diffusion region 94, p - the support substrate 1 and the n - across the surface of the semiconductor region 3 Is provided. The p + diffusion region 94, the p ++ high concentration diffusion region 95, and the third local oxide film 92 are isolation regions. Other structures are similar to those of the semiconductor device shown in FIG. The p ++ high concentration diffusion region 95 is connected to the ground.

また、別の一例として、ESD保護素子および高耐圧デバイスを、p-支持基板1の上に、n型エピタキシャル層を成長させたエピタキシャル基板を用いて作製しても良い。図9に示す半導体装置では、p-支持基板1の上に、n-半導体領域3となるn型エピタキシャル層が設けられている。分離トレンチ91は、このn型エピタキシャル層に、p-支持基板1に達して設けられている。それ以外の構成は、図5に示す半導体装置と同様である。 As another example, the ESD protection element and the high breakdown voltage device may be manufactured using an epitaxial substrate obtained by growing an n-type epitaxial layer on the p support substrate 1. In the semiconductor device shown in FIG. 9, an n-type epitaxial layer to be the n semiconductor region 3 is provided on the p support substrate 1. The isolation trench 91 is provided in this n-type epitaxial layer so as to reach the p support substrate 1. Other structures are the same as those of the semiconductor device shown in FIG.

また、別の一例として、図9に示す半導体装置の分離トレンチ91の内部に、ポリシリコン領域を設けても良い。図10に示す半導体装置では、分離トレンチ以外の構成は、図9に示す半導体装置と同様である。ポリシリコン領域93を設けることの効果は、図7に示す半導体装置と同様である。   As another example, a polysilicon region may be provided inside the isolation trench 91 of the semiconductor device shown in FIG. In the semiconductor device shown in FIG. 10, the configuration other than the isolation trench is the same as that of the semiconductor device shown in FIG. The effect of providing the polysilicon region 93 is the same as that of the semiconductor device shown in FIG.

また、別の一例として、図9に示す半導体装置の分離トレンチ91に代えて、p型の拡散領域を設けても良い。図11に示す半導体装置は、p+拡散領域94により、ESD保護素子領域120および高耐圧デバイス領域130を分離している。p+拡散領域94は、n-半導体領域3に、p-支持基板1に達して設けられている。p+拡散領域94の表面層の一部には、p++高濃度拡散領域95が設けられている。第3局部酸化膜92は、n-半導体領域3、p+拡散領域94およびp++高濃度拡散領域95の表面に跨って設けられている。それ以外の構成は、図9に示す半導体装置と同様である。p+拡散領域94およびp++高濃度拡散領域95は、図8に示す半導体装置と同様である。 As another example, a p-type diffusion region may be provided instead of the isolation trench 91 of the semiconductor device shown in FIG. In the semiconductor device shown in FIG. 11, the ESD protection element region 120 and the high breakdown voltage device region 130 are separated by the p + diffusion region 94. The p + diffusion region 94 is provided in the n semiconductor region 3 so as to reach the p support substrate 1. In part of the surface layer of the p + diffusion region 94, a p ++ high concentration diffusion region 95 is provided. Third local oxide film 92 is provided across the surfaces of n semiconductor region 3, p + diffusion region 94, and p ++ high concentration diffusion region 95. Other structures are the same as those of the semiconductor device shown in FIG. The p + diffusion region 94 and the p ++ high concentration diffusion region 95 are the same as those of the semiconductor device shown in FIG.

また、別の一例として、ESD保護素子および高耐圧デバイスを、支持基板の上に、p型エピタキシャル層を成長させたエピタキシャル基板を用いて作製しても良い。図12に示す半導体装置では、p+支持基板96の表面に、p-エピタキシャル層97が設けられている。p-エピタキシャル層97に、ESD保護素子領域120および高耐圧デバイス領域130が設けられている。ESD保護素子領域120では、p-エピタキシャル層97に第1pウエル領域4が設けられ、図示省略するESD保護素子が作製されている。高耐圧デバイス領域130では、p-エピタキシャル層97の表面層の一部に、n-半導体領域3としてn-ウエル領域が設けられている。このn-ウエル領域に、図示省略する高耐圧デバイスが作製されている。分離トレンチ91は、p-エピタキシャル層97に、p+支持基板96に達して設けられている。それ以外の構成は、図6に示す半導体装置と同様である。p-エピタキシャル層97は、第2半導体領域に相当する。 As another example, the ESD protection element and the high breakdown voltage device may be manufactured using an epitaxial substrate obtained by growing a p-type epitaxial layer on a support substrate. In the semiconductor device shown in FIG. 12, the p epitaxial layer 97 is provided on the surface of the p + support substrate 96. In the p epitaxial layer 97, an ESD protection element region 120 and a high breakdown voltage device region 130 are provided. In the ESD protection element region 120, the first p-well region 4 is provided in the p epitaxial layer 97, and an ESD protection element not shown is produced. In the high voltage device region 130, p - the part of the surface layer of the epitaxial layer 97, n - well region is provided - n as the semiconductor region 3. A high breakdown voltage device (not shown) is fabricated in the n well region. The isolation trench 91 is provided in the p epitaxial layer 97 so as to reach the p + support substrate 96. Other structures are similar to those of the semiconductor device shown in FIG. The p epitaxial layer 97 corresponds to the second semiconductor region.

また、別の一例として、図12に示す半導体装置の分離トレンチ91の内部に、ポリシリコン領域を設けても良い。図13に示す半導体装置では、分離トレンチ以外の構成は、図12に示す半導体装置と同様である。ポリシリコン領域93を設けることの効果は、図7に示す半導体装置と同様である。   As another example, a polysilicon region may be provided inside the isolation trench 91 of the semiconductor device shown in FIG. In the semiconductor device shown in FIG. 13, the configuration other than the isolation trench is the same as that of the semiconductor device shown in FIG. The effect of providing the polysilicon region 93 is the same as that of the semiconductor device shown in FIG.

次に、実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について、図5に示す半導体装置を例にして説明する。図14〜図24は、実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を順に示す説明図である。なお、図14〜図24において、ESD保護素子100および高耐圧デバイス110は、半導体装置の製造方法を示す図であり、基板上の配置を示すものではない。ESD保護素子100および高耐圧デバイス110の配置は、作製する半導体装置により種々変更可能である。ESD保護素子100および高耐圧デバイス110は、同時に、例えば同一基板上に作製される。まず、図14に示すように、ウエハ表面の全面に、例えば35nmの厚さの第1スクリーン酸化膜61を堆積するか、または成長させる。そして、フォトリソグラフィによって、ESD保護素子100を作製する領域(ESD保護素子領域)において、第1pウエル領域4の形成領域を開口させた第1レジストパターン62を形成する。第1レジストパターン62をマスクとして、例えば硼素(ボロン)イオンを例えば150keVの加速電圧で2×1013cm-2のドーズ量で注入する。次いで、第1レジストパターン62を除去してからウエハを洗浄する。このようにして、ESD保護素子領域において、第1pウエル領域4の形成領域に例えばボロンイオンが注入される。このとき、高耐圧デバイス110を作製する領域(高耐圧デバイス領域)は、フォトレジストで被覆されている。そのため、高耐圧デバイス領域には、例えばボロンイオンは注入されない。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment will be described using the semiconductor device shown in FIG. 5 as an example. FIG. 14 to FIG. 24 are explanatory views sequentially showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment. 14 to 24, the ESD protection element 100 and the high breakdown voltage device 110 are diagrams showing a method for manufacturing a semiconductor device, and do not show the arrangement on the substrate. The arrangement of the ESD protection element 100 and the high breakdown voltage device 110 can be variously changed depending on the semiconductor device to be manufactured. The ESD protection element 100 and the high breakdown voltage device 110 are simultaneously manufactured, for example, on the same substrate. First, as shown in FIG. 14, a first screen oxide film 61 having a thickness of 35 nm, for example, is deposited or grown on the entire surface of the wafer. Then, a first resist pattern 62 is formed by opening the formation region of the first p-well region 4 in a region (ESD protection device region) for manufacturing the ESD protection device 100 by photolithography. Using the first resist pattern 62 as a mask, boron (boron) ions, for example, are implanted at an acceleration voltage of 150 keV, for example, at a dose of 2 × 10 13 cm −2 . Next, after removing the first resist pattern 62, the wafer is cleaned. In this manner, for example, boron ions are implanted into the formation region of the first p well region 4 in the ESD protection element region. At this time, the region for manufacturing the high breakdown voltage device 110 (high breakdown voltage device region) is covered with a photoresist. Therefore, for example, boron ions are not implanted into the high breakdown voltage device region.

次いで、図15に示すように、フォトリソグラフィによって、高耐圧デバイス領域において、nバッファ領域25の形成領域を開口させた第2レジストパターン63を形成する。第2レジストパターン63をマスクとして、例えばリンイオンを例えば100keV以上150keV以下の加速電圧で7.5×1012〜1.5×1013cm-2のドーズ量で注入する。次いで、第2レジストパターン63を除去してからウエハを洗浄する。このようにして、高耐圧デバイス領域において、nバッファ領域25の形成領域に例えばリンイオンが注入される。このとき、ESD保護素子領域は、フォトレジストで被覆されている。そのため、ESD保護素子領域には、例えばリンイオンは注入されない。 Next, as shown in FIG. 15, a second resist pattern 63 is formed by opening the formation region of the n buffer region 25 in the high breakdown voltage device region by photolithography. Using the second resist pattern 63 as a mask, for example, phosphorus ions are implanted at a dose of 7.5 × 10 12 to 1.5 × 10 13 cm −2 at an acceleration voltage of, for example, 100 keV to 150 keV. Next, after removing the second resist pattern 63, the wafer is cleaned. In this manner, for example, phosphorus ions are implanted into the formation region of the n buffer region 25 in the high breakdown voltage device region. At this time, the ESD protection element region is covered with a photoresist. Therefore, for example, phosphorus ions are not implanted into the ESD protection element region.

次いで、図16に示すように、フォトリソグラフィによって、高耐圧デバイス領域において、第2pウエル領域21の形成領域を開口させた第3レジストパターン64を形成する。第3レジストパターン64をマスクとして、例えば硼素イオンを例えば50keVの加速電圧で5×1013〜7×1013cm-2のドーズ量で注入する。次いで、第3レジストパターン64を除去してからウエハを洗浄する。このようにして、第2pウエル領域21の形成領域に例えば硼素イオンが注入される。このとき、ESD保護素子領域は、フォトレジストで被覆されている。そのため、ESD保護素子領域には、例えば硼素イオンは注入されない。 Next, as shown in FIG. 16, a third resist pattern 64 is formed by opening the formation region of the second p-well region 21 in the high breakdown voltage device region by photolithography. Using the third resist pattern 64 as a mask, for example, boron ions are implanted at a dose of 5 × 10 13 to 7 × 10 13 cm −2 at an acceleration voltage of 50 keV, for example. Next, after removing the third resist pattern 64, the wafer is cleaned. In this way, for example, boron ions are implanted into the formation region of the second p well region 21. At this time, the ESD protection element region is covered with a photoresist. Therefore, for example, boron ions are not implanted into the ESD protection element region.

次いで、図17に示すように、例えば窒素雰囲気で熱処理を行い、注入された不純物を熱拡散させ、活性化させる。これにより、ESD保護素子領域に、第1pウエル領域4が形成され、高耐圧デバイス領域に、第2pウエル領域21およびnバッファ領域25が形成される。そして、ウエハ表面の第1スクリーン酸化膜を除去し、ウエハ表面の全面に、例えば35nmの厚さのバッファ酸化膜65を形成した後に、例えば厚さが70〜200nmの厚さのシリコン窒化膜66をLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法により堆積する。フォトリソグラフィによってシリコン窒化膜66およびバッファ酸化膜65に開口部を形成した後、フォトレジストを除去してからウエハを洗浄する。   Next, as shown in FIG. 17, for example, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere, and the implanted impurities are thermally diffused and activated. As a result, the first p well region 4 is formed in the ESD protection element region, and the second p well region 21 and the n buffer region 25 are formed in the high breakdown voltage device region. Then, after removing the first screen oxide film on the wafer surface and forming a buffer oxide film 65 having a thickness of, for example, 35 nm on the entire surface of the wafer, the silicon nitride film 66 having a thickness of, for example, 70 to 200 nm. Is deposited by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition). Openings are formed in the silicon nitride film 66 and the buffer oxide film 65 by photolithography, and then the wafer is washed after removing the photoresist.

次いで、図18に示すように、熱酸化を行い、シリコン窒化膜の開口部に局部酸化膜(LOCOS酸化膜)を形成する。ESD保護素子領域には、第1局部酸化膜11が形成される。高耐圧デバイス領域には、第2局部酸化膜27が形成される。そして、ウエハ表面のバッファ酸化膜と窒化膜を除去する。その後、ウエハ表面の全面に、例えば35nmの厚さの第2スクリーン酸化膜67を堆積するか、または成長させる。そして、フォトリソグラフィによって、例えば厚さが1.0〜2.0μmの第3レジストパターン68を形成する。第3レジストパターン68では、ESD保護素子領域において、第1p+低抵抗領域41の形成領域が開口している。また、高耐圧デバイス領域において、第2p+低抵抗領域42の形成領域が開口している。第3レジストパターン68の端部の角度αは、例えば80〜90°である。 Next, as shown in FIG. 18, thermal oxidation is performed to form a local oxide film (LOCOS oxide film) in the opening of the silicon nitride film. A first local oxide film 11 is formed in the ESD protection element region. A second local oxide film 27 is formed in the high breakdown voltage device region. Then, the buffer oxide film and nitride film on the wafer surface are removed. Thereafter, a second screen oxide film 67 having a thickness of 35 nm, for example, is deposited or grown on the entire surface of the wafer. Then, a third resist pattern 68 having a thickness of 1.0 to 2.0 μm, for example, is formed by photolithography. In the third resist pattern 68, the formation region of the first p + low resistance region 41 is opened in the ESD protection element region. In the high breakdown voltage device region, the formation region of the second p + low resistance region 42 is opened. The angle α of the end portion of the third resist pattern 68 is, for example, 80 to 90 °.

ここで、ESD保護素子領域において、第3レジストパターン68の第1局部酸化膜11側の端部から、後に第1ゲート電極が形成された際に、第1ゲート電極の下の領域などに設けられる第1p+低抵抗領域の端部までの幅をLBP1とする。第3レジストパターン68の開口部は、LBP1が0.1μm以上0.4μm以下、好ましくは0μm以上0.3μm以下となるようにする。また、高耐圧デバイス領域において、第3レジストパターン68のエミッタ側の端部から、後に第2ゲート電極が形成された際に、第2ゲート電極の下の領域に設けられる第2p+低抵抗領域の端部までの幅をLBP2とする。第3レジストパターン68の開口部は、LBP2が0.8μm以上となるようにする。次いで、例えば硼素イオンを例えば100〜250keVの加速電圧で1×1013cm-2以上7.5×1013cm-2以下のドーズ量、好ましくは、2.5×1013以上5×1013cm-2以下のドーズ量で注入する。次いで、第3レジストパターン68を除去してからウエハを洗浄する。 Here, in the ESD protection element region, when the first gate electrode is formed later from the end of the third resist pattern 68 on the first local oxide film 11 side, it is provided in a region below the first gate electrode. The width to the end of the first p + low resistance region is LBP1. The opening of the third resist pattern 68 has an LBP1 of 0.1 μm to 0.4 μm, preferably 0 μm to 0.3 μm. Further, in the high breakdown voltage device region, a second p + low resistance region provided in a region below the second gate electrode when the second gate electrode is formed later from the end of the third resist pattern 68 on the emitter side. Let LBP2 be the width up to the end of. The opening of the third resist pattern 68 is set so that LBP2 is 0.8 μm or more. Next, for example, boron ions with a accelerating voltage of 100 to 250 keV, for example, a dose amount of 1 × 10 13 cm −2 or more and 7.5 × 10 13 cm −2 or less, preferably 2.5 × 10 13 or more and 5 × 10 13 or less. Inject with a dose of cm −2 or less. Next, after removing the third resist pattern 68, the wafer is cleaned.

そして、ウエハを、例えば、窒素雰囲気で900〜950℃の温度で、30分間アニール処理を行い、図18において注入された硼素の拡散を最小限にして、イオン注入による結晶欠陥を回復する。これによって、図19に示すように、ESD保護素子領域に第1p+低抵抗領域41が形成されるとともに、高耐圧デバイス領域に第2p+低抵抗領域42が形成される。さらに、ウエハ全面に素子の閾値電圧を調整するためのイオンを注入する。そして、第2スクリーン酸化膜を除去して、例えば14〜21nmの厚さの、熱酸化膜または酸化膜と窒化膜との複合膜を形成する。この熱酸化膜または酸化膜と窒化膜との複合膜は、ESD保護素子領域において第1ゲート絶縁膜12となり、高耐圧デバイス領域において第2ゲート絶縁膜28となる。 Then, the wafer is annealed, for example, at a temperature of 900 to 950 ° C. in a nitrogen atmosphere for 30 minutes to minimize diffusion of boron implanted in FIG. 18 and recover crystal defects caused by ion implantation. Thus, as shown in FIG. 19, with the 1p + low resistance region 41 is formed in the ESD protection element region, the 2p + low resistance region 42 is formed in the high voltage device region. Further, ions for adjusting the threshold voltage of the device are implanted into the entire surface of the wafer. Then, the second screen oxide film is removed to form a thermal oxide film or a composite film of an oxide film and a nitride film having a thickness of 14 to 21 nm, for example. The thermal oxide film or the composite film of the oxide film and the nitride film becomes the first gate insulating film 12 in the ESD protection element region, and becomes the second gate insulating film 28 in the high breakdown voltage device region.

次いで、図20に示すように、ウエハ全面に例えば0.2〜0.4μmの厚さのポリシリコンを堆積する。そして、フォトリソグラフィと異方性エッチングによってESD保護素子領域に第1ゲート電極13を形成し、高耐圧デバイス領域に第2ゲート電極29を形成する。さらに、フォトリソグラフィによって、第4レジストパターン69を形成する。第4レジストパターン69では、ESD保護素子領域において、第1LDD(浅いソース)領域6および第2LDD(浅いドレイン)領域7の形成領域が開口している。また、高耐圧デバイス領域において、第3LDD(浅いエミッタ)領域22の形成領域が開口している。この第4レジストパターン69をマスクとして、例えばリンイオンを注入し、図21に示すように、ESD保護素子領域において、浅くドープされた第1LDD領域6および第2LDD領域7を形成する。また、高耐圧デバイス領域において、浅くドープされた第3LDD領域22を形成する。第1LDD領域6および第2LDD領域7は、第1ゲート電極13をマスクとして自己整合的に形成する。また、第3LDD領域22は、第2ゲート電極29をマスクとして自己整合的に形成する。   Next, as shown in FIG. 20, polysilicon having a thickness of, for example, 0.2 to 0.4 μm is deposited on the entire surface of the wafer. Then, the first gate electrode 13 is formed in the ESD protection element region by photolithography and anisotropic etching, and the second gate electrode 29 is formed in the high breakdown voltage device region. Further, a fourth resist pattern 69 is formed by photolithography. In the fourth resist pattern 69, the formation region of the first LDD (shallow source) region 6 and the second LDD (shallow drain) region 7 is opened in the ESD protection element region. In the high breakdown voltage device region, the formation region of the third LDD (shallow emitter) region 22 is opened. Using this fourth resist pattern 69 as a mask, for example, phosphorus ions are implanted to form shallowly doped first LDD region 6 and second LDD region 7 in the ESD protection element region, as shown in FIG. In addition, the shallowly doped third LDD region 22 is formed in the high breakdown voltage device region. The first LDD region 6 and the second LDD region 7 are formed in a self-aligned manner using the first gate electrode 13 as a mask. The third LDD region 22 is formed in a self-aligned manner using the second gate electrode 29 as a mask.

次いで、第4レジストパターンを除去した後に、ウエハ全面に厚さが130〜180nmの厚さの酸化膜または窒化膜を堆積する。そして、異方性エッチングによってESD保護素子領域に第1ゲート側壁スペーサ14を形成し、高耐圧デバイス領域に第2ゲート側壁スペーサ30を形成する。そして、図22に示すように、フォトリソグラフィによって、第5レジストパターン70を形成する。第5レジストパターン70では、ESD保護素子領域において、第1p++コンタクト領域5の形成領域が開口している。また、高耐圧デバイス領域において、第2p++コンタクト領域24およびp++コレクタ領域26の形成領域が開口している。次いで、第5レジストパターン70をマスクとして、例えば硼素イオンまたはBF2イオンを注入する。 Next, after removing the fourth resist pattern, an oxide film or nitride film having a thickness of 130 to 180 nm is deposited on the entire surface of the wafer. Then, the first gate sidewall spacer 14 is formed in the ESD protection element region by anisotropic etching, and the second gate sidewall spacer 30 is formed in the high breakdown voltage device region. Then, as shown in FIG. 22, a fifth resist pattern 70 is formed by photolithography. In the fifth resist pattern 70, the formation region of the first p ++ contact region 5 is opened in the ESD protection element region. In the high breakdown voltage device region, the formation region of the second p ++ contact region 24 and the p ++ collector region 26 is opened. Next, for example, boron ions or BF 2 ions are implanted using the fifth resist pattern 70 as a mask.

そして、熱処理を行い、第1p++コンタクト領域5、第2p++コンタクト領域24およびp++コレクタ領域26に同時に熱拡散を行う。これによって、ESD保護素子領域において、第1p++コンタクト領域5が形成される。また、高耐圧デバイス領域において、第2p++コンタクト領域24およびp++コレクタ領域26が形成される。 Then, heat treatment is performed, and thermal diffusion is simultaneously performed on the first p ++ contact region 5, the second p ++ contact region 24, and the p ++ collector region 26. As a result, the first p ++ contact region 5 is formed in the ESD protection element region. Further, the second p ++ contact region 24 and the p ++ collector region 26 are formed in the high breakdown voltage device region.

次いで、図23に示すように、フォトリソグラフィによって、第6レジストパターン71を形成する。第6レジストパターン71では、ESD保護素子領域において、n++ソース領域8、n++ドレイン領域9およびn++コンタクト領域10の形成領域が開口している。また、高耐圧デバイス領域において、n++エミッタ領域23の形成領域が開口している。第6レジストパターン71をマスクとして、例えば砒素イオンを注入する。そして、第6レジストパターン71を除去して、ウエハを洗浄する。n++ソース領域8およびn++ドレイン領域9は、第1ゲート側壁スペーサ14をマスクとして自己整合的に形成する。n++エミッタ領域23は、第2ゲート側壁スペーサ30をマスクとして自己整合的に形成する。 Next, as shown in FIG. 23, a sixth resist pattern 71 is formed by photolithography. In the sixth resist pattern 71, formation regions of the n ++ source region 8, the n ++ drain region 9 and the n ++ contact region 10 are opened in the ESD protection element region. In the high breakdown voltage device region, the formation region of the n ++ emitter region 23 is opened. For example, arsenic ions are implanted using the sixth resist pattern 71 as a mask. Then, the sixth resist pattern 71 is removed and the wafer is cleaned. The n ++ source region 8 and the n ++ drain region 9 are formed in a self-aligned manner using the first gate sidewall spacer 14 as a mask. The n ++ emitter region 23 is formed in a self-aligned manner using the second gate sidewall spacer 30 as a mask.

そして、図24に示すように、熱処理を行い、ESD保護素子領域において、n++ソース領域8、n++ドレイン領域9、第1LDD領域6、第2LDD領域7およびn++コンタクト領域10を形成する。また、高耐圧デバイス領域において、n++エミッタ領域23および第3LDD領域22を形成する。次いで、図示しないPMD(Pre−metallization Dielectric)膜を堆積する。 Then, as shown in FIG. 24, heat treatment is performed, and the n ++ source region 8, the n ++ drain region 9, the first LDD region 6, the second LDD region 7, and the n ++ contact region 10 are formed in the ESD protection element region. Form. Further, the n ++ emitter region 23 and the third LDD region 22 are formed in the high breakdown voltage device region. Next, a PMD (Pre-metallization Dielectric) film (not shown) is deposited.

次いで、図1に示すように、ESD保護素子領域において、ソース電極15、ドレイン電極16およびコンタクト電極17を形成する。また、図4に示すように、高耐圧デバイス領域において、エミッタ電極31およびコレクタ電極32を形成する。その後、層間絶縁膜の形成、スルーホールの形成および配線層の形成を必要な層数分行い、チップが完成する。   Next, as shown in FIG. 1, the source electrode 15, the drain electrode 16, and the contact electrode 17 are formed in the ESD protection element region. Also, as shown in FIG. 4, the emitter electrode 31 and the collector electrode 32 are formed in the high breakdown voltage device region. Thereafter, an interlayer insulating film, through-holes and wiring layers are formed as many times as necessary to complete a chip.

なお、第1pウエル領域4の形成領域にイオン注入を行う工程(図14)、nバッファ領域25の形成領域にイオン注入を行う工程(図15)、および第2pウエル領域21の形成領域にイオン注入を行う工程(図16)の順序は、上述した順序に限らず、種々入れ替えても良い。また、ESD保護素子100と高耐圧デバイス110とを、それぞれ同一ウエハ上の別のチップに、同時に作製しても良い。また、高耐圧デバイスとしてパワーMOSFETを作製する場合には、p++コレクタ領域26の換わりにパワーMOSFETのドレイン領域を形成すれば良く、このドレイン領域は、パワーMOSFETのソース領域や、ESD保護素子のドレイン領域およびソース領域と同時に形成するようにしても良い。 The step of implanting ions into the formation region of the first p-well region 4 (FIG. 14), the step of implanting ions into the formation region of the n-buffer region 25 (FIG. 15), and the formation of ions in the formation region of the second p-well region 21 The order of the steps of performing the injection (FIG. 16) is not limited to the order described above, and various changes may be made. Further, the ESD protection element 100 and the high breakdown voltage device 110 may be simultaneously manufactured on different chips on the same wafer. Further, when a power MOSFET is manufactured as a high breakdown voltage device, a drain region of the power MOSFET may be formed instead of the p ++ collector region 26. The drain region may be a source region of the power MOSFET or an ESD protection element. The drain region and the source region may be formed simultaneously.

また、上述した半導体装置の製造方法では、ESD保護素子および高耐圧デバイスを分離する分離領域(例えば、図5の分離トレンチおよび第3局部酸化膜)は図示省略しているが、例えば第1局部酸化膜および第2局部酸化膜を形成する工程(図18参照)の前までに、絶縁物が埋め込まれた分離トレンチを形成する。次いで、第1局部酸化膜および第2局部酸化膜を形成すると同時に、第3局部酸化膜を形成しても良い。また、分離領域としてp+拡散領域やp++高濃度拡散領域(例えば、図8参照)を形成する場合、例えば、p+拡散領域は、n-半導体領域3となるウェル領域、第1pウエル領域4の形成と同時に、またはその形成前に形成する。そして、p++高濃度拡散領域は、p++コンタクト領域を形成する工程(図22参照)と同時に形成する。 In the semiconductor device manufacturing method described above, the isolation region (for example, the isolation trench and the third local oxide film in FIG. 5) that isolates the ESD protection element and the high breakdown voltage device is omitted, but the first local region, for example, is omitted. Before the step of forming the oxide film and the second local oxide film (see FIG. 18), an isolation trench in which an insulator is embedded is formed. Next, the third local oxide film may be formed simultaneously with the formation of the first local oxide film and the second local oxide film. When a p + diffusion region or a p ++ high concentration diffusion region (see, eg, FIG. 8) is formed as the isolation region, for example, the p + diffusion region is a well region that becomes the n semiconductor region 3 and a first p well. The region 4 is formed simultaneously with or before the region 4 is formed. The p ++ high concentration diffusion region is formed simultaneously with the step of forming the p ++ contact region (see FIG. 22).

このような製造方法では、ゲート電極を形成する前に、第2pウエル領域21にp+低抵抗領域42を形成するためのイオン注入を行うことで、イオン注入する際のイオンのドーズ量を大きくすることができる。また、p+低抵抗領域42の形成にレジストマスクを用いることにより、レジストマスクの端部でイオンが散乱し、この散乱されたイオンによって、不純物濃度が極大となる位置を新たに形成することができる(マスクエッジ効果)。また、LBP2を0.8μm以上とすることで、p+低抵抗領域42を含む第2pウエル領域21において、ゲート絶縁膜との界面で不純物濃度が極大となる位置を2箇所に分離することができる。 In such a manufacturing method, by performing ion implantation for forming the p + low resistance region 42 in the second p well region 21 before forming the gate electrode, the dose amount of ions at the time of ion implantation is increased. can do. Further, by using a resist mask for forming the p + low resistance region 42, ions are scattered at the end of the resist mask, and a position where the impurity concentration becomes maximum can be newly formed by the scattered ions. Yes (mask edge effect). In addition, by setting LBP2 to 0.8 μm or more, in the second p well region 21 including the p + low resistance region 42, the position where the impurity concentration becomes maximum at the interface with the gate insulating film can be separated into two locations. it can.

また、第1p+低抵抗領域41と第2p+低抵抗領域42とを同時に形成することで、第1p+低抵抗領域41を形成するためだけのイオン注入工程を追加することなく、ESD保護素子100に第1p+低抵抗領域41を形成することができる。 Further, by forming the first p + low resistance region 41 and the second p + low resistance region 42 at the same time, without adding an ion implantation step only for forming the first p + low resistance region 41, the ESD protection element The first p + low resistance region 41 can be formed in 100.

また、pウエル領域にp+低抵抗領域を形成するに際し、マスクエッジ効果を利用して、硼素イオンを100〜250keVの加速電圧で1×1013cm-2以上7.5×1013cm-2以下のドーズ量で注入することにより、p+低抵抗領域の、pウエル領域とゲート酸化膜との界面近傍の不純物濃度を、pウエル領域とゲート酸化膜との界面から深さ方向に離れた領域の不純物濃度よりも低くすることができる。これにより、素子の閾値電圧をほぼ維持した状態で、pウエル領域にp+低抵抗領域を形成することができる。 Further, when forming the p + low resistance region in the p well region, by utilizing the mask edge effect, boron ions are converted to 1 × 10 13 cm −2 or more and 7.5 × 10 13 cm at an acceleration voltage of 100 to 250 keV. By implanting at a dose of 2 or less, the impurity concentration in the vicinity of the interface between the p well region and the gate oxide film in the p + low resistance region is separated from the interface between the p well region and the gate oxide film in the depth direction. The impurity concentration can be lower than the impurity concentration in the region. As a result, the p + low resistance region can be formed in the p well region while maintaining the threshold voltage of the element substantially.

次に、p+低抵抗領域の不純物濃度について説明する。図25は、ゲート絶縁膜とウエル領域との界面(図1の矢印I)における低抵抗領域の不純物濃度について示す図である。矢印Iは、例えば図1に示すように、ゲート絶縁膜に垂直な位置とする。図25においては、横軸は、pウエル領域とゲート絶縁膜との界面を基準とした深さである。ここで、pウエル領域とゲート絶縁膜との界面の深さをC点で示す。また、縦軸はp+低抵抗領域の不純物濃度である。p+低抵抗領域を形成するためのイオン注入は、質量数11の硼素(B11)イオンを150keVの加速電圧で3.5×1013cm-2のドーズ量とした。図25に示すように、pウエル領域とゲート絶縁膜との界面の不純物濃度は、2.85×1017cm-3である。それに対して、チャネル領域の下側の領域(図25のD点)の不純物濃度は、1.26×1018cm-3であり、pウエル領域とゲート絶縁膜との界面の不純物濃度の4.4倍以上となっていることがわかる。これによって、p+低抵抗領域の不純物濃度が高く、p+低抵抗領域の抵抗率がpウエル領域とゲート絶縁膜との界面の抵抗率より低いことがわかる。また、シリコン表面でp+低抵抗領域とドレイン領域(LDD領域を含む)との界面の不純物濃度は、マスクエッジ効果により、チャネル領域の下側の領域の不純物濃度よりも高い。そのため、実施の形態にかかるESD保護素子では、図30に示す従来のESD保護素子で逆降伏が生じるpn接合領域(図30のpn接合領域401)と、図33に示す従来のESD保護素子で逆降伏が生じるpn接合領域(図33のpn接合領域402)との間のpn接合領域(図1のpn接合領域51)で、逆降伏が生じる。 Next, the impurity concentration of the p + low resistance region will be described. FIG. 25 is a diagram showing the impurity concentration of the low resistance region at the interface between the gate insulating film and the well region (arrow I in FIG. 1). The arrow I is at a position perpendicular to the gate insulating film, for example, as shown in FIG. In FIG. 25, the horizontal axis represents the depth with reference to the interface between the p-well region and the gate insulating film. Here, the depth of the interface between the p-well region and the gate insulating film is indicated by C point. The vertical axis represents the impurity concentration of the p + low resistance region. In the ion implantation for forming the p + low resistance region, boron (B11) ions having a mass number of 11 were set to a dose of 3.5 × 10 13 cm −2 at an acceleration voltage of 150 keV. As shown in FIG. 25, the impurity concentration at the interface between the p-well region and the gate insulating film is 2.85 × 10 17 cm −3 . In contrast, the impurity concentration in the lower region of the channel region (point D in FIG. 25) is 1.26 × 10 18 cm −3, which is 4 of the impurity concentration at the interface between the p-well region and the gate insulating film. It turns out that it is 4 times or more. Thus, high impurity concentration of the p + low resistance region, it can be seen that the resistivity of the p + low resistance region is lower than the resistivity of the interface between the p-well region and the gate insulating film. Further, the impurity concentration at the interface between the p + low resistance region and the drain region (including the LDD region) on the silicon surface is higher than the impurity concentration in the lower region of the channel region due to the mask edge effect. Therefore, in the ESD protection element according to the embodiment, the pn junction region (pn junction area 401 in FIG. 30) in which reverse breakdown occurs in the conventional ESD protection element shown in FIG. 30 and the conventional ESD protection element shown in FIG. The reverse breakdown occurs in the pn junction region (pn junction region 51 in FIG. 1) between the pn junction region (pn junction region 402 in FIG. 33) where reverse breakdown occurs.

図26は、実施の形態にかかるESD保護素子および従来のESD保護素子におけるゲート酸化膜の耐圧特性を示す特性図である。図26では、実施の形態にかかるESD保護素子(以下、実施例)の耐圧、ゲート酸化膜の耐圧、図30に示すような低抵抗領域を設けていないESD保護素子(以下、第1従来例とする)の耐圧、および図33に示すようなドレイン領域の下の領域全面に低抵抗領域を設けたESD保護素子(以下、第2従来例とする)の耐圧を示している。なお、図26において、ドレイン・ソース間電流IDSおよびゲート電流IGは規格値である。ゲート酸化膜の厚さは15nmとした。低抵抗領域を形成するためのイオン注入条件は、図25に示すESD保護素子と同様である。図26に示す結果では、ゲート酸化膜にかかるゲート電圧VGが10V近傍のときに、トンネル効果に起因するリーク電流が発生し始めている。第1従来例では、トンネル効果に起因するリーク電流はほぼ発生しておらず、耐圧が14V以上となった。第2従来例では、ドレイン・ソース間電圧VDSが5Vのときに、トンネル効果に起因するリーク電流が発生している。 FIG. 26 is a characteristic diagram showing a breakdown voltage characteristic of the gate oxide film in the ESD protection element according to the embodiment and the conventional ESD protection element. In FIG. 26, the ESD protection element according to the embodiment (hereinafter referred to as Example), the breakdown voltage of the gate oxide film, and the ESD protection element without the low resistance region as shown in FIG. ) And the breakdown voltage of an ESD protection element (hereinafter referred to as a second conventional example) in which a low resistance region is provided over the entire region below the drain region as shown in FIG. In FIG. 26, the drain-source current I DS and the gate current I G are standard values. The thickness of the gate oxide film was 15 nm. The ion implantation conditions for forming the low resistance region are the same as those of the ESD protection element shown in FIG. In the results shown in FIG. 26, when the gate voltage V G applied to the gate oxide film is 10V vicinity, leakage current due to the tunnel effect is beginning to occur. In the first conventional example, almost no leakage current due to the tunnel effect occurred, and the withstand voltage was 14 V or higher. In the second conventional example, when the drain-source voltage V DS is 5 V, a leak current is generated due to the tunnel effect.

図27は、エクステンション距離LBP1に対する素子の降伏電圧の増大分を示す特性図である。また、図27は、ドレイン・ソース間電流IDSを1.0×10-6としたときの降伏電圧のみを抜き出した特性図である。図27に示す結果より、LBP1が0.5μmより大きい場合、降伏電圧の増大分がほぼゼロとなっている。つまり、LBP1が0.5μmより大きい場合には、ESD保護素子の降伏電圧は、図26に示す第2従来例の降伏電圧とほぼ同一になることがわかる。図26に示す第2従来例は、低抵抗領域がドレイン領域の下の領域全面に設けられていることから、LBP1を0.5μmより大きい範囲で低抵抗領域を設けた構造であるとみなすことができる。そのため、第2従来例では、ドレイン・ソース間電圧VDSが7Vの地点において降伏したことがわかる。 FIG. 27 is a characteristic diagram showing an increase in breakdown voltage of the element with respect to the extension distance LBP1. FIG. 27 is a characteristic diagram showing only the breakdown voltage when the drain-source current I DS is 1.0 × 10 −6 . From the results shown in FIG. 27, when LBP1 is larger than 0.5 μm, the increase in breakdown voltage is almost zero. That is, when LBP1 is larger than 0.5 μm, the breakdown voltage of the ESD protection element is almost the same as the breakdown voltage of the second conventional example shown in FIG. In the second conventional example shown in FIG. 26, since the low resistance region is provided over the entire region below the drain region, LBP1 is regarded as a structure in which the low resistance region is provided in a range larger than 0.5 μm. Can do. Therefore, it can be seen that in the second conventional example, breakdown occurs at a point where the drain-source voltage V DS is 7V.

このように、第1従来例では、第1従来例の耐圧が、ゲート酸化膜においてリーク電流が発生し始める電圧よりも高い。そのため、ESD保護素子として十分に機能せず、保護対象の半導体素子のゲート酸化膜等を保護することができない。また、第2従来例では、降伏電圧が信号の最大電圧レベルよりも低くなるので、回路が正しく動作しないことになる。つまり、ESD保護素子の耐圧は、第2従来例の耐圧よりも大きく、ゲート酸化膜においてリーク電流が発生していない、7.5〜9.5Vの範囲(以下、耐圧設計範囲とする)A内にあることが好ましい。この耐圧設計範囲Aが、ESD設計窓を満たす耐圧の範囲である(図26参照)。   Thus, in the first conventional example, the breakdown voltage of the first conventional example is higher than the voltage at which leakage current starts to occur in the gate oxide film. Therefore, it does not function sufficiently as an ESD protection element, and the gate oxide film or the like of the semiconductor element to be protected cannot be protected. In the second conventional example, since the breakdown voltage is lower than the maximum voltage level of the signal, the circuit does not operate correctly. That is, the breakdown voltage of the ESD protection element is higher than the breakdown voltage of the second conventional example, and a leak current is not generated in the gate oxide film, a range of 7.5 to 9.5 V (hereinafter referred to as a breakdown voltage design range) A It is preferable to be within. The breakdown voltage design range A is a breakdown voltage range that satisfies the ESD design window (see FIG. 26).

図28は、実施の形態にかかるESD保護素子の耐圧特性を示す特性図である。測定には、図3に示すような櫛歯状のGGFET構造を有するESD保護素子を用いた。GGFET構造を有するESD保護素子は、隣り合うドレイン電極のフィンガー部とゲート電極のフィンガー部との間の距離(以下、ドレイン・ゲート間距離とする)LDGを3.6μmとした。ソース・ドレイン間のキャリアの流れと平行な方向のゲート電極のフィンガー部の幅を1.2μmとし、垂直な方向のゲート電極のフィンガー部の幅を325μmとした。 FIG. 28 is a characteristic diagram illustrating a breakdown voltage characteristic of the ESD protection element according to the embodiment. For the measurement, an ESD protection element having a comb-like GGFET structure as shown in FIG. 3 was used. ESD protection device having a GGFET structure, the distance between the fingers of the finger portion and the gate electrode of the adjacent drain electrode (hereinafter referred to as a drain-gate distance) and the L DG and 3.6 [mu] m. The width of the finger part of the gate electrode in the direction parallel to the carrier flow between the source and drain was 1.2 μm, and the width of the finger part of the gate electrode in the vertical direction was 325 μm.

図28に示す特性図では、LBP1およびチャネル長を変化させた第1試料〜第5試料の耐圧曲線を示している。第1試料および第2試料は、LBP1を0μmとし、チャネル長を1.2μmとした。第3試料および第4試料は、LBP1を0.2μmとし、チャネル長を1.2μmとした。第5試料は、ドレイン領域の下の領域全面に低抵抗領域を設け、チャネル長を1.2μmとした。第1試料および第2試料では、ドレイン・ソース間電流IDSが1.0×10-6Aのときに、ドレイン・ソース間電圧VDSが8.8V程度となった。第3試料および第4試料では、ドレイン・ソース間電流IDSが1.0×10-6Aのときに、ドレイン・ソース間電圧VDSが7.6V程度となった。第5試料では、ドレイン・ソース間電流IDSが1.0×10-6Aのときに、ドレイン・ソース間電圧VDSが7.2V程度となった。 The characteristic diagram shown in FIG. 28 shows the pressure resistance curves of the first sample to the fifth sample in which the LBP 1 and the channel length are changed. The first sample and the second sample had LBP1 of 0 μm and a channel length of 1.2 μm. The third and fourth samples had LBP1 of 0.2 μm and a channel length of 1.2 μm. In the fifth sample, a low resistance region was provided over the entire region under the drain region, and the channel length was set to 1.2 μm. In the first sample and the second sample, the drain-source voltage V DS was about 8.8 V when the drain-source current I DS was 1.0 × 10 −6 A. In the third sample and the fourth sample, the drain-source voltage V DS was about 7.6 V when the drain-source current I DS was 1.0 × 10 −6 A. In the fifth sample, the drain-source voltage V DS was about 7.2 V when the drain-source current I DS was 1.0 × 10 −6 A.

図28に示す結果より、第1試料〜第4試料は、耐圧設計範囲Aを満たしている。一方。第5試料では、耐圧設計範囲Aを満たしていない。これは、第5試料では、ドレイン領域とp+低抵抗領域とで形成されるpn接合領域の面積が大きく、このpn接合領域がツェナーダイオードとして機能してしまうためであると推測される。 From the results shown in FIG. 28, the first to fourth samples satisfy the withstand voltage design range A. on the other hand. The fifth sample does not satisfy the withstand voltage design range A. This is presumably because in the fifth sample, the area of the pn junction region formed by the drain region and the p + low resistance region is large, and this pn junction region functions as a Zener diode.

以上の結果より、LBP1の長さを調整し、ドレイン領域とp+低抵抗領域とで形成されるpn接合領域の面積を小さくすることで、耐圧設計範囲Aを満たす耐圧を得ることができることがわかった。第5試料は、ドレイン・ソース間電圧VDSが7.2Vであるため、耐圧設計範囲Aの下限値7.5Vの耐圧を得るために、0.3V以上の降伏電圧が生じるようにLBP1の範囲を調整することが望ましい。図27に示す結果より、降伏電圧の増大分が0.3VとなるLBP1は、0.3μmであるため、LBP1を0.3μm以下、つまり0〜0.3μmの範囲B(図27参照)とすることで、耐圧設計範囲Aを満たすことができる。つまり、ESD設計窓を満たす耐圧となる。 From the above results, the withstand voltage satisfying the withstand voltage design range A can be obtained by adjusting the length of the LBP 1 and reducing the area of the pn junction region formed by the drain region and the p + low resistance region. all right. In the fifth sample, since the drain-source voltage V DS is 7.2 V, in order to obtain a breakdown voltage of 7.5 V of the lower limit value of the breakdown voltage design range A, It is desirable to adjust the range. From the results shown in FIG. 27, LBP1 where the increase in breakdown voltage is 0.3 V is 0.3 μm, so LBP1 is 0.3 μm or less, that is, a range B of 0 to 0.3 μm (see FIG. 27). By doing so, the withstand voltage design range A can be satisfied. That is, the breakdown voltage satisfies the ESD design window.

また、本実施の形態にかかるESD保護素子を、櫛歯状のGGFET構造(図3参照)とする場合でも、ESD設計窓を満たす耐圧を有するESD保護素子とすることができることがわかった。その理由は、次に示すとおりである。本実施の形態に示す製造方法では、低抵抗領域85は、ゲート電極をマスクとして自己整合的に形成されるのではなく、フォトレジストをマスクとして形成される。そのため、低抵抗領域85の形成位置に、オーバーレイ精度によるズレδが生じる可能性がある。このズレδにより、互いに離れて設けられた複数の低抵抗領域85間に、耐圧の高低差が生じる。例えば、ドレイン電極82のフィンガー部を挟んで、隣り合うゲート電極83のフィンガー部の一方(以下、第1ゲートフィンガー部とする)において、LBP1がズレδだけ短くなる(LBP1−δ)。これにより、第1ゲートフィンガー部が設けられている低抵抗領域85近傍の耐圧は高くなる。それに対して、他方のゲート電極83のフィンガー部(以下、第2ゲートフィンガー部とする)では、第1ゲートフィンガー部におけるズレδに連動して、LBP1がズレδだけ長くなる(LBP1+δ)。これにより、第2ゲートフィンガー部が設けられている低抵抗領域近傍の耐圧は低くなる。そのため、ESD保護素子全体の耐圧は、LBP1が誤差δだけ長くなる低抵抗領域の耐圧によって決まってしまい、ズレδが生じていないESD保護素子と比べて低い値となってしまう。   Further, it was found that even when the ESD protection element according to the present embodiment has a comb-like GGFET structure (see FIG. 3), the ESD protection element having a withstand voltage satisfying the ESD design window can be obtained. The reason is as follows. In the manufacturing method shown in the present embodiment, the low resistance region 85 is not formed in a self-aligned manner using the gate electrode as a mask, but is formed using a photoresist as a mask. Therefore, there is a possibility that a deviation δ due to overlay accuracy occurs in the formation position of the low resistance region 85. Due to this deviation δ, a difference in withstand voltage occurs between the plurality of low resistance regions 85 provided apart from each other. For example, with one finger portion of the drain electrode 82 sandwiched between one finger portion of the adjacent gate electrode 83 (hereinafter referred to as a first gate finger portion), LBP1 is shortened by a deviation δ (LBP1-δ). As a result, the withstand voltage in the vicinity of the low resistance region 85 where the first gate finger portion is provided is increased. On the other hand, in the finger portion of the other gate electrode 83 (hereinafter referred to as the second gate finger portion), LBP1 becomes longer by the displacement δ (LBP1 + δ) in conjunction with the displacement δ in the first gate finger portion. Thereby, the withstand voltage in the vicinity of the low resistance region where the second gate finger portion is provided is reduced. Therefore, the withstand voltage of the entire ESD protection element is determined by the withstand voltage in the low resistance region in which LBP1 becomes longer by the error δ, and is lower than that of the ESD protection element in which no deviation δ occurs.

しかし、図3に示す櫛歯状のGGFET構造を有するESD保護素子では、LBP1を0μmとしたとき、ESD保護素子のオフ耐圧は8.9〜10.8Vとなった。ESD保護素子のオフ耐圧が、ゲート酸化膜の耐圧(図26参照)よりも小さい耐圧となるため、オーバーレイ精度によるズレδが生じたとしても、耐圧設計範囲Aを満たす耐圧を得ることができることがわかる。通常、サブミクロン単位の高精度加工が要求される半導体素子の製造プロセスでは、フォトレジストをマスクとして用いるフォトリソグラフィにおいて、オーバーレイ精度によるズレδを0.15μm以下に抑えることができる。そのため、低抵抗領域の形成において、オーバーレイ精度によるズレδが生じたとしても、LBP1を0〜0.3μmの範囲で調整することと同様の処理をしていることとなるためと推測される。また、このとき、トンネル効果に起因するリーク電流が発生する電圧は7.2〜9.2Vとなった。ゲート酸化膜においてリーク電流が発生し始める電圧よりも低くすることができることがわかった。このように、図3に示すような構造を有するESD保護素子では、p+低抵抗領域を形成する際に、フォトレジストをマスクとして用いるフォトリソグラフィによって、オーバーレイ精度によるズレδが生じたとしても、ESD設計窓を満たす耐圧を有するESD保護素子を形成することができることがわかった。 However, in the ESD protection element having the comb-like GGFET structure shown in FIG. 3, when the LBP1 is 0 μm, the off-breakdown voltage of the ESD protection element is 8.9 to 10.8V. Since the off-breakdown voltage of the ESD protection element is smaller than the breakdown voltage of the gate oxide film (see FIG. 26), a breakdown voltage satisfying the breakdown voltage design range A can be obtained even if a deviation δ due to overlay accuracy occurs. Recognize. Normally, in a semiconductor element manufacturing process that requires high-precision processing in sub-micron units, a shift δ due to overlay accuracy can be suppressed to 0.15 μm or less in photolithography using a photoresist as a mask. For this reason, in the formation of the low resistance region, even if a deviation δ due to overlay accuracy occurs, it is assumed that the same processing as that for adjusting LBP1 in the range of 0 to 0.3 μm is performed. At this time, the voltage at which the leakage current due to the tunnel effect occurs was 7.2 to 9.2V. It was found that the voltage can be lower than the voltage at which leakage current starts to occur in the gate oxide film. As described above, in the ESD protection element having the structure as shown in FIG. 3, even when a shift δ due to overlay accuracy is caused by photolithography using a photoresist as a mask when forming the p + low resistance region, It has been found that an ESD protection element having a withstand voltage that satisfies the ESD design window can be formed.

また、図3に示すような構造を有するESD保護素子では、各電極のフィンガー部を増減することで、容易にESD保護素子の大きさを設定することができる。そのため、ESDの帯電量に応じて、効率的にESD保護素子を作製することができる。   Further, in the ESD protection element having the structure as shown in FIG. 3, the size of the ESD protection element can be easily set by increasing / decreasing the finger portions of each electrode. Therefore, an ESD protection element can be efficiently manufactured according to the ESD charge amount.

以上、説明したように、実施の形態によれば、ESD保護素子100の第1p+低抵抗領域41と高耐圧デバイス110の第2p+低抵抗領域42とを同時に形成することで、第1p+低抵抗領域41を形成するためだけのイオン注入工程を追加することなく、ESD保護素子100に第1p+低抵抗領域41を形成することができる。また、上述した製造方法によりESD保護素子100に第1p+低抵抗領域41を形成することで、低抵抗領域が形成された第2従来例のESD保護素子(図33参照)とほぼ同様に、ESD保護素子の耐圧を低減することができる。これにより、ESD設計窓を満たす耐圧を有するESD保護素子を作製することができ、かつESD保護素子100が集積される回路全体の製造コストを低減することができる。また、低抵抗領域を含むpウエル領域の、ゲート絶縁膜との界面における不純物濃度を、ゲート絶縁膜との界面から深さ方向に離れた領域の不純物濃度よりも低くなるように形成することができる。また、低抵抗領域を含む第2pウエル領域21に、ゲート絶縁膜との界面で不純物濃度が極大となる位置を2箇所に分離するように形成することができる。これにより、素子の閾値電圧をほぼ維持した状態で、pウエル領域に低抵抗領域を形成することができる。 As described above, according to the embodiment, by forming the a first 1p + low resistance region 41 of the ESD protection device 100 and the 2p + low resistance region 42 of the high voltage devices 110 simultaneously, the 1p + The first p + low resistance region 41 can be formed in the ESD protection element 100 without adding an ion implantation process only for forming the low resistance region 41. Further, by forming the first p + low resistance region 41 in the ESD protection element 100 by the manufacturing method described above, almost the same as the ESD protection element of the second conventional example in which the low resistance region is formed (see FIG. 33), The breakdown voltage of the ESD protection element can be reduced. Thereby, an ESD protection element having a withstand voltage that satisfies the ESD design window can be manufactured, and the manufacturing cost of the entire circuit in which the ESD protection element 100 is integrated can be reduced. Further, the p well region including the low resistance region may be formed so that the impurity concentration at the interface with the gate insulating film is lower than the impurity concentration in the region away from the interface with the gate insulating film in the depth direction. it can. In addition, the second p well region 21 including the low resistance region can be formed so as to separate the position where the impurity concentration is maximized at the interface with the gate insulating film into two locations. As a result, a low resistance region can be formed in the p-well region while substantially maintaining the threshold voltage of the element.

以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、実施の形態中に記載した寸法や濃度、ドーパントなどは一例であり、本発明はそれらの値に限定されるものではない。また、各実施の形態では、第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としたが、本発明は第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としても同様に成り立つ。   As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, the dimensions, concentrations, dopants, and the like described in the embodiments are examples, and the present invention is not limited to these values. In each embodiment, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. However, the present invention is the same even if the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. It holds.

なお、同一基板上でESD保護素子と高耐圧デバイスとを電気的に分離する分離領域は、ESD保護素子と他のデバイスとを分離するために設けても良い。   Note that an isolation region that electrically isolates the ESD protection element and the high breakdown voltage device on the same substrate may be provided to isolate the ESD protection element from other devices.

以上のように、本発明にかかる半導体素子、半導体装置および半導体素子の製造方法は、プラズマディスプレイなどを駆動するパワーICを、静電気放電(ESD)などの電圧サージから保護するために使用される半導体素子として有用である。   As described above, according to the semiconductor element, the semiconductor device, and the method for manufacturing the semiconductor element according to the present invention, a semiconductor used for protecting a power IC for driving a plasma display or the like from a voltage surge such as electrostatic discharge (ESD). It is useful as an element.

1 p支持基板
2 絶縁層
3 n-半導体領域
4 pウエル領域
5 p++コンタクト領域
6 LDD(浅いソース)領域
7 LDD(浅いドレイン)領域
8 n++ソース領域
9 n++ドレイン領域
10 n++コンタクト領域
11 局部酸化膜
12 ゲート絶縁膜
13 ゲート電極
14 ゲート側壁スペーサ
15 ソース電極
16 ドレイン電極
17 コンタクト電極
41 p+低抵抗領域
51 pn接合領域
100 ESD保護素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 p support substrate 2 Insulating layer 3 n - semiconductor region 4 p well region 5 p ++ contact region 6 LDD (shallow source) region 7 LDD (shallow drain) region 8 n ++ source region 9 n ++ drain region 10 n ++ contact region 11 local oxide film 12 gate insulating film 13 gate electrode 14 gate side wall spacer 15 source electrode 16 drain electrode 17 contact electrode 41 p + low resistance region 51 pn junction region 100 ESD protection element

Claims (13)

第1導電型の第1ウエル領域の一部に設けられた第2導電型のソース領域と、
前記第1ウエル領域の一部に設けられた第2導電型のドレイン領域と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域の間の前記第1ウエル領域の表面上に設けられた第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜の上に設けられた第1ゲート電極と、
前記第1ウエル領域の一部に、前記ソース領域とその下の領域、および前記第1ゲート絶縁膜の下の領域に設けられた、前記第1ウエル領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第1低抵抗領域と、
前記ソース領域に接し、かつ前記第1ゲート電極に短絡するソース電極と、
前記ドレイン領域に接するドレイン電極と、
を備えることを特徴とする半導体素子。
A second conductivity type source region provided in a part of the first conductivity type first well region;
A drain region of a second conductivity type provided in a part of the first well region;
A first gate insulating film provided on a surface of the first well region between the source region and the drain region;
A first gate electrode provided on the first gate insulating film;
A first conductivity type having a resistivity lower than that of the first well region provided in a part of the first well region in the source region, a region below the source region, and a region below the first gate insulating film. A first low-resistance region of
A source electrode in contact with the source region and short-circuited to the first gate electrode;
A drain electrode in contact with the drain region;
A semiconductor device comprising:
支持基板の表面に、絶縁層を介して設けられた第2導電型の第1半導体領域を、さらに備え、
前記第1ウエル領域は、前記第1半導体領域の一部に設けられ、
前記第1ウエル領域の一部には、前記ソース領域と電気的に接続された、前記第1ウエル領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第1コンタクト領域が設けられ、
前記第1半導体領域の一部には、前記第1ウエル領域と離れて、前記第1半導体領域よりも抵抗率の低い第2導電型の第2コンタクト領域が設けられ、
前記第1ゲート電極は、前記第2コンタクト領域に接するコンタクト電極にさらに短絡されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
A first semiconductor region of a second conductivity type provided on the surface of the support substrate via an insulating layer;
The first well region is provided in a part of the first semiconductor region,
A portion of the first well region is provided with a first contact region of a first conductivity type that is electrically connected to the source region and has a lower resistivity than the first well region,
A portion of the first semiconductor region is provided with a second contact region of a second conductivity type having a resistivity lower than that of the first semiconductor region apart from the first well region.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first gate electrode is further short-circuited to a contact electrode in contact with the second contact region.
支持基板の表面に設けられた第2導電型の第1半導体領域を、さらに備え、
前記第1ウエル領域は、前記第1半導体領域の一部に設けられ、
前記第1ウエル領域の一部には、前記ソース領域と電気的に接続された、前記第1ウエル領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第1コンタクト領域が設けられ、
前記第1半導体領域の一部には、前記第1ウエル領域と離れて、前記第1半導体領域よりも抵抗率の低い第2導電型の第2コンタクト領域が設けられ、
前記第1ゲート電極は、前記第2コンタクト領域に接するコンタクト電極にさらに短絡されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
A first semiconductor region of a second conductivity type provided on the surface of the support substrate;
The first well region is provided in a part of the first semiconductor region,
A portion of the first well region is provided with a first contact region of a first conductivity type that is electrically connected to the source region and has a lower resistivity than the first well region,
A portion of the first semiconductor region is provided with a second contact region of a second conductivity type having a resistivity lower than that of the first semiconductor region apart from the first well region.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first gate electrode is further short-circuited to a contact electrode in contact with the second contact region.
支持基板の表面に設けられた第1導電型の第2半導体領域を、さらに備え、
前記第1ウエル領域は、前記第2半導体領域の一部に設けられ、
前記第1ウエル領域の一部には、前記ソース領域と電気的に接続された、前記第1ウエル領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第1コンタクト領域が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
A second semiconductor region of the first conductivity type provided on the surface of the support substrate;
The first well region is provided in a part of the second semiconductor region,
A part of the first well region is provided with a first conductivity type first contact region which is electrically connected to the source region and has a lower resistivity than the first well region. The semiconductor device according to claim 1.
第1導電型の支持基板を、さらに備え、
前記第1ウエル領域は、第1導電型の支持基板の表面層の一部に設けられ、
前記第1ウエル領域の一部には、前記ソース領域と電気的に接続された、前記第1ウエル領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第1コンタクト領域が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
A first conductivity type support substrate;
The first well region is provided in a part of a surface layer of a first conductivity type support substrate;
A part of the first well region is provided with a first conductivity type first contact region which is electrically connected to the source region and has a lower resistivity than the first well region. The semiconductor device according to claim 1.
前記第1ウエル領域の一部に、前記ソース領域に接するように、前記ソース領域よりも浅く設けられた第2導電型の第3半導体領域と、
前記第1ウエル領域の一部に、前記ドレイン領域に接するように、前記ドレイン領域よりも浅く設けられた第2導電型の第4半導体領域と、をさらに備え、
前記第1低抵抗領域は、前記第3半導体領域とその下の領域、前記第4半導体領域とその下の領域、および前記ドレイン領域の一部とその下の領域にさらに設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の半導体素子。
A third semiconductor region of a second conductivity type provided in a part of the first well region so as to be in contact with the source region and shallower than the source region;
A second conductivity type fourth semiconductor region provided in a part of the first well region so as to be in contact with the drain region and shallower than the drain region;
The first low-resistance region is further provided in the third semiconductor region and a region below it, the fourth semiconductor region and a region below it, and a part of the drain region and a region below it. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is characterized in that:
前記第1低抵抗領域の前記ドレイン領域側の端部から、前記第1ゲート電極の前記ドレイン領域側の端部までの距離は、0μm以上0.3μm以下の範囲内であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の半導体素子。   The distance from the end of the first low resistance region on the drain region side to the end of the first gate electrode on the drain region side is in the range of 0 μm to 0.3 μm. The semiconductor element as described in any one of Claims 1-6. 前記請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体素子(以下、第1半導体素子とする)と、第2半導体素子と、が同一ウエハに形成された半導体装置であって、
前記第1半導体素子および前記第2半導体素子は、前記第1半導体素子の第1ウエル領域よりも深く形成された、絶縁物が埋め込まれたトレンチにより、電気的に分離されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor element (hereinafter referred to as a first semiconductor element) and the second semiconductor element are formed on the same wafer.
The first semiconductor element and the second semiconductor element are electrically separated by a trench formed deeper than a first well region of the first semiconductor element and embedded with an insulator. Semiconductor device.
前記請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体素子(以下、第1半導体素子とする)と、第2半導体素子と、が同一ウエハに形成された半導体装置であって、
前記第1半導体素子および前記第2半導体素子は、前記第1半導体素子の第1ウエル領域よりも深く形成された、第1導電型の拡散領域により、電気的に分離されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor element (hereinafter referred to as a first semiconductor element) and the second semiconductor element are formed on the same wafer.
The first semiconductor element and the second semiconductor element are electrically isolated by a diffusion region of a first conductivity type formed deeper than a first well region of the first semiconductor element. Semiconductor device.
前記請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体素子(以下、第1半導体素子とする)と、第2半導体素子と、を同一ウエハに形成する半導体素子の製造方法であって、
前記ウエハ上に形成された第1導電型の第1ウエル領域内に、該第1ウエル領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第1低抵抗領域を形成するとともに、前記ウエハ上に形成された第1導電型の第2ウエル領域内に、該第2ウエル領域よりも抵抗率の低い第1導電型の第2低抵抗領域を形成する低抵抗領域形成工程と、
前記第1ウエル領域および前記第1低抵抗領域に、前記第1半導体素子のゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース領域およびドレイン領域を形成するとともに、前記第2ウエル領域および前記第2低抵抗領域に、前記第2半導体素子のゲート絶縁膜、ゲート電極および第2導電型の第5半導体領域を形成する第1素子形成工程と、
前記第2ウエル領域が設けられた第2導電型の第1半導体領域に、前記第2ウエル領域と離れて第1導電型または第2導電型の第6半導体領域を形成する第2素子形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device according to any one of claims 1 to 7 (hereinafter referred to as a first semiconductor device) and a second semiconductor device are formed on the same wafer.
A first conductivity type first low resistance region having a resistivity lower than that of the first well region is formed in the first conductivity type first well region formed on the wafer and formed on the wafer. Forming a first resistance type second low resistance region having a lower resistivity than the second well region in the first conductivity type second well region,
A gate insulating film, a gate electrode, a source region and a drain region of the first semiconductor element are formed in the first well region and the first low resistance region, and in the second well region and the second low resistance region. A first element formation step of forming a gate insulating film, a gate electrode, and a second conductivity type fifth semiconductor region of the second semiconductor element;
A second element forming step of forming a first conductive type or a second conductive type sixth semiconductor region in the second conductive type first semiconductor region provided with the second well region apart from the second well region; When,
The manufacturing method of the semiconductor element characterized by the above-mentioned.
前記低抵抗領域形成工程においては、硼素イオンを、100keV以上250keV以下の加速電圧でイオン注入を行うことで、前記第1低抵抗領域および前記第2低抵抗領域を形成することを特徴とする請求項10に記載の半導体素子の製造方法。   In the low resistance region forming step, boron ions are ion-implanted at an acceleration voltage of 100 keV to 250 keV to form the first low resistance region and the second low resistance region. Item 11. A method for manufacturing a semiconductor element according to Item 10. 前記低抵抗領域形成工程においては、硼素イオンを、1×1013cm-2以上7.5×1013cm-2以下のドーズ量でイオン注入を行うことで、前記第1低抵抗領域および前記第2低抵抗領域を形成することを特徴とする請求項10または11に記載の半導体素子の製造方法。 In the low resistance region forming step, boron ions are ion-implanted at a dose of 1 × 10 13 cm −2 or more and 7.5 × 10 13 cm −2 or less, so that the first low resistance region and the 12. The method of manufacturing a semiconductor element according to claim 10, wherein the second low resistance region is formed. 前記第1素子形成工程において前記第1半導体素子のゲート絶縁膜および前記第2半導体素子のゲート絶縁膜を形成する工程の前に、
窒素雰囲気内で、900℃以上950℃以下の温度で、30分間以下のアニール処理を行い、前記低抵抗領域の拡散を制御し、前記低抵抗領域形成工程で生じた結晶格子の乱れを回復するアニール工程、をさらに含むことを特徴とする請求項10〜12のいずれか一つに記載の半導体素子の製造方法。
Before the step of forming the gate insulating film of the first semiconductor element and the gate insulating film of the second semiconductor element in the first element forming step,
In a nitrogen atmosphere, annealing is performed for 30 minutes or less at a temperature of 900 ° C. or higher and 950 ° C. or lower to control the diffusion of the low resistance region and recover the disorder of the crystal lattice generated in the low resistance region forming step. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, further comprising an annealing step.
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