JP2011210896A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外部接続端子と内部回路領域との間に、内部回路領域に形成された内部素子をESDによる破壊から保護するために形成された、素子分離にシャロートレンチ構造を有するESD保護用のN型MOSトランジスタを有する半導体装置に関する。 The present invention provides an ESD protection device having a shallow trench structure for element isolation formed between an external connection terminal and an internal circuit area to protect an internal element formed in the internal circuit area from being destroyed by ESD. The present invention relates to a semiconductor device having an N-type MOS transistor.
近年、半導体装置の微細化に伴い、シャロートレンチ分離を有するMOS型トランジスタを有する半導体装置が多くみられるようになってきた。しかしながら、特にシャロートレンチ分離を素子分離構造に用いる半導体装置の場合、その構造自体や製造方法に由来してシャロートレンチ近接の領域で結晶欠陥層などのリーク電流を発生し易い領域を有するという問題点があり、特に大きなトランジスタ幅を有するオフトランジスタのオフリーク電流はさらに大きな問題点となる。また、バイポーラ動作を利用してESD電流を早く逃がすために一般にトリガー電圧と称されるブレークダウン電圧を内部素子に比べて低く設定することが必要である。 In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, many semiconductor devices having MOS type transistors having shallow trench isolation have been seen. However, particularly in the case of a semiconductor device that uses shallow trench isolation as an element isolation structure, there is a problem in that it has a region where a leakage current such as a crystal defect layer is likely to occur in a region near the shallow trench due to the structure itself or the manufacturing method. In particular, the off-leakage current of an off-transistor having a large transistor width is a further problem. Further, in order to quickly release the ESD current using the bipolar operation, it is necessary to set a breakdown voltage generally called a trigger voltage lower than that of the internal element.
このようなオフトランジスタのリーク電流を低減するための改善策として、電源(Vdd)とグランド(Vss)の間に完全にオフするように複数のトランジスタを配置する例も提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As an improvement measure for reducing the leakage current of such an off transistor, an example in which a plurality of transistors are arranged so as to be completely turned off between a power supply (Vdd) and a ground (Vss) has been proposed (for example, Patent Document 1).
しかしながら、オフトランジスタのオフリーク電流を小さく抑えるためにW幅を小さくすると、十分な保護機能を果たせなくなってしまい。また改善例のように電源(Vdd)とグランド(Vss)の間に完全にオフするように複数のトランジスタを配置する半導体装置においては、複数のトランジスタを有するため占有面積が増大し、半導体装置のコストアップに繋がるなどの問題点があった。 However, if the W width is reduced in order to keep the off-leakage current of the off transistor small, a sufficient protection function cannot be achieved. Further, in the semiconductor device in which a plurality of transistors are arranged so as to be completely turned off between the power supply (Vdd) and the ground (Vss) as in the improvement example, the occupied area increases because of the plurality of transistors, There were problems such as increased costs.
上記問題点を解決するために、本発明は半導体装置を以下のように構成した。
素子分離にシャロートレンチ分離領域を有するESD保護用のN型MOSトランジスタにおいて、前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのゲート電極下面のゲート絶縁膜を介してP型シリコン基板表面に形成されたチャネル領域の表面に、前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域から一定の距離を隔てたオフセット領域を介して、濃いP型の不純物濃度領域からなるP型ブレークダウン領域を形成した半導体装置とした。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
In an N-type MOS transistor for ESD protection having a shallow trench isolation region for element isolation, a channel region formed on the surface of a P-type silicon substrate via a gate insulating film on the lower surface of the gate electrode of the N-type MOS transistor for ESD protection A semiconductor device in which a P-type breakdown region composed of a dense P-type impurity concentration region is formed on the surface of the semiconductor device through an offset region spaced apart from the drain region of the ESD protection N-type MOS transistor by a certain distance. .
また、前記P型ブレークダウン領域は、前記ESD保護用のN型MOSトランジスタの前記チャネル領域の幅全体にわたるように配置されている半導体装置とした。
また、前記P型ブレークダウン領域は、前記ESD保護用のN型MOSトランジスタの前記チャネル領域の一部分のみに配置されている半導体装置とした。
また、前記P型ブレークダウン領域は、前記ESD保護用のN型MOSトランジスタの周囲に配置された素子分離用の前記シャロートレンチ分離領域に接する半導体装置とした。
The P-type breakdown region is a semiconductor device arranged so as to cover the entire width of the channel region of the N-type MOS transistor for ESD protection.
The P-type breakdown region is a semiconductor device disposed only in a part of the channel region of the ESD protection N-type MOS transistor.
The P-type breakdown region is a semiconductor device in contact with the shallow trench isolation region for element isolation arranged around the N-type MOS transistor for ESD protection.
また、前記P型ブレークダウン領域のP型の不純物濃度、および前記オフセット領域の幅は、前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのブレークダウン電圧が、前記内部回路領域に形成された内部トランジスタの表面ブレークダウン電圧より低く、なおかつ、前記内部回路の電源電圧よりも高くなるように設定されている半導体装置とした。
また、前記P型ブレークダウン領域の深さは、前記ESD保護用のN型MOSトランジスタの前記ドレイン領域の深さよりも深い半導体装置とした。
Further, the P-type impurity concentration in the P-type breakdown region and the width of the offset region are determined so that the breakdown voltage of the N-type MOS transistor for ESD protection is the surface of the internal transistor formed in the internal circuit region. The semiconductor device is set to be lower than the breakdown voltage and higher than the power supply voltage of the internal circuit.
The depth of the P-type breakdown region is a semiconductor device deeper than the depth of the drain region of the N-type MOS transistor for ESD protection.
以上説明した手段によって、占有面積の増加もなく、オフリーク電流を小さく抑えつつ、トリガー電圧を低く設定した十分なESD保護機能を持たせたESD保護用のN型MOSトランジスタを有する半導体装置を得ることができる。 By the means described above, a semiconductor device having an N-type MOS transistor for ESD protection having a sufficient ESD protection function in which the trigger voltage is set low while suppressing the off-leakage current without increasing the occupied area is obtained. Can do.
以下では本発明の実施例を図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明による半導体装置の、ESD保護用のN型MOSトランジスタの第1の実施例を示す模式的平面図である。 FIG. 1 is a schematic plan view showing a first embodiment of an N-type MOS transistor for ESD protection of a semiconductor device according to the present invention.
一対のN型の高濃度不純物領域からなるソース領域201とドレイン領域202が形成されており、ソース領域201とドレイン領域202の間には、図示しないが適度なP型の不純物を導入して閾値電圧を調整したチャネル領域が形成され、さらにチャネル領域上にはこれも図示しないがシリコン酸化膜などからなるゲート絶縁膜が設けられ、その上面に電位をグランド電位に固定したポリシリコンなどからなるゲート電極301が配置され、N型MOSトランジスタを形成している。
A
また、他の素子との間の絶縁分離にはシャロートレンチ構造が用いられており、トランジスタの外周はシャロートレンチ分離領域501に囲まれている。
A shallow trench structure is used for insulation isolation from other elements, and the outer periphery of the transistor is surrounded by a shallow
ここで、N型MOSトランジスタのゲート電極301の下面のゲート絶縁膜を介してP型シリコン基板表面に形成されたチャネル領域の表面に、ドレイン領域202から一定の距離を隔てたオフセット領域601を介して、N型MOSトランジスタのチャネル幅全体にわたって濃いP型の不純物濃度領域からなるP型ブレークダウン領域401が形成されている。
Here, the surface of the channel region formed on the surface of the P-type silicon substrate through the gate insulating film on the lower surface of the
ここで、P型ブレークダウン領域401は、ESD保護用のN型MOSトランジスタの周囲に配置された素子分離用のシャロートレンチ分離領域501に接するため、シャロートレンチ分離特有のシャロートレンチ分離領域501の近傍で起こりやすいリーク電流の増大を防止することができる。
Here, since the P-
また、P型ブレークダウン領域401のP型の不純物濃度、およびオフセット領域601の幅は、ESD保護用のN型MOSトランジスタの表面ブレークダウン電圧が、内部回路領域に形成された内部トランジスタの表面ブレークダウン電圧より低く、なおかつ、内部回路の電源電圧よりも高くなるように設定されている。
The P-type impurity concentration in the P-
ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域202に通常の動作用の電源電圧が印加されている際には、オフセット領域601に空乏層が伸びることでブレークダウンを生じることはない。
When a power supply voltage for normal operation is applied to the
一方、ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域202に静電気による大きなサージが印加された場合には、ドレイン領域202からオフセット領域601に伸びた空乏層がP型ブレークダウン領域401に達してP型ブレークダウン領域401の境界付近で高い電界領域を形成することでブレークダウンする。
On the other hand, when a large surge due to static electricity is applied to the
さらに、P型ブレークダウン領域401の深さは、ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域202の深さよりも深くなるように形成されており、ドレイン領域202からオフセット領域601に伸びた空乏層を、深い領域でもしっかり受け止めることができる。
Further, the depth of the P-
このように、ESD保護用のN型MOSトランジスタに静電気による大きなサージが印加された際には、内部素子領域のトランジスタに比べて低いトリガー電圧によってバイポーラ動作に入ることができ、内部素子をESD破壊から効率よく守ることができる。 In this way, when a large surge due to static electricity is applied to the N-type MOS transistor for ESD protection, bipolar operation can be started with a lower trigger voltage than the transistor in the internal element region, and the internal element is destroyed by ESD. Can be protected efficiently.
図2は、本発明による半導体装置の、ESD保護用のN型MOSトランジスタの第2の実施例を示す模式的平面図である。 FIG. 2 is a schematic plan view showing a second embodiment of the N-type MOS transistor for ESD protection of the semiconductor device according to the present invention.
図1に示した第1の実施例と異なる点は、P型ブレークダウン領域401がESD保護用のN型MOSトランジスタのチャネル幅全体にわたって形成されておらず、シャロートレンチ分離領域501に接する部分にのみ形成されている点である。
The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that the P-
P型ブレークダウン領域401は、ESD保護用のN型MOSトランジスタのチャネル幅に対して部分的にしか形成されていない。
The P-
しかしながらシャロートレンチ分離領域501に接する部分にのみ形成されているために、シャロートレンチ分離特有のシャロートレンチ分離領域501の近傍で起こりやすいリーク電流の増大を防止することができる。
However, since it is formed only in the portion in contact with the shallow
また、図1に示した第1の実施例で説明したように、P型ブレークダウン領域401のP型の不純物濃度、およびオフセット領域601の幅は、ESD保護用のN型MOSトランジスタのブレークダウン電圧が、内部回路領域に形成された内部トランジスタの表面ブレークダウン電圧より低く、なおかつ、内部回路の電源電圧よりも高くなるように設定されている。
Further, as described in the first embodiment shown in FIG. 1, the P-type impurity concentration in the P-
ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域202に通常の動作用の電源電圧が印加されている際には、オフセット領域601に空乏層が伸びることでブレークダウンを生じることはない。
When a power supply voltage for normal operation is applied to the
一方、ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域202に静電気による大きなサージが印加された場合には、ドレイン領域202からオフセット領域601に伸びた空乏層がP型ブレークダウン領域401に達してP型ブレークダウン領域401の境界付近で高い電界領域を形成することでブレークダウンする。
On the other hand, when a large surge due to static electricity is applied to the
このとき、図1に示した第1の実施例と異なり、P型ブレークダウン領域401がチャネル領域の一部分にのみ形成されているため、ブレークダウンする領域もチャネル領域の幅全体ではない。しかしながら、ブレークダウンした後は、チャネル領域下のP型半導体領域の電位がトリガー電流によって上昇するため、ドレイン領域202全体がバイポーラ動作に寄与することができ、大電流を逃がすことができる。
その他の説明については、図1と同一の符号を記すことで説明に換える。
At this time, unlike the first embodiment shown in FIG. 1, since the P-
Other explanations can be replaced with the same reference numerals as those in FIG.
201 ソース領域
202 ドレイン領域
301 ゲート電極
401 P型ブレークダウン領域
501 シャロートレンチ分離領域
601 オフセット領域
201
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JP2010076339A JP2011210896A (en) | 2010-03-29 | 2010-03-29 | Semiconductor device |
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US20110073948A1 (en) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | Hiroaki Takasu | Semiconductor device |
US20110073947A1 (en) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | Hiroaki Takasu | Semiconductor device |
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- 2010-03-29 JP JP2010076339A patent/JP2011210896A/en active Pending
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US20110073947A1 (en) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | Hiroaki Takasu | Semiconductor device |
US8207581B2 (en) * | 2009-09-25 | 2012-06-26 | Seiko Instruments Inc. | Semiconductor device |
US8278714B2 (en) * | 2009-09-25 | 2012-10-02 | Seiko Instruments Inc. | Semiconductor device |
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