JP2530033B2 - 絶縁ゲ―ト型集積回路 - Google Patents

絶縁ゲ―ト型集積回路

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JP2530033B2
JP2530033B2 JP2029249A JP2924990A JP2530033B2 JP 2530033 B2 JP2530033 B2 JP 2530033B2 JP 2029249 A JP2029249 A JP 2029249A JP 2924990 A JP2924990 A JP 2924990A JP 2530033 B2 JP2530033 B2 JP 2530033B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、絶縁ゲート型(以下、MOSと記す)集積回
路に係り、特に通常の動作電源電圧より高電圧動作ある
いは高電圧出力が要求されるMOSトランジスタを有するM
OS集積回路に関する。
(従来の技術) 半導体集積回路において、高電圧動作あるいは高電圧
出力が要求されるMOSトランジスタの構造として、LDD
(Lightly Doped Drain)構造やGDD(Graded Diffus
ed Drain)構造が広く採用されている。
第7図(a)および(b)は、N型のMOSトランジス
タの平面パターンおよび断面構造を示しており、71はP
型基板、72は素子分離領域、Dはドレイン領域、Sはソ
ース領域、、Gは基板表面のチャネル領域上に絶縁ゲー
ト膜を介して形成されたゲート電極(および配線)であ
る。LDD構造は、MOSトランジスタのドレインDのゲート
近傍における電界を緩和する目的でドレインの高濃度拡
散領域(N-領域)73のゲート側に不純物濃度の低い拡散
領域(N-領域)74を設けている。
また、第8図(a)および(b)に示す平面パターン
および断面構造のように、MOSトランジスタのドレイン
Dのゲート近傍に限らず、ドレインDのN+領域81を囲む
ようにN-領域82を設けることもある。
また、第9図に示す平面パターンにおいて、91はドレ
インコンタクト領域であり、MOSトランジスタのドレイ
ンDに接続される金属配線(例えばアルミニウム配線)
92は、ドレインDと他の素子とを電気的に接続するため
に設けられ、ドレイン高濃度拡散領域93とのコンタクト
がとれればよく、アルミニウム配線92の形状は特別に制
約を受けることはない。
第10図(a)乃至(c)は、従来のMOSトランジスタ
のドレイン拡散領域上方におけるアルミニウム配線100
の相異なる配置例を示している。この場合、MOSトラン
ジスタのスイッチング動作とアルミニウム配線100の電
位との関係は特に規定されていないので、ドレイン拡散
領域101とアルミニウム配線100との間に電位差が生じる
場合がある。
次に、高電圧動作あるいは高電圧出力が要求される相
補性絶縁ゲート型トランジスタ(以下、CMOSトランジス
タと称する)を例にとり、ドレイン耐圧がドレイン拡散
領域上方のアルミニウム配線100の電位に依存すること
を説明する。
第11図は、CMOSトランジスタで構成されたインバータ
のドレイン付近の平面パターンを示しており、このCMOS
トランジスタの断面構造を第12図に示している。ここ
で、110はN型基板、111はPウェル、112は素子分離領
域、113および114はP型MOSトランジスタのソース領域
およびドレイン領域、115および116はN型MOSトランジ
スタのドレイン領域およびソース領域、117は基板表面
およびウェル表面のチャネル領域上にそれぞれ絶縁ゲー
ト膜118を介して形成されたゲート電極(および配
線)、119は基板上に絶縁膜120を介して形成されたアル
ミニウム配線である。
いま、仮に、CMOSインバータのゲート117に低電位が
印加され、N型MOSトランジスタがオフ状態、P型MOSト
ランジスタがオン状態になっているとする。この時、P
型MOSトランジスタのソース領域113およびN型基板110
は高電位側電源Vcc、N型MOSトランジスタのソース領域
116およびPウェル111は低電位側電源Vssに接続されて
いる。この場合、第12図に示すように、ドレイン拡散領
域上方のアルミニウム配線119が高電位(印表示、ド
レイン領域114、115と同じ電位)の状態になっている。
ここで、耐圧を保っているPN接合は2つある。その1つ
は、Pウェル111とN型基板110との接合であるが、通
常、Pウェル111およびN型基板110は共に極めて低濃度
の半導体であるから、このPウェル・N型基板接合の耐
圧は70V〜100Vあり、ここでは問題にはならない。もう
1つは、Pウェル111とN型MOSトランジスタのドレイン
領域(N+領域およびN-領域)115との接合であり、この
接合が問題の中心になるので、この接合の付近を拡大し
て第13図に示す。この接合を次の3つの接合部分、即
ち、Pウェル111とN+領域の底部との接合部分、P
ウェル111とN-領域のゲート近傍部分との接合部分、
Pウェル111とN-領域のゲートとは反対方向(反ゲート
方向)の部分との接合部分に分けて説明する。上記の
接合部分は、低濃度のPウェル方向に空乏層が伸びるの
で、50V〜70Vの耐圧がある。また、の接合部分は、低
濃度のPウェル方向に伸びる空乏層がゲート117の電界
によりN-領域方向に引かれるので、電界が集中し易い。
しかし、N-領域の低い不純物濃度を十分選択すれば、空
乏層がN-領域方向にも十分伸び、電界が緩和され、40V
〜50Vの耐圧が得られる。また、の接合部分は、ゲー
ト117からの電界の影響がない分だけ空乏層が広がって
おり、上記の接合部分よりも接合耐圧が落ちることは
ない。
以上の説明から、ドレイン拡散領域上方のアルミニウ
ム配線119の電位が高電位の状態になっている場合に
は、N型MOSトランジスタのドレイン接合での耐圧は従
来技術の目的通り得られることが分かる。
これに対して、ドレイン拡散領域上方のアルミニウム
配線119の電位が低電位(印表示、CMOSインバータの
ゲート117と同電位)の状態になっている場合を考え
る。この場合も、Pウェル・N型基板接合の耐圧は70V
〜100Vあり、ここでは問題にはならない。Pウェル111
とN型MOSトランジスタのドレイン領域(N+領域およびN
-領域)115との接合の付近を拡大して第14図に示し、こ
の接合を前記したように3つの接合部分に分けて説明す
る。Pウェル111とN+領域の底部との接合部分は50V〜
70Vの耐圧があり、問題とはならない。また、Pウェ
ル111とN-領域のゲート近傍部分との接合部分は、アル
ミニウム配線119の電界により耐圧が落ちる。即ち、N
型MOSトランジスタのドレイン低濃度拡散領域(N-
域)上方に配置されているアルミニウム配線119の電界
により、N-領域中の少数キャリアである正孔が半導体基
板表面に引き寄せられ、N-領域の表面濃度が変動する。
このN-領域の初期濃度によっては、アルミニウム配線11
9の電界によりN-領域の表面付近がP型半導体に反転
し、この反転したP型領域がドレイン高濃度拡散領域
(N+領域)に接近する。これにより、基板表面での電界
集中が起こり、接合耐圧が落ちる。この現象は、ドレイ
ン接合耐圧を高めようととしてドレイン低濃度拡散領域
をより低濃度にした場合に顕著になる。また、Pウェ
ル111とN+領域の反ゲート方向の部分との接合部分も、N
-領域上方のアルミニウム配線119の電界を受けてN-領域
の表面キャリア濃度の変動を起すが、上記の接合部分
と異なり、ゲート117からの電界がない分だけの接合
部分の場合を上回るほどの耐圧減少は生じない。
第15図は、ドレイン拡散領域上方のアルミニウム配線
119の電位によってドレイン接合耐圧が変化する様子を
測定したデータを表わしている。即ち、アルミニウム配
線の電位がドレインと同じ高電位の場合には、高低電源
電圧差が48V以上になると電源電流が急増するが、アル
ミニウム配線の電位がゲートと同じ低電位の場合には、
高低電源電圧差が43V以上になると電源電流が急増す
る。この特性図から、ドレイン拡散領域上方のアルミニ
ウム配線119の電位によって、接合耐圧が48Vから43Vま
でほぼ1割も低下することが分かる。
また、上記したようにドレイン拡散領域上方のアルミ
ニウム配線119の電位によって接合耐圧が変化するとい
うことは、同じ導電型のMOSトランジスタのドレイン耐
圧が周りの環境によって複数存在するということであ
り、これにより、信号の状態によって耐圧もしくはリー
ク電流が変化することになり、集積回路の耐圧評価が非
常に困難になるという問題が生じる。
(発明が解決しようとする課題) 上記したように従来のMOS集積回路は、MOSトランジス
タのドレイン低濃度拡散領域上方に電位が無指定のアル
ミニウム配線が存在するので、MOSトランジスタのドレ
イン接合耐圧がドレイン低濃度拡散領域上方のアルミニ
ウム配線のパターンに依存して変化し、MOSトランジス
タの動作電圧が低く制限され、集積回路として必要な動
作電圧に達しない場合が起こり得るという問題がある。
本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、
その目的は、MOSトランジスタのドレイン接合耐圧がド
レイン低濃度拡散領域上方のアルミニウム配線のパター
ンに殆んど依存しなくなり、MOSトランジスタの動作電
圧が高く維持され、ドレイン接合耐圧の均一化および集
積回路の耐圧評価の容易化が可能になるMOS集積回路を
提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、高電圧での動作あるいは高電圧出力が要求
される絶縁ゲート型トランジスタを有するP型またはN
型の絶縁ゲート型集積回路において、上記高電圧での動
作あるいは高電圧出力が要求される絶縁ゲート型トラン
ジスタのドレインが高濃度拡散領域及びこの高濃度拡散
領域を囲むように設けられた低濃度拡散領域からなり、
上記高濃度拡散領域に電気的に接続されたドレイン配線
が上記ドレインの上方で上記低濃度拡散領域の全てを覆
うようにされ、上記ドレインの低濃度拡散領域の上方で
かつ上記ドレイン配線の上方には電位が無指定の配線が
設けられていることを特徴とする。
(作用) MOSトランジスタのドレイン低濃度拡散領域上方に電
位が無指定の金属層が存在しないので、この金属層の電
界によってMOSトランジスタのドレイン接合耐圧が変化
することはない。換言すれば、ドレイン接合耐圧がドレ
イン低濃度拡散領域上方の金属層のパターンに殆んど依
存しなくなり、MOSトランジスタの動作電圧が高く維持
され、ドレイン接合耐圧の均一化および集積回路の耐圧
評価の容易化が可能になる。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
第1図は、通常の動作電源電圧より高い電圧での動作
あるいは電圧出力が要求されるP型およびN型のMOSト
ランジスタを有するCMOS集積回路において、高い電圧で
の動作あるいは電圧出力が要求されるCMOSインバータの
ドレイン付近の平面パターンを示しており、そのII−II
線に沿う断面構造を第2図に示している。ここで、10は
N型基板、11はPウェル、12は素子分離領域、13および
14はP型MOSトランジスタのソース領域およびドレイン
領域、15および16はN型MOSトランジスタのドレイン領
域およびソース領域、17は基板表面およびウェル表面の
チャネル領域上にそれぞれ絶縁ゲート膜18を介して形成
されたゲート電極(および配線)である。上記P型MOS
トランジスタのドレイン領域14およびN型MOSトランジ
スタのドレイン領域15は、それぞれ例えば第8図(b)
に示したように、高濃度拡散領域(P+領域またはN+
域)を囲むように低濃度拡散領域(P−領域またはN−
領域)が設けられている。19は金属層(例えばアルミニ
ウム配線)であり、P型MOSトランジスタのドレイン拡
散領域(P+領域およびP-領域)上方およびN型MOSトラ
ンジスタのドレイン拡散領域(N+領域およびN-領域)上
方でそれぞれ基板上に絶縁膜20を介して形成されてい
る。そして、P型MOSトランジスタのドレイン拡散領域
上方のアルミニウム配線19部分は、P型MOSトランジス
タのドレイン高濃度拡散領域(P+領域)にコンタクトし
ており、N型MOSトランジスタのドレイン拡散領域上方
のアルミニウム配線19部分は、N型MOSトランジスタの
ドレイン高濃度拡散領域(N+領域)にコンタクトしてい
る。ここで、P型MOSトランジスタとN型MOSトランジス
タとが接続されたCMOSインバータの場合には、上記アル
ミニウム配線19はCMOSトランジスタのドレイン高濃度拡
散領域(P+領域およびN+領域)上方で一体的に形成され
ており、本例では、P型MOSトランジスタとN型MOSトラ
ンジスタとの間のドレイン低濃度拡散領域(P-領域また
はN-領域)上方にもアルミニウム配線19部分が配置され
ている。即ち、本実施例では、アルミニウム配線19は、
CMOSトランジスタのドレイン拡散領域の全てを覆う領域
に形成されており、ドレイン低濃度拡散領域(P-領域ま
たはN-領域)上のアルミニウム配線領域19部分もドレイ
ン拡散領域と電気的に接続されていることになる。
なお、第1図及び第2図中には図示していないが、上
記アルミニウム配線19の上方には、前記第13図中や第14
図中で示すものと同様の、電位が無指定のアルミニウム
配線が存在している。
なお、アルミニウム配線19のパターンの大きさは、集
積回路として仕上がった状態でドレイン低濃度拡散領域
を覆い得るようにドレイン低濃度拡散領域の大きさと同
じであればよいが、ウェハ製造時のマスクずれ、エッチ
ング誤差、低濃度拡散の広がり等を考慮して、ドレイン
低濃度拡散領域よりも上記アルミニウム配線19のパター
ンを一回り(1〜2μm程度)大きく設計している。
いま、仮に、CMOSインバータのゲート17に低電位が印
加され、N型MOSトランジスタがオフ状態、P型MOSトラ
ンジスタがオン状態になっているとする。この時、P型
MOSトランジスタのソース領域13およびN型基板10は高
電位側電源Vcc、N型MOSトランジスタのソース領域16お
よびPウェル11は低電位側電源Vssに接続されており、
N型MOSトランジスタのドレイン領域15とPウェル11と
の間には電位差があり、耐圧を保っているものとする。
この場合、ドレイン拡散領域上方のアルミニウム配線19
は、N型MOSトランジスタのドレイン拡散領域と同じ高
電位(印表示)の状態になっている。
第3図は、第2図中のPウェル11とN型MOSトランジ
スタのドレイン拡散領域15との接合の付近の断面構造を
拡大して示している。
上記実施例のCMOSインバータにおいては、MOSトラン
ジスタのドレイン低濃度拡散領域上方のアルミニウム配
線19には電位が無指定のものは存在しないので、アルミ
ニウム配線19の電界によってMOSランジスタのドレイン
接合耐圧が変化することはない。換言すれば、ドレイン
接合耐圧がドレイン低濃度拡散領域上方のアルミニウム
配線19のパターンに殆んど依存しなくなり、MOSトラン
ジスタの動作電圧が高く維持される。しかも、ドレイン
拡散領域上方のアルミニウム配線19はドレイン配線とし
て必ず使用されるので、このドレイン配線を使用して都
合良くドレイン低濃度拡散領域を覆うことができ、パタ
ーン作画基準としても使用し易い。
このような効果を、ドレインに接続されていない他の
アルミニウム配線(例えば電源配線)を使用して得よう
としても、MOSトランジスタの動作によってドレイン電
位が変化することに対応できないので、不可能である。
なお、上記実施例では、アルミニウム配線19をドレイ
ン拡散領域上方でドレイン拡散領域の全てを覆う領域に
形成したが、アルミニウム配線の配置例は上記実施例に
限定されるものではなく、本発明の効果を得るために
は、耐圧を保っている(ブレークダウンを起していな
い)ドレイン低濃度拡散領域の上方でそのドレイン低濃
度拡散領域の電位と同じ電位の金属層を配置すればよ
い。
従って、Pウェル11とドレイン低濃度拡散領域の反ゲ
ート方向部分との接合部分の耐圧が十分に余裕がある場
合には、第4図に示すように、前記N型MOSトランジス
タのドレイン低濃度拡散領域のうちのゲート近傍部分を
覆う領域にアルミニウム配線19を形成してドレイン拡散
領域と電気的に接続すればよい。
また、上記したようなCMOSインバータ以外の論理回路
には、直列ゲート回路を用いることが多い。例えば第5
図に示す平面パターンのように、N型MOSトランジスタ
のGDD構造のドレイン領域51とソース領域52との間の上
方に2本のゲート53、54が平行に配置されている場合に
は、ドレイン拡散領域上方で少なくとも2本のゲート相
互間のドレイン低濃度拡散領域(N-領域)55を覆う領域
にアルミニウム配線56を形成し、このアルミニウム配線
56をドレイン高濃度拡散領域(N+領域)57と電気的に接
続すればよい。
なお、CMOSトランジスタは、通常は、ウェル領域のMO
Sトランジスタの方が基板領域のMOSトランジスタよりも
ドレイン接合耐圧が悪い場合が多い。そこで、基板領域
のMOSトランジスタのドレイン接合耐圧が仕様に対して
十分な余裕がとれる場合には、前記実施例のPウェル領
域11のN型MOSトランジスタに対してのみ上記実施例の
ように対策を施せばよい。
また、集積回路の耐圧は、ペレット内の最も耐圧の低
い接合で決まる。そこで、高い電圧での動作あるいは電
圧出力が要求されるMOSトランジスタの全てについて、
上記実施例と同様に実施する必要がある。
要するに、P型およびN型のMOSトランジスタのうち
高い電圧での動作あるいは電圧出力が要求される少なく
とも一方のトランジスタの全てについて上記実施例と同
様に実施する必要がある。
また、上記実施例はCMOS集積回路を示したが、P型ま
たはN型のMOS集積回路においても高い電圧での動作あ
るいは電圧出力が要求されるMOSトランジスタの全てに
ついて上記実施例と同様に実施すれば、上記実施例とほ
ぼ同様の効果が得られる。
なお、高い電圧での動作あるいは電圧出力が要求され
るMOS集積回路でも、ペレット内の全ての領域が高い電
圧での動作あるいは電圧出力を要求される場合は少な
く、一部の領域が高い電圧での動作あるいは電圧出力を
要求される場合の方が遥かに多い。その一例として、本
発明を液晶表示駆動用MOS集積回路に適用した場合のペ
レットの平面パターンの一例を第6図に示している。こ
の例では、低電圧論理回路61および低電圧で動作するシ
フトレジスタ62は従来通りであるが、上記シフトレジス
タ62の信号を高電圧に変換するレベルシフタ63、高電圧
論理回路64および出力バッファ65においては、例えば5V
〜−40Vの電圧が印加されるので、これらの領域のMOSト
ランジスタに前記実施例のような対策が施されている。
[発明の効果] 上述したように本発明のMOS集積回路によれば、MOSト
ランジスタのドレイン接合耐圧がドレイン低濃度拡散領
域上方のアルミニウム配線のパターンに殆んど依存しな
くなり、MOSトランジスタの動作電圧を高く維持するこ
とができる。
また、本発明のMOS集積回路によれば、ドレイン接合
耐圧のモード変化および半導体ペレット内のばらつきが
なくなり、MOSトランジスタのドレイン回りの環境が等
しくなり、常にペレット内でのドレイン接合耐圧の均一
化が可能になり、集積回路の耐圧評価の容易化が可能に
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係るCMOS集積回路の一部の
平面パターンを示す図、第2図は第1図中のCMOSトラン
ジスタのII−II線に沿う断面構造を示す図、第3図は第
2図中のPウェルとN型MOSトランジスタのドレイン拡
散領域との接合の付近の断面構造を拡大して示す図、第
4図および第5図はそれぞれN型MOSトランジスタのド
レイン拡散領域上方のアルミニウム配線の相異なる配置
例を示す図、第6図は本発明を液晶表示駆動用MOS集積
回路に適用した場合の平面パターンの一例を示す図、第
7図(a)および(b)はN型MOSトランジスタの平面
パターンおよび断面構造の一例を示す図、第8図(a)
および(b)はN型MOSトランジスタの平面パターンお
よび断面構造の他の例を示す図、第9図はMOSトランジ
スタのドレイン上方に配置されるアルミニウム配線の平
面パターンの一例を示す図、第10図(a)乃至(c)は
それぞれ従来のMOSトランジスタのドレイン上方におけ
るアルミニウム配線の相異なる配置例を示す図、第11図
はCMOSトランジスタで構成されたインバータのドレイン
付近の平面パターンを示す図、第12図は第11図のCMOSト
ランジスタにおけるドレイン拡散領域上方のアルミニウ
ム配線の電位がN型MOSトランジスタのドレイン拡散領
域と同じ高電位の状態になっている場合の断面構造を示
す図、第13図は第12図中のPウェルとN型MOSトランジ
スタのドレイン拡散領域との接合の付近の断面構造を拡
大して示す図、第14図は第11図のCMOSトランジスタにお
けるドレイン拡散領域上方のアルミニウム配線の電位が
N型MOSトランジスタのゲートと同じ低電位の状態にな
っている場合のPウェルとN型MOSトランジスタのドレ
イン拡散領域との接合の付近の断面構造を拡大して示す
図、第15図は第13図中および第14図中のアルミニウム配
線の電位によってN型MOSトランジスタのドレイン接合
耐圧が変化することを示す特性図である。 10……N型基板、11……Pウェル、12……素子分離領
域、13……P型MOSトランジスタのソース領域、14……
P型MOSトランジスタのドレイン領域、15……N型MOSト
ランジスタのドレイン領域、16……N型MOSトランジス
タのソース領域、17……ゲート電極(および配線)、18
……絶縁ゲート膜、19……金属層(アルミニウム配
線)、20……絶縁膜、63……レベルシフタ、64……高電
圧論理回路、65……出力バッファ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 悟史 神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地1 東芝マイクロエレクトロニクス株式会 社内 (72)発明者 安倍 功 神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地1 東芝マイクロエレクトロニクス株式会 社内 (72)発明者 末田 昭洋 神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地1 東芝マイクロエレクトロニクス株式会 社内 (56)参考文献 特開 昭63−29967(JP,A) 特開 平1−272147(JP,A) 特開 昭60−236268(JP,A) 特開 平1−253954(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高電圧での動作あるいは高電圧出力が要求
    される絶縁ゲート型トランジスタを有するP型またはN
    型の絶縁ゲート型集積回路において、 上記高電圧での動作あるいは高電圧出力が要求される絶
    縁ゲート型トランジスタのドレインが高濃度拡散領域及
    びこの高濃度拡散領域を囲むように設けられた低濃度拡
    散領域からなり、上記高濃度拡散領域に電気的に接続さ
    れたドレイン配線が上記ドレインの上方で上記低濃度拡
    散領域の全てを覆うようにされ、上記ドレインの低濃度
    拡散領域の上方でかつ上記ドレイン配線の上方には電位
    が無指定の配線が設けられていることを特徴とする絶縁
    ゲート型集積回路。
  2. 【請求項2】前記高電圧での動作あるいは高電圧出力が
    要求される絶縁ゲート型トランジスタは、液晶表示駆動
    用絶縁ゲート型集積回路における出力バッファを含む一
    部の領域のトランジスタであることを特徴とする請求項
    1に記載の絶縁ゲート型集積回路。
  3. 【請求項3】高電圧の動作電圧が印加されるP型および
    N型の絶縁ゲート型トランジスタを有する相補性絶縁ゲ
    ート型集積回路において、 上記P型及びN型の絶縁ゲート型トランジスタのうち高
    電圧での動作あるいは高電圧出力が要求される少なくと
    も一方のトランジスタのドレインが高濃度拡散領域及び
    及びこの高濃度拡散領域を囲むように設けられた低濃度
    拡散領域からなり、上記高濃度拡散領域に電気的に接続
    されたドレイン配線が上記低濃度拡散領域の全てを覆う
    ようにされ、上記ドレインの低濃度拡散領域の上方でか
    つ上記ドレイン配線の上方には電位が無指定の配線が設
    けられていることを特徴とする絶縁ゲート型集積回路。
  4. 【請求項4】前記高電圧での動作あるいは高電圧出力が
    要求される絶縁ゲート型トランジスタは、液晶表示駆動
    用絶縁ゲート型集積回路における出力バッファを含む一
    部の領域のトランジスタであることを特徴とする請求項
    3に記載の絶縁ゲート型集積回路。
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