JP3516565B2 - 静電気保護回路のトランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
し、特に静電気放電(Electrostatic Discharge,以下E
SDという)回路で電圧印加の際、発生する接合漏洩電
流を防止するための半導体素子の静電気保護回路のトラ
ンジスタ及びその製造方法に関する。
多くの問題点が浮上している。その中でも特にESD保
護回路で用いられているフィールドトランジスタ、バイ
ポーラトランジスタ、N+ 拡散抵抗及びアクティブトラ
ンジスタのn+ 接合領域等で入力及び出力ピン(パッ
ド)の漏洩電流が増加する問題がダイナミックラム、エ
スラム等のような半導体素子の信頼性側面で深刻な問題
として浮上している。
接合コーナー部位に電気場が集中する現象とn+ ソース
/ドレイン高濃度イオンであるAsイオン注入の際、接
合エッジでのずれによる欠陥生成とLDD構造のNモス
型トランジスタの製造の際、ゲート側壁スペースの酸化
膜エッチング時に生じる損失等の原因等が複合的に発生
しESD電圧印加の後、接合漏洩電流が増加することに
なる。
の通りである。
入力パッド(11)を含み、電源電圧源(Vcc)に接
続された第1フィールドトランジスタ(FT11)と、
接地電圧源(Vss)に接続された第2フィールドトラ
ンジスタ(FT12)と、N+ 拡散による抵抗(Rs)
と、電源電圧源(Vcc)に接続されたアクティブトラ
ンジスタ(AT11又はNモスゲートダイオード)とを
有する。
ける第1フィールドトランジスタ(FT11)及び第2
フィールドトランジスタ(FT12)の代りに、それぞ
れ第1NPN型バイポーラトランジスタ(BT11)及
び第2NPN型バイポーラトランジスタ(BT12)が
用いられており、図1の静電気保護回路と同様の機能を
有する。
ける第2NPN型バイポーラトランジスタ(BT12)
の代りに、ベースが接地電圧源(Vss)に連結された
第3NPN型バイポーラトランジスタ(BT13)が用
いられている外は図2の回路と同様である。
1)に対し電源電圧源(Vcc)がプルアップ用Nモス
型アクティブトランジスタ(PU2)を介して連結さ
れ、接地電圧源(Vss)がプルダウン用Nモス型アク
ティブトランジスタ(PD2)を介して連結された構成
を有する。
護回路のフィールドトランジスタの配置図であり、図6
は、図5の矢印方向におけるフィールドトランジスタの
断面図である。
置構成及び方法を図5及び図6を参照し説明する。
ルドトランジスタの配置図であり、動作領域(30)
と、N+ ソース/ドレイン高濃度不純物拡散領域(3
4)と、金属ゲート電極(36)と、金属コンタクト
(37)で構成されている。
ジスタはシリコン基板上に形成されたウェル(31)
と、ウェル(31)の第1内部に形成された素子分離絶
縁膜(32)と、素子分離絶縁膜(32)の両側に形成
されたLDD低濃度不純物領域(33)と、LDD低濃
度不純物領域(33)の内部に形成されたN+ ソース/
ドレイン高濃度不純物拡散領域(34)と、素子分離絶
縁膜(32)及びLDD低濃度不純物領域(33)の上
部に形成された絶縁膜(35)と、LDD低濃度不純物
領域(33)及び絶縁膜(35)の上部に形成された金
属ゲート電極(36)を備える。
路のフィールドトランジスタの製造方法を下記で説明す
る。
1)を形成し、ウェル(31)の内部に素子分離絶縁膜
(32)を成長させ動作領域と絶縁分離領域を形成させ
る。
両側に注入してLDD低濃度不純物拡散領域(33)を
形成し、N+ ソース/ドレイン高濃度イオンを注入して
N+ソース/ドレイン高濃度不純物拡散領域(34)を
形成する。
D低濃度不純物拡散領域(33)の上部に絶縁膜(3
5)と金属ゲート電極(36)を形成する。
て現れるようになる。即ち、接合コーナー部で螺旋型接
合が形成されN+ 高濃度不純物であるAsイオン注入に
よる電位の欠陥が存在する脆弱な接合部である。
ンジスタの配置及び構成を図7及び図8を参照して説明
する。
トランジスタの配置図であり、動作領域(60)と、N
+ ソース/ドレイン高濃度不純物拡散領域(64)と、
ゲート電極(66)で構成される。
タの断面図である。従来のアクティブトランジスタはシ
リコン基板上に形成されたP−ウェル(61)と、ウェ
ル(61)の内部に形成された素子分離絶縁膜(62)
と、素子分離絶縁膜(62)の上部に形成されたゲート
電極(66)と、素子分離絶縁膜(62)の両側に形成
されたLDD低濃度不純物領域(63)と、素子分離絶
縁膜(62)の上部及びゲート電極(66)の側面に形
成されたゲート側壁スペーサー酸化膜(65)と、LD
D低濃度不純物領域(63)の内部に形成されたN+ ソ
ース/ドレイン高濃度不純物拡散領域(64)を備え
る。
路のアクティブトランジスタの製造方法を図7及び図8
を参照して以下に説明する。
成し、ウェル(61)に素子分離絶縁膜(62)を成長
させて、動作領域(60)と絶縁分離領域とを形成す
る。
ゲート酸化膜及びゲート電極(66)を形成する。
(62)両側に注入しLDD低濃度不純物拡散領域(6
3)を形成する。
びゲート電極(66)の側面にゲート側壁スペーサー酸
化膜(65)を形成する。
拡散領域(63)の内部に注入しN+ ソース/ドレイン
高濃度不純物拡散領域(64)を形成する。
子分離絶縁膜(62)及びゲート電極(66)が相互交
差する地点ではゲート側壁スペーサー形成の際、受ける
損傷部位で高濃度Asイオン注入で接合部が脆弱にな
り、さらにこの縁でAsイオン注入により電位影響で損
傷部位“B”が形成され静電気放電保護に問題となって
いる。
ような問題点を解決するためのものであり、静電気保護
回路でESD電圧印加の際に発生する接合漏洩電流を防
止しESD特性を向上させることができる半導体素子の
静電気保護回路のトランジスタ及びその製造方法を提供
することにその目的がある。
明は、基板に形成されたウェルと、前記ウェルに二つの
動作領域を画成する素子分離絶縁膜と、前記動作領域に
形成された低濃度不純物領域と、前記二つの動作領域の
うち、ドレイン領域の低濃度不純物領域の内部に形成さ
れた第1高濃度不純物領域と、前記二つの動作領域のう
ち、ソース領域の低濃度不純物領域内部に形成された第
2高濃度不純物領域と、前記素子分離絶縁膜、前記低濃
度不純物領域、前記第1高濃度不純物領域及び前記領域
第2高濃度不純物領域の上部に形成された上部絶縁膜
と、を備え、更に、該上部絶縁膜上に形成され、前記ソ
ース領域にコンタクトして前記素子分離絶縁膜の上方ま
で延長された金属電極を備え、前記第1高濃度不純物領
域又は前記第2高濃度不純物領域のうちの入力パッドに
接続されている側が、動作領域よりも小さく内側に重畳
配置されていることを特徴とする静電気保護回路のゲー
トフィールドトランジスタを提供する。
ルと、前記ウェルに動作領域を画成する素子分離絶縁膜
と、前記動作領域を横切って形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極両側のウェルに内部に形成された低濃度
不純物領域と、前記ゲート電極の側面に形成されたゲー
ト側壁スペーサ酸化膜と、前記低濃度不純物領域の内部
に、前記動作領域よりも小さく内側に重畳配置されてい
る前記第1高濃度不純物領域と、外側に配置されている
第2高濃度不純物領域とを備え、該スペーサ酸化膜を形
成するときに発生する損傷により接合部で発生する接合
漏洩電流の集中を防止するようになっており、前記第1
高濃度不純物領域は、前記動作領域中の、入出力パッド
で連結されたN+拡散接合部、ゲート電極と交差する部
分、ソース/ドレイン動作領域とゲート電極素子分離絶
縁領域が相互交差する部分のみであることを特徴として
いる、静電気保護回路のアクティブトランジスタを提供
する。
前記ウェルに素子分離絶縁膜を形成して二つの動作領域
を画成する段階と、前記動作領域に低濃度不純物領域を
形成する段階と、前記低濃度不純物領域に高濃度イオン
を注入して前記第1高濃度不純物領域及び前記第2高濃
度不純物領域を前記低濃度不純物領域内部に形成する段
階と、前記3つの段階によって形成された構造の表面に
上部絶縁膜と、該上部絶縁膜上に形成されて前記ソース
領域にコンタクトして前記素子分離絶縁膜の上方まで延
長された金属電極を形成する段階と、を備え、前記第1
高濃度不純物領域又は前記第2高濃度不純物領域のうち
の入力パッドに接続されている側が動作領域よりも小さ
く内側に重畳配置されていることを特徴とすることを特
徴とする静電気保護回路のトランジスタ製造方法を提供
する。
と、前記ウェルに動作領域を画成する素子分離絶縁膜
と、前記動作領域を横切って形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極両側のウェルに内部に形成された低濃度
不純物領域と、前記ゲート電極の側面に形成されたゲー
ト側壁スペーサ酸化膜と、前記低濃度不純物領域の内部
に、前記動作領域よりも小さく内側に重畳配置されてい
る前記第1高濃度不純物領域と、外側に配置されている
第2高濃度不純物領域とを備え、該スペーサ酸化膜を形
成するときに発生する損傷により接合部で発生する接合
漏洩電流の集中を防止するようになっており、前記第1
高濃度不純物領域は、前記動作領域中の、入出力パッド
で連結されたN+拡散接合部、ゲート電極と交差する部
分、ソース/ドレイン動作領域とゲート電極素子分離絶
縁領域が相互交差する部分のみであることを特徴として
いる、静電気保護回路のアクティブトランジスタトラン
ジスタの製造方法を提供する。
て説明する。
護回路の金属ゲートNチャンネルフィールドトランジス
タの配置図であり、動作領域(70)と、入力パッドと
連結される領域が前記動作領域(70)の内部側に重畳
して形成されるN+ ソース/ドレイン高濃度不純物拡散
領域(74)と、金属ゲート電極(76)と、金属コン
タクト(77)で構成される。
保護回路の金属ゲートNチャンネルフィールドトランジ
スタの配置図であり、パワーライン(Vcc、Vss)
と連結される接合部が全て動作領域(70)内側に重畳
される以外は図9と同様である。
ネルフィールドトランジスタの断面図である。
ドトランジスタはシリコン基板上に形成されたウェル
(71)と、ウェル(71)の内部に形成された素子分
離絶縁膜(72)と、素子分離絶縁膜(72)の両側に
形成されたLDD低濃度不純物領域(73)と、LDD
低濃度不純物領域(73)の内部の動作領域(70)エ
ッジから内部に入ってくるよう形成されたN+ ドレイン
高濃度不純物拡散領域(74)と、LDD低濃度不純物
領域(73)の内部に形成されたN+ ソース高濃度不純
物拡散領域(741)と、素子分離絶縁膜(72)及び
LDD低濃度不純物領域(73)の上部に形成された絶
縁膜(75)と、LDD低濃度不純物領域(73)及び
絶縁膜(75)の上部に形成された金属ゲート電極(7
6)を備える。N+ ドレイン高濃度不純物拡散領域(7
4)は、動作領域(70)と最小限0.1μm以上重畳
するように配置される。
トNチャンネルフィールドトランジスタの製造方法を以
下に説明する。
1)を形成し、ウェル(71)の内部に素子分離絶縁膜
(72)を成長させ動作領域と絶縁分離領域を形成させ
る。
両側に注入しLDD低濃度不純物拡散領域(73)を形
成する。
不純物領域(73)の内部に注入しN+ ドレイン及びN
+ ソース高濃度不純物領域(74、741)中、いずれ
かの1領域が動作領域(70)エッジから内部に入って
くるよう前記N+ ドレイン/ソース高濃度不純物領域
(74、741)を形成する。
D低濃度不純物拡散領域(73)の上部に絶縁膜(7
5)と金属ゲート電極(76)を形成する。
係る静電気放電保護回路のバイポーラトランジスタの配
置図であり、それぞれ図9及び図10の配置で金属ゲー
ト電極の代りにゲート電極にすること以外は図9及び図
10の配置と同様である。
放電保護回路のレジスタの配置図であり、動作領域(9
0)と、動作領域(90)の内部に重畳されるN+ ソー
ス/ドレイン高濃度不純物拡散領域(94)で構成され
ている。
保護回路のアクティブNモス型トランジスタの配置図で
あり、動作領域(100)と、動作領域(100)の内
部に重畳されるN+ ソース/ドレイン高濃度不純物拡散
領域(104)と、ゲート電極(106)で構成され、
特に入力/出力パッドで連結されたN+ 拡散接合部、ゲ
ート電極と交差する部分、そして、ソース/ドレイン動
作領域とゲート電極素子分離絶縁領域が相互交差する部
分でのみ配置されることが特徴である。
電気保護回路のアクティブN+ モストランジスタの配置
図であり、N+ ソース/ドレイン高濃度不純物拡散領域
(104)の配置が動作領域(100)の内部に重畳さ
れる場合が入力/出力パッドで連結されたソース/ドレ
インの動作領域のN+ 拡散接合部及びゲート電極(10
6)と交差する部分で配置されることを特徴とする。
電気保護回路のアクティブNモス型トランジスタの配置
図である。N+ソース/ドレイン高濃度不純物拡散領域
(104)が動作領域(100)の内部に重畳される部
分が、入力/出力パッドで連結されたソース/ドレイン
の動作領域、ゲート電極(106)及び素子分離絶縁膜
(102)に相互交差する縁部分にのみ配置されている
ことを特徴とする。
電気保護回路のアクティブNモス型トランジスタの配置
図であり、N+ ソース/ドレイン高濃度不純物拡散領域
(104)が動作領域(100)の内部に重畳される場
合が入力/出力パッドで連結されたソース/ドレインの
動作領域、ゲート電極(106)とパッドで連結された
動作領域(100)が相互交差するコーナー部分にのみ
配置されることを特徴とする。
電気保護回路のアクティブNモス型トランジスタの配置
図であり、N+ ソース/ドレイン高濃度不純物拡散領域
(104)が動作領域(100)の内部に重畳される場
合が入力/出力パッドで連結された動作領域、ゲート電
極(106)が相互交差するコーナー部分にのみ配置さ
れることを特徴とする。
である。
は、シリコン基板上に形成されたP−ウェル(101)
と、ウェル(101)の内部に形成された素子分離絶縁
膜(102)と、素子分離絶縁膜(102)の上部に形
成されたゲート電極(106)と、素子分離絶縁膜(1
02)の両側に形成されたLDD低濃度不純物領域(1
03)と、素子分離絶縁膜(102)の上部及びゲート
電極(106)の側面に形成されたゲート側壁スペーサ
ー酸化膜(105)と、LDD低濃度不純物領域(10
3)の内部に形成されたN+ ドレイン高濃度不純物拡散
領域(104)と、LDD低濃度不純物領域(103)
の内部に形成されたN+ ソース高濃度不純物拡散領域
(1041)を備え、N+ ドレイン高濃度不純物領域
(104)と、N+ ソース高濃度不純物領域(104
1)と、N+ ドレイン高濃度不純物領域(104)とゲ
ート電極(106)の交差領域と、N+ ソース高濃度不
純物領域(1041)とゲート電極(106)の交差領
域と、N+ ドレイン高濃度不純物領域(104)とゲー
ト電極(106)と素子分離絶縁膜(102)の交差領
域と、N+ ソース高濃度不純物領域(1041)とゲー
ト電極(106)と素子分離絶縁膜(102)の交差領
域と、N+ ドレイン高濃度不純物領域(104)とゲー
ト電極(106)が交差するコーナー領域と、N+ ソー
ス高濃度不純物領域(104)とゲート電極(106)
が交差するコーナー領域と、N+ ドレイン高濃度不純物
領域(104)とゲート電極(106)と素子分離絶縁
膜(102)が交差するコーナー領域と、N+ ソース高
濃度不純物領域(104)とゲート電極(106)と素
子分離絶縁膜(102)が交差するコーナー領域中、少
なくとも1領域が動作領域(100)エッジから内部に
入ってくるよう重畳配置することを特徴とする。N+ ソ
ース/ドレイン高濃度不純物領域(104、1041)
は動作領域(100)と0.1μm以上重畳するよう配
置される。
ブトランジスタの製造方法を以下に説明する。
形成し、ウェル(101)の内部に素子分離絶縁膜(1
02)を成長させ動作領域と絶縁分離領域を形成させ
る。
にゲート酸化膜及びゲート電極(106)を形成する。
(102)両側に注入しLDD低濃度不純物拡散領域
(103)を形成する。
及びゲート電極(106)の側面にゲート側壁スペーサ
ー酸化膜(105)を形成する。
領域(103)の内部に注入しN+ドレイン高濃度不純
物領域(104)と、N+ ソース高濃度不純物領域(1
041)と、N+ ドレイン高濃度不純物領域(104)
とゲート電極(106)の交差領域と、N+ ソース高濃
度不純物領域(1041)とゲート電極(106)の交
差領域と、N+ ドレイン高濃度不純物領域(104)と
ゲート電極(106)と素子分離絶縁膜(102)の交
差領域と、N+ ソース高濃度不純物領域(1041)と
ゲート電極(106)と素子分離絶縁膜(102)の交
差領域と、N+ドレイン高濃度不純物領域(104)と
ゲート電極(106)が交差するコーナー領域と、N+
ソース高濃度不純物領域(1041)とゲート電極(1
06)が交差するコーナー領域と、N+ ドレイン高濃度
不純物領域(104)とゲート電極(106)と素子分
離絶縁膜(102)が交差するコーナー領域と、N+ ソ
ース高濃度不純物領域(1041)とゲート電極(10
6)と素子分離絶縁膜(102)が交差するコーナー領
域中、少なくとも1領域が動作領域(100)エッジか
ら内部に入ってくるよう重畳配置されるようN+ ソース
/ドレイン高濃度不純物拡散領域(104、1041)
を形成する。
静電気保護回路のトランジスタ及びその製造方法は、静
電気保護回路でESD電圧印加の際に発生する接合漏洩
電流を最少化しESD特性を向上させることができる。
の配置図。
タの断面図。
の配置図。
タの断面図。
ゲートNチャンネルフィールドトランジスタの配置図。
属ゲートNチャンネルフィールドトランジスタの配置
図。
ルフィールドトランジスタの断面図。
のバイポーラトランジスタの配置図。
のバイポーラトランジスタの配置図。
ジスタの配置図。
クティブトランジスタの配置図。
クティブトランジスタの配置図。
クティブトランジスタの配置図。
クティブトランジスタの配置図。
クティブトランジスタの配置図。
ジスタの断面図。
域 31,61,71,101… ウェル 32,62,72,102… 素子分離絶縁膜 33,63,73,103… LDD低濃度不純物領
域 34,64,74(741),94,104… N+
ソース/ドレイン高濃度不純物拡散領域 35,75… 絶縁膜 36,66,76… 金属ゲート電極 37,77… 金属コンタクト 65,105… ゲート側壁スペーサー酸化膜
Claims (4)
- 【請求項1】 基板に形成されたPウェルと、 前記ウェルに二つの動作領域を画成する素子分離絶縁膜
と、 前記動作領域に形成された低濃度不純物領域と、前記動作領域のうちの一方で 、低濃度不純物領域の内部
に高濃度イオンを注入して形成される第1高濃度不純物
領域であって、該第1高濃度不純物領域はN + ドレイン
領域である、第1高濃度不純物領域と、前記動作領域のうちの他方で 、低濃度不純物領域の内部
に高濃度イオンを注入して形成される第2高濃度不純物
領域であって、該第2高濃度不純物領域はN + ソース領
域である、第2高濃度不純物領域と、 前記素子分離絶縁膜、前記低濃度不純物領域、前記第1
高濃度不純物領域及び前記第2高濃度不純物領域の上部
に形成された上部絶縁膜と、を備え、 更に、 該上部絶縁膜上に形成され、前記ソース領域にコンタク
トして前記素子分離絶縁膜の上方まで延長された金属電
極を備え、 前記第1高濃度不純物領域又は第2高濃度不純物領域の
うちの入力パッドに接続されている側が、動作領域より
も小さく内側に重畳配置されており、パワーライン側に
接続されているもう一方の側が、動作領域の内部に入ら
ない大きさであることを特徴とする静電気保護回路の金
属ゲートNチャンネルフィールドトランジスタ。 - 【請求項2】 前記第1高濃度不純物領域又は前記第2
高濃度不純物領域のうちの一方の重畳配置が、動作領域
から0.1μm以上内側でなされていることを特徴とす
る請求項1記載の静電気保護回路のトランジスタ。 - 【請求項3】 基板にPウェルを形成し、前記ウェルに
素子分離絶縁膜を形成して二つの動作領域を画成する段
階と、 前記動作領域に低濃度不純物領域を形成する段階と、前記動作領域のうちの一方で、 低濃度不純物領域の内部
に高濃度イオンを注入して第1高濃度不純物領域を形成
する段階であって、該第1高濃度不純物領域はN + ドレ
イン領域である、前記段階と、前記動作領域のうちの他方で、 低濃度不純物領域の内部
に高濃度イオンを注入して第2高濃度不純物領域を形成
する段階であって、該第2高濃度不純物領域はN + ソー
ス領域である、前記段階と、 前記4つの段階によって形成された構造の上部に上部絶
縁膜を形成する段階と、 該上部絶縁膜上に前記ソース領域にコンタクトして前記
素子分離絶縁膜の上方まで延長された金属電極を形成す
る段階と、を備え、 前記第1高濃度不純物領域又は第2高濃度不純物領域の
うちの入力パッドに接続されている側が、動作領域より
も小さく内側に重畳配置されており、パワーライン側に
接続されているもう一方の側が、動作領域の内部に入ら
ない大きさであることを特徴とする静電気保護回路の金
属ゲートNチャンネルフィールドトランジスタ製造方
法。 - 【請求項4】 前記高濃度イオンが、Asイオンである
ことを特徴とする請求項3記載の静電気保護回路のトラ
ンジスタ製造方法。
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