JP4076261B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の技術分野】
本発明は半導体装置に関するものであり、特にESD(Electrostatic Discharge)等の過大入力から内部素子を保護する構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体装置において、静電気等の外部からの過大入力によるトランジスタのゲート破壊を防止する構成としては、次のようなものが用いられてきた。例えば、特開平6−260638号公報には、図9に示すような技術が開示されている。図9の(A)にその平面図を示し、そのa−a線、b−b線断面をそれぞれ同図の(B)、(C)に示してある。これは、LDD構造のNチャネルMOSトランジスタにおいて、そのオフセット部X1〜X1の低濃度N型拡散層X2〜X2の一部を低濃度P型拡散層X3〜X3に置き換え、この低濃度P型拡散層X3〜X3と高濃度N型拡散層X4〜X4とを接するように構成したものである。これは、低濃度P型拡散層X3〜X3と高濃度N型拡散層X4〜X4との接触部でトランジスタ耐圧が決まることから、低濃度P型拡散層X3〜X3の濃度を制御することにより、ゲート膜耐圧よりトランジスタ耐圧を低くしてESD等の過大入力によるゲート破壊を防止するものである。
【0003】
また、特開平6−252355号公報には、図10に示すようにP型ウェルY1に、パッドY2に接続された高濃度N型拡散層Y3とパッドY2の下に形成された高濃度N型拡散層Y4とを設けてダイオードを構成したものが開示されている。同図においてY5〜Y5はP型ウェル接続領域であり、P型ウェルY1を配線Y6〜Y6を介して基板電位VSS(0V)に対して負の電源に接続される。これは、高濃N型度拡散層Y4の不純物濃度を同一基板に設けられた他の能動素子(例えば、NチャネルMOSトランジスタY7)を構成する高濃度N型拡散層のそれより高くし、ダイオードの耐電圧を下げて他の能動素子を保護するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図9のものではMOSトランジスタの特性に変化がみられ、このようなMOSトランジスタから出力バッファ回路を構成することは好ましくない。また、図10のものでは、ダイオードはクランプ後、高抵抗になるため、静電気のサージ等、大電流に対しては不向きである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、半導体基板またはウェル上に設けられたMOSトランジスタのドレインとサブストレートとを上記半導体基板またはウェルと同じ導電型であってより不純物濃度の高い拡散領域にて接続することにより、トランジスタの特性を大きく変えることなく、トランジスタ耐圧を下げて静電気のサージ等、大電流によるゲート破壊を抑える。
【0006】
【発明の実施の形態】
半導体基板またはウェル上に設けられたMOSトランジスタのドレインとサブストレートとを上記半導体基板またはウェルと同じ導電型であってより不純物濃度の高い拡散領域にて接続した半導体装置を構成する。
【0007】
また、第1の導電型の半導体基板またはウェルと、上記第1の導電型の半導体基板またはウェル上に設けられ、第1の導電型とは異なる第2の導電型のMOSトランジスタと、上記半導体基板またはウェルと同じ導電型であってより高い不純物濃度のサブストレートとを備え、上記MOSトランジスタのドレインと上記サブストレートとを上記半導体基板またはウェルと同じ導電型であってより高い不純物濃度の拡散領域にて接続してある半導体装置を構成することも好ましい。ここで、上記ドレイン、上記サブストレートの接続部によりツェナーダイオードをなし、上記サブストレートは配線により上記MOSトランジスタのソースに接続されていることも好ましい。
【0008】
また、第1の導電型の第1の半導体基板またはウェルと、上記第1の導電型の半導体基板またはウェル上に設けられ、第1の導電型とは異なる第2の導電型の第1のMOSトランジスタと、上記第1の半導体基板またはウェル上に設けられ、上記第1の半導体基板またはウェルと同じ導電型であってより高い不純物濃度であり、配線により上記第1のMOSトランジスタのソースに接続される第1のサブストレートと、上記第1の半導体基板上に設けられた上記第2の導電型の第2のウェルまたは上記第1のウェルを設けた上記第2の導電型の第2の半導体基板と、上記第2の半導体基板またはウェル上に設けられ、上記第1の導電型の第2のMOSトランジスタと、上記第2の半導体基板またはウェル上に設けられ、上記第2の半導体基板またはウェルと同じ導電型であってより高い不純物濃度であり、配線により上記第2のMOSトランジスタのソースに接続される第2のサブストレートとを備え、上記第1のMOSトランジスタのドレインと上記第1のサブストレートとを上記第1の半導体基板またはウェルと同じ導電型であってより高い不純物濃度の拡散領域にて接続してあり、上記第2のMOSトランジスタのドレインと上記第2のサブストレートとを上記第1の半導体基板またはウェルと同じ導電型であってより高い不純物濃度の拡散領域にて接続してある半導体装置を構成することも好ましい。
【0009】
【実施例】
次に本発明の第一実施例の半導体装置について説明する。本例は出力トランジスタに対して本発明を適用したものであり、その構成について、図1の工程図を参照しながらその工程に沿って説明する。
【0010】
まず、図1の(A)に示すように出力トランジスタとしての一対のPチャネルMOSトランジスタ(以下、単にトランジスタと示す。)のドレインD1〜D1とサブストレートSu1〜Su1とを向かい合うように形成する。なお、同図において、1はP型ウェル(またはP型基板)であり、2はN型ウェルであり、G1〜G1はトランジスタのゲートであり、S1は一対のトランジスタの共通のソースである。3はゲート酸化膜であり、4〜4は素子分離領域である。これらドレインD1〜D1及びソースS1は、高濃度P型拡散領域であり、サブストレートSu1〜Su1は高濃度N型拡散領域である。
【0011】
次に図1の(B)に示すようにレジスト5〜5をマスクとしてドレインD1〜D1とサブストレートSu1〜Su1との間のN型ウェル2にP31をドープする。なお、NチャネルMOSトランジスタにて出力トランジスタを構成する際はP型ウェルにB11をドープしても良い。
【0012】
次にアニール処理を施してP31を拡散させると、図1の(C)に示すようにサブストレートSu1〜Su1とドレインD1〜D1との間に高濃度N型拡散領域6〜6が形成され、PN接合が形成される。このPN接合はツェナーダイオードをなす。
【0013】
この後、特に図示しないが、フィールド絶縁膜を形成し、サブストレート配線、ソース配線、ドレイン配線、ゲート配線をそれぞれの拡散領域に対応して施して図1の(D)に示すように配線を行い、保護回路を形成する。同図においてVDDは電源端子(例えば、+5V)としてのパッドであり、TPはIC外部への出力端子としてのパッドであり、例えば、IC評価用のテストピンである。図1の(D)においてはサブストレートSu1〜Su1とドレインD1〜D1との間に形成されるツェナーダイオードを破線Zdにて示してある。また、図1の(D)においては、便宜上、ゲート酸化膜、フィールド絶縁膜、コンタクトホール等は示さないこととする。また、この保護回路の等価回路は図2に示される。同図において、図1に示すものと同じ符号は図1に示したものと同じ構成要素を示してあり、これ以降に述べる各図においても同様である。
【0014】
次に以上のように構成される本例の動作について説明する。
【0015】
ここでは、パッドVDD、パッドTPの電位をVDD、TPとして、VDD>TPであり、パッドVDDから正のサージ電流が入ると想定して図3を参照しながら説明する。同図においては動作説明に必要な部分、図1の(D)の左半分のみを示してある。なお、同図において破線Tr1はソースS1、N型ウェル2、ドレインD1間に存在するラテラルバイポーラトランジスタを示してある。
【0016】
サージが入ると、まず、ブレイクダウン電圧の低いツェナーダイオードZdにおいてブレイクダウンを起こし、矢印a1の向きに電流が流れる。
【0017】
ツェナーダイオードZdのブレイクダウンにより、N型ウェルの電位が低下し、ソースS1、N型ウェル2間のPN接合の順方向(矢印b1)に電流が流れる。
【0018】
これにより、ラテラルバイポーラトランジスタTr1がオンし、ソースS1、ドレインD1間に矢印c1の向きに大電流が流れる。これにより、サージ電流はパッドTPに流され、ゲート破壊が回避される。ラテラルバイポーラトランジスタTr1により、サージ電流を流すため、従来の逆バイアスのダイオードを保護回路として動作させたものと比べ、より大きな値の電流を流すことができる。
【0019】
さて、P31のドーズ量とドレインD1、サブストレートSu1間の耐圧との関係は図4に示されるようになる。同図に示されるようにP31のドーズ量を多くすることにより、ドレインD1、サブストレートSu1間の耐圧を下げることができる。このようにドーズ量を制御することによりICの仕様に合わせてブレイクダウン電圧を設定し、仕様に合った耐圧のICを得ることができる。また、ドレイン、ゲート、ソースに渡るトランジスタ領域には不要なインプラが行われておらず、トランジスタの特性に変化はない。
【0020】
なお、上記第一実施例ではPチャネルMOSトランジスタについて保護回路を構成したが、CMOS構成のICにおいてはNチャネルMOSトランジスタ側についても同様に保護回路を設けることが好ましい。これについて第二実施例として以下に述べる。図5は本例の構成を示す平面図であり、同図において、T1、T2はそれぞれ一対のPチャネルMOSトランジスタが形成されるトランジスタ領域、一対のNチャネルMOSトランジスタが形成されるトランジスタ領域である。サブストレート配線SuL1〜SuL1は電源配線VDD(この電源配線は外部電源を受ける高電位側のパッドに接続されるものであり、便宜上、パッドVDDと同様の符号で示すこととする。)に接続される。ドレイン配線DL1〜DL1は、配線TPLを介してパッドTPに接続される。ソース配線SL1は電源配線VDDに接続される。GL1〜GL1はゲート配線であり、図示しない内部回路に接続される。サブストレート配線SuL2〜SuL2は電源配線VSS(この電源配線は外部電源を受ける接地電位側のパッドに接続されるものであり、通常OVであるとする。)に接続される。ドレイン配線DL2〜DL2は、配線TPLを介してパッドTPに接続される。ソース配線SL2は電源配線VSSに接続される。GL2〜GL2はゲート配線であり、図示しない内部回路に接続される。これら各配線はそれぞれのコンタクトホールCH〜CHを介して後述するそれぞれの拡散領域に接続される。
【0021】
次に本例の内部構成について、図5のA−A線断面における、工程断面を示した図6の(A)〜(D)を参照しながら工程順に説明する。なお、同図においてパッドPTの部分については便宜上省略してある。
【0022】
まず、図6の(A)に示すように一対のPチャネルMOSトランジスタのドレインD1〜D1とサブストレートSu1〜Su1とを向かい合うように形成し、同様に一対のNチャネルMOSトランジスタのドレインD2〜D2とサブストレートSu2〜Su2とを向かい合うように形成する。なお、同図において、S2は一対のNチャネルMOSトランジスタの共通のソースである。これらドレインD2〜D2及びソースS2は、高濃度N型拡散領域であり、サブストレートSu1〜Su1は高濃度P型拡散領域である。
【0023】
次に図6の(B)に示すようにレジスト7〜7をマスクとしてドレインD1〜D1とサブストレートSu1〜Su1との間のN型ウェル2及びドレインD2〜D2とサブストレートSu2〜Su2との間のP型ウェル1にP31をドープする。
【0024】
次にアニール処理を施してP31を拡散させると、図6の(C)に示すようにサブストレートSu1〜Su1とドレインD1〜D1との間に高濃度N型拡散領域6〜6が形成され、PN接合が形成される。また、ドレインD2〜D2とサブストレートSu2〜Su2との間に高濃度N型拡散領域8〜8が形成され、PN接合が形成される。これらのPN接合はツェナーダイオードをなす。
【0025】
この後、図6の(D)に示すようにフィールド絶縁膜9〜9を形成し、コンタクトホールCH〜CHを形成し、サブストレートSu1〜Su1、ドレインD1〜D1、ソースS1にそれぞれサブストレート配線SuL1〜SuL1、ドレイン配線L1〜L1、ソース配線S1を接続し、サブストレートSu2〜Su2、ドレインD2〜D2、ソースS2にそれぞれサブストレート配線SuL2〜SuL2、ドレイン配線L2〜L2、ソース配線S2を接続する。次にフィールド絶縁膜10〜10を形成し、コンタクトホールCH〜CHを形成し、ゲートG1〜G1にゲート配線GL1〜GL1を接続し、ゲートG2〜G2にゲート配線GL2〜GL2を接続する。さらに、パッシベーション膜11を形成する。
【0026】
図6の(D)に述べた各配線は図6の(E)に示すように結線されて保護回路が形成される。図6の(E)においてはサブストレートSu1〜Su1とドレインD1〜D1との間に形成されるツェナーダイオード、サブストレートSu2〜Su2とドレインD2〜D2との間に形成されるツェナーダイオードをそれぞれ破線Zd1〜Zd1、Zd2〜Zd2にて示してある。また、図6の(E)においては、便宜上、ゲート酸化膜、フィールド絶縁膜、コンタクトホール等は示さないこととする。また、この保護回路の等価回路は図7に示される。
【0027】
さて、図6の(E)に示される保護回路においても、パッドVDD、パッドTPの電位をVDD、TPとして、VDD>TPであり、パッドVDDから正のサージ電流が入ると想定した場合、PチャネルMOSトランジスタ側において、図3に示した動作によってパッドTP側にサージ電流を流し、ゲート破壊を防止する。さらに、電源配線VSS、パッドTPの電位をVSS、TPとして、VSS<TPであり、電源配線VSSから負のサージ電流が入ると想定した場合は、図8に示すように、NチャネルMOSトランジスタ側において、ツェナーダイオードZd2にてブレイクダウンが生じて矢印a2に示すように電流が流れ、P型ウェル1の電位が上がり矢印b2に示すように電流が流れる。これによりラテラルバイポーラトランジスタTr2がオンとなり、矢印c2に示すように電流が流れてサージ電流はパッドTPから電源配線VSS側に流れ、ゲート破壊は防止される。このように本例においても上記第一実施例と同様の作用効果を奏する。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、MOSトランジスタのドレインとサブストレートとを半導体基板またはウェルと同じ導電型であってより不純物濃度の高い拡散領域にて接続してツェナーダイオードを形成してある。このため、静電気によるサージ電流が電源供給用のパッド等から入力された際、ゲート耐圧より低い電圧で起こる上記ツェナーダイオードでのブレイクダウンにより、上記MOSトランジスタに潜在的に存在するラテラルバイポーラトランジスタをオンとし、これを介してサージ電流を流すことにより、ゲート破壊を防止できる。すなわち、トランジスタ領域に不要な不純物をインプラすることがないため、MOSトランジスタの特性を大きく変えることなく、トランジスタ耐圧を下げて静電気のサージ等、大電流によるゲート破壊を抑えることが可能となる。また、ドレインとサブストレートとにインプラする不純物のドーズ量を制御することにより上記ツェナーダイオードのブレイクダウン電圧を設定し、仕様に合った耐圧のICを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例の半導体装置の構成を説明するための説明図。
【図2】図1の要部を説明するための説明図。
【図3】図1の動作説明のための説明図。
【図4】図1の動作説明のための説明図。
【図5】本発明の第二実施例の半導体装置の構成を説明するための説明図。
【図6】本発明の第二実施例の半導体装置の構成を説明するための説明図。
【図7】図6の要部を説明するための説明図。
【図8】図6の動作説明のための説明図。
【図9】従来の技術の構成を説明するための説明図。
【図10】従来の技術の構成を説明するための説明図。
【符号の説明】
Su1、Su2 サブストレート
D1、D2 ドレイン
1 P型ウェル
2 N型ウェル
Zd、Zd1、Zd2 ツェナーダイオード
Claims (1)
- 第1の導電型の半導体基板またはウェルと、
上記第1の導電型の半導体基板またはウェル上に設けられて、第1の導電型とは異なる第2の導電型のソース及びドレイン拡散領域を有し、平面上、前記ソース領域を中心に両サイドにゲート電極が分岐して配置され、その外側両サイドにドレイン領域が分岐して配置されたMOSトランジスタと、
上記ドレイン領域の外側両サイドに分岐して配置された、上記半導体基板またはウェルと同じ導電型であってより高い不純物濃度のサブストレート拡散領域と、
上記ソース領域と上記サブストレート拡散領域とを接続し電源電圧が印加される電源配線とを備え、
向かい合って配置された上記ドレイン拡散領域と上記サブストレート拡散領域とを、上記半導体基板またはウェルと同じ導電型であって、より高い不純物濃度を有する上記サブストレート拡散領域とは別の高濃度拡散領域にて接続することにより、それぞれの上記ドレイン拡散領域と上記高濃度拡散領域との接続部にツェナーダイオードを形成し、上記電源配線へのサージに対して、上記ツェナーダイオードのブレークダウンに続き上記ソース・ドレイン拡散領間に形成されたラテラルバイポーラトランジスタをオンさせて、上記ドレイン拡散領域に向けて電流を流すことで上記サージに対して上記MOSトランジスタを保護することを特徴とする半導体装置。
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JP05501098A JP4076261B2 (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP05501098A JP4076261B2 (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 半導体装置 |
Publications (2)
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JPH11251446A JPH11251446A (ja) | 1999-09-17 |
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ID=12986700
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP05501098A Expired - Lifetime JP4076261B2 (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 半導体装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP4076261B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
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JP5295603B2 (ja) * | 2008-03-27 | 2013-09-18 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | Esd保護素子及びその製造方法 |
-
1998
- 1998-03-06 JP JP05501098A patent/JP4076261B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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