JP4231658B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、サージ電圧が内部回路に印加されることを防止する静電破壊防止素子に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
内部回路であるLSI(Large Scale Integrated Circuit)の破壊を起す現象として静電気放電がある。この静電気放電現象は、静電気を帯電した導電体や人間が内部回路に接続された外部端子に接触して一時的に内部回路に大電流が流れ、内部回路が破壊される現象である。
【0003】
そこで、一般に静電気放電による内部回路の破壊を防止するため、入力端子(入力パッド)と内部回路の間に静電破壊防止素子が設けられる。この静電破壊防止素子は、例えばバイポーラトランジスタやダイオードが用いられる。
【0004】
バイポーラトランジスタは、電流経路が縦方向に形成されるため、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタなど電流経路が表面に形成される表面型素子に比べて高い電流放電能力を有しており、静電破壊防止素子に使用される。
【0005】
なお、静電破壊防止素子については、例えば特開昭62−263670号公報や、特開平07−030063号公報などに記載がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
近年、内部回路素子の高集積化に伴い、内部回路素子の微細化が進んでいる。内部回路素子の微細化が進むと、素子の静電破壊に至る電圧が低下する。すなわち、素子の静電破壊耐性が低下する。
【0007】
一方、静電破壊防止素子は、サージ電流を流す能力を確保する観点から、内部回路素子と同等に微細化することが困難である。したがって、静電破壊防止素子がONする動作電圧は、相対的に高いままとなる。このため、静電破壊防止素子が動作する前に内部回路素子が破壊されてしまうという問題点がある。
【0008】
本発明の目的は、内部回路素子が破壊されてしまう前に静電破壊防止素子が動作するように動作電圧を所望の値に制御できる技術を提供することにある。
【0009】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0011】
本発明は、ベース領域の下に接する所定の領域に周囲より不純物濃度が高い第1Nウェルを設けることにより、静電破壊防止素子の動作電圧(1次降伏電圧)を所望の値に制御するものである。
【0012】
また、アノード領域の下に接する所定の領域に周囲より不純物濃度が高い第1Nウェルを設けることにより、静電破壊防止素子のブレークダウン電圧を所望の値に制御するものである。
【0013】
また、本発明は、静電破壊防止素子として用いるNPNトランジスタのコレクタ端子直下のコレクタ領域を高濃度化すると共に、ベース・エミッタ間の任意の位置のコレクタ領域を高濃度化することによって、高濃度化されたベース・エミッタ間の位置に応じてブレークダウンポイントが可変的に設定されるようにし、レイアウトパターン変更等で容易に静電破壊防止素子の動作電圧を制御できるようにするものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。また、実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0015】
(実施の形態1)
以下に、本実施の形態1の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子を、図面を用いて説明する。図1は、本実施の形態1の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子用NPNトランジスタを上部から見た上面図である。また、図2は、図1のA1―A1間において切断した要部断面図である。図3は、図2のベース、エミッタ領域を拡大した拡大図であり、図4は、本実施の形態1における静電破壊防止素子であるNPNトランジスタの回路図である。
【0016】
図1において、本実施の形態1の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子用NPNトランジスタは、コレクタ電極1、ベース電極2、エミッタ電極3を有している。なお、コレクタ電極1、ベース電極2、エミッタ電極3上に形成されるメタル配線の図示は省略する。コレクタ電極1は、図4に示すように内部回路の入力端子であるボンディングパッド(外部端子)に接続されている。また、ベース電極2とエミッタ電極3は、図4に示すように互いに接続され、接地されている。すなわち、静電破壊防止素子であるNPNトランジスタは、ダイオード接続されている。
【0017】
次に、本実施の形態において、図2に示すように、P型半導体基板4上にN型埋め込み領域5(第1半導体領域の一例)とP型埋め込み領域6が形成されている。P型半導体基板4の不純物濃度は、例えば5.2×1015/cm3である。
【0018】
また、N型埋め込み領域5は、上記NPNトランジスタのコレクタ埋め込み領域に相当する領域であり、N型埋め込み領域5には、例えばリン(P)などのN型不純物が注入されている。そして、その不純物濃度は、例えば4.0×1017/cm3である。P型埋め込み領域6は、素子を接合分離する領域であり、例えばボロン(B)などのP型不純物が注入されており、その不純物濃度は、例えば4.0×1017/cm3である。
【0019】
N型埋め込み領域5上には、N型エピタキシャル領域であるN型半導体領域7(第2半導体領域の一例)が形成されている。このN型エピタキシャル領域には、P型半導体領域8が形成されている。N型半導体領域7は、このN型エピタキシャル領域であり、その不純物濃度は、例えば2.4×1015/cm3である。P型半導体領域8は、素子を接合分離する領域であり、例えばボロン(B)などのP型不純物が注入されており、不純物濃度は、例えば7.0×1018/cm3である。
【0020】
次に、N型半導体領域7上には、第1Nウェル9(第4半導体領域の一例)およびベース領域10(第3半導体領域の一例)が下から順に形成されている。また、N型半導体領域7上には、第2Nウェル11(第8半導体領域の一例)とコレクタ不純物拡散領域12(第7半導体領域の一例)が下から順に形成されている。
【0021】
第1Nウェル9には、例えばリン(P)などのN型不純物が注入されており、その不純物濃度は、例えば1.2×1016/cm3である。したがって、第1Nウェル9は、周囲に存在するN型半導体領域7に比べて不純物濃度が高くなっている。
【0022】
この第1Nウェル9は、ベース領域10の下に接する領域のうち、後述するエミッタ不純物拡散領域15の直下から右側領域に形成されている。すなわち、第1Nウェル9は、ベース領域10の下に接する領域のうち、コレクタ不純物拡散領域12に近い領域に形成されている。第1Nウェル9は、N型埋め込み領域5から流れ出た電流をベース領域10に導くために設けられている。
【0023】
また、ベース領域10には、例えばボロン(B)などのP型不純物が注入されており、その不純物濃度は、例えば1.5×1018/cm3である。
【0024】
第2Nウェル11には、例えばリン(P)などのN型不純物が注入されており、その不純物濃度は、例えば1.2×1016/cm3である。この第2Nウェル11は、コレクタ不純物拡散領域12の右下の領域に形成されている。第2Nウェル11は、コレクタ不純物拡散領域12より流れ出た電流をN型埋め込み領域5へ導くために設けられている。
【0025】
また、コレクタ不純物拡散領域12には、例えばリン(P)などのN型不純物が注入されており、その不純物濃度は、例えば1.5×1020/cm3である。
【0026】
次に、ベース領域10上には、ベース不純物拡散領域14(第5半導体領域の一例)およびエミッタ不純物拡散領域15(第6半導体領域の一例)が形成されている。
【0027】
ベース不純物拡散領域14には、例えばボロン(B)などのP型不純物が注入されており、その不純物濃度は、例えば1.0×1020/cm3である。また、エミッタ不純物拡散領域15には、例えばリン(P)などのN型不純物が注入されており、その不純物濃度は、例えば1.5×1020/cm3である。
【0028】
コレクタ不純物拡散領域12、ベース不純物拡散領域14、エミッタ不純物拡散領域15上には、それぞれ例えばタングステンよりなるコレクタ電極1、ベース電極2、エミッタ電極3が形成されている。なお、コレクタ形成領域とベース・エミッタ形成領域は、素子分離層16によって分離されている。
【0029】
本実施の形態1の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子は、上記のように構成されており以下に動作および作用について説明する。
【0030】
まず、コレクタ電極1が接続されている入力パッドにプラスのサージ電圧が印加される。するとコレクタ電極1の電圧が上昇する。そして、上昇した電圧がコレクタ・ベース間耐圧に達すると、エミッタ不純物拡散領域15直下のコレクタ・ベース接合付近において、ブレークダウンが生じる。
【0031】
ブレークダウンが生じると電流が流れる。この電流は、まず図2に示すように、コレクタ電極1からコレクタ不純物拡散領域12に流れる。コレクタ不純物拡散領域12に流れた電流は、周囲にあるN型半導体領域7より高濃度である第2Nウェル11に流れる。
【0032】
そして、第2Nウェル11に流れた電流は、図3に示すようにN型埋め込み領域5を通った後、周囲にあるN型半導体領域7より高濃度である第1Nウェル9に流れる。
【0033】
次に、第1Nウェル9に流れ込んだ電流は、ベース領域10を通りベース不純物拡散領域14に流れる。その後ベース不純物拡散領域14を流れた電流は、ベース電極2を通って、グランドへ流れる。
【0034】
上記したブレークダウン電流により、ベース領域10におけるベース・エミッタ間電圧降下が0.7V以上になるとNPNトランジスタがONし、コレクタ・エミッタ間に電流が流れる。このようにして、入力パッドに印加されたサージ電圧による内部回路の破壊を防止することができる。
【0035】
ここで、上記したようにブレークダウン電流は、第1Nウェル9よりベース領域10に電流が入りベース不純物拡散領域14を通って、グランドへ流れるが、本実施の形態では、第1Nウェル9をエミッタ不純物拡散領域15の直下からコレクタ不純物拡散領域12側に設けている。このため、図3に示すようにベース領域10に電流が流入するポイントからベース不純物拡散領域14への距離は、大きくなることになる。つまり、ベース領域10におけるベース・エミッタ間抵抗は大きくなり、ブレークダウン電流によるベース・エミッタ間における電圧降下も大きくなる。したがって、NPNトランジスタは、速やかに動作するので、静電破壊防止素子の動作電圧(1次降伏電圧)を下げることができる。このようにして、NPNトランジスタの動作電圧を低下させることができるので、内部回路素子が破壊されてしまう前に静電破壊防止素子を動作させることができる。
【0036】
また、ベース領域10と接触し、周囲のN型半導体領域7より不純物濃度の高い第1Nウェル9を設けたため、コレクタ・エミッタ間耐圧を低下させることができる。したがって、NPNトランジスタ動作時にホールドする電圧が下がり電流放電能力を向上させることができる。
【0037】
また、ベース領域10と接触し、周囲のN型半導体領域7より不純物濃度の高い第1Nウェル9を設けたため、図2に示した通り、電流経路は下方向になることから、素子表面の電流集中を抑制することが出来る。したがって、静電破壊耐圧向上のためにコレクタ・ベース間を離す必要がなくなり、静電破壊防止素子のサイズを増大させることなく静電破壊耐圧を向上することができる。
【0038】
さらに、ベース領域10と接触し、周囲のN型半導体領域7より不純物濃度の高い第1Nウェル9を設けた構造では、前項と同様の理由で静電破壊防止素子のサイズを縮小することが可能である。内部回路を形成するプロセスの微細化に伴い、静電破壊防止素子のサイズは、内部回路素子のサイズに比べて素子サイズが大きくなる。また、静電破壊防止素子は、各入出力端子に接続されるので、チップに占める割合が大きくなる。したがって、静電破壊防止素子のサイズ縮小は、半導体チップサイズの大幅な縮小につながり、ひいては生産コスト低減を図ることができる。
【0039】
また、静電破壊防止素子のサイズの縮小により、静電破壊防止素子の寄生容量の低下を図ることができる。したがって、半導体装置の動作速度の向上を推進できる。
【0040】
次に、実施の形態1の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【0041】
まず、図5に示すように用意したP型半導体基板4上にフォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して、例えばリンなどのN型不純物を注入したN型埋め込み領域5と、例えばボロンなどのP型不純物を注入したP型埋め込み領域6を形成する。
【0042】
そして、図6に示すように、N型埋め込み領域5およびP型埋め込み領域6上にエピタキシャル成長技術を使用してN型不純物を含むN型エピタキシャル領域であるN型半導体領域7を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用してP型半導体領域8を形成する。
【0043】
次に、図7に示すように、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用してN型半導体領域7上に第1Nウェル9、第2Nウェル11を形成する。ここで、それぞれのNウェルは、内部回路にNウェルを形成する際に使用するマスクを使用して形成される。したがって、静電破壊耐圧向上を目的としたマスクの追加などを伴わない利点がある。
【0044】
その後、N型半導体領域7上にLOCOS法を使用して、酸化膜よりなる素子分離層16を形成する。
【0045】
そして、図8に示すように、イオン注入法を使用してP型不純物を注入してベース領域10を形成する。
【0046】
次に、図9に示すように、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して、コレクタ不純物拡散領域12、ベース不純物拡散領域14、エミッタ不純物拡散領域15を形成する。
【0047】
その後、図10に示すように、CVD法を使用して酸化膜上に層間絶縁膜17を堆積し、コレクタ電極形成領域、エミッタ電極形成領域、ベース電極形成領域に形成している酸化膜と層間絶縁膜17をエッチング技術により除去する。エッチングにより除去した電極形成領域にタングステンを堆積し、コレクタ電極1、ベース電極2、エミッタ電極3を形成する。次に、メタル配線を形成し、ベース電極2とエミッタ電極3とをショートする。
【0048】
このようにして実施の形態1の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子を形成することができる。
【0049】
(実施の形態2)
本実施の形態2の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子について、図面を使用して説明する。図4は、本実施の形態2における静電破壊防止素子であるNPNトランジスタの回路図である。図11は、本実施の形態2の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子用NPNトランジスタを上部から見た上面図である。また、図12は、図11のA2―A2間において切断した要部断面図である。図13は、図12のベース、エミッタ領域を拡大した拡大図である。図4は、静電破壊防止素子であるNPNトランジスタの回路図である。
【0050】
図11において、前記実施の形態1の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子と異なる点は、第1Nウェル9がベース電極2とエミッタ電極3の間付近まで形成されている点である。
【0051】
すなわち、図2と図12とを見比べて分かるように図12の方が、ベース領域10の下に第1Nウェル9が多く接していることが分かる。
【0052】
このように構成することにより、ブレークダウン時の電流経路をベース形成領域に近づけることができる。
【0053】
ブレークダウン電流は、第1Nウェル9よりベース領域10に電流が入りベース不純物拡散領域14を通って、グランドへ流れるが、本実施の形態2では、第1Nウェル9をエミッタ不純物拡散領域15とベース不純物拡散領域14の間付近の下からコレクタ不純物拡散領域12側に設けている。このため、図13に示すようにベース領域10に電流が流入するポイントは、前記実施の形態1の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子に比べてベース不純物拡散領域14側(左側)になる。つまり、第1Nウェル9からベース領域10に電流が流入するポイントからベース不純物拡散領域14までの距離は、前記実施の形態1の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子に比べて小さくなる。
【0054】
したがって、前記実施の形態1の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子に比べてベース領域10におけるベース・エミッタ間抵抗は小さくなり、ブレークダウン電流によるベース・エミッタ間における電圧降下も小さくなる。このため、NPNトランジスタの動作電圧(1次降伏電圧)は、前記実施の形態1の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子に比べて高くなる。
【0055】
また、ベース領域10と接触し、周囲のN型半導体領域7より不純物濃度の高い第1Nウェル9を設けたため、コレクタ・エミッタ間耐圧を低下させることができる。したがって、NPNトランジスタ動作時にホールドする電圧が下がり電流放電能力を向上させることができる。
【0056】
以上、前記実施の形態1と本実施の形態2で述べたことから、第1Nウェル9の形成パターンを変更することにより、静電破壊防止素子の動作電圧を制御することが可能となる。
【0057】
図14に静電破壊防止素子の動作電圧(1次降伏電圧)と電流との関係を示す。図14を見て分かるように静電破壊防止素子の1次降伏電圧が上昇すると、1次降伏電流も増加することがわかる。ここでV1は、前記実施の形態1の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子の動作電圧(1次降伏電圧)であり、V2は、第1Nウェル9をベース不純物拡散領域14の直下まで形成した場合における静電破壊防止素子の動作電圧(1次降伏電圧)である。
【0058】
(実施の形態3)
本実施の形態3では、静電破壊防止素子としてダイオードを使用した場合について説明する。
【0059】
図15は、本実施の形態3の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子用ダイオードを上部から見た上面図である。また、図16は、図15のA3―A3間において切断した要部断面図である。図17は、図16のアノード形成領域を拡大した拡大図であり、図18は、本実施の形態3における静電破壊防止素子であるダイオードの回路図である。
【0060】
図15において、本実施の形態3の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子は、アノード(陽極)電極20およびカソード(陰極)電極21を有している。アノード電極20は、図18に示すように、接地されている。また、カソード電極21は、内部回路の入力端子であるパッドに接続されている。すなわち、パッドに正の電圧が印加された場合ダイオードに逆電圧が印加されるようになっている。
【0061】
次に、図16において、実施の形態3の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子は、P型半導体基板4上にN型不純物を注入したN型埋め込み領域5(第1半導体領域の一例)とP型不純物を注入したP型埋め込み領域6が形成されている。
【0062】
N型埋め込み領域5上には、N型エピタキシャル領域であるN型半導体領域7(第2半導体領域の一例)が形成されている。このN型エピタキシャル領域には、P型半導体領域8が形成されている。次にN型半導体領域7上には、第1Nウェル9(第4半導体領域の一例)、第2Nウェル11が形成されている。
【0063】
この第1Nウェル9、第2Nウェル11には、N型不純物が注入されており、その不純物濃度は、N型半導体領域7の不純物濃度より高くなっている。
【0064】
次に第1Nウェル9上には、アノード領域22(第3半導体領域の一例)が形成されている。このアノード領域22には、P型不純物が注入されており、アノード領域22上には、アノード不純物拡散領域23(第5半導体領域の一例)が形成されている。アノード不純物拡散領域23には、P型不純物が注入されており、その不純物濃度は、アノード領域22より高くなっている。そして、アノード不純物拡散領域23上には、アノード電極20が形成されている。このアノード電極20は、接地されている。
【0065】
第1Nウェル9は、アノード領域22の下に接する領域であって、アノード不純物拡散領域23直下の領域に形成されている。この第1Nウェル9は、N型埋め込み領域5を流れ出た電流をアノード領域22へ導くために設けられている。
【0066】
また、第2Nウェル11の左上の領域には、N型不純物が注入されたカソード不純物拡散領域24が形成されており、このカソード不純物拡散領域24上には、カソード電極21が形成されている。このカソード電極21は、入力端子であるパッドに接続されている。第2Nウェル11は、カソード電極21より流れ出た電流をN型埋め込み領域5に導くために設けられている。
【0067】
なお、アノード領域22とカソード不純物拡散領域24は、素子分離層16によって分離されている。
【0068】
本実施の形態3の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子は、上記のように形成されており、以下に動作および作用について説明する。
【0069】
まず、カソード電極21が接続されている入力パッドにプラスのサージ電圧が印加される。するとカソード電極21の電圧が上昇する。このため、静電破壊防止素子であるダイオードに逆電圧が印加される。そして、上昇した電圧が所定の電圧に達するとダイオードの逆方向に電流が流れる。
【0070】
この電流は、まず図16に示すように、カソード電極21からカソード不純物拡散領域24に流れる。電流は不純物濃度の高い領域を選択的に流れるため、カソード不純物拡散領域24を流れた電流は、周囲にあるN型半導体領域7より高濃度である第2Nウェル11に流れる。
【0071】
そして、第2Nウェル11を流れた電流は、N型埋め込み領域5に流入する。N型埋め込み領域5を流れた電流は、図17に示すように、周囲にあるN型半導体領域7より高濃度である第1Nウェル9を流れる。次に、第1Nウェル9に流れ込んだ電流は、アノード領域22との接合部分に集中して流れアノード領域22に流入する。これは、電流が不純物濃度の高い領域を選択的に流れるためである。したがって、第1Nウェル9とアノード領域22の接合部分の電流密度は高くなり、ブレークダウンが生じ易くなる。このため、ブレークダウン電圧は、低くなる。
【0072】
次に、第1Nウェル9とアノード領域22の接合部分を通過した電流は、アノード領域22内を通りアノード不純物拡散領域23に流れる。その後アノード不純物拡散領域23を流れた電流は、アノ−ド電極20を通って、グランドへ流れる。
【0073】
このように、第1Nウェル9とアノード領域22の接合部分の電流密度を高くすることにより、ダイオードのブレークダウン電圧を低下させることができるので、内部回路素子が破壊されてしまう前に静電破壊防止素子を動作させることができる。
【0074】
次に、本実施の形態3の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子の製造方法について、図16を参照しながら説明する。
【0075】
まず、用意したP型半導体基板4上にフォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して、例えばリンなどのN型不純物を注入したN型埋め込み領域5と、例えばボロンなどのP型不純物を注入したP型埋め込み領域6を形成する。
【0076】
そして、形成したN型埋め込み領域5およびP型埋め込み領域6上にエピタキシャル成長技術を使用してN型エピタキシャル領域であるN型半導体領域7を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用してP型半導体領域8を形成する。
【0077】
次に、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用してN型半導体領域7上に第1Nウェル9、第2Nウェル11を形成する。ここで、それぞれのNウェルは、内部回路にNウェルを形成する際に使用するマスクを使用して形成される。したがって、静電破壊耐圧向上を目的としたマスクの追加などを伴わない利点がある。
【0078】
その後、N型半導体領域7上にLOCOS法を使用して、酸化膜よりなる素子分離層16を形成する。そして、イオン注入法を使用してP型不純物を注入してアノード領域22を形成した後、アノード領域22上にイオン注入法を使用してアノード不純物拡散領域23を形成するとともにカソード形成領域にカソード不純物拡散領域24を形成する。
【0079】
その後、CVD法を使用して酸化膜上に層間絶縁膜17を堆積し、アノード電極形成領域、カソード電極形成領域に形成している酸化膜と層間絶縁膜17をエッチング技術により除去する。エッチングにより除去したアノード電極形成領域、カソード電極形成領域にタングステンを堆積し、アノード電極20、カソード電極21を形成する。
【0080】
このようにして実施の形態3の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子を形成することができる。
【0081】
(実施の形態4)
本実施の形態4の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子用ダイオードについて、図面を使用して説明する。図18は、本実施の形態4における静電破壊防止素子であるダイオードの回路図である。図19は、本実施の形態4の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子用ダイオードの要部断面図である。図20は、図19のアノード形成領域を拡大した拡大図である。
【0082】
図19において、前記実施の形態3の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子と異なる点は、第1Nウェル9がアノード領域22の下部全面を覆うように形成されている点である。
【0083】
このように第1Nウェル9がアノード領域22の下部全面を覆うように形成することにより、図20に示すように、電流は、第1Nウェル9とアノード領域22の接合部分を均一に流れる。したがって、接合部分の電流密度は、前記実施の形態3の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子に比べて低くなるため、ブレークダウンが生じにくくなる。すなわち、ブレークダウン電圧が高くなる。
【0084】
以上、前記実施の形態3と本実施の形態4で述べたことから、アノード領域22直下の第1Nウェル9の幅を変更することにより、静電破壊防止素子のブレークダウン電圧を制御することが可能となる。すなわち、アノード領域22直下の第1Nウェル9の幅を狭くすればするほどブレークダウン電圧が低下し、アノード領域22直下の第1Nウェル9の幅を広げれば広げるほどブレークダウン電圧が高くなる。
【0085】
図21に静電破壊防止素子のブレークダウン電圧と電流との関係を示す。図21において、V1は、前記実施の形態3の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子のブレークダウン電圧であり、V2は、本実施の形態4の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子のブレークダウン電圧、すなわちアノード領域22の下部全面に第1Nウェル9を形成した場合における静電破壊防止素子のブレークダウン電圧である。
【0086】
図21を見て分かるように、アノード領域22直下の第1Nウェル9の幅を変更することにより、静電破壊防止素子のブレークダウン電圧を制御することが可能であることがわかる。
【0087】
本実施の形態4の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子の製造方法は、前記実施の形態3の半導体装置に含まれる静電破壊防止素子の製造方法とほぼ同様である。異なる点は、第1Nウェル9を大きく形成し、アノード領域22の下部全面を覆うように第1Nウェル9を形成する点である。
【0088】
以上、本発明者によってなされた発明を前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0089】
実施の形態1から実施の形態4では、入力端子であるパッドとグランドとの間に静電破壊防止素子を挿入した例について説明したが、入力端子であるボンディングパッドと高電位側の電源との間に静電破壊防止素子を挿入してもよい。
【0090】
前記実施の形態1〜4においては、第1NウェルがN型埋め込み領域に接触しない場合について説明したが、第1NウェルがN型埋め込み領域に接触してもよい。
【0091】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【0092】
ベース領域の下に接する所定の領域に周囲より不純物濃度が高い第1Nウェルを設けることにより、静電破壊防止素子の動作電圧(1次降伏電圧)を所望の値に制御できる。
【0093】
また、アノード領域の下に接する所定の領域に周囲より不純物濃度が高い第1Nウェルを設けることにより、静電破壊防止素子のブレークダウン電圧を所望の値に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における半導体装置に含まれる静電破壊防止素子を上部から見た上面図である。
【図2】本発明の実施の形態1における半導体装置に含まれる静電破壊防止素子の断面を示した断面図である。
【図3】図2の一部を拡大した図である。
【図4】本発明の実施の形態1、2における半導体装置に含まれる静電破壊防止素子の回路図である。
【図5】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程を示した図である。
【図6】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程を示した図である。
【図7】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程を示した図である。
【図8】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程を示した図である。
【図9】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程を示した図である。
【図10】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程を示した図である。
【図11】本発明の実施の形態2における半導体装置に含まれる静電破壊防止素子を上部から見た上面図である。
【図12】本発明の実施の形態2における半導体装置に含まれる静電破壊防止素子の断面を示した断面図である。
【図13】図12の一部を拡大した図である。
【図14】静電破壊防止素子の動作電圧と電流との関係を示した図である。
【図15】本発明の実施の形態3における半導体装置に含まれる静電破壊防止素子を上部から見た上面図である。
【図16】本発明の実施の形態3における半導体装置に含まれる静電破壊防止素子の断面を示した断面図である。
【図17】図16の一部を拡大した図である。
【図18】本発明の実施の形態3、4における半導体装置に含まれる静電破壊防止素子の回路図である。
【図19】本発明の実施の形態4における半導体装置に含まれる静電破壊防止素子の断面を示した断面図である。
【図20】図19の一部を拡大した図である。
【図21】静電破壊防止素子のブレークダウン電圧と電流との関係を示した図である。
【符号の説明】
1 コレクタ電極
2 ベース電極
3 エミッタ電極
4 P型半導体基板
5 N型埋め込み領域
6 P型埋め込み領域
7 N型半導体領域
8 P型半導体領域
9 第1Nウェル
10 ベース領域
11 第2Nウェル
12 コレクタ不純物拡散領域
14 ベース不純物拡散領域
15 エミッタ不純物拡散領域
16 素子分離層
17 層間絶縁膜
20 アノード電極
21 カソード電極
22 アノード領域
23 アノード不純物拡散領域
24 カソード不純物拡散領域
Claims (5)
- (a)半導体基板に静電破壊防止用バイポーラトランジスタのコレクタとなる第1半導体領域を形成する工程と、
(b)前記第1半導体領域上に前記静電破壊防止用バイポーラトランジスタのコレクタとなる半導体領域であって、前記第1半導体領域と同一導電型であり、かつ前記第1半導体領域より低不純物濃度である第2半導体領域を形成する工程と、
(c)前記第2半導体領域上に前記静電破壊防止用バイポーラトランジスタのベースとなる第3半導体領域を形成する工程と、
(d)前記第3半導体領域の下部に接する所定領域に形成される半導体領域であって、前記第2半導体領域より高い不純物濃度の第4半導体領域を形成する工程と、
(e)前記第3半導体領域上に前記静電破壊防止用バイポーラトランジスタのベースとなる半導体領域であって、前記第3半導体領域より高い不純物濃度の第5半導体領域を形成する工程と、
(f)前記第3半導体領域上に前記静電破壊防止用バイポーラトランジスタのエミッタとなる第6半導体領域を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - (a)半導体基板に静電破壊防止用バイポーラトランジスタのコレクタとなる第1半導体領域を形成する工程と、
(b)前記第1半導体領域上に前記静電破壊防止用バイポーラトランジスタのコレクタとなる半導体領域であって、前記第1半導体領域と同一導電型であり、かつ前記第1半導体領域より低不純物濃度である第2半導体領域を形成する工程と、
(c)前記第2半導体領域上に前記静電破壊防止用バイポーラトランジスタのベースとなる第3半導体領域を形成する工程と、
(d)前記第3半導体領域の下部に接する所定領域に形成される半導体領域であって、前記第2半導体領域より高い不純物濃度の第4半導体領域を形成する工程と、
(e)前記第3半導体領域上に前記静電破壊防止用バイポーラトランジスタのベースとなる半導体領域であって、前記第3半導体領域より高い不純物濃度の第5半導体領域を形成する工程と、
(f)前記第3半導体領域上に前記静電破壊防止用バイポーラトランジスタのエミッタとなる第6半導体領域を形成する工程と、
(g)前記第2半導体領域上に前記静電破壊防止用バイポーラトランジスタのコレクタとなる第7半導体領域を形成する工程と、
(h)前記第7半導体領域の下部に接する所定領域に形成される半導体領域であって、前記第2半導体領域より高い不純物濃度の第8半導体領域を形成する工程とを備え、
前記第4半導体領域および前記第8半導体領域を、同時に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - (a)半導体基板と、
(b)前記半導体基板に形成された静電破壊防止用バイポーラトランジスタのコレクタとなる第1半導体領域と、
(c)前記第1半導体領域上に形成された前記静電破壊防止用バイポーラトランジスタのコレクタとなる半導体領域であって、前記第1半導体領域と同一導電型であり、かつ前記第1半導体領域より低不純物濃度の第2半導体領域と、
(d)前記第2半導体領域上に形成された前記静電破壊防止用バイポーラトランジスタのベースとなる第3半導体領域と、
(e)前記第3半導体領域の下部に接する所定領域に形成される半導体領域であって、前記第2半導体領域より高い不純物濃度の第4半導体領域と、
(f)前記第3半導体領域上に形成された前記静電破壊防止用バイポーラトランジスタのベースとなる半導体領域であって、前記第3半導体領域より高い不純物濃度の第5半導体領域と、
(g)前記第3半導体領域上に形成された前記静電破壊防止用バイポーラトランジスタのエミッタとなる第6半導体領域とを備えることを特徴とする半導体装置。 - (a)半導体基板上に第1半導体領域を形成する工程と、
(b)前記第1半導体領域上に前記第1半導体領域と同一導電型であり、かつ前記第1半導体領域より低不純物濃度である第2半導体領域を形成する工程と、
(c)前記第2半導体領域内に、前記第2半導体領域より高い不純物濃度で前記第2半導体領域と同一導電型の第4半導体領域を形成し、かつ、前記第2半導体領域内であって前記第4半導体領域と離間した位置に、前記第2半導体領域より高い不純物濃度で前記第2半導体領域と同一導電型の第6半導体領域を形成する工程と、
(d)前記第4半導体領域上に静電破壊防止用ダイオードのアノードとなり、前記第2半導体領域と逆導電型の第3半導体領域を形成する工程と、
(e)前記第3半導体領域上に前記静電破壊防止用ダイオードのアノードとなる半導体領域であって、前記第3半導体領域より高い不純物濃度で前記第3半導体領域と同一導電型の第5半導体領域を形成する工程と、
(f)前記第6半導体領域上で前記第6半導体領域と接触するように、前記静電破壊防止用ダイオードのカソードとなり、前記第2半導体領域と同一導電型の第7半導体領域を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - (a)半導体基板と、
(b)前記半導体基板上に形成された第1半導体領域と、
(c)前記第1半導体領域上に形成された前記第1半導体領域と同一導電型であり、かつ前記第1半導体領域より低不純物濃度である第2半導体領域と、
(d)前記第2半導体領域上に形成された静電破壊防止用ダイオードのアノードとなり、前記第2半導体領域と逆導電型の第3半導体領域と、
(e)前記第3半導体領域の下部に接する所定領域に形成された半導体領域であって、前記第2半導体領域より高い不純物濃度で前記第2半導体領域と同一導電型の第4半導体領域と、
(f)前記第3半導体領域上に形成された前記静電破壊防止用ダイオードのアノードとなる半導体領域であって、前記第3半導体領域より高い不純物濃度で前記第2半導体領域と逆導電型の第5半導体領域と、
(g)前記第2半導体領域内であって前記第4半導体領域と離間した位置に、前記第2半導体領域より高い不純物濃度で形成された前記第2半導体領域と同一導電型の第6半導体領域と、
(h)前記第6半導体領域上で前記第6半導体領域と接触するように、前記静電破壊防止用ダイオードのカソードとなる領域であって前記第2半導体領域と同一導電型の第7半導体領域とを備えることを特徴とする半導体装置。
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