JP4694123B2 - Electrostatic discharge protection element - Google Patents

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本発明は、半導体集積回路中に形成され回路素子を静電気放電による破壊から保護する静電気放電保護素子に関し、特に、寄生バイポーラを利用した静電気放電保護素子に関する。   The present invention relates to an electrostatic discharge protection element that is formed in a semiconductor integrated circuit and protects a circuit element from destruction due to electrostatic discharge, and more particularly to an electrostatic discharge protection element that utilizes a parasitic bipolar.

従来より、半導体集積回路中の回路素子を静電気放電(以下、ESD(Electro Static Discharge)ともいう)から保護するために、ダイオード又は抵抗素子からなる静電気放電保護素子(以下、ESD保護素子ともいう)が使われていた。そして近時、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補型金属酸化膜半導体)集積回路中に設けられるESD保護素子は、ダイオード又は抵抗素子からなるESD保護素子から、これらの保護素子よりも低抵抗で放電能力が高い寄生バイポーラ動作を利用したMOS型保護素子に置き換わってきた。このMOS型保護素子はMOSFET(MOS Field Effect Transistor:電界効果型MOSトランジスタ)のスナップバック現象を利用した保護素子である。   Conventionally, in order to protect a circuit element in a semiconductor integrated circuit from electrostatic discharge (hereinafter also referred to as ESD (Electro Static Discharge)), an electrostatic discharge protection element (hereinafter also referred to as ESD protection element) composed of a diode or a resistance element. Was used. Recently, ESD protection elements provided in CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) integrated circuits are discharged from an ESD protection element composed of a diode or a resistance element with a lower resistance than these protection elements. It has been replaced by a MOS type protection element using a parasitic bipolar operation with high capability. This MOS type protective element is a protective element that utilizes the snapback phenomenon of a MOSFET (MOS Field Effect Transistor).

寄生バイポーラからなるMOS型保護素子においても、その電流を流せる能力には限界があり、保護素子の幅を400〜800μm程度まで広くしないと、保護性能が要求水準を満たさない場合が多い。しかし、通常、集積回路においては、ボンディングパッドの配置等によりレイアウトが制約され、MOS型保護素子を規定内の領域に収めなければならないことが多い。このため、MOS型保護素子を単一の素子としてではなく、幅が10〜50μm程度のフィンガーと呼ばれる小型のMOSFETを複数個配列して相互に並列に接続し、MOS型保護素子を規定の領域内に効率的に配置する方法が採用されている。このとき、各フィンガーのソース及びドレインを夫々共通にして複数のフィンガーを相互に並列に接続する方法もあり、個別に小型MOSFETを並べて、これらを相互に並列に接続する方法もある。   Even in a MOS type protection element made of a parasitic bipolar transistor, there is a limit to the ability to pass the current, and the protection performance often does not satisfy the required level unless the width of the protection element is increased to about 400 to 800 μm. However, in an integrated circuit, the layout is usually restricted by the arrangement of bonding pads, etc., and it is often necessary to fit a MOS type protection element in a prescribed region. For this reason, the MOS type protection element is not a single element, but a plurality of small MOSFETs called fingers having a width of about 10 to 50 μm are arranged and connected in parallel to each other, and the MOS type protection element is arranged in a specified region. An efficient arrangement method is adopted. At this time, there is a method of connecting a plurality of fingers in parallel with each other using a common source and drain for each finger, and a method of arranging small MOSFETs individually and connecting them in parallel.

図8は従来のMOS型保護素子であるNMOSFETのスナップバック現象を利用した入力保護素子を示す平面図であり、図9は図8に示すA−A’線による断面及びその等価回路を示す図であり、図10は、横軸にこの保護素子に印加される電圧をとり縦軸にこの保護素子に流れる電流をとってこのMOS型保護素子の動作特性を示すグラフ図である。図8及び図9に示すように、このMOS型保護素子101においては、P型基板102上に一方向に延びた複数本のゲート電極103が相互に並行に設けられており、P型基板102の表面におけるゲート電極103の直下域がチャネル領域104になっている。そして、P型基板102の表面におけるチャネル領域104間の領域が、ソース領域105又はドレイン領域106となっており、ソース領域105とドレイン領域106とは交互に配列されている。   FIG. 8 is a plan view showing an input protection element using a snapback phenomenon of an NMOSFET, which is a conventional MOS type protection element, and FIG. 9 is a diagram showing a cross section taken along the line AA 'shown in FIG. FIG. 10 is a graph showing the operating characteristics of the MOS type protection element with the voltage applied to the protection element on the horizontal axis and the current flowing through the protection element on the vertical axis. As shown in FIGS. 8 and 9, in the MOS type protection element 101, a plurality of gate electrodes 103 extending in one direction are provided on the P type substrate 102 in parallel with each other. A region immediately below the gate electrode 103 on the surface of the substrate is a channel region 104. A region between the channel regions 104 on the surface of the P-type substrate 102 is a source region 105 or a drain region 106, and the source regions 105 and the drain regions 106 are alternately arranged.

これにより、複数のMOSFET111が形成され、相互に隣接するMOSFET111間でソース領域又はドレイン領域が共通化されている。そして、ソース領域105及びドレイン領域106の表面には、夫々複数のコンタクト107がゲート電極103が延びる方向に沿って1列に配列されている。また、この複数のMOSFET111を囲むように、P型基板102の表面にはP領域からなるガードリング108が設けられており、接地配線109に接続されている。このガードリング108はラッチアップを防止することを目的として設けられたものである。更に、ドレイン領域106の表面に形成されたコンタクト107には、入力パッド110が接続されている。 Thereby, a plurality of MOSFETs 111 are formed, and the source region or the drain region is shared between the MOSFETs 111 adjacent to each other. On the surfaces of the source region 105 and the drain region 106, a plurality of contacts 107 are arranged in a line along the direction in which the gate electrode 103 extends. A guard ring 108 made of a P + region is provided on the surface of the P-type substrate 102 so as to surround the plurality of MOSFETs 111 and is connected to the ground wiring 109. The guard ring 108 is provided for the purpose of preventing latch-up. Further, an input pad 110 is connected to the contact 107 formed on the surface of the drain region 106.

次に、図8乃至図10を参照して、このMOS型保護素子101の動作について説明する。電流サージが入力パッド110に入力されたときに、この電流サージがコンタクト107を介してドレイン領域106に流れ込み、ドレイン電圧が上昇する。ドレイン電圧が、図10に電圧Vt0で示す電圧以上になると、ドレイン領域106とチャネル領域104との間のPN接合においてアバランシェブレークダウンが始まり、基板電流が流れる。このとき、各フィンガーのソース領域105はエミッタとなり、ガードリング108を含むP型基板102はベースとなり、ドレイン領域106はコレクタとなる寄生バイポーラが形成される。P型基板102内を流れる電流により、P型基板102内において、この電流とP型基板2の抵抗との積に相当する電位差が生じ、P型基板102におけるソース領域105の底面付近の電位が、ガードリング108に対して上昇する。図10に示すように、MOS型保護素子101に印加する電圧が電圧Vt1になると、ガードリング108に対するソース領域105の底面付近の電位が、ソース領域105とチャネル領域104との間のPN接合を順バイアスする程度、例えば0.7V程度になり、このPN接合が順バイアスされて電流が更に流れるようになり、寄生パイポーラが導通して、低抵抗状態になる。この結果、より大きな電流が流れるようになる。この現象をスナップバックといい、電圧Vt1をスナップバック開始電圧又はトリガ電圧という。   Next, the operation of the MOS protection element 101 will be described with reference to FIGS. When a current surge is input to the input pad 110, the current surge flows into the drain region 106 via the contact 107, and the drain voltage increases. When the drain voltage becomes equal to or higher than the voltage indicated by voltage Vt0 in FIG. 10, avalanche breakdown starts at the PN junction between the drain region 106 and the channel region 104, and a substrate current flows. At this time, a parasitic bipolar is formed in which the source region 105 of each finger serves as an emitter, the P-type substrate 102 including the guard ring 108 serves as a base, and the drain region 106 serves as a collector. Due to the current flowing in the P-type substrate 102, a potential difference corresponding to the product of this current and the resistance of the P-type substrate 2 is generated in the P-type substrate 102, and the potential near the bottom surface of the source region 105 in the P-type substrate 102 is , The guard ring 108 is raised. As shown in FIG. 10, when the voltage applied to the MOS protection element 101 becomes the voltage Vt1, the potential near the bottom surface of the source region 105 with respect to the guard ring 108 causes the PN junction between the source region 105 and the channel region 104 to be The forward bias is, for example, about 0.7 V, and the PN junction is forward biased to allow further current to flow, and the parasitic bipolar is turned on to enter a low resistance state. As a result, a larger current flows. This phenomenon is called snapback, and the voltage Vt1 is called snapback start voltage or trigger voltage.

なお、図10に示すようなI−V測定は、通常の電流−電圧測定装置では、その電流継続時間が長く、スナップバック状態に入る前に破壊されてしまうので、通常、TLP(Transmission Line Pulser)という測定装置を用いる。これは、継続時間100nsec程度の矩形電流波形をDUT(device under test:被測定装置)に加えて,その電圧及び電流の変化から、DUTの電流値及び電圧値を読み取るものである。一般的には、TLPで測定されたDUTの破壊電流It2[A]と、人体帯電モデル試験(HBM試験)により測定されたDUTの破壊電圧V[V]とは、経験的にV=It2x1500の関係があるといわれている。   Note that the IV measurement as shown in FIG. 10 is normally performed by a TLP (Transmission Line Pulser) because the current duration time is long in a normal current-voltage measurement device and is destroyed before entering the snapback state. ) Is used. In this method, a rectangular current waveform having a duration of about 100 nsec is added to a DUT (device under test), and the current value and voltage value of the DUT are read from the change in voltage and current. In general, the DUT breakdown current It2 [A] measured by TLP and the DUT breakdown voltage V [V] measured by the human body charging model test (HBM test) are empirically V = It2 × 1500. It is said that there is a relationship.

複数個のフィンガー(マルチフィンガー)からなるMOS型保護素子においては、フィンガー毎に動作が異なる。この動作の差は、基板抵抗の差によるものとして説明できる。つまり、夫々のフィンガーからみたグラウンド電極(通常はガードリング)までの距離が異なるので、基板抵抗、即ち、寄生バイポーラトランジスタのベース抵抗が夫々異なり、結果的にアバランシェブレークダウン後の電荷蓄積により、各MOSFETのソース領域とチャネル領域との接合領域で形成される局部的な電圧に差が生じてしまう。これにより、各寄生バイポーラトランジスタがスナップバック電圧に到達するタイミングが異なり、各寄生バイポーラトランジスタがターンオンされるタイミングが異なる。実際には、図8及び図9に示すように、基板電位がフィンガー相互の基板電流とカップリングしていたり、各フィンガーにおける3次元的な電流ルート、フィンガー内部の幅方向での基板抵抗によって基板抵抗が異なっていたりしており、フィンガー間において基板抵抗が異なる原因には、複雑な要因が存在する。   In a MOS type protection element composed of a plurality of fingers (multi-finger), the operation differs for each finger. This difference in operation can be explained as being due to a difference in substrate resistance. That is, since the distance from each finger to the ground electrode (usually the guard ring) is different, the substrate resistance, that is, the base resistance of the parasitic bipolar transistor is different, and as a result, each charge accumulation after avalanche breakdown causes each A difference occurs in a local voltage formed in the junction region between the source region and the channel region of the MOSFET. Thereby, the timing at which each parasitic bipolar transistor reaches the snapback voltage is different, and the timing at which each parasitic bipolar transistor is turned on is different. Actually, as shown in FIGS. 8 and 9, the substrate potential is coupled to the substrate current between the fingers, or the substrate is driven by a three-dimensional current route in each finger and the substrate resistance in the width direction inside the finger. There are complex factors that cause differences in substrate resistance between fingers, such as different resistances.

フィンガーのドレイン側PN接合、即ち、ドレイン領域とチャネル領域との間のPN接合に電流が流れた場合、フィンガー内における電位差のうちこのPN接合部分での電位差が大半を占めるため、主として、このPN接合領域において発熱する。電流と接合温度との間には正の相関関係があり、温度が高くなればなるほど電流が増加する。つまり、プロセスのばらつき及び構造等に起因して電流が一部のフィンガーに集中するか、フィンガー内においてコンタクト抵抗及びドレイン抵抗等のばらつきがあり、特定のフィンガー又はフィンガー内の特定の領域に電流が集中すると、それがきっかけになり、その電流が集中したフィンガー又はフィンガー内の領域のPN接合が発熱して温度が上昇し、さらに電流量が増すという正のフィードバックが生じて、ついには、発熱部分が溶融する。このため、その他のフィンガーがターンオンする前に、最初にターンオンしたフィンガーが破壊されてしまい、マルチフィンガー構造が生かせない。   When a current flows through the drain side PN junction of the finger, that is, the PN junction between the drain region and the channel region, the potential difference at the PN junction portion occupies most of the potential difference in the finger. Heat is generated in the joining area. There is a positive correlation between the current and the junction temperature, and the current increases as the temperature increases. In other words, current is concentrated on some fingers due to process variations and structures, etc., or there are variations in contact resistance and drain resistance, etc. within the fingers, and current is applied to specific fingers or specific areas within the fingers. When it concentrates, it triggers, and the PN junction of the finger or the region in the finger where the current is concentrated generates heat, the temperature rises, and a positive feedback occurs that the amount of current increases. Melts. For this reason, before the other fingers are turned on, the first turned-on finger is destroyed, and the multi-finger structure cannot be used.

その対策として、基本的には、ドレイン領域の抵抗をESD保護素子の部分だけ高くする技術が開発されている。図10に示すように、バラスト抵抗を各フィンガーに付加することにより、各フィンガー単体での破壊電圧Vt2がスナップバック開始電圧Vt1よりも高くなるように、即ち、Vt1<Vt2となるように、ドレイン領域の抵抗を調節する。なお、図10において、線112の傾きと線113の傾きとの差がバラスト抵抗であり、バラスト抵抗の大部分は例えばドレイン領域の抵抗である。つまり、マルチフィンガー構造のMOS型保護素子では、全てのフィンガーについて、破壊電圧Vt2の最小値がスナップバック電圧Vt1の最大値よりも大きくなるように保護素子のバラスト抵抗を高く調整することで、全てのフィンガーをスナップバックさせることができる。これにより、高い保護性能を確保することができる。即ち、バラスト抵抗を高くすれば、それだけ、確実に全てのフィンガーをスナップバックさせることができる。   As a countermeasure, basically, a technique for increasing the resistance of the drain region only for the ESD protection element has been developed. As shown in FIG. 10, by adding a ballast resistor to each finger, the drain voltage so that the breakdown voltage Vt2 of each finger alone becomes higher than the snapback start voltage Vt1, that is, Vt1 <Vt2. Adjust the resistance of the area. In FIG. 10, the difference between the slope of the line 112 and the slope of the line 113 is the ballast resistance, and most of the ballast resistance is, for example, the resistance of the drain region. In other words, in the multi-finger structure MOS type protection element, the ballast resistance of the protection element is adjusted to be high so that the minimum value of the breakdown voltage Vt2 is larger than the maximum value of the snapback voltage Vt1 for all fingers. The fingers can be snapped back. Thereby, high protection performance can be secured. That is, if the ballast resistance is increased, all fingers can be surely snapped back.

ドレイン領域にバラスト抵抗を付加する方法としては、ドレイン領域にシリサイド層を形成しない領域、即ち、シリサイドブロッキング領域を設けて、その部分のN領域の抵抗を用いる方法が広く用いられているが、その他に、Nウエル抵抗又はLDD(Lightly Doped Drain:低不純物濃度ドレイン)工程で形成する不純物領域の抵抗を利用する方法等もある(例えば、特許文献1参照。)。 As a method for adding a ballast resistance to the drain region, a method in which a silicide layer is not formed in the drain region, that is, a method in which a silicide blocking region is provided and the resistance of the N + region in that portion is used is widely used. In addition, there is a method using an N well resistance or resistance of an impurity region formed in an LDD (Lightly Doped Drain) process (for example, refer to Patent Document 1).

ドレイン領域上にシリサイドブロッキング領域を形成する方法として、種々の方法が提案されている。そのなかの代表的なものとして特許文献2(特許第2773221号)に開示された技術がある。特許文献2には、ドレイン領域の表面における配線と接続された領域とゲート電極側の領域との間の領域において、チャネル幅方向全長にわたってシリサイド層が形成されないようにして、ドレイン領域の一部にスリット状にシリサイドブロック領域を設ける技術が開示されている。特許文献2には、上述の如くドレイン領域内にシリサイドブロッキング領域を設けることにより、ドレイン領域における配線に接続された領域とゲート電極側の領域との間の領域において、チャネル幅方向のどの部分でも均一な抵抗が得られるため、静電気放電に対する耐性を向上させることができると記載されている。   Various methods have been proposed for forming a silicide blocking region on the drain region. A representative technique is disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent No. 2773221). In Patent Document 2, a silicide layer is not formed over the entire length in the channel width direction in a region between the region connected to the wiring on the surface of the drain region and the region on the gate electrode side, and a part of the drain region is formed. A technique for providing a silicide block region in a slit shape is disclosed. In Patent Document 2, by providing a silicide blocking region in the drain region as described above, any portion in the channel width direction in the region between the region connected to the wiring in the drain region and the region on the gate electrode side is disclosed. It is described that resistance against electrostatic discharge can be improved because uniform resistance can be obtained.

しかしながら、非特許文献1(Christian Russ, et. al. "Non-Uniform Triggering of gg-nMOSt Investigated by Combined Emission Microscopy and Transmission Line Pulsing " Electrical Overstress/Electrostatic Discharge Symposium Proceedings, 1998 ,(1998) pp.177-186)において、ドレイン領域における表面にシリサイド層が形成された領域が矩形になっていると、その端部は曲率半径が極めて小さい角度が90°の角部となるため、この角部の電界強度が強くなり、最初にアバランシェブレークダウン状態になりやすいと記載されている。従って、電流がゲート電極の端部に集中しやすくなり、ゲート電極端部近傍のゲート絶縁膜及びゲート電極に局所的な熱破壊が生じやすくなる。   However, Non-Patent Document 1 (Christian Russ, et. Al. "Non-Uniform Triggering of gg-nMOSt Investigated by Combined Emission Microscopy and Transmission Line Pulsing" Electrical Overstress / Electrostatic Discharge Symposium Proceedings, 1998, (1998) pp.177- 186), when the region where the silicide layer is formed on the surface of the drain region is rectangular, the end portion is a corner portion having an extremely small radius of curvature of 90 °. It is described that it is likely to become avalanche breakdown state first. Therefore, the current tends to concentrate on the end portion of the gate electrode, and local thermal breakdown is likely to occur in the gate insulating film and the gate electrode near the end portion of the gate electrode.

このような端部の電界集中効果を考慮すると、主にドレイン領域のゲート電極の長さ方向に延びる端縁とゲート電極とが交わる領域に電流が集中して破壊されやすく、特許文献1に記載された技術ではこれを防ぐ効果が低い。つまり、シリサイドブロッキング領域の幅を、ドレイン領域の端部に集中する電流を制限するような抵抗値に設定してしまうと、中央部分に対して必要以上に抵抗が付加されてしまう。また、この場合、抵抗値を高くするために、シリサイドブロッキング領域の幅を大きくする必要があり、レイアウト面積が大きくなるという欠点がある。更に、ESD保護素子の用途として、保護動作中の電圧(クランプ電圧)が低くなければならない用途もあるが、このような用途においては、シリサイドブロッキング領域の幅を大きくすることは望ましくない。逆に、中央部分の電流に対して最適に抵抗値を決めると、ゲート電極のドレイン端部と接する領域が破壊されやすくなる。   In consideration of such an electric field concentration effect at the end, current is likely to be concentrated and destroyed in a region where the edge extending in the length direction of the gate electrode in the drain region and the gate electrode intersect with each other. This technology has a low effect to prevent this. That is, if the width of the silicide blocking region is set to a resistance value that limits the current concentrated at the end of the drain region, resistance is added more than necessary to the central portion. Further, in this case, in order to increase the resistance value, it is necessary to increase the width of the silicide blocking region, and there is a disadvantage that the layout area is increased. Further, as an application of the ESD protection element, there is an application in which the voltage during the protection operation (clamp voltage) must be low. In such an application, it is not desirable to increase the width of the silicide blocking region. On the other hand, when the resistance value is optimally determined for the current in the central portion, the region in contact with the drain end of the gate electrode is likely to be destroyed.

このため、特許文献3(特開平11−13573号公報)及び非特許文献2(Ming-Dou Ker, Che-Hao Chuang, "ESD Implantations in 0.18-μm Salicided CMOS Technology for On-Chip ESD Protection with Layout Consideration" Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits, 2001. IPFA 2001. Proceedings of the 2001 8th International Symposium on 9-13 July 2001, pp-85-90)においては、シリサイドブロッキング領域を枠状とし、ドレイン領域の幅方向における端部にもシリサイドブロッキング領域を設ける技術が開示されている。図11は特許文献3及び非特許文献2に記載された従来のESD保護素子を示す平面図である。図11に示すように、この従来のESD保護素子においては、基板122上にゲート電極123が設けられており、P型ウエルの表面における平面視でゲート電極123を挟む領域にソース領域124及びドレイン領域125が形成されている。そして、ドレイン領域125の表面における中央部にはコンタクト126が設けられている。また、ドレイン領域125の表面においては、このコンタクト126を囲むように、シリサイドブロッキング領域127が設定されており、ドレイン領域125の表面におけるシリサイドブロッキング領域127以外の領域にはシリサイド層(図示せず)が形成されている。これは、コンタクトが形成される領域には、シリサイドを残さなければならないという製造プロセス上の制約から、このような形状になる。そして、シリサイドブロッキング領域127の幅方向の長さL2を十分に大きくしている。これにより、ドレイン領域における幅方向の端部に大電流が流れることを防止でき、ESDの保護性能を向上させることができる。なお、特許文献4(特許第3430080号)には、これを改良した発明が開示されている。   Therefore, Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-13573) and Non-Patent Document 2 (Ming-Dou Ker, Che-Hao Chuang, “ESD Implantations in 0.18-μm Salicided CMOS Technology for On-Chip ESD Protection with Layout Consideration” "Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits, 2001. IPFA 2001. Proceedings of the 2001 8th International Symposium on 9-13 July 2001, pp-85-90). A technique for providing a silicide blocking region at the end of the substrate is also disclosed. FIG. 11 is a plan view showing a conventional ESD protection element described in Patent Document 3 and Non-Patent Document 2. FIG. As shown in FIG. 11, in this conventional ESD protection element, a gate electrode 123 is provided on a substrate 122, and a source region 124 and a drain are arranged in a region sandwiching the gate electrode 123 in a plan view on the surface of a P-type well. Region 125 is formed. A contact 126 is provided at the center of the surface of the drain region 125. A silicide blocking region 127 is set on the surface of the drain region 125 so as to surround the contact 126, and a silicide layer (not shown) is formed in a region other than the silicide blocking region 127 on the surface of the drain region 125. Is formed. This is because of the manufacturing process restriction that silicide must be left in the region where the contact is formed. The length L2 in the width direction of the silicide blocking region 127 is made sufficiently large. Thereby, it is possible to prevent a large current from flowing in the end portion in the width direction in the drain region, and it is possible to improve the ESD protection performance. Patent Document 4 (Japanese Patent No. 343080) discloses an invention in which this is improved.

米国特許5498892号US Pat. No. 5,498,892 特許第2773221号Japanese Patent No. 2773221 Christian Russ, et. al. "Non-Uniform Triggering of gg-nMOSt Investigated by Combined Emission Microscopy and Transmission Line Pulsing " Electrical Overstress/Electrostatic Discharge Symposium Proceedings, 1998 ,(1998) pp.177-186Christian Russ, et. Al. "Non-Uniform Triggering of gg-nMOSt Investigated by Combined Emission Microscopy and Transmission Line Pulsing" Electrical Overstress / Electrostatic Discharge Symposium Proceedings, 1998, (1998) pp.177-186 特開平11−13573号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-13573 Ming-Dou Ker, Che-Hao Chuang, "ESD Implantations in 0.18-μm Salicided CMOS Technology for On-Chip ESD Protection with Layout Consideration" Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits, 2001. IPFA 2001. Proceedings of the 2001 8th International Symposium on 9-13 July 2001, pp-85-90Ming-Dou Ker, Che-Hao Chuang, "ESD Implantations in 0.18-μm Salicided CMOS Technology for On-Chip ESD Protection with Layout Consideration" Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits, 2001. IPFA 2001. Proceedings of the 2001 8th International Symposium on 9-13 July 2001, pp-85-90 特許第3430080号Japanese Patent No. 343080

しなしながら、上述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。図11に示す従来の技術において、長さL2の値は慎重に決定する必要がある。例えば、長さL2が小さいと、ドレインコンタクトが配置されているシリサイド層の側面から流れ出る電流経路131が存在すると共に、シリサイド層の角部は電界が強いため、この角部から流れ出る電流経路132が存在するため、これらの電流経路が重なり合って、ゲート・ドレイン端部に電流が集中する。   However, the above-described conventional technology has the following problems. In the conventional technique shown in FIG. 11, the value of the length L2 needs to be determined carefully. For example, when the length L2 is small, there is a current path 131 that flows out from the side surface of the silicide layer in which the drain contact is disposed, and the corner portion of the silicide layer has a strong electric field, so the current path 132 that flows out from this corner portion is Therefore, these current paths overlap each other, and the current concentrates at the gate / drain ends.

実際には、長さL1及びL2の最適値は相互に関連しており、素子設計にあたって明確な距離を規定できず、長さL2の値を必要以上に大きく設定する傾向がある。長さL2を大きく設定すると、ドレイン領域の端部に電流が集中することを抑制でき、ESD保護素子が破壊されることを防止できる。しかし、ドレイン領域を流れる電流は、バラスト抵抗領域を流れて、ゲートに接するシリサイド層に到達した後に、多少、横方向に広がってゆくので、トランジスタの実効的な幅が厳密に長さL2だけ減少するわけではないが、それでも、長さL2の割合を大きくすれば、一定の割合で、トランジスタの実効的な幅が減少する。回路設計上、トランジスタを、幅が約10〜20μmの小さなトランジスタに細かく分割する場合もあるが、その場合には特に、長さL2の値の増大がESD保護性能の低下に与える影響が大きくなる。   Actually, the optimum values of the lengths L1 and L2 are related to each other, and a clear distance cannot be defined in element design, and the value of the length L2 tends to be set larger than necessary. When the length L2 is set to be large, it is possible to suppress current concentration at the end of the drain region and to prevent the ESD protection element from being destroyed. However, since the current flowing through the drain region flows through the ballast resistor region and reaches the silicide layer in contact with the gate, the current spreads slightly in the lateral direction, so that the effective width of the transistor is strictly reduced by the length L2. However, if the length L2 is increased, the effective width of the transistor decreases at a constant rate. In terms of circuit design, the transistor may be finely divided into small transistors having a width of about 10 to 20 μm. In this case, particularly, an increase in the value of the length L2 has a great influence on the deterioration of the ESD protection performance. .

また、この長さL2の領域は、ESD保護素子としてのトランジスタの駆動にはほとんど寄与していないにもかかわらず、トランジスタのICとしての通常動作時には、この領域も駆動されるために、寄生容量を発生させてしまうという欠点がある。また、この長さL2の領域は、ESDに対する保護性能にはほとんど寄与していないにもかかわらず、半導体集積回路中において一定の面積を占有するため、半導体集積回路全体の面積効率が低下するという問題点もある。   In addition, although the region of the length L2 hardly contributes to the driving of the transistor as the ESD protection element, this region is also driven during the normal operation as the IC of the transistor. There is a drawback of generating. In addition, the area of the length L2 occupies a certain area in the semiconductor integrated circuit although it hardly contributes to the protection performance against ESD, so that the area efficiency of the entire semiconductor integrated circuit is reduced. There are also problems.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、設計が容易で、ドレイン領域のゲート幅方向の端部における電流集中を抑制でき、ESDに対する保護性能が高く、レイアウト面積を低減できる静電気放電保護素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and is easy to design, can suppress current concentration at the end of the drain region in the gate width direction, has high ESD protection performance, and can reduce the layout area. An object is to provide a discharge protection element.

本発明に係る静電気放電保護素子は、少なくとも表面の一部に第1導電型領域が形成された基板と、前記第1導電型領域の表面に第1の方向に沿って交互に且つ相互間にチャネル領域を形成するように形成された第1及び第2の第2導電型領域と、を有し、前記第1の第2導電型領域は、前記第2の第2導電型領域に対向する位置に設けられた2つの第1領域と、この2つの第1領域間の領域であってその前記第1の方向に延びる端縁が前記第1領域における前記第1の方向に延びる端縁よりも凹んだ位置にある第2領域と、を備え、前記第1領域及び第2領域により形成される前記第1の第2導電型領域の凹部内に、不純物濃度が前記第1の第2導電型領域の不純物濃度よりも低い低濃度領域が形成されていることを特徴とする。 An electrostatic discharge protection element according to the present invention includes a substrate having a first conductivity type region formed on at least a part of a surface thereof, and alternately on the surface of the first conductivity type region along a first direction. First and second second conductivity type regions formed so as to form a channel region, and the first second conductivity type region faces the second second conductivity type region. Two first regions provided at a position, and an edge between the two first regions and extending in the first direction from an edge extending in the first direction in the first region A second region in a recessed position, and an impurity concentration in the recess of the first second conductivity type region formed by the first region and the second region is the first second conductivity. A low concentration region lower than the impurity concentration of the mold region is formed .

更にまた、前記第1領域及び第2領域により形成される前記第1の第2導電型領域の凹部内における前記第1の第2導電型領域から電気的に分離され前記第1導電型領域に接続された位置に、他の第1導電型領域が形成されていてもよく、このとき、1の前記第1の第2導電型領域の凹部内に形成された前記他の第1導電型領域が、他の前記第1の第2導電型領域の凹部内に形成された前記他の第1導電型領域に接続されていてもよい。これにより、第1導電型領域の電位を均一にし、1のフィンガーがスナップバックしたときに、確実に他のフィンガーもスナップバックさせることができる。この結果、静電気放電に対する保護性能が向上する。   Furthermore, the first conductivity type region is electrically separated from the first second conductivity type region in the recess of the first second conductivity type region formed by the first region and the second region. Another first conductivity type region may be formed at the connected position, and at this time, the other first conductivity type region formed in the recess of one of the first second conductivity type regions. However, it may be connected to the other first conductivity type region formed in the recess of the other first second conductivity type region. As a result, the potential of the first conductivity type region can be made uniform, and when one finger snaps back, the other fingers can surely snap back. As a result, the protection performance against electrostatic discharge is improved.

更にまた、前記第1の第2導電型領域は、各前記第1領域から他の前記第1領域に向かう方向に延出した延出部を有していてもよい。これにより、この延出部が放熱フィンとして機能し、第1の第2導電型領域とチャネル領域との境界面において発生した熱が、延出部を経由して基板中に拡散される。この結果、静電気放電保護素子が熱により破壊されることを一層確実に防止できる。   Furthermore, the first second conductivity type region may have an extending portion extending in a direction from each first region toward the other first region. Thereby, this extension part functions as a heat radiation fin, and the heat generated at the boundary surface between the first second conductivity type region and the channel region is diffused into the substrate via the extension part. As a result, it is possible to more reliably prevent the electrostatic discharge protection element from being destroyed by heat.

更にまた、前記第1領域上に設けられ前記第1領域に接続され前記第1の方向に直交する第2の方向に配列された複数のコンタクトと、この複数のコンタクトを相互に接続する配線と、を有していてもよい。これにより、第1領域の各部がコンタクト及び配線により相互に接続されるため、第2方向における第1領域の電位を均一にすることができ、第1領域の特定の部分に電流が集中することを抑制できる。   Furthermore, a plurality of contacts provided on the first region and connected to the first region and arranged in a second direction orthogonal to the first direction, and wirings connecting the plurality of contacts to each other , May be included. Thereby, since each part of the 1st field is mutually connected by contact and wiring, the potential of the 1st field in the 2nd direction can be made uniform, and current concentrates on a specific part of the 1st field. Can be suppressed.

本発明によれば、第1の第2導電型領域の第2領域の端縁が第1領域の端縁よりも凹んだ位置にあるため、第1領域の端部に電流が集中することを抑制できる。この結果、シリサイドブロッキング領域が不必要に大きくなることを防止できるため、静電気放電保護素子のレイアウト面積を低減することができる。また、静電気放電保護素子の保護性能を向上させることができる。   According to the present invention, since the edge of the second region of the first second conductivity type region is in a position recessed from the edge of the first region, current is concentrated at the end of the first region. Can be suppressed. As a result, the silicide blocking region can be prevented from becoming unnecessarily large, so that the layout area of the electrostatic discharge protection element can be reduced. In addition, the protection performance of the electrostatic discharge protection element can be improved.

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は本実施形態に係る静電気放電保護素子(ESD保護素子)を示す平面図である。図1に示すように、本実施形態に係るESD保護素子1は、P型シリコン基板(図示せず)の表面に形成されたPウエル2の表面及びPウエル2上に形成されている。ESD保護素子1においては、Pウエル2上に複数本のゲート電極3が相互に平行に設けられている。なお、図1においては、便宜上ゲート電極3は2本しか示されていないが、3本以上のゲート電極3が設けられていてもよい。これは、後述する他の実施形態においても同様である。そして、Pウエル2の表面におけるゲート電極3の直下域はチャネル領域(図示せず)となっており、このチャネル領域を挟むように、n型領域であるソース領域4及びドレイン領域5が形成されている。即ち、ソース領域4及びドレイン領域5は、ゲート電極3の配列方向(以下、方向11という)に沿って、交互に且つ相互に離隔して配置されており、あるチャネル領域間の領域にはソース領域4又はドレイン領域5のいずれかが形成されている。そして、方向11におけるESD保護素子1の両端部には、例えばソース領域4が形成されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a plan view showing an electrostatic discharge protection element (ESD protection element) according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the ESD protection element 1 according to this embodiment is formed on the surface of a P well 2 formed on the surface of a P-type silicon substrate (not shown) and on the P well 2. In the ESD protection element 1, a plurality of gate electrodes 3 are provided on the P well 2 in parallel with each other. In FIG. 1, only two gate electrodes 3 are shown for convenience, but three or more gate electrodes 3 may be provided. The same applies to other embodiments described later. A region immediately below the gate electrode 3 on the surface of the P well 2 is a channel region (not shown), and a source region 4 and a drain region 5 which are n + -type regions are formed so as to sandwich the channel region. Has been. That is, the source region 4 and the drain region 5 are arranged alternately and spaced apart from each other along the arrangement direction of the gate electrodes 3 (hereinafter referred to as direction 11). Either the region 4 or the drain region 5 is formed. For example, source regions 4 are formed at both ends of the ESD protection element 1 in the direction 11.

各ドレイン領域5においては、チャネル領域に接するように端部領域6が2ヶ所設けられており、端部領域6間の領域は中央領域7となっている。ドレイン領域5において、端部領域6のゲート電極3の長手方向(以下、方向12という)における長さは、ソース領域4の方向12における長さと等しい。そして、中央領域7の12における長さは、端部領域6の方向12における長さよりも短く、中央領域7における方向11に延びる端縁7aは、端部領域6における方向11に延びる端縁6aよりも凹んだ位置にある。即ち、端部領域6の端縁6aはソース領域4の方向11に延びる端縁4aの延長線上にあるが、中央領域7の端縁7aはそれよりもESD保護素子1の内側にある。そして、これにより、ドレイン領域5に凹部5aが形成されている。   In each drain region 5, two end regions 6 are provided in contact with the channel region, and a region between the end regions 6 is a central region 7. In the drain region 5, the length of the end region 6 in the longitudinal direction (hereinafter referred to as direction 12) of the gate electrode 3 is equal to the length in the direction 12 of the source region 4. The length of the central region 7 in 12 is shorter than the length of the end region 6 in the direction 12, and the end edge 7 a extending in the direction 11 in the central region 7 is the end edge 6 a extending in the direction 11 in the end region 6. It is in a more concave position. That is, the edge 6 a of the end region 6 is on the extension line of the edge 4 a extending in the direction 11 of the source region 4, but the edge 7 a of the central region 7 is further inside the ESD protection element 1. As a result, a recess 5 a is formed in the drain region 5.

また、中央領域7においては、方向11における中央部は方向12に延びるコンタクト形成領域8となっており、方向11におけるコンタクト形成領域8の両脇が方向12に延びるバラスト抵抗領域9となっている。コンタクト形成領域8上には複数のコンタクト10が設けられており、方向12に沿って1列に配列されている。更に、端部領域6は方向12に延びる2つの領域に分けられている。即ち、チャネル領域に近い側の領域13及びチャネル領域から遠い側の領域14である。領域14の形状は矩形であり、方向12における長さは中央領域7の方向12における長さと等しくなっている。また、領域13は領域14を囲むようなコ字形状となっている。なお、コンタクト形成領域8及びバラスト抵抗領域9からなる中央領域7、並びに領域13及び14からなる端部領域6は、ドレイン領域5として不純物イオンの注入により同時に一体的に形成されたものであり、各領域間に実体的な境界はない。   In the central region 7, the central portion in the direction 11 is a contact formation region 8 extending in the direction 12, and both sides of the contact formation region 8 in the direction 11 are ballast resistance regions 9 extending in the direction 12. . A plurality of contacts 10 are provided on the contact formation region 8 and are arranged in a line along the direction 12. Further, the end region 6 is divided into two regions extending in the direction 12. That is, the region 13 near the channel region and the region 14 far from the channel region. The shape of the region 14 is rectangular, and the length in the direction 12 is equal to the length in the direction 12 of the central region 7. The region 13 has a U shape surrounding the region 14. Note that the central region 7 composed of the contact formation region 8 and the ballast resistor region 9 and the end region 6 composed of the regions 13 and 14 are integrally formed at the same time as the drain region 5 by implantation of impurity ions. There are no substantive boundaries between each region.

そして、ソース領域4並びに中央領域7のコンタクト形成領域8及び端部領域6の領域13の表面にはシリサイド層(図示せず)が形成されている。これに対して、中央領域7のバラスト抵抗領域9及び端部領域6の領域14の表面にはシリサイド層は形成されておらず、シリサイドブロッキング領域15となっている。このため、P型シリコン基板の表面に垂直な方向から見て、即ち平面視で、シリサイドブロッキング領域15は、長手方向が方向12である矩形状となっている。   A silicide layer (not shown) is formed on the surfaces of the source region 4, the contact formation region 8 in the central region 7, and the region 13 in the end region 6. On the other hand, no silicide layer is formed on the surfaces of the ballast resistor region 9 in the central region 7 and the region 14 in the end region 6, and the silicide blocking region 15 is formed. For this reason, when viewed from the direction perpendicular to the surface of the P-type silicon substrate, that is, in plan view, the silicide blocking region 15 has a rectangular shape whose longitudinal direction is the direction 12.

また、ソース領域4上には複数のコンタクト16が方向12に沿って1列に配列されている。コンタクト16は接地電位配線(図示せず)に接続されており、ESD保護素子1の動作時には接地電位が印加される。また、コンタクト10は例えば被保護回路(図示せず)の入出力パッド等に接続されており、この入出力パッドにESDによりサージ電流が入力されたときには、コンタクト10にサージ電流が入力されるようになっている。1本のゲート電極3及びその直下域のチャネル領域と、このチャネル領域を挟むソース領域4及びドレイン領域5とにより、1つのMOSトランジスタが形成されており、これが1つのフィンガーになっている。ESD保護素子1においては、このフィンガーが複数個、相互に並列に接続されている。なお、ソース領域4及びドレイン領域5は、相互に隣接するフィンガー間で共有化されており、1のドレイン領域5を共有する2つのフィンガーがフィンガー対となっている。   A plurality of contacts 16 are arranged in a line along the direction 12 on the source region 4. The contact 16 is connected to a ground potential wiring (not shown), and a ground potential is applied when the ESD protection element 1 operates. The contact 10 is connected to, for example, an input / output pad of a protected circuit (not shown). When a surge current is input to the input / output pad by ESD, the surge current is input to the contact 10. It has become. One MOS transistor is formed by one gate electrode 3 and a channel region immediately below the gate electrode 3, and a source region 4 and a drain region 5 sandwiching the channel region, and this constitutes one finger. In the ESD protection element 1, a plurality of fingers are connected in parallel to each other. The source region 4 and the drain region 5 are shared between adjacent fingers, and two fingers sharing one drain region 5 form a finger pair.

更に、P型シリコン基板の表面におけるソース領域4、チャネル領域及びドレイン領域5を囲む領域は、STI(Shallow Trench Isolation:浅溝埋込分離)領域17となっている。なお、STI領域17は、ドレイン領域5の凹部5aにも形成されている。そして、ESD保護素子1の周囲には、例えば接地電位配線に接続されたp型領域からなるガードリング(図示せず)が形成されている。 Further, a region surrounding the source region 4, the channel region and the drain region 5 on the surface of the P-type silicon substrate is an STI (Shallow Trench Isolation) region 17. The STI region 17 is also formed in the recess 5a of the drain region 5. Around the ESD protection element 1, for example, a guard ring (not shown) made of a p + type region connected to a ground potential wiring is formed.

本実施形態における各部の寸法の一例を示す。シリコンブロッキング領域15の幅、即ち方向11における長さL1は例えば2μmであり、ドレイン領域5における凹みの深さ、即ち、端縁6aと端縁7aとの距離L2は例えば1μmであり、領域13の幅、即ち方向11における長さL3は0.5μmであり、中央領域7とチャネル領域との間の距離、即ち、長さL4は0.8μmである。   An example of the dimension of each part in this embodiment is shown. The width L 1 of the silicon blocking region 15, that is, the length L 1 in the direction 11 is, for example, 2 μm. The depth of the recess in the drain region 5, that is, the distance L 2 between the edge 6 a and the edge 7 a is, for example, 1 μm. , That is, the length L3 in the direction 11 is 0.5 μm, and the distance between the central region 7 and the channel region, that is, the length L4 is 0.8 μm.

次に、上述の如く構成された本実施形態に係るESD保護素子の動作について説明する。静電気放電によるサージ電流が被保護回路の入出力パッドに入力されると、このサージ電流がコンタクト10を介してドレイン領域5に流れ込み、ドレイン電圧が上昇する。そして、ドレイン電圧が図11に示す電圧Vt0以上になると、ドレイン領域5とチャネル領域との間のPN接合においてアバランシェブレークダウンが始まり、P型シリコン基板2に基板電流が流れる。このとき、各フィンガーのソース領域4がエミッタとなり、P型シリコン基板2がベースとなり、ドレイン領域5がコレクタとなる寄生バイポーラが形成される。Pウエル2内を流れる基板電流により、Pウエル2内において電位差が生じ、Pウエル2におけるソース領域5の底面付近の電位が、ガードリングに対して上昇する。そして、ドレイン領域5に印加される電圧がスナップバック開始電圧(図11に示す電圧Vt1)に達すると、チャネル領域とソース領域4との間のPN接合が順バイアスされ、前述の寄生パイポーラが導通してスナップバックし、低抵抗状態になる。この結果、より大きな電流が流れるようになる。   Next, the operation of the ESD protection element according to this embodiment configured as described above will be described. When a surge current due to electrostatic discharge is input to the input / output pad of the protected circuit, the surge current flows into the drain region 5 through the contact 10 and the drain voltage increases. When the drain voltage becomes equal to or higher than the voltage Vt0 shown in FIG. 11, avalanche breakdown starts at the PN junction between the drain region 5 and the channel region, and a substrate current flows through the P-type silicon substrate 2. At this time, a parasitic bipolar is formed in which the source region 4 of each finger serves as an emitter, the P-type silicon substrate 2 serves as a base, and the drain region 5 serves as a collector. Due to the substrate current flowing in the P well 2, a potential difference is generated in the P well 2, and the potential near the bottom surface of the source region 5 in the P well 2 rises with respect to the guard ring. When the voltage applied to the drain region 5 reaches the snapback start voltage (voltage Vt1 shown in FIG. 11), the PN junction between the channel region and the source region 4 is forward-biased, and the above-described parasitic bipolar transistor becomes conductive. Snap back and become a low resistance state. As a result, a larger current flows.

このとき、サージ電流は、コンタクト10→コンタクト形成領域8→バラスト抵抗領域9→領域14→領域13→チャネル領域→ソース領域4→コンタクト16→接地電位配線の電流経路で流れる。そして、バラスト抵抗領域9及び領域14の表面にはシリサイド層が形成されていないため、上述の電流経路には所定の抵抗が付加される。この結果、最初にスナップバックしたフィンガーに流れる電流が制限され、電流が他のフィンガーにも入力されることにより、他のフィンガーが次々にスナップバックする。これにより、全てのフィンガーがスナップバックし、入出力パッドに印加されたサージ電流が確実に接地電位配線に逃がされる。   At this time, the surge current flows through the current path of contact 10 → contact formation region 8 → ballast resistance region 9 → region 14 → region 13 → channel region → source region 4 → contact 16 → ground potential wiring. Since no silicide layer is formed on the surfaces of the ballast resistor region 9 and the region 14, a predetermined resistance is added to the above-described current path. As a result, the current flowing through the finger that snapped back first is limited, and the current is also input to the other fingers, so that the other fingers snap back one after another. As a result, all fingers snap back, and the surge current applied to the input / output pads is reliably released to the ground potential wiring.

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態においては、ドレイン領域5において、中央領域7の端縁7aが端部領域6の端縁6a及びソース領域4の端縁4aよりも凹んだ位置にある。このため、コンタクト領域8から端部領域6の端縁6aとチャネル領域とが交わる領域までを直線的に結ぶような電流経路が存在せず、中央領域7の方向12における端部を流れる電流が、端部領域6に流入したときに、方向12に広がるようになっている。これにより、端部領域6の方向12における端部に電流が集中することがない。この結果、ドレイン領域5の端部が熱破壊されることがない。   Next, the effect of this embodiment will be described. In the present embodiment, in the drain region 5, the edge 7 a of the central region 7 is in a position that is recessed from the edge 6 a of the end region 6 and the edge 4 a of the source region 4. Therefore, there is no current path that linearly connects from the contact region 8 to the region where the edge 6a of the end region 6 and the channel region intersect, and the current flowing through the end in the direction 12 of the central region 7 does not exist. When it flows into the end region 6, it spreads in the direction 12. As a result, current does not concentrate at the end in the direction 12 of the end region 6. As a result, the end of the drain region 5 is not thermally destroyed.

また、本実施形態においては、長さL1を選択するだけで、ドレイン抵抗値の大きさを制御できるため、長さL1とL2とを相互に独立して決定することができる。このため、例えば、マルチフィンガー構造の両端部に位置するフィンガー等、電流が集中しやすいフィンガーの抵抗値を高くするなど、レイアウト後にドレイン抵抗値を調整することが容易である。また、素子設計に際して、ドレイン領域の端部における電流の集中を考慮する必要がないため、長さL2の値をドレイン領域の中央部に対する最適値とすればよい。即ち、端部の電流集中を加味して長さL2を大きめに設定する必要がなく、長さL2の最適値を容易に決定することができる。このため、素子設計が容易である。   In the present embodiment, since the drain resistance value can be controlled simply by selecting the length L1, the lengths L1 and L2 can be determined independently of each other. For this reason, it is easy to adjust the drain resistance value after layout, for example, by increasing the resistance value of fingers that tend to concentrate current, such as fingers positioned at both ends of the multi-finger structure. Further, since it is not necessary to consider the current concentration at the end of the drain region when designing the device, the value of the length L2 may be set to the optimum value for the central portion of the drain region. That is, it is not necessary to set the length L2 to be large in consideration of the current concentration at the end, and the optimum value of the length L2 can be easily determined. For this reason, element design is easy.

更に、本実施形態においては、ドレイン領域の面積を小さくできるため、ESD保護素子1を小型化できると共に、寄生容量を低減することができる。   Furthermore, in this embodiment, since the area of the drain region can be reduced, the ESD protection element 1 can be reduced in size and the parasitic capacitance can be reduced.

なお、設計段階ではシリコンブロッキング領域15の形状を矩形としていても、実際に製造するとシリコンブロッキング領域15のコーナー部はある程度丸まってしまう。このため、通常はこのコーナー部に電流が集中することはない。但し、念のため、コーナー部の角を45°に落としてもよい。また、領域13の端部の幅L4を、領域13の中央部の幅L3よりも小さくし、例えば約0.2μmとすると、領域13の端部の抵抗値が増加し、領域13の端部に電流が集中することをより確実に抑制することができる。   Even if the shape of the silicon blocking region 15 is rectangular at the design stage, the corner portion of the silicon blocking region 15 is rounded to some extent when actually manufactured. For this reason, current does not normally concentrate on the corner portion. However, as a precaution, the corner may be dropped to 45 °. Further, when the width L4 of the end portion of the region 13 is made smaller than the width L3 of the central portion of the region 13, for example, about 0.2 μm, the resistance value of the end portion of the region 13 increases and the end portion of the region 13 is increased. It is possible to more reliably suppress the current from concentrating on.

次に、本実施形態の第1の変形例について説明する。図2.1は本変形例に係るESD保護素子を示す平面図である。図2.1に示すように、本変形例においては、領域14の方向12における長さが領域13の長さと等しくなっており、領域13の形状が矩形状となっている。これにより、シリコンブロッキング領域15がドレイン領域5の方向12における端縁まで達している。本変形例における上記以外の構成及び動作は前述の第1の実施形態と同様である。   Next, a first modification of the present embodiment will be described. FIG. 2.1 is a plan view showing an ESD protection element according to this modification. As shown in FIG. 2.1, in this modification, the length of the region 14 in the direction 12 is equal to the length of the region 13, and the shape of the region 13 is rectangular. As a result, the silicon blocking region 15 reaches the edge in the direction 12 of the drain region 5. Other configurations and operations in the present modification are the same as those in the first embodiment described above.

次に、本実施形態の第2の変形例について説明する。図2.2は本変形例に係るESD保護素子を示す平面図である。図2.2に示すように、本変形例においては、ドレイン領域5の端部領域6が領域13及び14に分かれておらず、端部領域6の表面全体にシリサイド層が形成されている。また、バラスト抵抗領域9が、端部領域6に接する領域9aとコンタクト形成領域8に接する領域9bとに分かれている。そして、領域9aの表面にはシリサイド層が形成されており、領域9bの表面にはシリサイド層が形成されていない。即ち、本変形例においては、領域9bがシリサイドブロッキング領域15となっている。方向11における領域9aの長さは、例えば0.3μmである。本変形例における上記以外の構成及び動作は前述の第1の実施形態と同様である。   Next, a second modification of the present embodiment will be described. FIG. 2.2 is a plan view showing an ESD protection element according to this modification. As shown in FIG. 2.2, in this modification, the end region 6 of the drain region 5 is not divided into regions 13 and 14, and a silicide layer is formed on the entire surface of the end region 6. Further, the ballast resistor region 9 is divided into a region 9 a in contact with the end region 6 and a region 9 b in contact with the contact formation region 8. A silicide layer is formed on the surface of the region 9a, and no silicide layer is formed on the surface of the region 9b. That is, in this modification, the region 9 b is the silicide blocking region 15. The length of the region 9a in the direction 11 is 0.3 μm, for example. Other configurations and operations in the present modification are the same as those in the first embodiment described above.

なお、通常、シリサイド層はスパッタリング等により形成するが、シリサイドブロッキング領域15は、シリコン酸化膜をマスクとして、所定の領域にシリサイド層が形成されないようにすることで設定される。従って、通常、レジストによりシリコン酸化膜をパターニングする際に目ずれ、即ち、パターン位置のずれが発生するため、下地となるN領域の端部とシリサイドブロッキング領域の端部との間にオーバーラップ部分又はクリアランス部分が不可避的に発生し、上述の第1及び第2の変形例が生じる。なお、上述の如く、本明細書では、シリサイド層が形成されていない領域をシリサイドブロッキング領域という。 Normally, the silicide layer is formed by sputtering or the like, but the silicide blocking region 15 is set by preventing the silicide layer from being formed in a predetermined region using the silicon oxide film as a mask. Therefore, usually, when patterning the silicon oxide film with a resist, misalignment, that is, misalignment of the pattern position occurs, so that the overlap between the end of the N + region serving as the base and the end of the silicide blocking region occurs. The portion or the clearance portion is inevitably generated, and the above-described first and second modifications are generated. As described above, in this specification, a region in which no silicide layer is formed is referred to as a silicide blocking region.

次に、本実施形態の第3の変形例について説明する。図2.3は本変形例に係るESD保護素子を示す平面図である。図2.3に示すように、本変形例においては、ドレイン領域5の中央領域7において、コンタクト形成領域8の方向12における両端縁がドレイン領域5の両端縁に達しておらず、バラスト抵抗領域9がコンタクト形成領域8を囲むように枠状に形成されている。また、バラスト抵抗領域9内において、コンタクト形成領域8を囲むように、枠状の低濃度N型領域18が設けられている。低濃度N型領域18は半導体装置の製造プロセスにおけるNLDD形成工程において形成されたものであり、その不純物濃度はドレイン領域5における他の領域の濃度よりも低くなっている。また、低濃度N型領域18の角部は、方向11及び12に対して45°の角度になるように、角が落とされている。更に、低濃度N型領域18における方向11における幅L5は、例えば約0.5μmである。   Next, a third modification of the present embodiment will be described. FIG. 2.3 is a plan view showing an ESD protection element according to this modification. As shown in FIG. 2.3, in this modification, in the central region 7 of the drain region 5, both end edges in the direction 12 of the contact formation region 8 do not reach both end edges of the drain region 5. 9 is formed in a frame shape so as to surround the contact formation region 8. Further, in the ballast resistor region 9, a frame-shaped low concentration N-type region 18 is provided so as to surround the contact formation region 8. The low-concentration N-type region 18 is formed in the NLDD formation step in the semiconductor device manufacturing process, and its impurity concentration is lower than the concentration of other regions in the drain region 5. Further, the corners of the low-concentration N-type region 18 are angled so as to form an angle of 45 ° with respect to the directions 11 and 12. Furthermore, the width L5 in the direction 11 in the low concentration N-type region 18 is, for example, about 0.5 μm.

前述の特許文献1(米国特許5498892号)には、ドレイン領域に低濃度N型領域を設ける技術が開示されているが、この技術においては、低濃度N型領域がドレイン領域の全幅にわたって設けられている。このため、低濃度N型領域が素子分離領域と接してしまい、その接合面における抵抗値を制御することが極めて困難になる。この結果、この接合面だけ抵抗値が低くなったり、電界が強くなったりしていまい、その領域で過度に電流が流れてしまう可能性がある。これに対して本変形例においては、低濃度N型領域18の方向12における幅を、方向11における幅よりも大きくしているため、ドレイン領域5の両端部に電流が集中することを防止できる。このため、前記接合面において電流が過度に流れることがない。本変形例における上記以外の構成及び動作は前述の第1の実施形態と同様である。   The above-mentioned Patent Document 1 (US Pat. No. 5,498,892) discloses a technique for providing a low concentration N-type region in the drain region. In this technique, the low concentration N-type region is provided over the entire width of the drain region. ing. For this reason, the low-concentration N-type region is in contact with the element isolation region, and it becomes extremely difficult to control the resistance value at the junction surface. As a result, only the joint surface has a low resistance value or a strong electric field, and current may flow excessively in that region. On the other hand, in the present modification, the width in the direction 12 of the low-concentration N-type region 18 is made larger than the width in the direction 11, so that current can be prevented from concentrating at both ends of the drain region 5. . For this reason, an electric current does not flow excessively on the joint surface. Other configurations and operations in the present modification are the same as those in the first embodiment described above.

次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図3は本実施形態に係るESD保護素子を示す平面図である。図3に示すように、本実施形態に係るESD保護素子においては、凹部5a内に、STI領域ではなく低濃度領域21が形成されている。低濃度領域21は、例えばN型の不純物が注入されている領域であり、その不純物濃度は、ドレイン領域5の不純物濃度よりも低くなっており、従って、低濃度領域21の抵抗値はドレイン領域5の抵抗値よりも高くなっている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態の第1の変形例(図2.1参照)と同様である。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a plan view showing the ESD protection element according to this embodiment. As shown in FIG. 3, in the ESD protection element according to the present embodiment, not the STI region but the low concentration region 21 is formed in the recess 5a. The low concentration region 21 is a region into which, for example, an N-type impurity is implanted, and the impurity concentration is lower than the impurity concentration of the drain region 5, and therefore the resistance value of the low concentration region 21 is the drain region. The resistance value is higher than 5. The configuration other than the above in the present embodiment is the same as that of the first modification (see FIG. 2.1) of the first embodiment described above.

本実施形態においては、凹部5aに低濃度領域21を設けているため、前述の第1の実施形態と比較して放熱効率が高い。このため、仮に、電流がフィンガーを構成するトランジスタの両端部に集中した場合、及びトランジスタの幅が狭く、相対的に凹部5aの面積が大きい場合等において、トランジスタの発熱量が大きくなっても、発生した熱が低濃度領域21を経由して基板に伝導するため、過度な温度上昇を防止することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。なお、低濃度領域21には、P型の不純物が注入されていてもよい。また、シリサイドブロッキング領域の形状を、前述の第1の実施形態又はその変形例と同様にしてもよい。   In the present embodiment, since the low concentration region 21 is provided in the recess 5a, the heat dissipation efficiency is higher than that in the first embodiment. For this reason, even if the amount of heat generated by the transistor increases, for example, when the current is concentrated at both ends of the transistor constituting the finger and when the width of the transistor is narrow and the area of the recess 5a is relatively large, Since the generated heat is conducted to the substrate through the low concentration region 21, an excessive temperature rise can be prevented. Other configurations, operations, and effects of the present embodiment are the same as those of the first embodiment. Note that a p-type impurity may be implanted into the low concentration region 21. Further, the shape of the silicide blocking region may be the same as that in the first embodiment or its modification.

次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図4は本実施形態に係るESD保護素子を示す平面図である。図4に示すように、本実施形態に係るESD保護素子においては、Pウエル2の表面におけるドレイン領域5の凹部5a内に、平面視で矩形状のp領域22が形成されている。p領域22は周囲をSTI領域17により囲まれ、これにより、ドレイン領域5からは電気的に分離されており、底面がPウエル2に接続された領域である。そして、各フィンガー対に2つのp領域22が設けられており、各フィンガー対に設けられたp領域22は、上層の配線(図示せず)により相互に接続されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a plan view showing the ESD protection element according to this embodiment. As shown in FIG. 4, in the ESD protection element according to the present embodiment, a rectangular p + region 22 is formed in the recess 5 a of the drain region 5 on the surface of the P well 2 in plan view. The p + region 22 is surrounded by the STI region 17, thereby being electrically isolated from the drain region 5, and the bottom surface is connected to the P well 2. Then, and two p + regions 22 provided on each finger pair, p + region 22 provided in each finger pair are connected to each other by an upper wiring (not shown). Other configurations in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

本実施形態においては、p領域22がPウエル2の電位をピックアップするタップとして機能する。これにより、フィンガー対間でPウエル2の電位を揃えることができる。これにより、1つのフィンガーがスナップバックすると、Pウエル2におけるこのフィンガーの近傍の電位が上昇するが、この電位上昇がp領域22及び上層の配線を介して、Pウエル2における他のフィンガーの近傍にも伝わり、他のフィンガーがスナップバックしやすくなる。なお、これをソフトグラウンドという場合もある。この結果、全てのフィンガーが確実にスナップバックするため、ESDに対する保護性能を向上させることができる。 In the present embodiment, the p + region 22 functions as a tap for picking up the potential of the P well 2. Thereby, the potential of the P well 2 can be made uniform between the finger pairs. As a result, when one finger snaps back, the potential in the vicinity of this finger in the P well 2 rises. This potential rise is caused by the other finger in the P well 2 via the p + region 22 and the upper wiring. It is transmitted to the vicinity, and it becomes easy for other fingers to snap back. This is sometimes referred to as soft ground. As a result, since all the fingers snap back reliably, the protection performance against ESD can be improved.

なお、米国特許6583972号には、ソフトグラウンドを実現したESD保護素子であり、タップをESD保護素子の外部に設ける技術が開示されているが、タップを設ける分だけのレイアウト面積が必要になる。これに対して、本実施形態においては、タップ(p領域22)を凹部5aに設けているため、タップをESD保護素子の外部に設ける場合と比較して、面積効率がよい。 U.S. Pat. No. 6,583,972 discloses an ESD protection element that realizes a soft ground, and discloses a technique in which a tap is provided outside the ESD protection element. However, a layout area corresponding to the provision of the tap is required. On the other hand, in this embodiment, since the tap (p + region 22) is provided in the recess 5a, the area efficiency is better than in the case where the tap is provided outside the ESD protection element.

なお、p領域22を各フィンガーのゲート電極3に接続してもよい。また、複数のフィンガーのp領域22は、必ずしも上層の配線により相互に接続されていなくてもよい。これは、ドレイン領域5の凹部5aにp領域22を設けることにより、互いに対をなすフィンガーの基板同士がp領域22及びシリサイド層(図示せず)を介して互いに接続されるため、p領域22同士が上層の配線により接続されていなくても、対をなすフィンガー間では基板電位を均一化することができるからである。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。 Note that the p + region 22 may be connected to the gate electrode 3 of each finger. Further, the p + regions 22 of the plurality of fingers do not necessarily have to be connected to each other by the upper layer wiring. This is because by providing the p + region 22 in the recess 5a of the drain region 5, the substrates of the fingers that make a pair are connected to each other via the p + region 22 and a silicide layer (not shown). This is because the substrate potential can be made uniform between the paired fingers even if the + regions 22 are not connected to each other by the upper layer wiring. Operations and effects other than those described above in the present embodiment are the same as those in the first embodiment described above.

次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図5は本実施形態に係るESD保護素子を示す平面図である。図5に示すように、本実施形態に係るESD保護素子においては、p領域22とドレイン領域5との間に、低濃度領域23が形成されている。低濃度領域23の形状は平面視でコ字形状となっており、ドレイン領域5よりも低濃度のN型不純物が注入されている。また、p領域22は、低濃度領域23に接するコ字形状の領域22aと、三方を領域22aに囲まれた矩形の領域22bとを備え、領域22aの表面にはシリサイド層が形成されておらず、領域22bの表面にはシリサイド層が形成されている。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a plan view showing the ESD protection element according to this embodiment. As shown in FIG. 5, in the ESD protection element according to this embodiment, a low concentration region 23 is formed between the p + region 22 and the drain region 5. The shape of the low concentration region 23 is a U shape in plan view, and an N-type impurity having a concentration lower than that of the drain region 5 is implanted. The p + region 22 includes a U-shaped region 22a in contact with the low concentration region 23 and a rectangular region 22b surrounded on three sides by the region 22a, and a silicide layer is formed on the surface of the region 22a. In addition, a silicide layer is formed on the surface of the region 22b.

本実施形態においては、p領域22が低濃度領域23を介してドレイン領域5に熱的に接続されているため、前述の第3の実施形態と比較して、放熱効率が高い。また、p領域22とドレイン領域5との間はダイオード抵抗が低いため、ドレイン領域5の電位がp領域22に伝わりやすく、従って、フィンガー間で電位が均一化されやすい。この結果、前述の第3の実施形態と比較して、フィンガー間の電位を同一に保つソフトグラウンド効果が高い。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第3の実施形態と同様である。 In the present embodiment, since the p + region 22 is thermally connected to the drain region 5 through the low concentration region 23, the heat dissipation efficiency is higher than that in the third embodiment. In addition, since the diode resistance is low between the p + region 22 and the drain region 5, the potential of the drain region 5 is easily transmitted to the p + region 22, and therefore, the potential is easily made uniform between the fingers. As a result, compared to the third embodiment described above, the soft ground effect that keeps the potential between fingers the same is high. Configurations, operations, and effects other than those described above in the present embodiment are the same as those in the third embodiment described above.

次に、本発明の第5の実施形態について説明する。図6は本実施形態に係るESD保護素子を示す平面図である。図6に示すように、本実施形態に係るESD保護素子においては、前述の第1の実施形態に係るESD保護素子に対して、領域13から凹部5a内に向かって延出した延出部24が設けられている点が異なっている。延出部24は領域13と一体的に形成されており、ドレイン領域5の一部である。即ち、ドレイン領域5は、各領域13から、この領域13と同じドレイン領域5に属する他の領域13に向かう方向に延出した延出部24を備えている。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a plan view showing the ESD protection element according to this embodiment. As shown in FIG. 6, in the ESD protection element according to the present embodiment, the extended portion 24 that extends from the region 13 into the recess 5 a with respect to the ESD protection element according to the first embodiment described above. Is different. The extension 24 is formed integrally with the region 13 and is a part of the drain region 5. That is, the drain region 5 includes an extending portion 24 that extends from each region 13 in a direction toward another region 13 belonging to the same drain region 5 as the region 13.

また、凹部5aにおける延出部24が形成されていない領域には、STI領域17が形成されている。更に、本実施形態におけるESD保護素子においては、シリコンブロッキング領域15が枠状に形成されており、バラスト抵抗領域9及び領域13の他に、延出部24における中央領域7に対向する領域、及びコンタクト形成領域8の方向12における両端部も、シリコンブロッキング領域15となっている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。   In addition, an STI region 17 is formed in a region where the extended portion 24 is not formed in the recess 5a. Furthermore, in the ESD protection element in the present embodiment, the silicon blocking region 15 is formed in a frame shape, in addition to the ballast resistor region 9 and the region 13, a region facing the central region 7 in the extending portion 24, and Both end portions in the direction 12 of the contact formation region 8 are also silicon blocking regions 15. Other configurations in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

本実施形態においては、ドレイン領域5とチャネル領域との境界付近で発生した熱が、延出部24に伝わり、延出部24からP型シリコン基板に拡散することにより、前記境界付近の温度上昇を防止することができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。なお、前述の第2及び第4の実施形態においても、本実施形態と同様な放熱効果が得られる。   In the present embodiment, the heat generated near the boundary between the drain region 5 and the channel region is transferred to the extension portion 24 and diffuses from the extension portion 24 to the P-type silicon substrate, thereby increasing the temperature near the boundary. Can be prevented. Operations and effects other than those described above in the present embodiment are the same as those in the first embodiment described above. In the second and fourth embodiments described above, the same heat dissipation effect as in this embodiment can be obtained.

なお、本実施形態において、シリコンブロッキング領域15を方向12に沿って伸ばし、延出部24の全体がシリコンブロッキング領域15に含まれるようにしてもよい。また、凹部5aにおける延出部24が形成されていない領域には、STI領域17の替わりに低濃度領域21(図3参照)と同様な低濃度領域を設けてもよい。   In the present embodiment, the silicon blocking region 15 may be extended along the direction 12 so that the entire extending portion 24 is included in the silicon blocking region 15. Further, a low concentration region similar to the low concentration region 21 (see FIG. 3) may be provided in place of the STI region 17 in the region where the extension 24 in the recess 5a is not formed.

次に、本発明の第6の実施形態について説明する。図7は本実施形態に係るESD保護素子を示す平面図である。図7に示すように、本実施形態においては、前述の第3の実施形態と比較して、p領域22が大きく形成されている。また、端部領域6上に複数のコンタクト26が方向12に沿って1列に設けられており、1つの端部領域6上に設けられた複数のコンタクト26は、コンタクト26上に設けられた金属配線27により相互に接続されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第3の実施形態と同様である。 Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a plan view showing the ESD protection element according to this embodiment. As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the p + region 22 is formed larger than the third embodiment described above. Further, a plurality of contacts 26 are provided in one row along the direction 12 on the end region 6, and a plurality of contacts 26 provided on one end region 6 are provided on the contact 26. They are connected to each other by metal wiring 27. Other configurations in the present embodiment are the same as those in the third embodiment described above.

前述の第3の実施形態において、Pウエル電位ピックアップ用のp領域22を大きく形成すると、凹部5aの深さ、即ち、長さL2が大きくなるため、端部領域6における方向12に延びる電流経路の抵抗が大きくなる。このため、電流が端部領域6の幅方向12における両端部を流れにくくなり、中央部分に集中してしまう。これに対して、本実施形態においては、端部領域6上にコンタクト26及び金属配線27を設けているため、端部領域6の方向12における抵抗が下がり、電流を幅方向に均一に流すことができる。この結果、ESDに対する保護性能が向上する。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第3の実施形態と同様である。 In the third embodiment described above, when the p + region 22 for picking up the P well potential is formed large, the depth of the recess 5a, that is, the length L2 is increased, so that the current extending in the direction 12 in the end region 6 is increased. The resistance of the path increases. For this reason, the current is less likely to flow through both end portions in the width direction 12 of the end region 6 and is concentrated in the central portion. On the other hand, in this embodiment, since the contact 26 and the metal wiring 27 are provided on the end region 6, the resistance in the direction 12 of the end region 6 decreases, and the current flows uniformly in the width direction. Can do. As a result, the protection performance against ESD is improved. Operations and effects other than those described above in the present embodiment are the same as those in the third embodiment described above.

なお、前述の各実施形態においては、シリコン基板の表面に形成されたNチャネルMOS型ESD保護素子について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、SOI基板の表面に形成されたNチャネルMOS型ESD保護素子であってもよく、シリコン基板又はSOI基板の表面に形成されたPチャネルMOS型ESD保護素子であってもよい。また、保護素子の種類も、入出力保護素子に限らず、電源保護素子等の各種保護素子であってもよい。更に、ESD保護素子を構成するMOSトランジスタは、ゲートが抵抗を介して接地電極に接続されているggMOS(gate-grounded MOS)であってもよく、また、gate−couple構造又はdynamic−gate−floating構造等、サージ電流によってゲート電位を制御する構造を持つトランジスタであってもよい。   In each of the above-described embodiments, the N-channel MOS type ESD protection element formed on the surface of the silicon substrate has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, the N-channel MOS type ESD protection element formed on the surface of the SOI substrate. It may be a channel MOS type ESD protection element, or may be a P channel MOS type ESD protection element formed on the surface of a silicon substrate or SOI substrate. Further, the type of the protective element is not limited to the input / output protective element, and may be various protective elements such as a power supply protective element. Further, the MOS transistor constituting the ESD protection element may be a ggMOS (gate-grounded MOS) whose gate is connected to the ground electrode through a resistor, and is a gate-coupled structure or a dynamic-gate-floating. A transistor having a structure in which the gate potential is controlled by a surge current, such as a structure, may be used.

本発明の第1の実施形態に係るESD保護素子を示す平面図である。It is a top view which shows the ESD protection element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. この第1の実施形態の第1の変形例に係るESD保護素子を示す平面図である。It is a top view which shows the ESD protection element which concerns on the 1st modification of this 1st Embodiment. この第1の実施形態の第2の変形例に係るESD保護素子を示す平面図である。It is a top view which shows the ESD protection element which concerns on the 2nd modification of this 1st Embodiment. この第1の実施形態の第3の変形例に係るESD保護素子を示す平面図である。It is a top view which shows the ESD protection element which concerns on the 3rd modification of this 1st Embodiment. 本発明の第2の実施形態に係るESD保護素子を示す平面図である。It is a top view which shows the ESD protection element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るESD保護素子を示す平面図である。It is a top view which shows the ESD protection element which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係るESD保護素子を示す平面図である。It is a top view which shows the ESD protection element which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係るESD保護素子を示す平面図である。It is a top view which shows the ESD protection element which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係るESD保護素子を示す平面図である。It is a top view which shows the ESD protection element which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 従来のMOS型保護素子であるNMOSFETのスナップバック現象を利用した入力保護素子を示す平面図である。It is a top view which shows the input protection element using the snapback phenomenon of NMOSFET which is the conventional MOS type protection element. 図8に示すA−A’線による断面及びその等価回路を示す図である。It is a figure which shows the cross section and the equivalent circuit by the A-A 'line shown in FIG. 横軸にこの保護素子に印加される電圧をとり縦軸にこの保護素子に流れる電流をとってこのMOS型保護素子の動作特性を示すグラフ図である。It is a graph showing the operating characteristics of this MOS type protection element, with the voltage applied to the protection element on the horizontal axis and the current flowing through the protection element on the vertical axis. 特許文献2に記載された従来のESD保護素子を示す平面図である。It is a top view which shows the conventional ESD protection element described in patent document 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1;ESD保護素子
2;Pウエル
3;ゲート電極
4;ソース領域
4a;端縁
5;ドレイン領域
5a;凹部
6;端部領域
6a;端縁
7;中央領域
7a;端縁
8;コンタクト形成領域
9;バラスト抵抗領域
9a、9b;領域
10;コンタクト
11;ゲート電極3の配列方向
12;ゲート電極3の長手方向
13;チャネル領域に近い側の領域
14;チャネル領域から遠い側の領域
15;シリサイドブロッキング領域
16;コンタクト
17;STI領域
18;低濃度N型領域
21;低濃度領域
22;p領域
22a、22b;領域
23;低濃度領域
24;延出部
26;コンタクト
27;金属配線
101;MOS型保護素子
102;P型基板
103;ゲート電極
104;チャネル領域
105;ソース領域
106;ドレイン領域
107;コンタクト
108;ガードリング
109;接地配線
110;入力パッド
111;MOSFET
112、113;線
122;基板
123;ゲート電極
124;ソース領域
125;ドレイン領域
126;コンタクト
127;シリサイドブロッキング領域
131、132;電流経路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; ESD protection element 2; P well 3; Gate electrode 4; Source region 4a; Edge 5; Drain region 5a; Concave part 6; End region 6a; Edge 7: Central region 7a; 9; Ballast resistance region 9a, 9b; Region 10; Contact 11; Arrangement direction of gate electrode 3 12; Longitudinal direction of gate electrode 3 13: Region closer to channel region 14; Region far from channel region 15; Blocking region 16; contact 17; STI region 18; low concentration N-type region 21; low concentration region 22; p + region 22a, 22b; region 23; low concentration region 24; extension 26; contact 27; MOS type protection element 102; P type substrate 103; Gate electrode 104; Channel region 105; Source region 106; Drain region 107; contact 108; guard ring 109; ground wiring 110; input pad 111; MOSFET
112, 113; line 122; substrate 123; gate electrode 124; source region 125; drain region 126; contact 127; silicide blocking region 131, 132;

Claims (7)

少なくとも表面の一部に第1導電型領域が形成された基板と、前記第1導電型領域の表面に第1の方向に沿って交互に且つ相互間にチャネル領域を形成するように形成された第1及び第2の第2導電型領域と、を有し、前記第1の第2導電型領域は、前記第2の第2導電型領域に対向する位置に設けられた2つの第1領域と、この2つの第1領域間の領域であってその前記第1の方向に延びる端縁が前記第1領域における前記第1の方向に延びる端縁よりも凹んだ位置にある第2領域と、を備え、前記第1領域及び第2領域により形成される前記第1の第2導電型領域の凹部内に、不純物濃度が前記第1の第2導電型領域の不純物濃度よりも低い低濃度領域が形成されていることを特徴とする静電気放電保護素子。 A substrate having a first conductivity type region formed on at least a part of the surface, and a channel region formed alternately and along the first direction on the surface of the first conductivity type region. First and second second conductivity type regions, wherein the first second conductivity type region is two first regions provided at positions facing the second second conductivity type region. And a second region which is a region between the two first regions and whose end edge extending in the first direction is recessed from the end edge extending in the first direction in the first region; In the recess of the first second conductivity type region formed by the first region and the second region, the impurity concentration is lower than the impurity concentration of the first second conductivity type region. An electrostatic discharge protection element having a region formed therein . 前記第1領域及び第2領域により形成される前記第1の第2導電型領域の凹部内における前記第1の第2導電型領域から電気的に分離され前記第1導電型領域に接続された位置に、他の第1導電型領域が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の静電気放電保護素子。 The first conductivity type region is electrically isolated from the first second conductivity type region in the recess of the first second conductivity type region formed by the first region and the second region, and is connected to the first conductivity type region. in position, the electrostatic discharge protection device according to claim 1, wherein the other of the first conductivity type region is formed. 前記第1の第2導電形領域の凹部内に形成された前記他の第1導電型領域が、他の前記第1の第2導電型領域の凹部内に形成された前記他の第1導電型領域に接続されていることを特徴とする請求項に記載の静電気放電保護素子。 Wherein the other of the first conductivity type region formed in the recess of the first second conductivity type region, a first conductivity of the other formed in the recess of the other of said first second-conductivity-type region The electrostatic discharge protection element according to claim 2 , wherein the electrostatic discharge protection element is connected to a mold region. 前記第1の第2導電型領域とこの第1の第2導電型領域の凹部内に形成された前記他の第1導電型領域との間に、絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項又はに記載の静電気放電保護素子。 An insulating film is formed between the first second conductivity type region and the other first conductivity type region formed in the recess of the first second conductivity type region. The electrostatic discharge protection element according to claim 2 or 3 . 前記第1の第2導電型領域とこの第1の第2導電型領域の凹部内に形成された前記他の第1導電型領域との間に、不純物濃度が前記第1の第2導電型領域の不純物濃度よりも低い低濃度領域が形成されていることを特徴とする請求項又はに記載の静電気放電保護素子。 An impurity concentration between the first second conductivity type region and the other first conductivity type region formed in the recess of the first second conductivity type region is the first second conductivity type. electrostatic discharge protection device according to claim 2 or 3, characterized in that the low concentration region is formed lower than the impurity concentration in the region. 前記第1の第2導電型領域は、各前記第1領域から他の前記第1領域に向かう方向に延出した延出部を有することを特徴とする請求項1に記載の静電気放電保護素子。 2. The electrostatic discharge protection element according to claim 1, wherein the first second conductivity type region has an extending portion extending in a direction from each first region toward the other first region. . 前記第1領域上に設けられ前記第1領域に接続され前記第1の方向に直交する第2の方向に配列された複数のコンタクトと、この複数のコンタクトを相互に接続する配線と、を有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の静電気放電保護素子。 A plurality of contacts provided on the first region and connected to the first region and arranged in a second direction orthogonal to the first direction; and a wiring for connecting the plurality of contacts to each other. The electrostatic discharge protection element according to any one of claims 1 to 6 .
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