JP5022013B2 - Semiconductor device for electrostatic protection and compound IC for automobile - Google Patents

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Description

本発明は、集積回路等を静電気から保護するための静電気保護用半導体装置に関するものであり、特に、SCR構造を有するものに関する。   The present invention relates to a semiconductor device for electrostatic protection for protecting an integrated circuit or the like from static electricity, and more particularly to a device having an SCR structure.

自動車用ICは、アナログやデジタル制御回路、ドライバー用パワーMOSなどを一体とした統合化が進んでおり、動作電圧に関しては、バッテリー電圧系と数V電圧系などの多電圧に対応した構成となっている。このような自動車用のICは複合ICと呼ばれ、同一IC基板内にバイボーラ素子、CMOS素子、横型パワーMOSなどを作り込んだ構造となっている。   Automotive ICs are being integrated with analog and digital control circuits, power MOS for drivers, etc., and the operating voltage is configured to support multiple voltages such as battery voltage system and several V voltage system. ing. Such an automobile IC is called a composite IC, and has a structure in which a bipolar element, a CMOS element, a lateral power MOS, and the like are formed in the same IC substrate.

自動車用複合ICは、サージやノイズの印加される厳しい車載環境のもとで正常動作を要求される。このため、回路素子間が完全に誘電体分離されるSOI基板を用いて製造される傾向が高まっている。また、自動車用ICは、静電気破壊に対する耐圧規格も厳しく、通常15kV〜25kVの非常に高い静電気耐圧に対する保障を必要としている。   A composite IC for an automobile is required to operate normally under a severe on-vehicle environment to which a surge or noise is applied. For this reason, the tendency to manufacture using an SOI substrate in which circuit elements are completely dielectrically separated is increasing. In addition, automotive ICs have strict withstand voltage standards against electrostatic breakdown, and usually require a guarantee against a very high electrostatic withstand voltage of 15 kV to 25 kV.

一般に、入力端子のESD(静電気放電)保護には、特許文献1、2等に記載があるようにダイオードが用いられている。図9は、従来のSOI基板に形成されたESD保護素子としての表面型ダイオードを示す図である。半導体基板表面にp型拡散領域とn型拡散領域が一定の間隔で交互に複数配置された構造である。このp型拡散領域とn型拡散領域の形成は、CMOS構造のpウェル拡散層、nウェル拡散層の形成工程を利用する場合が多い。   Generally, a diode is used for ESD (electrostatic discharge) protection of an input terminal as described in Patent Documents 1 and 2 and the like. FIG. 9 is a diagram showing a surface type diode as an ESD protection element formed on a conventional SOI substrate. This is a structure in which a plurality of p-type diffusion regions and n-type diffusion regions are alternately arranged at regular intervals on the surface of the semiconductor substrate. The formation of the p-type diffusion region and the n-type diffusion region often uses a process for forming a p-well diffusion layer and an n-well diffusion layer having a CMOS structure.

一方、上記のp型拡散領域とn型拡散領域を用いて、SCR(サイリスタ)構造のESD保護素子も形成することができ、特許文献3〜5にその構造の一例が示されている。SCR素子は、ラッチアップ動作を起こすと内部抵抗が非常に低くなり、大電流を駆動できるため、ESD耐圧性能に優れた素子を実現できる。このようなSCR構造のESD保護素子は、ラッチアップ時の保持電圧は数ボルトであり、微細MOS集積回路に対して主に適用されている。   On the other hand, an ESD protection element having an SCR (thyristor) structure can also be formed by using the p-type diffusion region and the n-type diffusion region, and Patent Documents 3 to 5 show examples of the structure. When a latch-up operation occurs, the SCR element has a very low internal resistance and can drive a large current, so that an element with excellent ESD withstand voltage performance can be realized. Such an ESD protection element having an SCR structure has a holding voltage of several volts at the time of latch-up, and is mainly applied to a fine MOS integrated circuit.

また、自動車用ICでのESD保護素子の動作電圧設計範囲は、バッテリー電源系回路では、16Vバッテリー電圧値に入力信号の電圧変動マージンを考慮して、一般に下限電圧20V以上の範囲で動作することが求められる。上限電圧は、内部回路への入力抵抗などや内部回路入部での耐圧にも依存するが、一般にできる限り低い電圧であることが望ましく、最も高くても100V以下の電圧範囲で動作が求められる。この、ESD保護素子の動作電圧に関して、図9の表面型ダイオードでは、p型拡散領域とn型拡散領域の間隔を適正な範囲にすることで、動作開始電圧値を決定している。
特開2003−224133 特開2005−203738 特開2002−94001 特開2005−79287 特開2006−74012
In addition, the operating voltage design range of the ESD protection element in the IC for automobiles is that the battery power supply system circuit generally operates within the range of the lower limit voltage of 20V or more in consideration of the voltage fluctuation margin of the input signal in the 16V battery voltage value. Is required. Although the upper limit voltage depends on the input resistance to the internal circuit and the withstand voltage at the internal circuit input portion, it is generally desirable that the upper limit voltage be as low as possible, and operation is required in a voltage range of 100 V or less at the highest. Regarding the operating voltage of the ESD protection element, in the surface type diode of FIG. 9, the operation start voltage value is determined by setting the interval between the p-type diffusion region and the n-type diffusion region within an appropriate range.
JP 2003-224133 A JP 2005-203738 A JP 2002-94001 A JP-A-2005-79287 JP 2006-74012 A

しかしながら、図9のような構造のダイオード素子では、p型拡散領域とn型拡散領域の間隔は、半導体基板最表面部で最も短くなるため、対向する最表面端部で最も電界集中を起こす。また、ESD保護動作時のサージ電流は、p型拡散領域とn型拡散領域の最表面近傍に集中して流れるため、電流集中によるホットスポットが発生する。そのため、高いESD耐圧を得ることは困難である。したがって、自動車用ICに要求されるESD耐圧規格を達成するには、ダイオード接合部の全長が数十mmにも達する素子が必要となってしまう。たとえば、一辺の長さが500μmの短冊形状のパターンでp型拡散領域とn型拡散領域を形成すると、約50組のダイオードパターンの並列接続が必要となる。このような大規模なダイオード素子では配線抵抗も無視できなくなり、ESD時に全体を均一に動作するように配線設計することは容易ではない。その結果として、設計どおりのESD耐圧を得ることが困難となる。また、このような表面型ダイオード素子では動作抵抗が比較的大きく、この点も高いESD耐圧を得にくい要因となっている。   However, in the diode element having the structure as shown in FIG. 9, since the distance between the p-type diffusion region and the n-type diffusion region is the shortest at the outermost surface portion of the semiconductor substrate, the electric field is most concentrated at the opposite outermost surface end portions. In addition, since the surge current during the ESD protection operation concentrates and flows near the outermost surfaces of the p-type diffusion region and the n-type diffusion region, a hot spot due to current concentration occurs. For this reason, it is difficult to obtain a high ESD withstand voltage. Therefore, in order to achieve the ESD withstand voltage standard required for automotive ICs, an element having a diode junction having an overall length of several tens of mm is required. For example, when a p-type diffusion region and an n-type diffusion region are formed in a strip-shaped pattern with a side length of 500 μm, about 50 sets of diode patterns need to be connected in parallel. In such a large-scale diode element, the wiring resistance cannot be ignored, and it is not easy to design the wiring so that the entire device operates uniformly during ESD. As a result, it becomes difficult to obtain the ESD withstand voltage as designed. Further, such a surface type diode element has a relatively large operating resistance, which is also a factor that makes it difficult to obtain a high ESD withstand voltage.

以上のように、図9に示したp型拡散領域とn型拡散領域を対向させた構造のダイオード素子では、拡散領域の端部のみがESD動作用部として機能し、本質的に高いESD耐圧を得ることが困難な構造であり、全長が数十mmに及ぶ大規模なダイオード素子とせざるを得ない。   As described above, in the diode element having the structure in which the p-type diffusion region and the n-type diffusion region are opposed to each other as shown in FIG. 9, only the end portion of the diffusion region functions as an ESD operation portion, and thus has an essentially high ESD withstand voltage. Therefore, it is difficult to obtain a large-scale diode element having a total length of several tens of millimeters.

また、SCR素子は、表面型ダイオードと比べて非常に高いESD耐圧性能が得られるためESD保護素子として理想的ではあるが、ラッチアップ時の保持電圧は数ボルトで自動車用ICでの電源電圧より低く、自動車用ICのESD保護素子として適用するのは困難である。   In addition, the SCR element is ideal as an ESD protection element because it has a very high ESD withstand voltage performance compared to the surface diode, but the holding voltage at the time of latch-up is several volts, which is higher than the power supply voltage in the automotive IC. It is low and difficult to apply as an ESD protection element for automotive ICs.

そこで本発明の目的は、高い保持電圧と高いESD耐圧性能を有する新規なSCR型の静電気保護用半導体装置を実現すること、自動車用ICのESD保護素子として適用できる静電気保護用半導体装置を実現することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to realize a novel SCR type electrostatic protection semiconductor device having a high holding voltage and a high ESD withstand voltage performance, and to realize an electrostatic protection semiconductor device applicable as an ESD protection element for an automotive IC. That is.

第1の発明は、他の素子に対して電気的に分離され、他の素子の静電気破壊を防止するための静電気保護用半導体装置において、第1伝導型で高キャリア濃度の埋め込み領域と、埋め込み領域上に形成された、埋め込み領域よりも低キャリア濃度である第1伝導型の主半導体領域と、主半導体領域の表面に形成された、第2伝導型の第1の拡散領域と、第1の拡散領域の表面に形成された、第1伝導型の第1の電極形成領域、および第2伝導型の第2の電極形成領域と、第1の電極形成領域および第2の電極形成領域と接続する第1の電極と、第1の拡散領域とは離れた領域に形成された、第2伝導型の第2の拡散領域と、第2の拡散領域の表面に形成された第1伝導型の第3の電極形成領域、および第2伝導型の第4の電極形成領域と、第3の電極形成領域および第4の電極形成領域と接続する第2の電極とを有し、第1の拡散領域および第2の拡散領域は、その第1の拡散領域と第2の拡散領域との対向方向に、延長領域を備え、第1の電極を第2の電極に対して正の動作電圧となるよう電圧を印加した時に、第2の拡散領域から埋め込み領域に至る空乏層が形成され、第2の電極を第1の電極に対して正の動作電圧となるよう電圧を印加した時に、前記第1の拡散領域から前記埋め込み領域に至る空乏層が形成される、ことを特徴とする静電気保護用半導体装置である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an electrostatic protection semiconductor device that is electrically isolated from other elements and prevents electrostatic breakdown of the other elements. A first conductive type main semiconductor region having a lower carrier concentration than the buried region, a first conductive type first diffusion region formed on the surface of the main semiconductor region, and a first diffusion region formed on the region; A first conductivity type first electrode formation region, a second conductivity type second electrode formation region, a first electrode formation region and a second electrode formation region formed on the surface of the diffusion region; a first electrode to be connected, and the first diffusion region formed in the distant region, and a second diffusion region of the second conductivity type, formed on the surface of the second diffusion region, a first conductivity A third electrode forming region of the mold, and a fourth electrode forming region of the second conductivity type; 3 and the second electrode connected to the fourth electrode formation region, the first diffusion region and the second diffusion region include the first diffusion region, the second diffusion region, and the second diffusion region. When the voltage is applied so that the first electrode has a positive operating voltage with respect to the second electrode, a depletion layer extending from the second diffusion region to the buried region is formed. When a voltage is applied so that the second electrode has a positive operating voltage with respect to the first electrode, a depletion layer extending from the first diffusion region to the buried region is formed. This is a semiconductor device for electrostatic protection.

第2の発明は、他の素子に対して電気的に分離され、他の素子の静電気破壊を防止するための静電気保護用半導体装置において、第1伝導型で高キャリア濃度の埋め込み領域と、埋め込み領域上に形成された、埋め込み領域よりも低キャリア濃度である第1伝導型の主半導体領域と、主半導体領域の表面に形成された、第2伝導型の第1の拡散領域と、第1の拡散領域の表面に形成された、第1伝導型の第1の電極形成領域、および第2伝導型の第2の電極形成領域と、第1の電極形成領域および第2の電極形成領域と接続する第1の電極と、第1の拡散領域とは離れた領域に形成された、第2伝導型の第2の拡散領域と、第2の拡散領域の表面に形成された、第1伝導型の第3の電極形成領域、および第2伝導型の第4の電極形成領域と、第3の電極形成領域および第4の電極形成領域と接続する第2の電極と、を有し、第1の拡散領域および第2の拡散領域は、その第1の拡散領域と第2の拡散領域との対向方向に、延長領域を備え、第1の拡散領域と第2の拡散領域との対向方向における、延長領域の長さと、埋め込み領域から第1の拡散領域および第2の拡散領域までの縦方向の距離とにより、保持耐圧が決定される、ことを特徴とする静電気保護用半導体装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an electrostatic protection semiconductor device that is electrically isolated from other elements and prevents electrostatic breakdown of the other elements. A first conductive type main semiconductor region having a lower carrier concentration than the buried region, a first conductive type first diffusion region formed on the surface of the main semiconductor region, and a first diffusion region formed on the region; A first conductivity type first electrode formation region, a second conductivity type second electrode formation region, a first electrode formation region and a second electrode formation region formed on the surface of the diffusion region; The first conductive layer formed on the surface of the second diffusion region and the second diffusion region of the second conductivity type formed in a region away from the first electrode to be connected and the first diffusion region. A third electrode forming region of the mold, and a fourth electrode forming region of the second conductivity type; 3, and a second electrode connected to the fourth electrode formation region, and the first diffusion region and the second diffusion region are the first diffusion region and the second diffusion region, respectively. And an extension region in a direction opposite to the first diffusion region and a length of the extension region in a direction opposite to the second diffusion region, and from the buried region to the first diffusion region and the second diffusion region. The electrostatic protection semiconductor device is characterized in that a holding withstand voltage is determined by a distance in a vertical direction.

第3の発明は、他の素子に対して電気的に分離され、他の素子の静電気破壊を防止するための静電気保護用半導体装置において、第1伝導型で高キャリア濃度の埋め込み領域と、埋め込み領域上に形成された、埋め込み領域よりも低キャリア濃度である第1伝導型の主半導体領域と、主半導体領域の表面に形成された、第2伝導型の第1の拡散領域と、第1の拡散領域の表面に形成された、第1伝導型の第1の電極形成領域、および第2伝導型の第2の電極形成領域と、第1の電極形成領域および第2の電極形成領域と接続する第1の電極と、第1の拡散領域とは離れた領域に形成された、第2伝導型の第2の拡散領域と、第2の拡散領域の表面に形成された、第1伝導型の第3の電極形成領域、および第2伝導型の第4の電極形成領域と、第3の電極形成領域および第4の電極形成領域と接続する第2の電極と、を有し、第1の拡散領域および第2の拡散領域は、その第1の拡散領域と第2の拡散領域との対向方向に、延長領域を備え、第1の拡散領域と第2の拡散領域との対向方向における、延長領域の長さは、埋め込み領域から、第1の拡散領域および第2の拡散領域までの縦方向の距離よりも、4μm以上長い、ことを特徴とする静電気保護用半導体装置である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an electrostatic protection semiconductor device that is electrically isolated from other elements and prevents electrostatic breakdown of the other elements. A first conductive type main semiconductor region having a lower carrier concentration than the buried region, a first conductive type first diffusion region formed on the surface of the main semiconductor region, and a first diffusion region formed on the region; A first conductivity type first electrode formation region, a second conductivity type second electrode formation region, a first electrode formation region and a second electrode formation region formed on the surface of the diffusion region; The first conductive layer formed on the surface of the second diffusion region and the second diffusion region of the second conductivity type formed in a region away from the first electrode to be connected and the first diffusion region. A third electrode forming region of the mold, and a fourth electrode forming region of the second conductivity type; 3, and a second electrode connected to the fourth electrode formation region, and the first diffusion region and the second diffusion region are the first diffusion region and the second diffusion region, respectively. The extension region in the opposing direction of the first diffusion region and the second diffusion region has a length from the buried region to the first diffusion region and the second diffusion region. It is a semiconductor device for electrostatic protection, characterized in that it is longer than the distance in the vertical direction by 4 μm or more.

上記第1から第3の発明の構成によると、第1の電極形成領域、第1の拡散領域、主半導体領域によって縦方向にトランジスタが形成され、第3の電極形成領域、第2の拡散領域、主半導体領域によって縦方向にトランジスタが形成され、第1の拡散領域、主半導体領域、第2の拡散領域によって横方向にトランジスタが形成される。したがって、第1の発明の静電気保護用半導体装置は、双方向型SCR構造となっている。極性がないため、一方をアノード側とすれば、他方がカソード側となる。   According to the configuration of the first to third inventions, a transistor is formed in the vertical direction by the first electrode formation region, the first diffusion region, and the main semiconductor region, and the third electrode formation region and the second diffusion region are formed. A transistor is formed in the vertical direction by the main semiconductor region, and a transistor is formed in the horizontal direction by the first diffusion region, the main semiconductor region, and the second diffusion region. Therefore, the semiconductor device for electrostatic protection according to the first invention has a bidirectional SCR structure. Since there is no polarity, if one is the anode side, the other is the cathode side.

第1の電極形成領域と第2の電極形成領域は、第1の拡散領域または絶縁膜を介して分離していてもよいし、接していてもよい。ただし、互いに重なっていると、保持耐圧が減少するので望ましくない。第3の電極形成領域と第4の電極形成領域についても同様である。特に、第3の発明のように、第1の電極形成領域と第3の電極形成領域とを対向した内側に配置し、第2の電極形成領域と第4の電極形成領域とをその外側に配置すると、第1の電極形成領域、第1の拡散領域、主半導体領域による縦方向のトランジスタ、および、第3の電極形成領域、第2の拡散領域、主半導体領域による縦方向のトランジスタが、内側に形成されるため、より抵抗が低減されて望ましい。   The first electrode formation region and the second electrode formation region may be separated or in contact with each other through the first diffusion region or the insulating film. However, if they overlap each other, the holding withstand voltage decreases, which is not desirable. The same applies to the third electrode formation region and the fourth electrode formation region. In particular, as in the third aspect of the invention, the first electrode formation region and the third electrode formation region are disposed on the inner side facing each other, and the second electrode formation region and the fourth electrode formation region are disposed on the outer side. When arranged, the first electrode formation region, the first diffusion region, the vertical transistor by the main semiconductor region, and the third electrode formation region, the second diffusion region, the vertical transistor by the main semiconductor region, Since it is formed inside, resistance is further reduced, which is desirable.

延長領域とは、第1または第2の拡散領域の領域の一部であって、その表面に第1の電極形成領域および第2の電極形成領域、または、第3の電極形成領域および第4の電極形成領域、が形成されていない横方向に広がった領域をいう。第1の拡散領域の延長領域の対向方向の長さと第2の拡散領域の延長領域の対向方向の長さは、等しい必要はないが、等しいと本発明の静電気保護用半導体装置を左右対称な構造とすることができ、平面パターンのレイアウトの容易さなどの観点から等しい方が望ましい。   The extension region is a part of the region of the first or second diffusion region, and the first electrode formation region and the second electrode formation region, or the third electrode formation region and the fourth electrode on the surface thereof. The electrode forming region is a region extending in the lateral direction where no electrode forming region is formed. The length in the opposing direction of the extension region of the first diffusion region and the length in the opposing direction of the extension region of the second diffusion region need not be equal, but if they are equal, the electrostatic protection semiconductor device of the present invention is symmetrical. It is possible to make the structure, and the same one is desirable from the viewpoint of the ease of layout of the planar pattern.

静電気保護用半導体装置と他の素子との分離は、底面絶縁膜および側面絶縁膜により分離してもよいし、pn分離であってもよい。絶縁膜による分離の場合は、埋め込み領域は底面絶縁膜上に形成される。 The semiconductor device for electrostatic protection and other elements may be separated by a bottom insulating film and a side insulating film, or pn isolation. In the case of isolation by an insulating film, the buried region is formed on the bottom insulating film.

本発明の静電気保護用半導体装置の第1電極または第2電極に静電気サージが印加されると、トランジスタのベースに相当する第1または第2の拡散領域のどちらかは、逆バイアス状態となる。そして、主に延長領域の下部に空乏層が拡がり、埋め込み領域と主半導体領域との界面にまで達する。電気的には、ベース層として作用する第1または第2の拡散領域が、埋め込み領域と主半導体領域との界面まで広がった構造となる。この電気的に広がったベース層によって、電圧が保持される。また、この界面において強い電界集中を起こし、大量の電子、正孔を発生させるため、電気的に広がったベース層が維持される。以上の理由によって、本発明の静電気保護用半導体装置は、高い保持電圧特性を有している。   When an electrostatic surge is applied to the first electrode or the second electrode of the semiconductor device for electrostatic protection according to the present invention, either the first or second diffusion region corresponding to the base of the transistor is in a reverse bias state. Then, the depletion layer spreads mainly under the extension region and reaches the interface between the buried region and the main semiconductor region. Electrically, the first or second diffusion region acting as the base layer has a structure extending to the interface between the buried region and the main semiconductor region. This electrically spread base layer holds the voltage. In addition, a strong electric field concentration occurs at this interface, and a large amount of electrons and holes are generated, so that an electrically spread base layer is maintained. For the above reasons, the electrostatic protection semiconductor device of the present invention has high holding voltage characteristics.

延長領域の長さと、縦方向距離とを調整することで、所望の保持耐圧特性を有した静電気保護用半導体装置が得られる。   By adjusting the length of the extension region and the longitudinal distance, an electrostatic protection semiconductor device having desired holding withstand voltage characteristics can be obtained.

特に、第3、4の発明のように、延長領域の長さが、縦方向距離よりも4μm以上長い静電気保護用半導体装置とすると、DC耐圧(静電気保護用半導体装置に電圧印加時の動作開始電圧)なみの高い保持電圧特性を得られる。 In particular, as in the third and fourth inventions , if the extension region is a semiconductor device for electrostatic protection whose length is 4 μm or more longer than the longitudinal distance, the DC breakdown voltage (operation start when a voltage is applied to the electrostatic protection semiconductor device) High voltage holding voltage characteristics can be obtained.

縦方向距離は、2μm〜10μmの範囲であることが望ましい。2μm以下であると、第1および第2拡散領域と埋め込み領域とが近接して、静電気保護用半導体装置の耐圧が低下してしまい望ましくない。また、10μm以上であると、本発明を自動車用ICの静電気保護回路に適用した際に、同一基板上に形成されるその自動車用ICに含まれる他の縦型バイポーラ素子の形成で必要な、埋め込み領域に達するコレクタシンク領域が10μm以上必要となり、その領域を形成するための不純物拡散時間が大幅に増大し望ましくない。より望ましくは、4μm〜8μmの範囲である。   The longitudinal distance is preferably in the range of 2 μm to 10 μm. If the thickness is 2 μm or less, the first and second diffusion regions and the buried region are close to each other, and the withstand voltage of the electrostatic protection semiconductor device is lowered, which is not desirable. Further, when it is 10 μm or more, when the present invention is applied to an electrostatic protection circuit of an automotive IC, it is necessary for forming other vertical bipolar elements included in the automotive IC formed on the same substrate. The collector sink region reaching the buried region is required to be 10 μm or more, and the impurity diffusion time for forming the region is significantly increased, which is not desirable. More desirably, it is in the range of 4 μm to 8 μm.

延長領域の長さと縦方向距離との関係は、次のようであると望ましい。延長領域の長さは、(縦方向距離+4)μm〜(縦方向距離+14)μmの範囲であることが望ましい。(縦方向距離+4)μm以下では、高い保持電圧を得られないため望ましくない。また、(縦方向距離+14)μm以上であると、高い保持耐圧は得られるが、縦方向のトランジスタの動作が強くなり、ESD耐圧性能が低下するように作用し、素子サイズも大きくなるため望ましくない。より望ましくは、(縦方向距離+6)μm〜(縦方向距離+10)μmの範囲である。   The relationship between the length of the extension region and the longitudinal distance is preferably as follows. The length of the extension region is preferably in the range of (vertical distance +4) μm to (vertical distance +14) μm. (Vertical distance +4) μm or less is not desirable because a high holding voltage cannot be obtained. In addition, when (vertical distance +14) μm or more, a high holding breakdown voltage can be obtained, but it is desirable because the operation of the transistor in the vertical direction becomes strong, the ESD breakdown voltage performance is lowered, and the element size becomes large. Absent. More desirably, it is in the range of (vertical direction distance + 6) μm to (vertical direction distance + 10) μm.

第5の発明は、第1の発明から第4の発明において、第1の電極形成領域と第3の電極形成領域とが対向した内側に配置され、第2の電極形成領域と第4の電極形成領域とがその外側に配置されていることを特徴とする静電気保護用半導体装置である。
第6の発明は、第1の発明から第5の発明において、第1の拡散領域と第2の拡散領域との離間距離により、動作開始電圧が決定されることを特徴とする静電気保護用半導体装置である。
According to a fifth invention, in the first invention to the fourth invention, the first electrode formation region and the third electrode formation region are arranged inside each other, and the second electrode formation region and the fourth electrode are arranged. A semiconductor device for electrostatic protection, characterized in that a formation region is arranged outside thereof.
According to a sixth invention, in the first to fifth inventions, the operation start voltage is determined by a separation distance between the first diffusion region and the second diffusion region. Device.

離間距離が4μm以下では、第1の拡散領域と第2の拡散領域との間でのパンチスルーによるリーク電流が増大し、10μm以上では、動作電圧が100V以上となり望ましくない。したがって、本発明の静電気保護用半導体装置を自動車用ICに適用する場合には、離間距離は、4μm〜10μmの範囲であることが望ましい。最も望ましいのは、5μmである。   When the separation distance is 4 μm or less, the leakage current due to punch-through between the first diffusion region and the second diffusion region increases, and when the separation distance is 10 μm or more, the operating voltage becomes 100 V or more, which is not desirable. Therefore, when the electrostatic protection semiconductor device of the present invention is applied to an automotive IC, the separation distance is desirably in the range of 4 μm to 10 μm. Most desirable is 5 μm.

第7の発明は、第1の発明から第6の発明において、第1の拡散領域および第2の拡散領域の平面パターンは、短冊形状、トラック形状、リング形状、もしくはそれらの複合形状であることを特徴とする静電気保護用半導体装置である。   In a seventh aspect based on the first to sixth aspects, the planar pattern of the first diffusion region and the second diffusion region is a strip shape, a track shape, a ring shape, or a composite shape thereof. A semiconductor device for electrostatic protection characterized by the following.

第8の発明は、第1の発明から第7の発明において、第1の拡散領域および第2の拡散領域は複数組に分割され、第1の電極を介して複数の第1の拡散領域同士が、および第2の電極を介して複数の第2の拡散領域同士が、電気的に接続されていることを特徴とする静電気保護用半導体装置である。   In an eighth aspect based on the first aspect to the seventh aspect, the first diffusion region and the second diffusion region are divided into a plurality of sets, and the plurality of first diffusion regions are arranged via the first electrode. And a plurality of second diffusion regions are electrically connected to each other through a second electrode.

第9の発明は、第1の発明から第8の発明において、第1の電極と第2の電極のうち、一方は入力端子に接続され、他方は接地電極に接続されていることを特徴とする静電気保護用半導体装置である。この構成によると、サージ電流は本発明の静電気保護用半導体装置を通して接地電極へ流れるため、他の半導体装置をESDから保護することができる。   A ninth invention is characterized in that, in the first to eighth inventions, one of the first electrode and the second electrode is connected to an input terminal, and the other is connected to a ground electrode. This is a semiconductor device for electrostatic protection. According to this configuration, since the surge current flows to the ground electrode through the semiconductor device for electrostatic protection according to the present invention, other semiconductor devices can be protected from ESD.

第10の発明は、第1から第9の発明において、底面絶縁膜および側面絶縁膜とにより、底面および側面が区画され、他の素子に対して電気的に絶縁されていることを特徴とする静電気保護用半導体装置である。   A tenth invention is characterized in that, in the first to ninth inventions, the bottom surface and the side surface are partitioned by the bottom surface insulating film and the side surface insulating film, and are electrically insulated from other elements. This is a semiconductor device for electrostatic protection.

第11の発明は、第1の発明から第10の発明において、主半導体領域は、SOI基板であることを特徴とする静電気保護用半導体装置である。   An eleventh invention is the semiconductor device for electrostatic protection according to any one of the first to tenth inventions, wherein the main semiconductor region is an SOI substrate.

第12の発明は、第1の発明から第11の発明の静電気保護用半導体装置を含むことを特徴とする自動車用複合ICである。 A twelfth aspect of the invention is a composite IC for automobiles including the electrostatic protection semiconductor device according to the first to eleventh aspects of the invention.

第1〜3の発明による静電気保護用半導体装置の構造は、トランジスタのベース層として作用する第1、第2の拡散領域が延長領域を備え、高キャリア濃度の埋め込み領域を有した双方向型SCR構造となっている。したがって、高い保持電圧特性を有した静電気保護用半導体装置となっている。また、SCR構造であるから、高いESD耐圧性能を有している。   In the structure of the electrostatic protection semiconductor device according to any one of the first to third inventions, the first and second diffusion regions acting as the base layer of the transistor are provided with extension regions, and a bidirectional SCR having a high carrier concentration buried region. It has a structure. Therefore, the semiconductor device for electrostatic protection has high holding voltage characteristics. Moreover, since it is a SCR structure, it has high ESD pressure | voltage resistant performance.

また、第2の発明のように、延長領域の長さと、縦方向距離を調整することで、所望の保持耐圧特性を有した静電気保護用半導体装置を実現できる。特に、第3、4の発明のように、延長領域の長さを、縦方向距離よりも4μm以上長い値にすると、DC耐圧なみの高い保持電圧特性を得られるので、自動車用ICに適した保持耐圧特性を有した静電気保護用半導体装置となる。 Further, as in the second invention , by adjusting the length of the extension region and the longitudinal distance, an electrostatic protection semiconductor device having desired holding withstand voltage characteristics can be realized. In particular, as in the third and fourth inventions , when the length of the extension region is set to a value longer than the longitudinal distance by 4 μm or more, a holding voltage characteristic as high as a DC breakdown voltage can be obtained, which is suitable for an automotive IC. A semiconductor device for electrostatic protection having a holding withstand voltage characteristic is obtained.

また、第6の発明のように、第1の拡散領域と第2の拡散領域との離間距離を調整することで、所望の動作開始電圧値を有した静電気保護用半導体装置を実現できる。   Further, as in the sixth aspect of the invention, an electrostatic protection semiconductor device having a desired operation start voltage value can be realized by adjusting the separation distance between the first diffusion region and the second diffusion region.

また、第7の発明のような平面レイアウトパターンとすることで、効率的で小型な静電気保護用半導体装置を形成でき、第8の発明のように、第1の拡散領域、第2の拡散領域を分割することで、平面レイアウトパターンの自由度が増し、より効率的にできる。   Further, by adopting a planar layout pattern as in the seventh invention, an efficient and small electrostatic protection semiconductor device can be formed. As in the eighth invention, the first diffusion region and the second diffusion region are formed. By dividing, the degree of freedom of the planar layout pattern is increased, which can be made more efficient.

また、第10の発明のように、素子領域を絶縁膜で区画することで、リーク電流を抑えることができ、耐圧性能を向上できる。さらに、第11の発明のように、SOI基板を用いると本発明の静電気保護用半導体装置を容易に形成することができる。   Further, as in the tenth aspect, partitioning the element region with an insulating film can suppress the leakage current and improve the withstand voltage performance. Furthermore, as in the eleventh aspect of the present invention, when an SOI substrate is used, the electrostatic protection semiconductor device of the present invention can be easily formed.

以上のように、本発明によると、自動車用ICに用いるのに適した静電気保護用半導体装置を実現できる。本発明の構造は、自動車用複合ICのCMOS構造のpウェル拡散層、nウェル拡散層の形成工程などを流用できるため、自動車用複合ICに本発明の静電気保護用半導体装置を組み込むことによる製造コストの上昇はない。   As described above, according to the present invention, an electrostatic protection semiconductor device suitable for use in an automotive IC can be realized. Since the structure of the present invention can be used for forming the p-well diffusion layer and the n-well diffusion layer of the CMOS structure of the composite IC for automobiles, manufacturing by incorporating the semiconductor device for electrostatic protection of the present invention into the composite IC for automobiles. There is no increase in cost.

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照しながら説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the examples.

図1は、実施例1のSOI基板に形成された、双方向SCR型の静電気保護用半導体装置の構造を示す図であり、図2はその平面レイアウトパターンを示す図である。以下、この静電気保護用半導体装置の構造について説明する。   FIG. 1 is a diagram showing a structure of a bidirectional SCR type electrostatic protection semiconductor device formed on an SOI substrate of Example 1, and FIG. 2 is a diagram showing a planar layout pattern thereof. The structure of this electrostatic protection semiconductor device will be described below.

素子領域は、底面をp型支持基板10上に形成された埋め込み絶縁膜11(本発明の底面絶縁膜に相当)で、側面をトレンチ絶縁膜14(本発明の側面絶縁膜に相当)およびポリシリコン膜15(本発明の側面絶縁膜に相当)で区画され、静電気から保護すべき他の素子と絶縁分離している。また、素子領域は、埋め込み絶縁膜11上の埋め込みn+ 型領域12(本発明の埋め込み領域に相当)と、その上面に形成されたn- 型半導体基板13(本発明の主半導体領域に相当)に形成されている。埋め込みn+ 型領域12の埋め込み絶縁膜11近傍での不純物濃度は、3×1019/cm3 、n- 型半導体基板13の不純物濃度は、1×1015/cm3 である。埋め込みn+ 型領域12とn- 型半導体基板13の界面は、埋め込みn+ 型領域12の不純物濃度と、n- 型半導体基板13の不純物濃度が等しい位置での面と定義する。埋め込みn+ 型領域12の望ましい不純物濃度の範囲は、1×1018/cm3 〜1×1020/cm3 で、n- 型半導体基板13の望ましい不純物濃度の範囲は、1×1014/cm3 〜1×1016/cm3 である。 The element region has a buried insulating film 11 (corresponding to the bottom insulating film of the present invention) formed on the p-type support substrate 10 on the bottom surface, and a trench insulating film 14 (corresponding to the side insulating film of the present invention) on the side surface. It is partitioned by a silicon film 15 (corresponding to the side insulating film of the present invention), and is isolated from other elements to be protected from static electricity. The element region includes a buried n + type region 12 (corresponding to the buried region of the present invention) on the buried insulating film 11 and an n type semiconductor substrate 13 (corresponding to the main semiconductor region of the present invention) formed on the upper surface thereof. ). The impurity concentration in the vicinity of the buried insulating film 11 in the buried n + -type region 12 is 3 × 10 19 / cm 3 , and the impurity concentration of the n -type semiconductor substrate 13 is 1 × 10 15 / cm 3 . A buried n + -type region 12 n - interface type semiconductor substrate 13, the impurity concentration of the buried n + -type region 12, n - impurity concentration type semiconductor substrate 13 is defined as the plane at equal positions. The desirable impurity concentration range of the buried n + -type region 12 is 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 , and the desirable impurity concentration range of the n -type semiconductor substrate 13 is 1 × 10 14 / cm 3. cm 3 to 1 × 10 16 / cm 3 .

埋め込みn+ 型領域12は、n- 型半導体基板13の表面から不純物を拡散して形成した。その後、p型支持基板10の表面を酸化して埋め込み絶縁膜11を形成し、埋め込みn+ 型領域12と埋め込み絶縁膜11とを貼り合わせ接合する。次に、素子領域を区画するためにトレンチ溝を形成して、そのトレンチ溝側面を酸化してトレンチ絶縁膜14を形成し、トレンチ溝内部にポリシリコン膜15を形成した。 The buried n + type region 12 was formed by diffusing impurities from the surface of the n type semiconductor substrate 13. Thereafter, the surface of the p-type support substrate 10 is oxidized to form a buried insulating film 11, and the buried n + -type region 12 and the buried insulating film 11 are bonded and bonded. Next, a trench groove was formed in order to partition the element region, the trench groove side surface was oxidized to form a trench insulating film 14, and a polysilicon film 15 was formed inside the trench groove.

- 型半導体基板13の表面部には、アノードp型領域20(本発明の第1の拡散領域に相当)が形成され、その表面には、左側にアノードp+ 型領域16(本発明の第2の電極形成領域に相当)、右側にアノードn+ 型領域17(本発明の第1の電極形成領域に相当)が形成され、互いに近接している。また、n- 型半導体基板13の表面部であって、アノードp型領域20から離れた領域に、カソードp型領域21(本発明の第2の拡散領域に相当)が形成され、その表面には、右側にカソードp+ 型領域18(本発明の第4の電極形成領域に相当)、左側にカソードn+ 型領域19(本発明の第3の電極形成領域)が形成され、互いに近接している。アノードn+ 型領域17とカソードn+ 型領域19が内側(距離の近い側)で対向し、アノードp+ 型領域16とカソードp+ 型領域18が外側(距離の遠い側)で対向している。アノードp型領域20とカソードp型領域21は、n- 型半導体基板13の表面から不純物を拡散することで形成した。 An anode p-type region 20 (corresponding to the first diffusion region of the present invention) is formed on the surface portion of the n -type semiconductor substrate 13, and an anode p + -type region 16 (of the present invention on the left side) is formed on the surface. An anode n + -type region 17 (corresponding to the first electrode formation region of the present invention) is formed on the right side and is close to each other. In addition, a cathode p-type region 21 (corresponding to the second diffusion region of the present invention) is formed on the surface of the n -type semiconductor substrate 13 and in a region away from the anode p-type region 20. Has a cathode p + -type region 18 (corresponding to a fourth electrode formation region of the present invention) on the right side and a cathode n + -type region 19 (third electrode formation region of the present invention) on the left side, which are close to each other. ing. The anode n + -type region 17 and the cathode n + -type region 19 face each other on the inner side (close side), and the anode p + -type region 16 and the cathode p + -type region 18 face each other on the outer side (the far side). Yes. The anode p-type region 20 and the cathode p-type region 21 were formed by diffusing impurities from the surface of the n type semiconductor substrate 13.

アノードp型領域20とカソードp型領域21は、対向辺20b(アノードp型領域20のうち、カソードp型領域21との距離が最も近いところ)と対向辺21b(カソードp型領域21のうち、アノードp型領域20との距離が最も近いところ)が距離L隔てて形成されている。アノードp型領域20とカソードp型領域21は、その対向方向に長さLpの延長領域20a、21aを備え、その延長領域20aは、アノードp+ 型領域16とアノードn+ 型領域17を含まず、延長領域21aはカソードp+ 型領域18とカソードn+ 型領域19を含んでいない。また、アノードp型領域20、カソードp型領域21の下面20c、21cから、埋め込みn+ 型領域12とn- 型半導体基板13との界面までの縦方向の距離は、Lyである。ここで、延長領域20aの長さは、アノードn+ 型領域17の内側方向の端17a(カソードp型領域21に近い側端辺)から、対向辺20bまでの長さで定義する。延長領域21aの長さについても同様に、カソードn+ 型領域19の内側方向の端19a(アノードp型領域20に近い側端辺)から、対向辺21bまでの長さで定義する。 The anode p-type region 20 and the cathode p-type region 21 have an opposing side 20b (where the anode p-type region 20 is closest to the cathode p-type region 21) and an opposing side 21b (of the cathode p-type region 21). , Where the distance from the anode p-type region 20 is the shortest). The anode p-type region 20 and the cathode p-type region 21 include extension regions 20 a and 21 a having a length Lp in the opposing direction, and the extension region 20 a includes the anode p + -type region 16 and the anode n + -type region 17. The extension region 21 a does not include the cathode p + type region 18 and the cathode n + type region 19. In addition, the vertical distance from the lower surfaces 20c and 21c of the anode p-type region 20 and the cathode p-type region 21 to the interface between the buried n + -type region 12 and the n -type semiconductor substrate 13 is Ly. Here, the length of the extended region 20a is defined by the length from the end 17a (the side end close to the cathode p-type region 21) in the inner direction of the anode n + -type region 17 to the opposite side 20b. Similarly, the length of the extension region 21a is defined by the length from the end 19a in the inner direction of the cathode n + -type region 19 (side end side close to the anode p-type region 20) to the opposing side 21b.

アノードp+ 型領域16、アノードn+ 型領域17、カソードp+ 型領域18、カソードn+ 型領域19の表面からの深さは、0.5μm、アノードp型領域20とカソードp型領域21の表面からの深さは、1.5μmである。また、アノードp型領域20とカソードp型領域21の不純物濃度は、3×1017/cm3 である。 The depth from the surface of the anode p + type region 16, the anode n + type region 17, the cathode p + type region 18, and the cathode n + type region 19 is 0.5 μm, and the anode p type region 20 and the cathode p type region 21. The depth from the surface is 1.5 μm. The impurity concentration of the anode p-type region 20 and the cathode p-type region 21 is 3 × 10 17 / cm 3 .

- 型半導体基板13の表面部の電極形成領域以外には、LOCOS絶縁膜22が形成され、LOCOS絶縁膜22上には層間絶縁膜23が形成されている。層間絶縁膜23にはアノードp+ 型領域16とアノードn+ 型領域17の上部と、カソードp+ 型領域18とカソードn+ 型領域19の上部にコンタクト孔が形成され、そのコンタクト孔には、アノードp+ 型領域16とアノードn+ 型領域17に接続するアノード電極24(本発明の第1の電極に相当)、カソードp+ 型領域18とカソードn+ 型領域19に接続するカソード電極25(本発明の第2の電極に相当)が形成されている。 A LOCOS insulating film 22 is formed outside the electrode formation region on the surface portion of the n type semiconductor substrate 13, and an interlayer insulating film 23 is formed on the LOCOS insulating film 22. Contact holes are formed in the interlayer insulating film 23 above the anode p + -type region 16 and the anode n + -type region 17, and above the cathode p + -type region 18 and the cathode n + -type region 19. An anode electrode 24 connected to the anode p + -type region 16 and the anode n + -type region 17 (corresponding to the first electrode of the present invention), a cathode electrode connected to the cathode p + -type region 18 and the cathode n + -type region 19 25 (corresponding to the second electrode of the present invention) is formed.

以上の構成により、アノード側には、アノードn+ 型領域17、アノードp型領域20、n- 型半導体基板13とで縦方向にnpn型トランジスタ1が形成され、カソード側には、カソードn+ 型領域19、カソードp型領域21、n- 型半導体基板13とで縦方向にnpn型トランジスタ2が形成され、アノードp型領域20、n- 型半導体基板13、カソードp型領域21とで横方向にpnp型トランジスタ3が形成される。したがって、全体としては、双方向型SCR構造となっている。 With the above configuration, the npn transistor 1 is formed in the vertical direction by the anode n + type region 17, the anode p type region 20, and the n type semiconductor substrate 13 on the anode side, and the cathode n + on the cathode side. The npn-type transistor 2 is formed in the vertical direction by the type region 19, the cathode p-type region 21, and the n -type semiconductor substrate 13, and the anode p-type region 20, the n -type semiconductor substrate 13, and the cathode p-type region 21 by the horizontal direction. A pnp transistor 3 is formed in the direction. Therefore, as a whole, a bidirectional SCR structure is formed.

この実施例1の静電気保護用半導体装置のアノード電極24に正のESDサージが印加されると、pnp型トランジスタ3が動作し、カソードp型領域21に電流が流れることで、npn型トランジスタ1が動作する。カソード電極25に正のESDサージが印加された場合も、pnp型トランジスタ3が動作し、アノードp型領域20に電流が流れることで、npn型トランジスタ1が動作する。したがって、pnp型トランジスタ3の動作開始電圧、つまりは距離L、によってトリガー電圧が決定される。なお、本発明は双極性であるので、アノード、カソードの用語は第1の電極24を第2の電極25に対して正電圧を印加したときを基準として用いている。したがって、カソード電極25をアノード電極24に対して正電位にしても、当然にpnp型トランジスタ3が導通し静電保護動作をする。   When a positive ESD surge is applied to the anode electrode 24 of the electrostatic protection semiconductor device according to the first embodiment, the pnp type transistor 3 operates and a current flows through the cathode p type region 21, so that the npn type transistor 1 Operate. Even when a positive ESD surge is applied to the cathode electrode 25, the pnp transistor 3 operates, and a current flows through the anode p-type region 20, whereby the npn transistor 1 operates. Therefore, the trigger voltage is determined by the operation start voltage of the pnp transistor 3, that is, the distance L. Since the present invention is bipolar, the terms “anode” and “cathode” are used as a reference when a positive voltage is applied to the first electrode 24 with respect to the second electrode 25. Accordingly, even when the cathode electrode 25 is set to a positive potential with respect to the anode electrode 24, the pnp transistor 3 is naturally conducted and performs an electrostatic protection operation.

次に、実施例1の静電気保護用半導体装置の平面レイアウトパターンについて、図2を参照に説明する。素子領域は、トレンチ絶縁膜14とポリシリコン膜15とからなる側面絶縁膜30、31によって長方形状に2重に囲われ、他の素子から分離している。素子領域には、長方形状にアノードp型領域20とカソードp型領域21が互いに離れて形成されている。アノードp型領域20の領域内には、アノードp型領域20とカソードp型領域21の対向辺20b側とは反対側に短冊形状のアノードp+ 型領域16とアノードn+ 型領域17が形成され、対向辺20b側には延長領域20aが形成されている。カソードp型領域21の領域内にも同じように、カソードp+ 型領域18、カソードn+ 型領域19、延長領域21aが形成されていて、対称的なレイアウトパターンとなっている。 Next, a planar layout pattern of the electrostatic protection semiconductor device of Example 1 will be described with reference to FIG. The element region is doubled in a rectangular shape by the side surface insulating films 30 and 31 formed of the trench insulating film 14 and the polysilicon film 15, and is isolated from other elements. In the element region, an anode p-type region 20 and a cathode p-type region 21 are formed apart from each other in a rectangular shape. In the region of the anode p-type region 20, a strip-shaped anode p + -type region 16 and an anode n + -type region 17 are formed on the opposite side of the anode p-type region 20 and the cathode p-type region 21 from the opposite side 20 b side. An extension region 20a is formed on the opposite side 20b side. Similarly, a cathode p + type region 18, a cathode n + type region 19, and an extension region 21 a are formed in the region of the cathode p type region 21 to form a symmetrical layout pattern.

実施例1の静電気保護用半導体装置を自動車用ICに用いるには、動作電圧の下限は20V以上であることが求められる。これは、予見しないノイズにより、誤って静電気保護用半導体装置が動作した場合、電源電圧により静電気保護用半導体装置に電流が流れ続けてしまうのを防ぐためである。つまり、実施例1のようなSCR構造では、DC耐圧と保持電圧が20V以上であることが必要となる。また、ESD耐圧は15kV〜25kV以上であることが求められるが、静電気保護用半導体装置の全長が大きくなると、配線抵抗の影響から均一に動作させることが難しく、動作抵抗も大きくなるため、全長が数mm以内になることが望ましい。そのため、静電気保護用半導体装置のESD耐圧は単位アノード長(図1の紙面に垂直な方向の幅)あたり20V/μm以上である必要がある。   In order to use the semiconductor device for electrostatic protection of Example 1 for an automotive IC, the lower limit of the operating voltage is required to be 20V or more. This is to prevent current from continuing to flow into the electrostatic protection semiconductor device due to the power supply voltage when the electrostatic protection semiconductor device is operated by mistake due to unforeseen noise. That is, in the SCR structure as in the first embodiment, the DC withstand voltage and the holding voltage need to be 20V or more. In addition, the ESD withstand voltage is required to be 15 kV to 25 kV or more. However, when the total length of the electrostatic protection semiconductor device is increased, it is difficult to operate uniformly due to the influence of wiring resistance, and the operating resistance is increased. It is desirable to be within a few mm. Therefore, the ESD withstand voltage of the semiconductor device for electrostatic protection needs to be 20 V / μm or more per unit anode length (width in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1).

DC耐圧は、アノードp型領域20とカソードp型領域21との間の距離Lによって決定される。Lが5μmでは、DC耐圧は65Vであった。Lが4μm以下では、アノードp型領域20とカソードp型領域21間でのパンチスルーによるリーク電流が増大し、10μm以上では、DC耐圧が高くなりすぎてしまった。したがって、Lは4μm〜10μmの範囲であることが望ましい。最も望ましいのは、5μmである。   The DC breakdown voltage is determined by the distance L between the anode p-type region 20 and the cathode p-type region 21. When L was 5 μm, the DC breakdown voltage was 65V. When L is 4 μm or less, the leakage current due to punch-through between the anode p-type region 20 and the cathode p-type region 21 increases, and when it is 10 μm or more, the DC withstand voltage becomes too high. Therefore, L is preferably in the range of 4 μm to 10 μm. Most desirable is 5 μm.

次に、保持電圧について考察する。図3は、Lを5μm、Lpを15μm、Lyを6μm、奥行き(図2の平面レイアウトパターンにおいて、長方形状のアノードp型領域20、カソードp型領域21の長辺の幅)250μmとした実施例1の静電気保護用半導体装置についての電圧−電流特性と、その実施例1の静電気保護用半導体装置から埋め込みn+ 型領域12をなくした構造の静電気保護用半導体装置についての電圧−電流特性を示した図である。実施例1の構造では、高電流域においても高い保持電圧特性を示しているのに対して、埋め込みn+ 型領域12をなくした構造では、ラッチアップ動作により大幅に電圧が低下し、数Vの保持電圧となっている。以上より、高い保持電圧特性を得るために、埋め込みn+ 型領域12は必須のものであることがわかる。 Next, the holding voltage will be considered. FIG. 3 shows an implementation in which L is 5 μm, Lp is 15 μm, Ly is 6 μm, and depth (width of the long sides of the rectangular anode p-type region 20 and cathode p-type region 21 in the planar layout pattern of FIG. 2) is 250 μm. The voltage-current characteristics of the electrostatic protection semiconductor device of Example 1 and the voltage-current characteristics of the electrostatic protection semiconductor device having a structure in which the embedded n + -type region 12 is eliminated from the electrostatic protection semiconductor device of Example 1 are shown. FIG. The structure of the first embodiment shows a high holding voltage characteristic even in a high current region. On the other hand, in the structure in which the buried n + -type region 12 is eliminated, the voltage is greatly reduced by the latch-up operation, and several V The holding voltage is. From the above, it can be seen that the buried n + -type region 12 is essential in order to obtain high holding voltage characteristics.

次に、Ly、Lpと保持電圧の関係について考察する。Lを5μm、Lyを6μmとし、Lpの長さと動作電流4Aでの保持電圧の関係を調べた結果が、図4である。Lpの長さが10μm以下であれば、低い保持電圧しか得られないが、10μm以上では、保持電圧はほぼ一定であり、DC耐圧に匹敵する高い保持電圧を得られることがわかった。同じようにして、Lyが4μm、2μmの場合についても調べたところ、Lyが4μmではLpの長さが8μm以上、Lyが2μmではLpの長さが6μm以上で高い保持電圧を得られることがわかった。以上の結果から、Lpの長さが(Ly+4)μm以上で高い保持電圧特性を得られることが明らかとなった。また、Lpの長さを(Ly+4)μm以上とした場合は、Lyが1μm減少するごとに保持電圧が2〜3V低下することも明らかとなった。   Next, the relationship between Ly, Lp and the holding voltage will be considered. FIG. 4 shows the result of examining the relationship between the length of Lp and the holding voltage at the operating current 4A, with L being 5 μm and Ly being 6 μm. When the length of Lp is 10 μm or less, only a low holding voltage can be obtained. However, when the length is 10 μm or more, the holding voltage is almost constant, and a high holding voltage comparable to the DC withstand voltage can be obtained. Similarly, when the Ly was 4 μm and 2 μm, the Lp length was 8 μm or more when the Ly was 4 μm, and when the Ly was 2 μm, the Lp length was 6 μm or more and a high holding voltage could be obtained. all right. From the above results, it became clear that high holding voltage characteristics can be obtained when the length of Lp is (Ly + 4) μm or more. In addition, when the length of Lp is set to (Ly + 4) μm or more, it is also clear that the holding voltage decreases by 2 to 3 V every time Ly decreases by 1 μm.

Lyは、2μm〜10μmの範囲であることが望ましい。2μm以下であると、アノードp型領域20およびカソードp型領域21と、埋め込みn+ 型領域12とが近接し、静電気保護用半導体装置の耐圧が低下してしまうため望ましくない。また、10μm以上であると、本発明を自動車用ICの静電気保護回路に適用した際に、同一基板上に形成されるその自動車用ICに含まれる縦型バイポーラ素子の形成で必要な、埋め込み領域に達するコレクタシンク領域が10μm以上必要となり、その領域を形成するための不純物拡散時間が大幅に増大し望ましくない。 Ly is preferably in the range of 2 μm to 10 μm. When the thickness is 2 μm or less, the anode p-type region 20 and the cathode p-type region 21 and the buried n + -type region 12 are close to each other, and the withstand voltage of the electrostatic protection semiconductor device is lowered. Further, when it is 10 μm or more, when the present invention is applied to an electrostatic protection circuit of an automotive IC, a buried region necessary for forming a vertical bipolar element included in the automotive IC formed on the same substrate A collector sink region that reaches 10 μm or more is required, and the impurity diffusion time for forming the region is significantly increased, which is not desirable.

Lpは、(Ly+4)μm〜(Ly+14)μmの範囲であることが望ましい。(Ly+4)μm以下では、高い保持電圧を得られないため望ましくない。また、(Ly+14)μm以上では、高い保持電圧は得られるが、縦方向のnpn型トランジスタ1、2の動作が強くなり、ESD耐圧性能が低下するように作用し、素子サイズも大きくなるため望ましくない。   Lp is desirably in the range of (Ly + 4) μm to (Ly + 14) μm. If (Ly + 4) μm or less, a high holding voltage cannot be obtained, which is not desirable. In addition, a high holding voltage can be obtained at (Ly + 14) μm or more, but the operation of the npn transistors 1 and 2 in the vertical direction is strengthened, the ESD withstand voltage performance is lowered, and the element size is increased, which is desirable. Absent.

図5は、実施例1の静電気保護用半導体装置にESD印加後のシミュレーション解析結果を示す。図5の(a)は、シミュレーションに用いた実施例1の静電気保護用半導体装置の構造を示していて、Lは5μm、Lpは15μm、Lyは6μmである。また、図5の(b)、(c)は、カソード電極側を接地し、アノード電極側に正のESDサージを印加して50nsec後の電位分布、空間電荷分布を示している。   FIG. 5 shows a simulation analysis result after ESD is applied to the electrostatic protection semiconductor device of the first embodiment. FIG. 5A shows the structure of the semiconductor device for electrostatic protection of Example 1 used for the simulation. L is 5 μm, Lp is 15 μm, and Ly is 6 μm. 5B and 5C show the potential distribution and space charge distribution after 50 nsec after the cathode electrode side is grounded and a positive ESD surge is applied to the anode electrode side.

この図5(b)、(c)から、実施例1の静電気保護用半導体装置が高い保持電圧特性を有しているのは、次の理由によるものとわかった。ESDサージの印加によりカソードp型領域21は逆バイアス状態となり、主としてカソードp型領域21の延長領域21aの下部に空乏層が広がり、埋め込みn+ 型領域12とn- 型半導体基板13との界面まで達する。電気的には、ベース層として作用するカソードp型領域21が、埋め込みn+ 型領域12とn- 型半導体基板13との界面まで広がった構造となっている。この電気的に広がったベース層により、電圧が保持される。また、この界面において強い電界集中を起こし、大量の電子、正孔を発生させるため、電気的に広がったベース層が維持される。その結果、大電流域においても高い保持電圧特性を得られている。 From FIGS. 5B and 5C, it was found that the electrostatic protection semiconductor device of Example 1 had high holding voltage characteristics for the following reason. The cathode p-type region 21 is reverse-biased by the application of the ESD surge, and a depletion layer spreads mainly under the extension region 21 a of the cathode p-type region 21, and the interface between the buried n + -type region 12 and the n -type semiconductor substrate 13. Reach up to. Electrically, the cathode p-type region 21 acting as a base layer has a structure extending to the interface between the buried n + -type region 12 and the n -type semiconductor substrate 13. This electrically spread base layer holds the voltage. In addition, a strong electric field concentration occurs at this interface, and a large amount of electrons and holes are generated, so that an electrically spread base layer is maintained. As a result, high holding voltage characteristics can be obtained even in a large current region.

上記理由から、図3の結果は、次のように説明できる。埋め込みn+ 型領域12がないと、カソードp型領域21の下部に強い電界集中を起こす領域が生じず、大量の電子、正孔を発生させる効果が得られない。そのため、電気的に広がったベース層を維持することができない。これが、埋め込みn+ 型領域12がない場合に高い保持電圧特性を得ることができない理由である。また、カソードp型領域21の延長領域21aの長さLpが長いほど、カソードp型領域21と埋め込みn+ 型領域12との縦方向の距離Lyが短いほど、上記効果が大きいことが容易に想像できるが、これは図4の結果とも一致している。 For the above reasons, the results of FIG. 3 can be explained as follows. Without the buried n + -type region 12, a region causing strong electric field concentration does not occur below the cathode p-type region 21, and the effect of generating a large amount of electrons and holes cannot be obtained. For this reason, it is not possible to maintain an electrically spread base layer. This is the reason why high holding voltage characteristics cannot be obtained without the embedded n + -type region 12. In addition, the longer the length Lp of the extension region 21a of the cathode p-type region 21 and the shorter the vertical distance Ly between the cathode p-type region 21 and the buried n + -type region 12, the greater the effect. As you can imagine, this is consistent with the results in FIG.

次に、Lを5μm、Lpを15μm、Lyを6μmとした実施例1の静電気保護用半導体装置についてESD耐圧を評価したところ、単位アノード長あたり53V/μmであった。これは、自動車用ICに適用するのに求められる20V/μm以上という条件を満たしており、図9のような従来の表面型ダイオードでのESD耐圧と比較して約15倍高いESD耐圧性能である。   Next, when the ESD withstand voltage of the semiconductor device for electrostatic protection of Example 1 in which L was 5 μm, Lp was 15 μm, and Ly was 6 μm was evaluated, it was 53 V / μm per unit anode length. This satisfies the condition of 20 V / μm or more required to be applied to an automotive IC, and has an ESD withstand voltage performance about 15 times higher than that of a conventional surface diode as shown in FIG. is there.

以上のように、本発明の静電気保護用半導体装置は、高い保持電圧特性と、高いESD耐圧性能の両方を有しており、自動車用ICのESD保護素子として適用できる、高性能の双方向型SCR構造の静電気保護用半導体装置である。   As described above, the semiconductor device for electrostatic protection of the present invention has both high holding voltage characteristics and high ESD withstand voltage performance, and is a high-performance bidirectional type that can be applied as an ESD protection element for automotive ICs. It is a semiconductor device for electrostatic protection having an SCR structure.

図6は、実施例1の静電気保護用半導体装置を用いて構成された保護回路の1例を示す図である。実施例1の静電気保護用半導体装置100a、100bが、入力−VDD間と入力−VSS間に配置されている。また、VSSは接地されている。この構成により、内部回路はESDより保護される。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a protection circuit configured using the electrostatic protection semiconductor device according to the first embodiment. The electrostatic protection semiconductor devices 100a and 100b according to the first embodiment are arranged between the input and VDD and between the input and VSS. VSS is grounded. With this configuration, the internal circuit is protected from ESD.

図7は、実施例1の静電気保護用半導体装置の他の平面レイアウトパターンの1例である。アノードp型領域20とカソードp型領域21が複数の短冊形状に分割され、互い違いに並んだ構成となっている。複数のアノードp型領域20およびカソードp型領域21は、各々対向方向に延長領域を備え、短冊形状のアノードp+ 型領域16とアノードn+ 型領域17、または、カソードp+ 型領域18とカソードn+ 型領域19が、領域内に形成されている。 FIG. 7 is an example of another planar layout pattern of the electrostatic protection semiconductor device according to the first embodiment. The anode p-type region 20 and the cathode p-type region 21 are divided into a plurality of strip shapes and are arranged alternately. The plurality of anode p-type regions 20 and cathode p-type regions 21 are each provided with an extension region in the opposing direction, and have a strip-shaped anode p + -type region 16 and anode n + -type region 17 or cathode p + -type region 18. A cathode n + -type region 19 is formed in the region.

図8は、実施例1の静電気保護用半導体装置の他の平面レイアウトパターンの1例である。アノードp型領域20とカソードp型領域21は、角の丸い正方形のトラック形状に形成されている。アノードp型領域20の内側には正方形のパッドが形成されている。アノードp型領域20の領域内には、角の丸い正方形のトラック形状にアノードp+ 型領域16とアノードn+ 型領域17が形成され、カソードp型領域21方向に延長領域を備えている。カソードp型領域21も同様にカソードp+ 型領域18とカソードn+ 型領域19が形成され、アノードp型領域20方向に延長領域を備えている。アノードp+ 型領域16、アノードn+ 型領域17、パッドは、アノード電極24に接続していて、カソードp+ 型領域18、カソードn+ 型領域19は、カソード電極25に接続している。 FIG. 8 is an example of another planar layout pattern of the semiconductor device for electrostatic protection according to the first embodiment. The anode p-type region 20 and the cathode p-type region 21 are formed in a square track shape with rounded corners. A square pad is formed inside the anode p-type region 20. In the region of the anode p-type region 20, an anode p + -type region 16 and an anode n + -type region 17 are formed in a square track shape with rounded corners, and an extension region is provided in the direction of the cathode p-type region 21. Similarly, the cathode p-type region 21 includes a cathode p + -type region 18 and a cathode n + -type region 19, and has an extended region in the direction of the anode p-type region 20. The anode p + type region 16, the anode n + type region 17, and the pad are connected to the anode electrode 24, and the cathode p + type region 18 and the cathode n + type region 19 are connected to the cathode electrode 25.

本発明は、SOI基板に限定されるものではなく、エピタキシャル基板にも適用でき、トレンチ絶縁膜14、ポリシリコン膜15の替わりに、p+ 型領域により側面を分離してもよく、p型支持基板10上に埋め込みn+ 型領域12が形成されていてもよい。この場合は、埋め込みn+ 型領域12が素子分離層を兼ねる。また、n型とp型を入れ換えた構造の静電気保護用半導体装置としてもよい。また、実施例では、延長領域20a、延長領域21aの長さはともにLpで等しいが、異なっていてもよい。また、アノードp+ 型領域16とアノードn+ 型領域17は互いに重なっていてもよいし、離れていてもよい。ただし、重なっていると、保持耐圧が減少するので望ましくない。カソードp+ 型領域18とカソードn+ 型領域19についても同様である。また、実施例1、3、4に示した平面レイアウトパターン以外にも、リング形状、格子形状などのさまざまな平面レイアウトパターンを用いることができる。 The present invention is not limited to an SOI substrate, but can also be applied to an epitaxial substrate. Instead of the trench insulating film 14 and the polysilicon film 15, the side surface may be separated by a p + type region, and the p type support A buried n + -type region 12 may be formed on the substrate 10. In this case, the buried n + -type region 12 also serves as an element isolation layer. Alternatively, an electrostatic protection semiconductor device having a structure in which n-type and p-type are interchanged may be used. In the embodiment, the lengths of the extension region 20a and the extension region 21a are both equal to Lp, but may be different. Further, the anode p + -type region 16 and the anode n + -type region 17 may overlap each other or may be separated from each other. However, if they overlap, the holding withstand voltage decreases, which is not desirable. The same applies to the cathode p + type region 18 and the cathode n + type region 19. In addition to the planar layout patterns shown in the first, third, and fourth embodiments, various planar layout patterns such as a ring shape and a lattice shape can be used.

本発明は、集積回路等を静電気破壊から保護するための半導体装置として有効である。特に、自動車用ICのESD保護素子として適している。   The present invention is effective as a semiconductor device for protecting an integrated circuit or the like from electrostatic breakdown. In particular, it is suitable as an ESD protection element for automotive ICs.

実施例1の静電気保護用半導体装置の構成を示した断面図。1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor device for electrostatic protection according to a first embodiment. 実施例1の静電気保護用半導体装置の平面レイアウトパターンを示す図。FIG. 3 is a diagram showing a planar layout pattern of the electrostatic protection semiconductor device of Example 1; 電圧−電流特性を示す図。The figure which shows a voltage-current characteristic. Lpの長さと保持電圧の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the length of Lp, and holding voltage. ESD印加後のシミュレーション解析結果を示す図。The figure which shows the simulation analysis result after ESD application. 実施例1の静電気保護用半導体装置を用いて構成された保護回路を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a protection circuit configured using the electrostatic protection semiconductor device according to the first embodiment. 実施例1の静電気保護用半導体装置の他の平面レイアウトパターンを示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating another planar layout pattern of the electrostatic protection semiconductor device according to the first embodiment. 実施例1の静電気保護用半導体装置の他の平面レイアウトパターンを示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating another planar layout pattern of the electrostatic protection semiconductor device according to the first embodiment. 従来の表面型ダイオードの構成を示した断面図。Sectional drawing which showed the structure of the conventional surface type diode.

10:p型支持基板
11:埋め込み絶縁膜
12:埋め込みn+ 型領域
13:n- 型半導体基板
14:トレンチ絶縁膜
15:ポリシリコン膜
16:アノードp+ 型領域
17:アノードn+ 型領域
18:カソードp+ 型領域
19:カソードn+ 型領域
20:アノードp型領域
21:カソードp型領域
24:アノード電極
25:カソード電極
10: p-type support substrate 11: buried insulating film 12: buried n + type region 13: n type semiconductor substrate 14: trench insulating film 15: polysilicon film 16: anode p + type region 17: anode n + type region 18 : Cathode p + type region 19: Cathode n + type region 20: Anode p type region 21: Cathode p type region 24: Anode electrode 25: Cathode electrode

Claims (12)

他の素子に対して電気的に分離され、他の素子の静電気破壊を防止するための静電気保護用半導体装置において、
第1伝導型で高キャリア濃度の埋め込み領域と、
前記埋め込み領域上に形成された、前記埋め込み領域よりも低キャリア濃度である第1伝導型の主半導体領域と、
前記主半導体領域の表面に形成された、第2伝導型の第1の拡散領域と、
前記第1の拡散領域の表面に形成された、第1伝導型の第1の電極形成領域、および第2伝導型の第2の電極形成領域と、
前記第1の電極形成領域および前記第2の電極形成領域と接続する第1の電極と、
前記第1の拡散領域とは離れた領域に形成された、第2伝導型の第2の拡散領域と、
前記第2の拡散領域の表面に形成された第1伝導型の第3の電極形成領域、および第2伝導型の第4の電極形成領域と、
前記第3の電極形成領域および前記第4の電極形成領域と接続する第2の電極と、
を有し、
前記第1の拡散領域および前記第2の拡散領域は、その前記第1の拡散領域と前記第2の拡散領域との対向方向に、延長領域を備え
前記第1の電極を前記第2の電極に対して正の動作電圧となるよう電圧を印加した時に、前記第2の拡散領域から前記埋め込み領域に至る空乏層が形成され、
前記第2の電極を前記第1の電極に対して正の動作電圧となるよう電圧を印加した時に、前記第1の拡散領域から前記埋め込み領域に至る空乏層が形成される、
ことを特徴とする静電気保護用半導体装置。
In an electrostatic protection semiconductor device that is electrically isolated from other elements and prevents electrostatic breakdown of other elements,
A buried region of a first conductivity type and a high carrier concentration;
A main semiconductor region of a first conductivity type formed on the buried region and having a lower carrier concentration than the buried region;
A first diffusion region of a second conductivity type formed on the surface of the main semiconductor region;
A first conductivity type first electrode formation region and a second conductivity type second electrode formation region formed on the surface of the first diffusion region;
A first electrode connected to the first electrode formation region and the second electrode formation region;
A second diffusion region of a second conductivity type formed in a region away from the first diffusion region;
Said second formed on the surface of the diffusion region, the third electrode formation region of the first conductivity type, and the fourth electrode formation region of the second conductivity type,
A second electrode connected to the third electrode formation region and the fourth electrode formation region;
Have
The first diffusion region and the second diffusion region include an extension region in a direction opposite to the first diffusion region and the second diffusion region ,
When a voltage is applied so that the first electrode has a positive operating voltage with respect to the second electrode, a depletion layer is formed from the second diffusion region to the buried region,
When a voltage is applied so that the second electrode has a positive operating voltage with respect to the first electrode, a depletion layer extending from the first diffusion region to the buried region is formed.
A semiconductor device for electrostatic protection characterized by the above.
他の素子に対して電気的に分離され、他の素子の静電気破壊を防止するための静電気保護用半導体装置において、In an electrostatic protection semiconductor device that is electrically isolated from other elements and prevents electrostatic breakdown of other elements,
第1伝導型で高キャリア濃度の埋め込み領域と、  A buried region of a first conductivity type and a high carrier concentration;
前記埋め込み領域上に形成された、前記埋め込み領域よりも低キャリア濃度である第1伝導型の主半導体領域と、  A main semiconductor region of a first conductivity type formed on the buried region and having a lower carrier concentration than the buried region;
前記主半導体領域の表面に形成された、第2伝導型の第1の拡散領域と、  A first diffusion region of a second conductivity type formed on the surface of the main semiconductor region;
前記第1の拡散領域の表面に形成された、第1伝導型の第1の電極形成領域、および第2伝導型の第2の電極形成領域と、A first conductivity type first electrode formation region and a second conductivity type second electrode formation region formed on the surface of the first diffusion region;
前記第1の電極形成領域および前記第2の電極形成領域と接続する第1の電極と、  A first electrode connected to the first electrode formation region and the second electrode formation region;
前記第1の拡散領域とは離れた領域に形成された、第2伝導型の第2の拡散領域と、  A second diffusion region of a second conductivity type formed in a region away from the first diffusion region;
前記第2の拡散領域の表面に形成された、第1伝導型の第3の電極形成領域、および第2伝導型の第4の電極形成領域と、  A first conductivity type third electrode formation region and a second conductivity type fourth electrode formation region formed on the surface of the second diffusion region;
前記第3の電極形成領域および前記第4の電極形成領域と接続する第2の電極と、  A second electrode connected to the third electrode formation region and the fourth electrode formation region;
を有し、  Have
前記第1の拡散領域および前記第2の拡散領域は、その前記第1の拡散領域と前記第2の拡散領域との対向方向に、延長領域を備え、  The first diffusion region and the second diffusion region include an extension region in a direction opposite to the first diffusion region and the second diffusion region,
前記第1の拡散領域と前記第2の拡散領域との対向方向における、前記延長領域の長さと、前記埋め込み領域から前記第1の拡散領域および前記第2の拡散領域までの縦方向の距離とにより、保持耐圧が決定される、  A length of the extension region in a facing direction of the first diffusion region and the second diffusion region, and a vertical distance from the buried region to the first diffusion region and the second diffusion region. The holding pressure resistance is determined by
ことを特徴とする静電気保護用半導体装置。  A semiconductor device for electrostatic protection.
他の素子に対して電気的に分離され、他の素子の静電気破壊を防止するための静電気保護用半導体装置において、  In an electrostatic protection semiconductor device that is electrically isolated from other elements and prevents electrostatic breakdown of other elements,
第1伝導型で高キャリア濃度の埋め込み領域と、  A buried region of a first conductivity type and a high carrier concentration;
前記埋め込み領域上に形成された、前記埋め込み領域よりも低キャリア濃度である第1伝導型の主半導体領域と、  A main semiconductor region of a first conductivity type formed on the buried region and having a lower carrier concentration than the buried region;
前記主半導体領域の表面に形成された、第2伝導型の第1の拡散領域と、  A first diffusion region of a second conductivity type formed on the surface of the main semiconductor region;
前記第1の拡散領域の表面に形成された、第1伝導型の第1の電極形成領域、および第2伝導型の第2の電極形成領域と、A first conductivity type first electrode formation region and a second conductivity type second electrode formation region formed on the surface of the first diffusion region;
前記第1の電極形成領域および前記第2の電極形成領域と接続する第1の電極と、  A first electrode connected to the first electrode formation region and the second electrode formation region;
前記第1の拡散領域とは離れた領域に形成された、第2伝導型の第2の拡散領域と、  A second diffusion region of a second conductivity type formed in a region away from the first diffusion region;
前記第2の拡散領域の表面に形成された、第1伝導型の第3の電極形成領域、および第2伝導型の第4の電極形成領域と、  A first conductivity type third electrode formation region and a second conductivity type fourth electrode formation region formed on the surface of the second diffusion region;
前記第3の電極形成領域および前記第4の電極形成領域と接続する第2の電極と、  A second electrode connected to the third electrode formation region and the fourth electrode formation region;
を有し、  Have
前記第1の拡散領域および前記第2の拡散領域は、その前記第1の拡散領域と前記第2の拡散領域との対向方向に、延長領域を備え、  The first diffusion region and the second diffusion region include an extension region in a direction opposite to the first diffusion region and the second diffusion region,
前記第1の拡散領域と前記第2の拡散領域との対向方向における、前記延長領域の長さは、前記埋め込み領域から、前記第1の拡散領域および前記第2の拡散領域までの縦方向の距離よりも、4μm以上長い、The length of the extension region in the facing direction of the first diffusion region and the second diffusion region is a lengthwise direction from the buried region to the first diffusion region and the second diffusion region. 4 μm or longer than the distance,
ことを特徴とする静電気保護用半導体層値。A semiconductor layer value for electrostatic protection, characterized by that.
前記第1の拡散領域と前記第2の拡散領域との対向方向における、前記延長領域の長さは、前記埋め込み領域から前記第1の拡散領域および前記第2の拡散領域までの縦方向の距離よりも4μm以上長いことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の静電気保護用半導体装置。 The length of the extension region in the opposing direction of the first diffusion region and the second diffusion region is a vertical distance from the buried region to the first diffusion region and the second diffusion region. The semiconductor device for electrostatic protection according to claim 1 , wherein the semiconductor device is longer by 4 μm or more. 前記第1の電極形成領域と前記第3の電極形成領域とが対向した内側に配置され、前記第2の電極形成領域と前記第4の電極形成領域とがその外側に配置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の静電気保護用半導体装置。 The first electrode formation region and the third electrode formation region are disposed inside each other, and the second electrode formation region and the fourth electrode formation region are disposed outside the first electrode formation region and the third electrode formation region. ESD protection for a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, characterized. 前記第1の拡散領域と前記第2の拡散領域との離間距離により、動作開始電圧が決定されることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の静電気保護用半導体装置。   6. The electrostatic protection semiconductor according to claim 1, wherein an operation start voltage is determined by a separation distance between the first diffusion region and the second diffusion region. apparatus. 前記第1の拡散領域および前記第2の拡散領域の平面パターンは、短冊形状、トラック形状、リング形状、もしくはそれらの複合形状であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の静電気保護用半導体装置。   7. The planar pattern of the first diffusion region and the second diffusion region is a strip shape, a track shape, a ring shape, or a composite shape thereof, according to claim 1. The semiconductor device for electrostatic protection as described in the item. 前記第1の拡散領域および前記第2の拡散領域は複数組に分割され、
前記第1の電極を介して複数の第1の拡散領域同士が、および前記第2の電極を介して複数の第2の拡散領域同士が、電気的に接続されていることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の静電気保護用半導体装置。
The first diffusion region and the second diffusion region are divided into a plurality of sets,
The plurality of first diffusion regions are electrically connected via the first electrode, and the plurality of second diffusion regions are electrically connected via the second electrode. The semiconductor device for electrostatic protection according to any one of claims 1 to 7.
前記第1の電極と前記第2の電極のうち、一方は入力端子に接続され、他方は接地電極に接続されていることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の静電気保護用半導体装置。   9. The device according to claim 1, wherein one of the first electrode and the second electrode is connected to an input terminal, and the other is connected to a ground electrode. 10. Semiconductor devices for electrostatic protection. 前記静電気保護用半導体装置は、底面絶縁膜および側面絶縁膜とにより、底面および側面が区画され、前記他の素子に対して電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の静電気保護用半導体装置。   2. The electrostatic protection semiconductor device according to claim 1, wherein a bottom surface and a side surface are partitioned by a bottom surface insulating film and a side surface insulating film, and are electrically insulated from the other elements. 10. The semiconductor device for electrostatic protection according to any one of 9 above. 前記主半導体領域は、SOI基板であることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の静電気保護用半導体装置。   11. The semiconductor device for electrostatic protection according to claim 1, wherein the main semiconductor region is an SOI substrate. 請求項1ないし請求項11の何れか1項に記載の静電気保護用半導体装置を含むことを特徴とする自動車用複合IC。12. An automotive integrated IC comprising the electrostatic protection semiconductor device according to claim 1.
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US6538266B2 (en) * 2000-08-11 2003-03-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Protection device with a silicon-controlled rectifier
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