JP6554025B2 - Semiconductor integrated circuit and method of manufacturing the same - Google Patents
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本発明は、保護回路を備えた半導体集積回路及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit provided with a protection circuit and a method of manufacturing the same.
下記特許文献1には、静電サージに対する耐量を向上させた半導体保護装置が開示されている。この半導体保護装置はサイリスタ及びツェナダイオードを備えている。サイリスタは、電源端子と接地端子との間に挿入され、縦型npnバイポーラトランジスタと横型pnpバイポーラトランジスタとを含んで構成されている。ツェナダイオードはトリガ素子として使用されている。このツェナダイオードのカソードは電源端子に接続され、アノードは縦型npnバイポーラトランジスタのベース領域に接続されている。 The following Patent Document 1 discloses a semiconductor protection device with improved resistance to electrostatic surges. The semiconductor protection device comprises a thyristor and a Zener diode. The thyristor is inserted between the power supply terminal and the ground terminal, and includes a vertical npn bipolar transistor and a horizontal pnp bipolar transistor. Zener diodes are used as trigger elements. The cathode of this Zener diode is connected to the power supply terminal, and the anode is connected to the base region of the vertical npn bipolar transistor.
このように構成される半導体保護装置では、電源端子に静電サージが入力されると、最初にトリガ素子としてのツェナダイオードにブレークダウンが発生する。これにより、静電サージが縦型npnバイポーラトランジスタのベース領域に流れて、サイリスタがターンオンする。サイリスタの動作により、電源端子に入力された静電サージは内部回路に入力される前にサイリスタを通して接地端子側に流れるので、内部回路が静電サージから保護される。 In the semiconductor protection device configured as described above, when an electrostatic surge is input to the power supply terminal, breakdown occurs in the zener diode as a trigger element. As a result, an electrostatic surge flows into the base region of the vertical npn bipolar transistor, and the thyristor is turned on. By the operation of the thyristor, the electrostatic surge inputted to the power supply terminal flows to the ground terminal side through the thyristor before being inputted to the internal circuit, so that the internal circuit is protected from the electrostatic surge.
ところで、上記半導体保護装置では、電源端子に静電サージが入力されると、ツェナダイオードに集中してサージ電流が流れる。このため、ツェナダイオードのpn接合部に電界集中が発生するので、pn接合部の破壊防止の観点から、改善の余地があった。 By the way, in the semiconductor protection device, when an electrostatic surge is input to the power supply terminal, a surge current flows concentrated on the Zener diode. For this reason, since electric field concentration occurs at the pn junction of the Zener diode, there is room for improvement from the viewpoint of preventing the breakdown of the pn junction.
本発明は、上記事実を考慮し、トリガ素子としてのツェナダイオードのサージに対する破壊耐性を向上させることができる半導体集積回路及びその製造方法を提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above fact, the present invention provides a semiconductor integrated circuit capable of improving the breakdown resistance to a surge of a Zener diode as a trigger element and a method of manufacturing the same.
本発明の第1実施態様に係る半導体集積回路は、第1電源端子と第1電源端子に印加される電源電圧と異なる電源電圧が印加される第2電源端子との間に接続され、第1電源端子に入力されるサージを第2電源端子に吸収させる保護回路と、第1電源端子にカソードが接続され、かつ、保護回路にアノードが接続され、第1電源端子に入力されるサージをトリガとして保護回路を動作させるツェナダイオードを含むトリガ回路と、ツェナダイオードにおいて、カソードとアノードとの間に設けられ、カソード又はアノードと同一導電型を有し、かつ、カソード又はアノードの不純物密度よりも低い不純物密度を有し、カソードとアノードとのpn接合部におけるサージによる電界を緩和する電界緩和領域と、を備えている。アノードは、他の領域から電気的に分離された第1導電型の第1半導体領域の主面部に設けられた第1導電型とは反対の第2導電型の第2半導体領域により構成されている。カソードは、第2半導体領域の主面部に設けられ、かつ、周囲が素子分離絶縁領域により囲まれ、且つ素子分離絶縁領域よりも浅く形成された第1導電型の第3半導体領域により構成されている。電界緩和領域は、第3半導体領域に沿って第2半導体領域の主面部に構成され、電界緩和領域の端部が素子分離絶縁領域の側面に接している。
A semiconductor integrated circuit according to a first embodiment of the present invention is connected between a first power supply terminal and a second power supply terminal to which a power supply voltage different from the power supply voltage applied to the first power supply terminal is applied. A protection circuit for absorbing a surge input to the power supply terminal to the second power supply terminal, a cathode connected to the first power supply terminal, an anode connected to the protection circuit, and a trigger for a surge input to the first power supply terminal And a trigger circuit including a Zener diode for operating the protection circuit and a Zener diode provided between the cathode and the anode, having the same conductivity type as the cathode or the anode, and lower than the impurity density of the cathode or the anode And an electric field relaxation region that has an impurity density and relaxes an electric field caused by a surge at a pn junction between the cathode and the anode. The anode is composed of a second semiconductor region of the second conductivity type opposite to the first conductivity type provided on the main surface of the first semiconductor region of the first conductivity type electrically separated from the other regions. There is. The cathode is provided on the main surface portion of the second semiconductor region, and is constituted by the third semiconductor region of the first conductivity type surrounded by the element isolation insulating region and formed shallower than the element isolation insulating region. There is. The electric field relaxation region is formed along the third semiconductor region on the main surface of the second semiconductor region, and the end of the electric field relaxation region is in contact with the side surface of the element isolation insulating region.
第1実施態様に係る半導体集積回路は、保護回路及びトリガ回路を備える。保護回路は第1電源端子と第2電源端子との間に挿入され、保護回路では第1電源端子に入力されるサージが第2電源端子に吸収される。トリガ回路はトリガ素子としてのツェナダイオードを含んで構成され、ツェナダイオードのカソードは第1電源端子に接続され、アノードは保護回路に接続される。 The semiconductor integrated circuit according to the first embodiment includes a protection circuit and a trigger circuit. The protection circuit is inserted between the first power supply terminal and the second power supply terminal. In the protection circuit, a surge inputted to the first power supply terminal is absorbed by the second power supply terminal. The trigger circuit is configured to include a Zener diode as a trigger element, the cathode of the Zener diode is connected to the first power supply terminal, and the anode is connected to the protection circuit.
ここで、ツェナダイオードのカソードとアノードとの間に電界緩和領域が設けられ、電界緩和領域はカソード又はアノードと同一導電型を有し、かつ、カソード又はアノードの不純物密度よりも低い不純物密度を有する。このため、カソードとアノードとのpn接合部における空乏層の伸びが大きくなるので、pn接合部でのサージ電流による電界集中が抑制される。 Here, an electric field relaxation region is provided between the cathode and the anode of the Zener diode, and the electric field relaxation region has the same conductivity type as the cathode or the anode and has an impurity density lower than the impurity density of the cathode or the anode. . For this reason, since the extension of the depletion layer at the pn junction between the cathode and the anode becomes large, the electric field concentration due to the surge current at the pn junction is suppressed.
本発明の第3実施態様に係る半導体集積回路では、第1実施態様又は第2実施態様に係る半導体集積回路において、保護回路は、第1電源端子に第1主電極領域及び第1制御電極領域が接続され、第2電源端子に第2主電極領域が接続された第1バイポーラトランジスタと、第2電源端子に第3主電極領域が接続され、第1制御電極領域に第4主電極領域が接続され、第2主電極領域に第2制御電極領域が接続された第2バイポーラトランジスタと、を含んで構成され、アノードは、第2制御電極領域に接続されている。 In a semiconductor integrated circuit according to a third aspect of the present invention, in the semiconductor integrated circuit according to the first aspect or the second aspect, the protection circuit includes a first power electrode terminal and a first main electrode region and a first control electrode region. Is connected, and the second main electrode region is connected to the second main electrode region, the third main electrode region is connected to the second power source terminal, and the fourth main electrode region is connected to the first control electrode region. And a second bipolar transistor having a second main electrode region and a second control electrode region connected to each other, the anode being connected to the second control electrode region.
第2実施態様に係る半導体集積回路によれば、保護回路は第1バイポーラトランジスタ及び第2バイポーラトランジスタを有するサイリスタにより構成され、サイリスタのゲートにツェナダイオードが接続された構成とされる。保護回路をサイリスタとすることにより、第1電源端子から第2電源端子へ大きなサージを流すことができる。
According to the semiconductor integrated circuit of the second embodiment, the protection circuit is constituted by a thyristor having a first bipolar transistor and a second bipolar transistor, and a Zener diode is connected to the gate of the thyristor. By using the protection circuit as a thyristor, a large surge can flow from the first power supply terminal to the second power supply terminal.
本発明の第3実施態様に係る半導体集積回路では、第1実施態様〜第2実施態様のいずれか1つに係る半導体集積回路において、第1導電型の第4半導体領域と、第4半導体領域の主面部に設けられ、かつ、第4半導体領域の不純物密度よりも高い不純物密度の第1導電型の第5半導体領域とを有する主電極領域を含んで構成された絶縁ゲート型電界効果トランジスタを備え、カソードは、第5半導体領域の不純物密度と同一不純物密度を有し、電界緩和領域は、第4半導体領域の不純物密度と同一不純物密度を有する。
In a semiconductor integrated circuit according to a third aspect of the present invention, in the semiconductor integrated circuit according to any one of the first aspect to the second aspect, a fourth semiconductor region of the first conductivity type and a fourth semiconductor region An insulated gate field effect transistor configured to include a main electrode region having a first conductivity type fifth semiconductor region having an impurity density higher than the impurity density of the fourth semiconductor region. The cathode has the same impurity density as the fifth semiconductor region, and the electric field relaxation region has the same impurity density as the fourth semiconductor region.
第3実施態様に係る半導体集積回路によれば、カソード及び電界緩和領域が絶縁ゲート型電界効果トランジスタの主電極領域と同一不純物密度の同一構造とされる。このため、ツェナダイオード及び電界緩和領域を簡易に構成することができる。
According to the semiconductor integrated circuit of the third embodiment, the cathode and the electric field relaxation region have the same structure as the main electrode region of the insulated gate field effect transistor with the same impurity density. Therefore, the Zener diode and the electric field relaxation region can be easily configured.
本発明の第4実施態様に係る半導体集積回路の製造方法は、第3実施態様に係る半導体集積回路の第4半導体領域及び電界緩和領域を同一工程により形成する工程と、第5半導体領域及びカソードを同一工程により形成する工程と、を備えている。
The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit according to the fourth embodiment of the present invention includes a step of forming the fourth semiconductor region and the electric field relaxation region of the semiconductor integrated circuit according to the third embodiment by the same step, a fifth semiconductor region, and a cathode. Forming the same by the same process.
第4実施態様に係る半導体集積回路の製造方法によれば、カソードが絶縁ゲート型電界効果トランジスタの第5半導体領域と同一工程により形成され、電界緩和領域が第4半導体領域と同一工程により形成される。このため、別々に形成する場合に比べて、半導体集積回路の製造工程数を削減することができる。 According to the semiconductor integrated circuit manufacturing method of the fourth embodiment, the cathode is formed in the same step as the fifth semiconductor region of the insulated gate field effect transistor, and the field relaxation region is formed in the same step as the fourth semiconductor region. Ru. Therefore, the number of manufacturing steps of the semiconductor integrated circuit can be reduced as compared with the case of forming separately.
本発明によれば、トリガ素子としてのツェナダイオードのサージに対する破壊耐性を向上させることができる半導体集積回路及びその製造方法を得ることができるという優れた効果を有する。 According to the present invention, there is an excellent effect that a semiconductor integrated circuit capable of improving the breakdown resistance to a surge of a Zener diode as a trigger element and a method of manufacturing the same can be obtained.
以下、図1〜図6を用いて、本発明の一実施の形態に係る半導体集積回路及びその製造方法を説明する。 Hereinafter, a semiconductor integrated circuit and a method for manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
(半導体集積回路の回路構成)
図1に示されるように、本実施の形態に係る半導体集積回路10は、半導体基板(半導体チップ)12の主面中央部に内部回路14を備えている。内部回路14の周囲であって、半導体基板12の主面には第1電源端子20、第2電源端子22及び信号端子24が配置されている。ここでは、主要な外部端子のみ示されているが、半導体基板12には上記以外に多数の外部端子が配置されている。
(Circuit configuration of semiconductor integrated circuit)
As shown in FIG. 1, the semiconductor integrated
第1電源端子20は電源配線20Lを通して内部回路14に接続されている。第1電源端子20には半導体集積回路10の外部から回路動作に必要とされる電源電圧Vccが印加される。本実施の形態に係る半導体集積回路10は自動車等の車両に実装され、車両に積載されたバッテリからの電源電圧(例えば、直流12V又は直流24V)が図示省略の電源回路等を経て半導体集積回路10へ供給される。
The first
第2電源端子22は電源配線22Lを通して内部回路14に接続されている。第2電源端子22には半導体集積回路10の外部から回路動作に必要とされ、かつ、電源電圧Vccとは異なる電源電圧Vssが印加される。電源電圧Vssは、電源電圧Vccよりも低い電源電圧、ここでは0V(接地電圧)である。
The second
信号端子24は、入力信号用端子として使用され、信号配線24Lを通して内部回路14の初段回路26に接続されている。回路構成は限定されないが、本実施の形態では、初段回路26がCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)回路とされている。詳しく説明すると、初段回路26は、pチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタ(IGFET:Insulated Gate Field Effect Transistor)Qpとnチャネル型IGFETQnとにより構成されている。IGFETQp及びIGFETQnの双方のゲート電極が信号端子24に接続されている。信号端子24には半導体集積回路10の外部から信号INが入力され、入力された信号INに応じて初段回路26の動作が制御される。なお、IGFETQp及びIGFETQnの双方の主電極領域としてのドレイン領域は出力端子28を経て図示省略の次段回路に接続されている。初段回路26から次段回路へ信号OUTが出力される。IGFETQpの主電極領域としてのソース領域には第1電源配線20Lを通して電源電圧Vccが印加される。また、IGFETQnの主電極領域としてのソース領域には第2電源配線22Lを通して電源電圧Vssが印加される。
The
半導体集積回路10では、第1電源端子20と第2電源端子22との間に保護回路30が挿入されている。さらに、第1電源端子20と保護回路30との間にはトリガ回路32が設けられている。
In the semiconductor integrated
詳しく説明すると、保護回路30は、第1バイポーラトランジスタとしての縦型pnpバイポーラトランジスタB1と、第2バイポーラトランジスタとしての横型npnバイポーラトランジスタB2と、抵抗R1と、抵抗R2とを含んで構成されている。第1バイポーラトランジスタB1では、第1主電極領域としてのエミッタ領域が第1電源端子20と内部回路14との間において第1電源配線20Lに接続され、第1制御電極領域としてのベース領域が抵抗R2を介して第1電源配線20Lに接続されている。また、第1バイポーラトランジスタB1の第2主電極領域としてのコレクタ領域は、第2電源端子22と内部回路14との間において、抵抗R1を介して第2電源配線22Lに接続されている。一方、第2バイポーラトランジスタB2では、第3主電極領域としてのエミッタ領域が第2電源端子22と内部回路14との間において第2電源配線22Lに接続され、第4主電極領域としてのコレクタ領域が第1バイポーラトランジスタB1のベース領域に及び抵抗R2を介して第1電源配線20Lに接続されている。また、第2バイポーラトランジスタB2の第2制御電極領域としてのベース領域は第1バイポーラトランジスタB1のコレクタ領域に接続されている。すなわち、保護回路30は、第2バイポーラトランジスタB2のベース領域をゲート(入力端子)とするサイリスタ(Thyristor)により構成されている。保護回路30は、第1電源端子20に入力されるサージが内部回路14に入力される前に第2電源端子22に吸収させる構成とされている。
In detail, the
トリガ回路32は、本実施の形態では、ツェナダイオードZDにより構成されている。ツェナダイオードZDのカソードは第1電源端子20に接続され、アノードは保護回路30のゲート(第2バイポーラトランジスタB2のベース領域)に接続されている。ツェナダイオードZDは、第1電源端子20にブレークダウン耐圧(降伏電圧)を越えるサージが入力されると、保護回路30の動作よりも先にブレークダウンを発生させ、このブレークダウンにより保護回路30を動作させる構成とされている。
In the present embodiment, the
(半導体集積回路の内部回路の縦断面構造)
図2に示されるように、本実施の形態に係る半導体集積回路10は、半導体基板12を含んで構成されている。ここでは、第2導電型としてのp型に設定された単結晶シリコン基板により形成されている。半導体基板12には電源電圧Vssが印加される。電源電圧Vssは、半導体基板12の主面部に設けられたp型ウエル領域40及びこのp型ウエル領域40の主面部に設けられたp型半導体領域(基板コンタクト領域)56を介して半導体基板12に印加される。
(Longitudinal sectional structure of internal circuit of semiconductor integrated circuit)
As shown in FIG. 2, the semiconductor integrated
p型ウエル領域40は半導体基板12の不純物密度よりも高い不純物密度に設定されている。p型半導体領域56はp型ウエル領域40の不純物密度よりも高い不純物密度に設定されている。p型ウエル領域40は、内部回路14のIGFETQnの形成領域に設けられ、p型半導体領域56を通して電源電圧Vssに印加されている。また、半導体基板12の主面部には、この半導体基板12及びp型ウエル領域40から電気的に分離された(他の領域から電気的に分離された)第1半導体領域としてのn型ウエル領域42が設けられている。n型ウエル領域42は、内部回路14のIGFETQpの形成領域、保護回路30の形成領域及びトリガ回路32の形成領域に設けられている。n型ウエル領域42の主面部にはn型ウエル領域42の不純物密度よりも高い不純物密度に設定されたn型半導体領域62が設けられ、n型ウエル領域42はn型半導体領域62を通して電源電圧Vccに印加されている。
The p-
内部回路14のIGFETQpは、素子分離絶縁領域46及びn型チャネルストッパ領域48nに周囲を囲まれた領域において、n型ウエル領域42の主面部に設けられている。本実施の形態において、素子分離絶縁領域46は、基板選択酸化技術により形成されたフィールド酸化膜(シリコン酸化膜)により形成されている。n型チャネルストッパ領域48nは、素子分離絶縁領域46の下面に沿ってn型ウエル領域42の主面部に設けられている。n型チャネルストッパ領域48nは、n型ウエル領域42の不純物密度よりも高く、かつ、n型半導体領域62の不純物密度よりも低い不純物密度に設定されている。
The IGFET Qp of the
IGFETQpは、チャネル形成領域と、ゲート絶縁膜50と、ゲート電極52と、ソース領域及びドレイン領域として使用される一対の主電極領域54とを含んで構成されている。チャネル形成領域はn型ウエル領域42を利用して形成されている。本実施の形態では、主電極領域54は、低不純物密度のp型半導体領域58と、このp型半導体領域58の主面部に設けられた高不純物密度のp型半導体領域56とを含んで構成された二重拡散構造(double diffusion structure)とされている。p型半導体領域58は、n型ウエル領域42の接合深さよりも浅い、0.38μm〜0.52μmの接合深さを有し、p型ウエル領域40の不純物密度よりも高い、1018 atoms/cm3 〜1019 atoms/cm3の不純物密度に設定されている。p型半導体領域56は、p型半導体領域58の接合深さよりも浅い、0.32μm〜0.36μmの深さを有し、p型半導体領域58の不純物密度よりも高い、1020 atoms/cm3の不純物密度に設定されている。p型半導体領域56及びp型半導体領域58は、素子分離絶縁領域46及びゲート電極52をマスクとし、p型不純物をイオン注入法を用いてn型ウエル領域42の主面部に注入することにより形成されている。このため、p型半導体領域56及びp型半導体領域58は素子分離絶縁領域46、ゲート電極52のそれぞれに対して自己整合により形成されている。
The IGFET Qp includes a channel formation region, a
ゲート絶縁膜50は、n型ウエル領域42の主面上に設けられ、例えばシリコン酸化膜により形成されている。ゲート絶縁膜50は、オキシナイトライド膜や、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを積層した複合膜により形成してもよい。ゲート電極52は、ゲート絶縁膜50上に設けられ、例えばシリコン多結晶膜により形成されている。シリコン多結晶膜には例えば燐や硼素が導入され、シリコン多結晶膜の抵抗値が調整されて低く設定されている。ゲート電極52は、シリコン多結晶膜上に高融点金属膜や高融点金属シリサイド膜を積層した複合膜により形成してもよい。
The
IGFETQnは、素子分離絶縁領域46及びp型チャネルストッパ領域48pに周囲を囲まれた領域において、p型ウエル領域40の主面部に設けられている。p型チャネルストッパ領域48pは、p型ウエル領域40の不純物密度よりも高く、かつ、p型半導体領域56の不純物密度よりも低い不純物密度に設定されている。
The IGFET Qn is provided on the main surface of the p-
IGFETQnは、チャネル形成領域と、ゲート絶縁膜50と、ゲート電極52と、ソース領域及びドレイン領域として使用される一対の主電極領域60とを含んで構成されている。チャネル形成領域はp型ウエル領域40を利用して形成されている。主電極領域60は、主電極領域54と同様に二重拡散構造とされ、低不純物密度のn型半導体領域64と、このn型半導体領域64の主面部に設けられた高不純物密度のn型半導体領域62とを含んで構成されている。n型半導体領域64は、p型半導体領域58の接合深さと同等の接合深さを有し、p型半導体領域58の不純物密度と同等の不純物密度に設定されている。n型半導体領域62は、p型半導体領域56の深さと同等の深さを有し、p型半導体領域56の不純物密度と同等の不純物密度に設定されている。p型半導体領域56及びp型半導体領域58と同様に、n型半導体領域62及びn型半導体領域64は素子分離絶縁領域46、ゲート電極52のそれぞれに対して自己整合により形成されている。なお、IGFETQnのゲート絶縁膜50及びゲート電極52は、IGFETQpのゲート絶縁膜50及びゲート電極52と同一構造により構成されている。
The IGFET Qn includes a channel forming region, a
(保護回路の縦断面構造)
図2に示されるように、保護回路30の第1バイポーラトランジスタB1は、エミッタ領域としてのp型半導体領域56と、ベース領域としてのn型ウエル領域42と、コレクタ領域としてのp型半導体基板12とを含んで構成されている。第1バイポーラトランジスタB1は、p型半導体領域56と半導体基板12との間に半導体基板12の厚さ方向に電流を流す縦型pnpバイポーラトランジスタとして構成されている。一方、第2バイポーラトランジスタB2は、エミッタ領域としてのn型半導体領域62と、ベース領域としてのp型ウエル領域44と、コレクタ領域としてのn型ウエル領域42とを含んで構成されている。p型ウエル領域44は、n型ウエル領域42の主面部に設けられ、p型ウエル領域40の不純物密度よりも高く、かつ、IGFETQpのp型半導体領域58の不純物密度よりも低い、1017 atoms/cm3 〜1018 atoms/cm3の不純物密度に設定されている。n型半導体領域62はこのp型ウエル領域44の主面部に設けられている。第2バイポーラトランジスタB2は、n型半導体領域62とn型ウエル領域42との間に半導体基板12の面方向に電流を流す横型npnバイポーラトランジスタとして構成されている。
(Longitudinal structure of protection circuit)
As shown in FIG. 2, the first bipolar transistor B1 of the
抵抗R1は、第1バイポーラトランジスタB1のコレクタ領域としての半導体基板12により構成されている。また、抵抗R2は、第1バイポーラトランジスタB1のベース領域としてのn型ウエル領域42により構成されている。
The resistor R1 is constituted by a
(トリガ回路の縦断面構造)
図2及び図3に示されるように、トリガ回路32のツェナダイオードZDは、アノード及び第2半導体領域としてのp型ウエル領域44Dと、カソード及び第3半導体領域としてのn型半導体領域62Dとを含んで構成されている。詳しく説明すると、p型ウエル領域44Dは、p型ウエル領域44に対して、同一不純物密度、かつ、同一接合深さを有する同一構造により構成され、更にp型ウエル領域44に一体に構成されている(電気的に接続されている)。n型半導体領域62Dは、素子分離絶縁領域46及びp型チャネルストッパ領域48pに周囲を囲まれた領域において、p型ウエル領域44Dの主面部に設けられている。n型半導体領域62Dは、IGFETQnの主電極領域60の高不純物密度のn型半導体領域62に対して、同一不純物密度、かつ、同一深さを有する同一構造とされている。
(Longitudinal structure of trigger circuit)
As shown in FIGS. 2 and 3, the Zener diode ZD of the
そして、ツェナダイオードZDのn型半導体領域62Dとp型ウエル領域44Dとの間に、n型半導体領域62Dと同一導電型を有し、かつ、n型半導体領域62Dの不純物密度よりも低い不純物密度を有する電界緩和領域64Dが設けられている。図3に示されるように、電界緩和領域64Dは、n型半導体領域62Dのp型ウエル領域44D側の底面に沿ってp型ウエル領域44Dの主面部に設けられている。n型ウエル領域44D及び電界緩和領域64Dは、素子分離絶縁領域46をマスクとして、n型不純物をイオン注入法を用いて注入することにより形成されているので、素子分離絶縁領域46の端部のバーズビーク46Aに対して自己整合により形成されている。さらに、電界緩和領域64Dの端部は、バーズビーク46Aとオーバーラップして、素子分離絶縁領域46の端部に回り込んで構成されている。本実施の形態において、電界緩和領域64Dは、IGFETQnの主電極領域60の低不純物密度のn型半導体領域64に対して、同一不純物密度、かつ、同一深さを有する同一構造とされている。電界緩和領域64Dを備えることにより、電界緩和領域64Dが実効的なカソードとして作用する。そして、ツェナダイオードZDは、高不純物密度のn型半導体領域62Dと低不純物密度のp型ウエル領域44Dとのpn接合部から、低不純物密度のn型半導体領域と低不純物密度のp型ウエル領域44Dとのpn接合部となる。
The impurity density between the n-
(半導体集積回路の製造方法)
本実施の形態に係る半導体集積回路10の製造方法は以下の通りである。p型半導体基板12の主面部において、p型ウエル領域40及びn型ウエル領域42が形成される(図2参照)。p型ウエル領域40は、内部回路14のIGFETQnの形成領域において、半導体基板12の主面部に形成される。n型ウエル領域42は、内部回路14のIGFETQpの形成領域、保護回路30の形成領域及びトリガ回路32の形成領域において、半導体基板12の主面部に形成される。
(Method of manufacturing semiconductor integrated circuit)
The method of manufacturing the semiconductor integrated
図4(A)に示されるように、n型ウエル領域42の主面部において、保護回路30の形成領域にp型ウエル領域44が形成される。このp型ウエル領域44を形成する工程と同一工程により、保護回路30の形成領域内に配置されるトリガ回路32の形成領域にp型ウエル領域44Dが形成される。p型ウエル領域44、p型ウエル領域44Dは、いずれも、n型ウエル領域42の主面部に導入されたp型不純物を活性化させて形成される。p型不純物の導入にはイオン注入法が使用され、p型不純物はフォトリソグラフィ技術により形成されたマスクを用いて選択的に導入される。なお、不純物の導入には、イオン注入法に代えて、固相拡散法が使用されてもよい。
As shown in FIG. 4A, the p-
次に、素子分離絶縁領域46、p型チャネルストッパ領域48p及びn型チャネルストッパ領域48nが形成される(図2参照)。素子分離絶縁領域46は、前述の通り基板選択酸化技術により、p型ウエル領域40、n型ウエル領域42、p型ウエル領域44、p型ウエル領域44Dのそれぞれの主面上に形成される。p型チャネルストッパ領域48pは、素子分離絶縁領域46下においてp型ウエル領域40の主面部、p型ウエル領域44の主面部及びp型ウエル領域44Dの主面部に形成される。n型チャネルストッパ領域48nは、素子分離絶縁領域46下においてn型ウエル領域42の主面部に形成される。
Next, an element
次に、IGFETQpの形成領域において、n型ウエル領域42の主面上にゲート絶縁膜50、ゲート電極52のそれぞれが順次形成される(図2参照)。この工程と同一工程により、IGFETQnの形成領域において、p型ウエル領域40の主面上にゲート絶縁膜50、ゲート電極52のそれぞれが順次形成される。
Next, in the formation region of the IGFET Qp, the
次に、IGFETQpの形成領域において、n型ウエル領域42の主面部にp型半導体領域58を形成する低不純物密度のp型不純物58pが導入される(図4(B)参照)。引き続き、IGFETQpの形成領域において、n型ウエル領域42の主面部にp型半導体領域56を形成する高不純物密度のp型不純物56pが導入される。p型不純物58p、p型不純物56pは、いずれもイオン注入法により、ゲート電極52及び素子分離絶縁領域46に対して自己整合で導入される。ここで、p型不純物56pは、p型ウエル領域40の主面部、n型ウエル領域42の主面部、p型ウエル領域44の主面部にも同一工程により導入される。
Next, in the formation region of the IGFET Qp, a low impurity density p-type impurity 58p for forming the p-type semiconductor region 58 is introduced into the main surface portion of the n-type well region 42 (see FIG. 4B). Subsequently, in the formation region of the IGFET Qp, the p-
図4(B)に示されるように、IGFETQnの形成領域において、p型ウエル領域40の主面部にn型半導体領域64を形成する低不純物密度のn型不純物64nが導入される。n型不純物64nはイオン注入法により、ゲート電極52及び素子分離絶縁領域46に対して自己整合で導入される。ここで、n型不純物64nは、ツェナダイオードZDの形成領域にも同一工程により導入され、活性化後に電界緩和領域64Dとして形成される。ツェナダイオードZDの形成領域において、n型不純物64nは素子分離絶縁領域46の端部のバーズビーク46Aに対して自己整合によりp型ウエル領域44Dの主面部に導入される。
As shown in FIG. 4B, in the formation region of the IGFET Qn, the low impurity density n-
図4(C)に示されるように、IGFETQnの形成領域において、p型ウエル領域40の主面部にn型半導体領域62を形成する高不純物密度のn型不純物62nが導入される。n型不純物62nは、n型不純物64nと同様にイオン注入法により、ゲート電極52及び素子分離絶縁領域46に対して自己整合により導入される。ここで、n型不純物62nは、ツェナダイオードZDの形成領域にも同一工程により導入される。ツェナダイオードZDの形成領域において、n型不純物62nは、n型不純物64nよりも若干浅い領域に導入され、かつ、素子分離絶縁領域46の端部のバーズビーク46Aに対して自己整合によりp型ウエル領域44Dの主面部に導入される。なお、n型不純物64n、n型不純物62nは、フォトリソグラフィ技術により形成された図示省略のマスクを用いて導入される。また、n型不純物62nは、n型ウエル領域42の主面部、p型ウエル領域44の主面部にも同一工程により導入される。
As shown in FIG. 4C, in the formation region of the IGFET Qn, a high impurity density n-
次に、アニール(活性化処理)が実施され、p型不純物56p、p型不純物58p、n型不純物62n及びn型不純物64nが熱拡散により活性化される。内部回路14の形成領域では、p型不純物56pによりp型半導体領域56が形成されると共に、p型不純物58pによりp型半導体領域58が形成され、主電極領域54を有するIGFETQpが完成する。また、n型不純物62nによりn型半導体領域62が形成されると共に、n型不純物64nによりn型半導体領域64が形成され、主電極領域60を有するIGFETQnが完成する。一方、保護回路30の形成領域では、p型半導体領域56が形成されると、p型半導体領域56、n型ウエル領域42及び半導体基板12を含んで構成される第1バイポーラトランジスタB1が完成する。また、n型半導体領域62が形成されると、n型半導体領域62、p型ウエル領域44及びn型ウエル領域42を含んで構成される第2バイポーラトランジスタB2が完成する。
Next, annealing (activation treatment) is performed, and the p-
トリガ回路32の形成領域では、アノードとしてのp型ウエル領域44Dと、カソードとしてのn型半導体領域62Dとを有すツェナダイオードZDが完成する。そして、n型不純物64Dの導入及び活性化により、ツェナダイオードZDに電界緩和領域64Dが形成される。
In the region where the
(本実施の形態の作用及び効果)
本実施の形態に係る半導体集積回路10は、図1に示されるように、保護回路30及びトリガ回路32を備える。保護回路30は第1電源端子20と第2電源端子22との間に挿入され、保護回路30では第1電源端子20に入力されるサージが第2電源端子22に吸収される。トリガ回路32はトリガ素子としてのツェナダイオードZDを含んで構成され、ツェナダイオードZDのカソードは第1電源端子20に接続され、アノードは保護回路30に接続される。
(Operation and effect of the present embodiment)
The semiconductor integrated
ここで、図2及び図3に示されるように、ツェナダイオードZDのカソードとアノードとの間に電界緩和領域64Dが設けられ、電界緩和領域64Dはカソードと同一導電型を有し、かつ、カソードの不純物密度よりも低い不純物密度を有する。ツェナダイオードZDでは、第1電源端子20からカソード(n型半導体領域62D)にブレークダウン耐圧を超えるサージが入力されると、ブレークダウンが生じ、図5に示されるように、サージ電流Iがアノード(p型ウエル領域44D)へ流れる。ツェナダイオードZDのpn接合部は低不純物密度の電界緩和領域64Dと低不純物密度のアノードとにより形成される。このため、pn接合部から電界緩和領域64D側への空乏層の伸びが大きくなると共に、pn接合部からp型ウエル領域44D側への空乏層の伸びが大きくなる。この空乏層の拡がりにより、pn接合部でのサージ電流Iによる電界集中が抑制される。図2及び図5に示されるように、サージ電流Iによる電界集中ECは、ツェナダイオードZDの中央部ややp型半導体領域56側に生じる。これはサージ電流Iがp型半導体領域56を通して第2電源端子22に流れるためである。
Here, as shown in FIGS. 2 and 3, an electric
一方、図6に示されるように、比較例に係るツェナダイオードZDは電界緩和領域64Dを備えていない。このため、カソード(n型半導体領域62D)とアノード(p型ウエル領域44D)とのpn接合部での空乏層の拡がりが小さく、サージ電流Iによる電界集中ECが発生し易い。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the Zener diode ZD according to the comparative example does not include the electric
このように、本実施の形態に係る半導体集積回路10によれば、トリガ素子としてのツェナダイオードZDのサージ電流Iに対する破壊耐性を向上させることができる。
As described above, according to the semiconductor integrated
また、本実施の形態に係る半導体集積回路10では、図3に示されるように、ツェナダイオードZDのアノードはp型ウエル領域44Dにより構成され、カソードは、周囲が素子分離絶縁領域46に囲まれたn型半導体領域62Dにより構成される。ここで、電界緩和領域64Dは、n型半導体領域62Dの底面に沿ってp型ウエル領域44Dの主面部に構成され、かつ、素子分離絶縁領域46の端部のバーズビーク46Aに回り込んで構成される。このため、図5に示されるように、カソードとアノードとのpn接合部において、サージ電流Iが集中し易い素子分離絶縁領域46の端部での空乏層の伸びが大きくなるので、素子分離絶縁領域46の端部でのサージ電流Iによる電界集中ECが抑制される。
Further, in the semiconductor integrated
さらに、本実施の形態に係る半導体集積回路10では、図1及び図2に示されるように、保護回路30は第1バイポーラトランジスタB1及び第2バイポーラトランジスタB2を有するサイリスタにより構成される。そして、サイリスタのゲートにトリガ回路32のツェナダイオードZDが接続された構成とされる。保護回路30をサイリスタとすることにより、第1電源端子20から第2電源端子22へ大きなサージ電流Iを流すことができる。
Further, in the semiconductor integrated
また、本実施の形態に係る半導体集積回路10では、図2に示されるように、ツェナダイオードZDのカソードのn型半導体領域62DがIGFETQnの主電極領域60のn型半導体領域62と同一不純物密度の同一構造とされる。加えて、電界緩和領域(n型半導体領域)64Dが主電極領域60のn型半導体領域64と同一不純物密度の同一構造とされる。このため、ツェナダイオードZD及び電界緩和領域64Dを簡易に構成することができる。
Further, in the semiconductor integrated
さらに、本実施の形態に係る半導体集積回路10の製造方法では、ツェナダイオードZDのカソード(n型半導体領域62D)がIGFETQnのn型半導体領域62と同一工程により形成される。加えて、電界緩和領域(n型半導体領域)64DがIGFETQnのn型半導体領域64と同一工程により形成される。このため、別々に形成する場合に比べて、半導体集積回路10の製造工程数を削減することができる。
Furthermore, in the method for manufacturing the semiconductor integrated
[上記実施の形態の補足説明]
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において例えば以下の通り変形可能である。例えば、本発明は、縦型npnバイポーラトランジスタ及び横型pnpバイポーラトランジスタを含んで構成される保護回路を備えてもよい。また、保護回路はサイリスタに加えてクランプ素子を含んで構成されてもよい。
さらに、本発明は、トリガ回路において、第1電源端子とツェナダイオードのカソードとの間に抵抗を備えてもよい。また、本発明は、電界緩和領域をアノードと同一導電型、かつ、アノードよりも低不純物密度のp型半導体領域により構成してもよい。さらに、本発明は、内部回路のIGFETに主電極領域のチャネル形成領域側の不純物密度を低く設定したLDD(lightly doped drain)構造を採用し、この主電極領域の低不純物密度の半導体領域と同一構造、若しくは同一工程により電界緩和領域を形成してもよい。また、本発明は、IGFETの主電極領域に関係なく、単独工程により電界緩和領域を形成してもよい。
[Supplementary explanation of the above embodiment]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as follows, for example, without departing from the gist thereof. For example, the present invention may include a protection circuit including a vertical npn bipolar transistor and a horizontal pnp bipolar transistor. In addition to the thyristor, the protection circuit may be configured to include a clamp element.
Furthermore, in the trigger circuit according to the present invention, a resistor may be provided between the first power supply terminal and the cathode of the Zener diode. In the present invention, the electric field relaxation region may be formed of a p-type semiconductor region having the same conductivity type as the anode and a lower impurity density than the anode. Furthermore, the present invention adopts a lightly doped drain (LDD) structure in which the impurity density on the channel forming area side of the main electrode area is set low in the IGFET of the internal circuit, and is the same as the semiconductor area with low impurity density in this main electrode area. The electric field relaxation region may be formed by the structure or the same process. In the present invention, the electric field relaxation region may be formed by a single process regardless of the main electrode region of the IGFET.
10 半導体集積回路
12 半導体基板
14 内部回路
20 第1電源端子
22 第2電源端子
30 保護回路
32 トリガ回路
40、44 p型ウエル領域
44D p型ウエル領域(アノード)
42 n型ウエル領域
46 素子分離絶縁領域
54、60 主電極領域
56、58 p型半導体領域
62、64 n型半導体領域
62D n型半導体領域(カソード)
64D 電界緩和領域
Qn、Qp IGFET
B1、B2 バイポーラトランジスタ
R1、R2 抵抗
DESCRIPTION OF
42 n-
64D electric field relaxation region Qn, Qp IGFET
B1, B2 Bipolar transistor R1, R2 resistance
Claims (4)
前記第1電源端子にカソードが接続され、かつ、前記保護回路にアノードが接続され、前記第1電源端子に入力されるサージをトリガとして前記保護回路を動作させるツェナダイオードを含むトリガ回路と、
前記ツェナダイオードにおいて、前記カソードと前記アノードとの間に設けられ、前記カソード又は前記アノードと同一導電型を有し、かつ、前記カソード又は前記アノードの不純物密度よりも低い不純物密度を有し、前記カソードと前記アノードとのpn接合部におけるサージによる電界を緩和する電界緩和領域と、
を備え、
前記アノードは、他の領域から電気的に分離された第1導電型の第1半導体領域の主面部に設けられた第1導電型とは反対の第2導電型の第2半導体領域により構成され、
前記カソードは、前記第2半導体領域の主面部に設けられ、かつ、周囲が素子分離絶縁領域により囲まれ、かつ、前記素子分離絶縁領域よりも浅く形成された第1導電型の第3半導体領域により構成され、
前記電界緩和領域は、前記第3半導体領域に沿って前記第2半導体領域の主面部に構成され、かつ、前記電界緩和領域の端部が前記素子分離絶縁領域の側面に接している
半導体集積回路。 The second power supply is connected between a first power supply terminal and a second power supply terminal to which a power supply voltage different from the power supply voltage applied to the first power supply terminal is applied, and which is input to the first power supply terminal. A protection circuit to be absorbed by the terminal,
A trigger circuit including a Zener diode having a cathode connected to the first power supply terminal, an anode connected to the protection circuit, and activating the protection circuit using a surge input to the first power supply terminal as a trigger;
The Zener diode is provided between the cathode and the anode, has the same conductivity type as the cathode or the anode, and has an impurity density lower than the impurity density of the cathode or the anode. An electric field relaxation region for relieving an electric field due to a surge at a pn junction between the cathode and the anode;
Bei to give a,
The anode is composed of a second semiconductor region of the second conductivity type opposite to the first conductivity type provided on the main surface of the first semiconductor region of the first conductivity type electrically separated from the other regions. ,
The cathode is provided on a main surface portion of the second semiconductor region, and a periphery thereof is surrounded by an element isolation insulating region, and a third semiconductor region of the first conductivity type formed shallower than the element isolation insulating region Configured by
The electric field relaxation region is formed in a main surface portion of the second semiconductor region along the third semiconductor region, and an end portion of the electric field relaxation region is in contact with a side surface of the element isolation insulating region .
前記第1電源端子に第1主電極領域及び第1制御電極領域が接続され、前記第2電源端子に第2主電極領域が接続された第1バイポーラトランジスタと、
前記第2電源端子に第3主電極領域が接続され、前記第1制御電極領域に第4主電極領域が接続され、前記第2主電極領域に第2制御電極領域が接続された第2バイポーラトランジスタと、を含んで構成され、
前記アノードは、前記第2制御電極領域に接続されている
請求項1に記載の半導体集積回路。 The protection circuit is
A first bipolar transistor having a first main electrode region and a first control electrode region connected to the first power supply terminal and a second main electrode region connected to the second power supply terminal;
A second bipolar device in which a third main electrode region is connected to the second power supply terminal, a fourth main electrode region is connected to the first control electrode region, and a second control electrode region is connected to the second main electrode region. Comprising a transistor,
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the anode is connected to the second control electrode region.
前記カソードは、前記第5半導体領域の不純物密度と同一不純物密度を有し、
前記電界緩和領域は、前記第4半導体領域の不純物密度と同一不純物密度を有する
請求項1または請求項2に記載の半導体集積回路。 A fourth semiconductor region of the first conductivity type and a fifth semiconductor region of the first conductivity type provided in a main surface portion of the fourth semiconductor region and having an impurity density higher than the impurity density of the fourth semiconductor region; An insulated gate field effect transistor configured to include a main electrode region having the
The cathode has the same impurity density as the impurity density of the fifth semiconductor region, and
The semiconductor integrated circuit according to claim 1 , wherein the electric field relaxation region has the same impurity density as that of the fourth semiconductor region.
前記第5半導体領域及び前記カソードを同一工程により形成する工程と、
を備えた請求項3に記載の半導体集積回路の製造方法。
Forming the fourth semiconductor region and the electric field relaxation region in the same step;
Forming the fifth semiconductor region and the cathode in the same step;
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit according to claim 3 , comprising:
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