JP7281807B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7281807B2 JP7281807B2 JP2019129512A JP2019129512A JP7281807B2 JP 7281807 B2 JP7281807 B2 JP 7281807B2 JP 2019129512 A JP2019129512 A JP 2019129512A JP 2019129512 A JP2019129512 A JP 2019129512A JP 7281807 B2 JP7281807 B2 JP 7281807B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- diffusion layer
- region
- semiconductor substrate
- conductivity type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
ESDからIC内の高耐圧素子を効果的に守る方法として、LDMOSのドレイン拡散層に、深くまで拡散させたN型ウェル領域(sinkerと呼ばれる)を介してN型埋め込み層(N+ Buried Layer:NBLと呼ばれる)を電気的に導通させ、それをコレクタとして使用した縦型のNPNバイポーラトランジスタ構造を用いる方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。この方法では、縦型バイポーラトランジスタのベース長(エミッタからコレクタまでの距離)を短くして電流増幅率を大きくすることで、ESDの電流がなるべく縦型バイポーラトランジスタを流れるように工夫している。また、NBLを用いた縦型のNPNバイポーラトランジスタ構造は電流経路の断面積が大きいため電流による破壊が起こりにくいので、ESDが印加された際の大電流を処理することにも適している。
特許文献1の構造ではベース長を伸ばすためにP-活性領域を深くしても、N+ソース領域からNBLまで伸ばすのが限界である。P-活性領域を深くしていくと濃度の薄いN-活性領域が小さくなる、もしくはなくなるのでPN接合の濃度は上昇し、ホールド電圧は下がる方向になってしまうため、効果は薄いといえる。また、NBLを深くするにもエピタキシャル層をより多く積まなければならなくなり、工程の時間増とコスト増大が見込まれるために現実的ではない。したがって、特許文献1の構造では被保護素子の動作電圧がESD保護素子のホールド電圧の上限を上回った際に対応することが出来ない。
また、本発明の他の実施例に係る半導体装置の製造方法は、前記半導体基板の前記第1の領域に対応する領域全面上に開口を有し、前記半導体基板の前記第2の領域に対応する領域上においては島状に複数の開口を有するレジスト層を用いて前記半導体基板に前記第2導電型の不純物イオンを注入するイオン注入工程と、前記半導体基板上に前記エピタキシャル層を形成する工程と、熱処理を行い、前記イオン注入工程において注入された不純物イオンを熱拡散させ、前記第1の埋め込み層と前記第2の埋め込み層とを形成する工程とを備えることを特徴とする。
さらに、平面視において、ゲート電極4の一方の側面に隣接するように第2の拡散層9の表面の一部に設けられた第2導電型のソース拡散層5と、端部がゲート酸化膜3と接するようにゲート電極4の他方の側面側の第1の拡散層8の表面の一部に設けられたシリコン酸化膜6と、シリコン酸化膜6のゲート電極4とは反対側の側面に隣接して第1の拡散層8の表面の一部に設けられた第2導電型のドレイン拡散層7と、を備えている。
そして、さらにドレイン拡散層7の下方領域を含みゲート電極4側の端部がソース拡散層5の下方領域に至らない第1の領域Aに前記半導体基板1と前記エピタキシャル層2の間に位置するように第1の拡散層8および第2の拡散層9と離間して設けられた第2導電型の第1の埋め込み層11と、第1の埋め込み層11よりも低濃度であり、第1の埋め込み層11のゲート電極4側の端部からソース拡散層5の直下まで延在する第2の領域Bに前記半導体基板1と前記エピタキシャル層2の間に位置するように第1の拡散層8および第2の拡散層9と離間して設けられた第2導電型の第2の埋め込み層12と、ドレイン拡散層7の底部から第1の埋め込み層11の上面に達する第2導電型の第3の拡散層10とを備えている
続いて、本実施形態がNchLDMOSの構造を備えるなら正、PchLDMOSの構造を備えるなら負の電位のESDパルスがドレイン拡散層7に入った場合を想定する。この場合、電界が最も大きくなるのはLDMOS構造のドレイン拡散層7側の拡散層8とエピタキシャル層2のPN接合であり、また、ゲート電極4により電位を押さえられているゲート電極4下のシリコン表面付近のPN接合である。
ここで、図9を用いてESD保護素子のブレークダウン電圧とホールド電圧について説明する。図9は本発明の実施形態に係る半導体装置にESDパルスが入った際のIV特性を示す図である。縦軸はドレイン電流であり、横軸はドレイン・ソース間電圧である。ESD保護素子のゲート電極とソース拡散層は接続されているので最初ドレイン・ソース間電圧を印加してもドレイン電流は流れないが、ドレイン・ソース間電圧を大きくして行くと、ドレイン・ソース間ブレークダウン電圧BVDSSにおいてドレイン電流が流れ始める(アバランシェ・ブレークダウン)。さらに、電圧を上げると、より大きなドレイン電流がBVDSSよりも低い電圧において流れるような状態に移行する。これをスナップバックと呼び、その時のドレイン・ソース間電圧をホールド電圧と呼ぶ。
再び、図1に戻り説明する。本実施形態のESD保護素子のBVDSSより大きな電圧のESDパルスが入ると上記のPN接合にて電子正孔対が発生し、基板電流が拡散層9およびエピタキシャル層2を流れるためにそこの電位が上昇する。ソース拡散層5をエミッタ、拡散層9とエピタキシャル層2をベース、第2の埋め込み層12をコレクタの入り口としてみると、コレクタに電位が印加されつつベースに電流が供給されたことになるので、バイポーラトランジスタとしての動作を始める。
ここで、バイポーラトランジスタの電流がベースとコレクタのPN接合を通り過ぎる際にも電界により電子正孔対が発生して基板電流が流れる。ESDのパルスのエネルギーが大きい場合に、このバイポーラトランジスタの電流により発生した基板電流のみでまたバイポーラトランジスタ自身がオンできるようになるとアバランシェ・ブレークダウンをしているLDMOSからの基板電流の供給が必要なくなる。なぜなら、バイポーラトランジスタのほうがアバランシェ・ブレークダウンをしているLDMOSよりも低電圧で駆動できるためである。ESD保護素子にかかる電圧はLDMOSのBVDSSに必要な電圧から低電圧にスナップバックし、バイポーラトランジスタのみが動作するようになる。
このようにバイポーラトランジスタのみで電流が流れ続けるようになる電圧がホールド電圧(図9のHold Voltage)である。バイポーラトランジスタのみによる動作が始まると、ESDのパルスによる電流を流しきるまでバイポーラトランジスタは動作し続ける。しかし、もしソースとドレイン間にかかる電源電圧(図9の網掛け部分)よりもホールド電圧が小さいと、ESDの電流を流しきった後もバイポーラトランジスタとしての動作に必要な電圧が供給されていることになるため、ESD保護素子に電流が流れ続けてしまう。したがって、被保護素子の動作電圧より高く、ESD保護素子のホールド電圧が設定されていることが必須である。
また、埋め込み層の製造方法として、半導体基板1に埋め込み層となる第2導電型のイオン注入を行って拡散させ、エピタキシャル層2を積んだ後にもう一度拡散させるという方法をとるが、第2の埋め込み層12は第1の埋め込み層11に比べて濃度が薄いために拡散される距離が短い。したがって、通常の縦型バイポーラトランジスタと比べて基板表面方向への拡散距離が小さく、ベース長(エミッタであるソース拡散層5からコレクタである第2の埋め込み層12までの距離)が長くなるため、バイポーラトランジスタとしての動作の際に電子と正孔の再結合が起きやすくなりホールド電圧を上げることができる。
また、第1の埋め込み層11はソース拡散層5に近いほど抵抗が低くなるためにESDによる電流を流しやすくなり破壊耐性が上がるが、その分、第2の埋め込み層12が小さくなって空乏層の伸びる距離が小さくなるのでホールド電圧が下がってしまう。したがって、第1の埋め込み層11をどこまでソース拡散層に近づけるかは被保護素子の動作電圧と必要とされているESDパルスへの破壊耐性を考慮して設定する。
また、第二の実施形態では横方向に距離を伸ばして必要なベース長を確保していたが、本第三実施形態では縦方向にベース長を伸ばすことが出来る分、横方向を縮めることができるので素子の面積を縮小させることが出来る。ただし、本実施形態は第2の埋め込み層32と第1の埋め込み層11の間でイオン注入の深さを変える必要があるために、フォトマスクを1枚追加して別工程で第2の埋め込み層32を形成しなければならない。したがって、面積が小さいが工程を多くするのか、面積が大きいが工程を少なくするのか、一般にはコスト面でのメリットが大きいほうを選ぶことになる。
2 第1導電型のエピタキシャル層
3 ゲート酸化膜
4 ゲート電極
5 第2導電型のソース拡散層
6 シリコン酸化膜
7 第2導電型のドレイン拡散層
8 第2導電型の第1の拡散層
9 第1導電型の第2の拡散層
10 第2導電型の第3の拡散層
11 第2導電型の第1の埋め込み層
11a 第1の埋め込み層のイオン注入領域
11b 第2の埋め込み層の島状のイオン注入領域
11c 第2の埋め込み層のライン状のイオン注入領域
12、22、32 第2導電型の第2の埋め込み層
13 アクティブ領域
15 メタル配線
A 第1の領域
B 第2の領域
Claims (7)
- 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられた第1導電型のエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層の表面から内部にかけて互いに隣り合って設けられた第2導電型の第1の拡散層および第1導電型の第2の拡散層と、
前記第1の拡散層および前記第2の拡散層と、を跨ぐように前記エピタキシャル層上にゲート酸化膜を介して設けられたゲート電極と、
平面視において、前記ゲート電極の一方の側面に隣接するように前記第2の拡散層の表面の一部に設けられた第2導電型のソース拡散層と、
端部が前記ゲート酸化膜と接するように、少なくとも前記ゲート電極の他方の側面の側に位置する前記第1の拡散層の表面の一部に設けられたシリコン酸化膜と、
前記シリコン酸化膜の前記ゲート電極とは反対側の側面に隣接して前記第1の拡散層の表面の一部に設けられた第2導電型のドレイン拡散層と、
前記ドレイン拡散層の下方領域を含み前記ゲート電極の側の端部が前記ソース拡散層の下方領域に至らない第1の領域に前記第1の拡散層および第2の拡散層と離間して設けられた第2導電型の第1の埋め込み層と、
前記第1の埋め込み層よりも低濃度であり、少なくとも前記第1の埋め込み層の前記ゲート電極側の端部から前記ソース拡散層の下方領域方向に延在する第2の領域に前記第1の拡散層および第2の拡散層と離間して設けられた第2導電型の第2の埋め込み層と、
前記ドレイン拡散層の底部から前記第1の埋め込み層の上面にかけて設けられた第2導電型の第3の拡散層と、を備え、
前記ソース拡散層と前記ゲート電極がメタル配線を介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記第2の領域が前記ソース拡散層の直下まで延在していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第2の領域が前記ソース拡散層の直下まで延在していないことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1の埋め込み層と前記第2の埋め込み層それぞれが前記半導体基板と前記エピタキシャル層との間に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1の埋め込み層が前記半導体基板と前記エピタキシャル層との間に設けられ、前記第1の領域と前記第2の領域の一部がオーバーラップするようにして前記第2の埋め込み層が前記半導体基板内に設けられており、前記第2の埋め込み層と前記第1の埋め込み層が電気的に導通していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の前記第1の領域に対応する領域全面上に開口を有し、前記半導体基板の前記第2の領域に対応する領域上においては島状に複数の開口を有するレジスト層を用いて前記半導体基板に前記第2導電型の不純物イオンを注入するイオン注入工程と、
前記半導体基板上に前記エピタキシャル層を形成する工程と、
熱処理を行い、前記イオン注入工程において注入された不純物イオンを熱拡散させ、前記第1の埋め込み層と前記第2の埋め込み層とを形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板の前記第1の領域に対応する領域全面上に開口を有し、前記半導体基板の前記第2の領域に対応する領域上においてはライン状に複数の開口を有するレジスト層を用いて前記半導体基板に前記第2導電型の不純物イオンを注入するイオン注入工程と、
前記半導体基板上に前記エピタキシャル層を形成する工程と、
熱処理を行い、前記イオン注入工程において注入された不純物イオンを熱拡散させ、前記第1の埋め込み層と前記第2の埋め込み層とを形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019129512A JP7281807B2 (ja) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019129512A JP7281807B2 (ja) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021015883A JP2021015883A (ja) | 2021-02-12 |
JP7281807B2 true JP7281807B2 (ja) | 2023-05-26 |
Family
ID=74530630
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019129512A Active JP7281807B2 (ja) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7281807B2 (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002319675A (ja) | 2001-01-24 | 2002-10-31 | Power Integrations Inc | 埋設導電層を備えた高電圧トランジスタ |
CN101404293A (zh) | 2007-10-05 | 2009-04-08 | 夏普株式会社 | 半导体器件 |
US20090090981A1 (en) | 2007-10-05 | 2009-04-09 | Kazuhiro Natsuaki | Semiconductor device |
JP2016027622A (ja) | 2014-06-27 | 2016-02-18 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100492981B1 (ko) * | 1998-07-31 | 2005-09-02 | 페어차일드코리아반도체 주식회사 | 래터럴 이중확산 모스 트랜지스터 및 그 제조방법 |
-
2019
- 2019-07-11 JP JP2019129512A patent/JP7281807B2/ja active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002319675A (ja) | 2001-01-24 | 2002-10-31 | Power Integrations Inc | 埋設導電層を備えた高電圧トランジスタ |
CN101404293A (zh) | 2007-10-05 | 2009-04-08 | 夏普株式会社 | 半导体器件 |
US20090090981A1 (en) | 2007-10-05 | 2009-04-09 | Kazuhiro Natsuaki | Semiconductor device |
JP2009105374A (ja) | 2007-10-05 | 2009-05-14 | Sharp Corp | 半導体装置 |
JP2016027622A (ja) | 2014-06-27 | 2016-02-18 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021015883A (ja) | 2021-02-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8569836B2 (en) | Semiconductor device | |
EP2674979B1 (en) | Trench Gate IGBT and a Method for Manufacturing the same | |
JP6341331B2 (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
KR101144025B1 (ko) | 반도체 장치 및 그 제조 방법 | |
KR101232935B1 (ko) | Ldmos반도체 소자 | |
WO2017098547A1 (ja) | 炭化珪素半導体装置 | |
JP2013008715A (ja) | 半導体装置 | |
JP2008147415A (ja) | 半導体装置とその製造方法 | |
KR101015531B1 (ko) | 정전기 보호 소자 및 그 제조 방법 | |
CN104704636B (zh) | 具有用于负电压操作的隔离式scr的esd保护电路 | |
JP2009188178A (ja) | 半導体装置 | |
US9373710B2 (en) | Insulated gate bipolar transistor | |
JP2010135568A (ja) | トランジスタ型保護素子および半導体集積回路 | |
JP6011136B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP5641879B2 (ja) | 半導体装置 | |
US20130093057A1 (en) | Semiconductor device | |
KR101489328B1 (ko) | 높은 홀딩 전압을 갖는 스택형 실리콘 제어 정류기를구비한 정전기 방전 보호소자 | |
JP2001127294A (ja) | パワーmosトランジスタ | |
TWI652768B (zh) | 高靜電放電耐受力之靜電保護元件佈局結構 | |
JP7281807B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP2009032968A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2012094797A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
US9378958B2 (en) | Electrostatic discharge protection structure and fabricating method thereof | |
CN102931234A (zh) | Ldmos器件及其制造方法 | |
CN110690211B (zh) | 静电放电防护结构及静电放电强健型半导体装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220607 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230418 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230413 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230509 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7281807 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |