JPH02310969A - Semiconductor element - Google Patents

Semiconductor element

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JPH02310969A
JPH02310969A JP13133989A JP13133989A JPH02310969A JP H02310969 A JPH02310969 A JP H02310969A JP 13133989 A JP13133989 A JP 13133989A JP 13133989 A JP13133989 A JP 13133989A JP H02310969 A JPH02310969 A JP H02310969A
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JP
Japan
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gate
region
type region
protection element
conductivity type
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Application number
JP13133989A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Sato
賢一 佐藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02310969A publication Critical patent/JPH02310969A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor element having an enhancement-type MOSFET of high electrostatic breakdown strength by forming a protective element, which includes a first-conductivity-type region formed on the main surface of a substrate, a second-conductivity-type region arranged on a periphery thereof, and a high concentration second-conductivity-type region provided on a surface central part of the second-conductivity-type region. CONSTITUTION:A second gate protective element 14 which is provided between a second gate G2 and a source S is a back-to-back protective diode structure of p<+>-n-p. A first gate protective element 13 which is provided between a first gate G1 and the source S is an n<+>-n-p structure. The protective element 13 has the n<+>-n-p structure and formed in a structure which provides breakdown strength in the reverse-direction only when a positive voltage is applied to a first gate. Since the p-n junction is formed to have a large junction area, electrostatic breakdown strength can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子、特にゲート・ソース間に保護素子
を配したエンハンスメント型シリコンMOS F E 
T (Metal 0xide Sem1conduc
tor:金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)に適
用して有効な技術に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device, particularly an enhancement type silicon MOS F E in which a protection element is arranged between the gate and the source.
T (Metal Oxide Sem1conduc
TOR (metal oxide film semiconductor field effect transistor).

〔従来の技術〕[Conventional technology]

テレビやVTR用のチューナ部分には、シリコンを基板
とするMOSFETが多用されている。
MOSFETs with silicon substrates are often used in tuners for televisions and VTRs.

たとえば、株式会社オーム社発行「ナショナルテクニカ
ル レボ−) (National ?echnica
lReport) J 19 B 6年4月号、昭和6
1年4月18日余行、ptt〜P17には、テレビ、ビ
デオなどの電子チューナに適した4極MO3FET(デ
ュアルゲート型MO3FET)の開発例が記載されてい
る。また、特願昭62−232967号公報には、エン
ハンスメント型のデュアルゲートシリコンMO5FET
が開示されている。
For example, "National Technical Revo-" published by Ohmsha Co., Ltd.
lReport) J 19 B April 6th issue, Showa 6
On April 18, 1999, PTT to P17, an example of the development of a 4-pole MO3FET (dual gate MO3FET) suitable for electronic tuners for televisions, videos, etc. is described. In addition, Japanese Patent Application No. 62-232967 discloses an enhancement type dual gate silicon MO5FET.
is disclosed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

テレビチューナの低電圧化、コストダウンの要請の中、
エンハンスメント型のデュアルゲートM03FETは、
チューナ実装時に低電圧動作が可能であることと、配線
構造が簡略であること等の理由によって多用されている
。また、FETのゲートのサージ破壊を防止するために
、ゲートとソース間に保護素子が組み込まれている。こ
の保護素子は、前記文献にも記載されているように、バ
ックトウバック(back−to−back )構造と
なっている。
With the demand for lower voltage and cost reduction for TV tuners,
The enhancement type dual gate M03FET is
It is widely used because it can operate at low voltage when the tuner is mounted and has a simple wiring structure. Further, in order to prevent surge damage to the gate of the FET, a protection element is incorporated between the gate and the source. This protective element has a back-to-back structure, as described in the above-mentioned document.

ここで、従来の保護素子、すなわち、バックトウバック
構造のゲート保護ダイオードについて、第7図を参照し
ながら節単に説明する。保護素子1はp+形のシリコン
の基板2に直接、または同図のように基板2の主面に設
けられた同一導電型となるp形のエピタキシャル層3に
形成される。
Here, a conventional protection element, ie, a gate protection diode with a back-to-back structure, will be briefly explained with reference to FIG. The protective element 1 is formed directly on a p+ type silicon substrate 2 or, as shown in the figure, on a p type epitaxial layer 3 of the same conductivity type provided on the main surface of the substrate 2.

このエピタキシャル層3の主面には選択的にn影領域4
が設けられるとともに、このn影領域4の中心部(内側
)および外周に沿ってp÷十形領域。
Selectively n-shaded regions 4 are formed on the main surface of this epitaxial layer 3.
is provided, and along the center (inner side) and outer periphery of this n-shaded area 4, a p÷10-shaped area is provided.

6が設けられ、pnp構造、換言するならばバックトウ
バックに2つのダイオードが形成されることになる。ま
た、同図において、7は絶縁膜、8は前記p十形領域5
の引き出し用の電極である。
6 is provided, resulting in a pnp structure, in other words, two diodes are formed back-to-back. Further, in the same figure, 7 is an insulating film, 8 is the p-shaped region 5
This is an electrode for extraction.

この構造の保護素子は、第8図のグラフで示されるよう
な電流特性(Ls  V。、)を示し、十V。
The protection element with this structure exhibits current characteristics (Ls V.,) as shown in the graph of FIG. 8, which is 10 V.

、−V、なるダイオード耐圧が得られる。A diode breakdown voltage of , -V is obtained.

ところで、この保護素子1の破壊強度はp◆十形領域、
6の表面積(pn接合面積)およびブレイクダウン抵抗
の値で決まり、pn接合の面積が広く、抵抗が小さい程
破壊強度は高くなる。そして実際の破壊は、接合面積の
小さい内側のp+十形領域で発生しやすい。
By the way, the breaking strength of this protective element 1 is in the p◆decade region,
It is determined by the surface area (pn junction area) of No. 6 and the value of breakdown resistance, and the larger the area of the pn junction and the lower the resistance, the higher the breaking strength. Actual breakage is likely to occur in the inner p+ dec shape region where the bonding area is small.

そこで、本発明者は内側のp十形SIT域5の接合面積
、5換言するならば表面積を広くし、これによって破壊
強度を高めることを検討した。しかし、この構造ではゲ
ート人力容!(c+−)が増大し、パワーゲイン(pc
)、雑音指数(NF)等高周波特性の劣化を招くという
新たな問題が派生してしまうということが判明した。
Therefore, the present inventor considered increasing the bonding area, in other words, the surface area, of the inner p-type SIT region 5, thereby increasing the fracture strength. However, with this structure, the gate force is too strong! (c+-) increases, power gain (pc
), it has been found that a new problem arises in that it causes deterioration of high frequency characteristics such as noise figure (NF).

−4、MOSFETにはノーマリオフ形のエンハンスメ
ント型と、ノーマリオン形のデプレッション型とがある
0本発明者はノーマリオフ形のエンハンスメント型MO
3FETは、その使用時、第1ゲートにはプラスの電圧
のみが印加され、マイナスの電圧は印加されないことに
着目し、マイナスの電圧が印加される場合、すなわちサ
ージが入った場合は、電流をそのまま流す順方向構造と
することによって静電破壊強度を向上できることに気が
付き本発明を成した。
-4. There are normally-off enhancement type MOSFETs and normally-on depression type MOSFETs.
We focused on the fact that when using a 3FET, only a positive voltage is applied to the first gate, and no negative voltage is applied.If a negative voltage is applied, that is, if a surge occurs, the current The present invention was realized by realizing that the electrostatic breakdown strength could be improved by creating a forward-direction structure in which the liquid flows as it is.

本発明の目的は、静電破壊強度の高いエンハンスメント
型MOS F ETを有する半導体素子を提供すること
にある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having an enhancement type MOSFET with high electrostatic breakdown strength.

本発明の他の目的は、ゲート入力容量が低くかつ高周波
特性の優れた静電破壊強度の高い半導体素子を提供する
ことにある。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device with low gate input capacitance, excellent high frequency characteristics, and high electrostatic breakdown strength.

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。
The above and other objects and novel features of the present invention include:
It will become clear from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows.

すなわち、本発明の半導体素子においては、デュアルゲ
ート構造のエンハンスメント型MO3FETの第1ゲー
トとソース間に保護素子が配設されているが、この保護
素子は基板と同じ導電型となるp形エピタキシャル層の
主面にn影領域が設けられた構造となっているとともに
、このn影領域の表面中央には不純物濃度が高いn十形
領域が、外周部分にはp十形領域がそれぞれ設けられ、
かつ前記n十形領域は第1ゲートに接続され、前記p形
エピタキシャル層およびp十形領域はソースに接続され
てなるものである。
That is, in the semiconductor device of the present invention, a protection element is disposed between the first gate and the source of an enhancement type MO3FET with a dual gate structure, and this protection element is formed of a p-type epitaxial layer having the same conductivity type as the substrate. It has a structure in which an n-shaded region is provided on the main surface of the n-shaded region, and an n-domain region with a high impurity concentration is provided at the center of the surface of the n-shade region, and a p-domain region is provided at the outer periphery.
The n+ type region is connected to the first gate, and the p type epitaxial layer and the p+ type region are connected to the source.

(作用〕 上記した手段によれば、本発明による半導体素子にあっ
ては、デュアルゲート構造のMOSFETはエンハンス
メント型であることから、使用時第1ゲートにはプラス
の電圧が印加され、マイナスの電圧は印加されない、し
たがって、第1ゲートとソース間に設けられる保護素子
は第1ゲートがプラスにバイアスされた際逆方向耐圧が
得られれば良(、マイナスにバイアスが印加された場合
は耐圧を有さな(ともよく本発明構造で支障を来さない
、また、前記逆方向耐圧はnYi領域と、このn影領域
の外周に沿って設けられたP◆形領領域によるpn接合
部分で形成され、かつこの部分は従来のバックトウバッ
クダイオードにおけるpn接合面積の大きい部分に相当
することから、pn接合面積が大きくなり、第1ゲート
がプラスとなるサージに対する静電破壊強度が大きくな
る。
(Function) According to the above-mentioned means, in the semiconductor device according to the present invention, since the dual-gate structure MOSFET is an enhancement type, a positive voltage is applied to the first gate during use, and a negative voltage is applied to the first gate. Therefore, it is sufficient that the protection element provided between the first gate and the source has a reverse breakdown voltage when the first gate is biased positively (but has a breakdown voltage when a bias is applied negatively). In addition, the reverse breakdown voltage is formed by the pn junction portion formed by the nYi region and the P◆-shaped region provided along the outer periphery of this n shadow region. , and since this portion corresponds to a portion with a large pn junction area in a conventional back-to-back diode, the pn junction area becomes large and the electrostatic breakdown strength against a positive surge at the first gate increases.

また、従来のバックトウパックダイオードにおけるpn
接合面積の小さい部分に相当する箇所は、前記n影領域
と不純物濃度が高濃度となる同じ導電型のn◆形領領域
の接合面となってpn接合は形成されず順バイアスとな
るため、入力容量の低減が達成できる。
Also, pn in the conventional back-to-pack diode
The portion corresponding to the small junction area is the junction surface of the n◆-type region of the same conductivity type with high impurity concentration as the n shadow region, and a pn junction is not formed and a forward bias occurs. A reduction in input capacitance can be achieved.

〔実施例〕〔Example〕

以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例による保護ダイオード付デュ
アルゲート型シリコンMO3FETを構成する半導体素
子の要部断面を示す模式図、第2図は同じく等価回路図
、第3図〜第5図は本発明による半導体素子の製造各工
程における断面図であって、第3図は基板主面に選択的
にn影領域を形成した状態を示すウェハの断面図、第4
図は前記n影領域の周辺にp◆形領領域形成した状態を
示すウェハの断面図、第5図は前記n影領域の表面中央
にn◆形領領域形成した状態を示すウェハの断面図、第
6図は同じく第1ゲートとソース間に設けられた保護素
子の電流−電圧特性を示すグラフである。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section of a main part of a semiconductor element constituting a dual-gate silicon MO3FET with a protection diode according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an equivalent circuit diagram, and FIGS. 3 to 5 are FIG. 3 is a cross-sectional view of a wafer showing a state in which n-shaded regions are selectively formed on the main surface of the substrate; FIG.
The figure is a cross-sectional view of a wafer showing a state in which a p◆-shaped area is formed around the n-shaded area, and FIG. 5 is a cross-sectional view of a wafer showing a state in which an n◆-shaped area is formed in the center of the surface of the n-shaded area. , FIG. 6 is a graph similarly showing the current-voltage characteristics of the protection element provided between the first gate and the source.

この実施例の半導体素子(チップ)11は、第1図に示
されるように、中央にデュアルゲート構造のMOSFE
T12を配するとともに、左側に第1ゲート(G、)と
ソース(S)間にモノリシックに組み込まれる第1ゲー
ト用保護素子13を、右側に第2ゲート(G、)とソー
ス間にモノリシックに組み込まれる第2ゲート用保護素
子14を配した構造となっていて、第2図に示されるよ
うな等価回路を構成している。前記デュアルゲート構造
のMOSFET12はエンハンスメント型となり、ソー
スと第2ゲートとの間には、従来と同様にダイオード1
5.16がバックトウバックに組み込まれている。これ
に対して、第1ゲートとソース間には第1ゲートがプラ
ス状態のとき、ダイオード17の逆方向耐圧が発生し、
第1ゲートがマイナス状態のとき順方向となるn◆−n
−pなる接合構造の保護素子(第1ゲート用保護素子)
13が設けられている。
As shown in FIG. 1, the semiconductor element (chip) 11 of this embodiment has a dual gate structure MOSFE in the center.
In addition to arranging T12, a protection element 13 for the first gate is monolithically incorporated between the first gate (G,) and the source (S) on the left side, and a protection element 13 for the first gate is monolithically incorporated between the second gate (G, ) and the source on the right side. It has a structure in which a second gate protection element 14 to be incorporated is arranged, and an equivalent circuit as shown in FIG. 2 is constructed. The MOSFET 12 with the dual gate structure is an enhancement type, and a diode 1 is connected between the source and the second gate as in the conventional case.
5.16 is incorporated into the back-to-back. On the other hand, when the first gate is in a positive state, a reverse breakdown voltage of the diode 17 is generated between the first gate and the source.
When the first gate is in a negative state, the direction is forward n◆-n
-p junction structure protection element (first gate protection element)
13 are provided.

つぎに各部について説明する。Next, each part will be explained.

前記デュアルゲート構造のエンハンスメント型MOSF
ET12は、p◆形シリコンからなる基板2の主面に設
けられたp形のエピタキシャル層3の表層部にn◆形の
ソース領域20とドレイン領域21を有する構造となっ
ている。また、前記ソース領域20とドレイン領域21
との間の基板2の主面にはstoglI!からなるゲー
ト酸化膜22が設けられている。また、前記ゲート酸化
膜22上には、ソース領域20からドレイン領域21に
向かって、それぞれモリブデン(Mo)からなる第1ゲ
ート電極24および第2ゲート電極25が設けられてい
る。また、前記第1ゲート電極24、第2ゲート電極2
5およびゲート酸化11922を含む基板2の主面側は
SiOオ膜からなる絶縁膜26で被われている。また、
前記ソース領域20およびドレイン領域21に対面する
前記絶縁膜26には、コンタクト孔が設けられるととも
に、このコンタクト孔にはアルミニウムからなる電極が
設けられ、それぞれソース電極27およびドレイン電極
28が形成されている。
Enhancement type MOSF with the dual gate structure
The ET 12 has a structure having an n◆ type source region 20 and a drain region 21 in the surface layer portion of a p type epitaxial layer 3 provided on the main surface of a substrate 2 made of p◆ type silicon. Further, the source region 20 and the drain region 21
stoglI! on the main surface of the substrate 2 between. A gate oxide film 22 is provided. Further, on the gate oxide film 22, a first gate electrode 24 and a second gate electrode 25 each made of molybdenum (Mo) are provided from the source region 20 toward the drain region 21. In addition, the first gate electrode 24 and the second gate electrode 2
The main surface side of the substrate 2 including the gate oxide 5 and the gate oxide 11922 is covered with an insulating film 26 made of a SiO2 film. Also,
A contact hole is provided in the insulating film 26 facing the source region 20 and drain region 21, and an electrode made of aluminum is provided in the contact hole, and a source electrode 27 and a drain electrode 28 are formed, respectively. There is.

さらに、この実施例では、前記ソース領域20とドレイ
ン領域21間において、n−形層からなる高耐圧層29
が設けられ、FETの高耐圧化が図られている。
Furthermore, in this embodiment, between the source region 20 and the drain region 21, a high breakdown voltage layer 29 made of an n-type layer is provided.
is provided to increase the withstand voltage of the FET.

一方、第2ゲート(G、)とソース(S)との間に設け
られる第2ゲート用保護素子14は、前記エピタキシャ
ル層3に設けられたn影領域4、このn影領域4の表層
部の中央(内側)および外周部に沿って設けられたp◆
形領領域56とからなり、p◆−n−pなるバックトウ
バック保護ダイオード構造となっている。また、中央の
p◆形領域5上には、前記第2ゲート電極25に電気的
に繋がる電8i30が設けられている。
On the other hand, the second gate protection element 14 provided between the second gate (G,) and the source (S) includes the n-shade region 4 provided in the epitaxial layer 3, the surface layer portion of this n-shade region 4, p◆ provided along the center (inside) and outer periphery of
It has a p♦-n-p back-to-back protection diode structure. Further, on the central p♦-type region 5, an electrode 8i30 electrically connected to the second gate electrode 25 is provided.

他方、第1ゲート(G1)とソース(S)との間に設け
られる第1ゲート用保護素子13は、前記エピタキシャ
ル層(第1導電型領域)3に設けられたn影領域(第2
導電型領域)4、このn影領域4の表層部の中央(内側
)に設けられた不純物濃度が高いn十形領域(高濃度第
2導電型領域)31、前記n影領域4の外周部に沿って
設けられたp十形領域(第1導電型領域)6とからなり
、n◆−n−p構造となっている。
On the other hand, the first gate protection element 13 provided between the first gate (G1) and the source (S) is connected to the n-shade region (second conductivity type region) provided in the epitaxial layer (first conductivity type region) 3.
conductivity type region) 4, an n-domain region (high concentration second conductivity type region) 31 with a high impurity concentration provided at the center (inner side) of the surface layer of the n shadow region 4, an outer peripheral portion of the n shadow region 4; It consists of a p-type region (first conductivity type region) 6 provided along the n◆-np structure.

ここで、第1ゲート用保護素子13の製造方法について
説明する。第1ゲート用保護素子13の製造にあっては
、第3図に示されるように、p+形のシリコン基板(第
1導電型領域)2の主面に設けられたp形のエピタキシ
ャル層(第1導電型領域)3に、S10□膜32をマス
クとして部分的にリンが打ち込まれ、かつ拡散されてn
影領域(第2導電型領域)4が形成される。前記基板2
はその厚さが350μm程度となるとともに、不純物濃
度、換言するならば比抵抗ρは0.01〜0.02Ωc
mとなっている。また、前記エピタキシャル層3は、特
に限定はされないが、IOμm程度の厚さとなるととも
に、比抵抗は30Ωcmとなっている。また、前記n影
領域4は直径56μm、深さ4μmとなるとともに、シ
ート抵抗ρ、は240Ω/口(不純物濃度で10′4〜
10”cm−3程度)である。
Here, a method for manufacturing the first gate protection element 13 will be explained. In manufacturing the first gate protection element 13, as shown in FIG. Phosphorus is partially implanted into the 1 conductivity type region) 3 using the S10□ film 32 as a mask, and is diffused into the n
A shadow region (second conductivity type region) 4 is formed. Said substrate 2
The thickness is about 350 μm, and the impurity concentration, in other words, the specific resistance ρ is 0.01 to 0.02 Ωc.
m. Further, the epitaxial layer 3 has a thickness of about IO μm and a specific resistance of 30 Ωcm, although this is not particularly limited. In addition, the n-shaded region 4 has a diameter of 56 μm and a depth of 4 μm, and has a sheet resistance ρ of 240 Ω/hole (10'4 to 10'4 in impurity concentration).
10"cm-3).

つぎに、前記Si0g膜32が除去されるとともに、第
4図に示されるように、新たに部分的に5iOz膜33
が形成され、このSiO□膜33をマスクとしてデポジ
ションおよび拡散によって、前記n影領域4の外周に沿
ってp十形領域(第1導電型領域)6が形成される。こ
のp十形領域6は深さ1. 6μm、内径48μmとな
るとともに、シート抵抗ρ、は30Ω/口となっている
Next, the Si0g film 32 is removed, and a new 5iOz film 33 is partially formed as shown in FIG.
is formed, and a p-type region (first conductivity type region) 6 is formed along the outer periphery of the n-shaded region 4 by deposition and diffusion using this SiO□ film 33 as a mask. This p-decade region 6 has a depth of 1. The inner diameter is 6 μm, the inner diameter is 48 μm, and the sheet resistance ρ is 30Ω/hole.

つぎに、前記Sin、膜33が除去されるとともに、第
5図に示されるように再び部分的に絶縁WA26が設け
られ、かつこの絶縁膜26をマスクとして常用の方法で
リンが拡散され、前記n影領域4の表面中央部にn十形
領域(高濃度第2導電型領域)31が形成される。この
n十形領域31は、その深さが1. 5μmとなるとと
もに、直径が28μmとなっている。このn◆十形領域
3゜p十形領域6.n影領域4の寸法は、前記第2ゲー
ト用保護素子14のpnpを構成する各部の寸法と同一
である。したがって、前記p十形領域6およびエピタキ
シャル層3とn影領域4とによるpn接合の面積は、従
来と同様に広くなることから静電破壊強度が高くなる。
Next, the Sin film 33 is removed, and an insulating WA 26 is again provided partially as shown in FIG. An n-type region (high concentration second conductivity type region) 31 is formed at the center of the surface of the n-shaded region 4 . This n-shaped region 31 has a depth of 1. 5 μm, and the diameter is 28 μm. This n◆decade region 3゜pdecade region6. The dimensions of the n-shaded region 4 are the same as the dimensions of each part constituting the pnp of the second gate protection element 14. Therefore, the area of the pn junction formed by the p-type region 6, the epitaxial layer 3, and the n-shaded region 4 is wide, as in the conventional case, and the electrostatic breakdown strength is increased.

また、前記n十形領域31とn影領域4とは同一導電型
同志の接合となり逆方向耐圧は発生しない順方向接合と
なる。
Further, the n-shaped region 31 and the n-shaded region 4 are a junction of the same conductivity type, and form a forward junction in which no reverse breakdown voltage occurs.

これによって、pn接合の容量分が減じられるため、ゲ
ート入力容!(C+−)が小さく抑えられることになる
This reduces the pn junction capacitance, so the gate input capacitance! (C+-) can be kept small.

つぎに、前記n◆十形領域31上は第1図に示されるよ
うに、第1ゲート(G1)に繋がる電極34が形成され
第1ゲート用保護素子13が形成される。この第1ゲー
ト用保護素子13の電流特性(Ics  Vas特性)
は、第6図に示されるようになる。すなわち、第1ゲー
トにプラスの電圧が印加された際、+■1の耐圧が発生
し支障なくFET動作する。また、この逆方向耐圧は前
述のようにpn接合面が広いため、静電破壊強度が高く
なる。前記MO3FETはエンハンスメント型であるこ
とから、その使用時、第1ゲートにマイナスの電圧が印
加されることはない。第1ゲートにマイナスの電圧が印
加された際は逆方向耐圧が発生しないため電流は流れる
。したがって、第1ゲートにマイナスのサージが入った
場合はサージ電流は流れ、接合におけるサージ破壊は発
生しなくなり、2結果として静電破壊強度が高くなるこ
とになる。
Next, as shown in FIG. 1, an electrode 34 connected to the first gate (G1) is formed on the n◆decade region 31, and a first gate protection element 13 is formed. Current characteristics (Ics Vas characteristics) of this first gate protection element 13
becomes as shown in FIG. That is, when a positive voltage is applied to the first gate, a withstand voltage of +1 is generated and the FET operates without any problem. Furthermore, since the reverse breakdown voltage has a wide pn junction surface as described above, the electrostatic breakdown strength increases. Since the MO3FET is an enhancement type, a negative voltage is not applied to the first gate when it is used. When a negative voltage is applied to the first gate, current flows because reverse breakdown voltage does not occur. Therefore, when a negative surge enters the first gate, a surge current flows, and surge breakdown at the junction does not occur, resulting in an increase in electrostatic breakdown strength.

なお、実施例では第1ゲート用保護素子13の製造方法
についてのみ説明したが、各部の形成はMO3FET1
2および第2ゲート用保護素子14の形成と関連して形
成されるのは勿論である。
In addition, although only the manufacturing method of the first gate protection element 13 was explained in the embodiment, the formation of each part was performed using the MO3FET1.
Of course, it is formed in conjunction with the formation of the gate protection element 2 and the second gate protection element 14.

たとえば、前記n十形領域31は前記ソース領域20お
よびドレイン領域21と同時に形成される。
For example, the n+-shaped region 31 is formed at the same time as the source region 20 and drain region 21 .

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。
According to such an embodiment, the following effects can be obtained.

(1)本発明のエンハンスメント型デュアルゲート構造
MOSFETにあっては、第1ゲートとソース間に設け
られた保護素子は、3段に導電型領域を接合させた構造
となっているが、n◆−n−p構造となるとともに、第
1ゲートにプラス電圧が印加された場合にのみ逆方向耐
圧が得られる構造となり、かつpn接合は接合面積が広
い箇所が選択されているため、静電破壊強度が高くなる
という効果が得られる。
(1) In the enhancement type dual-gate structure MOSFET of the present invention, the protection element provided between the first gate and the source has a structure in which conductivity type regions are joined in three stages, but n◆ -n-p structure, and has a structure in which reverse breakdown voltage is obtained only when a positive voltage is applied to the first gate, and the p-n junction is selected at a location with a large junction area, resulting in electrostatic discharge damage. The effect of increasing strength can be obtained.

(2)上記(1)により、本発明の保護素子は、導電型
領域は3段の直列構造であるが、その−組は同一導電型
同志の接合であることから、この接合部ではpn接合が
形成されないため、寄生入力容量の低減が達成できると
いう効果が得られる。
(2) According to (1) above, the conductivity type region of the protection element of the present invention has a three-stage series structure, but since the - group is a junction of the same conductivity type, this junction is a p-n junction. Since no is formed, it is possible to reduce the parasitic input capacitance.

(3)上記(1)により、本発明によれば導電型領域は
3段の直列構造であるが、その−組は同一導電型同志の
接合であることから、抵抗が低くなるという効果が得ら
れる。たとえば、本実施例の場合では、第1ゲートにマ
イナスバイアスを印加した際の抵抗は、同一寸法構造の
バックトウバック構造の保護素子の場合の数十Ωから数
Ωと一部も小さくなる。  ゛ (4)上記(3)により、本発明によれば、第1ゲート
にマイナスのサージが印加した場合、逆方向耐圧は形成
されないため、電流は流れ易くなり、静電破壊強度が高
くなるという効果が得られる。
(3) According to the above (1), according to the present invention, the conductivity type regions have a three-stage series structure, and since the - group is a junction of the same conductivity type, it is possible to obtain the effect of lowering the resistance. It will be done. For example, in the case of this embodiment, the resistance when a negative bias is applied to the first gate is partially reduced from several tens of ohms to several ohms in the case of a protection element with a back-to-back structure having the same dimensions. (4) According to (3) above, according to the present invention, when a negative surge is applied to the first gate, reverse breakdown voltage is not formed, so current flows easily and the electrostatic breakdown strength increases. Effects can be obtained.

(5)上記(1)および(4)により、本発明によれば
静電破壊強度の高い保護素子を得ることができるという
効果が得られる。
(5) According to the above (1) and (4), the present invention has the effect that a protective element with high electrostatic breakdown strength can be obtained.

(6)上記(2)により本発明のMOSFETは、入力
容量が低減できるため、パワーゲイン、9f1音指数等
高周波特性の向上が図れるという効果が得られる。
(6) According to the above (2), the MOSFET of the present invention can reduce the input capacitance, so that the effect of improving high frequency characteristics such as power gain and 9f1 sound index can be obtained.

(7)上記(1)〜(6)により、本発明によれば高周
波特性が優れた静電破壊強度の高いデュアルゲート構造
のMOSFETを提供することができるという相乗効果
が得られる。
(7) According to the above (1) to (6), the present invention provides a synergistic effect in that it is possible to provide a dual-gate MOSFET with excellent high frequency characteristics and high electrostatic breakdown strength.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではな(、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。
Although the invention made by the present inventor has been specifically explained based on Examples above, the present invention is not limited to the above Examples (although it is possible to make various changes without departing from the gist of the invention). Not even.

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるデュアルゲート型M
O5FETの製造技術に適用した場合について説明した
が、それに限定されるものではない。
The above explanation will mainly focus on the dual-gate type M
Although the case where the present invention is applied to the O5FET manufacturing technology has been described, the present invention is not limited thereto.

本発明は少なくともエンハンスメント型MOSFETの
製造技術には適用できる。
The present invention can be applied at least to enhancement type MOSFET manufacturing technology.

〔発明の効果〕 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。
[Effects of the Invention] The effects obtained by typical inventions disclosed in this application are briefly explained below.

本発明によれば、エンハンスメント型MO3FETの第
1ゲートとソース間に設ける保護素子を、従来のバック
トウバック構造の保護ダイオードの一部を、電流制御の
必要がない接合部分ではpn接合とせず同じ導電型領域
同志の接続構造としていること、またpn接合は接合面
積が大きくなる外側部分に形成していることから、ゲー
ト抵抗の低減と相俟って静電破壊強度が高くなる。また
、接合の一部はpn接合とならないため、入力容量が低
減でき、高周波特性が向上する。
According to the present invention, the protection element provided between the first gate and the source of the enhancement type MO3FET is the same as that of the conventional back-to-back structure protection diode instead of using a pn junction in the junction part where current control is not required. Since the conductivity type regions are connected to each other and the pn junction is formed in the outer portion where the junction area is large, the electrostatic breakdown strength is increased along with the reduction in gate resistance. Furthermore, since some of the junctions are not pn junctions, input capacitance can be reduced and high frequency characteristics can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例による保護ダイオード付デュ
アルゲート型シリコンMO3FETを構成する半導体素
子の要部断面を示す模式図、第2図は同じく等価回路図
、 第3図半導体素子の製造において基板主面に選択的にn
影領域を形成した状態のウェハを示す断面図、。 第4図は同じく前記n影領域の周辺にp十形領域を形成
した状態を示すウェハの断面図、第5図は同じく前記n
 Y3jiff域の表面中央にn+十形領域形成した状
態を示すウェハの断面図、第6図は同じく第1ゲートと
ソース間に設けられた保護素子の電流−電圧特性を示す
グラフ、第7図は従来の保護ダイオード構造を示す断面
図、 第8図は同じく電流−電圧特性を示すグラフである。 1・・・保護素子、2・・・基板、3・・・エピタキシ
ャル層、4・・・n影領域、5,6・・・p十形領域、
7・・・絶縁膜、8・・・電極、11・・・半導体素子
(チップ)、12・・・保護素子、13・・・MOSF
ET部、I4・・・第2ゲート用保護素子、15〜17
・・・ダイオード、20・・・ソース領域、21・・・
ドレイン領域、22・・・ゲート酸化膜、24・・・第
1ゲート電掻、25・・・第2ゲート電極、26・・・
絶縁膜、27・・・ソース電極、28・・・ドレイン雪
掻、29・・・高耐圧層、30・・・電極、31 =・
n十形領域、32.333−3in膜、第  1   
図 第  2  図       第  3  図3に先+
刑4@域゛
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section of a main part of a semiconductor element constituting a dual-gate silicon MO3FET with a protection diode according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an equivalent circuit diagram, and FIG. 3 is a process for manufacturing a semiconductor element. selectively on the main surface of the substrate
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a wafer with a shadow region formed thereon; FIG. 4 is a cross-sectional view of the wafer showing a p-shaped region formed around the n-shaded region, and FIG.
A cross-sectional view of the wafer showing a state in which an n+ dec-shaped region is formed at the center of the surface of the Y3jiff area, FIG. 6 is a graph showing the current-voltage characteristics of the protection element similarly provided between the first gate and the source, and FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional protection diode structure, and a graph showing the current-voltage characteristics. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Protective element, 2... Substrate, 3... Epitaxial layer, 4... N shadow region, 5, 6... P 10-shaped region,
7... Insulating film, 8... Electrode, 11... Semiconductor element (chip), 12... Protection element, 13... MOSF
ET section, I4... second gate protection element, 15-17
...Diode, 20... Source region, 21...
Drain region, 22... Gate oxide film, 24... First gate electrode, 25... Second gate electrode, 26...
Insulating film, 27... Source electrode, 28... Drain scraper, 29... High breakdown voltage layer, 30... Electrode, 31 =.
n-shaped region, 32.333-3in film, 1st
Figure 2 Figure 3 Next to Figure 3+
Punishment 4 @ Area゛

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、電界効果トランジスタのゲートとソース間にゲート
破壊防止用の保護素子をモノリシックに設けた半導体素
子であって、前記保護素子は基板主面に設けられた第1
導電型領域と、この第1導電型領域の外周に沿って配設
された第2導電型領域と、前記第2導電型領域の表面中
央部に設けられた高濃度第2導電型領域とによって形成
されていることを特徴とする半導体素子。 2、前記電界効果トランジスタはデュアルゲート構造で
かつエンハンスメント型となるとともに、前記保護素子
は第1ゲートとソース間に配設されかつ前記第1ゲート
は前記高濃度第2導電型領域に接続された構造となって
いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導
体素子。
[Claims] 1. A semiconductor device in which a protection element for preventing gate breakdown is monolithically provided between the gate and source of a field effect transistor, wherein the protection element is provided on a first main surface of a substrate.
A conductivity type region, a second conductivity type region disposed along the outer periphery of the first conductivity type region, and a high concentration second conductivity type region provided at the center of the surface of the second conductivity type region. A semiconductor element characterized in that: 2. The field effect transistor has a dual gate structure and is an enhancement type, and the protection element is disposed between the first gate and the source, and the first gate is connected to the high concentration second conductivity type region. The semiconductor device according to claim 1, characterized in that it has a structure.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100266838B1 (en) * 1991-11-28 2000-09-15 이데이 노부유끼 Field effect transistor
KR100275138B1 (en) * 1991-11-28 2000-12-15 이데이 노부유끼 Field effect transistor apparatus

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