JPH06342915A - 保護素子を備えたmos形パワー半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

保護素子を備えたmos形パワー半導体装置およびその製造方法

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JPH06342915A
JPH06342915A JP15436393A JP15436393A JPH06342915A JP H06342915 A JPH06342915 A JP H06342915A JP 15436393 A JP15436393 A JP 15436393A JP 15436393 A JP15436393 A JP 15436393A JP H06342915 A JPH06342915 A JP H06342915A
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JP
Japan
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gate electrode
oxide film
thin film
gate
polycrystalline
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JP15436393A
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Inventor
Toronnamuchiyai Kuraison
トロンナムチャイ クライソン
Masakatsu Hoshi
星  正勝
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目 的】 抵抗サイズを大きくすることなく効果的に
静電気によるゲート酸化膜の破壊を防止する。 【構 成】 MOS形パワー半導体素子19の半導体基
体上にゲート酸化膜17を介して半導体薄膜のゲート電
極18を形成し、半導体基体上のフィールド酸化膜16
上に双方向ツェナーダイオード20と半導体薄膜の抵抗
体21とを形成する。抵抗体21をゲート電極18と双
方向ツェナーダイオード20との間に接続し、抵抗体2
1のシート抵抗をゲート電極18のシート抵抗より大き
くする。これにより、静電気のゲート電極18への進入
を抑制し、ゲート電極まで進入した静電気は速やかに拡
散されて静電気密度が低下し、ゲート酸化膜が静電気に
よる破壊から保護される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ゲート電極に進入す
る静電気を抑制して、ゲート酸化膜の静電気による破壊
を防止できるようにした保護素子を備えたMOS形パワ
ー半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の保護素子を備えたMOS形パワー
半導体装置として、たとえば、「Novel Gate
−Protection Devices for M
OSFET’S」(Isao Yoshida,eta
l,Proc,of the12th Conf(19
82 Intl)on Solid StateDev
ices,Tokyo,1982;JJAP vol.
22(1983)Supl 22−1,pp81−8
4)に記載されているものがある。これは図6に示すよ
うに、縦型パワーMOSFETに適用されたもので、縦
型パワーMOSFET1のゲート電極2は、多結晶Si
薄膜によって形成されている。
【0003】N+ 形シリコンの半導体基板1a上に、エ
ピタキシヤル層1bを形成した後に、このエピタキシヤ
ル層1bの表面にP形ウエル層1cが形成されている。
P形ウエル層内にはN+ 層が設けられ、また、上記P
形ウエル層とエピタキシヤル層1bを含む半導体基体上
に、フィールド酸化膜1dとゲート酸化膜1eが形成さ
れている。そして、このゲート酸化膜1e上およびフィ
ールド酸化膜1d上に多結晶Si薄膜が同時に形成され
る。
【0004】このゲート酸化膜1e上の多結晶Si薄膜
によりゲート電極2が形成されており、またフィールド
酸化膜1d上には、N+ の多結晶Si薄膜3a、3bが
形成され、N+ の多結晶Si薄膜3a、3bの間の多結
晶Si薄膜はP形化して、P+ の多結晶Si薄膜3cを
形成し、多結晶Si薄膜3aと3cのPN接合と、多結
晶Si3cと3bのPN接合により、ゲート酸化膜保護
用の双方向ツェナーダイオード3が形成されている。N
+ の多結晶Si薄膜3aをゲートとし、N+ の多結晶S
i薄膜3bを金属配線1iで、P形ウエル層内のN+
と接続してソースとし、N形シリコン基板1a側をドレ
インとすることにより、図7にその等価回路が示される
縦形のMOSFETが構成される。
【0005】次に、このような構造の保護素子を備えた
MOSFETの動作について説明する。人体等の静電気
が帯電している物体の等価回路は、図8に示すようにな
る。すなわち、図7と同様に、縦型パワーMOSFET
1の外部ゲート端子に接続されるゲート端子Gとソース
S間には、保護素子としての双方向ツェナーダイオード
3が接続されている。なお、ドレインDは図示しない電
源に接続されるようになっている。ここでゲート酸化膜
1eに印加される電圧Vがその破壊電圧Vcritに達する
と、ゲート酸化膜が破壊され、縦形パワーMOSFET
1が動作しなくなる。上記破壊電圧Vcritは、たとえ
ば、ゲート酸化膜1eの膜厚が500オングストローム
の場合には、略50V前後である。
【0006】いま、帯電物体の静電容量をCESD とし、
帯電物体の内部抵抗をRESD とし、帯電している電圧を
VESD とする。この場合、帯電物体として、たとえば、
人体であるならば、上記静電容量CESD は100pF程
度、内部抵抗RESD は1.5KΩ程度までとなる。人体
が縦形パワーMOSFET1に触れた場合、図中のスイ
ッチSWがオンしたのと同じになり、その静電容量CES
D は内部抵抗RESD を介して縦形パワーMOSFET1
のゲート端子Gに接続される。これにより、縦形パワー
MOSFET1のゲート酸化膜1eに印加される電圧V
が上昇する一方、双方向ツェナーダイオード3を介して
静電気がゲートからソースへ放電する。
【0007】したがって、双方向ツェナーダイオード3
がない場合に比較して、ゲート酸化膜1eに印加される
電圧Vの上昇が小さい。このように、双方向ツェナーダ
イオード3によって縦形パワーMOSFET1のゲート
酸化膜1eが静電気による破壊から保護されることにな
る。なお、この場合の保護素子として、上記双方向ツェ
ナーダイオード3による以外に、バイポーラトランジス
タ、MOSFET、サイリスタなども使用される。そし
てさらにその保護性能を向上させるため入力抵抗を付加
することも行なわれる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ここで発明者は、ゲー
ト酸化膜に印加される電圧の上昇について行なった解
析、研究を通じて、以下のような知見を得た。すなわ
ち、図9、図10は研究に用いたゲートコンタクト部の
レイアウトを示し、図10は図9におけるP−P線に沿
った断面図である。ゲートパッドPG’とゲート電極2
は、ゲートコンタクト25’を介して接続されている。
ゲートコンタクト25’は複数個が列状に並び、列間の
間隔がWとされている。
【0009】静電気が双方向ツェナーダイオード3を介
して放電する時定数をτとし、その間に静電気の一部が
ゲートコンタクト25’を介してゲート電極2を充電す
る。その結果として、ゲート酸化膜1eに電圧Vが印加
される。このとき、ゲート電極2を構成する半導体薄膜
のシート抵抗をρとし、ゲート酸化膜1eの膜厚をtと
し、ゲート酸化膜の誘電率をε(ε=3.9×8.85
418×10-14 F/cm)とすると、静電気が放電時
定数τ中にゲートコンタクト25’からゲート電極2内
部に拡散していける拡散距離Lは、次式で表される。
【数1】 この拡散距離Lが大きければ、多くの静電気がゲートコ
ンタクト25’からゲート電極2の内へ拡散されるか
ら、上記電圧Vの上昇が小さく抑さえられ、ゲート酸化
膜1eが破壊されにくくなる。
【0010】しかしながら、従来ポリSiゲートのシー
ト抵抗が比較的高いために、静電気耐量を上げるには、
(1)ポリSi入力抵抗を大きくし、(2)ゲートコン
タクトをたくさんとる必要があった。ゲートコンタクト
をたくさんとると有効な素子面積が減少し、また入力抵
抗を大きくすると応答速度が遅くなるという問題があ
る。
【0011】これに対して、特開平3−147373号
公報にはサイズを大きくすることなく抵抗体の電流容量
を大きくするようにした第2の従来例が開示されてい
る。この第2の従来例においては、複数のベ−ス領域を
有することにより、大電流特性をもつ絶縁ゲート形トラ
ンジスタにおいて、多結晶または単結晶の半導体に不純
物を混入することにより形成される抵抗体と電圧クラン
プ素子がゲート電極に接続され、この抵抗体をボンデイ
ング用電極の下に挿入してある。このボンデイング用電
極に上記多結晶または単結晶の半導体に不純物を混入し
た第1の抵抗体の一端を接続し、第1の抵抗体の他端に
これと同様の第2の抵抗体の一端を接続するとともに、
第2の抵抗体の他端がゲート電極に接続され、両抵抗体
の接続点とソース電極の間に電圧クランプ端子が接続さ
れている。
【0012】このように、ボンデイング用電極の下に抵
抗体を配置することにより、必要な電流容量を得るに十
分な大きな抵抗体を他の場所を設定することなく形成で
きるとともに、抵抗体とダイオ−ドの厚さをゲート電極
材料よりも厚くすることができ、抵抗体の電流容量を大
きくし、ダイオードの内部抵抗を下げるようにしてい
る。しかしながら、上記第2の従来例においても、第1
の従来例の場合と同様に、抵抗体の抵抗値を下げれば、
結局静電気の拡散距離が小さくなり、ひいては、静電気
に対して弱くなる結果を招くことになるという問題から
は開放されていない。
【0013】したがって本発明は、上記従来の問題点に
鑑み、抵抗サイズを大きくすることなくゲート電極への
静電気の進入が抑さえられ、またゲート電極に到達した
静電気は速やかに拡散されるようにした、保護素子を備
えたMOS形パワー半導体素子を提供することを目的と
する。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明は、半導体基体上にゲート酸
化膜を介して形成された半導体薄膜のゲート電極を有す
るMOS形パワー半導体素子と、前記半導体基体上のフ
ィールド酸化膜上に形成された静電気放電用保護素子
と、半導体薄膜により形成されて前記静電気放電用保護
素子とゲート電極との間に接続された抵抗体とを備え、
該抵抗体を形成する半導体薄膜のシート抵抗は、前記ゲ
ート電極を形成している半導体薄膜のシート抵抗より高
い抵抗値を有し、シリサイドや高融点金属を使ってゲー
ト電極のシート抵抗を十分低くするように設定されてい
るものとした。
【0015】また、請求項5に記載の発明は、上層が高
濃度に形成された半導体基体上に成長されたエピタキシ
ヤル層を介して形成したフィールド酸化膜の所定個所を
エッチングして除去することにより露出した半導体基体
の素子形成領域の上面にゲート酸化膜を形成する工程
と、前記フィールド酸化膜およびゲート酸化膜上に多結
晶Si薄膜とシリサイドまたは高融点金属を順次所定の
厚さで堆積させる工程と、前記ゲート酸化膜上に対応す
る所定個所に前記シリサイドまたは高融点金属をエッチ
ングにより所定のパターンに残存させた後に前記多結晶
Si薄膜を所定個所に残存させて上記多結晶Si薄膜と
前記シリサイドまたは高融点金属層の2層構造のゲート
電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクにして
前記半導体基体に不純物を導入し、かつ前記フィールド
酸化膜上の前記残存した多結晶Si薄膜に不純物を導入
して、静電気放電用保護素子、および上記ゲート電極と
静電気放電用保護素子とを接続する抵抗体とを形成する
工程と、前記不純物を導入した後に層間絶縁膜を形成
し、かつこの層間絶縁膜の所定個所にコンタクト孔をあ
けて上記不純物を導入した領域に接続する配線を形成す
る工程とからなるものとした。
【0016】さらに、請求項6に記載の発明は、上層が
高濃度に形成された半導体基体上に成長されたエピタキ
シヤル層を介して形成したフィールド酸化膜の所定個所
をエッチングして除去することにより露出した半導体基
体の素子形成領域の上面にゲート酸化膜を形成する工程
と、前記素子形成領域の前記ゲート酸化膜上の位置にパ
ターン化した高融点金属膜またはドープド多結晶Si薄
膜によるゲート電極を形成する工程と、全面に層間絶縁
膜と多結晶Si薄膜を順次堆積した後に前記フィールド
酸化膜上に対応する部位の所定位置に前記多結晶Si薄
膜を所定の形状にパターン化して残存する工程と、前記
ゲート電極をマスクにして上記半導体基体に不純物を導
入し、かつ前記フィールド酸化膜上の前記残存した多結
晶Si薄膜に不純物を導入して、静電気放電用保護素
子、および前記ゲート電極と静電気放電用保護素子とを
接続する抵抗体とを形成する工程と、前記不純物を導入
した後に層間絶縁膜を形成し、かつこの層間絶縁膜の所
定個所にコンタクト孔をあけて前記不純物を導入した領
域に接続する配線を形成する工程とからなるものとし
た。
【0017】
【作用】請求項1の発明においては、帯電している物体
に接触すると、静電気放電用保護素子を介して静電気が
ゲート電極からソースへ放電するとともに、静電気の一
部が抵抗体を介してゲート電極にまで進入し、ゲート電
極の内部へと拡散する。この抵抗体を形成する半導体薄
膜のシート抵抗は、ゲート電極の半導体薄膜のシート抵
抗よりも抵抗値を大きくし、シリサイド又は高融点金属
を利用してゲート電極のシート抵抗を十分低く設定され
ているから、静電気の放電時定数が大きくなり、ゲート
電極での静電気の拡散距離が大きくなり、ゲート電極へ
の進入をしにくくする。また、ゲート電極にまで進入し
た静電気は、ゲート電極の半導体薄膜のシート抵抗が低
いことから、ゲートコンタクトを増さなくてもゲート電
極で静電気が素早く拡散され、ゲート電極での静電気の
密度が低くくなる。 これにより、ゲート酸化膜に印加
される電圧が小さくなり、ゲート酸化膜が静電気放電に
よる破壊から保護される。
【0018】また、請求項6に記載の発明においては、
ゲート酸化膜上に多結晶Si薄膜とシリサイドまたは高
融点金属膜による2層構造としたゲート電極を形成し、
かつフィールド酸化膜上には多結晶Si薄膜による静電
気放電用保護素子を形成するとともに、半導体薄膜によ
る抵抗体を形成し、この抵抗体をゲート電極と静電気放
電用保護素子との間に接続し、この抵抗体のシート抵抗
がゲート電極のシート抵抗よりも大きくしているから、
静電気の放電時定数が大きくなり、かつゲート電極は多
結晶Siとシリサイドまたは高融点金属で形成されてい
ることから、ゲート電極での静電気の拡散距離が大きく
なり、ゲートコンタクトを減らしてもゲート電極直下の
ゲート酸化膜の印加電圧が低くなり、ゲート酸化膜が静
電気の放電に対して破壊されなくなる。従って有効素子
面積を減少させずに静電気耐量を大きくできる。
【0019】さらに、請求項7に記載の発明において
は、ゲート酸化膜上に高融点金属またはドープド多結晶
Siによるゲート電極を形成し、層間絶縁膜を介してフ
ィールド酸化膜上に多結晶Si薄膜による静電気放電用
保護素子と半導体薄膜による抵抗体を形成し、この抵抗
体をゲート電極と静電気放電用保護素子との間に接続
し、この抵抗体のシート抵抗がゲート電極のシート抵抗
よりも大きくしているから、静電気の放電時定数が大き
くなり、かつゲート電極での静電気の拡散距離が大きく
なり、ゲート電極下のゲート酸化膜の印加電圧が低くな
り、ゲート酸化膜が静電気に対して破壊されなくなる。
【0020】
【実施例】図1は、縦形パワーMOSFETに適用した
この発明の第1の実施例を示す断面図である。高濃度N
+ シリコン基板11(以下、半導体基板という)上に
は、低濃度N-のエピタキシヤル層12が形成されてい
るとともに、P形ウエル層13が形成されている。これ
らの半導体基板11、エピタキシヤル層12、P形ウエ
ル層13により、半導体基体が構成されている。P形ウ
エル層13には、N+ の拡散層14、15が形成されて
いる。
【0021】また、半導体基体上には前記P形ウエル層
13に対応してフィールド酸化膜16が形成されてい
る。さらに半導体基体上には、隣接する同志の上記P形
ウエル層13、13にわたってゲート酸化膜17が形成
されている。このゲート酸化膜上17上には、ゲート電
極18が形成されている。 ゲート電極18は、多結晶
Si薄膜18aと、たとえば、WSi2 によるシリサイ
ド18bとの2層構造になっている。かくして、エピタ
キシヤル層12、P形ウエル層13、拡散層14、1
5、ゲート酸化膜17、ゲート電極18とにより縦形パ
ワーMOSFET19が形成されている。
【0022】上記フィールド酸化膜16上には、多結晶
Si薄膜にN形不純物を注入したN+ 層20a、20b
と、P形不純物を注入したP+ 層20cが形成されてい
る。これらのN+ 層20aとP+ 層20cとのPN接合
と、N+ 層20bとP+ 層20cとのPN接合との二つ
のPN接合により、双方向ツェナーダイオード20が形
成されている。この双方向ツェナーダイオード20は、
縦形パワーMOSFET19のゲート酸化膜17の静電
気の放電による破壊から保護するための、静電気放電用
保護素子となるものである。
【0023】また、フィールド酸化膜16上には、抵抗
体21が形成されている。この抵抗体21は、上記双方
向ツェナーダイオード20のN+ 層20a、20b形成
の際同時に形成され、これらのN+ 層20a、20bと
同じ導電形を有し、N+ 形の多結晶Si薄膜となってい
る。抵抗体21をなす多結晶Si薄膜のシート抵抗は、
ゲート電極18をなす半導体薄膜のシート抵抗、すなわ
ち、多結晶Si薄膜18aとシリサイド18bとによる
シート抵抗よりも抵抗値が大きくなるように設定されて
いる。
【0024】上記縦形パワーMOSFET19、双方向
ツェナーダイオード20、抵抗体21を埋設するように
層間絶縁膜22が形成されている。そして、層間絶縁膜
22の所定個所、すなわち、拡散層14、15、N+
20a、20b、抵抗体21の所定位置に対応した位置
にコンタクト孔が形成されている。層間絶縁膜22の上
面には、Alなどの金属配線23が形成されている。こ
の金属配線23は、上記コンタクト孔を通して拡散層1
4、15とコンタクトすることにより、ソースSを外部
に接続可能になっている。また、抵抗体21の一端はゲ
ートパッドPGとつながるAl配線に接続し、他端はA
l配線を介して、図示しないコンタクトを経て、ゲート
電極18のシリサイド18bへ接続されている。
【0025】次に、上記MOS形パワー半導体装置の製
造方法について、図2の工程断面図により説明する。ま
ず、図2の(A)に示すように、高濃度N+ Si基板の
半導体基板11上に、低濃度N- のエピタキシヤル層1
2をエピタキシヤル成長させる。次いで、図には示され
ていないが、このエピタキシヤル層12の表面を酸化し
てレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより、レジ
ストをパターン化して、さらにそのレジストのパターン
をマスクにしてエピタキシヤル層12にほう素などのイ
オンの打ち込みを行い、さらに熱拡散により、P形ウエ
ル層を形成する。このP形ウエル層は図1では、符号1
3で示されている。
【0026】続いて、P形ウエル層およびエピタキシヤ
ル層12を含む半導体基体上に、SiO2 、Si3 N3
を順次CVD(Chemical Vapor Dep
osition)法により堆積させるとともに、レジス
トを塗布し、フォトリソグラフィによりレジストのパタ
−ニングを行い、このレジストをマスクにしてSi3 N
3 をエッチングにより除去するとともに、ヒ素などのイ
オンの打ち込みを行う。 この後、Si3 N3 上のレジ
ストを除去して、LOCOS法によりSi3 N3 で素子
形成領域を保護してSiO2 を熱酸化させ、フィールド
酸化膜16を形成する。
【0027】次に、半導体基体の素子形成領域の上記S
i3 N3 およびSiO2 を順次エッチングにより除去し
て、半導体基体の素子形成領域のエピタキシヤル層12
の表面を露出させる。次いで、所定の膜厚のSiO2 の
ゲート酸化膜17を形成する。このゲート酸化膜17上
に、所定の厚さの多結晶Si薄膜26をLPCVD(L
ow Pressure Chemical Vapo
r Deposition)法などを用いて堆積させ
る。そして、この多結晶Si薄膜26上にWSiなどの
シリサイド27を堆積させる。
【0028】次に、図2の(B)に示すように、フォト
リソグラフィおよびRIE法を用いてシリサイド27の
所定個所をエッチングして、ゲート酸化膜17に対応す
る部位にゲート電極18のシリサイド18bを残存させ
るとともに、多結晶Si薄膜26を露出させる。
【0029】次に、図2の(C)に示すように、再びフ
ォトリソグラフィおよびRIE法を用いて、露出した多
結晶Si薄膜26の所定個所をエッチングする。これに
より、フィールド酸化膜16上に図1で示した双方向ツ
ェナーダイオード20を形成する多結晶Si薄膜20A
と、抵抗体21を形成する多結晶Si薄膜21Aとが残
存される。また、このとき、エッチングガスの種類や混
合比などを適宜変えることにより、シリサイド27がエ
ッチングされずに、多結晶Si薄膜26のみをエッチン
グするようにすれば、自己整合的にシリサイド18b直
下の多結晶Si薄膜18aを残存することができる。こ
れにより、多結晶Si薄膜18aとシリサイド18bと
による2層構造のゲート電極18が形成される。
【0030】このあと、所定のマスクを当ててヒ素など
のイオン注入を行うことにより、多結晶Si薄膜20
A、21Aにイオンが注入され、多結晶Si薄膜21A
が、図1における抵抗体21となる。また、ゲート電極
18の両側に対応して、図1図示のP形ウエル層13に
は、ソースとなる同じく図示省略のN+ 拡散層14、1
5が形成される。
【0031】次いで、多結晶Si薄膜20A上に所定の
マスクを当てて、ほう素などのイオンの打ち込みを行う
ことにより、この多結晶Si薄膜20AにP+ 層20c
を形成する。このようにして、多結晶Si薄膜20A
が、図1で示したような二つのPN接合を有する双方向
ツェナーダイオード20を形成する。
【0032】以上のイオン注入工程の後、図1で示した
ように、層間絶縁膜22を形成し、所定個所にコンタク
ト孔をあけ、最後にAlなどの金属配線23を形成する
ことにより、図1に示した構造の保護素子を備えたMO
S形パワー半導体素子を製造することができる。なお、
シリサイドとしてWSi2 を使用した場合について例示
したが、この他に、たとえば、TiSi2 などでもよ
く、さらにはシリサイドに代えて高融点金属などを用い
てもよい。
【0033】本実施例は以上のように構成され、図3に
示すような等価回路が得られる。この等価回路は、外部
ゲート端子には、ゲートパッドPGを介して抵抗体21
の一端と双方向ツェナーダイオード20の一端が接続さ
れる。双方向ツェナーダイオード20の他端は縦形パワ
ーMOSFET19のソースSに接続され、抵抗体21
の他端は縦形パワーMOSFET19のゲート電極18
に接続される。
【0034】したがって、帯電している物体に縦形パワ
ーMOSFET19が接触したとき、静電気がゲートパ
ッドPGを通って縦形パワーMOSFET19の内部へ
進入する。このとき、双方向ツェナーダイオード20を
介して静電気がゲート電極18からソースSへ放電する
とともに、静電気の一部が抵抗体21を経てゲート電極
18まで進入し、さらに、ゲート電極の内部へと拡散す
る。このとき、抵抗体21の直下のフィールド酸化膜1
6に印加される電圧V1が上昇するが、通常フィールド
酸化膜16の膜厚は厚く、電圧V1が上昇しても、フィ
ールド酸化膜16は破壊されることがない。
【0035】またこのとき、抵抗21によって、静電気
がゲート電極18へ進入しにくくなる。しかも、ゲート
電極18がシリサイドによって形成され、そのシート抵
抗が従来の多結晶Siよりも低く、たとえば厚さ300
0オングストロームのWSi2 のシート抵抗は1Ω/□
程度までなので、ゲート電極に進入した静電気は素早く
ゲート電極18の内部に拡散されることになる。その結
果、ゲート電極18での静電気の密度が低くなり、ゲー
ト酸化膜17にかかる電圧Vが小さくなる。これによ
り、ゲート酸化膜17は静電気による破壊から保護され
ることになる。
【0036】なお、上記静電気の拡散において、その拡
散距離Lはすでに式(1)に示された通りであるが、と
くに図9に示したゲートコンタクトの間隔Wの半分、す
なわちW/2より拡散距離Lが小さい場合、シート抵抗
ρを小さくすることによって拡散距離Lを長くできる。
一方、拡散距離LがW/2以上になると、両ゲートコン
タクトから拡散してきた静電気が両ゲートコンタクト間
の中央部で衝突し、それ以上静電気が拡散できない。し
たがって、上記シート抵抗ρを4tτ/εW2 以下にす
ることによって、静電気をゲート電極18の最も内部ま
で拡散させることができることとなる。
【0037】このように、第1の実施例では、抵抗体2
1を形成する半導体薄膜のシート抵抗を、ゲート電極を
形成している半導体薄膜のシート抵抗よりも大きくし、
この抵抗体21をゲート電極18と双方向ツェナーダイ
オード20との間に接続することにより、静電気がゲー
ト電極18に進入しにくくなるとともに、ゲート電極1
8に進入した静電気は素早く拡散され、ゲート酸化膜1
7に印加される電圧が低くなり、ゲート酸化膜17の静
電気による破壊を防止することができるという効果が得
られる。そしてゲート電極のシート抵抗はシリサイドま
たは高融点金属の2層構造とすることにより低くするの
で、抵抗体はそのサイズを大きくすることなく高いシー
ト抵抗を得ることができるという利点を有する。
【0038】また、製造に際しても、ゲート酸化膜17
上に多結晶Si薄膜18aとシリサイドまたは高融点金
属の2層構造ゲート電極18を形成するだけであるか
ら、簡単な製造工程でゲート電極18のシート抵抗を抵
抗体21のシート抵抗とは別別に設定できるという効果
がある。
【0039】次に、図4は第2の実施例を示す。この実
施例では、ゲート電極18’が2層構造ではなく、高融
点金属によって形成されている点が前実施例のものと相
違する。 その他の構成は図1のものと同じであり、図
1と同一部分には同一符号を付すのみにとどめる。この
実施例になるMOS形パワー半導体素子は、図5に示さ
れる工程により製造される。図5において、図2と同一
部分には、同一符号を付して説明する。まず、図5の
(A)において、図2の(A)と同じように、半導体基
体上にフィールド酸化膜16およびゲート酸化膜17の
形成後、高融点金属層28をMOCVD(Metal
Organic Chemical Vapor De
position)法または電子ビ−ム蒸着法などを用
いて形成する。
【0040】次に、図5の(B)に示すように、高融点
金属層28をパターニングしてゲート酸化膜17上にこ
の高融点金属層28を残存させる。次いで、CVD法な
どを用いて、全面に層間絶縁膜としてSiO2 層29を
形成する。
【0041】次に、図5の(C)に示すように、多結晶
Si層を形成して、所定形状にパタ−ニングして、フィ
ールド酸化膜16上に対応する部位に双方向ツェナーダ
イオード20用の多結晶Si薄膜20A、抵抗体21用
の多結晶Si薄膜21Aを形成する。その後、図2の
(C)の場合と同様に、所定のマスクを当てて多結晶S
i薄膜20A、21Aにヒ素などのイオン注入を行い、
上記実施例の場合と同様に双方向ツェナーダイオード2
0、抵抗体21を形成する。
【0042】このあとは、図示しないが層間絶縁膜22
を形成し、所定個所にコンタクト孔をあけて、最後にA
lなどの金属配線23を形成することにより、図4に示
す構造の保護素子を備えたMOS形パワー半導体装置が
製造される。なお、高融点金属層28として、WやTi
などがある。このほか、シリサイドや高融点金属の場合
よりも抵抗値がやや高くなり、例えば膜厚5000オン
グストロームの場合で、〜10Ω/□程度となるが、上
記高融点金属に代えて多結晶Siの堆積中にPOCl3
を流すことによって形成されるドープド多結晶Si薄膜
を用いることもできる。
【0043】このように、シリサイドに代えて、ゲート
電極18’を高融点金属によるものとした場合にも、ゲ
ート電極18’のシート抵抗を抵抗体21のシート抵抗
とは別個に設定できるから、ゲート電極への静電気の進
入を抑さえるとともに、ゲート電極に進入した静電気は
拡散を素早く行い、ゲート酸化膜17に対する印加電圧
を小さくできて、ゲート酸化膜17の静電気の放電によ
る破壊が防止されるという効果を有する。
【0044】
【発明の効果】以上のとおり、本発明のMOS形パワー
半導体装置は、MOS形パワー半導体素子のゲート電極
と静電気放電用保護素子との間に、半導体薄膜による抵
抗体を接続し、そのシート抵抗をゲート電極の半導体薄
膜のシート抵抗よりも抵抗値を高くし、シリサイド又は
高融点金属を利用してゲート電極のシート抵抗を十分低
くしたので、小サイズの抵抗体でゲートパッドからゲー
ト電極に進入する静電気を抑制できるとともに、ゲート
電極に進入してきた静電気をゲートコンタクトを増さな
くてもゲート電極内部に素早く拡散させることができ、
ゲート電極での電荷密度を低下させることができる。し
たがって、ゲート酸化膜にかかる電圧を低下させること
ができ、ゲート酸化膜の静電気の放電による破壊から保
護することができるという効果が得られる。
【0045】また、とくに図2に示されたMOS形パワ
ー半導体装置の製造方法は、ゲート酸化膜上に多結晶S
i薄膜とシリサイドまたは高融点金属との2層構造のゲ
ート電極を形成するとともに、フィールド酸化膜上に静
電気放電用保護素子とゲート電極の半導体薄膜のシート
抵抗よりシート抵抗の大きい半導体薄膜による抵抗体と
を形成する工程を導入するようにしたので、抵抗体によ
りゲート電極への静電気の進入の抑制し、ゲート電極に
進入した静電気をゲートコンタクトを増やすことなくゲ
ート電極で速やかに拡散でき、ゲート酸化膜の静電気に
よる破壊から保護できる保護素子を備えたMOS形パワ
ー半導体素子を簡単な工程で容易に製造することができ
るという効果が得られる。
【0046】さらに、図5のMOS形パワー半導体装置
の製造方法によれば、ゲート酸化膜上にドープド多結晶
Si薄膜または高融点金属のゲート電極を形成するとと
もに、フィールド酸化膜上に静電気放電用保護素子とゲ
ート電極の半導体薄膜のシート抵抗よりシート抵抗の大
きい半導体薄膜による抵抗体とを形成する工程を導入す
るようにしたので、抵抗体によりゲート電極への静電気
の進入の抑制し、ゲート電極に進入した静電気をゲート
コンタクトを増やすことなくゲート電極より内部まで速
やかに拡散でき、より確実にゲート酸化膜の静電気によ
る破壊から保護できる保護素子を備えたMOS形パワー
半導体素子を簡単な工程で容易に製造することができる
という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の保護素子を備えたMOS形パワー半導
体装置の第1の実施例を示す断面図である。
【図2】図1のMOS形パワー半導体装置の製造工程を
示す図である。
【図3】図1の実施例の等価回路図である。
【図4】第2の実施例を示す断面図である。
【図5】図4のMOS形パワー半導体装置の製造工程を
示す図である。
【図6】従来例を示す図である。
【図7】図6の従来例の等価回路図である。
【図8】従来例において静電気が帯電している物体が接
触した場合のゲート酸化膜に対する静電気からの保護作
用を説明するための等価回路図である。
【図9】ゲート電極における静電気の拡散距離を説明す
るためのゲートパッドとゲートコンタクト部のレイアウ
トを示す平面図である。
【図10】図9におけるP−P線に沿った断面図であ
る。
【符号の説明】
11 半導体基板 12 エピタキシヤル層 13 P形ウエル層 14、15 拡散層 16 フィールド酸化膜 17 ゲート酸化膜 18、18’ ゲート電極 18a 多結晶Si薄膜 18b シリサイド 19 縦形パワーMOSFET 20 双方向ツェナーダイオード 20A 多結晶Si薄膜 20a、20b N+ 層 20c P+ 層 21 抵抗体 21A 多結晶Si薄膜 22 層間絶縁膜 23 金属配線 26 多結晶Si薄膜 27 シリサイド 28 高融点金属層 29 SiO2 層

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基体上にゲート酸化膜を介して形
    成された半導体薄膜のゲート電極を有するMOS形パワ
    ー半導体素子と、前記半導体基体上のフィールド酸化膜
    上に形成された静電気放電用保護素子と、半導体薄膜に
    より形成されて前記静電気放電用保護素子とゲート電極
    との間に接続された抵抗体とを備え、該抵抗体を形成す
    る半導体薄膜のシート抵抗は、前記ゲート電極を形成し
    ている半導体薄膜のシート抵抗より高い抵抗値を有し、
    シリサイド又は高融点金属によりゲート電極のシート抵
    抗を十分低くするように設定されていることを特徴とす
    る保護素子を備えたMOS形パワー半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記静電気放電用保護素子は、前記半導
    体基体上に前記フィールド酸化膜を介して形成されたツ
    ェナーダイオードによって構成されていることを特徴と
    する請求項1記載の保護素子を備えたMOS形パワー半
    導体装置。
  3. 【請求項3】 前記MOS形パワー半導体素子のゲート
    電極は、シリサイドで形成され、前記抵抗体はシリサイ
    ド化されない多結晶Si薄膜であることを特徴とする請
    求項1記載の保護素子を備えたMOS形パワー半導体装
    置。
  4. 【請求項4】 外部端子と前記MOS形パワー半導体素
    子のゲート電極とを結ぶゲートコンタクトが列状に配置
    され、該列の間隔をW、前記ゲート酸化膜の膜厚をt、
    誘電率をεとし、静電気の放電時定数をτとするとき、
    前記ゲート電極を形成している半導体薄膜のシート抵抗
    が4tτ/εW2 よりも小さく設定されていることを特
    徴とする請求項1記載の保護素子を備えたMOS形パワ
    ー半導体装置。
  5. 【請求項5】 上層が高濃度に形成された半導体基体上
    に成長されたエピタキシヤル層を介して形成したフィー
    ルド酸化膜の所定個所をエッチングして除去することに
    より露出した半導体基体の素子形成領域の上面にゲート
    酸化膜を形成する工程と、前記フィールド酸化膜および
    ゲート酸化膜上に多結晶Si薄膜とシリサイドまたは高
    融点金属を順次所定の厚さで堆積させる工程と、前記ゲ
    ート酸化膜上に対応する所定個所に前記シリサイドまた
    は高融点金属をエッチングにより所定のパターンに残存
    させた後に前記多結晶Si薄膜を所定個所に残存させて
    上記多結晶Si薄膜と前記シリサイドまたは高融点金属
    層の2層構造のゲート電極を形成する工程と、前記ゲー
    ト電極をマスクにして前記半導体基体に不純物を導入
    し、かつ前記フィールド酸化膜上の前記残存した多結晶
    Si薄膜に不純物を導入して、静電気放電用保護素子、
    および上記ゲート電極と静電気放電用保護素子とを接続
    する抵抗体とを形成する工程と、前記不純物を導入した
    後に層間絶縁膜を形成し、かつこの層間絶縁膜の所定個
    所にコンタクト孔をあけて上記不純物を導入した領域に
    接続する配線を形成する工程とよりなる保護素子を備え
    たMOS形パワー半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 上層が高濃度に形成された半導体基体上
    に成長されたエピタキシヤル層を介して形成したフィー
    ルド酸化膜の所定個所をエッチングして除去することに
    より露出した半導体基体の素子形成領域の上面にゲート
    酸化膜を形成する工程と、前記素子形成領域の前記ゲー
    ト酸化膜上の位置にパターン化した高融点金属膜または
    ドープド多結晶Si薄膜によるゲート電極を形成する工
    程と、全面に層間絶縁膜と多結晶Si薄膜を順次堆積し
    た後に前記フィールド酸化膜上に対応する部位の所定位
    置に前記多結晶Si薄膜を所定の形状にパターン化して
    残存する工程と、前記ゲート電極をマスクにして上記半
    導体基体に不純物を導入し、かつ前記フィールド酸化膜
    上の前記残存した多結晶Si薄膜に不純物を導入して、
    静電気放電用保護素子、および前記ゲート電極と静電気
    放電用保護素子とを接続する抵抗体とを形成する工程
    と、前記不純物を導入した後に層間絶縁膜を形成し、か
    つこの層間絶縁膜の所定個所にコンタクト孔をあけて前
    記不純物を導入した領域に接続する配線を形成する工程
    とよりなる保護素子を備えたMOS形パワー半導体装置
    の製造方法。
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