JPH07161980A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH07161980A JPH07161980A JP34104793A JP34104793A JPH07161980A JP H07161980 A JPH07161980 A JP H07161980A JP 34104793 A JP34104793 A JP 34104793A JP 34104793 A JP34104793 A JP 34104793A JP H07161980 A JPH07161980 A JP H07161980A
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Abstract
ないようにして、過大放電電流が流れることによるジャ
ンクション破壊を防止する。素子の小型化。 【構成】 p型半導体基板1上にゲート酸化膜3を介し
てゲート電極4を形成し、基板の表面領域内に低不純物
濃度n型拡散層5、高不純物濃度n型拡散層6、高不純
物濃度p型拡散層7を形成する。層間絶縁膜8を形成
し、コンタクトホールを開孔した後、n型拡散層6、p
型拡散層7にそれぞれ接触するドレイン電極9とソース
電極10を形成する。ソース電極10とゲート電極4は
接地され、ドレイン電極9は、外部端子を介して被保護
半導体素子に接続される。
Description
えた半導体装置に関し、特に、高耐圧オフセット型MO
Sトランジスタの保護用に好適な保護素子を備えた半導
体装置に関する。
では従来より内部回路を静電破壊から保護するために保
護素子を設けることが行われてきた。この保護素子に求
められる基本的特性は、保護される半導体素子より低い
電圧でブレークダウンし、なおかつジャンクション破壊
を起こさないことである。さらに近年では、半導体装置
の高密度化にともない、より占有面積が小さくかつより
ブレークダウン電圧精度の高い保護素子が要求されるよ
うになってきている。
系)の半導体装置での従来の保護素子の断面図であり、
図2(b)はその等価回路図である。この半導体装置を
作製するには、p型半導体基板1上にフィールド酸化膜
2およびゲート酸化膜3を形成し、多結晶シリコンの堆
積とそのパターニングによりゲート電極4を形成する。
次いで、フィールド酸化膜2とゲート電極の形成されて
いない半導体基板の表面に、ドレイン領域となる高不純
物濃度n型拡散層6、ソース領域となる高不純物濃度n
型拡散層11および高不純物濃度p型拡散層7を形成
し、全面を層間絶縁膜8で被覆した後、各拡散層上にコ
ンタクトホールを形成し、アルミニウム合金の堆積とそ
のパターニングにより、ドレイン電極9およびソース電
極10を形成する。このトランジスタは、例えばロジッ
ク回路用のMOSトランジスタと同時に形成され、同等
の構造を持つものである。この素子は、ゲート電極に基
板と同電位を与えてMOS型ダイオード構造の保護素子
として用いられる。
2(b)に示すように、nチャネルMOSトランジスタ
Mのソース・ドレインに基板をベースとする寄生バイポ
ーラトランジスタBのエミッタ・コレクタが接続され、
さらにドレイン−基板間にダイオードDが接続され、基
板−接地間にサブストレート抵抗Rsubが接続された
ものである。
ドとしての動作は、以下の通りである。 ドレイン電極に高電圧パルスが印加される。 ドレイン拡散層をカソードとするダイオードDのジ
ャンクションがブレークダウンを起こす。 対発生した電子・ホール対のホールがゲート電極下
の電位を引き上げる。 寄生バイポーラトランジスタBのベース−エミッタ
間が順バイアス状態となることによりこのトランジスタ
がオンし、ブレークダウン後のオン抵抗が低下する。
護素子の断面図であり、図3(b)はその等価回路図で
ある。図3において、図2の部分と同等の部分には同一
の参照番号を付し重複する説明は省略する。本従来例の
保護素子の、図2に示した第1の従来例のものと相違す
る点は、第1の従来例におけるドレイン領域(高不純物
濃度n型拡散層6)を、低不純物濃度n型拡散層5と高
不純物濃度n型拡散層6との2層構造を持つものに変更
した点にある。
すように、図2(b)の回路のドレイン−ドレイン電極
間にドレイン抵抗RD を接続した構成となっている。ま
た、その動作も図2の従来例と同様に上記〜の経過
を辿るが、寄生バイポーラトランジスタのオン電流がド
レイン抵抗RD を介して電流が流れるため、ドレイン抵
抗RD が発熱する現象が起きる。
の例を示す。図4(a)は、ジャンクション型の従来の
高耐圧用保護ダイオードの断面図であり、図4(b)は
その等価回路図である。図4に示されるように、外側の
フィールド酸化膜2の内側中央の半導体基板の表面領域
内に2重拡散により低不純物濃度n型拡散層5と高不純
物濃度n型拡散層6とを形成し、その両側にフィールド
酸化膜2aを介して基板電位固定用の高不純物濃度p型
拡散層7を形成する。全面を層間絶縁膜8で被覆しコン
タクトホールを形成した後、高不純物濃度n型拡散層6
に接触するカソード電極12と、高不純物濃度p型拡散
層7に接触するアノード電極13を形成する。
示されるように、ダイオードDとサブストレート抵抗R
subのみによって構成されており、寄生バイポーラト
ランジスタは形成されていない。よって、この保護素子
が高電圧印加によりブレークダウンを起こすことがあっ
ても過大な電流が流れることはない。
保護ダイオードでは、バイポーラトランジスタが寄生し
ているため、ドレイン領域がブレークダウンを起こした
ときにトランジスタがオンすることにより過大な電流が
流れ、発熱によりドレイン領域が破壊することがある。
特に、図3に示した高耐圧系の半導体装置では、高抵抗
のドレイン抵抗RD を介して電流が流れるため発熱量が
大きく容易に破壊するため、事態はより深刻である。ま
た、ソース領域となる高不純物濃度n型拡散層11が設
けられ、ソース電極の形成が必要であるため小型化に不
利な構造となっていた。
ドでは、バイポーラトランジスタが寄生していないので
過電流によって破壊されることはないが、ゲート電極が
形成されていないので同じドレイン構造のMOS型トラ
ンジスタ(保護されるべきMOS型トランジスタ)より
耐圧は上昇する。このため、耐圧適正化のために、低不
純物濃度n型拡散層の不純物濃度を高くする工程の追加
や、高不純物濃度p型拡散層をn型拡散層へ近づけるこ
と等が必要となる。而して、これらの対策では、前者で
は工数の増加を招きまた後者ではブレークダウン電圧の
ばらつきが大きくなるという問題点があった。また、図
4に示す第3の従来例では、保護素子の耐圧がフィール
ド酸化膜の寸法に依存しており、そしてフィールド酸化
膜を高い精度で形成することは一般に困難であるため、
高精度の耐圧のもの形成することが困難であった。
め、本発明によれば、第1導電型半導体基板(1)の表
面領域内に、第1導電型の高不純物濃度拡散層(7)と
第2導電型拡散層(5、6)とが近接して配置され、両
拡散層間の半導体基板上にゲート絶縁膜(3)を介して
ゲート電極(4)が形成されてなる保護素子を備えたこ
とを特徴とする半導体装置が提供される。
て説明する。図1(a)は、本発明の一実施例を示す半
導体装置の断面図であり、図1(b)はその等価回路図
である。不純物濃度1E14〜16atoms/cm3
のp型半導体基板1を用いて、周知のLOCOS法によ
り膜厚0.6μmのフィールド酸化膜2を形成し、フィ
ールド酸化膜2の形成されていない領域上に熱酸化によ
り膜厚400〜1000Åのゲート酸化膜3を形成す
る。その上にポリシリコンを堆積し、リンのイオン注入
により低抵抗化した後パターニングしてゲート電極4を
形成する。
6〜18atoms/cm3 、ジャンクション深さ0.
3〜2μmの低不純物濃度n型拡散層5を形成し、この
拡散層中に不純物濃度1E19〜21atoms/cm
3 、ジャンクション深さ0.2〜0.5μmの高不純物
濃度n型拡散層6を設けることにより2層構造の高耐圧
化拡散層を形成する。
電型で不純物濃度1E18〜20atoms/cm3 、
深さ0.3〜0.8μmの高不純物濃度p型拡散層7を
設ける。さらに、層間絶縁膜8を形成し、拡散層6、7
上にコンタクトホールを開孔し、ドレイン電極9、ソー
ス電極10を形成して本実施例の半導体装置の製造を完
了する。なお、図示されてはいないが、ドレイン電極9
は外部端子に接続されるとともに保護されるべきトラン
ジスタのゲート電極(保護素子が入力回路保護に用いら
れるとき)あるいは保護されるトランジスタのドレイン
(保護素子が出力回路保護に用いられるとき)等に接続
される。
型拡散層5、6に隣接してゲート電極が設けられたこと
により耐圧が低下し、同構造のドレインを持つMOS型
トランジスタと同等の耐圧となる。よって特に専用工程
の追加を行うことなく、所望の耐圧の保護ダイオードを
形成することができる。また、バイポーラトランジスタ
が寄生していないので、n型拡散層のブレークダウンに
より生成されたホールが基板に蓄積し基板電位が上昇す
ることがあっても過大な電流が流れることはなくジャン
クションの破壊は防止される。さらに、ゲート電極長を
短くしてリーチスルー耐圧により耐圧を決定する構成と
することにより、ゲート電極長により耐圧をコントロー
ルすることが可能となるため、同一プロセスにより異な
る耐圧の保護素子を形成することができるようになる。
而して、ゲート電極の寸法は、フィールド酸化膜に比較
して精度高く形成することができるので、フィールド酸
化膜を用いた従来のジャンクションダイオード型保護素
子に比較して高い精度のブレークダウン電圧のものを得
ることができる。
本発明は上記の実施例に限定されるされるものではな
く、特許請求の範囲に記載された本願発明の要旨内にお
いて各種の変更が可能である。本発明は、高耐圧系半導
体装置に有利に適用されるが、低圧系のものへの適用を
除外するものではない。また、MOS型の半導体装置ば
かりでなくバイポーラ型のものにも適用が可能である。
は、基板と反対導電型の拡散層と同導電型の拡散層とを
近接して設け、その間の半導体基板上にゲート絶縁膜を
介してゲート電極を設けたものであるので、寄生バイポ
ーラトランジスタは存在しておらず、n型拡散層のブレ
ークダウンにより生成されたホールにより基板電位が上
昇することがあっても過大な電流が流れることはなくジ
ャンクションの破壊は防止される。また、本発明によれ
ば、従来例のMOS型保護素子で必要であったソース領
域およびソース電極が省略されているので、より少ない
専用面積にてMOS型の保護素子を形成することができ
る。
ゲート電極を設けたことによりこの拡散層の耐圧が保護
対象のMOSトランジスタのドレインの耐圧と同程度と
なるので、特別の工程の追加を行うことなく、所望の耐
圧の保護ダイオードを形成することができる。さらに、
ゲート電極長を短くしてリーチスルー耐圧により耐圧を
決定する構成とすることにより、ゲート電極長により耐
圧をコントロールすることが可能となる。したがって、
プロセスに変更を加えることなく種々の耐圧の保護素子
を精度高く形成することができるようになる。
Claims (7)
- 【請求項1】 第1導電型半導体基板の表面領域内に形
成された第1導電型の高不純物濃度拡散層と、該第1導
電型の高不純物濃度拡散層に近接して前記第1導電型半
導体基板の表面領域内に形成された第2導電型拡散層
と、両拡散層間の半導体基板上にゲート絶縁膜を介して
形成されたゲート電極とを有する保護素子を備えたこと
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記第2導電型拡散層が内側の高不純物
濃度拡散層と外側の低不純物濃度拡散層との2層構造と
なっていることを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。 - 【請求項3】 前記第1導電型の高不純物濃度拡散層が
接地され、前記第2導電型拡散層が外部端子に接続され
ていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項4】 前記第1導電型の高不純物濃度拡散層お
よび前記ゲート電極が接地され、前記第2導電型拡散層
が外部端子に接続されていることを特徴とする請求項1
記載の半導体装置。 - 【請求項5】 前記第1導電型の高不純物濃度拡散層お
よび前記ゲート電極が接地され、前記第2導電型拡散層
が外部端子を介してMOSトランジスタのゲートに接続
されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。 - 【請求項6】 前記第1導電型の高不純物濃度拡散層お
よび前記ゲート電極が接地され、前記第2導電型拡散層
が外部端子を介して出力トランジスタのドレインに接続
されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。 - 【請求項7】 前記ゲート電極のゲート長は、前記保護
素子の耐圧がリーチスルー耐圧によって決定される長さ
に設定されていることを特徴とする請求項1記載の半導
体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP5341047A JP2546179B2 (ja) | 1993-12-10 | 1993-12-10 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP5341047A JP2546179B2 (ja) | 1993-12-10 | 1993-12-10 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07161980A true JPH07161980A (ja) | 1995-06-23 |
JP2546179B2 JP2546179B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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-
1993
- 1993-12-10 JP JP5341047A patent/JP2546179B2/ja not_active Expired - Fee Related
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