JPH08288465A - 静電保護素子 - Google Patents
静電保護素子Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
- H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
- H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
- H01L27/0259—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using bipolar transistors as protective elements
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Abstract
(57)【要約】
【目的】パンチスルートランジスタを静電保護素子に用
い静電保護回路の内部回路に対する保護耐性を向上させ
る。 【構成】N+ 型拡散層7aからなるエミッタ領域のコレ
クタ領域(N+ 型拡散層7b)に面する境界上に設けた
コンタクトホールの下部に形成したN+ 型コンタクト注
入領域12aにより、エミッタ領域−コレクタ領域間の
距離L1 を小さく、且つ精度良く制御することができ、
静電保護耐性を向上させることが可能になる。
い静電保護回路の内部回路に対する保護耐性を向上させ
る。 【構成】N+ 型拡散層7aからなるエミッタ領域のコレ
クタ領域(N+ 型拡散層7b)に面する境界上に設けた
コンタクトホールの下部に形成したN+ 型コンタクト注
入領域12aにより、エミッタ領域−コレクタ領域間の
距離L1 を小さく、且つ精度良く制御することができ、
静電保護耐性を向上させることが可能になる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路装置の静
電保護素子に関する。
電保護素子に関する。
【0002】
【従来の技術】LSIの内部回路は、入力端子に接続さ
れた静電保護素子によって入力端子に印加されるサージ
から保護される。特にMOS LSIでは入力端子に印
加されたサージが直接内部回路のゲート酸化膜へ印加さ
れ、絶縁破壊が発生するのを防止する為、従来の静電保
護回路では図8に示すように、静電保護素子を入力バッ
ファに設けており、入力端子とVDD(電源)間にPチャ
ネルMOSトランジスタ(以下PMOSトランジスタと
記す)TP を接続し、入力端子とGND間にNチャネル
MOSトランジスタ(以下NMOSトランジスタと記
す)TN を接続し、且つゲート端子をそれぞれのソース
端子に接続した保護素子(以下BVdsタイプ保護素子と
記す)を入力バッファに設け、サージ電圧の印加により
発生したチャージをこれらの保護素子を通して放電させ
ることで内部回路のゲート酸化膜の絶縁破壊を防止して
いた。
れた静電保護素子によって入力端子に印加されるサージ
から保護される。特にMOS LSIでは入力端子に印
加されたサージが直接内部回路のゲート酸化膜へ印加さ
れ、絶縁破壊が発生するのを防止する為、従来の静電保
護回路では図8に示すように、静電保護素子を入力バッ
ファに設けており、入力端子とVDD(電源)間にPチャ
ネルMOSトランジスタ(以下PMOSトランジスタと
記す)TP を接続し、入力端子とGND間にNチャネル
MOSトランジスタ(以下NMOSトランジスタと記
す)TN を接続し、且つゲート端子をそれぞれのソース
端子に接続した保護素子(以下BVdsタイプ保護素子と
記す)を入力バッファに設け、サージ電圧の印加により
発生したチャージをこれらの保護素子を通して放電させ
ることで内部回路のゲート酸化膜の絶縁破壊を防止して
いた。
【0003】LSIの高速化、高集積化には、ゲート酸
化膜の薄膜化が必須であり、それに伴ないゲート酸化膜
のサージ耐性が低くなる方向にある。前述のBVdsタイ
プの保護素子では、トランジスタTP ,TN 自体のドレ
イン−ゲート間にもサージが印加されるため、ゲート酸
化膜が薄くなるとソース−ドレイン間にキャリアが逃げ
る前にドレイン近傍の酸化膜が破壊され保護素子自体が
壊れ易くなるという問題があった。これを避ける為には
保護素子のサイズを大きくして寄生容量を増やす方法が
あるが、LSIの高集積化には不向きであった。
化膜の薄膜化が必須であり、それに伴ないゲート酸化膜
のサージ耐性が低くなる方向にある。前述のBVdsタイ
プの保護素子では、トランジスタTP ,TN 自体のドレ
イン−ゲート間にもサージが印加されるため、ゲート酸
化膜が薄くなるとソース−ドレイン間にキャリアが逃げ
る前にドレイン近傍の酸化膜が破壊され保護素子自体が
壊れ易くなるという問題があった。これを避ける為には
保護素子のサイズを大きくして寄生容量を増やす方法が
あるが、LSIの高集積化には不向きであった。
【0004】一方、LSIの多機能化に伴ない、レベル
変換回路や活線挿技等に対応した入出力バッファの実現
が要求される。これらのバッファでは動作中に入力端子
の電位がVDDよりも高くなることがあるが、その場合に
BVdsタイプ保護素子のバッファでは、入力端子とVDD
間に接続した保護素子TP のドレイン−基板間(PN接
合)に順方向電流が流れてしまうという問題があった。
変換回路や活線挿技等に対応した入出力バッファの実現
が要求される。これらのバッファでは動作中に入力端子
の電位がVDDよりも高くなることがあるが、その場合に
BVdsタイプ保護素子のバッファでは、入力端子とVDD
間に接続した保護素子TP のドレイン−基板間(PN接
合)に順方向電流が流れてしまうという問題があった。
【0005】このような問題を解決するためにフィール
ドゲートトランジスタ(VT2トランジスタ)を保護素子
として用いる例が知られており、図9に示すように、V
DDと入力端子間および入力端子とGND間のそれぞれに
フィールドゲートトランジスタQB を接続して入力保護
回路が構成される。
ドゲートトランジスタ(VT2トランジスタ)を保護素子
として用いる例が知られており、図9に示すように、V
DDと入力端子間および入力端子とGND間のそれぞれに
フィールドゲートトランジスタQB を接続して入力保護
回路が構成される。
【0006】図10は従来の静電保護素子を説明するた
めのフィールドゲートトランジスタおよび内部回路のN
MOSトランジスタの断面図である。
めのフィールドゲートトランジスタおよび内部回路のN
MOSトランジスタの断面図である。
【0007】図10に示すように、P- 型シリコン基板
(又はP- 型ウェル)1の表面に形成して素子形成領域
を分離するフィールド酸化膜3,3aと、フィールド酸
化膜3,3aの下部およびNMOSトランジスタのチャ
ネル形成領域に形成したP型領域2,2d,2fと、N
MOSトランジスタのゲート酸化膜4,ゲート電極5,
側壁スペーサ6と、フィールド酸化膜3,3aおよびゲ
ート電極5,側壁スペーサ6により区画されたP- 型シ
リコン基板1の表面に形成したN+ 型拡散層7と、層間
絶縁膜10に設けたコンタクトホールを介して不純物を
イオン注入し形成したN+ 型コンタクト注入領域12
と、コンタクトホールに埋込んだタングステンプラグ1
3に接続して形成したフィールドゲートトランジスタの
ソース電極31,ドレイン電極32およびフィールド酸
化膜3a直上の層間絶縁膜10上に配置したゲート電極
33と、NMOSトランジスタの電極34をそれぞれ形
成する。
(又はP- 型ウェル)1の表面に形成して素子形成領域
を分離するフィールド酸化膜3,3aと、フィールド酸
化膜3,3aの下部およびNMOSトランジスタのチャ
ネル形成領域に形成したP型領域2,2d,2fと、N
MOSトランジスタのゲート酸化膜4,ゲート電極5,
側壁スペーサ6と、フィールド酸化膜3,3aおよびゲ
ート電極5,側壁スペーサ6により区画されたP- 型シ
リコン基板1の表面に形成したN+ 型拡散層7と、層間
絶縁膜10に設けたコンタクトホールを介して不純物を
イオン注入し形成したN+ 型コンタクト注入領域12
と、コンタクトホールに埋込んだタングステンプラグ1
3に接続して形成したフィールドゲートトランジスタの
ソース電極31,ドレイン電極32およびフィールド酸
化膜3a直上の層間絶縁膜10上に配置したゲート電極
33と、NMOSトランジスタの電極34をそれぞれ形
成する。
【0008】ここで、フィールド酸化膜3aによって分
離され且つ隣接するN+ 型拡散層7をソース領域および
ドレイン領域とする寄生MOSトランジスタで、ゲート
電極33はドレイン電極32に接続されると共に入力端
子に接続され、保護抵抗Rを介して内部回路に接続さ
れ、ソース電極31はGNDに接続される。図9の入力
端子に例えば正のサージ電圧が印加された時ドレイン
(D)−ソース(S)間にフィールドゲートトランジス
タQB のオン電流が流れること、あるいはドレイン
(D)−基板(d)間に接合ブレイクダウン電流が流れ
ることにより内部回路素子のゲート酸化膜がサージから
保護される。
離され且つ隣接するN+ 型拡散層7をソース領域および
ドレイン領域とする寄生MOSトランジスタで、ゲート
電極33はドレイン電極32に接続されると共に入力端
子に接続され、保護抵抗Rを介して内部回路に接続さ
れ、ソース電極31はGNDに接続される。図9の入力
端子に例えば正のサージ電圧が印加された時ドレイン
(D)−ソース(S)間にフィールドゲートトランジス
タQB のオン電流が流れること、あるいはドレイン
(D)−基板(d)間に接合ブレイクダウン電流が流れ
ることにより内部回路素子のゲート酸化膜がサージから
保護される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この従来のフィールド
ゲートトランジスタを用いた静電保護回路では、サージ
電圧の印加により発生した電荷をフィールドゲートトラ
ンジスタをオンさせることによりドレインからソースへ
放電させるか、あるいはドレイン接合ブレイクダウンに
よりドレインから基板へ放電させることにより内部回路
をサージから保護しており、このフィールドゲートトラ
ンジスタ自体はサージに強い構造ではあるが、以下に示
すように耐圧が高いため、内部回路に対するサージ保護
の機能が低いという問題点がある。
ゲートトランジスタを用いた静電保護回路では、サージ
電圧の印加により発生した電荷をフィールドゲートトラ
ンジスタをオンさせることによりドレインからソースへ
放電させるか、あるいはドレイン接合ブレイクダウンに
よりドレインから基板へ放電させることにより内部回路
をサージから保護しており、このフィールドゲートトラ
ンジスタ自体はサージに強い構造ではあるが、以下に示
すように耐圧が高いため、内部回路に対するサージ保護
の機能が低いという問題点がある。
【0010】例えば、ゲート長が0.3μm程度のCM
OS LSIではP型領域の表面不純物濃度は2×10
17〜3×1017cm-3程度に設定される。従って、図1
0のN+ 型拡散層7とP型領域2dの接合耐圧はP型領
域を全面に設けたとしても15V程度である。又、フィ
ールドゲートトランジスタのゲート絶縁膜となるフィー
ルド酸化膜3aと層間絶縁膜10の厚さは通常合計で1
μm以上に設定される為、フィールドゲートトランジス
タ自体のターンオン電圧は前述のドレイン接合耐圧より
はるかに高い。一方、内部回路のMOSトランジスタの
ゲート酸化膜4の膜厚は、ゲート長0.3μmのプロセ
スでは7〜8nmに設定されるため、このゲート酸化膜
に真性破壊電界10MV/cm以上の電界、即ち電圧に
換算して8V以上の電圧が直接印加されると、酸化膜の
破壊に到ってしまう。つまり、直流成分のみで考える
と、従来の保護素子を用いたゲート長0.3μmのCM
OSLSIではゲート酸化膜の破壊電圧よりはるかに大
きい15V程度のバイアスが内部回路に印加される可能
性がある。従って実用上問題となるサージ入力に対する
保護を考えた場合、サージの初期電位を十分に低下させ
るために非常に大きな寄生容量を保護素子にもたせる必
要があり、その結果保護素子のサイズが大きくなるため
高集積化には向いていないという問題点があった。
OS LSIではP型領域の表面不純物濃度は2×10
17〜3×1017cm-3程度に設定される。従って、図1
0のN+ 型拡散層7とP型領域2dの接合耐圧はP型領
域を全面に設けたとしても15V程度である。又、フィ
ールドゲートトランジスタのゲート絶縁膜となるフィー
ルド酸化膜3aと層間絶縁膜10の厚さは通常合計で1
μm以上に設定される為、フィールドゲートトランジス
タ自体のターンオン電圧は前述のドレイン接合耐圧より
はるかに高い。一方、内部回路のMOSトランジスタの
ゲート酸化膜4の膜厚は、ゲート長0.3μmのプロセ
スでは7〜8nmに設定されるため、このゲート酸化膜
に真性破壊電界10MV/cm以上の電界、即ち電圧に
換算して8V以上の電圧が直接印加されると、酸化膜の
破壊に到ってしまう。つまり、直流成分のみで考える
と、従来の保護素子を用いたゲート長0.3μmのCM
OSLSIではゲート酸化膜の破壊電圧よりはるかに大
きい15V程度のバイアスが内部回路に印加される可能
性がある。従って実用上問題となるサージ入力に対する
保護を考えた場合、サージの初期電位を十分に低下させ
るために非常に大きな寄生容量を保護素子にもたせる必
要があり、その結果保護素子のサイズが大きくなるため
高集積化には向いていないという問題点があった。
【0011】この従来の保護素子を用いて素子サイズを
大きくすることなくサージ耐圧を確保するためには、保
護素子自体の耐圧を低下させることが必要である。その
手段として、フィールドゲートトランジスタのドレイン
−ソース間をパンチスルーさせて耐圧を下げる方法と、
ドレイン−基板間の接合耐圧を下げる方法がある。ドレ
イン−ソース間をパンチスルーさせる方法としては
(A)N+ −N+ 分離領域のP型領域2dの濃度を下げ
る方法と(B)N+ −N+ 分離幅L2 を小さくする方法
がある。
大きくすることなくサージ耐圧を確保するためには、保
護素子自体の耐圧を低下させることが必要である。その
手段として、フィールドゲートトランジスタのドレイン
−ソース間をパンチスルーさせて耐圧を下げる方法と、
ドレイン−基板間の接合耐圧を下げる方法がある。ドレ
イン−ソース間をパンチスルーさせる方法としては
(A)N+ −N+ 分離領域のP型領域2dの濃度を下げ
る方法と(B)N+ −N+ 分離幅L2 を小さくする方法
がある。
【0012】P型領域2d,2fは、同一工程で形成さ
れるため、(A)の方法によるN+−N+ 分離領域のP
型領域2dの低濃度化はNMOSトランジスタ形成領域
2fの低濃度化につながりNMOSトランジスタのソー
ス間をパンチスルーさせ易くする。その結果、ディーブ
サブミクロンのゲート長を有するトランジスタの設計が
非常に困難となる。又、ゲート電極33をゲート、フィ
ールド酸化膜3をゲート絶縁膜、そしてフィールド酸化
膜3で分離された隣接するN+ 型拡散層をソース・ドレ
インとする寄生のフィールドゲートトラジスタのターン
オン電圧が低下するという別な問題点も生じる。これら
の問題点を回避するためには、P型領域の濃度をそれぞ
れ目的に応じて最適化する必要がある。図10の例では
P型領域2d,2fを別工程で形成しなければならず、
その結果フォトマスク数や製造工程数が増加してしま
う。
れるため、(A)の方法によるN+−N+ 分離領域のP
型領域2dの低濃度化はNMOSトランジスタ形成領域
2fの低濃度化につながりNMOSトランジスタのソー
ス間をパンチスルーさせ易くする。その結果、ディーブ
サブミクロンのゲート長を有するトランジスタの設計が
非常に困難となる。又、ゲート電極33をゲート、フィ
ールド酸化膜3をゲート絶縁膜、そしてフィールド酸化
膜3で分離された隣接するN+ 型拡散層をソース・ドレ
インとする寄生のフィールドゲートトラジスタのターン
オン電圧が低下するという別な問題点も生じる。これら
の問題点を回避するためには、P型領域の濃度をそれぞ
れ目的に応じて最適化する必要がある。図10の例では
P型領域2d,2fを別工程で形成しなければならず、
その結果フォトマスク数や製造工程数が増加してしま
う。
【0013】又、(B)のN+ −N+ 分離幅L2 を小さ
くする方法では、耐圧のばらつきが大きいため、安定し
たサージ耐圧を得ることができないという問題点があ
る。例えば、P型領域2dの濃度を3×1017cm-3と
仮定すると、8V程度のパンチスルー耐圧を得るために
は分離幅L2 を0.4μm程度まで縮小する必要があ
る。N+ −N+ 分離幅Lはフィールド酸化膜3の幅で決
まるため、フィールド酸化膜領域を規定するためのPR
工程でのフォトレジストの加工精度、バーズビーク長や
フィールド酸化膜厚の製造ばらつきにより安定した寸法
が得られずパンチスルー耐圧のばらつきが非常に大きく
なってしまう。
くする方法では、耐圧のばらつきが大きいため、安定し
たサージ耐圧を得ることができないという問題点があ
る。例えば、P型領域2dの濃度を3×1017cm-3と
仮定すると、8V程度のパンチスルー耐圧を得るために
は分離幅L2 を0.4μm程度まで縮小する必要があ
る。N+ −N+ 分離幅Lはフィールド酸化膜3の幅で決
まるため、フィールド酸化膜領域を規定するためのPR
工程でのフォトレジストの加工精度、バーズビーク長や
フィールド酸化膜厚の製造ばらつきにより安定した寸法
が得られずパンチスルー耐圧のばらつきが非常に大きく
なってしまう。
【0014】一方、ドレイン−基板間の耐圧を下げる方
法としてP領域2dを高濃度化する手段がある。NMO
Sトランジスタ特性に影響を与えずに耐圧を下げる為に
はP型領域2dのみを高濃度化しなければならない。従
って、P型領域2d,2fを別工程で形成しなければな
らず、フォトマスク数や製造工程数が増加するという問
題がある。
法としてP領域2dを高濃度化する手段がある。NMO
Sトランジスタ特性に影響を与えずに耐圧を下げる為に
はP型領域2dのみを高濃度化しなければならない。従
って、P型領域2d,2fを別工程で形成しなければな
らず、フォトマスク数や製造工程数が増加するという問
題がある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の静電保護素子
は、半導体基板の一主面に形成した一導電型のベース領
域と、前記ベース領域の表面に短冊状の第1の逆導電型
拡散層を平行に配列して形成した複数のコレクタ領域
と、隣合う前記コレクタ領域の間のそれぞれに配置した
短冊状の第2の逆導電型拡散層および前記第2の逆導電
型拡散層の前記コレクタ領域に面する側の境界上の少く
とも一部に形成したコンタクトホールの下部に前記第2
の逆導電型拡散層と接続して形成した第3の逆導電型拡
散層からなるエミッタ領域と、前記コレクタ領域および
エミッタ領域の周囲を取囲んで前記ベース領域内に形成
した一導電型高濃度のベースコンタクト領域とを備えて
構成される。
は、半導体基板の一主面に形成した一導電型のベース領
域と、前記ベース領域の表面に短冊状の第1の逆導電型
拡散層を平行に配列して形成した複数のコレクタ領域
と、隣合う前記コレクタ領域の間のそれぞれに配置した
短冊状の第2の逆導電型拡散層および前記第2の逆導電
型拡散層の前記コレクタ領域に面する側の境界上の少く
とも一部に形成したコンタクトホールの下部に前記第2
の逆導電型拡散層と接続して形成した第3の逆導電型拡
散層からなるエミッタ領域と、前記コレクタ領域および
エミッタ領域の周囲を取囲んで前記ベース領域内に形成
した一導電型高濃度のベースコンタクト領域とを備えて
構成される。
【0016】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【0017】図1は本発明の第1の実施例を説明するた
めの模式的平面図である。
めの模式的平面図である。
【0018】図1に示すように、P- 型シリコン基板に
形成したP型のベース領域の表面に短冊状のN+ 型拡散
層7aを平行に配列して設けた複数のコレクタ領域と、
この隣合う各コレクタ領域の間にこれらコレクタ領域と
平行に配置した短冊状のN+型拡散層7bおよびN+ 型
拡散層(コレクタ領域)7aに面する側のN+ 型拡散層
7bの境界上に配置したコンタクトホール23aの下部
に埋込み且つN+ 型拡散層7bと接続したN+ 型コンタ
クト注入領域からなるエミッタ領域と、これらのコレク
タ領域およびエミッタ領域を取囲んで形成したP+ 型拡
散層8からなるベース領域と、コレクタ領域(N+ 型拡
散層7a)とコンタクトホール23を介して接続し且つ
入力端子および内部回路に接続するためのコレクタ電極
15と、同様にエミッタ領域(N+ 型拡散層7b)とコ
ンタクトホール23aを介して接続するエミッタ電極1
4と、同様にベース領域(P+ 型拡散層8)に接続して
接地したベース電極16とを備えてパンチスルートラン
ジスタが構成され、このパンチスルートランジスタを入
力端子と接地間に接続する静電保護素子の場合には、図
1に示すように、エミッタ電極14をベース電極16と
共に接地線に接続し、入力端子と電源間に接続する静電
保護素子の場合には、エミッタ電極14を電源線に接続
する。
形成したP型のベース領域の表面に短冊状のN+ 型拡散
層7aを平行に配列して設けた複数のコレクタ領域と、
この隣合う各コレクタ領域の間にこれらコレクタ領域と
平行に配置した短冊状のN+型拡散層7bおよびN+ 型
拡散層(コレクタ領域)7aに面する側のN+ 型拡散層
7bの境界上に配置したコンタクトホール23aの下部
に埋込み且つN+ 型拡散層7bと接続したN+ 型コンタ
クト注入領域からなるエミッタ領域と、これらのコレク
タ領域およびエミッタ領域を取囲んで形成したP+ 型拡
散層8からなるベース領域と、コレクタ領域(N+ 型拡
散層7a)とコンタクトホール23を介して接続し且つ
入力端子および内部回路に接続するためのコレクタ電極
15と、同様にエミッタ領域(N+ 型拡散層7b)とコ
ンタクトホール23aを介して接続するエミッタ電極1
4と、同様にベース領域(P+ 型拡散層8)に接続して
接地したベース電極16とを備えてパンチスルートラン
ジスタが構成され、このパンチスルートランジスタを入
力端子と接地間に接続する静電保護素子の場合には、図
1に示すように、エミッタ電極14をベース電極16と
共に接地線に接続し、入力端子と電源間に接続する静電
保護素子の場合には、エミッタ電極14を電源線に接続
する。
【0019】ここで、このパンチスルートランジスタの
パンチスルー耐圧は、コレクタ領域としてのN+ 型拡散
層7aとエミッタ領域のN+ 型コンタクト注入領域との
間の距離L1 によって決まり、従来例では実現が困難で
あった0.4μm以下の微細な距離L1 を容易に実現で
きる。
パンチスルー耐圧は、コレクタ領域としてのN+ 型拡散
層7aとエミッタ領域のN+ 型コンタクト注入領域との
間の距離L1 によって決まり、従来例では実現が困難で
あった0.4μm以下の微細な距離L1 を容易に実現で
きる。
【0020】図2(a),(b)および図3(a),
(b)および図4は本発明の第1の実施例の製造方法を
説明するための工程順に示した図1のA−A′線および
内部回路素子部の断面図である。
(b)および図4は本発明の第1の実施例の製造方法を
説明するための工程順に示した図1のA−A′線および
内部回路素子部の断面図である。
【0021】まず、図2(a)に示すように、不純物濃
度1×1016〜5×1016cm-3のP- 型シリコン基板
(又はウェル)1の表面を選択酸化して素子分離用のフ
ィールド酸化膜3を300〜400nmの厚さに形成し
素子形成領域を区画する。次に、ホウ素イオンを加速エ
ネルギー160keV、ドーズ量5×1012〜1×10
13cm-2の条件で選択的にイオン注入しP型のベース領
域2a,NMOSトラジスタのP型領域2b,2cのそ
れぞれを形成し、次に、NMOSトランジスタのしきい
値電圧VT を調整するホウ素の浅いイオン注入を行う。
度1×1016〜5×1016cm-3のP- 型シリコン基板
(又はウェル)1の表面を選択酸化して素子分離用のフ
ィールド酸化膜3を300〜400nmの厚さに形成し
素子形成領域を区画する。次に、ホウ素イオンを加速エ
ネルギー160keV、ドーズ量5×1012〜1×10
13cm-2の条件で選択的にイオン注入しP型のベース領
域2a,NMOSトラジスタのP型領域2b,2cのそ
れぞれを形成し、次に、NMOSトランジスタのしきい
値電圧VT を調整するホウ素の浅いイオン注入を行う。
【0022】次に、NMOSトランジスタ用に厚さ7n
m程度のゲート酸化膜4と、タングステンシリサイド膜
およびN+ 型多結晶シリコン膜の2層構造からなるゲー
ト電極5を選択的に形成する。
m程度のゲート酸化膜4と、タングステンシリサイド膜
およびN+ 型多結晶シリコン膜の2層構造からなるゲー
ト電極5を選択的に形成する。
【0023】次に、図2(b)に示すように、ゲート電
極5をマスクとしてLDD構造形成用の低濃度のリンイ
オンをイオン注入した後ゲート電極5の側面に側壁スペ
ーサ6を形成する。次に、選択的に形成したフォトレジ
スト膜21をマスクとしてヒ素イオンを加速エネルギー
50keV、ドーズ量3×1015〜5×1015cm-2の
条件でイオン注入し、パンチスルートランジスタのコレ
クタとなるN+ 型拡散層7a,同様にエミッタとなるN
+ 型拡散層7b,NMOSトランジスタのソース・ドレ
イン領域となるN+ 型拡散層7cのそれぞれを形成す
る。
極5をマスクとしてLDD構造形成用の低濃度のリンイ
オンをイオン注入した後ゲート電極5の側面に側壁スペ
ーサ6を形成する。次に、選択的に形成したフォトレジ
スト膜21をマスクとしてヒ素イオンを加速エネルギー
50keV、ドーズ量3×1015〜5×1015cm-2の
条件でイオン注入し、パンチスルートランジスタのコレ
クタとなるN+ 型拡散層7a,同様にエミッタとなるN
+ 型拡散層7b,NMOSトランジスタのソース・ドレ
イン領域となるN+ 型拡散層7cのそれぞれを形成す
る。
【0024】次に、図3(a)に示すように、フォトレ
ジスト膜21を除去した後、ホウ素イオンを選択的にイ
オン注入してベース領域2aのコンタクト領域となるP
+ 型拡散層8を形成する。次に、全面に厚さ1μm程度
の層間絶縁膜10を堆積し、層間絶縁膜10の上に塗布
してパターニングしたフォトレジスト膜22をマスクと
して層間絶縁膜10を異方性エッチングし、コンタクト
ホール23,23aを形成する。このとき、パンチスル
ートランジスタのエミッタ領域の境界上に形成したコン
タクトホール23aの底部のフィールド酸化膜3も同時
に除去されベース領域2aの表面が露出される。
ジスト膜21を除去した後、ホウ素イオンを選択的にイ
オン注入してベース領域2aのコンタクト領域となるP
+ 型拡散層8を形成する。次に、全面に厚さ1μm程度
の層間絶縁膜10を堆積し、層間絶縁膜10の上に塗布
してパターニングしたフォトレジスト膜22をマスクと
して層間絶縁膜10を異方性エッチングし、コンタクト
ホール23,23aを形成する。このとき、パンチスル
ートランジスタのエミッタ領域の境界上に形成したコン
タクトホール23aの底部のフィールド酸化膜3も同時
に除去されベース領域2aの表面が露出される。
【0025】次に、図3(b)に示すように、フォトレ
ジスト膜22を除去した後、ホウ素を選択的にイオン注
入してP+ 型拡散層8にP+ 型コンタクト注入領域11
を形成する。次に、全面に塗布してパターニングしたフ
ォトレジスト膜24をマスクとしてコンタクトホール2
3,23aのN+ 型拡散層7a,7b,7cのそれぞれ
にリンイオンを加速エネルギー80keV、ドーズ量5
×1015cm-2の条件でイオン注入し、N+ 型コンタク
ト注入領域12を形成する。このとき、コンタクトホー
ル23aにはN+ 型拡散層7aに接続し、パンチスルー
トランジスタのコレクタ領域となるN+ 型拡散層7a,
7bの拡散深さよりも深いN+ 型コンタクト注入領域1
2aが形成され、N+ 型拡散層7aおよびN+ 型コンタ
クト注入領域12aからなるエミッタ領域が形成され
る。
ジスト膜22を除去した後、ホウ素を選択的にイオン注
入してP+ 型拡散層8にP+ 型コンタクト注入領域11
を形成する。次に、全面に塗布してパターニングしたフ
ォトレジスト膜24をマスクとしてコンタクトホール2
3,23aのN+ 型拡散層7a,7b,7cのそれぞれ
にリンイオンを加速エネルギー80keV、ドーズ量5
×1015cm-2の条件でイオン注入し、N+ 型コンタク
ト注入領域12を形成する。このとき、コンタクトホー
ル23aにはN+ 型拡散層7aに接続し、パンチスルー
トランジスタのコレクタ領域となるN+ 型拡散層7a,
7bの拡散深さよりも深いN+ 型コンタクト注入領域1
2aが形成され、N+ 型拡散層7aおよびN+ 型コンタ
クト注入領域12aからなるエミッタ領域が形成され
る。
【0026】次に、図4に示すように、フォトレジスト
膜24を除去した後、コンタクトホール23,23aを
含む表面にTi/TiN積層構造のバリアメタル膜(図
では省略)を形成した後、タングステン膜13を堆積し
てエッチバックし、コンタクトホール23,23a内に
埋込む。次に、タングステン膜13を含む層間絶縁膜1
0の上にAl−Si−Cu合金からなる金属膜を堆積し
てパターニングし、パンチスルートランジスタのエミッ
タ電極14,コレクタ電極15,ベース電極16のそれ
ぞれとNMOSトランジスタの電極17を形成し、パン
チスルートランジスタのコレクタ電極15とベース電極
16は接地線に接続し、入力端子に接続したパンチスル
ートランジスタのエミッタ電極14は保護抵抗Rを介し
て内部回路に接続される。
膜24を除去した後、コンタクトホール23,23aを
含む表面にTi/TiN積層構造のバリアメタル膜(図
では省略)を形成した後、タングステン膜13を堆積し
てエッチバックし、コンタクトホール23,23a内に
埋込む。次に、タングステン膜13を含む層間絶縁膜1
0の上にAl−Si−Cu合金からなる金属膜を堆積し
てパターニングし、パンチスルートランジスタのエミッ
タ電極14,コレクタ電極15,ベース電極16のそれ
ぞれとNMOSトランジスタの電極17を形成し、パン
チスルートランジスタのコレクタ電極15とベース電極
16は接地線に接続し、入力端子に接続したパンチスル
ートランジスタのエミッタ電極14は保護抵抗Rを介し
て内部回路に接続される。
【0027】ここで、パンチスルートランジスタが入力
端子と接地間に接続された例について説明したが、一般
に図5に示すように、入力端子にコレクタを接続し、ベ
ースとエミッタを接地線に接続したパンチスルートラン
ジスタQP1と、入力端子にコレクタを接続し、ベースを
接地線に接続し、エミッタを電源線に接続したパンチス
ルートランジスタQP2を有して構成され、パンチスルー
トランジスタQP1,QP2のコレクタを接続した入力端子
は、保護抵抗Rを介して内部回路に接続される。
端子と接地間に接続された例について説明したが、一般
に図5に示すように、入力端子にコレクタを接続し、ベ
ースとエミッタを接地線に接続したパンチスルートラン
ジスタQP1と、入力端子にコレクタを接続し、ベースを
接地線に接続し、エミッタを電源線に接続したパンチス
ルートランジスタQP2を有して構成され、パンチスルー
トランジスタQP1,QP2のコレクタを接続した入力端子
は、保護抵抗Rを介して内部回路に接続される。
【0028】図6は本発明の第2の実施例を説明するた
めの断面図である。
めの断面図である。
【0029】図6に示すように、パンチスルートランジ
スタのエミッタ形成領域全域の層間絶縁膜10およびフ
ィールド酸化膜3とを順次エッチングして形成した開孔
部に露出したベース領域2aの全域にヒ素をイオン注入
して形成したN+ 型領域18によりエミッタ領域を形成
することにより、コレクタ領域からエミッタ領域へ流れ
るパンチスルー電流が局部的に集中することなくエミッ
タ領域の幅方向に対して均一に流れるため、エミッタ抵
抗が低減し、より高い静電耐量が得られ、又エミッタ長
の縮小も容易であり、保護回路の占有面積を低減できる
利点がある。
スタのエミッタ形成領域全域の層間絶縁膜10およびフ
ィールド酸化膜3とを順次エッチングして形成した開孔
部に露出したベース領域2aの全域にヒ素をイオン注入
して形成したN+ 型領域18によりエミッタ領域を形成
することにより、コレクタ領域からエミッタ領域へ流れ
るパンチスルー電流が局部的に集中することなくエミッ
タ領域の幅方向に対して均一に流れるため、エミッタ抵
抗が低減し、より高い静電耐量が得られ、又エミッタ長
の縮小も容易であり、保護回路の占有面積を低減できる
利点がある。
【0030】図7は本発明の第3の実施例を説明するた
めの断面図である。
めの断面図である。
【0031】図7に示すように、ベース領域2aの深い
領域に形成されたN+ 型領域(エミッタ領域)12aに
対向する部分のN+ 型領域7bの境界にN+ 型コンタク
ト注入領域19を形成しており、パンチスルー耐圧はN
+ 型コンタクト注入領域12aとN+ 型コンタクト注入
領域19との間の距離で決まる。また、コンタクト注入
領域とフィールド酸化膜3との位置合わせずれが生じて
もパンチスルー耐圧への影響を無くして安定した静電耐
量を得ることができる。
領域に形成されたN+ 型領域(エミッタ領域)12aに
対向する部分のN+ 型領域7bの境界にN+ 型コンタク
ト注入領域19を形成しており、パンチスルー耐圧はN
+ 型コンタクト注入領域12aとN+ 型コンタクト注入
領域19との間の距離で決まる。また、コンタクト注入
領域とフィールド酸化膜3との位置合わせずれが生じて
もパンチスルー耐圧への影響を無くして安定した静電耐
量を得ることができる。
【0032】従って、ゲート長が0.3μm程度のMO
Sトランジスタを安定して製造するためにベース領域2
a,P型領域2b,2cの不純物濃度を3×1017cm
-3程度に設定した場合、従来例では距離L2 =0.45
μmでパンチスルー耐圧を10Vに下げるのが限界であ
ったのに対し、本発明により距離L1 =0.35μmと
すると、6V程度のパンチスルー耐圧が得られる。又、
ゲート長0.25μm程度のMOSトランジスタを得る
ために同様にベース領域2a,P型領域2b,2cの不
純物濃度を5×1017cm-3迄上げても本発明により距
離L1 =0.25μmとすることで5V程度のパンチス
ルー耐圧が得られる。
Sトランジスタを安定して製造するためにベース領域2
a,P型領域2b,2cの不純物濃度を3×1017cm
-3程度に設定した場合、従来例では距離L2 =0.45
μmでパンチスルー耐圧を10Vに下げるのが限界であ
ったのに対し、本発明により距離L1 =0.35μmと
すると、6V程度のパンチスルー耐圧が得られる。又、
ゲート長0.25μm程度のMOSトランジスタを得る
ために同様にベース領域2a,P型領域2b,2cの不
純物濃度を5×1017cm-3迄上げても本発明により距
離L1 =0.25μmとすることで5V程度のパンチス
ルー耐圧が得られる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、静電保護
素子としてパンチスルートランジスタを用い、パンチス
ルー耐圧を決めるベース領域とエミッタ領域との間の距
離をコレクタ領域に面するフィールド酸化膜の境界上に
形成したコンタクト注入領域とコレクタ領域との間ある
いはエミッタ領域およびコレクタ領域の向い合う双方の
境界上のコンタクト注入領域の間で設定することによ
り、0.4μm以下の微細な距離を実現でき、容易に耐
圧の低い静電保護素子を得ることができるという効果を
有する。
素子としてパンチスルートランジスタを用い、パンチス
ルー耐圧を決めるベース領域とエミッタ領域との間の距
離をコレクタ領域に面するフィールド酸化膜の境界上に
形成したコンタクト注入領域とコレクタ領域との間ある
いはエミッタ領域およびコレクタ領域の向い合う双方の
境界上のコンタクト注入領域の間で設定することによ
り、0.4μm以下の微細な距離を実現でき、容易に耐
圧の低い静電保護素子を得ることができるという効果を
有する。
【0034】静電保護素子の耐圧が下がれば、発生した
チャージをより低いサージ電圧で保護素子を介して放電
できるため、静電耐性が向上する。又、この効果は静電
保護素子のサイズを大きくすることなく得られるため、
高集積化にも有利である。従ってLSIの高速化,高集
積化に伴ないMOSトランジスタのゲート酸化膜が例え
5nm以下に薄膜化されても、本発明により要求される
静電耐量を容易に得ることが可能となる。
チャージをより低いサージ電圧で保護素子を介して放電
できるため、静電耐性が向上する。又、この効果は静電
保護素子のサイズを大きくすることなく得られるため、
高集積化にも有利である。従ってLSIの高速化,高集
積化に伴ないMOSトランジスタのゲート酸化膜が例え
5nm以下に薄膜化されても、本発明により要求される
静電耐量を容易に得ることが可能となる。
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための模式的
平面図。
平面図。
【図2】本発明の第1の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順に示した断面図。
めの工程順に示した断面図。
【図3】本発明の第1の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順に示した断面図。
めの工程順に示した断面図。
【図4】本発明の第1の実施例の製造方法を説明するた
めの工程順に示した断面図。
めの工程順に示した断面図。
【図5】本発明の静電保護素子を用いた静電保護回路の
一例を示す回路図。
一例を示す回路図。
【図6】本発明の第2の実施例を説明するための断面
図。
図。
【図7】本発明の第3の実施例を説明するための断面
図。
図。
【図8】従来の静電保護回路の第1の例を示す回路図。
【図9】従来の静電保護回路の第2の例を示す回路図。
【図10】従来の静電保護素子を説明するための断面
図。
図。
1 P- 型シリコン基板 2,2b,2c,2d,2f P型領域 2a ベース領域 3,3a フィールド酸化膜 4 ゲート酸化膜 5 ゲート電極 6 側壁スペーサ 7,7a,7b,7c N+ 型拡散層 8 P+ 型拡散層 10 層間絶縁膜 11 P+ 型コンタクト注入領域 12,12a,19 N+ 型コンタクト注入領域 13 タングステンプラグ 14 エミッタ電極 15 コレクタ電極 16 ベース電極 17 電極 18 N+ 型領域 21,22,24 フォトレジスト膜 23,23a コンタクトホール
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板の一主面に形成した一導電型
のベース領域と、前記ベース領域の表面に短冊状の第1
の逆導電型拡散層を平行に配列して形成した複数のコレ
クタ領域と、隣合う前記コレクタ領域の間のそれぞれに
配置した短冊状の第2の逆導電型拡散層および前記第2
の逆導電型拡散層の前記コレクタ領域に面する側の境界
上の少くとも一部に形成したコンタクトホールの下部に
前記第2の逆導電型拡散層と接続して形成した第3の逆
導電型拡散層からなるエミッタ領域と、前記コレクタ領
域およびエミッタ領域の周囲を取囲んで前記ベース領域
内に形成した一導電型高濃度のベースコンタクト領域と
を備えたことを特徴とする静電保護素子。 - 【請求項2】 短冊状のエミッタ領域の全域が素子分離
用絶縁膜に形成したコンタクトホールの下部に形成した
逆導電型拡散層からなる請求項1記載の静電保護素子。 - 【請求項3】 第3の逆導電型拡散層に対向するコレク
タ領域の境界上に形成したコンタクトホールの下部に形
成した逆導電型拡散層を備えた請求項1記載の静電保護
素子。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7095456A JP2643904B2 (ja) | 1995-04-20 | 1995-04-20 | 静電保護素子 |
US08/636,146 US5610427A (en) | 1995-04-20 | 1996-04-22 | Electrostatic protection device for use in semiconductor integrated circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7095456A JP2643904B2 (ja) | 1995-04-20 | 1995-04-20 | 静電保護素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08288465A true JPH08288465A (ja) | 1996-11-01 |
JP2643904B2 JP2643904B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=14138189
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7095456A Expired - Fee Related JP2643904B2 (ja) | 1995-04-20 | 1995-04-20 | 静電保護素子 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5610427A (ja) |
JP (1) | JP2643904B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6320231B1 (en) * | 1999-08-31 | 2001-11-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device for protecting a semiconductor chip from damage due to electrostatic discharge |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100194669B1 (ko) * | 1995-12-20 | 1999-06-15 | 윤종용 | 입력 보호 회로 및 보호 소자 |
JP2953416B2 (ja) * | 1996-12-27 | 1999-09-27 | 日本電気株式会社 | 半導体装置 |
US6725439B1 (en) | 1998-01-29 | 2004-04-20 | International Business Machines Corporation | Method of automated design and checking for ESD robustness |
JP3252790B2 (ja) * | 1998-04-23 | 2002-02-04 | 日本電気株式会社 | 半導体集積回路 |
JP2003007844A (ja) * | 2001-04-09 | 2003-01-10 | Seiko Instruments Inc | 半導体装置 |
KR100424172B1 (ko) * | 2001-06-29 | 2004-03-24 | 주식회사 하이닉스반도체 | 정전기 보호장치가 구비된 반도체 장치의 제조방법 |
JP4207858B2 (ja) | 2004-07-05 | 2009-01-14 | セイコーエプソン株式会社 | 半導体装置、表示装置及び電子機器 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0828426B2 (ja) * | 1985-10-15 | 1996-03-21 | エイ・ティ・アンド・ティ・コーポレーション | Igfet集積回路の静電放電からの保護 |
JPH02119262A (ja) * | 1988-10-28 | 1990-05-07 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
JPH061802B2 (ja) * | 1989-03-14 | 1994-01-05 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
-
1995
- 1995-04-20 JP JP7095456A patent/JP2643904B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-04-22 US US08/636,146 patent/US5610427A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6320231B1 (en) * | 1999-08-31 | 2001-11-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device for protecting a semiconductor chip from damage due to electrostatic discharge |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JP2643904B2 (ja) | 1997-08-25 |
US5610427A (en) | 1997-03-11 |
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