JPH0945856A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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Publication number
JPH0945856A
JPH0945856A JP19369295A JP19369295A JPH0945856A JP H0945856 A JPH0945856 A JP H0945856A JP 19369295 A JP19369295 A JP 19369295A JP 19369295 A JP19369295 A JP 19369295A JP H0945856 A JPH0945856 A JP H0945856A
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JP
Japan
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oxide film
film
field
semiconductor device
mos transistor
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Application number
JP19369295A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuaki Aeba
伸明 饗庭
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH0945856A publication Critical patent/JPH0945856A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a field MOS transistor to serve as an input/output protective device by a method wherein a gate oxide film is composed of a first part as thick as a field oxide film and a second part which is locally set thin between a source and a drain. SOLUTION: Thick oxide films 15 and 15A as thick as 500nm or so are formed on a P-type silicon substrate 11 except on a part of the silicon substrate 11 under the wide lateral parts 13D and 13S of an SiN film 13. A thin oxide film 16 as thick as 300nm (thinner than field oxide film) is formed under the bridge 13G of the SiN film 13 by oxidation induced by oxygen fed from crosswise sides (Y direction). In a field MOS transistor, the oxide film 16 is thinner than the field oxide film 15, so that a threshold voltage is 8 to 9V lower under the thin oxide film 16 than under the oxide film 15A of the same thickness with the field oxide film 15.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置およびそ
の製造方法に係わり、特に入出力保護素子を有する半導
体装置およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having an input / output protection element and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の微細化及び低電力化によ
り、近年、電源電圧の低下が進んでいる。しかし、従来
の電源電圧の半導体装置が未だ主流であるために、電源
電圧の異なる半導体装置が同じシステム、ボード等に混
在している状態である。
2. Description of the Related Art In recent years, power supply voltage has been decreasing due to miniaturization and low power consumption of semiconductor devices. However, since semiconductor devices having conventional power supply voltages are still mainstream, semiconductor devices having different power supply voltages are mixed in the same system, board, and the like.

【0003】例えば、ある種の半導体装置の電源電圧を
5Vから3.3Vに低電圧化しても、他の多くの種類の
半導体装置の電源電圧は5Vのままであり、両者を混在
させて使用しなくてはならない。
For example, even if the power supply voltage of a certain type of semiconductor device is lowered from 5V to 3.3V, the power supply voltage of many other types of semiconductor devices remains 5V, and both are used in combination. I have to do it.

【0004】このために、例えば、内部回路の電源電圧
が3.3Vであり、その入出力部に5Vの信号が入出力
される、いわゆる5V−3.3Vインターフェースを搭
載した半導体装置が必要となる。
For this reason, for example, a semiconductor device having a so-called 5V-3.3V interface in which a power supply voltage of an internal circuit is 3.3V and a 5V signal is input / output to / from its input / output portion is required. Become.

【0005】このような半導体装置の内部回路は電源電
圧が3.3Vの低電圧であるから、内部回路を構成する
絶縁ゲート電界効果トランジスタ(以下、MOSトラン
ジスタ、と称す)のゲート酸化膜は10nm前後の薄い
膜にして性能を向上させている。
Since the internal circuit of such a semiconductor device has a low power supply voltage of 3.3 V, the gate oxide film of the insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as MOS transistor) constituting the internal circuit is 10 nm. The front and rear thin films are used to improve performance.

【0006】しかし入出力部には5Vと高い信号が発生
するから、入出力部に接続する入出力保護素子としての
MOSトランジスタのゲート酸化膜の膜厚を内部回路の
MOSトランジスタと同様に薄くすることができない。
However, since a signal as high as 5 V is generated in the input / output section, the thickness of the gate oxide film of the MOS transistor as an input / output protection element connected to the input / output section is made thin like the MOS transistor in the internal circuit. I can't.

【0007】そこでゲート酸化膜として厚いフィールド
酸化膜を用いたMOSトランジスタが入出力保護素子と
して用いられている(以下このMOSトランジスタを、
フィールドMOSトランジスタ、と称す)。
Therefore, a MOS transistor using a thick field oxide film as a gate oxide film is used as an input / output protection element (hereinafter, this MOS transistor will be referred to as
Field MOS transistor).

【0008】この入出力保護素子としてのフィールドM
OSトランジスタは、例えば、正のESD等のノイズ電
荷が進入した場合、信号線とGND間のフィールドMO
Sトランジスタのドレイン・ゲート電圧がある程度上昇
し、このトランジスタの閾値電圧(VT)以上で電流が
流れ始め、更にドレイン・ゲート電圧が上昇してスナッ
プバック電圧に達するとスナップバック現象により急激
にドレイン電流が増加して電荷をGNDに逃がし、内部
回路を構成するMOSトランジスタを保護するものであ
る。
Field M as this input / output protection element
When noise charges such as positive ESD enter, the OS transistor receives a field MO between the signal line and GND.
The drain-gate voltage of the S-transistor rises to some extent, and a current begins to flow above the threshold voltage (VT) of this transistor, and when the drain-gate voltage rises to reach the snapback voltage, the snapback phenomenon causes a sudden drain current. Is increased to release the charge to GND and protect the MOS transistor forming the internal circuit.

【0009】図7乃至図9を参照して従来技術のフィー
ルドMOSトランジスタの例をその製造方法により説明
する。
An example of a conventional field MOS transistor will be described with reference to FIGS. 7 to 9 by its manufacturing method.

【0010】P型シリコン基板21の主面に熱酸化によ
り膜厚約50nmのSiO2 膜(シリコン酸化膜)22
を形成し(図7(A))、その上にCVD法により膜厚
約300nmのSiN膜(シリコン窒化膜)23を成長
し(図7(B))、開口部24Kを有するレジストパタ
ーン24をフォトリソグラフィ技術等で形成する(図7
(C))。
A SiO 2 film (silicon oxide film) 22 having a thickness of about 50 nm is formed on the main surface of the P-type silicon substrate 21 by thermal oxidation.
(FIG. 7 (A)), a SiN film (silicon nitride film) 23 having a thickness of about 300 nm is grown thereon by a CVD method (FIG. 7 (B)), and a resist pattern 24 having an opening 24K is formed. It is formed by photolithography technology or the like (FIG. 7).
(C)).

【0011】レジストパターン24のみの平面形状を図
8(A)に示す。この図8(A)、(B)の工程では、
レジストパターン24をマスクにしてドライエッチング
によりSiN膜23およびSiO2 膜22を選択的にエ
ッチング除去し、かつそれにより露出したP型シリコン
基板21の表面部分をエッチングして凹部21Tを形成
する。尚、図8(B)は図8(A)のD−D部の断面図
である。
A plan view of only the resist pattern 24 is shown in FIG. In the steps of FIGS. 8A and 8B,
Using the resist pattern 24 as a mask, the SiN film 23 and the SiO 2 film 22 are selectively removed by dry etching, and the surface portion of the P-type silicon substrate 21 exposed by the etching is etched to form a recess 21T. Note that FIG. 8B is a cross-sectional view of a portion D-D in FIG. 8A.

【0012】次にレジストパターン24を除去した後、
残余するSiN膜23をマスクにして酸化性雰囲気中で
約1000℃の熱処理を行って膜厚が約500nmのフ
ィールド酸化膜25を形成する(図9(A))。このフ
ィールド酸化膜25はフィルールドMOSトランジスタ
の形成領域を区画しかつこのトランジスタのゲート酸化
膜を構成し、また内部回路のそれぞれのMOSトランジ
スタ形成領域を区画する。図9ではフィールド酸化膜2
5のうちゲート酸化膜として機能する箇所を示してい
る。次に、フィールド酸化膜を形成する際にマスクとし
て用いたSiN膜23およびその下のSiO2 膜22を
除去し、内部回路のMOSトランジスタの薄いゲート酸
化膜およびポリシリコンゲート電極を形成し、フィール
ド酸化膜25をマスクにしてN型不純物をイオン注入
し、活性化熱処理によりN型拡散層を形成する。図9
(B)に示す一対のN型拡散層27は保護素子のMOS
トランジスタのソースおよびドレインとなる。次に層間
絶縁膜28を形成し、そこに必要なコンタクタホール2
8Cを形成した後、金属電極配線を形成する。図9
(C)は、この金属電極配線によるゲート金属電極29
G,ソース金属電極29S,ドレイン金属電極29Dを
有する保護素子としてのフィールドMOSトランジスタ
20を示している。
Next, after removing the resist pattern 24,
Using the remaining SiN film 23 as a mask, heat treatment is performed at about 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere to form a field oxide film 25 having a thickness of about 500 nm (FIG. 9A). This field oxide film 25 partitions the formation region of the firuled MOS transistor and constitutes the gate oxide film of this transistor, and also partitions the respective MOS transistor formation regions of the internal circuit. In FIG. 9, the field oxide film 2
5 shows a portion functioning as a gate oxide film. Then, the SiN film 23 used as a mask when forming the field oxide film and the SiO 2 film 22 thereunder are removed to form a thin gate oxide film and a polysilicon gate electrode of the MOS transistor in the internal circuit, and N-type impurities are ion-implanted using the oxide film 25 as a mask, and an N-type diffusion layer is formed by activation heat treatment. FIG.
The pair of N-type diffusion layers 27 shown in FIG.
It becomes the source and drain of the transistor. Next, the interlayer insulating film 28 is formed, and the contactor holes 2 required there are formed.
After forming 8C, metal electrode wiring is formed. FIG.
(C) is a gate metal electrode 29 formed by this metal electrode wiring
The field MOS transistor 20 as a protective element having G, a source metal electrode 29S, and a drain metal electrode 29D is shown.

【0013】図10を参照して、内部回路に薄いゲート
酸化膜のPチャネル型MOSトランジスタ30とNチャ
ネル型MOSトランジスタ40とで構成されたCMOS
が低電圧(+3.3V)電源ラインと接地ラインとの間
に接続して設けられ、+5Vが印加される入出力端子
(パット)60と上記CMOSのゲートの間に保護部お
よび低電圧がゲートに印加されて5Vから3.3Vにレ
ベルシフトの役割を行なうNチャネル型MOSトランジ
スタ50が挿入されている。
Referring to FIG. 10, a CMOS having a P-channel type MOS transistor 30 and an N-channel type MOS transistor 40 each having a thin gate oxide film in the internal circuit is formed.
Is connected between a low-voltage (+ 3.3V) power supply line and a ground line, and is provided between the input / output terminal (pad) 60 to which + 5V is applied and the gate of the CMOS, and the gate of the low-voltage protection part. An N-channel type MOS transistor 50, which is applied to the V.sub.3 and acts as a level shift from 5V to 3.3V, is inserted.

【0014】保護部は図7乃至図9で説明した一対のフ
ィールドMOSトランジスタ20が高電圧(+5V)電
源ラインと接地ラインとの間に接続して設けられてい
る。
The protection section is provided with a pair of field MOS transistors 20 described in FIGS. 7 to 9 connected between a high voltage (+ 5V) power supply line and a ground line.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】上述のように最近の半
導体装置では微細化に伴い、内部回路を構成するMOS
トランジスタのジャンクション耐圧BVjが例えば10
Vと低下しこの値は、入出力保護素子としてのフィール
ドMOSトランジスタの閾値電圧VT2 、例えば16V
より低くなる。このために図11に示すように、入出力
部にノイズが印加した際に、フィールドMOSトランジ
スタに電流が流れ始めて保護作用を行う前に内部回路に
ジャンクション破壊が発生してしまい、フィールドMO
Sトランジスタが入出力保護素子としての機能を果たせ
なくなっている問題を有する。
As described above, in the recent semiconductor device, the MOS which constitutes the internal circuit is miniaturized with the miniaturization.
The junction breakdown voltage BVj of the transistor is, for example, 10
This value decreases to V, and this value becomes a threshold voltage VT 2 of the field MOS transistor as an input / output protection element, for example, 16V.
Lower. For this reason, as shown in FIG. 11, when noise is applied to the input / output portion, a junction breakdown occurs in the internal circuit before the current starts flowing through the field MOS transistor and the protection action is performed, resulting in the field MO.
There is a problem that the S transistor cannot function as an input / output protection element.

【0016】したがって本発明の目的は、微細化により
ジャンクション耐圧BVjが低下した内部回路のMOS
トランジスタを保護することができるフィールドMOS
トランジスタを入出力保護素子とした半導体装置および
その製造方法を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to reduce the junction breakdown voltage BVj due to the miniaturization of the internal circuit MOS.
Field MOS that can protect transistor
A semiconductor device using a transistor as an input / output protection element and a method for manufacturing the same.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、入出力
端子と、内部回路と、前記入出力端子と前記内部回路と
の間に設けられた保護素子とを有し、前記保護素子は、
半導体基板に形成されたフィ−ルド酸化膜により囲まれ
た一対のN型拡散層をソースおよびドレインとし、前記
フィールド酸化膜と連続して前記ソースとドレインとの
間の基板上に形成された酸化膜をゲート酸化膜とし、そ
の上の導電膜をゲート電極とした絶縁ゲート電界効果ト
ランジスタの構成となっている半導体装置において、前
記ゲート酸化膜は、前記フィールド酸化膜と同一の膜厚
の第1の部分と、前記ソースとドレインとの間にわたっ
て局所的に薄くなっている第2の部分を有する半導体装
置にある。ここで前記ソース−ドレイン方向と直角方向
に複数の前記第2の箇所が配列していることが好まし
い。
A feature of the present invention is to have an input / output terminal, an internal circuit, and a protective element provided between the input / output terminal and the internal circuit. ,
A pair of N-type diffusion layers surrounded by a field oxide film formed on a semiconductor substrate are used as a source and a drain, and oxidation formed on the substrate between the source and the drain is continuous with the field oxide film. In a semiconductor device having a structure of an insulated gate field effect transistor in which a film is a gate oxide film and a conductive film thereon is a gate electrode, the gate oxide film is a first film having the same film thickness as the field oxide film. And a second portion that is locally thinned between the source and the drain. Here, it is preferable that a plurality of the second portions are arranged in a direction perpendicular to the source-drain direction.

【0018】本発明の他の特徴は、半導体基板上に設け
られた耐酸化性膜パターンをマスクにして前記半導体基
板を選択酸化することにより、厚いフィールド酸化膜な
らびにゲート酸化膜の厚い第1の部分と薄い第2の部分
を同時に形成する半導体装置を製造する製造方法にあ
る。
Another feature of the present invention is to selectively oxidize the semiconductor substrate by using the oxidation resistant film pattern provided on the semiconductor substrate as a mask, thereby forming a thick field oxide film and a thick first gate oxide film. A manufacturing method for manufacturing a semiconductor device in which a portion and a thin second portion are formed at the same time.

【0019】このように本発明の保護素子としてのフィ
ールドMOSトランジスタのゲート酸化膜には薄い部分
を設けているからその閾値電圧(VT)が低下し、した
がって内部回路のMOSOトランジスタのBVjより低
いノイズ電圧でフィールドMOSトランジスタの電流が
流れ始め、スナップバック現象が発生するから、内部回
路のMOSOトランジスタを保護することができる。ま
たこの薄い部分を複数配列することにより流せる電流が
多くなりESD耐量が高くなる。
As described above, since the gate oxide film of the field MOS transistor as the protection element of the present invention is provided with a thin portion, its threshold voltage (VT) is lowered, and therefore noise lower than BVj of the MOSO transistor in the internal circuit is reduced. Since the current of the field MOS transistor starts to flow due to the voltage and a snapback phenomenon occurs, the MOSO transistor in the internal circuit can be protected. In addition, by arranging a plurality of these thin portions, the amount of current that can flow increases, and the ESD tolerance increases.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明を説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】図1乃至図4は本発明の実施の形態の半導
体装置におけるフィールドMOSトラジスタの製造を示
す図である。
1 to 4 are views showing manufacturing of a field MOS transistor in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【0022】まず図1(A)において、P型シリコン基
板11の主面に膜厚約50nmのSiO2 膜(シリコン
酸化膜)12を、例えば熱酸化法で形成する。
First, in FIG. 1A, a SiO 2 film (silicon oxide film) 12 having a film thickness of about 50 nm is formed on the main surface of a P-type silicon substrate 11 by, for example, a thermal oxidation method.

【0023】次に図1(B)において、SiO2 膜上に
膜厚約300nmのSiN膜(シリコン窒化膜)13
を、例えばCVD法で形成する。
Next, referring to FIG. 1B, a SiN film (silicon nitride film) 13 having a thickness of about 300 nm is formed on the SiO 2 film.
Are formed by, for example, the CVD method.

【0024】次に図1(C)において、SiN膜13上
に開口部14Kを有するレジストパターン14をフォト
リソグラフィ技術等で形成する。
Next, in FIG. 1C, a resist pattern 14 having an opening 14K is formed on the SiN film 13 by a photolithography technique or the like.

【0025】このレジストパターン14は図2(A)に
示すように、左側の部分14D、右側の部分14S、左
右の部分14D,14S間の複数(図では5本)のブリ
ッジ部分14Gを有している。それぞれのブリッジ部分
14Gは幅(Y方向の寸法)が約0.4μm、長さL
(X方向の寸法でありチャネル長となる寸法)が0.5
μm〜1.0μmの長方平面形状であり、たがいに一定
の間隔を保ってY方向に配列されている。また左右の部
分14D,14Sの幅W(Y方向の寸法)は100μm
〜200μmである。
As shown in FIG. 2A, the resist pattern 14 has a left side portion 14D, a right side portion 14S, and a plurality of (five in the figure) bridge portions 14G between the left and right portions 14D and 14S. ing. Each bridge portion 14G has a width (dimension in the Y direction) of about 0.4 μm and a length L.
(Dimension in the X direction that is the channel length) is 0.5
It has a rectangular planar shape of μm to 1.0 μm, and is arranged in the Y direction at regular intervals. The width W (dimension in the Y direction) of the left and right portions 14D and 14S is 100 μm.
200200 μm.

【0026】図2(A)および(B)の工程において、
レジストパターン14をマスクにしてドライエッチング
によりSiN膜13およびSiO2 膜12を選択的にエ
ッチング除去し、かつそれにより露出したP型シリコン
基板11の表面部分をエッチングして凹部11Tを形成
する。尚、図2(B)は図2(A)のA−A部の断面図
である。
In the steps of FIGS. 2A and 2B,
The SiN film 13 and the SiO 2 film 12 are selectively removed by dry etching using the resist pattern 14 as a mask, and the surface portion of the P-type silicon substrate 11 exposed by the dry etching is etched to form a recess 11T. Note that FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【0027】次に図3(A)、(B)、(C)におい
て、レジストパターン14を除去した後、残余するSi
N膜13のパターンをマスクにして酸化性雰囲気で10
00℃の熱処理を行なう。レジストパターン14の左右
の部分14D,14Sおよびブリッジ部分14Gとそれ
ぞれ同一の平面形状の左右の部分13D,13Sおよび
ブリッジ部分13GがSiN膜13のパターンに形成さ
れている。
Next, in FIGS. 3A, 3B, and 3C, after the resist pattern 14 is removed, the remaining Si is left.
The pattern of the N film 13 is used as a mask in an oxidizing atmosphere for 10
Heat treatment at 00 ° C. is performed. The left and right portions 14D and 14S of the resist pattern 14 and the left and right portions 13D and 13S and the bridge portion 13G of the same planar shape as the bridge portion 14G are formed in the pattern of the SiN film 13.

【0028】この熱処理によって、SiN膜13が形成
されていないP型シリコン基板11の箇所、すなわち凹
部11Tにはには膜厚が約500nmの厚い酸化膜1
5,15Aが形成される。また、SiN膜13の広い左
右の部分13D,13Sの下のP型シリコン基板11の
箇所にはこの厚い酸化膜が形成されない。しかしSiN
膜13のブリッジ部分13G下では、幅方向(Y方向)
の両側からの酸素のみで酸化されるから、膜厚が約30
0nmの薄い(フィールド酸化膜15より薄い)酸化膜
16が形成される。すなわちSiN膜13の広い左右の
部分13D,13Sを囲んで厚いシリコン酸化膜がフィ
ールド酸化膜15として形成され、SiN膜13の広い
左右の部分13D,13S間であってブリッジ部分13
Gが存在しない箇所にはフィールド酸化膜15と同一の
約500nmの膜厚のゲート酸化膜の厚い部分15Aが
形成され、ブリッジ部分13G下には膜厚が約300n
mのゲート酸化膜の薄い部分16が形成される。
By this heat treatment, a thick oxide film 1 having a thickness of about 500 nm is formed in the portion of the P-type silicon substrate 11 where the SiN film 13 is not formed, that is, in the recess 11T.
5, 15A are formed. Further, this thick oxide film is not formed at the portions of the P-type silicon substrate 11 below the wide left and right portions 13D and 13S of the SiN film 13. But SiN
Below the bridge portion 13G of the film 13, the width direction (Y direction)
The film thickness is about 30 because it is oxidized only by oxygen from both sides of
A thin oxide film 16 of 0 nm (thinner than the field oxide film 15) is formed. That is, a thick silicon oxide film is formed as the field oxide film 15 so as to surround the wide left and right portions 13D and 13S of the SiN film 13, and the bridge portion 13 is formed between the wide left and right portions 13D and 13S of the SiN film 13.
A thick portion 15A of the gate oxide film having a thickness of about 500 nm, which is the same as the field oxide film 15, is formed in a portion where G does not exist, and a thickness of about 300 n is formed under the bridge portion 13G.
A thin portion 16 of m gate oxide is formed.

【0029】なお図3において、(B)は(A)のB−
B部の断面図であり、(C)は(A)のC−C部の断面
図である。
In FIG. 3, (B) is B- of (A).
It is sectional drawing of B part, (C) is sectional drawing of CC section of (A).

【0030】また上記図1乃至図3の一連の工程におい
て、同一基板の内部回路の領域でも内部回路を構成する
MOSトランジスタ形成領域を区画するように厚いフィ
ールド酸化膜15が形成する。
In the series of steps shown in FIGS. 1 to 3, the thick field oxide film 15 is formed so as to partition the MOS transistor formation region forming the internal circuit even in the internal circuit region of the same substrate.

【0031】次に、図4(A)において、SiN膜13
およびSiO2 膜12を除去し、内部回路を構成するM
OSトランジスタの閾値電圧を制御するイオン注入、膜
厚が10nmのゲート酸化膜の形成およびポリシリコン
ゲート電極の形成を内部回路の領域に行なった後、フィ
ールド酸化膜15,厚いゲート酸化膜15Aおよび薄い
ゲート酸化膜16をマスクにしてN型不純物をイオン注
入を行ない、活性化熱処理により、フィールドMOSト
ランジスタのソース、ドレインとなる一対のN型拡散層
17,17をSiN膜13の広い左右の部分13D,1
3Sが存在していた基板箇所に形成する。またこのN型
不純物をイオン注入、活性化熱処理において、内部回路
を構成するNチャネル型MOSトランジスタのソース、
ドレイン領域も形成する。
Next, referring to FIG. 4A, the SiN film 13 is formed.
And the SiO 2 film 12 is removed to form an internal circuit M
Ion implantation for controlling the threshold voltage of the OS transistor, formation of a gate oxide film having a film thickness of 10 nm, and formation of a polysilicon gate electrode are performed in the region of the internal circuit, and then the field oxide film 15, the thick gate oxide film 15A and the thin film are formed. N-type impurities are ion-implanted using the gate oxide film 16 as a mask, and a pair of N-type diffusion layers 17 and 17 serving as the source and drain of the field MOS transistor are formed on the left and right wide portions 13D of the SiN film 13 by activation heat treatment. , 1
It is formed on the substrate where 3S was present. In addition, by ion implantation of this N-type impurity and activation heat treatment, the source of the N-channel type MOS transistor forming the internal circuit,
A drain region is also formed.

【0032】次に、図4(B)において、膜厚が約1μ
mの層間絶縁膜18を例えばCVD法で堆積し、そこに
一対のN型拡散層17,17にそれぞれ達するコンタク
トホール18C,18Cを形成し、膜厚が約500nm
のアルミ膜等の金属膜を、例えばスパッタで堆積し、フ
ォトリソグラフィ技術等でこの金属膜をパターニングす
ることにより金属配線19を形成する。この金属配線1
9はコンタクトホール18Cを通してN型拡散層17,
17にそれぞれ接続するソース、ドレイン電極配線19
S,19Dおよびゲート電極配線19Gを有している。
これにより保護素子としてのフィールドMOSトランジ
スタ10が得られる。またこの一連の工程において、内
部回路の領域にも層間絶縁膜の形成、コンタクトホール
の形成、金属配線の形成を同時に行って図5に示すよう
な回路となる。
Next, in FIG. 4B, the film thickness is about 1 μm.
m interlayer insulating film 18 is deposited by, for example, a CVD method, and contact holes 18C and 18C reaching the pair of N type diffusion layers 17 and 17, respectively, are formed therein, and the film thickness is about 500 nm.
A metal film such as an aluminum film is deposited by, for example, sputtering, and the metal film is patterned by a photolithography technique or the like to form the metal wiring 19. This metal wiring 1
9 is an N-type diffusion layer 17 through a contact hole 18C,
Source and drain electrode wirings 19 connected to 17 respectively
S, 19D and gate electrode wiring 19G.
As a result, the field MOS transistor 10 as a protection element is obtained. Further, in this series of steps, an interlayer insulating film, a contact hole and a metal wiring are simultaneously formed in the area of the internal circuit to form a circuit as shown in FIG.

【0033】図5は、図10の従来の保護素子20の代
わりに本発明の保護素子20を用いたものである。
FIG. 5 uses the protective element 20 of the present invention in place of the conventional protective element 20 of FIG.

【0034】この実施の形態によるフィールドMOSト
ランジスタ10は、一対のN型拡散層17,17をソー
ス、ドレインとし、その間の酸化膜15A,16をゲー
ト酸化膜とし、その上の金属配線のゲート電極配線17
Gをゲート電極として構成されるが、フィールド酸化膜
15より酸化膜16が薄いから、フィールド酸化膜15
と同一の酸化膜15A下より、薄い酸化膜16下の方が
閾値電圧が、例えば8〜9Vと低くなる。
In the field MOS transistor 10 according to this embodiment, the pair of N-type diffusion layers 17 and 17 are used as a source and a drain, and the oxide films 15A and 16 between them are used as a gate oxide film, and the gate electrode of the metal wiring thereon is formed. Wiring 17
G is used as a gate electrode, but since the oxide film 16 is thinner than the field oxide film 15, the field oxide film 15
The threshold voltage under the thin oxide film 16 is lower than that under the same oxide film 15A as, for example, 8 to 9V.

【0035】したがってこのフィールドMOSトランジ
スタ10のチャネル領域はSiN膜13の複数のブリッ
ジ部分13Gにより設定された箇所となる。
Therefore, the channel region of the field MOS transistor 10 is a portion set by the plurality of bridge portions 13G of the SiN film 13.

【0036】例えば、内部回路を構成するMOSトラン
ジスタが微細化された場合、そのジャンクション耐圧
(Bvj)は10V程度であり、一般のフィールド酸化
膜、すなわちフィールド酸化膜15,15Aや従来技術
のフィールド酸化膜25による閾値電圧は約16Vであ
るから保護作用に不適切であるが、本発明のストライプ
状の薄い酸化膜16によるチャネル領域の閾値電圧VT
1 は8V〜9Vとなり、図6に示すように内部回路のM
OSトランジスタのジャンクション耐圧BVjより低く
なり、この耐圧BVj以下の電圧でスナップバック現象
が発生して大量のドレイン電流が流れ出すからるから、
図5の内部回路におけるMOSトランジスタをジャンク
ション破壊から保護することができる。
For example, when the MOS transistor forming the internal circuit is miniaturized, the junction breakdown voltage (Bvj) is about 10 V, and a general field oxide film, that is, the field oxide films 15 and 15A and the conventional field oxide film. Although the threshold voltage of the film 25 is about 16 V, it is not suitable for the protective action, but the threshold voltage VT of the channel region by the thin oxide film 16 having the stripe shape of the present invention is not suitable.
1 becomes 8V-9V, and as shown in FIG.
It becomes lower than the junction withstand voltage BVj of the OS transistor, and a snapback phenomenon occurs at a voltage below this withstand voltage BVj, and a large amount of drain current starts to flow.
The MOS transistor in the internal circuit of FIG. 5 can be protected from junction breakdown.

【0037】また、この複数の薄い酸化膜16の本数を
多くするとフィールドMOSトランジスタのチャネル領
域の全体の実効的な幅が大きくなることになり、流すこ
とができる電流が多くなるからESD耐量が大きくな
る。
Further, if the number of the plurality of thin oxide films 16 is increased, the effective width of the entire channel region of the field MOS transistor is increased, and the current that can be passed is increased, so that the ESD resistance is increased. Become.

【0038】すなわち、ゲート酸化膜の薄い部分16は
通常の厚いフィールド酸化膜15と同時に形成するか
ら、個々の薄い酸化膜16の幅は適切な膜厚(通常の厚
いフィールド酸化膜15に対する膜厚)、すなわち適切
な閾値電圧VT1 を得るための条件により規制される。
したがって、予想される必要なESD耐量を得るために
はその本数を設定する必要がある。
That is, since the thin portion 16 of the gate oxide film is formed at the same time as the normal thick field oxide film 15, the width of each thin oxide film 16 has an appropriate film thickness (the film thickness for the normal thick field oxide film 15). ), That is, the conditions for obtaining an appropriate threshold voltage VT 1 .
Therefore, it is necessary to set the number in order to obtain the expected required ESD tolerance.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の入出力保護素子としてのフィールドMOSトランジス
タは、そのゲート酸化膜となる酸化膜がW方向(チャネ
ル幅方向)に局所的に薄くなっており、その薄くなって
いる部分により閾値電圧を低くしているから、このフィ
ールドMOSトランジスタのスナップバックに入る電圧
も低くなる。
As described above, in the field MOS transistor as the input / output protection element of the semiconductor device of the present invention, the oxide film serving as the gate oxide film is locally thinned in the W direction (channel width direction). However, since the threshold voltage is lowered by the thinned portion, the voltage entering the snapback of this field MOS transistor is also lowered.

【0040】このため、内部回路を構成するMOSトラ
ンジスタのジャンクション耐圧(Bvj)よりも上記ス
ナップバック電圧を低く設定することができ、内部回路
を構成するMOSトランジスタがジャンクション破壊を
起す前に入出力保護素子のフィールドMOSトランジス
タがスナップバックに入り、EDM等のノイズ電荷を逃
がすことができ、ノイズ耐量が向上する。
Therefore, the snapback voltage can be set lower than the junction breakdown voltage (Bvj) of the MOS transistor forming the internal circuit, and the input / output protection is performed before the MOS transistor forming the internal circuit is destroyed. The field MOS transistor of the device enters the snapback, and the noise charge such as EDM can be released, and the noise resistance is improved.

【0041】さらに上記フィールド酸化膜をW方向に局
所的に薄くなる構成は、本来のフィールド酸化膜の形成
と同時に形成することができるから、本発明の構成にす
ることによる製造の工程数の増加はない。
Further, in the structure in which the field oxide film is locally thinned in the W direction, the field oxide film can be formed simultaneously with the original formation of the field oxide film. Therefore, the number of manufacturing steps can be increased by adopting the structure of the present invention. There is no.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態の半導体装置を製造する方
法を工程順に示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

【図2】図1の続きの工程を示す図であり、(A)は平
面図、(B)は(A)のA−A部の断面図である。
2A and 2B are diagrams showing a process following that of FIG. 1, in which FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図3】図2の続きの工程を示す図であり、(A)は平
面図、(B)は(A)のB−B部の断面図、(C)は
(A)のC−C部の断面図である。
3A and 3B are diagrams showing a process following that of FIG. 2, in which FIG. 3A is a plan view, FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3A, and FIG. It is sectional drawing of a part.

【図4】図3の続きの工程を順に示す断面図である。4A to 4C are cross-sectional views sequentially showing a step following the step of FIG.

【図5】本発明の実施の形態の半導体装置を示す回路図
である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態の半導体装置のI−V特性
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing IV characteristics of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図7】従来技術の半導体装置を製造する方法を工程順
に示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device of the related art in the order of steps.

【図8】図7の続きの工程を示す図であり、(A)は平
面図、(B)は(A)のD−D部の断面図である。
8A and 8B are diagrams showing a process following that of FIG. 7, in which FIG. 8A is a plan view and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line DD of FIG.

【図9】図8の続きの工程を順に示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 8 in order;

【図10】従来技術の半導体装置を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a conventional semiconductor device.

【図11】従来技術の半導体装置のIーV特性を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing an IV characteristic of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,21 P型シリコン基板 11T,21T P型シリコン基板の凹部 12,22 SiO2 膜 13,23 SiN膜 14,24 レジストパターン 14K,24K レジストパターンの開口部 15,25 厚いフィールド酸化膜 15A ゲート酸化膜の厚い部分(フィールド酸化膜
と同一の厚さ) 16 ゲート酸化膜の薄い部分 17,27 N型拡散層(ソース、ドレイン) 18,28 層間絶縁膜 18C,28C 層間絶縁膜に形成されたコンタクト
ホール 19G,29G 金属ゲート電極 19S,29S 金属ソース電極配線 19D,29S 金属ドレイン電極配線
11, 21 P-type silicon substrate 11T, 21T P-type silicon substrate recess 12, 22 SiO 2 film 13, 23 SiN film 14, 24 Resist pattern 14K, 24K Resist pattern opening 15, 25 Thick field oxide film 15A Gate oxide Thick film portion (same thickness as the field oxide film) 16 Gate oxide film thin portion 17,27 N-type diffusion layer (source, drain) 18,28 Interlayer insulating film 18C, 28C Contact formed in the interlayer insulating film Hole 19G, 29G Metal gate electrode 19S, 29S Metal source electrode wiring 19D, 29S Metal drain electrode wiring

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入出力端子と、内部回路と、前記入出力
端子と前記内部回路との間に設けられた保護素子とを有
し、前記保護素子は、半導体基板に形成されたフィ−ル
ド酸化膜により囲まれた一対のN型拡散層をソースおよ
びドレインとし、前記フィールド酸化膜と連続して前記
ソースとドレインとの間の基板上に形成された酸化膜を
ゲート酸化膜とし、その上の導電膜をゲート電極とした
絶縁ゲート電界効果トランジスタの構成となっている半
導体装置において、前記ゲート酸化膜は、前記フィール
ド酸化膜と同一の膜厚の第1の部分と、前記ソースとド
レインとの間にわたって局所的に薄くなっている第2の
部分とを有することを特徴とする半導体装置。
1. An input / output terminal, an internal circuit, and a protection element provided between the input / output terminal and the internal circuit, wherein the protection element is a field formed on a semiconductor substrate. A pair of N-type diffusion layers surrounded by an oxide film are used as a source and a drain, and an oxide film formed on the substrate between the source and the drain in succession with the field oxide film is used as a gate oxide film, and above that. In a semiconductor device having a structure of an insulated gate field effect transistor using the conductive film of (1) as a gate electrode, the gate oxide film includes a first portion having the same film thickness as the field oxide film, the source and the drain. And a second portion that is locally thinned over the space.
【請求項2】 前記ソース−ドレイン方向と直角方向に
複数の前記第2の部分が配列していることを特徴とする
請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the second portions are arranged in a direction perpendicular to the source-drain direction.
【請求項3】 前記半導体基板上に設けられた耐酸化性
膜パターンをマスクにして前記半導体基板を選択酸化す
ることにより、前記フィールド酸化膜ならびに前記ゲー
ト酸化膜の第1および第2の部分を同時に形成すること
を特徴とする請求項1又は請求項2記載の半導体装置を
製造する製造方法。
3. The field oxide film and the first and second portions of the gate oxide film are selectively oxidized by using the oxidation resistant film pattern provided on the semiconductor substrate as a mask. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed simultaneously.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0685174A (en) * 1992-09-01 1994-03-25 Nec Ic Microcomput Syst Ltd Semiconductor integrated circuit device
JPH0774312A (en) * 1993-06-17 1995-03-17 Nec Corp Semiconductor device

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