JPH11163156A - 半導体集積回路装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体集積回路装置及びその製造方法Info
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- JPH11163156A JPH11163156A JP9324303A JP32430397A JPH11163156A JP H11163156 A JPH11163156 A JP H11163156A JP 9324303 A JP9324303 A JP 9324303A JP 32430397 A JP32430397 A JP 32430397A JP H11163156 A JPH11163156 A JP H11163156A
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Abstract
ーラ素子のベースに相当する領域の不純物濃度が高いた
め、バイポーラ素子としての電流利得が小さくなり、静
電気保護素子としての能力が低下するという問題が生じ
る。 【解決手段】 MOSトランジスタ構造を有し、内部回
路が形成される第1導電型ウエルよりも不純物濃度の低
い第1導電型の基板又はウエル上に形成され、内部回路
上に形成された層間絶縁膜をゲート酸化膜とし、ドレイ
ン領域とみなす不純物領域と電気的に接続されるメタル
配線が上記層間絶縁膜上にゲート電極として位置してい
る。
Description
置及びその製造方法、更に詳しくは、内部回路を静電気
の流入から保護する静電気保護素子を備えた半導体集積
回路装置及びその製造方法に関するものである。
において、入力又は出力バッファ部に設置され、外部か
らの静電気サージの流入から内部回路を保護する機能を
もつ。静電気保護素子としては、外部からの静電気サー
ジ流入制限素子である。拡散抵抗、ポリシリコン抵抗や
内部回路に印加される電圧制限素子であるダイオード、
バイポーラトランジスタ、MOSトランジスタ、サイリ
スタ等がある。
タとしては、特開平4−226065号公報に示すよう
にゲート酸化膜に層間絶縁膜を用いたものがある。この
ゲート酸化膜が比較的厚いMOSトランジスタは、ドレ
インにパッドからの外部電荷の流入に起因した高電圧が
印加された際に、静電気保護素子自体のゲート酸化膜が
破壊されにくいという特徴がある。
もゲート酸化膜としたMOSトランジスタ構造の静電気
保護素子(NMOS ESDPT)が示されており、低
温半導体物質酸化膜からなる層間絶縁膜58がMOSト
ランジスタのチャネル領域と第1メタルゲート59との
間に付着形成され、N+基板50上のN--エピタキシャ
ル層51に形成されたP-ウエル52a内に静電気保護
素子が形成されている。この低温半導体物質酸化膜の厚
さは、内部回路を構成するトランジスタのゲート酸化膜
57の破壊電圧より低いターンオン電圧を与え、内部回
路に印加される電圧を制限している。図4において、5
2bはN-ウエル、53はドレイン領域、54はソース
領域、56は素子分離膜である。
P-ウエル52aの形成と同時に静電気保護素子が形成
されるP-ウエル52を形成し、静電気保護素子へのソ
ース/ドレイン注入は、内部回路へのソースドレイン注
入時の注入マスクを利用して行っている。即ち、内部回
路のNMOSトランジスタのP-ウエル52aと静電気
保護素子が形成されるP-ウエル52aとは同じ濃度で
ある。
最小加工寸法が微細になると、内部回路が形成されるウ
エル不純物濃度が短チャネル効果を防ぐため高濃度にす
る必要がある。外部からの静電気サージ流入から内部回
路を保護する、即ち、内部回路に印加される電圧を抑制
しつつ静電気を迂回させる能力を有する静電保護MOS
トランジスタが高濃度ウエル内に形成されると、寄生バ
イポーラ素子のベースに相当する領域の不純物濃度が高
いため、バイポーラ素子としての電流利得が小さくな
り、静電気保護素子としての能力が低下するという問題
が生じる。
の半導体集積回路装置は、第1導電型半導体基板に、該
半導体基板より不純物濃度の高い第1導電型ウエル及び
第2導電型ウエルとが形成され、上記第1導電型ウエル
に形成された第2導電型チャネルMOSトランジスタと
上記第2導電型ウエルに形成された第1導電型チャネル
MOSトランジスタとからなるCMOSトランジスタを
有する内部回路と、外部からの入力又は/及び出力パッ
ドと、該内部回路と入力又は/及び出力パットとの間に
電気的に接続され、上記ウエルが形成されている領域以
外の上記半導体基板に形成された静電気保護素子とが上
記半導体基板に設けられている半導体集積回路装置であ
って、上記静電気保護素子は、ソース領域及びドレイン
領域を有し、該ソース領域とドレイン領域と間のチャネ
ル領域上に、上記CMOSトランジスタのゲート絶縁膜
と該CMOSトランジスタ上に形成された層間絶縁膜と
を介してゲート電極が設けられているMOSトランジス
タ構造であり、且つ、上記チャネル領域には上記CMO
Sトランジスタのしきい値を制御するためイオンの注入
層と同じ導電型で且つ同じ不純物濃度のイオン注入層が
形成されており、且つ、上記ゲート電極は上記ドレイン
領域と共に上記入力又は/及び出力パッドに電気的に接
続されており、且つ、上記ソース領域は接地されている
ことを特徴とするものである。
回路装置の製造方法は、請求項1記載の半導体集積回路
装置の製造方法において、上記第1導電型半導体基板上
に素子分離領域を形成し、該半導体基板に上記静電気保
護素子形成領域、第1導電型チャネルMOSトランジス
タ形成領域及び第2導電型チャネルMOSトランジスタ
形成領域を設けた後、全面に第1導電型チャネルMOS
トランジスタのしきい値調整のためのイオン注入を行
い、上記静電気保護素子形成領域に、トランジスタのし
きい値を制御するためイオンの注入層と同じ導電型で且
つ同じ不純物濃度のイオン注入層を形成する工程と、第
1導電型チャネルMOSトランジスタ形成領域に第2導
電型ウエルを、且つ、第2導電型チャネルMOSトラン
ジスタ形成領域に第1導電型ウエルを形成する工程と、
上記第2導電型チャネルMOSトランジスタ形成領域及
び上記静電気保護素子のチャネル領域となる領域上をフ
ォトレジストで覆い、上記第1導電型チャネルMOSト
ランジスタのソース/ドレイン領域及び静電気保護素子
のソース/ドレイン領域を同時に形成する工程と、上記
第1導電型チャネルMOSトランジスタ形成領域及び上
記静電気保護素子形成領域をフォトレジストで覆い、上
記第2導電型チャネルMOSトランジスタのソース/ド
レイン領域を形成する工程と、全面に層間絶縁膜を形成
し、上記静電気保護素子のソース/ドレイン領域、第1
導電型チャネルMOSトランジスタのソース/ドレイン
領域及び第2導電型チャネルMOSトランジスタのソー
ス/ドレイン領域においてコンタクトホールを形成する
工程と、上記静電気保護素子のドレイン領域と電気的に
接続されたメタル配線が上記静電気保護素子のチャネル
領域に位置し、ゲート電極とするように形成され、入出
力パッドと電気的に接続され、且つ、上記静電気保護素
子のソース領域が接地されるようにメタル配線を形成す
ることを特徴とするものである。
明について詳細に説明する。
回路装置における静電気保護素子の構造断面図、図2
(a)は本発明の静電気保護素子の接続関係を示す図、
同(b)はnpnバイポーラトランジスタ素子として動
作する際の等価回路図、図3は本発明の一実施の形態の
半導体集積回路装置の前半の製造工程図、図4は本発明
の一実施の形態の静電気保護素子の後半の製造工程図で
ある。図1乃至図3において、1はP型基板、2は素子
分離絶縁膜、3はチャネル注入領域、4はゲート絶縁
膜、5はN-ウエル、6はN-ウエル形成用レジストパタ
ーン、7はP-ウエル、8はP-ウエル形成用レジストパ
ターン、9はゲートポリシリコン、10は低濃度不純物
領域、11はハロー領域、12はサイドウォール、13
はN+領域形成用レジストパターン、14a、14b、
15a、15bはN+領域、16はP+領域形成用レジス
トパターン、17は低濃度不純物領域、18はハロー領
域、19a、19bはP+領域、20は層間絶縁膜、2
1、21a、21bはメタル層、22は入力パッド、A
は静電気保護素子が形成される領域、Bは内部回路のN
MOSトランジスタが形成される領域、Cは内部回路の
PMOSトランジスタが形成される領域である。
トランジスタ構造を有し、内部回路が形成される第1導
電型ウエルよりも不純物濃度の低い第1導電型の基板に
形成され、内部回路上に形成されたゲート絶縁膜及び層
間絶縁膜と同一膜をゲート酸化膜とし、ドレイン領域と
みなす不純物領域と電気的に接続されるメタル配線が上
記層間絶縁膜上にゲート電極として位置している。
NMOSトランジスタが形成されるP-ウエル領域より
も不純物濃度の低い基板の上に、内部回路を構成するM
OSトランジスタのゲート絶縁膜となる薄い絶縁膜と、
シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜をゲート酸化膜と
し、メタル層をゲート電極として、MOS構造を有する
静電気保護素子とする。また、下には、MOSトランジ
スタのソース/ドレインとして、N+拡散層が形成され
ている。P型基板の表面には、内部回路を構成するNM
OSトランジスタのゲートしきい値電圧を制御するため
のチャネル注入によるP型ドーパントとなる不純物が分
布している。このチャネル注入層によって、静電気保護
素子としてのMOSトランジスタのリーク電流を1×1
0-12A/μm以下に低減することができる。
に示すように、メタル層からなるゲートとドレインとは
ゲート電極と電気的に接続されており、ドレインとゲー
トは、外部からの静電気サージによる正の電圧印加時
に、ソースへ静電荷を逃がしやすくする為に、共に、半
導体集積回路装置の入出力パッドにつながっており、ま
た、ソースはメタル層を介して、接地ラインにつながっ
ている。そして、静電気保護素子として動作する際、図
2(b)に示すように、ドレインがコレクタとして、基
板がベースとして、ソースがエミッタとして動作するこ
とにより、外部からの静電気サージによる静電荷を接地
ラインに逃がすことができる。
電気保護素子の製造工程を説明する。
1に素子分離酸化膜2を形成した後、P型基板1全面
に、内部回路を構成するNMOSトランジスタのゲート
しきい値を制御するチャネル注入(P型ドーパント)を
行い、不純物濃度が1017〜1018ions/cm3の
P型ドーパント注入領域4を形成する。この際、P型基
板1表面の不純物濃度は、1017〜1018ions/c
m3、例えば、4×1017ions/cm3程度とする。
ル5形成用レジストパターン6を用いて、内部回路のN
MOSトランジスタが形成される領域Bと静電気保護素
子が形成される領域Aを覆い、内部回路のPMOSトラ
ンジスタを形成する領域Cに、N型ドーパントの注入を
行い、不純物濃度が1017〜1018ions/cm2の
N-ウエル5を形成する。ここで、先にP型基板1全面
に注入されていたNMOSトランジスタのチャネル注入
(P型ドーパント)は、打ち消される。
パターン6を除去し、P-ウエル7形成用レジストパタ
ーン8を用い、内部回路のPMOSトランジスタが形成
される領域Cと静電気保護素子が形成される領域Aとを
覆い、内部回路のNMOSトランジスタを形成する領域
BにP型ドーパントの注入を行い、不純物濃度が1017
〜1018ions/cm2のP-ウエル7を形成する。
領域上に、内部回路を構成するNMOSトランジスタ、
PMOSトランジスタのゲート酸化膜となる薄い酸化膜
4を熱酸化により形成した後、内部回路を構成するMO
Sトランジスタのゲートとなるゲートポリシリコン9を
パターニングする。次に、レジストパターン(図示せ
ず)を用いてPMOSトランジスタが形成される領域C
を覆った後、内部回路のNMOSトランジスタのLDD
注入(例えば、ヒ素を注入エネルギーを40keV、ド
ーズ量を5×1014cm-2)による低濃度不純物領域1
0、ハロー注入(例えば、ボロンを注入エネルギーを3
0keV、ドーズ量を5×1012cm-2)によるハロー
領域11を形成する。次に、レジストパターン(図示せ
ず)を除去した後、全面に絶縁膜を形成し、エッチバッ
クによりゲート9側壁にサイドウォール12を形成す
る。
形成用レジストパターン13を形成して、内部回路のP
MOSトランジスタが形成される領域Cを覆う。このと
き、静電気保護素子のチャネル部もレジストパターン1
3で覆い、N型ドーパントをイオン注入(例えば、ヒ素
を注入エネルギーを50keV、ドーズ量を5×1015
cm-2)することによって、内部回路のNMOSトラン
ジスタのソース/ドレインとなるN+領域14a、14
bと静電気保護素子のソース/ドレインとなるN+領域
15a、15bを同時に形成する。
パターン13を除去した後、P+領域形成用レジストパ
ターン16を用いて、内部回路のPMOSトランジスタ
のLDD注入(例えば、ボロンを注入エネルギーを20
keV、ドーズ量を5×1013cm-2、注入角度を45
°)による低濃度不純物領域17、ハロー注入ハロー注
入(例えば、リンを注入エネルギーを125keV、ド
ーズ量を1×1013cm-2)によるハロー領域18、及
びイオン注入によるソース/ドレインとなるP+領域1
9a、19bを形成する。
後、熱処理で、不純物の拡散、活性化を行った後、層間
絶縁膜20として、例えば厚さが9000Åのシリコン
酸化膜を堆積する。そして、コンタクトマスクを用いて
エッチングすることによって、コンタクトを開口する。
次に、図4(c)に示すように、メタル層21、21
a、21bを付着し、メタルマスクによって、内部回路
の配線21及び静電気保護素子のゲートとなるメタル層
21aの形成と、ソース及びドレインの配線接続を行
う。このとき、静電気保護素子のゲートとなるメタル層
21aはドレイン15aと接続させる。以降の工程で、
絶縁層の堆積、多層配線の形成が行われるが、ドレイン
は、メタル層21aを介して、最終的には、半導体集積
回路装置の入力又は出力パッドに接続する。また、ソー
ス15bはメタル層21bを介して、最終的には、半導
体集積回路装置の接地パッドに接続する。
用いることによって、内部回路を形成するのに必要なマ
スク以外に何ら付加的なマスクを必要とせず、微細化に
より内部回路が形成されるウエル濃度が高くなっても、
バイポーラ素子としての電流利得が小さくなることな
く、静電気保護素子としての能力を向上させることがで
きる。
断面図である。
示す図、同(b)はnpnバイポーラトランジスタ素子
として動作する際の等価回路図である。
の製造工程図である。
の製造工程図である。
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 第1導電型半導体基板に、該半導体基板
より不純物濃度の高い第1導電型ウエル及び第2導電型
ウエルとが形成され、 上記第1導電型ウエルに形成された第2導電型チャネル
MOSトランジスタと上記第2導電型ウエルに形成され
た第1導電型チャネルMOSトランジスタとからなるC
MOSトランジスタを有する内部回路と、外部からの入
力又は/及び出力パッドと、該内部回路と入力又は/及
び出力パットとの間に電気的に接続され、上記ウエルが
形成されている領域以外の上記半導体基板に形成された
静電気保護素子とが上記半導体基板に設けられている半
導体集積回路装置であって、 上記静電気保護素子は、ソース領域及びドレイン領域を
有し、該ソース領域とドレイン領域と間のチャネル領域
上に、上記CMOSトランジスタのゲート絶縁膜と該C
MOSトランジスタ上に形成された層間絶縁膜とを介し
てゲート電極が設けられているMOSトランジスタ構造
であり、 且つ、上記チャネル領域には上記CMOSトランジスタ
のしきい値を制御するためイオンの注入層と同じ導電型
で且つ同じ不純物濃度のイオン注入層が形成されてお
り、 且つ、上記ゲート電極は上記ドレイン領域と共に上記入
力又は/及び出力パッドに電気的に接続されており、 且つ、上記ソース領域は接地されていることを特徴とす
る半導体集積回路装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、 上記第1導電型半導体基板上に素子分離領域を形成し、
該半導体基板に上記静電気保護素子形成領域、第1導電
型チャネルMOSトランジスタ形成領域及び第2導電型
チャネルMOSトランジスタ形成領域を設けた後、全面
に第1導電型チャネルMOSトランジスタのしきい値調
整のためのイオン注入を行い、上記静電気保護素子形成
領域に、トランジスタのしきい値を制御するためイオン
の注入層と同じ導電型で且つ同じ不純物濃度のイオン注
入層を形成する工程と、 第1導電型チャネルMOSトランジスタ形成領域に第2
導電型ウエルを、且つ、第2導電型チャネルMOSトラ
ンジスタ形成領域に第1導電型ウエルを形成する工程
と、 上記第2導電型チャネルMOSトランジスタ形成領域及
び上記静電気保護素子のチャネル領域となる領域上をフ
ォトレジストで覆い、上記第1導電型チャネルMOSト
ランジスタのソース/ドレイン領域及び静電気保護素子
のソース/ドレイン領域を同時に形成する工程と、 上記第1導電型チャネルMOSトランジスタ形成領域及
び上記静電気保護素子形成領域をフォトレジストで覆
い、上記第2導電型チャネルMOSトランジスタのソー
ス/ドレイン領域を形成する工程と、 全面に層間絶縁膜を形成し、上記静電気保護素子のソー
ス/ドレイン領域、第1導電型チャネルMOSトランジ
スタのソース/ドレイン領域及び第2導電型チャネルM
OSトランジスタのソース/ドレイン領域においてコン
タクトホールを形成する工程と、 上記静電気保護素子のドレイン領域と電気的に接続され
たメタル配線が上記静電気保護素子のチャネル領域に位
置し、ゲート電極とするように形成され、入出力パッド
と電気的に接続され、且つ、上記静電気保護素子のソー
ス領域が接地されるようにメタル配線を形成することを
特徴とする、半導体集積回路装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32430397A JP3390336B2 (ja) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | 半導体集積回路装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32430397A JP3390336B2 (ja) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | 半導体集積回路装置及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11163156A true JPH11163156A (ja) | 1999-06-18 |
JP3390336B2 JP3390336B2 (ja) | 2003-03-24 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP (1) | JP3390336B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007067438A (ja) * | 1999-07-01 | 2007-03-15 | Toshiba Corp | 半導体装置とその製造方法 |
-
1997
- 1997-11-26 JP JP32430397A patent/JP3390336B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP2007067438A (ja) * | 1999-07-01 | 2007-03-15 | Toshiba Corp | 半導体装置とその製造方法 |
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