JPS58115846A - 相補型絶縁ゲ−ト型半導体装置 - Google Patents
相補型絶縁ゲ−ト型半導体装置Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は相補型絶縁ゲート型(MOS)半導体装置にお
いて、ラッチアップを防止することを図った新規な構造
及びその製造方法を提供するものである。
いて、ラッチアップを防止することを図った新規な構造
及びその製造方法を提供するものである。
相補型MO3半導体装置は、低消費電力、−電源動作、
広い動作電源範囲、更に論理信号電圧の変動幅を大きく
とれるなど、ディジタル型半導体装置として優れた特長
を有し、今後携帯用民生器機から自動車搭載用民生器機
等まで幅広く利用される可能性がある。
広い動作電源範囲、更に論理信号電圧の変動幅を大きく
とれるなど、ディジタル型半導体装置として優れた特長
を有し、今後携帯用民生器機から自動車搭載用民生器機
等まで幅広く利用される可能性がある。
しかし、このような多数の長所を有する相補型MO8半
導体装置にもラッチアップという欠点が存在する。ラッ
チアップ現象とは、次の様なものである。
導体装置にもラッチアップという欠点が存在する。ラッ
チアップ現象とは、次の様なものである。
相補型MO8半導体装置を使用中に大きな外来雑音電圧
が入力又は出力端子から内部回路に印加されると電源端
子からグランド端子へ、数mAから数十mAもの異常な
電流が電源をオフにするまで流れる。このため、電気的
雑音の多い悪環境下で使用する場合には、外付は回路に
よってラッチアップ防止策を採ることも多いが、相補型
MO8半導体装置自体にも工夫をこらし、デバイスとし
てラッチアップ現象に強いものを作る必要がある。
が入力又は出力端子から内部回路に印加されると電源端
子からグランド端子へ、数mAから数十mAもの異常な
電流が電源をオフにするまで流れる。このため、電気的
雑音の多い悪環境下で使用する場合には、外付は回路に
よってラッチアップ防止策を採ることも多いが、相補型
MO8半導体装置自体にも工夫をこらし、デバイスとし
てラッチアップ現象に強いものを作る必要がある。
ここで簡単に従来の一般的な相補型MO8半導体におい
て、ラッチアップの起こるメカニズムを簡単に説明する
。
て、ラッチアップの起こるメカニズムを簡単に説明する
。
ここで簡単に従来の一般的な相補型MO8半導体におい
て、ラッチアップの起こるメカニズムを簡単に説明する
。
て、ラッチアップの起こるメカニズムを簡単に説明する
。
バルク相補型MO8半導体装置構造においては寄生pn
pn)ランジスタが存在するため、常にラッチア・ンブ
の可能性が存在している。第1図に相補型MOSインバ
ーターの断面図を示す。第1図において、1はn型半導
体基板、2,3.4は各々p型MO3FETのソース、
ドレイン、ゲート、6は電源電位とn型半導体基板1と
のコンタクトを取るだめの拡散層、6はp型島状領域、
7,8゜9は各々n型M08FETのソース、ドレイン
。
pn)ランジスタが存在するため、常にラッチア・ンブ
の可能性が存在している。第1図に相補型MOSインバ
ーターの断面図を示す。第1図において、1はn型半導
体基板、2,3.4は各々p型MO3FETのソース、
ドレイン、ゲート、6は電源電位とn型半導体基板1と
のコンタクトを取るだめの拡散層、6はp型島状領域、
7,8゜9は各々n型M08FETのソース、ドレイン
。
ゲート、10は接地電位とp型島状領域とのコンタクト
を取るための拡散層を示す。又11は電源電位(VDD
)端、12は接地電位(Vss)端、13は入力端(v
IN)、14は出力端(voot)、16はフィールド
酸化膜を示す。16はn型導体基板電流(Ifi3)、
17はp型島状領域電流(IRW)を示す。
を取るための拡散層を示す。又11は電源電位(VDD
)端、12は接地電位(Vss)端、13は入力端(v
IN)、14は出力端(voot)、16はフィールド
酸化膜を示す。16はn型導体基板電流(Ifi3)、
17はp型島状領域電流(IRW)を示す。
この様なバルク相補型MO8半導体装置は次の様なpn
pn経路を有する。p型MO8FETのタソース2又は
ドレイン3とn型半導体基板1とpはドレイン8が構成
するpnpn トランジスタ構造は、第1図に示すよう
なサイリスタと同等な構造を有する。
pn経路を有する。p型MO8FETのタソース2又は
ドレイン3とn型半導体基板1とpはドレイン8が構成
するpnpn トランジスタ構造は、第1図に示すよう
なサイリスタと同等な構造を有する。
ア
通常のバイ―ス条件においては、pnpn構造は”of
f”状態にあり、p型島状領域6からn型半導体基板1
には微少なリーク電流しが流れない。
f”状態にあり、p型島状領域6からn型半導体基板1
には微少なリーク電流しが流れない。
しかし、入力端子又は出方端子に過電圧が印加されると
、脊柱npn )ランジスタ(T2)とpnpトランジ
スタ(T1)が正の7−岸ドパツク電流ループを形成す
るため、両トランジスタに充分な利得が存在すると、両
トランジスタはb になってしまう。従って、電力供給経路に抵抗を外付は
等して、“on”状態の電流を制限しない限り、この素
子は破壊されてしまう。
、脊柱npn )ランジスタ(T2)とpnpトランジ
スタ(T1)が正の7−岸ドパツク電流ループを形成す
るため、両トランジスタに充分な利得が存在すると、両
トランジスタはb になってしまう。従って、電力供給経路に抵抗を外付は
等して、“on”状態の電流を制限しない限り、この素
子は破壊されてしまう。
第2図の相補型MOSインバーターにおいて、ラッチア
ップを起こす経路の等価回路を示す。第2図において2
0は電源電位端、21は接地電位端、22は脊柱pnP
)ランジスタ、23は容性TPpnトランジスタ、2
4はn型半導体基板1の基板抵抗、26はp型島状領域
6の抵抗、16はn型半導体基板電流(IR8) 、1
7はp型島状領域電流(IRW)を示す。
ップを起こす経路の等価回路を示す。第2図において2
0は電源電位端、21は接地電位端、22は脊柱pnP
)ランジスタ、23は容性TPpnトランジスタ、2
4はn型半導体基板1の基板抵抗、26はp型島状領域
6の抵抗、16はn型半導体基板電流(IR8) 、1
7はp型島状領域電流(IRW)を示す。
第2図の様な回路において、n型半導体基板の基板抵抗
24又はp型島状領域の抵抗が充分大きい時、以下に説
明する様な原因により脊柱pnpトランジスタ22又は
脊柱npn)ランジスタ23の一方がon”状態になる
と、これによって流れる基板電流IR8(16)又はI
RW(17)により、他の寄性トランジスタも’on”
になり、正方向のフィードバックを起こし、サイリスタ
ー現象が生じてしまう。
24又はp型島状領域の抵抗が充分大きい時、以下に説
明する様な原因により脊柱pnpトランジスタ22又は
脊柱npn)ランジスタ23の一方がon”状態になる
と、これによって流れる基板電流IR8(16)又はI
RW(17)により、他の寄性トランジスタも’on”
になり、正方向のフィードバックを起こし、サイリスタ
ー現象が生じてしまう。
上記のラッチアップのトリガーとなる原因の主なものと
しては次の2つが存在する。
しては次の2つが存在する。
(1) 入力端にゲート酸化膜破壊保護のため入力保
護ダイオードを用いることが多い。入力保護ダイオード
には第3図の様にp +nとn +pダイオードをペア
で用いる。
護ダイオードを用いることが多い。入力保護ダイオード
には第3図の様にp +nとn +pダイオードをペア
で用いる。
第3図において1はn型半導体基板、13は入力端子、
33はp+n入力保護ダイオード、34は拡散抵抗、3
6はp型島状領域、36はn +p入力保護ダイオード
、37.38.39は各々nfiMO3FETのソース
、ドレイン、ゲートを示す。もし、入力端子13にvD
Dを越える電圧が印加されると、p +n保護ダイオー
ド33が順方向になり、n型半導体基板1にマイノリテ
ィキャリアーであるホールがインジェクションされる。
33はp+n入力保護ダイオード、34は拡散抵抗、3
6はp型島状領域、36はn +p入力保護ダイオード
、37.38.39は各々nfiMO3FETのソース
、ドレイン、ゲートを示す。もし、入力端子13にvD
Dを越える電圧が印加されると、p +n保護ダイオー
ド33が順方向になり、n型半導体基板1にマイノリテ
ィキャリアーであるホールがインジェクションされる。
もし、p型島状領域36が充分近接して存在すると、上
記のマイノリティキャリアーはp型島状領域36に入り
、p型島状領域36の基板電流”RWとなる。もし、p
型島状領域あの基板抵抗Rwが大きいと、IRWXRW
の電圧上昇により脊柱npn”!)、、ランジスタがO
n”してしまう。これ以後のラッチアップに結びつく動
作については以前に説明ずみである。このように入力端
のvDDを越える電圧はラッチアップのトリガーとして
働く。同様に入力端のvss以下の電圧もラッチアップ
のトリガーとして働く。
記のマイノリティキャリアーはp型島状領域36に入り
、p型島状領域36の基板電流”RWとなる。もし、p
型島状領域あの基板抵抗Rwが大きいと、IRWXRW
の電圧上昇により脊柱npn”!)、、ランジスタがO
n”してしまう。これ以後のラッチアップに結びつく動
作については以前に説明ずみである。このように入力端
のvDDを越える電圧はラッチアップのトリガーとして
働く。同様に入力端のvss以下の電圧もラッチアップ
のトリガーとして働く。
(2) 出力端にvDDを越える電圧が印加された場
合について第1図を用いて説明する。もし、出力端14
にvDDを越える電圧が印加されると、p型MO8FE
Tのp+ドレイン3はマイノリティキャリアであるホー
ルをn型半導体基板1中にインジェクションする。p型
島状領域6が充分近接して存在すると、上記のマイノリ
ティキャリアはp型島状領域6を流れる基板電流16(
IRW)となる。もしp型島状領域6の基板抵抗Rwが
大きいと、IRWXRWの電圧上昇により、脊柱npn
)ランジスタT2がon” してしまう。これ以後の
ラッチアップに結びつく動作については以前に説明ずみ
である。このように出力端14のvDDを越える電圧は
ラッチアップのトリガーとして働く。
合について第1図を用いて説明する。もし、出力端14
にvDDを越える電圧が印加されると、p型MO8FE
Tのp+ドレイン3はマイノリティキャリアであるホー
ルをn型半導体基板1中にインジェクションする。p型
島状領域6が充分近接して存在すると、上記のマイノリ
ティキャリアはp型島状領域6を流れる基板電流16(
IRW)となる。もしp型島状領域6の基板抵抗Rwが
大きいと、IRWXRWの電圧上昇により、脊柱npn
)ランジスタT2がon” してしまう。これ以後の
ラッチアップに結びつく動作については以前に説明ずみ
である。このように出力端14のvDDを越える電圧は
ラッチアップのトリガーとして働く。
又同様に出力端14のvss以下の電圧もラッチアップ
のトリガーとして働く。つまり、従来のバルク相補型M
O8半導体装置においては入出力端にvDDを越える電
圧又はvss以下の電圧が印加されるとラッチアップの
危険性が多分に存在した。
のトリガーとして働く。つまり、従来のバルク相補型M
O8半導体装置においては入出力端にvDDを越える電
圧又はvss以下の電圧が印加されるとラッチアップの
危険性が多分に存在した。
本発明は従来の問題に鑑み、相補型MO8半導体装置に
おいて、ラッチアップを防止することを図った新規な構
造とその製造方法を提供せんとするものである。
おいて、ラッチアップを防止することを図った新規な構
造とその製造方法を提供せんとするものである。
前記の説明より、入出力端にvDDを越えた時には、保
護ダイオード又は出力端のドレインと基板とで形成する
ダイオードが順方向にバイアスされ、マイノリティキャ
リアーがn型半導体基板にインジェクションされ、この
マイノリティキャリアーがp型島状領域の基板電流IR
Wとなることがラッチアップのトリガーとなっているの
で、ラッチアップを防止するためには、n型半導体基板
にインジェクションされたマイノリティキャリアーがp
型島状領域に到達しないようにすることである。
護ダイオード又は出力端のドレインと基板とで形成する
ダイオードが順方向にバイアスされ、マイノリティキャ
リアーがn型半導体基板にインジェクションされ、この
マイノリティキャリアーがp型島状領域の基板電流IR
Wとなることがラッチアップのトリガーとなっているの
で、ラッチアップを防止するためには、n型半導体基板
にインジェクションされたマイノリティキャリアーがp
型島状領域に到達しないようにすることである。
第4図と第6図に従来の第1図と第3図に相当する本発
明の実施例の半導体装置の構造を示す。第4図において
、41はn型半導体基板、42 * 43+44は各々
p型MOS F E Tのソース、ドレイン。
明の実施例の半導体装置の構造を示す。第4図において
、41はn型半導体基板、42 * 43+44は各々
p型MOS F E Tのソース、ドレイン。
ゲート、45は電源電位とn型半導体基板41とのコン
タクトを取るための拡散層、46はp型島状領域、47
.48.49は各々n型MO8FETのソース、ドレイ
ン、ゲート、6oは接地電位とp型島状領域とのコンタ
クトを取るための拡散層を示し、又61は電源電位端、
62は接地電位端、63は入力端、54は出力端を示し
、66はフィールド酸化膜である。66は本発明の特徴
とする溝を示す。溝66の形状は限定されないことは言
うまでもないが、以後は溝としてV字型溝を例として説
明する。出力端64にvDDを越える電圧が印加される
と、p型MOS F E Tのp+ドレイン43はマイ
ノリティキャリアーであるホールがn型半導体基板41
中にインジェクションされる、しかし、このマイノリテ
ィキャリアーは本発明のフィールド酸化膜の埋め込まれ
たV字型の溝66に遮ぎられてp型島状領域46に入る
ことがないので、p型島状領域46に基板電流は流れな
い。
タクトを取るための拡散層、46はp型島状領域、47
.48.49は各々n型MO8FETのソース、ドレイ
ン、ゲート、6oは接地電位とp型島状領域とのコンタ
クトを取るための拡散層を示し、又61は電源電位端、
62は接地電位端、63は入力端、54は出力端を示し
、66はフィールド酸化膜である。66は本発明の特徴
とする溝を示す。溝66の形状は限定されないことは言
うまでもないが、以後は溝としてV字型溝を例として説
明する。出力端64にvDDを越える電圧が印加される
と、p型MOS F E Tのp+ドレイン43はマイ
ノリティキャリアーであるホールがn型半導体基板41
中にインジェクションされる、しかし、このマイノリテ
ィキャリアーは本発明のフィールド酸化膜の埋め込まれ
たV字型の溝66に遮ぎられてp型島状領域46に入る
ことがないので、p型島状領域46に基板電流は流れな
い。
従って、ラッチアップは起きない。
第6図において、63はp +n入力保護ダイオード、
64は拡散抵抗、66はp型島状領域、66はnp入力
保護ダイオード67.68.69は各々n型MO8FE
Tのソース、ドレイン、ゲート、70は本発明のV字型
溝を示す。入力端子63にvDDを越える電圧が印加さ
れると、p+n保護ダイオード63が順方向になり、n
型半導体基板41にマイノリティキャリアーであるホー
ルがインジェクションされる。しかし、マイノリティキ
ャリアーは本発明の7字型溝7oによって遮ぎられてp
型島状領域65に入ることがないのでp型島状領域に基
板電流は流れない。従ってラッチアップは起きない。な
お、この溝70は入力保護ダイオードの周囲全部又は一
部に形成すればよい。
64は拡散抵抗、66はp型島状領域、66はnp入力
保護ダイオード67.68.69は各々n型MO8FE
Tのソース、ドレイン、ゲート、70は本発明のV字型
溝を示す。入力端子63にvDDを越える電圧が印加さ
れると、p+n保護ダイオード63が順方向になり、n
型半導体基板41にマイノリティキャリアーであるホー
ルがインジェクションされる。しかし、マイノリティキ
ャリアーは本発明の7字型溝7oによって遮ぎられてp
型島状領域65に入ることがないのでp型島状領域に基
板電流は流れない。従ってラッチアップは起きない。な
お、この溝70は入力保護ダイオードの周囲全部又は一
部に形成すればよい。
次に本発明のV字型溝の製造方法を第6図にて説明する
。
。
第6図において71はシリコン基板、72はシリコン窒
化膜、73はレジスト膜、74はV字型溝、76はシリ
コン酸化物を示す。まず〈1oo〉シリコン基板71の
全面にシリコン窒化膜72を蒸着形成し、次にレジスト
膜73を塗布しV字型溝用マスクによりパターンを出す
(a)0次にシリコン窒化膜72をレジスト膜73をマ
スフとして選択的にエツチングし、次にこのシリを コン窒化膜72+−マスクにし、〈1oo〉面のエツチ
ング速度がく111〉面よりも十分速い異方性エツチン
グ液を用いてシリコン基板71をV字形にエツチングし
て溝74を形成する(b)。
化膜、73はレジスト膜、74はV字型溝、76はシリ
コン酸化物を示す。まず〈1oo〉シリコン基板71の
全面にシリコン窒化膜72を蒸着形成し、次にレジスト
膜73を塗布しV字型溝用マスクによりパターンを出す
(a)0次にシリコン窒化膜72をレジスト膜73をマ
スフとして選択的にエツチングし、次にこのシリを コン窒化膜72+−マスクにし、〈1oo〉面のエツチ
ング速度がく111〉面よりも十分速い異方性エツチン
グ液を用いてシリコン基板71をV字形にエツチングし
て溝74を形成する(b)。
次にシリコン窒化膜72をマスクにして選択酸化して酸
化膜75を形成しV字型溝を平坦化する。
化膜75を形成しV字型溝を平坦化する。
これ以後のプロセスは、通常のバルク相補型MO8半導
体装置のプロセスと同じである。
体装置のプロセスと同じである。
以上のように、本発明の相補型MO8半導体装置におい
ては、溝を設ける事によってラッチアップが防止される
ため、相補型MO8半導体装置の低消費電力、広い動作
範囲等の特徴を十分享受することが可能となる。
ては、溝を設ける事によってラッチアップが防止される
ため、相補型MO8半導体装置の低消費電力、広い動作
範囲等の特徴を十分享受することが可能となる。
第1図は相補型MOSインバーターの構造断面図、第2
図は相補型MOSインバーターにおいてラッチアップを
起こす経路の等価回路図、第3図は入力保護ダイオード
部分の断面図、第4図、第、電図は第1図と第3図に相
当する本発明の実施例の半導体装置の構造を示す断面図
、第6図(、)〜(c)は本発明のV字型溝の製造方法
の一例を示す工程断面図である。 41o・・・・n型シリコン基板、42,43,44・
・・・e・各々p型MO8FETのソース、ドレイ7゜
ゲート、47.4B 、49***e*4々nmMOs
FETのソース、ドレイン、ゲート、66……フイール
ド酸化膜、56,70.74・争・・・・7字型溝、6
3・・・・・・p +n人カ保護ダイオード、66・・
−・・・np入力保護ダイオード。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが1名第3
図 I6図
図は相補型MOSインバーターにおいてラッチアップを
起こす経路の等価回路図、第3図は入力保護ダイオード
部分の断面図、第4図、第、電図は第1図と第3図に相
当する本発明の実施例の半導体装置の構造を示す断面図
、第6図(、)〜(c)は本発明のV字型溝の製造方法
の一例を示す工程断面図である。 41o・・・・n型シリコン基板、42,43,44・
・・・e・各々p型MO8FETのソース、ドレイ7゜
ゲート、47.4B 、49***e*4々nmMOs
FETのソース、ドレイン、ゲート、66……フイール
ド酸化膜、56,70.74・争・・・・7字型溝、6
3・・・・・・p +n人カ保護ダイオード、66・・
−・・・np入力保護ダイオード。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが1名第3
図 I6図
Claims (2)
- (1)入力保護ダイオードの周囲全部又は一部に溝を有
することを特徴とする相補型絶縁ゲート型半導体装置。 - (2)Nチャネル絶縁ゲート型トランジスタとPチャネ
ル絶縁ゲート型トランジスタの間に溝を有することを特
徴とする相補型絶縁ゲート型半導体装置0
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56212915A JPS58115846A (ja) | 1981-12-28 | 1981-12-28 | 相補型絶縁ゲ−ト型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56212915A JPS58115846A (ja) | 1981-12-28 | 1981-12-28 | 相補型絶縁ゲ−ト型半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58115846A true JPS58115846A (ja) | 1983-07-09 |
Family
ID=16630381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP56212915A Pending JPS58115846A (ja) | 1981-12-28 | 1981-12-28 | 相補型絶縁ゲ−ト型半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58115846A (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS48101891A (ja) * | 1972-03-31 | 1973-12-21 | ||
JPS5378183A (en) * | 1976-12-22 | 1978-07-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of semiconductor device |
JPS5467084A (en) * | 1977-09-08 | 1979-05-30 | Ici Ltd | Production of unicellular protein |
-
1981
- 1981-12-28 JP JP56212915A patent/JPS58115846A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS48101891A (ja) * | 1972-03-31 | 1973-12-21 | ||
JPS5378183A (en) * | 1976-12-22 | 1978-07-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of semiconductor device |
JPS5467084A (en) * | 1977-09-08 | 1979-05-30 | Ici Ltd | Production of unicellular protein |
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