JPS59169180A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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Publication number
JPS59169180A
JPS59169180A JP4242983A JP4242983A JPS59169180A JP S59169180 A JPS59169180 A JP S59169180A JP 4242983 A JP4242983 A JP 4242983A JP 4242983 A JP4242983 A JP 4242983A JP S59169180 A JPS59169180 A JP S59169180A
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JP
Japan
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gate
semiconductor
gate electrode
semiconductor substrate
voltage
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Application number
JP4242983A
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Japanese (ja)
Inventor
Haruo Keida
慶田 治夫
Masanori Isoda
磯田 正典
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Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices 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
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
    • H01L27/0266Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using field effect transistors as protective elements

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Abstract

PURPOSE:To improve the margins of a withstand voltage of a gate insulating film of an MISFET to operate as a circuit element and a voltage to be clamped in a gate protective element and to improve the reliability by providing a region which has an impurity density higher than that of a substrate under the gate electrode of the protecting element. CONSTITUTION:An input stage circuit element 1 is formed of MISFETs Q1, Q2, an input protecting circuit 2 provided between an input terminal BP and the element 1 is formed of a gate protective element Q2 made of a resistor R and the MISFET. One end of the gate electrode 10B of the MISFETQ1 of the element 1 is extended and connected through a contacting hole 9 with the circuit 2. The spread of a depletion layer due to the P-N junction between the part 11 having a P<+> type impurity formed on the surface of a P type semiconductor substrate 3 under the gate electrode 10A of the protective element Q3 and the drain 15B is suppressed to readily cause a surface breakdown.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ〔以下、
M I S F E T (Metal Insula
torSemiconductor Field Ef
fect Transistor)という〕を用いる半
導体装置およびその製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an insulated gate field effect transistor [hereinafter referred to as
M I S F E T (Metal Insula
torSemiconductor Field Ef
The present invention relates to a semiconductor device using a semiconductor device (called a fect transistor) and a method for manufacturing the same.

MISFETを半導体チップに集積して■0(Inte
grated C1rcuit)となす半導体装置が、
一般に広く使用されている。
By integrating MISFET into a semiconductor chip,
The semiconductor device made with rated C1rcuit is
Generally widely used.

このような半導体装置は、その製造過程における作業者
または取扱い者等によって誘導された静電気による過大
電圧によって、前記10が破壊される(以下、静電破壊
という)ということがあった。この静電破壊は、半導体
装置の外部端子(ボンディングバット)に接続されるM
ISFETのゲート部に発生し、そのゲート絶縁膜が破
壊してしまう(以下、ゲート破壊という)という現象で
ある。このような、過大電圧によるゲート破壊を防止す
るために、外部端子とゲート破壊の発生しやすいMIS
FETとの間に過大電圧をクランプするゲート保護素子
を挿入することが知られている。このゲート保護素子は
、半導体基板内のpn\ 接合部で生ずるツェナブレークダウンあるいは半導体基
板表面部分のpn接合部で生するサーフェイスブレーク
ダウンを利用するものが一般的である。
In such a semiconductor device, the above 10 may be destroyed (hereinafter referred to as electrostatic damage) due to excessive voltage due to static electricity induced by a worker or handler during the manufacturing process. This electrostatic breakdown is caused by M
This is a phenomenon that occurs in the gate portion of an ISFET and causes destruction of the gate insulating film (hereinafter referred to as gate destruction). In order to prevent gate damage due to excessive voltage, external terminals and MIS where gate damage is likely to occur must be
It is known to insert a gate protection element between the FET and the FET to clamp an excessive voltage. This gate protection element generally utilizes Zener breakdown that occurs at a pn junction in a semiconductor substrate or surface breakdown that occurs at a pn junction on the surface of a semiconductor substrate.

サーフェイスブレークダウンを利用するゲート保護素子
として、MISFETを利用するものが周知である。こ
の構造は、ゲート電極をソース電極と共A接続してゲー
ト保護素子の一端子をなし、ドレイン電極なゲート保護
素子の他の端子となしたものである。このゲート保護素
子を保護すべきMISFETのゲート入力回路に挿入す
ることによって、ゲート保護素子のドレイン側の半導体
基板表面部分のpn接合部に、回復性のあるブレークダ
ウンを生じせしめて過大電圧をクランプさせて回路素子
として作用するMISFETの破壊を防止するものであ
る。このゲート保護素子は、回路素子として作用するM
ISFETと同時に、ゲート保護用のMI 5FETを
形成できるので、製造工程を追カロする必要がない点に
おいて極めて有オリであり、一般に広く利用されている
It is well known that a MISFET is used as a gate protection element that utilizes surface breakdown. In this structure, the gate electrode and the source electrode are connected together to form one terminal of the gate protection element, and the drain electrode serves as the other terminal of the gate protection element. By inserting this gate protection element into the gate input circuit of the MISFET to be protected, a recoverable breakdown is caused at the pn junction on the surface of the semiconductor substrate on the drain side of the gate protection element to clamp the excessive voltage. This prevents the MISFET, which acts as a circuit element, from being destroyed. This gate protection element acts as a circuit element.
Since the MI 5FET for gate protection can be formed at the same time as the ISFET, it is extremely advantageous in that there is no need to add additional manufacturing process costs, and is generally widely used.

しかしながら、半導体装置の製造過程に2いては、ゲー
ト保護素子かクランプすべき過大電圧よりも、回路素子
として作用すべきMISFETのゲート絶縁膜の耐圧が
低いものが破パーセント(%)の割合で形成されてしま
う。このために、回路素子として作用すべきMISFE
Tの動作電圧より高く、かつ、ゲート保護素子がクラン
プすべき電圧より低い不要な異常入力電子によって、回
路素子として作用すべきMiSFETのゲート破壊が発
生してしまうという欠点がある。この現象は、集積化が
向上し、それにともなってMISFETのゲート絶縁膜
が薄くなり、該ゲート絶縁膜の耐圧とゲート保護素子の
クランプすべき電圧との余裕が小さくなるほど著しい。
However, in the manufacturing process of semiconductor devices, the gate insulating film of the MISFET that acts as a circuit element has a breakdown voltage that is lower than the overvoltage that should be clamped by the gate protection element. It will be done. For this purpose, the MISFE, which should act as a circuit element,
There is a drawback that unnecessary abnormal input electrons higher than the operating voltage of T and lower than the voltage to be clamped by the gate protection element cause the gate breakdown of the MiSFET that should function as a circuit element. This phenomenon becomes more significant as integration improves, the gate insulating film of the MISFET becomes thinner, and the margin between the withstand voltage of the gate insulating film and the voltage to be clamped by the gate protection element becomes smaller.

本発明の目的は、前記欠点を除去し、回路素子として作
用すべきMISFETのゲート絶縁膜の耐圧とゲート保
護素子のクランプすべき電圧との余裕度を向上し、歩留
と信頼性を向上した半導体装置とその製造方法を提供す
ることにある。
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks, improve the margin between the withstand voltage of the gate insulating film of the MISFET that functions as a circuit element and the voltage to be clamped by the gate protection element, and improve yield and reliability. An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

以下、一実施例とともに、本発明の詳細な説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail along with one embodiment.

なお、全図に2いて、同様の機能を有するものは同一記
号を付け、そのくり返しの説明は省略する。
Components having similar functions in all figures are given the same symbols, and repeated explanations will be omitted.

第1図は、本発明に係わるものであり、入力保護回路の
概要を説明するための等価回路図である。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram for explaining the outline of an input protection circuit according to the present invention.

第1図に分いて、BPは外部から半導体装置内部に入力
電圧を人力するための外部端子である。
In FIG. 1, BP is an external terminal for inputting an input voltage from the outside into the semiconductor device.

1はICの入力段である回路素子であり、2つのMI 
5FETQ、、Q2によって構成されている。
1 is a circuit element that is the input stage of the IC, and the two MI
It is composed of 5FETQ, ,Q2.

P−■cCはvcc電圧電源端子、P−Qutは回路素
子1の出力端子である。2は外部端子BPと回路素子l
との間に設けられた人力保護回路であり、抵抗RとMI
SFETからなるゲート保@素子Q3によって構成さ1
1.ている。入力保護回路2は、回路素子1のMISF
ETQ、のゲート部に接続されている。Gはグランドで
ある。
P-ccC is a vcc voltage power supply terminal, and P-Qut is an output terminal of the circuit element 1. 2 is external terminal BP and circuit element l
It is a human power protection circuit provided between the resistor R and MI
Consisting of gate protection @ element Q3 consisting of SFET1
1. ing. The input protection circuit 2 is the MISF of the circuit element 1.
It is connected to the gate of ETQ. G is ground.

第2図および第3図は、第1図に示す等価回路図にもと
づいて構成した本発明の一実施例を説明するための概贋
図であり、第2図は入力保護回路部と入力段の回路素子
の一部を示す上面図であり、第3図は第2図の入力保護
回路部のX−Xにおける断面図と回路素子の一部のY−
Yにおける断面図である。
2 and 3 are schematic diagrams for explaining an embodiment of the present invention constructed based on the equivalent circuit diagram shown in FIG. 1, and FIG. 2 shows an input protection circuit section and an input stage. FIG. 3 is a top view showing a part of the circuit element in FIG. 2, and FIG.
FIG.

第2[1:t5−よび第3図j(オーいて、3はシリコ
ン単結晶からなり、ボロンの)イオンの不純物を有する
p型の半導体基板である。6は半導体素子間を電気的に
分離するための絶縁膜(フィールド絶縁膜ンであり、例
えば二酸化シリコン(SIO2)からなっている。7は
絶縁膜6の下部の半導体基板3内に設けられたp+型の
チャンネルストッパ領域テあり、半導体素子間の分離を
より完全にするためのものである。8は半導体素子部の
半導体基板3上または導電体の間などに設けられ1こ絶
縁膜であリ、例えば二酸化シリコン、ナイトライド(S
i、N、)からなっている。9は入力保護回路部の所定
の位置に設けられたそれと入力段回路素子との接続のた
めの接続孔である。IOAは入力保護回路部のゲート保
護素子の[MISFET(Q3)IIのゲート電極であ
り、そのノースと接続をれてさらに接地されている。I
OBは人力段回路素子のMISFETQ、のゲート電極
であり、その一端が延在してコンタクトホール9を介し
て入力保護回路部と接続している。それぞれのゲート電
極は、その下部の半導体基板3表面近傍に反転層(チャ
ンイ・ル領域)を形成するように7【って2す、両Ji
ltにあるドレインおよびソース間を電気的に4通も・
よび遮断をするようになっている。
2nd [1: t5-] and FIG. 3j are p-type semiconductor substrates having impurities of ions (3 is made of silicon single crystal and is boron). Reference numeral 6 indicates an insulating film (field insulating film) for electrically isolating semiconductor elements, and is made of silicon dioxide (SIO2), for example. Reference numeral 7 indicates an insulating film provided in the semiconductor substrate 3 under the insulating film 6. There is a p+ type channel stopper region 8 for more complete isolation between semiconductor elements.An insulating film 8 is provided on the semiconductor substrate 3 in the semiconductor element part or between conductors. For example, silicon dioxide, nitride (S
i, N,). Reference numeral 9 denotes a connection hole provided at a predetermined position of the input protection circuit section for connection between the input protection circuit section and the input stage circuit element. IOA is the gate electrode of MISFET (Q3) II, which is a gate protection element in the input protection circuit section, and is connected to its north and further grounded. I
OB is a gate electrode of MISFETQ, which is a manual stage circuit element, and one end thereof extends and is connected to the input protection circuit section through a contact hole 9. Each gate electrode is formed by forming an inversion layer (channel region) near the surface of the semiconductor substrate 3 below the gate electrode.
There are four electrical connections between the drain and source in lt.
It is designed to call and shut off.

11は本発明の一実施例であるゲート保護素子CMIS
FET(Q3))のゲート電極下部の半導体基板表面部
に設けられたp+型の不純物を有する領域(以fS p
+領領域(・う)である。これによって、その部分とド
レイン<15I3)とのpn接合による空乏層の広がり
を抑制し、その部分でのサーフェイスブレークダウンを
発生しやすいようにしである。ただし、内部回路素子の
動作電圧よりも高くなくてはならない。
11 is a gate protection element CMIS which is an embodiment of the present invention.
A region containing p+ type impurities (hereinafter referred to as fS p
+ Territory area (・U). This suppresses the expansion of the depletion layer due to the pn junction between that part and the drain (<15I3), and makes surface breakdown more likely to occur in that part. However, it must be higher than the operating voltage of the internal circuit elements.

12は比較的上層に設けられるリンシリケートガラス(
PSG)からなる絶縁膜であり、複数の積み重ねた層に
よって形成される突出部を緩和して、上部層のカバレッ
ジを向上させるものである。
12 is a phosphorus silicate glass (
This is an insulating film made of PSG) that improves the coverage of the upper layer by relaxing protrusions formed by multiple stacked layers.

また、半導体装置の特性に影響を与えるナトリウム(N
a)イオンなどのゲッタの役目もするようになっている
。14Aは配線であり、一端が外部端子に接続され他端
がコンタクトホール13Aを介して入力保護回路部の抵
抗(8)となるn″″型の半導体領域15Aに接続され
ている。14B、140は配線(電極でもある)であり
、接続孔13B。
In addition, sodium (N), which affects the characteristics of semiconductor devices,
a) It also serves as a getter for ions, etc. Reference numeral 14A denotes a wiring, one end of which is connected to an external terminal and the other end of which is connected via a contact hole 13A to an n'''' type semiconductor region 15A which becomes a resistor (8) of the input protection circuit section. 14B and 140 are wiring (also electrodes) and a connection hole 13B.

130を介してドレインのn”W半導体領域15D。130 through the drain n''W semiconductor region 15D.

ソースのn+型半導体領域15Bと接続されている。It is connected to the source n+ type semiconductor region 15B.

次に前述した一実施例の製造方法を説明する。Next, a manufacturing method of the above-mentioned embodiment will be explained.

なお、本実施例は、記憶機能を有する半導体装置、例え
ば第4図に示すような横型ROM (ReadOnly
 Memory)の製造工程に適用することができる。
Note that this embodiment applies to a semiconductor device having a memory function, for example, a horizontal ROM (Read Only) as shown in FIG.
It can be applied to the manufacturing process of

第4図は、本実施例に係わるものであり、横型ROMの
要部の等価回路図である。
FIG. 4 relates to this embodiment and is an equivalent circuit diagram of the main part of the horizontal ROM.

第4図にお′いて、BL、およびBL、は情報となる電
位を伝達するための行状に配設されたピント線であり、
その各々に情報を増@するためなどのセンスアンプSA
、、SA、が接続されている。
In FIG. 4, BL and BL are focus lines arranged in rows for transmitting potentials serving as information;
Sense amplifier SA for increasing information in each of them.
,,SA, are connected.

WL、〜WL、はビット線BL、、BL2と交差して列
状に配設されたワード線であり、それに電荷を印〃口す
ることによりワード線に接続されているゲート電極下部
の半導体基板表面部に反転層を形成し、該反転層により
MI 5FETのソースおよびドレインIVI K 4
通をなすようになっている。
WL, ~WL are word lines arranged in a row intersecting bit lines BL, BL2, and the semiconductor substrate below the gate electrode is connected to the word line by injecting charge thereto. An inversion layer is formed on the surface, and the inversion layer connects the source and drain of MI 5FET.
We are becoming familiar with each other.

ワード線WL、〜WL、にはそれらの電荷を増幅するな
どのために、ワードドライバWD、〜WD。
The word lines WL, ~WL are provided with word drivers WD, ~WD in order to amplify their charges.

が設けられている。ビット線BL、、BL、とワード線
WL、〜WL3との交差部には、記憶機能を有するMI
SFETQ、〜Q0が配設され、それのドレイン側が各
々のビット線に接続し、ゲート部が各々のワード線に接
続し、ソース側がグランドに接続されている。ビット線
BL、、BL。
is provided. At the intersections of the bit lines BL, BL, and word lines WL, ~WL3, there are MIs having a memory function.
SFETQ, .about.Q0 are arranged, and their drain sides are connected to each bit line, their gates are connected to each word line, and their sources are connected to ground. Bit lines BL,, BL.

と接続されたMI 5FETQ、o、Q、、は抵抗にな
っている。
The MI 5FETQ, o, Q, connected to is a resistor.

横型ROMは、ユーザが情報を設定できるようになって
いる。M I S B” E T Qp 、Qaは情報
を有しない回路素子であり、それは容易に形成できるよ
うになっている。これらのMISFETQ、。
The horizontal ROM allows the user to set information. M I S B" E T Qp, Qa are circuit elements without information, which can be easily formed. These MISFETQ,.

Q8はその製造工程において、それのゲート電極下部の
半導体基板表面部に形成される゛反転層(チャンネル領
域)部分のしぎい1加電圧(TheresholdVo
ltage)が、他のNl I S F E Tの動作
電圧よりも高くなっている。このために、MISFET
Q= 、Qsのドレインおよびソース間は導通状態にあ
り、あたかも情報を有しない回路素子となっている。
During the manufacturing process, Q8 is applied at the threshold 1 of the inversion layer (channel region) formed on the surface of the semiconductor substrate below the gate electrode.
ltage) is higher than the operating voltage of other Nl I S F E Ts. For this purpose, MISFET
The drain and source of Q= and Qs are in a conductive state, acting as if they were circuit elements with no information.

このような、横型ROMの製造と同時に本実施例の入力
保護回路を形成すると、第5図〜第15図に示すように
なる。
If the input protection circuit of this embodiment is formed at the same time as manufacturing the horizontal ROM, the result will be as shown in FIGS. 5 to 15.

第5図〜第15図は、本実施例の製造方法を説明するた
めの各製造工程における半導体装置の要部断面図である
5 to 15 are cross-sectional views of main parts of the semiconductor device in each manufacturing process for explaining the manufacturing method of this embodiment.

まず、シリコン単結晶からなり、I X 10.”原子
個/cut程度のボロン(B)イオンの不純物を有する
p型の半導体基板3を用意する。
First, it is made of silicon single crystal and has an IX10. ``A p-type semiconductor substrate 3 containing an impurity of boron (B) ions in an amount of about atoms/cut is prepared.

この後、第5図に示すように、1.−000℃程度の熱
処理を施し、半導体基板3上に500A程度の二酸化シ
リコンからなる絶縁膜4を形成する。
After this, as shown in FIG. 5, 1. A heat treatment is performed at about -000° C. to form an insulating film 4 made of silicon dioxide with a thickness of about 500 A on the semiconductor substrate 3.

なP、本実施例は、第3図に示すように、その左側を入
力保護回路部(第2図のX−Xにおける断面図)、その
右側を入力段回路素子のMI 5FETQ、(第2図の
Y−Yにおける断面図)を示すものである。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the left side is the input protection circuit section (cross-sectional view taken along line XX in FIG. 2), and the right side is the input stage circuit element MI 5FETQ (second FIG.

第5図に示す工程の後に、全面にナイトライド(Siq
N、)を5ooAa度の膜厚で形成し、半導体素子形成
部以外のナイトライドを除去して、耐イオン打込2よび
耐熱処理のためのマスク5を形成する。このマスク5を
用いて半導体素子間をより完全に分離するチャンネルス
トッパ領域形成のための不純物をイオン注入法によって
打込むと、第6図に示すようになる。このイオン注入法
は、3.5X1012原子個/cml程度のボロンイオ
ンの不純物を、75[KeV]程度のエネルギで打込め
ばよい。
After the process shown in Figure 5, nitride (Siq
A mask 5 for ion implantation resistance 2 and heat resistance treatment is formed by forming a film with a thickness of 500Aa and removing nitride in areas other than the semiconductor element formation area. Using this mask 5, impurities are implanted by ion implantation to form a channel stopper region for more complete isolation between semiconductor elements, resulting in the result as shown in FIG. In this ion implantation method, boron ion impurities of approximately 3.5×10 12 atoms/cml may be implanted with an energy of approximately 75 [KeV].

第6図に示す工程の後に、マスク5を用いて熱処理を施
し、半導体素子間を分離するための絶縁膜6を形成し、
同時に前記打込まれた不純物を引き伸し拡散してp+型
のチャンネルストッパ領域7を形成する。その後、第7
図に示すように、マスク5を除去し、その下部の絶縁膜
4を除去して半導体素子となる部分の半導体基板30表
面を露出するようにする。前記熱処理は1200°C程
度でよく、絶縁膜6は14μm8度の膜厚でよい。
After the step shown in FIG. 6, heat treatment is performed using a mask 5 to form an insulating film 6 for isolating semiconductor elements,
At the same time, the implanted impurity is stretched and diffused to form a p+ type channel stopper region 7. Then the seventh
As shown in the figure, the mask 5 is removed and the insulating film 4 below it is removed to expose the surface of the semiconductor substrate 30 that will become the semiconductor element. The heat treatment may be performed at about 1200°C, and the insulating film 6 may have a thickness of 14 μm and 8°C.

第7図に示す工程の後に、半導体素子部が650A程度
の絶縁膜8となるように1000℃程度の熱処理を施す
。この後に、MISFETのしきい値電圧調整のための
不純物をイオン注入法によって打込む(図示していない
)。そして、第8図に示すように、入力保護回路部が入
力段回路素子のMISFETQ、 と接続する部分の絶
縁膜8を除去して、コンタクトホール9を形成する。
After the step shown in FIG. 7, heat treatment is performed at about 1000° C. so that the semiconductor element portion becomes an insulating film 8 of about 650A. Thereafter, impurities for adjusting the threshold voltage of the MISFET are implanted by ion implantation (not shown). Then, as shown in FIG. 8, a contact hole 9 is formed by removing the insulating film 8 at a portion where the input protection circuit section connects to the input stage circuit element MISFETQ.

第8図に示す工程の後に、ゲート電極となるポリシリコ
ン10を5000A程度の厚さでデポジションし、これ
に導電性を得るためにリン(PJイオンを拡散(リン処
理)してn型にすると、第9図に示すようになる。また
、ゲー 上電極としてポリシリコンでなく、モリブデン
(Mo)+  タングステン(W)などの高融点金属や
ギのシリサイド(シリコンとの化合物)であってもよい
After the process shown in FIG. 8, polysilicon 10 that will become the gate electrode is deposited to a thickness of about 5000A, and phosphorus (PJ ions are diffused (phosphorous treatment) into it to make it conductive) to make it an n-type. The result will be as shown in Figure 9.Also, instead of using polysilicon as the upper electrode, high-melting point metals such as molybdenum (Mo) + tungsten (W) or silicide (a compound with silicon) of good.

第9図に示す工程の後、第10図に示すように、不要な
ポリシリコンlOを除去し、ゲート保護素子のゲート電
極10Aおよび入力段回路素子のMISFETQ、のゲ
ート電極10Bを形成する。
After the step shown in FIG. 9, as shown in FIG. 10, unnecessary polysilicon lO is removed to form a gate electrode 10A of the gate protection element and a gate electrode 10B of the MISFETQ of the input stage circuit element.

第10図に示す工程の後に、ゲート電極10A。After the process shown in FIG. 10, the gate electrode 10A is formed.

10BのF部以外の絶縁膜8を除去すると、第11図に
示すようになる。
When the insulating film 8 other than the F part of 10B is removed, the result is as shown in FIG. 11.

第11図に示す工程の後に、全面に1000℃程度の熱
処理を施し、半導体素子部の半導体基板3表面部2よび
ゲート電極10A、10Bを覆うように二酸化シリコン
の絶縁膜8を形成する。この後、第12図に示すように
、ゲート電極10A。
After the step shown in FIG. 11, the entire surface is subjected to heat treatment at about 1000° C. to form an insulating film 8 of silicon dioxide so as to cover the surface portion 2 of the semiconductor substrate 3 of the semiconductor element portion and the gate electrodes 10A and 10B. After this, as shown in FIG. 12, the gate electrode 10A is formed.

10B部および絶縁)換6をマスクとして半導体基板3
内の表面近傍に、ドレイン、ソースおよび入力保護回路
部の抵抗となる半導体領域形成のためのn+型の不純物
を打込む。これは、lXl0”原子例/ cffl程度
のヒ素(As )イオンの不純物を、80[KeV]程
度のエネルギでイオン注入法によって打込めばよい。
Semiconductor substrate 3 using part 10B and insulation 6 as a mask.
N+ type impurities are implanted near the inner surface to form semiconductor regions that will serve as resistances for the drain, source, and input protection circuit sections. This can be done by implanting an impurity of arsenic (As) ions of about 1X10'' atoms/cffl with an energy of about 80 [KeV] by ion implantation.

第12図に示′1一工程の後に、全面にホトレジストを
形成し、入力保護回路部のゲート電極10A上のホトレ
ジストヲ除去し、耐イオン打込みのためのマスクを形成
する。このマスクを用いてゲート電極10A下部の半導
体基板3の表面近傍にp+型の不純物11を打込み、マ
スクを除去すると、第13図に示すようになる。このp
+型の不純物はlXl0”原子例/ cf程度のボロン
(Blイオンを用い、それをイオン注入法によって13
0[KeV)程度のエネルギで打込んでやればよい。こ
れによって、絶縁膜8およびゲート電極10Aを介して
p+型の不純物が半導体基板3の表面部にp+領域が形
成される。この部分でのしきい値電圧が、半導体装置の
動作電圧よりも高くなるように”fれはよい。
After the step '1' shown in FIG. 12, a photoresist is formed on the entire surface, the photoresist on the gate electrode 10A of the input protection circuit section is removed, and a mask for ion implantation resistance is formed. Using this mask, p+ type impurity 11 is implanted into the vicinity of the surface of semiconductor substrate 3 below gate electrode 10A, and when the mask is removed, the result is as shown in FIG. 13. This p
The +-type impurity is boron (Bl ion) of about lXl0'' atom/cf, which is ion-implanted to 13
It is sufficient to implant it with an energy of about 0 [KeV]. As a result, p+ type impurities form a p+ region on the surface portion of semiconductor substrate 3 via insulating film 8 and gate electrode 10A. It is desirable that the threshold voltage at this portion be higher than the operating voltage of the semiconductor device.

第13図に示す工程の後に、第14図に示すよラスCP
SO)からなる絶縁a12をデポジションし、該絶縁膜
12に熱処理(グラスフロー)を施す。また、この熱処
理によって、前記半導体領域形成のために打込まれた不
純物を引き伸し拡散させて、n+型の半導体領域15A
〜15Bを形成する。前記リンシリケートガラスは、半
導体基板3上に複数の積み重ねた層によって形成される
突出部を緩和して、」二部層のカバレンジを向上する。
After the process shown in Fig. 13, the lath CP is shown in Fig. 14.
An insulating film 12 made of SO) is deposited, and the insulating film 12 is subjected to heat treatment (glass flow). Further, by this heat treatment, the impurities implanted for forming the semiconductor region are stretched and diffused, and the n+ type semiconductor region 15A is
~15B is formed. The phosphosilicate glass softens the protrusion formed by the multiple stacked layers on the semiconductor substrate 3 and improves the coverage of the two-part layer.

また、半導体装置の特性に影響を与えるナトリウム(N
a )イオンなどのゲッタの役目もする。
In addition, sodium (N), which affects the characteristics of semiconductor devices,
a) It also serves as a getter for ions, etc.

第14図に示す工程の後に、後の工程によって形成され
ろ上部配線と半導体領域15A〜15Bとの接続部の絶
縁膜8,12を除去して、接続孔13A、13B、13
0を形成する。該接続孔13A、13B、130を介し
て半導体領域15A)1.5Bと接続するように、アル
ミニウム(Alなとの配線14A、14B、140を形
成する。
After the step shown in FIG. 14, the insulating films 8 and 12 at the connection portions between the upper wiring and the semiconductor regions 15A to 15B, which will be formed in a later step, are removed, and the connection holes 13A, 13B, 13 are removed.
form 0. Wirings 14A, 14B, and 140 made of aluminum (Al) are formed so as to be connected to the semiconductor regions 15A) and 1.5B through the connection holes 13A, 13B, and 130.

該配線14 A、 1.4B、+140は;1μm程度
の膜厚でよい。前記15Aは入力保護回路部の抵抗(旬
となる半導体領域、15Bおよび150は入力保護回路
のゲート保護素子[MIS:F’E’l’(Q3)]の
ドレインおよびソースとなる半導体領域、]、5Dおよ
び15gは入力段回路素子のM I S F E T 
Q +のドレインおよびソースとなる半導体領域である
The wirings 14A, 1.4B, +140 may have a film thickness of about 1 μm. 15A is the resistor of the input protection circuit section (semiconductor region that will be used; 15B and 150 are semiconductor regions that will be the drain and source of the gate protection element [MIS: F'E'l' (Q3)] of the input protection circuit) , 5D and 15g are the input stage circuit elements M I S F E T
This is a semiconductor region that becomes the drain and source of Q +.

これら一連の工程によって、本実施例の半導体装置は完
成する。まfこ、この後に、保護膜などの処理をしても
よい。
Through these series of steps, the semiconductor device of this example is completed. After this, a protective film or other treatment may be applied.

なお、本実施例の半導体領域15A〜15Eの形成はイ
オン注入技術によって形成したが、第11図に示す工程
の後に、絶縁膜8を形成し、半導体領域15A〜15E
形成部分の絶縁膜8を除去し、露出した半導体基板3か
ら拡散して形成してもよ℃ゝ。
Although the semiconductor regions 15A to 15E in this embodiment were formed by ion implantation technology, an insulating film 8 was formed after the process shown in FIG.
It may also be formed by removing the insulating film 8 in the forming portion and diffusing from the exposed semiconductor substrate 3.

第16図は、本発明の他の実施例を説明するための入力
保護回路の概要を示す等価回路図である。
FIG. 16 is an equivalent circuit diagram showing an outline of an input protection circuit for explaining another embodiment of the present invention.

本実施例は、ゲート保護素子[M I S F E T
(QJのゲート電極がVcc電圧電圧電源端子−1oc
に接続されており、過大電圧の発生しゃすい状態時に訃
いてはゲート電極に電圧が印mきれず低電圧でクランプ
するようになっている。また、内部回路素子を動作させ
るときは、過大電圧が発生しない状態であるので、ゲー
ト電極にV。Cの電圧を目17J[]し、そのクランプ
する電圧を高くするようにしである。
In this example, a gate protection element [M I S F E T
(The gate electrode of QJ is Vcc voltage voltage power supply terminal -1oc
If an overvoltage is likely to occur, the voltage cannot be applied to the gate electrode and the gate electrode is clamped at a low voltage. Also, when operating the internal circuit elements, no excessive voltage is generated, so V is applied to the gate electrode. The voltage of C is set to 17J[], and the clamping voltage is increased.

また、ゲート保護素子[MI 5FET (Q、)]の
ゲート絶縁膜の耐圧が過大電圧に対して充分対処できる
ときは、そのゲート電極を前記V。、電圧電源端子P、
−V。Cに変えて外部端子と接玩し、ゲート電極とドレ
インとを共通にし又もよい。
Further, when the withstand voltage of the gate insulating film of the gate protection element [MI 5FET (Q,)] can sufficiently cope with excessive voltage, the gate electrode is set to the above-mentioned V. , voltage power supply terminal P,
-V. Instead of C, it may be connected to an external terminal and the gate electrode and drain may be made common.

なお、本実施例は前記実施例に限定されることなく、そ
の要旨を変更しない範囲において種々変更し得ることは
勿論である。例えば、前記実施例はサーフェイスブレー
クダウンを利用してゲート保護素子のクラップ電圧を制
御したが、ツェナブレークダウンを利用できるように空
乏層を抑制する位置を変化させてもよい。
It goes without saying that this embodiment is not limited to the above embodiment, and can be modified in various ways without changing the gist thereof. For example, although the above embodiment uses surface breakdown to control the clap voltage of the gate protection element, the position where the depletion layer is suppressed may be changed so that Zener breakdown can be used.

以上説明したように、本発明によれば、ゲート保護素子
Q3のゲート電極下部の半導体基板表面近傍に、半導体
基板と同一導電型でかつ半導体基板の不純物濃度よりも
高い領域を設けることによって、その部分と過大電圧の
入力側の半導体領域とのpn接合による空乏層の広がり
を他の部分よりも抑制することができる。こすしによっ
て、ゲート保護素子としての回復性のあるブl/−クダ
ウン電圧を低くすることができろ。すなわち、内部回路
素子の動作電圧よりも高い不要電圧に対して、充分に低
い電圧で動作するサーフェイスブレークダウンを発生さ
せるこ署ができる。従って、人力段回路素子のゲート絶
縁膜の耐圧とゲート保護素子によるクラップ電圧との余
裕度が向上し、信頼性の高い半導体装置を提供すること
ができる。
As explained above, according to the present invention, by providing a region near the surface of the semiconductor substrate below the gate electrode of the gate protection element Q3, which has the same conductivity type as the semiconductor substrate and has a higher impurity concentration than the semiconductor substrate, The expansion of the depletion layer due to the pn junction between the portion and the semiconductor region on the input side of the excessive voltage can be suppressed more than in other portions. By rubbing, the recoverable breakdown voltage of the gate protection element can be lowered. That is, it is possible to generate a surface breakdown that operates at a sufficiently low voltage against an unnecessary voltage higher than the operating voltage of the internal circuit elements. Therefore, the margin between the withstand voltage of the gate insulating film of the manual stage circuit element and the clap voltage of the gate protection element is improved, and a highly reliable semiconductor device can be provided.

また、信頼性の向上とともに、半導体装置の歩留も向上
することができる。
In addition to improving reliability, the yield of semiconductor devices can also be improved.

さらに、ゲート保護素子を設けるために、そのための特
別な製造工程を必要とせず、容易に通常の工程によって
ゲート保護素子を設けることができる。
Furthermore, no special manufacturing process is required to provide the gate protection element, and the gate protection element can be easily provided through normal processes.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明に係わる等価回路図、第2図および第
3図は、本発明の一実施例を説明するための図、 第4図は、本発明の一実施例の製造方法に係わる等価回
路図、 第5図〜第15図は、本発明の一実施例の製造方法を説
明するための図、 第16図は、本発明の他の実施例を説明するための図で
ある。 図中、1・・・回路素子、2・・・入力保護回路、3・
・・半導体基板、4,6.8.12・・・絶縁膜、5・
・・マスク、7・・・チャンネルストッパIA域、9.
 13A〜130・・・接続孔、10・・・ポリシリコ
ン、IOA。 10B・・・ゲート電極、11・・p+頒域、14A〜
140・・・配線、15A〜15E・・・半導体領域で
ある。 代理人 弁理士  高 橋 明 夫 第16図 ノ l)−64f
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram according to the present invention, FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing method of an embodiment of the present invention. The related equivalent circuit diagrams, FIGS. 5 to 15 are diagrams for explaining the manufacturing method of one embodiment of the present invention, and FIG. 16 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention. . In the figure, 1... circuit element, 2... input protection circuit, 3...
...Semiconductor substrate, 4,6.8.12...Insulating film, 5.
...Mask, 7...Channel stopper IA area, 9.
13A to 130... Connection hole, 10... Polysilicon, IOA. 10B...gate electrode, 11...p+ region, 14A~
140... Wiring, 15A-15E... Semiconductor region. Agent Patent Attorney Akio Takahashi Figure 16 No. 1)-64f

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、絶縁ゲート型電界効果トランジスタを有する。 半導体装直において、少なくとも1つの前記絶縁ゲート
型電界効果トランジスタのゲート電極下部の半導体基板
表面部に、半導体基板と同一導電型でかつ半導体基板の
不純物濃度よりも高い領域を設けたことを特徴とする半
導体装置。 2、特許請求の範囲第1項記載の半導体装置において、
前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタをゲート保護素
子としたことを特徴とする半導体装置。 3、絶縁ゲート型電界効果トランジスタを有する半導体
装置の製造方法に訃いて、少な(とも1つの前記絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタのゲート電極1部の半導体
基板表面部に、半導体基板と同一導電型でかつ半導体基
板の不純物濃度よりも高い領域を形成する工程を備えた
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 4、特許請求の範囲第3項記載の半導体装置の製造方法
1で2いて、前記絶縁ゲート型電界効、果トランジスタ
をゲート保護素子としたことを特徴とした半導体装置の
製造方法。
[Claims] 1. It has an insulated gate field effect transistor. In the semiconductor device, a region having the same conductivity type as the semiconductor substrate and having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate is provided on the surface of the semiconductor substrate below the gate electrode of at least one of the insulated gate field effect transistors. semiconductor devices. 2. In the semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device characterized in that the insulated gate field effect transistor is used as a gate protection element. 3. In the method of manufacturing a semiconductor device having an insulated gate field effect transistor, a small amount (of the same conductivity type as the semiconductor substrate) on the surface of the semiconductor substrate of a portion of the gate electrode of one of the insulated gate field effect transistors is used. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming a region having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate. 4. In the method 1 for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, A method for manufacturing a semiconductor device characterized by using an insulated gate field effect transistor as a gate protection element.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6220376A (en) * 1985-07-19 1987-01-28 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit device
JPS6276676A (en) * 1985-09-30 1987-04-08 Toshiba Corp Mos type semiconductor integrated circuit device

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