説明

半導体装置

【課題】 工程の増加や占有面積の増加もなくオフリーク電流を小さく抑えた、十分なESD保護機能を持たせたシャロートレンチ分離構造を有するESD保護用のN型のMOSトランジスタを有する半導体装置を得る。
【解決手段】 素子分離にシャロートレンチ構造を有するESD保護用のN型MOSトランジスタにおいて、ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域は少なくとも前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのゲート電極に近接する領域において、シャロートレンチ分離領域から離れて配置した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、素子分離構造にシャロートレンチ分離を有する、N型のMOSトランジスタをESD保護素子として使用したMOS型トランジスタを有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
MOS型トランジスタを有する半導体装置では、外部接続用のPADからの静電気による内部回路の破壊を防止するためのESD保護素子として、N型MOSトランジスタのゲート電位をグランド(Vss)に固定してオフ状態として設置する、いわゆるオフトランジスタが知られている。
【0003】
オフトランジスタは、通常のロジック回路などの内部回路を構成するMOS型トランジスタと異なり、一時に多量の静電気による電流を流しきる必要があるため、数百ミクロン程度の大きな幅(W幅)を有するトランジスタにて設定されることが多い。
【0004】
オフトランジスタのゲート電位はVssに固定され、オフ状態になっているものの、内部回路のN型MOSトランジスタと同様に1v以下の閾値を有するために、ある程度のサブスレッショルド電流が生じてしまう。上述のように、オフトランジスタのW幅が大きいために動作待機時のオフリーク電流も大きくなり、オフトランジスタを搭載するIC全体の動作待機時の消費電流が増大してしまうという問題点があった。
【0005】
特にシャロートレンチ分離を素子分離構造に用いる半導体装置の場合、その構造自体や製造方法に由来するシャロートレンチ近接の領域で結晶欠陥層などのリーク電流を発生し易い領域を有するという問題点があり、オフトランジスタのオフリーク電流はさらに大きな問題点となる。
【0006】
保護素子のリーク電流を低減するための改善策として、電源(Vdd)とグランド(Vss)の間に完全にオフするように複数のトランジスタを配置する例も提案されている。(例えば、特許文献1の第1図参照。)
【特許文献1】特開2002−231886号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、オフトランジスタのオフリーク電流を小さく抑えるためにW幅を小さくすると、十分な保護機能を果たせなくなってしまい。また改善例のように電源(Vdd)とグランド(Vss)の間に完全にオフするように複数のトランジスタを配置する半導体装置においては、複数のトランジスタを有するため占有面積が増大し、半導体装置のコストアップに繋がるなどの問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記問題点を解決するために、本発明は半導体装置を以下のように構成した。
【0009】
外部接続端子と内部回路領域との間に、内部回路領域に形成された内部素子をESDによる破壊から保護するために形成された、素子分離にシャロートレンチ構造を有するESD保護用のN型MOSトランジスタにおいて、ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域は、少なくともESD保護用のN型MOSトランジスタのゲート電極に近接する領域において、シャロートレンチ分離領域から離れて配置するようにした。
【0010】
また、ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域は、少なくともESD保護用のN型MOSトランジスタのゲート電極に近接する領域において、シャロートレンチ分離領域から少なくともESD保護用のN型MOSトランジスタのゲート長以上の距離をおいて配置するようにした。
【0011】
また、ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域は、少なくともESD保護用のN型MOSトランジスタのゲート電極に近接する領域において、シャロートレンチ分離領域から離れて配置されて配置されており、シャロートレンチ分離領域とESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域との間に設けられた離間領域は、ESD保護用のN型MOSトランジスタのゲート電極を伸延した領域により自己整合的に形成されるようにした。
【発明の効果】
【0012】
これらの手段によって、シャロートレンチ分離構造特有のリーク電流の発生を防止あるいはリーク発生領域を回避し、工程の増加や占有面積の増加もなく、オフリーク電流を小さく抑えつつ十分なESD保護機能を持たせたESD保護用のN型MOSトランジスタを有する半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
【実施例1】
【0014】
図1は、本発明による半導体装置の、ESD保護用のN型MOSトランジスタの第1の実施例を示す模式的平面図である。
【0015】
一対のN型の高濃度不純物領域からなるソース領域501とドレイン領域503が形成されており、ソース領域501とドレイン領域503の間には、図示しないがシリコン酸化膜などからなるゲート絶縁膜が設けられ、その上面にポリシリコンなどからなるゲート電極502が形成されている。また、他の素子との間の絶縁分離にはシャロートレンチ構造が用いられており、トランジスタの外周はシャロートレンチ分離領域504に囲まれている。ここで、ドレイン領域503は、シャロートレンチ分離領域504から離れて配置されており、ドレイン領域503とシャロートレンチ分離領域504との間には離間領域505が設定される。
【0016】
シャロートレンチ分離領域503に近接する領域は、分離構造自体や製造方法に由来して結晶欠陥層などのリーク電流を発生し易い領域となっており、この領域を避けることがオフリーク電流の低減に大変有効な手段となる。ここで、ドレイン領域503とシャロートレンチ分離領域504との間の離間領域505は、ゲート電極502にて規定されるESD保護用のN型MOSトランジスタのゲート長よりも広く取ることが望ましい。
【0017】
シャロートレンチ分離構造を有するESD保護用のN型MOSトランジスタのオフリーク電流の最も多く流れる領域は、シャロートレンチ分離領域504に近接した、ゲート電極502の下面に存在するチャネル領域であるが、ESD保護用のN型MOSトランジスタのゲート長の設定においては、所望のリーク電流以下になるようにゲート長を設定している。つまり、設定されたゲート長を有することで、最もリーク電流の発生し易いシャロートレンチ分離領域504に近接した、ゲート電極502の下面に存在するチャネル領域においても、所望のリーク電流に抑えることが出来るということである。
【0018】
本発明においてドレイン領域503とシャロートレンチ分離領域504との間の離間領域505は上述の最もリーク電流が流れ易いシャロートレンチ分離領域504に近接した、ゲート電極502の下面に存在するチャネル領域ではないが、少なくとも離間領域505の幅をゲート電極502にて規定されるESD保護用のN型MOSトランジスタのゲート長よりも広く取ることで、確実に所望のリーク電流以下に抑えることが可能になる。
【0019】
図1の例では、ドレイン領域503は、ゲート電極502に近接する部分以外の領域においてもシャロートレンチ分離領域504から離れて設置された例を示した。これは、ゲート電極502の下面に存在するチャネル領域でのオフリーク電流の他に、シャロートレンチ分離領域504近接部におけるドレイン領域503と図示しないがP型の基板あるいはウエル領域との間のリーク電流の発生を防止するためである。シャロートレンチ分離領域504近接部におけるドレイン領域503とP型の基板あるいはウエル領域との間のリーク電流が問題とならないレベルである場合には、後ほど図3に示す実施例にて説明するようにドレイン領域503のゲート電極502と隣接する領域のみをシャロートレンチ分離領域504から離して配置すればよい。
【0020】
また、ソース領域501は、シャロートレンチ分離領域504と接する構造にしてあるが、これはESD保護用のN型MOSトランジスタにおいては、ソース領域501は、図示しないがP型の基板あるいはウエルと同電位に固定されるためである。即ち、ソース領域501とP型の基板あるいはウエル領域との間でリーク電流が発生してもなんら問題がないためである。もし、ソース領域501をP型の基板あるいはウエルとは別電位にした使用方法を用いる場合には、ドレイン領域503と同様にシャロートレンチ分離領域504から離して配置することが望ましい。
【0021】
また、図1の例では、簡単のためESD保護用のN型MOSトランジスタはソースおよびドレインがコンベンショナル構造を有する場合を示したが、その他、LDD構造やドレイン領域503がゲート電極502から一定の幅で離れた構造をとるオフセットドレイン構造などでも構わない。
【実施例2】
【0022】
図2は、本発明による半導体装置の、ESD保護用のN型MOSトランジスタの第2の実施例を示す模式的平面図である。図1に示した第1の実施例と異なる点は、ドレイン領域503とシャロートレンチ分離領域504との間にある離間領域505が、ゲート電極502を伸延した領域にて自己整合的に作られている点である。
【0023】
一般的な半導体製造工程では、ゲート電極502を形成した後に、ドレイン領域503とソース領域501をゲート電極502と自己整合的にイオン注入法などで形成することが多い。図2に示した第2の実施例では、ドレイン領域503の形成の際に、ゲート電極502を伸延した領域で離間領域505が自動的に形成されるので、より工程の簡略化が可能になる。その他の説明については、図1と同一の符号を付記することで説明に代える。
【実施例3】
【0024】
図3は、本発明による半導体装置の、ESD保護用のN型MOSトランジスタの第3の実施例を示す模式的平面図である。図1に示した第1の実施例と異なる点は、ドレイン領域503のゲート電極502と隣接する領域のみがシャロートレンチ分離領域504から離して配置されている点である。
【0025】
シャロートレンチ分離構造を有するESD保護用のN型MOSトランジスタのオフリーク電流の最も多く流れる領域は、シャロートレンチ分離領域504に近接した、ゲート電極502の下面に存在するチャネル領域である。その他のリーク電流の発生箇所として、シャロートレンチ分離領域504近接部におけるドレイン領域503と図示しないがP型の基板あるいはウエル領域との間のジャンクション部分もあるものの、通常、その部分でのリーク電流はそれほど問題にならない場合が多い。
【0026】
図3に示した、第3の実施例は、シャロートレンチ分離領域504近接部におけるドレイン領域503とP型の基板あるいはウエル領域との間のリーク電流が問題とならないレベルである場合を想定して、ドレイン領域503のゲート電極502と隣接する領域のみをシャロートレンチ分離領域504から離して配置した例を示した。その他の説明については、図1と同一の符号を付記することで説明に代える。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明による半導体装置の、ESD保護用のN型MOSトランジスタの第1の実施例を示す模式的平面図である。
【図2】本発明による半導体装置の、ESD保護用のN型MOSトランジスタの第2の実施例を示す模式的平面図である。
【図3】本発明による半導体装置の、ESD保護用のN型MOSトランジスタの第3の実施例を示す模式的平面図である。
【符号の説明】
【0028】
501 ソース領域
502 ゲート電極
503 ドレイン領域
504 シャロートレンチ分離領域
505 離間領域

【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部接続端子と内部回路領域との間に前記内部回路領域に形成された内部素子をESDによる破壊から保護するために形成された、素子分離にシャロートレンチ構造を有するESD保護用のN型MOSトランジスタにおいて、前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域は、少なくとも前記ドレイン領域が前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのゲート電極と隣接する領域の端において、シャロートレンチ分離領域から離れて配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域は、少なくとも前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのゲート電極に近接する領域において、前記シャロートレンチ分離領域から少なくとも前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのゲート長以上の距離をおいて配置されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
【請求項3】
前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域は、少なくとも前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのゲート電極に近接する領域において、前記シャロートレンチ分離領域から離れて配置されて配置されており、前記シャロートレンチ分離領域と前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのドレイン領域との間に設けられた離間領域は、前記ESD保護用のN型MOSトランジスタのゲート電極を伸延した領域により自己整合的に形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
【請求項4】
前記ESD保護用のN型MOSトランジスタは、LDD構造のN型MOSトランジスタで形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
【請求項5】
前記ESD保護用のN型MOSトランジスタは、オフセットドレイン構造のN型MOSトランジスタで形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2009−49295(P2009−49295A)
【公開日】平成21年3月5日(2009.3.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−215947(P2007−215947)
【出願日】平成19年8月22日(2007.8.22)
【出願人】(000002325)セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Fターム(参考)】