JPH05102475A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents
Semiconductor device and manufacture thereofInfo
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- JPH05102475A JPH05102475A JP29215291A JP29215291A JPH05102475A JP H05102475 A JPH05102475 A JP H05102475A JP 29215291 A JP29215291 A JP 29215291A JP 29215291 A JP29215291 A JP 29215291A JP H05102475 A JPH05102475 A JP H05102475A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はMOS型入出力セルを備
えた半導体装置とその製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a MOS type input / output cell and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】入出力セルにおける保護回路としては種
々のものが提案されている。例えば、 (a)保護抵抗、コンデンサ、ダイオードが形成されて
いる部分のみ基板濃度を高くし、ダイオードの逆方向降
伏電圧を下げ、コンデンサの容量値を大きくすることに
より、保護回路以外の回路の機能を低下させることな
く、保護機能を強化する(特公昭62−37547号公
報参照)。 (b)保護のためのゲートコントロール・ダイオードの
ソースを基板と同一導電型とすることで、ドレインのブ
レイクダウン後の電流パス(ドレイン→基板→ソース
→)の抵抗を小さくし、ドレイン−基板−ソースによる
P−N−Pトランジスタ作用を防止し、優れた保護機能
を発揮する(特公昭62−37550号公報参照)。Various types of protection circuits for input / output cells have been proposed. For example, (a) the functions of circuits other than the protection circuit are increased by increasing the substrate concentration only in the portion where the protection resistor, the capacitor, and the diode are formed, decreasing the reverse breakdown voltage of the diode, and increasing the capacitance value of the capacitor. The protective function is strengthened without lowering (see Japanese Patent Publication No. 62-37547). (B) By making the source of the gate control diode for protection the same conductivity type as the substrate, the resistance of the current path (drain → substrate → source →) after breakdown of the drain is reduced, and the drain-substrate- It prevents the P-N-P transistor action by the source and exhibits an excellent protection function (see Japanese Patent Publication No. 62-37550).
【0003】(c)N型拡散層による保護抵抗が形成さ
れているPウエルと、低電圧電源Vssの間に抵抗を挿
入することにより、サージによりVss→Pウエル→N
型抵抗層→パッドのパスを流れる電流を制限し、大電流
による焼損、PN接合破壊などの悪影響をなくす(特公
昭62−33752号公報参照)。 ところで、素子の微細化が進むにつれ、ホットキャリア
によるトランジスタ特性の劣化を防ぐために、ドレイン
をLDD(Lightly Doped Drain)構造とするようにな
っている。LDD構造では入出力部のMOSトランジス
タもLDD構造となる。LDD構造の保護トランジスタ
では、接合の耐圧が上がったり、低濃度ドレイン部分が
高抵抗となることが原因で、ESD耐圧が著しく低下す
る。そのため、このような問題を回避するためには、入
出力セルの保護トランジスタのみをシングル拡散層構造
とする必要がある。(C) By inserting a resistor between the P well in which the protective resistance is formed by the N type diffusion layer and the low voltage power supply Vss, surge Vss → P well → N
The current flowing in the path from the mold resistance layer to the pad is limited to eliminate the adverse effects such as burnout and PN junction destruction due to a large current (see Japanese Patent Publication No. 62-33752). By the way, as miniaturization of devices progresses, in order to prevent deterioration of transistor characteristics due to hot carriers, the drain has an LDD (Lightly Doped Drain) structure. In the LDD structure, the MOS transistor in the input / output section also has the LDD structure. In the protection transistor of the LDD structure, the breakdown voltage of the junction is increased and the low breakdown voltage drain portion has a high resistance, so that the ESD breakdown voltage is significantly reduced. Therefore, in order to avoid such a problem, only the protection transistor of the input / output cell needs to have the single diffusion layer structure.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】もし、入出力セルの保
護トランジスタをシングル拡散層構造とした場合、この
MOSトランジスタを出力トランジスタに利用する場合
には、ホットキャリアによるトランジスタ特性の劣化を
防ぐためにゲート長を劣化の起こらない長さ、例えば
2.0μm以上とする必要が出てくる。ゲート長を長く
すると出力トランジスタのgmが著しく低下し、高速動
作が困難なものとなる上、入出力部と内部のMOSトラ
ンジスタを作り分ける必要があるため、写真製版工程が
少なくとも1回は増加し、製造工程が複雑になる。If the protection transistor of the input / output cell has a single diffusion layer structure, and if this MOS transistor is used as an output transistor, the gate characteristics are prevented in order to prevent deterioration of transistor characteristics due to hot carriers. It becomes necessary to make the length not to cause deterioration, for example, 2.0 μm or more. If the gate length is increased, the gm of the output transistor will be significantly reduced, making it difficult to operate at high speed. In addition, since the input / output section and the internal MOS transistor must be made separately, the photoengraving process will increase at least once. , The manufacturing process becomes complicated.
【0005】入出力セルのMOSトランジスタをLDD
構造とした場合には、別途ESD耐圧を向上するために
保護ダイオードを付設する必要がある。しかし、素子分
離酸化膜を従来のようなLOCOS法や集積度向上のた
めのフレームドLOCOS法などの選択酸化法により形
成すると、素子分離酸化膜が基板面から隆起し、LDD
構造のためにサイドウォールスペーサを形成すると、ダ
イオードの拡散領域もLDD構造とよく似た二重拡散構
造となってしまう。図6は従来の方法で製造された保護
ダイオードを表わしているが、素子分離用酸化膜2で囲
まれた基板1の領域には、高濃度拡散層3の外側に低濃
度拡散層4を有するLDD構造とよく似た拡散層が形成
されてこれがダイオードとなる。5はLDD構造を製造
するために形成されたサイドウォールスペーサである。
しかし、そのようなダイオードでは、ESD向上の効果
がほとんど現われなくなるので、保護ダイオードを二重
拡散構造としないために、写真製版工程を少なくとも1
回多くして保護ダイオードを形成する必要があり、製造
工程が複雑化する。また、入出力セルの面積の増大を招
き、微細化の要請に反する。LDD for the MOS transistor of the input / output cell
In the case of the structure, it is necessary to additionally attach a protection diode in order to improve the ESD withstand voltage. However, when the element isolation oxide film is formed by a selective oxidation method such as a conventional LOCOS method or a framed LOCOS method for improving the degree of integration, the element isolation oxide film rises from the substrate surface and LDD
When the sidewall spacer is formed for the structure, the diffusion region of the diode also becomes a double diffusion structure that is very similar to the LDD structure. FIG. 6 shows a protection diode manufactured by a conventional method. In the region of the substrate 1 surrounded by the isolation oxide film 2, a low concentration diffusion layer 4 is provided outside the high concentration diffusion layer 3. A diffusion layer very similar to the LDD structure is formed and becomes a diode. Reference numeral 5 is a sidewall spacer formed for manufacturing the LDD structure.
However, in such a diode, the effect of improving the ESD hardly appears. Therefore, in order to prevent the protection diode from having a double-diffused structure, at least one photolithography process should be performed.
Since it is necessary to increase the number of times to form the protection diode, the manufacturing process becomes complicated. Further, the area of the input / output cell is increased, which is against the demand for miniaturization.
【0006】本発明は入出力部のMOSトランジスタを
内部回路と同様のLDD構造としながら、しかも通常の
製造工程にて保護ダイオードを構成しても保護ダイオー
ドをシングル拡散層構造とすることによりESD耐圧を
向上させた入出力セルを有する半導体装置を提供するこ
とを目的とするものである。本発明はまた、そのような
半導体装置を製造する方法を提供することである。According to the present invention, while the MOS transistor in the input / output section has an LDD structure similar to that of the internal circuit, and even if the protection diode is formed in a normal manufacturing process, the protection diode has a single diffusion layer structure, the ESD withstand voltage is increased. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having an input / output cell with improved power consumption. The present invention also provides a method of manufacturing such a semiconductor device.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
入力保護トランジスタ又は出力トランジスタとしてLD
D構造のMOSトランジスタを有し、そのMOSトラン
ジスタに並列にシングル拡散層構造の保護ダイオードを
有する入出力セルを備えている。The semiconductor device of the present invention comprises:
LD as input protection transistor or output transistor
An I / O cell having a D-structure MOS transistor and a protection diode having a single diffusion layer structure in parallel with the MOS transistor is provided.
【0008】そのような半導体装置を製造するために、
本発明方法では、以下の工程(A)から(H)を含む。
(A)シリコン基板上にバッファ酸化膜を介してシリコ
ン窒化膜を形成し、素子分離領域のシリコン窒化膜及び
バッファ酸化膜を除去する工程、(B)素子分離領域の
シリコン基板をエッチングして溝を形成する工程、
(C)前記溝を埋め基板面と同一高さの素子分離用酸化
膜を形成する酸化工程、(D)シリコン窒化膜とバッフ
ァ酸化膜を除去した後、ゲート酸化膜を形成する酸化工
程、(E)多結晶シリコン膜を堆積し、パターン化を施
してゲート電極を形成する工程、(F)LDD構造用の
低濃度拡散領域を形成するための不純物導入工程、
(G)ゲート電極の側面のみに絶縁物のサイドウォール
スペーサを形成する工程、(H)LDD構造用の高濃度
拡散領域を形成するための不純物導入工程。In order to manufacture such a semiconductor device,
The method of the present invention includes the following steps (A) to (H).
(A) A step of forming a silicon nitride film on a silicon substrate via a buffer oxide film to remove the silicon nitride film and the buffer oxide film in the element isolation region, and (B) etching the silicon substrate in the element isolation region to form a groove. The step of forming
(C) Oxidation step of filling the groove and forming an element isolation oxide film at the same height as the substrate surface, (D) Oxidation step of forming a gate oxide film after removing the silicon nitride film and the buffer oxide film, ( E) a step of depositing a polycrystalline silicon film and patterning it to form a gate electrode, (F) an impurity introducing step for forming a low concentration diffusion region for an LDD structure,
(G) A step of forming a sidewall spacer of an insulator only on the side surface of the gate electrode, and (H) an impurity introducing step for forming a high concentration diffusion region for the LDD structure.
【0009】本発明の半導体装置はまた、入力保護トラ
ンジスタ又は出力トランジスタとしてLDD構造のMO
Sトランジスタを有し、そのMOSトランジスタのドレ
イン側のコンタクトホール直下のドレイン拡散層の下に
接してドレイン拡散層と反対導電型をもつ高濃度拡散層
を有する入出力セルを備えている。The semiconductor device of the present invention also has an LDD structure MO as an input protection transistor or an output transistor.
An input / output cell having an S transistor and having a high-concentration diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the drain diffusion layer is provided under the drain diffusion layer immediately below the contact hole on the drain side of the MOS transistor.
【0010】[0010]
【実施例】図1(A),(B)は一実施例を表わす。
(A)は本発明を入力セルに適用した実施例を表わすも
のである。(A)で、10は入力ライン、12は入力の
初段インバータであり、インバータ12はPMOSトラ
ンジスタ14とNMOSトランジスタ16とから構成さ
れている。入力ライン10には入力パッド18とインバ
ータ12の間に入力保護のためのPMOSトランジスタ
20とNMOSトランジスタ22が接続され、保護抵抗
24が直列に接続され、さらに保護ダイオード26と2
8が接続されている。入力保護トランジスタ20のソー
スとゲート電極は電源Vccに接続され、NMOSトラ
ンジスタ22のソースとゲート電極はグラウンドに接続
されている。保護ダイオード26のアノードがVccに
接続され、保護ダイオード28のカソードがグラウンド
に接続されている。入力保護MOSトランジスタ20,
22はインバータ12のMOSトランジスタ14,16
と同様にLDD構造をしている。しかし、保護ダイオー
ド26,28はLDD構造ではなくシングル拡散層構造
になっている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIGS. 1A and 1B show an embodiment.
(A) shows an embodiment in which the present invention is applied to an input cell. In (A), 10 is an input line, 12 is an input first stage inverter, and the inverter 12 is composed of a PMOS transistor 14 and an NMOS transistor 16. A PMOS transistor 20 and an NMOS transistor 22 for input protection are connected between the input pad 18 and the inverter 12 on the input line 10, a protection resistor 24 is connected in series, and further protection diodes 26 and 2 are connected.
8 is connected. The source and gate electrode of the input protection transistor 20 are connected to the power supply Vcc, and the source and gate electrode of the NMOS transistor 22 are connected to the ground. The anode of the protection diode 26 is connected to Vcc, and the cathode of the protection diode 28 is connected to the ground. Input protection MOS transistor 20,
22 is MOS transistors 14 and 16 of the inverter 12
It has an LDD structure similar to. However, the protection diodes 26 and 28 have a single diffusion layer structure instead of the LDD structure.
【0011】(B)は本発明を入出力セルに適用した実
施例を表わすものである。(B)では入出力端子32に
入力ライン10と、出力インバータ34を介した出力ラ
イン30が接続されている。出力インバータ34と初段
インバータ12の間の入力ライン10には保護ダイオー
ド26と28が接続されている。このダイオード26,
28もシングル拡散層構造をしている。出力インバータ
32はPMOSトランジスタ36とNMOSトランジス
タ38とから構成されており、これらのMOSトランジ
スタ36,38はLDD構造となっている。FIG. 1B shows an embodiment in which the present invention is applied to an input / output cell. In (B), the input line 10 and the output line 30 via the output inverter 34 are connected to the input / output terminal 32. Protection diodes 26 and 28 are connected to the input line 10 between the output inverter 34 and the first-stage inverter 12. This diode 26,
28 also has a single diffusion layer structure. The output inverter 32 is composed of a PMOS transistor 36 and an NMOS transistor 38, and these MOS transistors 36 and 38 have an LDD structure.
【0012】図2により、図1の実施例においてLDD
構造の入力保護MOSトランジスタ20,22又は出力
MOSトランジスタ36,38と、シングル拡散層構造
の保護ダイオード26,28を製造する方法を説明す
る。ただし、図2では、NMOSトランジスタのみを取
り上げて説明するが、本発明はPMOSトランジスタに
もCMOSにも適用することができる。 (A)P型シリコン基板40の表面に熱酸化によりバッ
ファ酸化膜42を約250Åの厚さに形成し、その上に
CVD法によりシリコン窒化膜44を約1000Åの厚
さに堆積する。その後、将来拡散層及びトランジスタ領
域となる部分にバッファ酸化膜42とシリコン窒化膜4
4を残すように、写真製版とエッチングによりパターン
化を施して、素子分離領域の基板40を露出させる。4
6はこのパターン化の工程で用いるフォトレジストであ
る。Referring to FIG. 2, the LDD in the embodiment of FIG.
A method of manufacturing the input protection MOS transistors 20 and 22 or the output MOS transistors 36 and 38 having a structure and the protection diodes 26 and 28 having a single diffusion layer structure will be described. However, in FIG. 2, only the NMOS transistor is taken up for description, but the present invention can be applied to both the PMOS transistor and the CMOS. (A) A buffer oxide film 42 is formed on the surface of a P-type silicon substrate 40 by thermal oxidation to a thickness of about 250 Å, and a silicon nitride film 44 is deposited thereon by a CVD method to a thickness of about 1000 Å. After that, the buffer oxide film 42 and the silicon nitride film 4 are formed on a portion which will be a diffusion layer and a transistor region in the future.
Patterning is performed by photoengraving and etching so as to leave 4 to expose the substrate 40 in the element isolation region. Four
6 is a photoresist used in this patterning process.
【0013】(B)フォトレジスト46、シリコン窒化
膜44及びバッファ酸化膜42をマスクとしてシリコン
基板40を約3000Åの深さにエッチングして溝48
を形成する。 (C)フォトレジスト46を除去した後、約1000℃
で約200分間のウェット酸化を施して約6000Åの
厚さの素子分離用酸化膜50を形成する。この酸化膜5
0は溝48を酸化して得られるため、基板40の表面と
凹凸がなく高さがほぼ等しく形成される。(B) Using the photoresist 46, the silicon nitride film 44 and the buffer oxide film 42 as a mask, the silicon substrate 40 is etched to a depth of about 3000 Å to form a groove 48.
To form. (C) About 1000 ° C. after removing the photoresist 46
Is subjected to wet oxidation for about 200 minutes to form an oxide film 50 for element isolation having a thickness of about 6000Å. This oxide film 5
Since 0 is obtained by oxidizing the groove 48, the height is formed to be substantially equal to the surface of the substrate 40 without any unevenness.
【0014】(D)シリコン窒化膜44とバッファ酸化
膜42を除去した後、全面に熱酸化によりゲート酸化膜
を100〜500Åの厚さに形成する。その上に多結晶
シリコン膜をCVD法により約3500Åの厚さに堆積
し、写真製版とエッチングによりパターン化を施してゲ
ート電極54とその下にゲート酸化膜52を残す。LD
D構造の低濃度ドレイン・ソース領域を形成するため
に、例えばリンを60KeVの加速エネルギーで2×1
013/cm2程度イオン注入する。56は注入されたイ
オンを表わす。 (E)全面にCVD法によりシリコン酸化膜を堆積し、
完全異方性エッチングにより全面にエッチバックを施す
と、ゲート電極54の側面のみにサイドウォールスペー
サ58が形成される。次に、LDD構造の高濃度ドレイ
ン・ソース領域を形成するために、例えば砒素を70K
eVで5×1015/cm2程度イオン注入する。60は
その注入イオンを表わす。(D) After removing the silicon nitride film 44 and the buffer oxide film 42, a gate oxide film having a thickness of 100 to 500 Å is formed on the entire surface by thermal oxidation. A polycrystalline silicon film is deposited thereon by CVD to a thickness of about 3500Å, and patterned by photolithography and etching to leave the gate electrode 54 and the gate oxide film 52 thereunder. LD
In order to form the lightly doped drain / source region of the D structure, for example, phosphorus is used at 2 × 1 with an acceleration energy of 60 KeV.
Ions are implanted at about 0 13 / cm 2 . 56 represents the implanted ions. (E) deposit a silicon oxide film on the entire surface by the CVD method,
When the entire surface is etched back by the completely anisotropic etching, the sidewall spacer 58 is formed only on the side surface of the gate electrode 54. Next, for example, 70K of arsenic is used to form a high concentration drain / source region of the LDD structure.
Ion implantation is performed at about 5 × 10 15 / cm 2 with eV. 60 represents the implanted ions.
【0015】(F)その後、約1000℃で約30分間
程度、窒素雰囲気中で熱処理を加えると、MOSトラン
ジスタ部分では低濃度領域62と高濃度領域64を有す
るLDD構造となり、それ以外で素子分離酸化膜50で
囲まれた領域の拡散領域66は低濃度領域が高濃度領域
内に取り込まれたシングル拡散層構造となる。その後、
既知の工程により、層間絶縁膜を形成し、コンタクトホ
ールを形成し、メタル配線を形成するなどの工程を経て
MOS型半導体集積回路装置が完成する。(F) After that, when heat treatment is applied in a nitrogen atmosphere at about 1000 ° C. for about 30 minutes, an LDD structure having a low concentration region 62 and a high concentration region 64 is formed in the MOS transistor portion, and the other elements are separated. The diffusion region 66 in the region surrounded by the oxide film 50 has a single diffusion layer structure in which the low concentration region is incorporated in the high concentration region. afterwards,
By a known process, a MOS type semiconductor integrated circuit device is completed through processes such as forming an interlayer insulating film, forming a contact hole, and forming a metal wiring.
【0016】この製造工程により、周辺部の入出力セル
のレイアウトを図1(A),(B)のようにしておけ
ば、MOSトランジスタがLDD構造となっても、ダイ
オードはシングル拡散層構造となる。そのため、サージ
電圧による過大電流は容易にダイオードから基板へ抜
け、ESD耐圧は向上する。また、図1(B)では出力
トランジスタがLDD構造となるので、gmが高く、微
細化される。By the layout of the input / output cells in the peripheral portion as shown in FIGS. 1A and 1B by this manufacturing process, even if the MOS transistor has the LDD structure, the diode has the single diffusion layer structure. Become. Therefore, the excessive current due to the surge voltage easily escapes from the diode to the substrate, and the ESD withstand voltage improves. Further, in FIG. 1B, since the output transistor has an LDD structure, gm is high and the device is miniaturized.
【0017】図3は第2の実施例を表わす。(A)は本
発明を入力セルに適用した例を表わす。入力ライン10
で入力パッド18と初段インバータ12の間に接続され
た入力保護のためのPMOSトランジスタ20aとNM
OSトランジスタ22aはLDD構造をなし、それらの
MOSトランジスタ20a,22aのドレイン側のコン
タクトホール直下のドレイン拡散層の下に接してドレイ
ン拡散層と反対導電型の高濃度拡散層を備えている。FIG. 3 shows a second embodiment. (A) shows an example in which the present invention is applied to an input cell. Input line 10
And a PMOS transistor 20a and an NM connected between the input pad 18 and the first stage inverter 12 for input protection.
The OS transistor 22a has an LDD structure, and is provided with a high-concentration diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the drain diffusion layer, which is in contact with the drain diffusion layer immediately below the contact holes on the drain side of the MOS transistors 20a and 22a.
【0018】(B)は本発明を入出力セルに適用した例
を表わす。出力インバータ34aのMOSトランジスタ
36a,38aはLDD構造をなし、それらのMOSト
ランジスタ36a,38aのドレイン側のコンタクトホ
ール直下のドレイン拡散層の下に接してドレイン拡散層
と反対導電型の高濃度拡散層を備えている。(B) shows an example in which the present invention is applied to an input / output cell. The MOS transistors 36a and 38a of the output inverter 34a have an LDD structure, and are in contact with the drain diffusion layer immediately below the contact holes on the drain side of the MOS transistors 36a and 38a, and have a high-concentration diffusion layer opposite in conductivity type to the drain diffusion layer. Is equipped with.
【0019】図4は図3(A),(B)におけるNMO
Sトランジスタ22a,38aのドレイン部分の一例を
示したものである。P型シリコン基板70にはNMOS
トランジスタを構成するためにN型低濃度拡散層72と
高濃度拡散層74とからなるドレインが形成されてお
り、高濃度拡散層74の下側に接してP型の高濃度拡散
層76が形成されている。78はゲート酸化膜、80は
ゲート電極、82はLDD構造を形成するために使用さ
れた絶縁物のサイドウォールスペーサである。84は層
間絶縁膜、86はドレイン領域上のコンタクトホール、
88はそのコンタクトホールを介してドレインと接続さ
れているメタル配線である。FIG. 4 shows the NMO in FIGS. 3 (A) and 3 (B).
It shows an example of the drain portions of the S transistors 22a and 38a. NMOS is formed on the P-type silicon substrate 70.
A drain including an N-type low-concentration diffusion layer 72 and a high-concentration diffusion layer 74 is formed to form a transistor, and a P-type high-concentration diffusion layer 76 is formed in contact with the lower side of the high-concentration diffusion layer 74. Has been done. Reference numeral 78 is a gate oxide film, 80 is a gate electrode, and 82 is a sidewall spacer of an insulator used to form an LDD structure. 84 is an interlayer insulating film, 86 is a contact hole on the drain region,
Reference numeral 88 is a metal wiring connected to the drain through the contact hole.
【0020】図5により図3及び図4の実施例を製造す
る方法を説明する。 (A)通常の方法により、P型シリコン基板(又はPウ
エル)70上に素子分離酸化膜90を形成し、ゲート酸
化膜を形成し、多結晶シリコン膜を形成した後、写真製
版とエッチングによりパターン化を施してゲート酸化膜
78とゲート電極80を形成する。 (B)入出力セルの入力保護トランジスタ(図3(A)
の22a)又は出力トランジスタ(図3(B)の38
a)のドレインで将来コンタクトが形成される領域に開
口をもつレジストパターン92を形成し、それをマスク
としてP型不純物イオンとして例えばボロンを約60K
eVの加速エネルギーで約2×1013/cm2程度イオ
ン注入する。94は注入されたボロンイオンである。A method of manufacturing the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 will be described with reference to FIG. (A) An element isolation oxide film 90 is formed on a P-type silicon substrate (or P well) 70 by a usual method, a gate oxide film is formed, a polycrystalline silicon film is formed, and then photolithography and etching are performed. Patterning is performed to form a gate oxide film 78 and a gate electrode 80. (B) Input protection transistor of input / output cell (Fig. 3 (A)
22a) or an output transistor (38 in FIG. 3B).
A resist pattern 92 having an opening is formed in a region where a contact will be formed in the drain in a), and using the resist pattern 92 as a mask, for example, about 60 K of boron is used as P-type impurity ions.
Ion implantation is performed at an acceleration energy of eV of about 2 × 10 13 / cm 2 . 94 is the implanted boron ion.
【0021】(C)レジスト92を除去した後、全面に
N型不純物として、例えばリンを約60KeVの加速エ
ネルギーで約2×1013/cm2イオン注入する。96
は注入されたリンイオンである。 (D)その後、既知の方法で、ゲート電極80の側面に
絶縁物のサイドウォールスペーサ82を形成し、N型不
純物として例えば砒素を約50KeVの加速エネルギー
で約6×1015/cm2程度イオン注入する。98は注
入された砒素イオンである。その後、窒素雰囲気中で約
1000℃で約30分間の熱処理を施した後、層間絶縁
膜を堆積し、コンタクトホールを形成し、メタル配線を
形成してMOSトランジスタを完成させる。(C) After removing the resist 92, about 2 × 10 13 / cm 2 ions of, for example, phosphorus as an N-type impurity are implanted into the entire surface at an acceleration energy of about 60 KeV. 96
Is the implanted phosphorus ion. (D) After that, a sidewall spacer 82 of an insulator is formed on the side surface of the gate electrode 80 by a known method, and, for example, arsenic as an N-type impurity is ionized at about 6 × 10 15 / cm 2 with an acceleration energy of about 50 KeV. inject. 98 is the implanted arsenic ion. After that, heat treatment is performed at about 1000 ° C. for about 30 minutes in a nitrogen atmosphere, an interlayer insulating film is deposited, contact holes are formed, and metal wiring is formed to complete the MOS transistor.
【0022】[0022]
【発明の効果】本発明では入出力セルの入力保護MOS
トランジスタ又は出力MOSトランジスタがLDD構造
をなし、保護ダイオードがシングル拡散層構造をなして
いるので、サージ電圧が印加されて発生した過大電流は
保護ダイオードを経て容易にグランドライン又はVcc
ラインへ抜けることができ、初段のインバータのゲート
酸化膜や入力保護MOSトランジスタのドレインの接合
破壊を招くことがなくなり、十分なESD耐圧を実現す
ることができる。また、出力トランジスタがLDD構造
をとっているので、十分なgmを得る程度に微細化する
ことができて、例えばゲート長を1.0μm程度にする
ことができ、同時に保護ダイオードにより十分なESD
耐圧を得ることができる。According to the present invention, the input protection MOS of the input / output cell is provided.
Since the transistor or the output MOS transistor has an LDD structure and the protection diode has a single diffusion layer structure, an excessive current generated by applying a surge voltage easily passes through the protection diode to the ground line or Vcc.
It is possible to escape to the line, and it is possible to realize a sufficient ESD withstand voltage without causing the junction breakdown of the gate oxide film of the first stage inverter and the drain of the input protection MOS transistor. Further, since the output transistor has the LDD structure, it can be miniaturized to obtain a sufficient gm, for example, the gate length can be set to about 1.0 μm, and at the same time, the protection diode provides sufficient ESD.
Withstand voltage can be obtained.
【0023】本発明の製造方法では、素子分離用酸化膜
の表面とシリコン基板の表面の高さを同一になるように
素子分離用酸化膜を形成するので、その後、既知の方法
によりMOSトランジスタにLDD構造を形成しても、
ソース・ドレイン以外の拡散層は二重拡散構造とならな
いため、製造工程を増すことなく、シングル拡散層構造
の保護ダイオードを製造することができる。In the manufacturing method of the present invention, since the oxide film for element isolation is formed so that the surface of the oxide film for element isolation and the surface of the silicon substrate have the same height, the MOS transistor is formed by a known method thereafter. Even if the LDD structure is formed,
Since the diffusion layers other than the source / drain do not have the double diffusion structure, the protection diode having the single diffusion layer structure can be manufactured without increasing the manufacturing process.
【0024】MOSトランジスタのドレイン側のコンタ
クトホール直下のドレイン拡散層の下に接してドレイン
拡散層と反対導電型をもつ高濃度拡散層を設けることに
より、外部から入力パッドに入ったサージによる電流を
効率よく基板へ逃すことができる。その上、サージによ
る電流はほとんど全てがコンタクトの直下で基板へ流れ
るために、特定の一個所に電流が集中するような構造さ
えとっていなければ、コンタクトとゲート電極を必要以
上に離す必要がなくなり、高集積化に寄与する。また、
ゲート電極付近のドレイン構造はLDD構造とすること
ができるので、これを出力トランジスタに使った場合に
も例えば1.5μm以下のゲート長でもトランジスタ特
性の劣化を招くことがなくなり、高集積化に有利であ
る。By providing a high-concentration diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the drain diffusion layer under the drain diffusion layer immediately below the contact hole on the drain side of the MOS transistor, a current due to a surge entering the input pad from the outside is provided. It can be efficiently released to the substrate. Moreover, almost all of the current due to surge flows to the substrate just below the contact, so unless the structure is such that the current is concentrated at a specific place, it is not necessary to separate the contact and gate electrode more than necessary. Contribute to high integration. Also,
Since the drain structure near the gate electrode can be an LDD structure, even when this is used as an output transistor, even if the gate length is, for example, 1.5 μm or less, the transistor characteristics are not deteriorated, which is advantageous for high integration. Is.
【図1】(A),(B)はそれぞれ実施例を示す等価回
路図である。FIG. 1A and FIG. 1B are equivalent circuit diagrams showing an embodiment.
【図2】同実施例の製造方法を示す工程断面図である。FIG. 2 is a process sectional view showing the manufacturing method in the example.
【図3】(A),(B)はそれぞれ他の実施例を示す等
価回路図である。FIG. 3A and FIG. 3B are equivalent circuit diagrams showing other embodiments.
【図4】図3の実施例におけるNMOSトランジスタの
ドレイン近傍を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the vicinity of the drain of the NMOS transistor in the embodiment of FIG.
【図5】図3の実施例の製造方法を示す工程断面図であ
る。5A to 5C are process cross-sectional views showing the manufacturing method of the embodiment in FIG.
【図6】従来のLDDプロセスで製造したダイオードを
示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a diode manufactured by a conventional LDD process.
20,22,20a,22a 入力保護トランジスタ 26,28 保護ダイオード 36,38,36a,38a 出力トランジスタ 74 ドレイン拡散層 76 ドレイン拡散層の下に設けられた反対導電型の拡
散領域20, 22, 20a, 22a Input protection transistor 26, 28 Protection diode 36, 38, 36a, 38a Output transistor 74 Drain diffusion layer 76 Diffusion region of opposite conductivity type provided under the drain diffusion layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02H 7/20 F 7335−5G ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H02H 7/20 F 7335-5G
Claims (3)
スタとしてLDD構造のMOSトランジスタを有し、前
記MOSトランジスタに並列にシングル拡散層構造の保
護ダイオードを有する入出力セルを備えた半導体装置。1. A semiconductor device comprising a MOS transistor having an LDD structure as an input protection transistor or an output transistor, and an input / output cell having a protection diode having a single diffusion layer structure in parallel with the MOS transistor.
体装置の製造方法。 (A)シリコン基板上にバッファ酸化膜を介してシリコ
ン窒化膜を形成し、素子分離領域のシリコン窒化膜及び
バッファ酸化膜を除去する工程、 (B)素子分離領域のシリコン基板をエッチングして溝
を形成する工程、 (C)前記溝を埋め基板面と同一高さの素子分離用酸化
膜を形成する酸化工程、 (D)シリコン窒化膜とバッファ酸化膜を除去した後、
ゲート酸化膜を形成する酸化工程、 (E)多結晶シリコン膜を堆積し、パターン化を施して
ゲート電極を形成する工程、 (F)LDD構造用の低濃度拡散領域を形成するための
不純物導入工程、 (G)ゲート電極の側面のみに絶縁物のサイドウォール
スペーサを形成する工程、 (H)LDD構造用の高濃度拡散領域を形成するための
不純物導入工程。2. A method of manufacturing a semiconductor device including the following steps (A) to (H). (A) A step of forming a silicon nitride film on a silicon substrate via a buffer oxide film and removing the silicon nitride film and the buffer oxide film in the element isolation region, (B) etching the silicon substrate in the element isolation region to form a groove And (C) an oxidation step of filling the groove and forming an element isolation oxide film at the same height as the substrate surface, (D) removing the silicon nitride film and the buffer oxide film,
Oxidation step of forming a gate oxide film, (E) step of depositing a polycrystalline silicon film and performing patterning to form a gate electrode, (F) impurity introduction for forming a low concentration diffusion region for an LDD structure Step (G) Step of forming sidewall spacers of an insulator only on the side surface of the gate electrode, (H) Step of introducing impurities for forming a high concentration diffusion region for the LDD structure.
スタとしてLDD構造のMOSトランジスタを有し、前
記MOSトランジスタのドレイン側のコンタクトホール
直下のドレイン拡散層の下に接してドレイン拡散層と反
対導電型をもつ高濃度拡散層を有する入出力セルを備え
た半導体装置。3. A high-density MOS transistor having an LDD structure as an input protection transistor or an output transistor, being in contact with a drain diffusion layer immediately below a contact hole on the drain side of the MOS transistor and having a conductivity type opposite to that of the drain diffusion layer. A semiconductor device having an input / output cell having a concentration diffusion layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29215291A JPH05102475A (en) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | Semiconductor device and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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JP29215291A JPH05102475A (en) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | Semiconductor device and manufacture thereof |
Publications (1)
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JPH05102475A true JPH05102475A (en) | 1993-04-23 |
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ID=17778217
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05102475A (en) |
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CN106098683A (en) * | 2016-07-06 | 2016-11-09 | 芯海科技(深圳)股份有限公司 | A kind of esd protection circuit |
CN109326593A (en) * | 2018-11-09 | 2019-02-12 | 珠海格力电器股份有限公司 | ESD protection device, IO circuit and ESD protection method thereof |
-
1991
- 1991-10-09 JP JP29215291A patent/JPH05102475A/en active Pending
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