Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3830871B2 - Electrostatic discharge protection element - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3830871B2 - Electrostatic discharge protection element - Google Patents

Electrostatic discharge protection element Download PDF

Info

Publication number
JP3830871B2
JP3830871B2 JP2002228533A JP2002228533A JP3830871B2 JP 3830871 B2 JP3830871 B2 JP 3830871B2 JP 2002228533 A JP2002228533 A JP 2002228533A JP 2002228533 A JP2002228533 A JP 2002228533A JP 3830871 B2 JP3830871 B2 JP 3830871B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor substrate
diffusion layer
thermal conductivity
region
conductivity type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002228533A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004071799A (en
Inventor
一也 松澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2002228533A priority Critical patent/JP3830871B2/en
Publication of JP2004071799A publication Critical patent/JP2004071799A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3830871B2 publication Critical patent/JP3830871B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Thyristors (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はサージから内部回路を保護する静電放電保護素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
静電放電(electrostatic discharge:以下ESDという)保護素子は、異常な電流や電圧いわゆるサージから内部回路を保護する素子で、LSIチップやLSI回路などの入力部や出力部に接続して使用される。
【0003】
ここで、従来のESD保護素子について、MOSFET型を例にとり図16の概略の構造図を参照して説明する。
【0004】
p型半導体基板1601上に、第1〜第3のn+ 拡散層1602a〜1602cが設けられている。第1拡散層1602aはソース領域を形成し、第2、第3の拡散層1602b、1602cはドレイン領域を形成する。第1〜第3の拡散層1602a〜1602cの表面に、低抵抗化するためのシリサイド層1603a〜1603cが形成されている。第2拡散層1602bおよび第3拡散層1602c間に、シリサイドの形成されないシリサイドブロック領域1604が設けられている。第1拡散層1602aと第2拡散層1602bとの間にゲート電極1605が設けられている。ゲート電極1605の両側方に側壁絶縁膜1606が形成され、ゲート電極1605の下方にゲート絶縁膜1607が形成されている。半導体基板1601の表面近傍たとえばシリサイドブロック領域1604の不純物領域はエクステンション領域1608で、その端部1608a、1608bが、第1拡散層1602aからゲート絶縁膜1607の下方部分まで、また、第2拡散層1602bからゲート絶縁膜1607の下方部分まで伸びている。
【0005】
エクステンション領域1608は、高濃度拡散層と呼ばれる第1〜第3の拡散層1602a〜1602cよりも不純物の接合深さが浅く、また、最大不純物濃度も低くなっている。
【0006】
シリサイド層1603aおよびゲート電極1605は、それぞれソース配線Sおよびゲート配線Gを通して接地され、半導体基板1601も接地されている。シリサイド層1603cはドレイン配線Dに接続され、ドレイン配線Dは、たとえば信号が入力する入力パッド1609と内部回路1610とを結ぶ入力信号線1611に接続されている。
【0007】
上記した構成において、たとえば信号線1611にサージが発生すると、ドレイン拡散層と半導体基板1601との間に生じる衝突イオン化を引き金にして、ESD保護素子内部に形成された寄生バイポーラトランジスタがオン状態になり、ESD保護素子が導通状態となる。このとき、半導体基板1601の表面部分たとえばシリサイドブロック領域1604やゲート電極1605下方のチャネル領域に電流の流れる電流路が形成されて信号線1611が接地し、サージから内部回路1610が保護される。
【0008】
上記のESD保護素子は、信号線1611にサージが発生すると、ドレイン拡散層と半導体基板1601間に生じる高電界によって、半導体基板1601の格子温度が上昇し、熱破壊する場合がある。
【0009】
しかし、従来のESD保護素子は、シリサイドブロック領域1604によって熱破壊が抑制されている。シリサイドブロック領域1604は低抵抗のシリサイドが形成されていないため、シリサイド層の形成されたドレイン拡散層よりも抵抗が高くなり、ドレイン拡散層および半導体基板間に生じる高電界が緩和し、熱破壊が防止される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従来のESD保護素子は、たとえばMOSFET型の場合、ドレイン拡散層の一部にシリサイドブロック領域を設け、サージ発生時の温度上昇を抑制し熱破壊を防止している。
【0011】
この方法は、サージが大きくなると熱破壊を十分に防止できない場合がある。そのため、シリサイドブロック領域を長くして電界の集中を緩和し、熱破壊を防止する方法がある。しかし、シリサイドブロック領域が長くなると、ESD保護素子の抵抗が大きくなり、電流による損失が増加し、全体として格子温度を上昇させる場合がある。また、シリサイドブロック領域を長くすると、チップ面積が増大するという問題もある。一方、シリサイドブロック領域の長さが短いと、シリサイドブロック領域に電界が集中し、熱破壊を引き起こしやすくなる。
【0012】
このようなシリサイドブロック領域への電界集中を回避するために、図17に示すように、シリサイドブロック領域1604を抵抗の小さい高濃度拡散層1701に設ける方法がある。この方法は、高濃度拡散層の抵抗値が低いため、電界を十分に緩和するためには、シリサイドブロック領域1604が長くなるという問題がある。なお、図17は、図16に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【0013】
本発明は、上記した欠点を解決し、ESD保護素子の熱破壊に対する耐性を改善した静電放電保護素子を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の静電放電保護素子は、半導体基板と、
前記半導体基板表面に離間して第1シリサイド層および第2シリサイド層が形成されているドレイン領域を形成するドレイン拡散層と、
第3シリサイド層が形成されているソース領域を形成するソース拡散層と、
前記ドレイン拡散層および前記ソース拡散層間の前記半導体基板上に絶縁膜を介して位置するゲート電極と、
前記第1シリサイド層および第2シリサイド層間の少なくとも一部に形成された、前記半導体基板厚さ方向の前記表面から離れる方向に向って熱伝導率が低い材質から高い材質へと変化する熱伝導率の遷移領域とを具備し、
前記ドレイン拡散層が前記半導体基板上に設けた入力信号線または出力信号線に接続し、前記ソース拡散層と前記ゲート電極は接地されており、
前記熱伝導率の遷移領域は、前記半導体基板表面からその下の半導体基板側にかけ、深い方向に向かって、熱伝導率が連続的に大きくなることを特徴とすることを特徴とする。
また、本発明の静電放電保護素子は、半導体基板と、
前記半導体基板表面部に形成された第1導電型ウエルと、
この第1導電型ウエルに間隔をもって形成された前記第1導電型と同じ導電型をもつ第1および第2の拡散層と、
前記第1および第2の拡散層で挟まれた前記第1導電型ウエルの少なくとも一部に形成された、前記半導体基板厚さ方向の前記表面から離れる方向に向って熱伝導率が低い材質から高い材質へと変化する熱伝導率の遷移領域とを具備し、
前記第1の拡散層が前記半導体基板上に設けた入力パッドに接続し、前記第2の拡散層が前記半導体基板上に設けた内部回路に接続しており、
前記熱伝導率の遷移領域は、前記半導体基板表面から深い方向に向かってその下の半導体基板側にかけて、熱伝導率が連続的に大きくなることを特徴とする
また、本発明の静電放電保護素子は、半導体基板と、
前記半導体基板表面部に形成された第1導電型ウエルと、
前記第1導電型ウエルに間隔をもって形成された前記第1導電型と同じ導電型の第1拡散層および前記第1導電型と相違する第2導電型の第2拡散層と、
前記第1および第2の拡散層で挟まれた前記ウエルの少なくとも一部に形成された、前記半導体基板厚さ方向の前記表面から離れる方向に向って熱伝導率が低い材質から高い材質へと変化する熱伝導率の遷移領域とを具備し、
前記第1の拡散層が前記半導体基板上に設けた入力信号線または出力信号線に接続し、前記第2の拡散層が接地されており、
前記熱伝導率の遷移領域は、前記半導体基板表面から深い方向に向かってその下の半導体基板側にかけて、熱伝導率が連続的に大きくなることを特徴とする。
また、本発明の静電放電保護素子は、第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に間隔をもって形成された前記第1導電型と相違する第2導電型の第1および第2の拡散層と、
前記第1拡散層および前記第2拡散層間の前記半導体基板の少なくとも一部に形成された、前記半導体基板厚さ方向の前記表面から離れる方向に向って熱伝導率が低い材質から高い材質へと変化する熱伝導率の遷移領域とを具備し、
前記第1の拡散層が前記半導体基板上に設けた入力信号線または出力信号線に接続し、前記第2の拡散層が接地されており、
前記熱伝導率の遷移領域は、前記半導体基板表面から深い方向に向かってその下の半導体基板側にかけて、熱伝導率が連続的に大きくなることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、MOSFET型を例にとり図1を参照して説明する。
【0016】
シリコンなどのp型半導体基板11上に、第1〜第3の高濃度のn+ 拡散層12a〜12cが設けられている。第1拡散層12aはソース領域を形成し、第2、第3の拡散層12b、12cはドレイン領域を形成する。第1〜第3の拡散層12a〜12cの表面に、抵抗を小さくするためのシリサイド層13a〜13cが形成されている。
【0017】
第2拡散層12bおよび第3拡散層12c間に、シリサイド層の形成されてないシリサイドブロック領域14が設けられている。このシリサイドブロック領域14からその図示下方に位置する半導体基板11の深い領域にかけてのその少なくとも一部、たとえばシリサイドブロック領域14に、熱伝導率が低い材質から高い材質へと変化する熱伝導率の遷移領域、たとえばSiGeなどの混晶半導体領域15が形成されている。第1拡散層12aと第2拡散層12bとの間の半導体基板11上にゲート電極16が設けられている。ゲート電極16の両側方に側壁絶縁膜17が形成され、ゲート電極16の下方にゲート絶縁膜18が形成されている。
【0018】
半導体基板11の表面に、第1〜第3の拡散層12a〜12cとこれらに隣接する層との濃度差を緩和するエクステンション領域が設けられ、その端部19a、19bが第1拡散層12aからゲート絶縁膜18の下方領域に、また、第2拡散層12bからゲート絶縁膜18の下方領域に伸びている。
【0019】
エクステンション領域は、高濃度拡散層と呼ばれる第1〜第3の拡散層12a〜12cよりも不純物の接合深さが浅く、また、最大不純物濃度が低くなっている。この場合、シリサイドブロック領域14の不純物領域はたとえばエクステンション領域になっている。
【0020】
シリサイド層13aおよびゲート電極16は、それぞれソース配線Sおよびゲート配線Gを通して接地され、半導体基板11も接地されている。シリサイド層13cはドレイン配線Dに接続され、ドレイン配線Dは、信号の入力端子たとえば入力パッド20とメモリーなどの内部回路21とを結ぶ入力信号線22に接続されている。図1は、ドレイン配線Dが入力信号線22に接続しているが、内部回路21から信号が出力する出力信号線に接続してもよい。また、入力パッド20または内部回路21は半導体基板11上に形成されている。
【0021】
上記した構成において、たとえば入力信号線22にサージが発生すると、ドレイン拡散層と半導体基板11との間に生じる衝突イオン化を引き金にして、ESD保護素子内部に形成された寄生バイポーラトランジスタがオン状態になり、ESD保護素子は導通状態となる。このとき、半導体基板11表面、たとえば第2拡散層12bおよび第3拡散層12c間のシリサイドブロック領域14、および、第1拡散層12aおよび第2拡散層12b間のチャネル領域に電流の流れる電流路が形成されて信号線22が接地し、サージから内部回路21が保護される。
【0022】
ここで、シリサイドブロック領域14に形成されたSiGeの混晶半導体領域15の組成分布などについて図2を参照して説明する。
【0023】
図2の左縦軸は熱伝導率(WK-1cm-1)、右縦軸はGeの組成比(%)、横軸は半導体基板11の表面からの深さ(nm)を示し、符号Lが熱伝導率、符号Rが組成比である。
【0024】
半導体基板表面からの深さが深くなるにつれて、符号Rで示すようにGeの組成比が低下し、また符号Lで示すように熱伝導率が高くなる。逆に、半導体基板表面からの深さが浅くなると、Geの組成比が増大し熱伝導率が低くなる。したがって、混晶半導体領域15は、電流路からその図示下方に位置する半導体基板11領域にかけて、電流で温度が上昇する高温領域から低温領域に向い、熱伝導率が高くなる遷移領域を形成している。
【0025】
この場合、熱は熱伝導率の低い領域から高い領域に移動しやすいという性質があり、電流路に流れる電流により、半導体基板11表面たとえばシリサイドブロック領域の温度が上昇しても、その熱は、熱伝導率の高い半導体基板11の深い方に移動する。たとえば電流路から半導体基板11へと移動し、半導体基板11を経て放熱される。その結果、シリサイドブロック領域14への熱の集中が回避され、熱破壊が防止される。
【0026】
ここで、ドレイン配線Dを通してサージが入力した場合の最大温度の時間変化について図3を参照して説明する。
【0027】
図3の横軸は時間(ns)、縦軸は最大格子温度(K)を示している。最大格子温度はシリサイドブロック領域14の中央部分の表面温度で、符号Pが従来技術の場合、符号Qが発明の場合である。図3から分かるように、本発明(符号Q)の方が、従来のESD保護素子(符号P)よりも格子温度の上昇が抑制されている。
【0028】
次に、上記したESD保護素子の製造方法について図4を参照して説明する。図4は、図1に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【0029】
まず、p型半導体基板11上にゲート絶縁膜18およびゲート電極16を形成する(図4(a))。次いで、イオン注入によって不純物を導入し、エクステンション領域19を形成する(図4(b))。次いで、絶縁膜41を堆積する(図4(c))。次いで、堆積した絶縁膜41をエッチングによって除去し、ゲート電極16の側壁に側壁絶縁膜17を形成する(図4(d))。次いで、Ge膜42を堆積する(図4(e))。次いで、異方性エッチングによって、固相拡散用のGe領域421を形成する(図4(f))。次いで、イオン注入によって、ソース領域およびドレイン領域となる高濃度拡散層用の不純物を導入し、第1〜第3のn+ 拡散層12a〜12cを形成する(図4(g))。次いで、Co膜43を堆積する(図4(h))。次いで、アニール工程によって、エクステンション領域19および第1〜第3のn+ 拡散層12a〜12cを活性化する。このとき、第1〜第3のn+ 拡散層12a〜12cにCoSi2のシリサイド層13a〜13cが形成され、また、第2、第3のn+ 拡散層12b、12c上のシリサイド層13b、13c間に位置するシリサイドブロック領域14に、その深さがたとえばシリサイドブロック領域14とほぼ重なるようにしてSiGeの混晶半導体領域15が形成される。そして、未反応のCo膜43をエッチングで除去し、また固相拡散用Ge領域421を除去する(図4(i))。
【0030】
上記した実施形態の場合、シリサイドブロック領域14がエクステンション領域19に設けられ、抵抗が高くなっている。したがって、シリサイドブロック領域14を長くしなくとも、ドレイン拡散層と半導体基板11との間に生じる高電界が緩和し、熱破壊が防止される。
【0031】
次に、本発明の他の実施形態について図5を参照して説明する。図5は、図1に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【0032】
この実施形態は、SiGeの混晶半導体領域15が、ドレイン領域となる高濃度のn+ 拡散層51のシリサイドブロック領域14に形成されている。この場合、シリサイドブロック領域14の抵抗が小さいため、ESD保護素子全体の抵抗の上昇が抑えられる。したがって、シリサイドブロック領域14を流れる電流による発熱が少なくなり、格子温度の上昇が抑制される。
【0033】
次に、本発明の他の実施形態について図6を参照して説明する。図6は、図1および図5に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【0034】
この実施形態の場合、高濃度拡散層51上のほぼ全体にシリサイド層61が形成されている。そして、ゲート絶縁膜18直下の電流路たとえばチャネル領域にSiGeの混晶半導体領域15が形成されている。この場合、チャネル領域に流れる電流で発生した熱が、チャネル領域から半導体基板11の深い側に効率よく散逸され、熱破壊が防止される。
【0035】
なお、図6の構成において、高濃度拡散層51の一部にシリサイドブロック領域を設ければ、シリサイドブロック領域の作用で、サージに対するより高い耐性が実現する。また、シリサイドブロック領域に、図2で説明したように、SiGeの混晶半導体領域を設ければ、シリサイドブロック領域における格子温度の上昇を小さくできる。
【0036】
次に、本発明の他の実施形態について図7を参照して説明する。図7は、図1に対応する部分に同じ符号を付し、重複する説明を一部省略する。
【0037】
この実施形態は、チャネル領域およびシリサイドブロック領域14の両方にSiGeの混晶半導体領域15を設けている。この場合、シリサイドブロック領域14は、エクステンション領域でも、あるいは高濃度拡散層でもよく、これらはサージの大きさやチップ面積の制約などに応じて決定される。
【0038】
次に、本発明の他の実施形態について図8を参照して説明する。図8は、図1に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【0039】
この実施形態は、たとえば半導体基板11の表面に近い一部領域を除いて、まず、SiCの混晶半導体からなる下地層81を形成し、その後、エクステンション領域のシリサイドブロック領域14に熱伝導率の遷移領域たとえば混晶半導体領域82を形成している。この場合、混晶半導体領域82はSiCで形成され、たとえば半導体基板11の表面に向けてSiCのCの組成比が徐々に減少する構成になっている。この場合、混晶半導体領域82には、半導体基板11表面から深さ方向に向けて、図3と同様の熱伝導率の分布、すなわち半導体基板11の表面から深い方向に向って熱伝導率が高くなる分布が形成され、SiGeの場合と同様の効果が得られる。
【0040】
次に、本発明の他の実施形態について図9を参照して説明する。図9は、図1および図6、図8に対応する部分に同じ符号を付し、重複する説明を一部省略する。
【0041】
この実施形態は、SiCの混晶半導体領域82を高濃度拡散層51のシリサイドブロック領域14に形成している。この場合、シリサイドブロック領域14が低抵抗となるため、ESD保護素子全体の抵抗が上昇せず、抵抗損失による格子温度の上昇を抑制できる。
【0042】
次に、本発明の他の実施形態について図10を参照して説明する。図10は、図1および図6に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【0043】
この実施形態は、SiCの混晶半導体領域82をゲート絶縁膜18直下のチャネル領域に形成している。この場合、チャネル領域に発生した熱を半導体基板11側に効率よく散逸でき、熱破壊が防止される。
【0044】
なお、図10において、高濃度拡散層51の一部にシリサイドブロック領域を設ければサージに対するより高い耐性が実現する。また、シリサイドブロック領域に、図8で説明したように、SiCの混晶半導体領域を設ければ、シリサイドブロック領域の格子温度の上昇を抑制できる。
【0045】
次に、本発明の他の実施形態について図11を参照して説明する。図11は図1および図8に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【0046】
この実施形態の場合、SiCの混晶半導体領域82がチャネル領域およびシリサイドブロック領域14の両方に形成されている。この場合、シリサイドブロック領域14は、エクステンション領域であっても、あるいは高濃度拡散層であってもよく、これらはサージの量やチップ面積の制約などに応じて決定される。
【0047】
上記の各実施形態はいずれも、ゲートとソース拡散層の電位をクランプする所謂GGMOSFET(Gate-Grounded Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor)型のESD保護素子に適用している。しかし、この発明は、GGMOSFET型以外の抵抗型やダイオード型、バイポーラトランジスタ型、サイリスタ型などのESD保護素子にも適用できる。
【0048】
次に、本発明の他の実施形態について、抵抗型を例にとり図12を参照して説明する。図12は、図1に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【0049】
この実施形態の場合、半導体基板11の上層領域に、高抵抗領域となるドナー不純物によるnウエル1201が形成され、また、半導体基板11表面に近いnウエル1201に、高濃度拡散層たとえばドナー不純物による2つのn+ 拡散層1202、1203が所定間隔に形成されている。2つのn+ 拡散層1202、1203間のnウエル1201に、半導体基板11表面から深さ方向に向って熱伝導率が高くなるSiGeなどの混晶半導体領域15が形成されている。拡散層1202は入力パッド20に接続され、拡散層1203は内部回路21に接続されている。この場合、サージ発生時に2つのn+ 拡散層1202、1203間の電流路に発生する熱が半導体基板11の深い方向に散逸される。
【0050】
なお、図12の場合、半導体基板11やウエル1201、拡散層1202、1203は別の導電型で構成しても、同様の効果が得られる。
【0051】
次に、本発明の他の実施形態について、ダイオード型を例にとり図13を参照して説明する。図13は、図12に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【0052】
この実施形態は、半導体基板11上のnウエル1201に、2つの高濃度拡散層領域すなわちp+ 拡散層1301およびn+ 拡散層1302が所定間隔に形成され、素子内部にダイオード構造が構成されている。そして、2つの拡散層1301、1302間いわゆるpn接合間の高抵抗のnウエル1201に、半導体基板11表面から深さ方向に向って熱伝導率が高くなるSiGeなどの混晶半導体領域15が形成されている。この場合も、サージ発生時に2つの拡散層1301、1302間の電流路に発生する熱が半導体基板11の深い方向に散逸される。なお、拡散層1301、1302などは別の導電型で構成することもできる。
【0053】
次に、本発明の他の実施形態について、バイポーラトランジスタ型を例にとり図14を参照して説明する。図14は、図1に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【0054】
この実施形態の場合、p型半導体基板11上に、2つのn+ 拡散層1401、1402を所定間隔に形成し、素子内部にバイポーラトランジスタ構造が構成されている。そして、半導体基板11表面の2つの拡散層1401、1402間に、その深さ方向に向かって熱伝導率が高くなるSiGeなどの混晶半導体領域15が形成されている。この場合も、サージ発生時に2つの拡散層1401、1402間の電流路に発生する熱が半導体基板11の深い方向に散逸される。
【0055】
なお、半導体基板11や拡散層1401、1402などは別の導電型で構成することもできる。
【0056】
次に、本発明の他の実施形態について、サイリスタ型を例にとり図15を参照して説明する。図15は、図1に対応する部分には同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。
【0057】
この実施形態の場合、p型半導体基板11上にp型エピタキシャル成長層1501が形成され、このエピタキシャル成長層1501の一部領域にnウエル1502が形成されている。エピタキシャル成長層1501とnウエル1502の両方にわたり高濃度のn+ 拡散層1503が設けられている。また、エピタキシャル成長層1501上に高濃度のp+ 拡散層1504およびn+ 拡散層1505が所定間隔に形成され、nウエル1502上に、高濃度のp+ 拡散層1506およびn+ 拡散層1507が所定間隔に形成されている。拡散層1503と拡散層1505間の半導体基板11上にゲート電極1508が設けられ、ゲート電極1508の下方にゲート絶縁膜1509が形成されている。ゲート電極16および拡散層1504、1505、半導体基板11は接地され、拡散層1506、1507は信号線22に接続され、素子内部にサイリスタ構造が構成されている。そして、エピタキシャル成長層1501とnウエル1502の境界を含む領域、たとえば半導体基板11上の拡散層1505および拡散層1506間に、SiGeの混晶半導体領域15が形成されている。
【0058】
この場合も、サージ発生時に2つの拡散層1505、1506間の電流路に電流が流れて熱が発生しても、これらの熱は半導体基板11の深い方に向って散逸される。
【0059】
なお、半導体基板11やウエル1502、エピタキシャル成長層1501、拡散層1503〜1507などは別の導電型で構成することもできる。
【0060】
上記の各実施形態では、半導体基板の表面から深さ方向に向かって熱伝導率が高くなる混晶半導体領域を、たとえば高濃度の拡散層間に形成される電流路の全体またはその一部に設けている。しかし、プロセスの簡便化などによってコストの軽減が期待できる場合は、半導体基板表面の全体に混晶半導体領域を形成することもできる。
【0061】
また、混晶半導体領域におけるGeやCの濃度は電流路の深さ方向で連続的に変化させても、あるいは、階段状に変化させてもよい。また、電流路の熱伝導率が半導体基板の熱伝導率よりも小さい場合、電流路からその下方の半導体基板側に向って熱が散逸する効果がある。そのため、電流路の熱伝導率が電流路の下方に隣接する半導体基板の熱伝導率よりも小さくなる範囲で、電流路における混晶半導体のGeやCの濃度を一定にしてもよい。しかし、混晶半導体の濃度を連続的に変化させ、熱伝導率を徐々に変化させた方が、電流路内および電流路からその下方の半導体基板側への熱移動効果が大きくなる。
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、ESD保護素子の熱破壊に対する耐性を改善した静電放電保護素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を説明するための概略の断面図である。
【図2】本発明を構成する混晶半導体領域の特性を説明する特性図である。
【図3】本発明による熱散逸効果を説明する特性図である。
【図4】本発明のESD保護素子の製造方法を説明するための工程図である。
【図5】本発明の他の実施形態を説明するための概略の断面図である。
【図6】本発明の他の実施形態を説明するための概略の断面図である。
【図7】本発明の他の実施形態を説明するための概略の断面図である。
【図8】本発明の他の実施形態を説明するための概略の断面図である。
【図9】本発明の他の実施形態を説明するための概略の断面図である。
【図10】本発明の他の実施形態を説明するための概略の断面図である。
【図11】本発明の他の実施形態を説明するための概略の断面図である。
【図12】本発明の他の実施形態を説明するための概略の断面図である。
【図13】本発明の他の実施形態を説明するための概略の断面図である。
【図14】本発明の他の実施形態を説明するための概略の断面図である。
【図15】本発明の他の実施形態を説明するための概略の断面図である。
【図16】従来例を説明するための概略の断面図である。
【図17】従来例を説明するための概略の断面図である。
【符号の説明】
11…半導体基板
12a〜12c…拡散層
13a〜13c…シリサイド
14…シリサイドブロック領域
15…混晶半導体領域
16…ゲート電極
17…側壁絶縁膜
18…ゲート絶縁膜
19a、19b…エクステンション領域
20…入力パッド
21…内部回路
22…信号線
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic discharge protection element that protects an internal circuit from a surge.
[0002]
[Prior art]
An electrostatic discharge (ESD) protective element is an element that protects an internal circuit from abnormal current or voltage, a so-called surge, and is used by being connected to an input part or an output part of an LSI chip or LSI circuit. .
[0003]
Here, a conventional ESD protection element will be described by taking a MOSFET type as an example and referring to a schematic structural diagram of FIG.
[0004]
On the p-type semiconductor substrate 1601, the first to third n+ Diffusion layers 1602a to 1602c are provided. The first diffusion layer 1602a forms a source region, and the second and third diffusion layers 1602b and 1602c form drain regions. Silicide layers 1603a to 1603c for reducing resistance are formed on the surfaces of the first to third diffusion layers 1602a to 1602c. A silicide block region 1604 where no silicide is formed is provided between the second diffusion layer 1602b and the third diffusion layer 1602c. A gate electrode 1605 is provided between the first diffusion layer 1602a and the second diffusion layer 1602b. Sidewall insulating films 1606 are formed on both sides of the gate electrode 1605, and a gate insulating film 1607 is formed below the gate electrode 1605. In the vicinity of the surface of the semiconductor substrate 1601, for example, the impurity region of the silicide block region 1604 is an extension region 1608, and its end portions 1608a and 1608b extend from the first diffusion layer 1602a to the lower portion of the gate insulating film 1607, and the second diffusion layer 1602b. To the lower part of the gate insulating film 1607.
[0005]
In the extension region 1608, the junction depth of impurities is shallower than that of first to third diffusion layers 1602a to 1602c, which are called high-concentration diffusion layers, and the maximum impurity concentration is also low.
[0006]
The silicide layer 1603a and the gate electrode 1605 are grounded through the source wiring S and the gate wiring G, respectively, and the semiconductor substrate 1601 is also grounded. The silicide layer 1603c is connected to the drain wiring D, and the drain wiring D is connected to, for example, an input signal line 1611 that connects the input pad 1609 to which a signal is input and the internal circuit 1610.
[0007]
In the above-described configuration, for example, when a surge occurs in the signal line 1611, the parasitic bipolar transistor formed inside the ESD protection element is turned on, triggered by collision ionization generated between the drain diffusion layer and the semiconductor substrate 1601. The ESD protection element becomes conductive. At this time, a current path through which a current flows is formed in the surface portion of the semiconductor substrate 1601, for example, the silicide block region 1604 and the channel region below the gate electrode 1605, the signal line 1611 is grounded, and the internal circuit 1610 is protected from the surge.
[0008]
In the ESD protection element, when a surge occurs in the signal line 1611, the lattice temperature of the semiconductor substrate 1601 may increase due to a high electric field generated between the drain diffusion layer and the semiconductor substrate 1601, and may be thermally destroyed.
[0009]
However, in the conventional ESD protection element, thermal breakdown is suppressed by the silicide block region 1604. Since the silicide block region 1604 is not formed with low-resistance silicide, the resistance is higher than that of the drain diffusion layer in which the silicide layer is formed, the high electric field generated between the drain diffusion layer and the semiconductor substrate is relaxed, and thermal breakdown is prevented. Is prevented.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of a conventional ESD protection element, for example, a MOSFET type, a silicide block region is provided in a part of the drain diffusion layer to suppress a temperature rise when a surge occurs and prevent thermal destruction.
[0011]
This method may not sufficiently prevent thermal destruction when the surge increases. Therefore, there is a method of lengthening the silicide block region to alleviate electric field concentration and prevent thermal destruction. However, if the silicide block region becomes longer, the resistance of the ESD protection element increases, loss due to current increases, and the lattice temperature may increase as a whole. Further, when the silicide block region is lengthened, there is a problem that the chip area increases. On the other hand, if the length of the silicide block region is short, the electric field concentrates on the silicide block region, which easily causes thermal destruction.
[0012]
In order to avoid such electric field concentration on the silicide block region, there is a method of providing the silicide block region 1604 in the high-concentration diffusion layer 1701 having a low resistance as shown in FIG. This method has a problem that since the resistance value of the high concentration diffusion layer is low, the silicide block region 1604 becomes long to sufficiently relax the electric field. In FIG. 17, the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIG.
[0013]
An object of the present invention is to provide an electrostatic discharge protection element that solves the above-described drawbacks and has improved resistance to thermal destruction of the ESD protection element.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionElectrostatic discharge protection elementA semiconductor substrate;
    A drain diffusion layer forming a drain region in which a first silicide layer and a second silicide layer are formed apart from the surface of the semiconductor substrate;
  A source diffusion layer forming a source region in which a third silicide layer is formed;
A gate electrode located on the semiconductor substrate between the drain diffusion layer and the source diffusion layer via an insulating film;
  Thermal conductivity that changes from a material having a low thermal conductivity to a material having a high thermal conductivity in a direction away from the surface in the thickness direction of the semiconductor substrate, formed in at least part of the first silicide layer and the second silicide layer. Transition region, and
  The drain diffusion layer is connected to an input signal line or an output signal line provided on the semiconductor substrate, and the source diffusion layer and the gate electrode are groundedAnd
The transition region of the thermal conductivity is characterized in that the thermal conductivity continuously increases from the surface of the semiconductor substrate to the semiconductor substrate side below and toward a deeper direction.The
  The electrostatic discharge protection element of the present invention includes a semiconductor substrate,
A first conductivity type well formed on the surface of the semiconductor substrate;
First and second diffusion layers having the same conductivity type as the first conductivity type formed in the first conductivity type well at intervals,
A material having a low thermal conductivity in a direction away from the surface in the thickness direction of the semiconductor substrate formed in at least a part of the first conductivity type well sandwiched between the first and second diffusion layers. A transition region of thermal conductivity that changes to a high material,
The first diffusion layer is connected to an input pad provided on the semiconductor substrate, and the second diffusion layer is connected to an internal circuit provided on the semiconductor substrate;
The transition region of the thermal conductivity is characterized in that the thermal conductivity increases continuously from the surface of the semiconductor substrate toward the semiconductor substrate side in the deep direction..
  The electrostatic discharge protection element of the present invention includes a semiconductor substrate,
A first conductivity type well formed on the surface of the semiconductor substrate;
A first diffusion layer of the same conductivity type as the first conductivity type formed in the first conductivity type well with an interval, and a second diffusion layer of a second conductivity type different from the first conductivity type;
From a material having a low thermal conductivity to a material having a high thermal conductivity in a direction away from the surface in the thickness direction of the semiconductor substrate, formed in at least a part of the well sandwiched between the first and second diffusion layers. A transition region of varying thermal conductivity,
The first diffusion layer is connected to an input signal line or an output signal line provided on the semiconductor substrate, and the second diffusion layer is grounded;
The transition region of the thermal conductivity is characterized in that the thermal conductivity increases continuously from the surface of the semiconductor substrate toward the deeper direction toward the semiconductor substrate below.
  The electrostatic discharge protection element of the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate,
First and second diffusion layers of a second conductivity type different from the first conductivity type formed on the semiconductor substrate at intervals,
From a material having a low thermal conductivity to a material having a high thermal conductivity in a direction away from the surface in the thickness direction of the semiconductor substrate formed in at least a part of the semiconductor substrate between the first diffusion layer and the second diffusion layer. A transition region of varying thermal conductivity,
The first diffusion layer is connected to an input signal line or an output signal line provided on the semiconductor substrate, and the second diffusion layer is grounded;
The transition region of the thermal conductivity is characterized in that the thermal conductivity increases continuously from the surface of the semiconductor substrate toward the deeper direction toward the semiconductor substrate below.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 by taking a MOSFET type as an example.
[0016]
On the p-type semiconductor substrate 11 such as silicon, the first to third high-concentration n+ Diffusion layers 12a-12c are provided. The first diffusion layer 12a forms the source region, and the second and third diffusion layers 12b and 12c form the drain region. Silicide layers 13a to 13c for reducing the resistance are formed on the surfaces of the first to third diffusion layers 12a to 12c.
[0017]
A silicide block region 14 in which no silicide layer is formed is provided between the second diffusion layer 12b and the third diffusion layer 12c. Transition of the thermal conductivity changing from a material having a low thermal conductivity to a material having a high thermal conductivity in at least a part of the silicide block region 14 from the deep region of the semiconductor substrate 11 positioned below the figure, for example, the silicide block region 14. A region, for example, a mixed crystal semiconductor region 15 such as SiGe is formed. A gate electrode 16 is provided on the semiconductor substrate 11 between the first diffusion layer 12a and the second diffusion layer 12b. Sidewall insulating films 17 are formed on both sides of the gate electrode 16, and a gate insulating film 18 is formed below the gate electrode 16.
[0018]
An extension region is provided on the surface of the semiconductor substrate 11 to alleviate the concentration difference between the first to third diffusion layers 12a to 12c and the adjacent layers, and end portions 19a and 19b are formed from the first diffusion layer 12a. The region extends below the gate insulating film 18 and from the second diffusion layer 12 b to the region below the gate insulating film 18.
[0019]
In the extension region, the junction depth of impurities is shallower than that of the first to third diffusion layers 12a to 12c, which are called high-concentration diffusion layers, and the maximum impurity concentration is low. In this case, the impurity region of the silicide block region 14 is, for example, an extension region.
[0020]
The silicide layer 13a and the gate electrode 16 are grounded through the source wiring S and the gate wiring G, respectively, and the semiconductor substrate 11 is also grounded. The silicide layer 13c is connected to a drain wiring D, and the drain wiring D is connected to a signal input terminal, for example, an input signal line 22 connecting an input pad 20 and an internal circuit 21 such as a memory. In FIG. 1, the drain wiring D is connected to the input signal line 22, but may be connected to an output signal line from which a signal is output from the internal circuit 21. The input pad 20 or the internal circuit 21 is formed on the semiconductor substrate 11.
[0021]
In the above-described configuration, for example, when a surge occurs in the input signal line 22, the collision bipolarization generated between the drain diffusion layer and the semiconductor substrate 11 is triggered to turn on the parasitic bipolar transistor formed inside the ESD protection element. Thus, the ESD protection element becomes conductive. At this time, a current path through which current flows on the surface of the semiconductor substrate 11, for example, the silicide block region 14 between the second diffusion layer 12b and the third diffusion layer 12c, and the channel region between the first diffusion layer 12a and the second diffusion layer 12b Is formed, the signal line 22 is grounded, and the internal circuit 21 is protected from the surge.
[0022]
Here, the composition distribution of the SiGe mixed crystal semiconductor region 15 formed in the silicide block region 14 will be described with reference to FIG.
[0023]
The left vertical axis in FIG. 2 indicates the thermal conductivity (WK-1cm-1), The right vertical axis represents the Ge composition ratio (%), the horizontal axis represents the depth (nm) from the surface of the semiconductor substrate 11, the symbol L is the thermal conductivity, and the symbol R is the composition ratio.
[0024]
As the depth from the surface of the semiconductor substrate increases, the Ge composition ratio decreases as indicated by the symbol R, and the thermal conductivity increases as indicated by the symbol L. Conversely, when the depth from the surface of the semiconductor substrate becomes shallower, the Ge composition ratio increases and the thermal conductivity becomes lower. Therefore, the mixed crystal semiconductor region 15 forms a transition region in which the thermal conductivity increases from the high temperature region where the temperature rises due to current from the high temperature region where the temperature rises due to the current from the current path to the semiconductor substrate 11 region located below the figure. Yes.
[0025]
In this case, heat has a property of easily moving from a low thermal conductivity region to a high region. Even if the temperature of the surface of the semiconductor substrate 11 such as the silicide block region is increased by the current flowing in the current path, the heat is The semiconductor substrate 11 having high thermal conductivity moves to the deeper side. For example, it moves from the current path to the semiconductor substrate 11 and is radiated through the semiconductor substrate 11. As a result, heat concentration on the silicide block region 14 is avoided and thermal destruction is prevented.
[0026]
Here, the time change of the maximum temperature when a surge is input through the drain wiring D will be described with reference to FIG.
[0027]
In FIG. 3, the horizontal axis indicates time (ns), and the vertical axis indicates the maximum lattice temperature (K). The maximum lattice temperature is the surface temperature of the central portion of the silicide block region 14, where P is the prior art and Q is the invention. As can be seen from FIG. 3, the increase in the lattice temperature is suppressed in the present invention (reference numeral Q) than in the conventional ESD protection element (reference numeral P).
[0028]
Next, a method for manufacturing the above-described ESD protection element will be described with reference to FIG. 4, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is partially omitted.
[0029]
First, the gate insulating film 18 and the gate electrode 16 are formed on the p-type semiconductor substrate 11 (FIG. 4A). Next, impurities are introduced by ion implantation to form extension regions 19 (FIG. 4B). Next, an insulating film 41 is deposited (FIG. 4C). Next, the deposited insulating film 41 is removed by etching, and the sidewall insulating film 17 is formed on the sidewall of the gate electrode 16 (FIG. 4D). Next, a Ge film 42 is deposited (FIG. 4E). Next, a Ge region 421 for solid phase diffusion is formed by anisotropic etching (FIG. 4F). Next, an impurity for the high-concentration diffusion layer to be the source region and the drain region is introduced by ion implantation, and the first to third n+ Diffusion layers 12a to 12c are formed (FIG. 4G). Next, a Co film 43 is deposited (FIG. 4H). Next, the extension region 19 and the first to third n are annealed.+ The diffusion layers 12a to 12c are activated. At this time, the first to third n+ CoSi2 silicide layers 13a-13c are formed in the diffusion layers 12a-12c, and the second and third n layers are formed.+ A SiGe mixed crystal semiconductor region 15 is formed in the silicide block region 14 located between the silicide layers 13b and 13c on the diffusion layers 12b and 12c so that the depth thereof substantially overlaps the silicide block region 14, for example. Then, the unreacted Co film 43 is removed by etching, and the Ge region 421 for solid phase diffusion is removed (FIG. 4I).
[0030]
In the case of the above-described embodiment, the silicide block region 14 is provided in the extension region 19, and the resistance is high. Therefore, even if the silicide block region 14 is not lengthened, the high electric field generated between the drain diffusion layer and the semiconductor substrate 11 is relaxed and thermal destruction is prevented.
[0031]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 5, parts corresponding to those in FIG.
[0032]
In this embodiment, the SiGe mixed crystal semiconductor region 15 is formed in the silicide block region 14 of the high-concentration n + diffusion layer 51 serving as the drain region. In this case, since the resistance of the silicide block region 14 is small, an increase in the resistance of the entire ESD protection element can be suppressed. Therefore, heat generation due to the current flowing through the silicide block region 14 is reduced, and an increase in the lattice temperature is suppressed.
[0033]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 6, parts corresponding to those in FIGS. 1 and 5 are given the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted.
[0034]
In the case of this embodiment, the silicide layer 61 is formed almost entirely on the high concentration diffusion layer 51. A SiGe mixed crystal semiconductor region 15 is formed in a current path, for example, a channel region immediately below the gate insulating film 18. In this case, the heat generated by the current flowing in the channel region is efficiently dissipated from the channel region to the deep side of the semiconductor substrate 11, and thermal destruction is prevented.
[0035]
In the configuration of FIG. 6, if a silicide block region is provided in a part of the high-concentration diffusion layer 51, higher resistance to surge is realized by the action of the silicide block region. Further, as described with reference to FIG. 2, if the SiGe mixed crystal semiconductor region is provided in the silicide block region, an increase in the lattice temperature in the silicide block region can be reduced.
[0036]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 7, parts corresponding to those in FIG.
[0037]
In this embodiment, the SiGe mixed crystal semiconductor region 15 is provided in both the channel region and the silicide block region 14. In this case, the silicide block region 14 may be an extension region or a high-concentration diffusion layer, and these are determined according to the size of the surge and the restriction on the chip area.
[0038]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 8, parts corresponding to those in FIG.
[0039]
In this embodiment, for example, a base layer 81 made of a mixed crystal semiconductor of SiC is formed first, except for a partial region close to the surface of the semiconductor substrate 11, and then the thermal conductivity of the silicide block region 14 in the extension region is increased. A transition region, for example, a mixed crystal semiconductor region 82 is formed. In this case, the mixed crystal semiconductor region 82 is formed of SiC, and, for example, the composition ratio of C of SiC gradually decreases toward the surface of the semiconductor substrate 11. In this case, the mixed crystal semiconductor region 82 has a thermal conductivity distribution similar to that in FIG. 3 from the surface of the semiconductor substrate 11 in the depth direction, that is, the thermal conductivity from the surface of the semiconductor substrate 11 toward the deep direction. A higher distribution is formed, and the same effect as in the case of SiGe is obtained.
[0040]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9, parts corresponding to those in FIGS. 1, 6, and 8 are denoted by the same reference numerals, and a part of overlapping description is omitted.
[0041]
In this embodiment, the SiC mixed crystal semiconductor region 82 is formed in the silicide block region 14 of the high concentration diffusion layer 51. In this case, since the silicide block region 14 has a low resistance, the resistance of the entire ESD protection element does not increase, and an increase in lattice temperature due to resistance loss can be suppressed.
[0042]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 10, parts corresponding to those in FIGS. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals, and a duplicate description is omitted.
[0043]
In this embodiment, the SiC mixed crystal semiconductor region 82 is formed in the channel region immediately below the gate insulating film 18. In this case, heat generated in the channel region can be efficiently dissipated to the semiconductor substrate 11 side, and thermal destruction is prevented.
[0044]
In FIG. 10, if a silicide block region is provided in a part of the high-concentration diffusion layer 51, higher resistance to surge is realized. Further, as described with reference to FIG. 8, if a SiC mixed crystal semiconductor region is provided in the silicide block region, an increase in the lattice temperature of the silicide block region can be suppressed.
[0045]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 11, parts corresponding to those in FIGS. 1 and 8 are denoted by the same reference numerals, and a part of overlapping description is omitted.
[0046]
In this embodiment, a SiC mixed crystal semiconductor region 82 is formed in both the channel region and the silicide block region 14. In this case, the silicide block region 14 may be an extension region or a high-concentration diffusion layer, and these are determined according to the amount of surge and the restriction of the chip area.
[0047]
Each of the above embodiments is applied to a so-called GGMOSFET (Gate-Grounded Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor) type ESD protection element that clamps the potentials of the gate and source diffusion layers. However, the present invention can also be applied to an ESD protection element such as a resistance type other than the GGMOSFET type, a diode type, a bipolar transistor type, or a thyristor type.
[0048]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 12, parts corresponding to those in FIG.
[0049]
In the case of this embodiment, an n-well 1201 made of a donor impurity that becomes a high resistance region is formed in the upper layer region of the semiconductor substrate 11, and a high-concentration diffusion layer such as a donor impurity is formed in the n-well 1201 near the surface of the semiconductor substrate 11. Two n+ Diffusion layers 1202 and 1203 are formed at predetermined intervals. Two n+ In the n-well 1201 between the diffusion layers 1202 and 1203, a mixed crystal semiconductor region 15 such as SiGe whose thermal conductivity increases from the surface of the semiconductor substrate 11 in the depth direction is formed. The diffusion layer 1202 is connected to the input pad 20, and the diffusion layer 1203 is connected to the internal circuit 21. In this case, two n+ Heat generated in the current path between the diffusion layers 1202 and 1203 is dissipated in the deep direction of the semiconductor substrate 11.
[0050]
In the case of FIG. 12, the same effect can be obtained even if the semiconductor substrate 11, the well 1201, and the diffusion layers 1202 and 1203 are made of different conductivity types.
[0051]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 13 by taking a diode type as an example. In FIG. 13, parts corresponding to those in FIG.
[0052]
In this embodiment, the n-well 1201 on the semiconductor substrate 11 has two high-concentration diffusion layer regions, that is, p + diffusion layer 1301 and n+ Diffusion layers 1302 are formed at predetermined intervals, and a diode structure is formed inside the device. Then, a mixed crystal semiconductor region 15 such as SiGe whose thermal conductivity increases in the depth direction from the surface of the semiconductor substrate 11 is formed in a high resistance n-well 1201 between so-called pn junctions between the two diffusion layers 1301 and 1302. Has been. Also in this case, heat generated in the current path between the two diffusion layers 1301 and 1302 when a surge occurs is dissipated in the deep direction of the semiconductor substrate 11. Note that the diffusion layers 1301, 1302 and the like can be formed of different conductivity types.
[0053]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 14, taking a bipolar transistor type as an example. In FIG. 14, parts corresponding to those in FIG.
[0054]
In the case of this embodiment, two n are formed on the p-type semiconductor substrate 11.+ Diffusion layers 1401 and 1402 are formed at predetermined intervals, and a bipolar transistor structure is formed inside the device. A mixed crystal semiconductor region 15 such as SiGe whose thermal conductivity increases in the depth direction is formed between the two diffusion layers 1401 and 1402 on the surface of the semiconductor substrate 11. Also in this case, the heat generated in the current path between the two diffusion layers 1401 and 1402 when a surge occurs is dissipated in the deep direction of the semiconductor substrate 11.
[0055]
Note that the semiconductor substrate 11, the diffusion layers 1401, 1402, and the like can be formed of different conductivity types.
[0056]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 15, taking a thyristor type as an example. In FIG. 15, parts corresponding to those in FIG.
[0057]
In this embodiment, a p-type epitaxial growth layer 1501 is formed on the p-type semiconductor substrate 11, and an n-well 1502 is formed in a partial region of the epitaxial growth layer 1501. High concentration of n over both epitaxial growth layer 1501 and n-well 1502+ A diffusion layer 1503 is provided. Further, a high concentration of p is formed on the epitaxial growth layer 1501.+ Diffusion layers 1504 and n+ Diffusion layers 1505 are formed at predetermined intervals, and a high-concentration p is formed on the n-well 1502.+ Diffusion layer 1506 and n+ Diffusion layers 1507 are formed at a predetermined interval. A gate electrode 1508 is provided on the semiconductor substrate 11 between the diffusion layer 1503 and the diffusion layer 1505, and a gate insulating film 1509 is formed below the gate electrode 1508. The gate electrode 16 and the diffusion layers 1504 and 1505 and the semiconductor substrate 11 are grounded, and the diffusion layers 1506 and 1507 are connected to the signal line 22 to form a thyristor structure inside the element. A SiGe mixed crystal semiconductor region 15 is formed between a region including the boundary between the epitaxial growth layer 1501 and the n-well 1502, for example, between the diffusion layer 1505 and the diffusion layer 1506 on the semiconductor substrate 11.
[0058]
Also in this case, even when a current flows in the current path between the two diffusion layers 1505 and 1506 and heat is generated when a surge occurs, the heat is dissipated toward the deeper side of the semiconductor substrate 11.
[0059]
The semiconductor substrate 11, the well 1502, the epitaxial growth layer 1501, the diffusion layers 1503 to 1507, etc. can be configured with different conductivity types.
[0060]
In each of the embodiments described above, the mixed crystal semiconductor region whose thermal conductivity increases from the surface of the semiconductor substrate in the depth direction is provided, for example, in the whole or a part of the current path formed between the high-concentration diffusion layers. ing. However, if the cost can be reduced by simplifying the process, a mixed crystal semiconductor region can be formed on the entire surface of the semiconductor substrate.
[0061]
Further, the concentration of Ge or C in the mixed crystal semiconductor region may be continuously changed in the depth direction of the current path or may be changed stepwise. Further, when the thermal conductivity of the current path is smaller than the thermal conductivity of the semiconductor substrate, there is an effect that heat is dissipated from the current path toward the semiconductor substrate side below the current path. Therefore, the concentration of Ge or C in the mixed crystal semiconductor in the current path may be constant within a range where the thermal conductivity of the current path is smaller than the thermal conductivity of the semiconductor substrate adjacent below the current path. However, when the concentration of the mixed crystal semiconductor is continuously changed and the thermal conductivity is gradually changed, the heat transfer effect in the current path and from the current path to the semiconductor substrate side below the current path becomes larger.
[0062]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrostatic discharge protection element which improved the tolerance with respect to the thermal destruction of an ESD protection element is realizable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram illustrating characteristics of a mixed crystal semiconductor region constituting the present invention.
FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating a heat dissipation effect according to the present invention.
FIG. 4 is a process diagram for explaining a method of manufacturing an ESD protection element of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view for explaining a conventional example.
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view for explaining a conventional example.
[Explanation of symbols]
11 ... Semiconductor substrate
12a-12c ... diffusion layer
13a-13c ... Silicide
14 ... Silicide block region
15 ... Mixed crystal semiconductor region
16 ... Gate electrode
17 ... Side wall insulating film
18 ... Gate insulating film
19a, 19b ... extension area
20 ... Input pad
21 ... Internal circuit
22 ... Signal line

Claims (5)

半導体基板と、
前記半導体基板表面に離間して第1シリサイド層および第2シリサイド層が形成されているドレイン領域を形成するドレイン拡散層と、
第3シリサイド層が形成されているソース領域を形成するソース拡散層と、
前記ドレイン拡散層および前記ソース拡散層間の前記半導体基板上に絶縁膜を介して位置するゲート電極と、
前記第1シリサイド層および第2シリサイド層間の少なくとも一部に形成された、前記半導体基板厚さ方向の前記表面から離れる方向に向って熱伝導率が低い材質から高い材質へと変化する熱伝導率の遷移領域とを具備し、
前記ドレイン拡散層が前記半導体基板上に設けた入力信号線または出力信号線に接続し、前記ソース拡散層と前記ゲート電極は接地されており、
前記熱伝導率の遷移領域は、前記半導体基板表面から深い方向に向かってその下の半導体基板側にかけて、熱伝導率が連続的に大きくなることを特徴とすることを特徴とする静電放電保護素子。
A semiconductor substrate;
A drain diffusion layer forming a drain region in which a first silicide layer and a second silicide layer are formed apart from the surface of the semiconductor substrate;
A source diffusion layer forming a source region in which a third silicide layer is formed;
A gate electrode located on the semiconductor substrate between the drain diffusion layer and the source diffusion layer via an insulating film;
Thermal conductivity that changes from a material having a low thermal conductivity to a material having a high thermal conductivity in a direction away from the surface in the thickness direction of the semiconductor substrate, formed in at least part of the first silicide layer and the second silicide layer. Transition region, and
The drain diffusion layer is connected to an input signal line or an output signal line provided on the semiconductor substrate, and the source diffusion layer and the gate electrode are grounded ,
The transition region of the thermal conductivity is characterized in that the thermal conductivity is continuously increased from the surface of the semiconductor substrate toward a semiconductor substrate below the semiconductor substrate in a deep direction. element.
半導体基板と、
前記半導体基板表面部に形成された第1導電型ウエルと、
この第1導電型ウエルに間隔をもって形成された前記第1導電型と同じ導電型をもつ第1および第2の拡散層と、
前記第1および第2の拡散層で挟まれた前記第1導電型ウエルの少なくとも一部に形成された、前記半導体基板厚さ方向の前記表面から離れる方向に向って熱伝導率が低い材質から高い材質へと変化する熱伝導率の遷移領域とを具備し、
前記第1の拡散層が前記半導体基板上に設けた入力パッドに接続し、前記第2の拡散層が前記半導体基板上に設けた内部回路に接続しており、
前記熱伝導率の遷移領域は、前記半導体基板表面から深い方向に向かってその下の半導体基板側にかけて、熱伝導率が連続的に大きくなることを特徴とする静電放電保護素子。
A semiconductor substrate;
A first conductivity type well formed on the surface of the semiconductor substrate;
First and second diffusion layers having the same conductivity type as the first conductivity type formed in the first conductivity type well at intervals,
A material having a low thermal conductivity in a direction away from the surface in the thickness direction of the semiconductor substrate formed in at least a part of the first conductivity type well sandwiched between the first and second diffusion layers. A transition region of thermal conductivity that changes to a high material,
Coupled to an input pad of the first diffusion layer is provided on the semiconductor substrate, said second diffusion layer is connected to an internal circuit provided on said semiconductor substrate,
In the electrostatic discharge protection element , the thermal conductivity transition region continuously increases from the surface of the semiconductor substrate toward a deeper direction toward the semiconductor substrate below .
半導体基板と、
前記半導体基板表面部に形成された第1導電型ウエルと、
前記第1導電型ウエルに間隔をもって形成された前記第1導電型と同じ導電型の第1拡散層および前記第1導電型と相違する第2導電型の第2拡散層と、
前記第1および第2の拡散層で挟まれた前記ウエルの少なくとも一部に形成された、前記半導体基板厚さ方向の前記表面から離れる方向に向って熱伝導率が低い材質から高い材質へと変化する熱伝導率の遷移領域とを具備し、
前記第1の拡散層が前記半導体基板上に設けた入力信号線または出力信号線に接続し、前記第2の拡散層が接地されており、
前記熱伝導率の遷移領域は、前記半導体基板表面から深い方向に向かってその下の半導体基板側にかけて、熱伝導率が連続的に大きくなることを特徴とする静電放電保護素子。
A semiconductor substrate;
A first conductivity type well formed on the surface of the semiconductor substrate;
A first diffusion layer of the same conductivity type as the first conductivity type formed in the first conductivity type well with an interval, and a second diffusion layer of a second conductivity type different from the first conductivity type;
From a material having a low thermal conductivity to a material having a high thermal conductivity in a direction away from the surface in the thickness direction of the semiconductor substrate, formed in at least a part of the well sandwiched between the first and second diffusion layers. A transition region of varying thermal conductivity,
The first diffusion layer is connected to an input signal line or an output signal line provided on the semiconductor substrate, and the second diffusion layer is grounded ;
In the electrostatic discharge protection element , the thermal conductivity transition region continuously increases from the surface of the semiconductor substrate toward a deeper direction toward the semiconductor substrate below .
第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に間隔をもって形成された前記第1導電型と相違する第2導電型の第1および第2の拡散層と、
前記第1拡散層および前記第2拡散層間の前記半導体基板の少なくとも一部に形成された、前記半導体基板厚さ方向の前記表面から離れる方向に向って熱伝導率が低い材質から高い材質へと変化する熱伝導率の遷移領域とを具備し、
前記第1の拡散層が前記半導体基板上に設けた入力信号線または出力信号線に接続し、前記第2の拡散層が接地されており、
前記熱伝導率の遷移領域は、前記半導体基板表面から深い方向に向かってその下の半導 体基板側にかけて、熱伝導率が連続的に大きくなることを特徴とする静電放電保護素子。
A first conductivity type semiconductor substrate;
First and second diffusion layers of a second conductivity type different from the first conductivity type formed on the semiconductor substrate at intervals,
From a material having a low thermal conductivity to a material having a high thermal conductivity in a direction away from the surface in the thickness direction of the semiconductor substrate formed in at least a part of the semiconductor substrate between the first diffusion layer and the second diffusion layer. A transition region of varying thermal conductivity,
The first diffusion layer is connected to an input signal line or an output signal line provided on the semiconductor substrate, and the second diffusion layer is grounded ;
Transition region of the thermal conductivity, the semiconductor from the substrate surface toward a deep direction toward semiconductors substrate thereunder, electrostatic discharge protection device, characterized in that thermal conductivity increases continuously.
熱伝導率の遷移領域は、半導体基板表面から離れる方向に向ってGeの組成比が減少するSiGe、または半導体基板表面に向ってCの組成比が減少するSiCで形成されている請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の静電放電保護素子。The transition region of thermal conductivity is formed of SiGe in which the composition ratio of Ge decreases toward the direction away from the surface of the semiconductor substrate, or SiC in which the composition ratio of C decreases toward the surface of the semiconductor substrate . The electrostatic discharge protection element according to claim 1 .
JP2002228533A 2002-08-06 2002-08-06 Electrostatic discharge protection element Expired - Fee Related JP3830871B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002228533A JP3830871B2 (en) 2002-08-06 2002-08-06 Electrostatic discharge protection element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002228533A JP3830871B2 (en) 2002-08-06 2002-08-06 Electrostatic discharge protection element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004071799A JP2004071799A (en) 2004-03-04
JP3830871B2 true JP3830871B2 (en) 2006-10-11

Family

ID=32015186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002228533A Expired - Fee Related JP3830871B2 (en) 2002-08-06 2002-08-06 Electrostatic discharge protection element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3830871B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006165481A (en) 2004-12-10 2006-06-22 Toshiba Corp Semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004071799A (en) 2004-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102157522B (en) Semiconductor device
CN102903716B (en) The output buffer of combination and ESD diode device
TWI529902B (en) Electrostatic discharge protection system, structure, and manufacturing method thereof
CN112951822B (en) Semiconductor device with a semiconductor layer having a plurality of semiconductor layers
US10854710B2 (en) Semiconductor device
CN101752370B (en) Transistor-type protection device and semiconductor integrated circuit
JP2008544525A (en) Method and apparatus for improving ESD performance
JP2005045016A (en) Semiconductor integrated circuit
US5683918A (en) Method of making semiconductor-on-insulator device with closed-gate electrode
US6407445B1 (en) MOSFET-based electrostatic discharge (ESD) protection structure with a floating heat sink
JP4620282B2 (en) Semiconductor device
US6426244B2 (en) Process of forming a thick oxide field effect transistor
CN102157465A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US7342294B2 (en) SOI bipolar transistors with reduced self heating
JP2755619B2 (en) Insulated gate semiconductor device
JP3830871B2 (en) Electrostatic discharge protection element
JP2005311134A (en) Electrostatic discharge protection element
TWI703702B (en) Field effect transistor and semiconductor device
JP4504664B2 (en) Electrostatic discharge protection element and electrostatic discharge protection circuit
TWI566376B (en) Semiconductor device and method of manufacturing same
US10535583B2 (en) Electrostatic discharge protection device and fabrication method thereof
JPH1012746A (en) Semiconductor device
KR20210074159A (en) Electrostatic discharge protection device and semiconductor devices including the same
JP3486965B2 (en) Semiconductor integrated circuit device
KR20260064188A (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050127

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050329

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050530

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20050614

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20051025

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051226

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20060124

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060418

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060619

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060711

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060712

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090721

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100721

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110721

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120721

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130721

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees