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特許5730331BiCMOSプロセス技術における高電圧SCRMOS
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5730331
(24)【登録日】2015年4月17日
(45)【発行日】2015年6月10日
(54)【発明の名称】BiCMOSプロセス技術における高電圧SCRMOS
(51)【国際特許分類】
   H01L 27/06 20060101AFI20150521BHJP
   H01L 21/336 20060101ALI20150521BHJP
   H01L 29/78 20060101ALI20150521BHJP
   H01L 29/749 20060101ALI20150521BHJP
   H01L 21/822 20060101ALI20150521BHJP
   H01L 27/04 20060101ALI20150521BHJP
   H01L 29/06 20060101ALI20150521BHJP
【FI】
   H01L27/06 311C
   H01L29/78 301K
   H01L29/74 601A
   H01L27/04 H
   H01L29/06 301D
【請求項の数】21
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2012-551160(P2012-551160)
(86)(22)【出願日】2010年12月20日
(65)【公表番号】特表2013-518434(P2013-518434A)
(43)【公表日】2013年5月20日
(86)【国際出願番号】US2010061277
(87)【国際公開番号】WO2011093959
(87)【国際公開日】20110804
【審査請求日】2013年12月20日
(31)【優先権主張番号】12/694,872
(32)【優先日】2010年1月27日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390020248
【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】507107291
【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド
(74)【上記1名の代理人】
【識別番号】100098497
【弁理士】
【氏名又は名称】片寄 恭三
(72)【発明者】
【氏名】サミール ピー ペンハルカル
【審査官】 市川 武宜
(56)【参考文献】
【文献】 特開2009−277775(JP,A)
【文献】 特開2003−218348(JP,A)
【文献】 特開2004−031519(JP,A)
【文献】 特開2006−191069(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2006/0186467(US,A1)
【文献】 米国特許第06137140(US,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 27/06
H01L 21/336
H01L 21/822
H01L 27/04
H01L 29/06
H01L 29/749
H01L 29/78
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に形成されるSCRMOSトランジスタを含む集積回路であって、
前記基板内に形成され、第1の導電型を有するディープウェルと、
前記ディープウェル内に形成される第1のドレイン構造であって、前記第1のドレイン構造の中央に位置し、前記第1のドレイン構造の長さの半分未満まで延在する、前記第1の導電型の中央配置のドレイン拡散領域と、前記第1の導電型とは逆の第2の導電型の、前記第1のドレイン構造の各端部まで延在する第1の分散型SCR端子とを含む、前記第1のドレイン構造と、
前記第2の導電型を有し、前記第1のドレイン構造近傍の前記ディープウェル内に形成される本体領域と、
前記本体領域内に形成されるソース構造であって、前記第1の導電型のソース拡散領域と、前記第2の導電型の本体コンタクト拡散領域とを有する、前記ソース構造と、
前記第1のドレイン構造とは反対側で前記本体領域近傍の前記ディープウェル内に形成される第2のドレイン構造であって、前記ディープウェル内に形成される、前記第1の導電型の分散型ドレイン拡散領域と、前記ディープウェル内に形成される、前記第2の導電型の第2の分散型SCR端子とを含み、前記分散型ドレイン拡散領域と前記第2の分散型SCR端子との組み合わせが、前記第2のドレイン構造の各端部まで延在するようになっている、前記第2のドレイン構造と、
前記基板の上に、前記第1のドレイン構造と前記ソース構造との間の前記本体領域に重なるように形成され、前記ソース拡散領域に電気的に結合されるようになっている、第1のMOSゲートと、
前記基板の上に、前記第2のドレイン構造と前記ソース構造との間の前記本体領域に重なるように形成される、第2のMOSゲートと、
を含む、集積回路。
【請求項2】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記ディープウェル内に形成される前記第1の導電型のRESURF領域を更に含み、
前記RESURF領域が前記中央配置のドレイン拡散領域の周りに形成され、
前記RESURF領域が前記中央配置のドレイン拡散領域の下に延び、
前記RESURF領域が前記本体領域から横方向に離され、更に、
前記RESURF領域のドーピング濃度が、前記RESURF領域と前記本体領域との間の前記ディープウェルのドーピング濃度より少なくとも2倍高い、集積回路。
【請求項3】
請求項2に記載の集積回路であって、
前記RESURF領域が前記第1のドレイン構造を横方向に囲む、集積回路。
【請求項4】
請求項3に記載の集積回路であって、
前記第2のドレイン構造を横方向に囲む第2のRESURF領域を更に含む、集積回路。
【請求項5】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記第1の導電型がN型の導電性であり、前記第2の導電型がP型の導電性である、集積回路。
【請求項6】
請求項1に記載の集積回路であって、
前記第1の導電型がP型の導電性であり、前記第2の導電型がN型の導電性である、集積回路。
【請求項7】
SCRMOSトランジスタを含む集積回路であって、
第1の導電型を有するディープウェルと、
前記ディープウェル内に形成される第1のドレイン構造であって、前記第1のドレイン構造の中央に位置し、前記第1のドレイン構造の長さの半分未満まで延在し、前記ディープウェルと同じ導電型を有する、中央配置のドレイン拡散領域と、前記ディープウェルと反対の導電型を有し、前記第1のドレイン構造の各端部まで延在する、第1の分散型SCR端子とを有する、前記第1のドレイン構造と、
前記第1のドレイン構造近傍の前記ディープウェル内に形成され、前記ディープウェルと反対の導電型を有する、本体領域と、
前記本体領域内に形成されるソース構造であって、前記ディープウェルと同じ導電型を有するソース拡散領域と、前記ディープウェルと反対の導電型を有する本体コンタクト拡散領域とを有する、前記ソース構造と、
前記第1のドレイン構造とは反対側で前記本体領域近傍の前記ディープウェル内に形成される第2のドレイン構造であって、前記ディープウェル内に形成され、前記ディープウェルと同じ導電型を有する、分散型ドレイン拡散領域と、前記ディープウェル内に形成され、前記ディープウェルと反対の導電型を有する、第2の分散型SCR端子とを有し、前記分散型ドレイン拡散領域と前記第2の分散型SCR端子との組み合わせが、前記第2のドレイン構造の各端部まで延在するようになっている、前記第2のドレイン構造と、
前記ディープウェルの上に、前記第1のドレイン構造と前記ソース構造との間の前記本体領域に重なるように形成され、前記ソース拡散領域に電気的に結合されるようになっている、第1のMOSゲートと、
前記ディープウェルの上に、前記第2のドレイン構造と前記ソース構造との間の前記本体領域に重なるように形成される、第2のMOSゲートと、
を含む、集積回路。
【請求項8】
請求項7に記載の集積回路であって、
前記ディープウェル内に形成されるRESURF領域を更に含み、
前記RESURF領域が前記ディープウェルと同じ導電型を有し、
前記RESURF領域が前記中央配置のドレイン拡散領域の周りに形成され、
前記RESURF領域が前記中央配置のドレイン拡散領域の下に延び、
前記RESURF領域が前記本体領域から横方向に離され、
前記RESURF領域のドーピング濃度が、前記RESURF領域と前記本体領域との間の前記ディープウェルのドーピング濃度より少なくとも2倍高い、集積回路。
【請求項9】
請求項8に記載の集積回路であって、
前記RESURF領域が前記第1のドレイン構造を横方向に囲む、集積回路。
【請求項10】
請求項9に記載の集積回路であって、
前記第2のドレイン構造を横方向に囲む第2のRESURF領域を更に含む、集積回路。
【請求項11】
請求項7に記載の集積回路であって、
前記ディープウェルがN型導電性であり、前記中央配置のドレイン拡散領域がN型導電性であり、前記第1の分散型SCR端子がP型導電性であり、前記本体領域がP型導電性であり、前記ソース拡散領域がN型導電性であり、前記分散型ドレイン拡散領域がN型導電性であり、前記第2の分散型SCR端子がP型導電性である、集積回路。
【請求項12】
請求項7に記載の集積回路であって、
前記ディープウェルがP型導電性であり、前記中央配置のドレイン拡散領域がP型導電性であり、前記第1の分散型SCR端子がN型導電性であり、前記本体領域がN型導電性であり、前記ソース拡散領域がP型導電性であり、前記分散型ドレイン拡散領域がP型導電性であり、前記第2の分散型SCR端子がN型導電性である、集積回路。
【請求項13】
SCRMOSトランジスタを含む集積回路を形成するプロセスであって、前記プロセスが、
所与の導電型のディープウェルを半導体基板内に形成することと、
逆の導電型の本体領域を前記ディープウェル内に形成することと、
前記基板の上に、前記本体領域の第1の側に重なるように第1のMOSゲートを形成することと、
前記基板の上に、前記第1のMOSゲートとは反対側で前記本体領域の第2の側に重なるように第2のMOSゲートを形成することと、
前記本体領域とは反対側で前記第1のMOSゲート近傍の前記ディープウェル内に第1のドレイン構造を形成することであって、前記第1のドレイン構造を形成することが、前記基板内に中央配置のドレイン拡散領域を形成することであって、前記中央配置のドレイン拡散領域が前記ディープウェルと同じ導電型を有するように、かつ、前記中央配置のドレイン拡散領域が前記第1のドレイン構造内の中央に位置し、前記第1のドレイン構造の長さの半分未満まで延在するようにする、前記中央配置のドレイン拡散領域を形成することと、前記基板内に第1の分散型SCR端子を形成することであって、前記第1の分散型SCR端子が前記ディープウェルとは逆の導電型を有するように、かつ、前記第1の分散型SCR端子が前記第1のドレイン構造の各端部まで延在するようにする、前記第1の分散型SCR端子を形成することとを含む、前記第1のドレイン構造を形成することと、
前記第1のMOSゲートと前記第2のMOSゲートとの間の前記本体領域内にソース構造を形成することであって、前記所与の導電型のソース拡散領域を形成することと、前記逆の導電型の本体コンタクト拡散領域を形成することとを含む、前記ソース構造を形成することと、
前記本体領域とは反対側で前記第2のMOSゲート近傍の前記ディープウェル内に第2のドレイン構造を形成することであって、前記所与の導電型の分散型ドレイン拡散領域を前記ディープウェル内に形成することと、前記逆の導電型の第2の分散型SCR端子を前記ディープウェル内に形成することとを含み、前記分散型ドレイン拡散領域と前記第2の分散型SCR端子との組み合わせが前記第2のドレイン構造の各端部まで延在するようにする、前記第2のドレイン構造を形成することと、
前記第1のMOSゲートが前記ソース拡散領域に電気的に結合されるように電気的結合要素を形成することと、
を含む、プロセス。
【請求項14】
請求項13に記載のプロセスであって、
前記所与の導電型のRESURF領域を前記ディープウェル内に形成することを更に含み、
前記RESURF領域が前記中央配置のドレイン拡散領域の周りに形成され、
前記RESURF領域が前記中央配置のドレイン拡散領域の下に延び、
前記RESURF領域が前記本体領域から横方向に離され、更に、
前記RESURF領域のドーピング濃度が、前記RESURF領域と前記本体領域との間の前記ディープウェルのドーピング濃度より少なくとも2倍高い、プロセス。
【請求項15】
請求項14に記載のプロセスであって、
前記RESURF領域を形成する前記プロセスが、前記RESURF領域が前記第1のドレイン構造を横方向に囲むように行われる、プロセス。
【請求項16】
請求項15に記載のプロセスであって、
前記第2のドレイン構造を横方向に囲むように第2のRESURF領域を形成することを更に含む、プロセス。
【請求項17】
請求項16に記載のプロセスであって、
前記所与の導電型がN型の導電性であり、前記逆の導電型がP型の導電性である、プロセス。
【請求項18】
請求項16に記載のプロセスであって、
前記所与の導電型がP型の導電性であり、前記逆の導電型がN型の導電性である、プロセス。
【請求項19】
請求項13に記載のプロセスであって、
前記ディープウェルを形成するステップが前記基板内に不純物をイオン注入することにより行われ、
前記本体領域を形成するステップが前記基板内に不純物をイオン注入することにより行われ、
前記中央配置のドレイン拡散領域を形成するステップが前記基板内に不純物をイオン注入することにより行われ、
前記第1の分散型SCR端子を形成するステップが前記基板内に不純物をイオン注入することにより行われ、
前記ソース拡散領域を形成するステップが前記基板内に不純物をイオン注入することにより行われ、
前記本体コンタクト拡散領域を形成するステップが前記基板内に不純物をイオン注入することにより行われ、
前記分散型ドレイン拡散領域を形成するステップが前記基板内に不純物をイオン注入することにより行われ、
前記第2の分散型SCR端子を形成するステップが前記基板内に不純物をイオン注入することにより行われる、プロセス。
【請求項20】
請求項16に記載のプロセスであって、
前記中央配置のドレイン拡散領域を形成するステップと、前記ソース拡散領域を形成するステップと、前記分散型ドレイン拡散領域を形成するステップとが、同時に行われる、プロセス。
【請求項21】
請求項20に記載のプロセスであって、
前記第1の分散型SCR端子を形成するステップと、前記本体コンタクト拡散領域を形成するステップと、前記第2の分散型SCR端子を形成するステップとが、同時に行われる、プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は集積回路の分野に関し、更に特定的には本発明は集積回路内のMOSトランジスタに関する。
【背景技術】
【0002】
シリコン制御整流器(SCR)デバイスに一体化された金属酸化物半導体(MOS)トランジスタはSCRMOSトランジスタとして知られるが、ESD事象等の高電圧過渡現象により信頼性低下を呈することがある。高電圧過渡現象の間、軽度にドープされた領域内に電荷キャリアが局所的に注入され、注入箇所で電圧低下を起こし、それが更なる電荷キャリア注入につながりうる。このメカニズムによる局所的電荷キャリア注入はデバイス損傷を引き起こしうる。
【発明の概要】
【0003】
集積回路が、SCRデバイスに一体化されたMOSトランジスタであるSCRMOSトランジスタを有しうる。このMOSトランジスタは2つ以上のドレイン構造を有する。ドレイン構造の全部ではないが少なくとも1つが中央配置のドレイン拡散領域と分散型SCR端子とを有する。中央配置のドレイン拡散領域を有する各ドレイン構造近傍のMOSゲートが、対応する近傍のソース拡散領域に電気的に結合される。
【0004】
本発明の代表的な態様の例示の実施形態を付図を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【0005】
図1】第1の実施形態に従って形成されるNチャネルSCRMOSトランジスタを有する集積回路の平面図である。
【0006】
図2A図1の切断線A−Aに沿って切断された断面図であり、図1に示すような集積回路の製造方法のステップを示す。
図2B図1の切断線A−Aに沿って切断された断面図であり、図1に示すような集積回路の製造方法のステップを示す。
図2C図1の切断線A−Aに沿って切断された断面図であり、図1に示すような集積回路の製造方法のステップを示す。
【0007】
図3】第2の実施形態に従って形成されるNチャネルSCRMOSトランジスタを有する集積回路の平面図である。
【0008】
図4】第3の実施形態に従って形成されるNチャネルSCRMOSトランジスタを有する集積回路の平面図である。
【0009】
図5】第4の実施形態に従って形成されるNチャネルSCRMOSトランジスタを有する集積回路の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
集積回路が2つ以上のドレイン構造を有するSCRMOSトランジスタを有しうる。SCRMOSトランジスタのドレイン構造は、MOSトランジスタのドレイン拡散領域と、SCR端子とを有し、SCR端子はSCRMOSトランジスタの極性に応じて、アノード拡散領域又はカソード拡散領域のいずれかである。SCRのアノード拡散領域又はカソード拡散領域は、MOSトランジスタのドレイン拡散領域とは逆の導電型を有する。ドレイン構造の全部ではないが少なくとも1つが中央配置のドレイン拡散領域と分散型SCR端子とを有する。局在化された各MOSドレイン拡散領域近傍のMOSゲートが、対応する近傍のMOSソース拡散領域に電気的に結合される。
【0011】
本明細書のの目的のため、RESURF領域は、空乏領域近傍の半導体又は誘電体領域を指し、空乏領域が、空乏領域に印加される電界とは異なる方向に更に空乏化させる領域を意味することが理解されるであろう。
【0012】
図1は第1の実施形態に従って形成されるNチャネルSCRMOSトランジスタを有する集積回路の平面図である。集積回路1000が半導体基板1002内又は上に形成される。一般的にディープNウェル1004として知られるN型のディープウェル1004が基板1002内に形成される。明確にするために図1にはフィールド酸化物の要素が描がれていない。第1のドレイン構造1006がN型の中央配置のドレイン拡散領域1008及びP型の第1の分散型SCR端子1010を有する。中央配置のドレイン拡散領域1008は第1のドレイン構造1006の中央に位置し、第1のドレイン構造1006の長さの半分未満まで延在する。本実施形態の1つの実現例では、中央配置のドレイン拡散領域1008は第1のドレイン構造1006の3分の1未満まで延在する。第1の分散型SCR端子1010は第1のドレイン構造1006の各端部まで延在する。
【0013】
第2のドレイン構造1012及び任意選択的な第3のドレイン構造1014がディープNウェル1004内に、第1のドレイン構造1006から横方向に離されて形成される。第2のドレイン構造1012、及び存在する場合は第3のドレイン構造1014は、N型の分散型ドレイン拡散領域1016及びP型の第2の分散型SCR端子1018を有する。分散型ドレイン拡散領域1016は、第2のドレイン構造1012の及び存在する場合第3のドレイン構造1014の実質的に各端部まで延在する。本実施形態の別の実現例では、第2のドレイン構造1012及び存在する場合は第3のドレイン構造1014の、ドレイン拡散領域及びSCR端子が図1に描かれたものとは異なって構成されてもよい。
【0014】
第1のドレイン構造1006と第2のドレイン構造1012との間のディープNウェル1004内にP型の第1の本体領域1020が形成される。第1のMOSゲート1022が、第1のドレイン構造1006近傍に第1の本体領域1020に重なって基板1002の上に形成される。第2のMOSゲート1024が、第2のドレイン構造1012近傍に第1の本体領域1020に重なって基板1002の上に形成される。明確にするために図1にはサイドウォールスペーサが示されていない。明確にするために図1にはフィールドプレートが示されていない。
【0015】
第1のソース構造1026が第1の本体領域1020内に形成される。第1のソース構造1026は、N型のソース拡散領域1028及びP型の本体コンタクト拡散領域1030を有する。ソース拡散領域及び本体コンタクト拡散領域の構成が異なる第1のソース構造の他の実現例も本実施形態の範囲内である。
【0016】
第1の分散型SCR端子1010は、NチャネルSCRMOSトランジスタの第1のSCRのアノードを形成する。中央配置のドレイン拡散領域1008、及び第1のドレイン構造1006と第1のソース構造1026との間のディープNウェル1004の領域は第1のSCRのN型の内部ノードを形成する。第1の本体領域1020は第1のSCRのP型の内部ノードを形成する。第1のソース構造1026内のソース拡散領域1028は第1のSCRのカソードを形成する。
【0017】
第1のドレイン構造1006と第1の本体領域1020との間、及び第2のドレイン構造1012と第1の本体領域1020との間の横方向の間隔は、第1のドレイン構造1006と第1のソース構造1026との間のブレークダウンが第2のドレイン構造1012と第1のソース構造1026との間のブレークダウンよりも起こり易いように調整される。
【0018】
第3のドレイン構造1014が存在する場合、第1のドレイン構造1006と第3のドレイン構造1014との間のディープNウェル1004内にP型の第2の本体領域1032が形成される。第1のドレイン構造1006近傍に第2の本体領域1032に重なって基板1002の上に第3のMOSゲート1034が形成される。第3のドレイン構造1014近傍に第2の本体領域1032に重なって基板1002の上に第4のMOSゲート1036が形成される。第2の本体領域1032内に第2のソース構造1038が形成される。第2のソース構造1038はソース拡散領域1028及び本体コンタクト拡散領域1030を含む。第1のドレイン構造1006と第2の本体領域1032との間、及び第3のドレイン構造1014と第2の本体領域1032との間の横方向の間隔は、第1のドレイン構造1006と第2のソース構造1038との間のブレークダウンが、第3のドレイン構造1014と第2のソース構造1038との間のブレークダウンよりも起こり易いように調整される。第1の分散型SCR端子1010は、NチャネルSCRMOSトランジスタの第2のSCRのアノードを形成する。中央配置のドレイン拡散領域1008、及び第1のドレイン構造1006と第2のソース構造1038との間のディープNウェル1004の領域は、第2のSCRのN型の内部ノードを形成する。第2の本体領域1032は第2のSCRのP型の内部ノードを形成する。第2のソース構造1038のソース拡散領域1028は第2のSCRのカソードを形成する。
【0019】
図1に概略的に図示されているように、第1のMOSゲート1022は、カプラー1040によって第1のソース構造1026内のソース拡散領域1028に電気的に結合されて、第1のMOSゲート1022の下での反転層の形成を防止する。存在する場合第3のMOSゲート1034は、カプラー1040によって第2のソース構造1038内のソース拡散領域1028に電気的に結合されて、第3のMOSゲート1034の下での反転層の形成を防止する。
【0020】
集積回路1000の動作中、第1のドレイン構造1006と第1のソース構造1026との間、又は第1のドレイン構造1006と存在する場合第2のソース構造1038との間で、例えば静電気放電(ESD)事象で起こりうるような、ブレークダウンが生じうる。ブレークダウン電流は、第1のドレイン構造1006と第1のソース構造1026との間、又は第1のドレイン構造1006と存在する場合第2のソース構造1038との間で、電流フィラメントが形成される前にSCR電流を引き起こしうる。
【0021】
第1及び第2のドレイン構造、ソース構造、及びSCRMOSトランジスタのその他の要素が図1に示されたものとは異なる構成のSCRMOSトランジスタの実現例も本実施形態の範囲である。
【0022】
なお、ドーパントの極性を適宜変更することで、PチャネルのSCRMOSトランジスタが図1を参照して説明したように集積回路内に形成されてもよいことが認識されるであろう。
【0023】
図2A〜2Cは、図1に示すような集積回路の製造におけるステップを示す。
【0024】
図2Aを参照すると、集積回路2000が半導体基板2002の内又は上に形成される。半導体基板2002は、単結晶シリコンウエハ、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)ウエハ、異なる結晶配向の領域を持つハイブリッド・オリエンテーション・テクノロジ(HOT)ウエハ、又は集積回路2000の製造に適切な他の材料でありうる。本実施形態では、SCRMOSトランジスタのために画定される領域内の基板2002の上部層はP型である。例えば、リン、砒素、及びアンチモン等のN型のドーパントを基板2002にイオン注入することによって、ディープNウェル2004が基板2002内に形成される。本実施形態の1つの実現例では、ドーズ量1×1012〜1×1013の原子/cm2のリンを、50keV〜3MeVのエネルギーでイオン注入を行ってディープNウェル2004が形成され、その後、集積回路に1050℃超の温度で4時間超の間アニーリングを行ってもよい。本実施形態の1つの実現例では、ディープNウェル2004のドーピング濃度が、1×1015〜1×1017原子/cm3の間であってよい。ディープNウェル2004を形成するための他のプロセスも本実施形態の範囲内である。明確にするために図2A図2Cではフィールド酸化物の要素が示されていない。
【0025】
例えば、ボロン及び場合によってはガリウム等のP型のドーパントを基板2002にイオン注入することによって、ソースエリア内にP型の本体領域2006が形成される。本実施形態の1つの実現例では、ドーズ量5×l013〜5×l014の原子/cm2のボロンを、200keV〜500keVのエネルギーでイオン注入を行うことによって本体領域2006が形成されてもよい。本実施形態の1つの実現例では、本体領域2006のドーピング濃度が5×l016〜l×l018原子/cm3であってよい。
【0026】
図2Bを参照すると、本体領域2006に重なって、基板2002の上部表面上にゲート誘電体層2008が形成される。ゲート誘電体層2008は、二酸化シリコン(SiO2)、酸化窒化シリコン(SiON)、酸化アルミニウム(A12O3)、酸化窒化アルミニウム(AlON)、酸化ハフニウム(HfO)、ハフニウムシリケート(HfSiO)、ハフニウム酸化窒化シリコン(HfSiON)、酸化ジルコニウム(ZrO)、ジルコニウムシリケート(ZrSiO)、ジルコニウム酸化窒化シリコン(ZrSiON)、これらの材料の組み合わせ、又は他の絶縁材料、の1層又は複数層であってよい。ゲート誘電体層2008は50℃〜800℃の温度の窒素含有プラズマ又は窒素含有雰囲気ガスへ曝された結果として窒素を含んでもよい。ゲート誘電体層2008は、典型的には3〜15ナノメートルの厚みである。ゲート誘電体層2008は、例えば熱酸化、酸化層のプラズマ窒化、及び/又は原子層堆積法(ALD)による誘電体材料堆積等の、種々のゲート誘電体形成プロセスのいずれかによって形成されうる。
【0027】
本体領域2006の第1の側に重なって、ゲート誘電体層2008の上部表面上に第1のMOSゲート2010が形成される。第1のMOSゲート2010の反対側で本体領域2006の第2の側に重なって、ゲート誘電体層2008の上部表面上に第2のMOSゲート2012が形成される。第1のMOSゲート2010及び第2のMOSゲート2012は、ポリシリコンとして通常知られる多結晶シリコン、窒化チタン、又は電気的に導電性の他の材料で形成されうる。本実施形態の幾つかの実現例では、ポリシリコンで形成されるMOSゲート2010、2012は、部分的に又は完全に、ニッケルシリサイド、コバルトシリサイド、チタンシリサイド、及プラチナシリサイド等の金属シリサイドに変換されてもよい。明確にするために図2B図2Cにはフィールドプレートが示されていない。明確にするために図2B図2Cにはサイドウォールスペーサが示されていない。
【0028】
図2Cを参照すると、第1のドレイン構造2014がN型の中央配置のドレイン拡散領域2016及びP型の第1の分散型SCR端子2018を有する。中央配置のドレイン拡散領域2016及び第1の分散型SCR端子2018は、本体領域2006とは反対側で第1のMOSゲート2010近傍のディープNウェル2004内に形成される。第2のドレイン構造2020がN型の分散型ドレイン拡散領域2022及びP型の第2の分散型SCR端子2024を有する。分散型ドレイン拡散領域2022及び第2の分散型SCR端子2024は本体領域2006とは反対側で第2のMOSゲート2012近傍のディープNウェル2004内に形成される。分散型ドレイン拡散領域2022は第2のドレイン構造2020の実質的に各端部まで延在する。
【0029】
中央配置のドレイン拡散領域2016及び分散型ドレイン拡散領域2022は、N型のドーパントを基板2002にイオン注入することによって形成されてもよい。本実施形態の1つの実現例では、中央配置のドレイン拡散領域2016は、5×l014〜5×l015原子/cm2のドーズ量の砒素を20keV〜60keVのエネルギーでイオン注入すること、及び5×l013〜5×l014原子/cm2のドーズ量のリンを50keV〜100keVのエネルギーでイオン注入することにより形成されてもよい。
【0030】
第1の分散型SCR端子2018及び第2の分散型SCR端子2024は、P型のドーパントを基板2002にイオン注入することによって形成されてもよい。本実施形態の1つの実現例では、第1の分散型SCR端子2018及び第2の分散型SCR端子2024は、l×l015〜4×l015原子/cm2のドーズ量のボロンを、5keV〜15keVのエネルギーでイオン注入することにより形成されてもよい。
【0031】
第1のMOSゲート2010と第2のMOSゲート2012との間の本体領域2006内に第1のソース構造2026が形成される。第1のソース構造2026は、N型のソース拡散領域2028及びP型の本体コンタクト拡散領域2030を有する。本実施形態の1つの実現例では、ソース拡散領域2028は、中央配置のドレイン拡散領域2016及び分散型ドレイン拡散領域2022と同時に形成される。本実施形態の1つの実現例では、本体コンタクト拡散領域2030は、第1の分散型SCR端子2018及び第2の分散型SCR端子2024と同時に形成される。ソース拡散領域及び本体コンタクト拡散領域の構成が異なる第1のソース構造の他の実現例も本実施形態の範囲内である。
【0032】
なお、ドーパントの極性を適宜変更することで、PチャネルのSCRMOSトランジスタが図2A〜2Cを参照して説明したように集積回路内に形成されてもよいことが認識されるであろう。
【0033】
図3は第2の実施形態に従って形成されるNチャネルSCRMOSトランジスタを有する集積回路を示す。集積回路3000が図2Aを参照して説明したように半導体基板3002内及び上に形成される。ディープNウェル3004が図2Aを参照して説明したように基板3002内に形成される。明確にするために図3にはフィールド酸化物の要素が描かれていない。第1のドレイン構造3006が、図2Cを参照して説明したようにディープNウェル3004内に形成されたN型の中央配置のドレイン拡散領域3008及びP型の第1の分散型SCR端子3010を有する。中央配置のドレイン拡散領域3008は第1のドレイン構造3006内の中央に位置し、第1のドレイン構造3006の長さの半分未満まで延在する。本実施形態の1つの実現例では、中央配置のドレイン拡散領域3008は第1のドレイン構造3006の3分の1未満まで延在する。第1の分散型SCR端子3010は第1のドレイン構造3006の各端部まで延在する。
【0034】
例えば、N型のドーパントを基板3002にイオン注入すること等によって、N型のRESURF領域3012が中央配置のドレイン拡散領域3008の周りに形成される。RESURF領域3012は中央配置のドレイン拡散領域3008の下に延在する。本実施形態の1つの実現例では、RESURF領域3012は、2×1013〜6×1013原子/cm2のドーズ量のリンを、250keV〜500keVのエネルギーでイオン注入することによって形成されてもよい。本実施形態では、RESURF領域3012は第1のドレイン構造3006を囲んでいない。
【0035】
第2のドレイン構造3014及び任意選択的な第3のドレイン構造3016が、第1のドレイン構造3006から横方向に離されて、ディープNウェル3004内に形成される。第2のドレイン構造3014、及び存在する場合第3のドレイン構造3016は、N型の分散型ドレイン拡散領域3018及びP型の第2の分散型SCR端子3020を有する。分散型ドレイン拡散領域3018は、第2のドレイン構造3014の、及び存在する場合第3のドレイン構造3016の実質的に各端部まで延在する。本実施形態の別の実現例では、第2のドレイン構造3014の及び存在する場合第3のドレイン構造3016のドレイン拡散領域及びSCR端子の構成が図3に示すものとは異なっていてもよい。
【0036】
P型の第1の本体領域3022が、図2Aを参照して説明したように、第1のドレイン構造3006と第2のドレイン構造3014との間のディープNウェル3004内に形成される。第1のドレイン構造3006近傍に第1の本体領域3022に重なって基板3002の上に第1のMOSゲート3024が形成される。第2のドレイン構造3014近傍に第1の本体領域3022に重なって基板3002の上に第2のMOSゲート3026が形成される。MOSゲート3024、3026は図2Bを参照して説明したように形成される。明確にするために図3にはサイドウォールスペーサが示されていない。明確にするために図3にはフィールドプレートが示されていない。
【0037】
RESURF領域3012は第1の本体領域3022から横方向に離される。RESURF領域3012のドーピング濃度は、RESURF領域3012と第1の本体領域3022との間のディープNウェル3004のドーピング濃度より少なくとも2倍高くてよい。本実施形態の1つの実現例では、RESURF領域3012のドーピング濃度が1×1013原子/cm2より高い。本実施形態の1つの実現例では、RESURF領域3012のドーピング濃度は、RESURF領域3012と第1の本体領域3022との間のディープNウェル3004のドーピング濃度の5〜50倍でありうる。
【0038】
第1のソース構造3028が、図2Cを参照して説明したように、第1の本体領域3022内に形成される。第1のソース構造3028は、N型のソース拡散領域3030及びP型の本体コンタクト拡散領域3032を有する。ソース拡散領域及び本体コンタクト拡散領域の構成が異なる第1のソース構造の他の実現例も本実施形態の範囲内である。
【0039】
第1のドレイン構造3006と第1の本体領域3022との間、及び第2のドレイン構造3014と第1の本体領域3022との間の横方向の間隔は、第1のドレイン構造3006と第1のソース構造3028との間のブレークダウンが、第2のドレイン構造3014と第1のソース構造3028との間のブレークダウンよりも起こり易いように調整される。
【0040】
第3のドレイン構造3016が存在する場合は、P型の第2の本体領域3034が、第1のドレイン構造3006と第3のドレイン構造3016との間のディープNウェル3004内に形成される。第1のドレイン構造3006近傍に第2の本体領域3034に重なって基板3002の上に第3のMOSゲート3036が形成される。第3のドレイン構造3016近傍に第2の本体領域3034に重なって基板3002の上に第4のMOSゲート3038が形成される。第2のソース構造3040が第2の本体領域3034内に形成される。第2のソース構造3040はソース拡散領域3030及び本体コンタクト拡散領域3032を含む。第1のドレイン構造3006と第2の本体領域3034との間、及び第3のドレイン構造3016と第2の本体領域3034との間の横方向の間隔は、第1のドレイン構造3006と第2のソース構造3040との間のブレークダウンが第3のドレイン構造3016と第2のソース構造3040との間のブレークダウンより起こり易いように調整される。
【0041】
第1のMOSゲート3024は、図3に概略的に示すように、カプラー3042によって第1のソース構造3028内のソース拡散領域3030に電気的に結合されて、第1のMOSゲート3024の下での反転層の形成を防止する。存在する場合は第3のMOSゲート3036は、カプラー3042によって第2のソース構造3040内のソース拡散領域3030に電気的に結合されて、第3のMOSゲート3036の下での反転層の形成を防止する。
【0042】
集積回路3000の動作中、第1のドレイン構造3006と第1のソース構造3028との間、又は第1のドレイン構造3006と存在する場合第2のソース構造3040との間で、例えば静電気放電(ESD)事象等で起こりうるような、ブレークダウンが起こりうる。ブレークダウンの間、RESURF領域3012とディープNウェル3004との間の境界で及び境界の近傍で衝突電離が起こり得、ソース拡散領域3030に向かって移動する正孔、及びRESURF領域3012を通り中央配置のドレイン拡散領域3008に向かって移動する電子が生成されうる。RESURF領域3012を通って移動する電子は、中央配置のドレイン拡散領域3008とソース拡散領域3030との間の電位差を拡大させ、中央配置のドレイン拡散領域3008とソース拡散領域3030との間の総電流と電圧差との間で正の抵抗関係が生じ、それによってSCRMOSトランジスタ内の電流フィラメントの形成が低減されうる。ブレークダウン電流が、第1のドレイン構造3006と第1のソース構造3028との間、又は第1のドレイン構造3006と存在する場合第2のソース構造3040との間で、電流フィラメントが形成される前にSCR電流を引き起こしうる。
【0043】
第1及び第2のドレイン構造、ソース構造、及びSCRMOSトランジスタの他の要素の構成が図3に描かれたものと異なるSCRMOSトランジスタの実現例も本実施形態の範囲内である。なお、ドーパントの極性を適宜変更することで、PチャネルのSCRMOSトランジスタが図3を参照して説明したように集積回路内に形成されてもよいことが認識されるであろう。
【0044】
図4は第3の実施形態に従って形成されるNチャネルSCRMOSトランジスタを有する集積回路を示す。明確にするために図4にはフィールド酸化物、フィールドプレート、及びサイドウォールスペーサの要素が描かれていない。集積回路4000が、図2Aを参照して説明したように、半導体基板4002内及び上に形成される。ディープNウェル4004が図2Aを参照して説明したように、基板4002内に形成される。第1のドレイン構造4006が、図2Cを参照して説明したように、ディープNウェル4004内に形成されたN型の中央配置のドレイン拡散領域4008及びP型の第1の分散型SCR端子4010を有する。N型のRESURF領域4012が、第1のドレイン構造4006を横方向に囲むように図3を参照して説明したように形成される。RESURF領域4012は中央配置のドレイン拡散領域4008の下に延在する。
【0045】
第2のドレイン構造4014が、ディープNウェル4004内に第1のドレイン構造4006から横方向に離されて形成される。第2のドレイン構造4014は、分散型のN型のドレイン拡散領域4016及びP型の第2の分散型SCR端子4018を有する。分散型ドレイン拡散領域4016は、第2のドレイン構造4014の実質的に各端部まで延在する。本実施形態の別の実現例では、第2のドレイン構造4014のドレイン拡散領域及びSCR端子が図4に図示したものとは異なって構成されてもよい。
【0046】
P型の本体領域4020が、図2Aを参照して説明したように、第1のドレイン構造4006と第2のドレイン構造4014との間のディープNウェル4004内に形成される。第1のドレイン構造4006近傍に本体領域4020に重なって基板4002の上に第1のMOSゲート4022が形成される。第2のドレイン構造4014近傍に本体領域4020に重なって基板4002の上に第2のMOSゲート4024が形成される。MOSゲート4022、4024は、図2Bを参照して説明したように形成される。RESURF領域4012は本体領域4020から横方向に離される。RESURF領域4012のドーピング濃度は、図3を参照して説明した通りである。
【0047】
ソース構造4026が、図2Cを参照して説明したように、本体領域4020内に形成される。ソース構造4026はN型のソース拡散領域4028及びP型の本体コンタクト拡散領域4030を有する。ソース拡散領域及び本体コンタクト拡散領域の構成が異なるソース構造の他の実現例も本実施形態の範囲内である。
【0048】
第1のドレイン構造4006と本体領域4020との間、及び第2のドレイン構造4014と本体領域4020との間の横方向の間隔は、第1のドレイン構造4006とソース構造4026との間のブレークダウンが第2のドレイン構造4014とソース構造4026との間のブレークダウンよりも起こり易いように調整される。第1のMOSゲート4022は、カプラー4032によってソース構造4026内のソース拡散領域4028に電気的に結合されて、第1のMOSゲート4022の下での反転層の形成を防止する。
【0049】
集積回路4000の動作中、第1のドレイン構造4006とソース構造4026との間で、例えば静電気放電(ESD)事象等で起こりうるような、ブレークダウンが起こりうる。ブレークダウンの間、RESURF領域4012とディープNウェル4004との間の境界で及び境界近傍で衝突電離が起こり得、ソース拡散領域4028に向かって移動する正孔、及びRESURF領域4012を通り中央配置のドレイン拡散領域4008に向かって移動する電子が生成されうる。RESURF領域4012を通って移動する電子は、中央配置のドレイン拡散領域4008とソース拡散領域4028との間の電位差を拡大させ得、中央配置のドレイン拡散領域4008とソース拡散領域4028との間の総電流と電圧差との間で正の抵抗関係が生じ、それによってSCRMOSトランジスタ内の電流フィラメントの形成が低減されうる。ブレークダウン電流が、第1のドレイン構造4006とソース構造4026との間で、電流フィラメントが形成される前にSCR電流を引き起こしうる。
【0050】
第1及び第2のドレイン構造、ソース構造、及びSCRMOSトランジスタの他の要素の構成が図4に示したものと異なるSCRMOSトランジスタの実現例も本実施形態の範囲内である。なお、SCRMOSトランジスタが、第2のドレイン構造4014及びソース構造4026の隣接する1組を省略して図4を参照して説明したように製造されてもよく、それでもなお上述の属性を保有することが認識されるであろう。ドーパントの極性を適宜変更することで、PチャネルのSCRMOSトランジスタが図4を参照して説明したように集積回路内に形成されてもよいことが認識されるであろう。
【0051】
図5は第4の実施形態に従って形成されるSCRMOSトランジスタを有する集積回路を示す。明確にするために図5ではフィールド酸化物、フィールドプレート、及びサイドウォールスペーサの要素が示されていない。集積回路5000が、図2Aを参照して説明したように半導体基板5002内及び上に形成される。ディープNウェル5004が、図2Aを参照して説明したように基板5002内に形成される。第1のドレイン構造5006が、図2Cを参照して説明したようにディープNウェル5004内に形成されたN型の中央配置のドレイン拡散領域5008及びP型の第1の分散型SCR端子5010を有する。N型の第1のRESURF領域5012が、第1のドレイン構造5006を横方向に囲むように図3を参照して説明したように形成される。第1のRESURF領域5012は中央配置のドレイン拡散領域5008の下に延在する。
【0052】
第2のドレイン構造5014が、第1のドレイン構造5006から横方向に離れてディープNウェル5004内に形成される。第2のドレイン構造5014は、分散型のN型のドレイン拡散領域5016及びP型の第2の分散型SCR端子5018を有する。分散型ドレイン拡散領域5016は第2のドレイン構造5014の実質的に各端部まで延在する。本実施形態の別の実現例では、第2のドレイン構造5014内のドレイン拡散領域及びSCR端子が図5で示したものとは異なって構成されてもよい。N型の第2のRESURF領域5020が、第2のドレイン構造5014を横方向に囲むように図3を参照して説明したように形成され、第2のドレイン構造5014の下に延在する。
【0053】
P型の本体領域5022が、図2Aを参照して説明したように、ディープNウェル5004内に、第1のドレイン構造5006と第2のドレイン構造5014との間に形成される。第1のドレイン構造5006近傍に本体領域5022に重なって基板5002の上に第1のMOSゲート5024が形成される。第2のドレイン構造5014近傍に本体領域5022に重なって基板5002の上に第2のMOSゲート5026が形成される。MOSゲート5024、5026は、図2Bを参照して説明したように形成される。RESURF領域5012は本体領域5022から横方向に離される。RESURF領域5012のドーピング濃度は、図3を参照して説明した通りである。
【0054】
ソース構造5028が、図2Cを参照して説明したように本体領域5022内に形成される。ソース構造5028は、N型のソース拡散領域5030及びP型の本体コンタクト拡散領域5032を有する。ソース拡散領域及び本体コンタクト拡散領域の構成が異なるソース構造の他の実現例も本実施形態の範囲内である。
【0055】
第1のドレイン構造5006と本体領域5022との間、及び第2のドレイン構造5014と本体領域5022との間の横方向の間隔は、第1のドレイン構造5006とソース構造5028との間のブレークダウンが第2のドレイン構造5014とソース構造5028との間のブレークダウンよりも起こり易いように調整される。第1のMOSゲート5024は、カプラー5034によってソース構造5028内のソース拡散領域5030に電気的に結合されて、第1のMOSゲート5024の下での反転層の形成を防止する。
【0056】
集積回路5000の動作中、第1のドレイン構造5006とソース構造5028との間で、例えば静電気放電(ESD)事象等で起こりうるような、ブレークダウンが起こりうる。そのようなブレークダウン発生の間、RESURF領域5012とディープNウェル5004との間の境界及び境界の近傍で衝突電離が起こり得、ソース拡散領域5030に向かって移動する正孔、及びRESURF領域5012を通り中央配置のドレイン拡散領域5008に向かって移動する電子が生成されうる。RESURF領域5012を通って移動する電子は、中央配置のドレイン拡散領域5008とソース拡散領域5030との間の電位差を拡大させ得、中央配置のドレイン拡散領域5008とソース拡散領域5030との間の総電流と電圧差との間で正の抵抗関係が生じ、それによってSCRMOSトランジスタ内の電流フィラメントの形成が低減されうる。ブレークダウン電流がトリガとなり、第1のドレイン構造5006とソース構造5030との間で、電流フィラメントが形成される前にSCR電流が発生しうる。また、第2のドレイン構造5014とソース構造5028との間でもブレークダウンが起こりうる。そのようなブレークダウンの発生中、第1のドレイン構造5006とソース構造5028との間のブレークダウンを参照して説明したように電流フィラメントの形成が低減されうる。
【0057】
第1及び第2のドレイン構造、ソース構造、及びSCRMOSトランジスタの他の要素の構成が図5に示したものと異なるSCRMOSトランジスタの実現例も、本実施形態の範囲内である。なお、SCRMOSトランジスタが、第2のドレイン構造5014及びソース構造5028の隣接する1組を省略して図5を参照して説明したように製造されてもよく、それでもなお上述の属性を保有することが認識されるであろう。ドーパントの極性を適宜変更することで、PチャネルのSCRMOSトランジスタが図5を参照して説明したように集積回路内に形成されてもよいことが認識されるであろう。
【0058】
例示の実施形態の文脈で説明したような特徴又はステップのすべて又はその幾つかを有する例示の実施形態の文脈で説明した一つ又はそれ以上の特徴又はステップの異なる組合せを有する実施形態も、本明細書に包含されることを意図している。当業者にとっては本発明の請求の範囲内で他の多くの実施形態及び変形が可能であることが理解されるであろう。
図1
図2A
図2B
図2C
図5
図3
図4