JPH0567777A - ゲート保護素子を有する半導体装置 - Google Patents

ゲート保護素子を有する半導体装置

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JPH0567777A
JPH0567777A JP3252786A JP25278691A JPH0567777A JP H0567777 A JPH0567777 A JP H0567777A JP 3252786 A JP3252786 A JP 3252786A JP 25278691 A JP25278691 A JP 25278691A JP H0567777 A JPH0567777 A JP H0567777A
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gate oxide
gate
mos
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Abstract

(57)【要約】 【目的】薄いゲート酸化膜を有するMOS型トランジス
タ素子から成る半導体装置において、MOS型トランジ
スタ素子のゲート電極に高電界が印加された場合でも閾
値電圧に変動を生じることのない半導体装置を提供す
る。 【構成】半導体装置1は、MOS型トランジスタ素子
と、該MOS型トランジスタ素子に接続されたゲート保
護素子とから成る。ゲート保護素子はMOS型ダイオー
ド素子から成り、該MOS型ダイオード素子のゲート酸
化膜4はMOS型トランジスタ素子のゲート酸化膜3よ
りも薄い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MOS型トランジスタ
素子と、該MOS型トランジスタ素子に接続されたゲー
ト保護素子とから成る半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】PN接合ダイオードを半導体装置のMO
S型トランジスタ素子のゲートの静電破壊防止のために
用いることは公知である。また、PN接合ダイオードを
半導体装置の製造工程に応用することが、例えば、特公
平2−37105号公報から知られている。この公報に
は、PN接合ダイオードがMOS型トランジスタ素子の
ゲート電極の保護素子として働き、ドライエッチング工
程等において基板とウエハ上面の対抗電極との間に高電
圧が印加されたとき、MOS型トランジスタ素子のゲー
ト電極に蓄積された電荷がPN接合ダイオードを介して
基板へと放出されることが記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】PN接合ダイオードを
ゲート保護素子として使用するためには、PN接合ダイ
オードの接合耐圧がMOS型トランジスタ素子のSiO
2 から成るゲート酸化膜の絶縁破壊耐圧よりも低くなけ
ればならない。
【0004】半導体装置の高集積化に伴い、MOS型ト
ランジスタ素子のゲート酸化膜の厚さは薄くなる傾向に
あり、その結果、かかるゲート酸化膜の絶縁破壊耐圧も
低下する傾向にある。所が、PN接合ダイオードの接合
耐圧はさほど低下させることができない。そのため、P
N接合ダイオードの接合耐圧がMOS型トランジスタ素
子のゲート酸化膜の絶縁破壊耐圧よりも高くなり、PN
接合ダイオードはゲート保護素子としての機能を果たす
ことができなくなる。
【0005】MOS型トランジスタ素子のゲート酸化膜
が例えば10nmより薄い場合には、かかるゲート電極
に高電界が印加された場合でもゲート酸化膜の破壊が生
じない。その理由は、ゲート酸化膜が余りにも薄いと、
ゲート電極に高電圧が印加されてもゲート酸化膜中で電
子倍増が十分に起こることができず、従来のMOS型ト
ランジスタ素子の厚いゲート酸化膜で生じるようなゲー
ト酸化膜の破壊が起こらなくなる。しかしながら、この
ような場合にも異常が発生する。この異常はMOS型ト
ランジスタ素子の界面準位の発生等による閾値電圧の変
動といった形で現れる。
【0006】一般の論理回路では多少の閾値電圧の変動
に起因する動作上の問題は少ないが、リニア回路におい
ては閾値電圧の変動を厳しく抑制しなければならない。
【0007】従って、本発明の目的は、薄いゲート酸化
膜を有するMOS型トランジスタ素子から成る半導体装
置において、MOS型トランジスタ素子のゲート電極に
高電界が印加された場合でも閾値電圧に変動を生じるこ
とのない半導体装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
より、MOS型トランジスタ素子と、該MOS型トラン
ジスタ素子に接続されたゲート保護素子とから成る半導
体装置であって、該ゲート保護素子はMOS型ダイオー
ド素子から成り、該MOS型ダイオード素子のゲート酸
化膜はMOS型トランジスタ素子のゲート酸化膜よりも
薄いことを特徴とする半導体装置によって達成される。
図3に本発明の半導体装置の等価回路を示す。図3中、
10はMOS型トランジスタ素子を、12はゲート保護
素子であるダイオード素子を示す。
【0009】MOS型ダイオード素子のゲート酸化膜の
厚さは、MOS型トランジスタ素子のゲート酸化膜の厚
さの0.5乃至0.9倍であることが好ましい。MOS
型トランジスタ素子のゲート酸化膜に比較してMOS型
ダイオードのゲート酸化膜の厚さが薄くなり過ぎると、
MOS型トランジスタ素子を作動させるためにゲート電
極に適切な電圧を印加したとき、ゲート保護素子である
MOS型ダイオードのゲート酸化膜に電流が流れてしま
うからである。また、MOS型トランジスタ素子のゲー
ト酸化膜とMOS型ダイオードのゲート酸化膜の厚さが
同程度では、MOS型ダイオード素子がゲート保護素子
としての機能を果たさない。
【0010】MOS型トランジスタ素子のゲート電極を
延在させてMOS型ダイオード素子のゲート電極と一体
化することによって、あるいは、MOS型トランジスタ
素子のゲート電極とMOS型ダイオード素子のゲート電
極とを例えばポリシリコン層やアルミニウム配線を用い
ることによって、MOS型トランジスタ素子とMOS型
ダイオード素子とを接続することができる。
【0011】MOS型ダイオード素子のゲート酸化膜
は、MOS型トランジスタ素子のゲート酸化膜と同時に
形成した後エッチングにて所定の厚さとすることにより
形成することができるし、MOS型トランジスタ素子の
ゲート酸化膜の形成とは別個に所定の厚さに形成するこ
ともできる。
【0012】リニア回路とデジタル回路が共存する半導
体装置においては、大きな影響を被るリニア回路にのみ
本発明のゲート保護素子を設けることによって、半導体
装置の大きさの増加を回避することができる。
【0013】
【作用】ゲート酸化膜が薄くなると電子はトンネル効果
によってゲート酸化膜を通過するようになり、ゲート酸
化膜にはF−N電流が流れる。本発明の半導体装置のM
OS型トランジスタ素子及びMOS型ダイオード素子の
ゲート電極に3V程度の電圧が印加された程度ではゲー
ト酸化膜にF−N電流は流れない。10V程度の電圧が
ゲート酸化膜に印加された場合、F−N電流は、MOS
型ダイオード素子の薄いゲート酸化膜を流れ、MOS型
トランジスタ素子の厚いゲート酸化膜を流れることはな
い。従って、本発明の半導体装置に高電界が印加された
場合でも、閾値電圧に変動を生じることがない。又、F
−N電流が流れてもSiO2 膜は劣化しないので、MO
S型ダイオード素子も破壊されることがなく、その後も
保護素子として継続的に使用することができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明を図面を参照して説明するが、
本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【0015】図1に基づき、本発明の半導体装置の第1
の実施例を説明する。図1は、本発明の半導体装置の部
分断面図である。
【0016】まず、半導体基板1を選択酸化することに
よってフィールド酸化膜2を形成した後、半導体基板1
のトランジスタ素子及びダイオード素子形成領域の表面
を加熱酸化することによって、トランジスタ素子のゲー
ト酸化膜3及びダイオード素子のゲート酸化膜4を形成
する。これらのゲート酸化膜の厚さは約10nmであ
る。次にダイオード素子のゲート酸化膜をフッ酸によっ
てエッチングし、その厚さを約7nmとする。その後、
ポリシリコン層から成るゲート電極5を酸化膜3,4上
に形成する。即ち、トランジスタ素子のゲート電極を延
在させてダイオード素子のゲート電極と一体化する。以
降、従来の半導体装置の製造工程に従い、トランジスタ
素子及びダイオード素子を形成し、本発明の半導体装置
を完成させる。
【0017】次に、図2に基づき、本発明の半導体装置
の第2の実施例を説明する。図2は、本発明の半導体装
置の部分断面図である。
【0018】まず、半導体基板1を選択酸化することに
よってフィールド酸化膜2を形成した後、半導体基板1
のトランジスタ素子及びダイオード素子形成領域の表面
を加熱酸化することによって、約4nmの酸化膜を形成
する。次に、ダイオード素子形成領域の表面に形成され
た酸化膜をフッ酸にてエッチングして除去する。その
後、再び半導体基板1のトランジスタ素子及びダイオー
ド素子形成領域の表面を加熱酸化することによって、ト
ランジスタ素子のゲート酸化膜3(厚さ約10nm)及
びダイオード素子のゲート酸化膜4(厚さ約7nm)を
形成する。その後、ポリシリコン層から成るゲート電極
5,5’をそれぞれ酸化膜3,4上に形成する。図2に
示した半導体装置は、図1に示した半導体装置と、ゲー
ト電極が別々に形成されている点が異なる。ゲート電極
5及び5’は、これらのゲート電極上に層間絶縁層6を
形成して所定部分をエッチングし、更にその上にポリシ
リコン層7を形成することによって接続することができ
る。尚、ポリシリコン層7をアルミニウム配線に置き換
えることもできる。以降、従来の半導体装置の製造工程
に従い、トランジスタ素子及びダイオード素子を形成
し、本発明の半導体装置を完成させる。
【0019】
【発明の効果】ゲート酸化膜が薄くなると電子はトンネ
ル効果によってゲート酸化膜を通過するようになり、ゲ
ート酸化膜にはF−N電流が流れる。本発明の半導体装
置のMOS型トランジスタ素子及びMOS型ダイオード
素子のゲート電極に低い電界が印加された場合、ゲート
酸化膜にF−N電流は流れない。高い電界がゲート酸化
膜に印加された場合、F−N電流は、MOS型ダイオー
ド素子のゲート酸化膜を流れ、MOS型トランジスタ素
子のゲート酸化膜を流れることはない。従って、本発明
の半導体装置に高電界が印加された場合でも、閾値電圧
に変動を生じることがなく、安定した動作の半導体装置
を得ることができる。また、PN接合ダイオードをゲー
ト保護素子として使用できない半導体装置においても従
来と同様の静電破壊防止が可能となり、半導体装置の品
質や歩留まりの低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の第1の実施例を示す部分
断面図である。
【図2】本発明の半導体装置の第2の実施例を示す部分
断面図である。
【図3】本発明の半導体装置の等価回路図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 3 トランジスタ素子のゲート酸化膜 4 ダイオード素子のゲート酸化膜 5,5’ ゲート電極 6 層間絶縁膜 7 ポリシリコン層 10 トランジスタ素子 12 ダイオード素子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】MOS型トランジスタ素子と、該MOS型
    トランジスタ素子に接続されたゲート保護素子とから成
    る半導体装置であって、 該ゲート保護素子はMOS型ダイオード素子から成り、
    該MOS型ダイオード素子のゲート酸化膜はMOS型ト
    ランジスタ素子のゲート酸化膜よりも薄いことを特徴と
    する半導体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100512237B1 (ko) * 1996-11-08 2005-11-28 소니 가부시끼 가이샤 반도체장치및그제조방법과,고체촬상소자및그제조방법
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US7851891B2 (en) 2003-01-14 2010-12-14 Panasonic Corporation Semiconductor device and method for fabricating the same

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