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JP3254549B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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Publication number
JP3254549B2
JP3254549B2 JP26049295A JP26049295A JP3254549B2 JP 3254549 B2 JP3254549 B2 JP 3254549B2 JP 26049295 A JP26049295 A JP 26049295A JP 26049295 A JP26049295 A JP 26049295A JP 3254549 B2 JP3254549 B2 JP 3254549B2
Authority
JP
Japan
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region
gate electrode
wiring
protection diode
conductivity type
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP26049295A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH08162542A (en
Inventor
雅樹 勝部
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、MOSFETを用
いた半導体集積回路装置に関し、特に、長大な配線を有
するCMOS型半導体集積回路装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device using a MOSFET, and more particularly to a CMOS type semiconductor integrated circuit device having a long wiring.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路の微細化が進み、MOS
FETのゲート酸化膜が薄くなるにつれ、製造工程中に
ゲート酸化膜がダメージを受けやすくなった。ゲート酸
化膜がダメージを受けると、MOSFETのしきい値電
圧の変動や信頼性の低下等の問題が生ずる。
2. Description of the Related Art As semiconductor integrated circuits are miniaturized, MOS
As the gate oxide of FETs has become thinner, the gate oxide has become more susceptible to damage during the manufacturing process. If the gate oxide film is damaged, problems such as a change in the threshold voltage of the MOSFET and a decrease in reliability occur.

【0003】このような問題は、ゲート電極に長大な配
線が接続されている場合に発生しやすい。ゲート酸化膜
がダメージを受ける原因として、製造工程中にゲート電
極に接続されている配線が帯電し、ゲート酸化膜が絶縁
破壊されることが考えられる。
[0003] Such a problem is likely to occur when a long wiring is connected to the gate electrode. As a cause of the gate oxide film being damaged, it is considered that the wiring connected to the gate electrode is charged during the manufacturing process, and the gate oxide film is broken down.

【0004】製造工程中に配線が帯電するのは、配線層
上のレジストマスク開口部アスペクト比が高くなり、開
口内に入射する正電荷の量が電子の量を上回るためと考
えられる。高アスペクト比の開口であっても、正負電荷
の量が等しいプロセスが実現できれば、配線の帯電は防
止できる。しかしながら、このようなプロセスを実現す
ることは極めて困難である。
It is considered that the wiring is charged during the manufacturing process because the aspect ratio of the opening of the resist mask on the wiring layer is increased, and the amount of positive charges entering the opening exceeds the amount of electrons. Even if the opening has a high aspect ratio, if a process in which the amounts of positive and negative charges are equal can be realized, charging of the wiring can be prevented. However, it is very difficult to realize such a process.

【0005】ゲート酸化膜のダメージを低減するには、
ゲート電極に接続される配線の周辺長や面積を制限すれ
ばよい。しかし、これは下記の理由により現実的には困
難である。
To reduce the damage of the gate oxide film,
The peripheral length and area of the wiring connected to the gate electrode may be limited. However, this is practically difficult for the following reasons.

【0006】図12(B)は、CMOS型NAND回路
を示す。pMOSトランジスタPM1とPM2との並列
回路、及びnMOSトランジスタNM1とNM2との直
列回路が相互に直列に接続されている。
FIG. 12B shows a CMOS type NAND circuit. A parallel circuit of the pMOS transistors PM1 and PM2 and a series circuit of the nMOS transistors NM1 and NM2 are connected in series.

【0007】MOSトランジスタPM1とNM1のゲー
ト電極には、一方の入力信号IN1が与えられ、MOS
トランジスタPM2とNM2のゲート電極には、他方の
入力信号IN2が与えられている。pMOSトランジス
タPM1、PM2からなる並列回路とnMOSトランジ
スタNM1、NM2からなる直列回路との相互接続点は
出力信号OUTを形成出力する。
One input signal IN1 is applied to the gate electrodes of the MOS transistors PM1 and NM1.
The other input signal IN2 is supplied to the gate electrodes of the transistors PM2 and NM2. An interconnection point between the parallel circuit composed of the pMOS transistors PM1 and PM2 and the series circuit composed of the nMOS transistors NM1 and NM2 forms and outputs an output signal OUT.

【0008】図12(B)に示す4つのトランジスタ
は、通常、基板上の相互に近接した領域に形成される。
しかし、入力信号IN1とIN2をそれぞれ発生する前
段回路が相互に近接して形成されているとは限らない。
このため、図12(B)のNAND回路を一方の入力信
号を発生する前段回路の近傍に配置すると、他方の入力
信号用の配線が長くなる。このように、複数の入力接点
を有する回路の全ての入力用配線が短くなるように回路
配置することは困難である。
The four transistors shown in FIG. 12B are usually formed in regions adjacent to each other on the substrate.
However, the pre-stage circuits that generate the input signals IN1 and IN2 are not always formed close to each other.
Therefore, when the NAND circuit in FIG. 12B is arranged near the preceding circuit that generates one input signal, the wiring for the other input signal becomes longer. As described above, it is difficult to arrange circuits such that all input wirings of a circuit having a plurality of input contacts are short.

【0009】他の手段は、ゲート電極を保護するダイオ
ードを接続する方法である。配線に電荷が蓄積された場
合、ダイオードを介して電荷を放電させる。図12
(A)は、ゲート電極に接続された配線の帯電を防止す
るための従来例による回路を示す。
Another means is to connect a diode for protecting the gate electrode. When charge is accumulated in the wiring, the charge is discharged through the diode. FIG.
2A shows a circuit according to a conventional example for preventing charging of a wiring connected to a gate electrode.

【0010】pMOSトランジスタPM3とnMOSト
ランジスタNM3が直列に接続され、両トランジスタP
M3、NM3のゲート電極に前段回路PSから長大な入
力配線を介して信号が入力される。トランジスタPM
3、NM3のゲート電極は、保護ダイオードD1を介し
てpMOSトランジスタPM3が形成されているn型ウ
ェルに接続され、保護ダイオードD2を介してnMOS
トランジスタNM3が形成されているp型ウェルに接続
されている。各ダイオードD1、D2は、通常の動作電
圧では常に逆方向バイアスされる向きに接続されてい
る。
[0010] A pMOS transistor PM3 and an nMOS transistor NM3 are connected in series.
A signal is input to the gate electrodes of M3 and NM3 from the preceding circuit PS via a long input wiring. Transistor PM
3, the gate electrode of NM3 is connected via a protection diode D1 to the n-type well in which the pMOS transistor PM3 is formed, and via the protection diode D2 the nMOS
It is connected to a p-type well in which the transistor NM3 is formed. Each of the diodes D1 and D2 is connected in a direction which is always reverse-biased at a normal operating voltage.

【0011】入力配線が帯電し、正の高電圧が発生する
と、保護ダイオードD1を通してn型ウェルに電流が流
れ、負の高電圧が発生すると保護ダイオードD2を通し
てp型ウェルから電流が流入する。このように、入力配
線に蓄積された電荷は、保護ダイオードD1またはD2
を通してウェルとの間で放電する。従って、ゲート酸化
膜に高い電界が印加されることを防止することができ
る。
When the input wiring is charged and a positive high voltage is generated, a current flows through the protection diode D1 to the n-type well, and when a negative high voltage is generated, a current flows from the p-type well through the protection diode D2. As described above, the charge stored in the input wiring is transferred to the protection diode D1 or D2.
Through the wells. Therefore, application of a high electric field to the gate oxide film can be prevented.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】CMOS型回路の入力
配線は、通常、図12(A)、(B)に示すようにnM
OSトランジスタとpMOSトランジスタの両方に接続
されている。図12(A)に示すように、nMOSトラ
ンジスタ、pMOSトランジスタそれぞれに対して保護
ダイオードを設けると、1つの入力配線に対して2つの
保護ダイオードが必要となる。このため、CMOS回路
の占有面積が大きくなり、高集積化の要請に反する。
As shown in FIGS. 12A and 12B, the input wiring of a CMOS circuit usually has nM
It is connected to both the OS transistor and the pMOS transistor. As shown in FIG. 12A, when a protection diode is provided for each of the nMOS transistor and the pMOS transistor, two protection diodes are required for one input wiring. For this reason, the area occupied by the CMOS circuit increases, which is against the demand for high integration.

【0013】本発明の目的は、MOSFETのゲート酸
化膜のダメージを効果的に抑制することができる半導体
装置を提供することである。本発明の他の目的は、大き
な面積を占有することなく、CMOS型回路のMOSF
ETのゲート酸化膜のダメージを効果的に抑制すること
ができる半導体装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of effectively suppressing damage to a gate oxide film of a MOSFET. Another object of the present invention is to provide a MOSF of a CMOS type circuit without occupying a large area.
An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of effectively suppressing damage to a gate oxide film of ET.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板表面に
形成された第1導電型とは逆の第2導電型のウェルと、
前記半導体基板の第1導電型領域の表面にゲート酸化膜
を介して形成されたゲート電極を有する第1のMOSト
ランジスタと、前記ウェル表面にゲート酸化膜を介して
形成されたゲート電極を有する第2のMOSトランジス
タと、前記第1のMOSトランジスタのゲート電極及び
前記第2のMOSトランジスタのゲート電極に接続され
た配線と、前記半導体基板の第1導電型領域内に形成さ
れ、前記配線に電気的に接続された第2導電型領域と該
第2導電型領域とpn接合を形成し、前記第1のMOS
トランジスタのゲート電極下のチャネル領域よりも不純
物濃度が高い高不純物濃度第1導電型領域と含む保護ダ
イオードと、前記半導体基板の第1導電型領域内に形成
された他のダイオードと、を有し、前記配線と前記ウェ
ルとは電気的に直接接続されていず、前記保護ダイオー
ドとそれに最も近接して形成されたトランジスタとの間
の距離は、前記他のダイオードとそれに最も近接して形
成されたトランジスタとの間の距離よりも長いか等しい
半導体装置が提供される。
According to one aspect of the present invention, a semiconductor substrate of a first conductivity type and a well of a second conductivity type opposite to the first conductivity type formed on the surface of the semiconductor substrate are provided. ,
A first MOS transistor having a gate electrode formed on a surface of a first conductivity type region of the semiconductor substrate via a gate oxide film, and a first MOS transistor having a gate electrode formed on the surface of the well via a gate oxide film; Two MOS transistors, a wiring connected to a gate electrode of the first MOS transistor and a gate electrode of the second MOS transistor, and a wiring formed in a first conductivity type region of the semiconductor substrate. Forming a pn junction with the second conductivity type region and the second conductivity type region which are electrically connected to each other;
A protection diode including a high impurity concentration first conductivity type region having an impurity concentration higher than a channel region below a gate electrode of the transistor; and another diode formed in the first conductivity type region of the semiconductor substrate. The wiring and the well are not electrically connected directly, and the distance between the protection diode and the transistor formed closest thereto is the same as the distance between the protection diode and the transistor formed closest thereto. A semiconductor device is provided which is longer than or equal to the distance between the transistor and the transistor.

【0015】ゲート電極と半導体基板との間に保護ダイ
オードを挿入することにより、保護ダイオードが順方向
バイアスされる向きにゲート電極が帯電した場合には、
保護ダイオードに順方向電流が流れ、ゲート電極に蓄積
された電荷を基板に放電することができる。また、保護
ダイオードが逆方向バイアスされる向きにゲート電極が
帯電した場合には、保護ダイオードに逆方向降伏電圧以
上の電圧が印加されたときに逆方向電流が流れ、ゲート
電極に蓄積された電荷を基板に放電することができる。
By inserting a protection diode between the gate electrode and the semiconductor substrate, if the gate electrode is charged in a direction in which the protection diode is forward-biased,
A forward current flows through the protection diode, and the charge accumulated in the gate electrode can be discharged to the substrate. When the gate electrode is charged in a direction in which the protection diode is reversely biased, a reverse current flows when a voltage equal to or higher than the reverse breakdown voltage is applied to the protection diode, and the charge stored in the gate electrode is reduced. Can be discharged to the substrate.

【0016】基板は静電容量が大きいため、電荷が蓄積
されても電位の変動は小さい。従って、ゲート電極に蓄
積された電荷を基板に放電することにより、ゲート酸化
膜に印加される電圧を低減することができる。これによ
り、ゲート酸化膜の絶縁破壊を防止することができ、M
OSトランジスタのしきい値電圧の変動を抑制すること
が可能になる。
Since the substrate has a large capacitance, the fluctuation of the potential is small even if the electric charge is accumulated. Therefore, the voltage applied to the gate oxide film can be reduced by discharging the charge accumulated in the gate electrode to the substrate. As a result, dielectric breakdown of the gate oxide film can be prevented.
Variations in the threshold voltage of the OS transistor can be suppressed.

【0017】ゲート電極に接続された配線の面積が、ゲ
ート酸化膜上のゲート電極の面積の500倍以上のと
き、特にゲート酸化膜がダメージを受けやすい。従っ
て、このような配線がゲート電極に接続されている場合
に、保護ダイオードを挿入する効果が特に大きい。
When the area of the wiring connected to the gate electrode is 500 times or more the area of the gate electrode on the gate oxide film, the gate oxide film is particularly easily damaged. Therefore, when such a wiring is connected to the gate electrode, the effect of inserting the protection diode is particularly large.

【0018】前記配線を、多層配線層から構成し、前記
配線を構成する各配線層ごとの配線のうち前記第1及び
第2のMOSトランジスタのゲート電極から順次上方に
接続されて形成された配線の面積の和が、前記第1及び
第2のMOSトランジスタのゲート酸化膜上のゲート電
極の面積の和の500倍以上となるようにしてもよい。
The wiring is formed of a multi-layer wiring layer, and a wiring formed by sequentially connecting upwardly from the gate electrodes of the first and second MOS transistors in the wiring of each wiring layer forming the wiring. May be 500 times or more the sum of the areas of the gate electrodes on the gate oxide films of the first and second MOS transistors.

【0019】配線の帯電が、配線形成のプラズマ処理工
程で発生する場合には、層間絶縁膜で覆われた下層の配
線は、帯電の要因にはならない。従って、多層配線層か
ら構成される配線のうち、パターニング時にゲート電極
に接続されていない部分は、ゲート酸化膜にダメージを
与えない。また、ゲート酸化膜の受けるダメージは各配
線層のパターニングごとに累積されると考えられる。こ
のため、配線の面積の計算は、ゲート電極から順次上層
にたどっていける配線部分のみを考慮すればよい。
When the wiring is charged in the plasma processing step of forming the wiring, the lower wiring covered with the interlayer insulating film does not cause charging. Therefore, a portion of the wiring composed of the multilayer wiring layer that is not connected to the gate electrode at the time of patterning does not damage the gate oxide film. Further, it is considered that the damage received by the gate oxide film is accumulated for each patterning of each wiring layer. Therefore, when calculating the area of the wiring, only the wiring portion that can be sequentially traced from the gate electrode to the upper layer may be considered.

【0020】さらに、前記半導体基板表面にフィールド
酸化膜によって囲まれた複数の活性領域を有し、前記保
護ダイオードの第2導電型領域の基板表面内の面積を、
前記半導体基板表面に形成された不純物添加領域のうち
最も小さいものに等しくなるようにしてもよい。
Further, the semiconductor substrate has a plurality of active regions surrounded by a field oxide film on the surface of the semiconductor substrate.
It may be made equal to the smallest one of the impurity-added regions formed on the surface of the semiconductor substrate.

【0021】保護ダイオードの面積は、設計ルールの最
小の大きさのものでも効果がある。保護ダイオードを設
計ルールの最小の大きさにすることにより、保護ダイオ
ードによって占有される面積を極力小さくすることがで
きる。
Even if the area of the protection diode is as small as the design rule, it is effective. The area occupied by the protection diode can be made as small as possible by making the protection diode the minimum size in the design rule.

【0022】前記保護ダイオードと前記第1のMOSト
ランジスタのゲート電極との間の前記配線に沿った長さ
と、前記保護ダイオードと前記第2のMOSトランジス
タのゲート電極との間の前記配線に沿った長さは、共に
前記配線の全長の1/2以下となるようにすることが好
ましい。
A length along the wiring between the protection diode and the gate electrode of the first MOS transistor, and a length along the wiring between the protection diode and the gate electrode of the second MOS transistor. It is preferable that both the lengths are equal to or less than 全長 of the entire length of the wiring.

【0023】保護ダイオードを、ゲート電極に接続され
た配線の中間点よりもゲート電極側に接続することによ
り、より効率的にゲート酸化膜のダメージを抑制するこ
とができる。
By connecting the protection diode to the gate electrode side rather than the intermediate point of the wiring connected to the gate electrode, it is possible to more efficiently suppress the damage to the gate oxide film.

【0024】前記保護ダイオードの第1導電型領域のう
ちpn接合近傍は、前記第2のMOSトランジスタのゲ
ート電極下のチャネル領域よりも不純物濃度が高くなる
ようにしてもよい。
The impurity concentration in the vicinity of the pn junction in the first conductivity type region of the protection diode may be higher than that in the channel region below the gate electrode of the second MOS transistor.

【0025】保護ダイオードのpn接合部の不純物濃度
を高くすれば、逆方向降伏電圧が低下する。このため、
ゲート電極に帯電した電荷をより効率的に基板に放電す
ることができる。
When the impurity concentration at the pn junction of the protection diode is increased, the reverse breakdown voltage decreases. For this reason,
The charge charged on the gate electrode can be more efficiently discharged to the substrate.

【0026】さらに、前記半導体基板の第1導電型領域
に形成された他のダイオードを有し、前記保護ダイオー
ドとそれに最も近接して形成されたトランジスタとの間
の距離が、前記他のダイオードとそれに最も近接して形
成されたトランジスタとの間の距離よりも長いか等しく
なるようにすることが好ましい。
The semiconductor device further includes another diode formed in the first conductivity type region of the semiconductor substrate, and a distance between the protection diode and a transistor formed closest to the protection diode is different from that of the other diode. It is preferable that the distance be longer than or equal to the distance between the transistor and the transistor formed closest thereto.

【0027】不純物濃度を高くした保護ダイオードを、
他のMOSトランジスタ等から離して配置することによ
り、不純物濃度の変動によるMOSトランジスタのしき
い値電圧の変動を防止することができる。
A protection diode having a high impurity concentration is
By arranging the MOS transistors away from other MOS transistors or the like, it is possible to prevent a change in the threshold voltage of the MOS transistor due to a change in the impurity concentration.

【0028】本発明の半導体装置の製造方法は、第1導
電型の半導体基板のダイオード形成領域に、第1導電型
の不純物を平均打ち込み深さが第1の深さとなるように
イオン注入する工程と、前記半導体基板を熱処理し、前
記第1導電型の不純物を活性化するとともに第2の深さ
まで拡散させる工程と、前記ダイオード形成領域に第2
導電型の不純物を、平均打ち込み深さが前記第1の深さ
よりも深く、前記第2の深さよりも浅い第3の深さとな
るようにイオン注入する工程と、前記半導体基板を熱処
理し、前記第2導電型の不純物を活性化する工程とを含
む。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of ion-implanting a first conductivity type impurity into a diode formation region of a first conductivity type semiconductor substrate such that an average implantation depth becomes the first depth. Heat-treating the semiconductor substrate to activate the first conductivity type impurity and diffuse the impurity to a second depth;
Ion-implanting a conductive-type impurity such that an average implantation depth is greater than the first depth and is a third depth smaller than the second depth; and Activating the second conductivity type impurity.

【0029】保護ダイオードの不純物濃度を高くするた
めには、基板と逆導電型の不純物領域と基板との界面に
基板と同一導電型でより不純物濃度が高い領域を形成す
ればよい。この不純物濃度の高い領域を形成するための
イオン注入の深さを、基板と逆導電型の不純物領域を形
成するためのイオン注入の深さよりも浅くし、熱処理に
よってより深く拡散させることにより、pn接合領域に
結晶欠陥が発生するのを抑制することができる。結晶欠
陥の発生が抑制できるため、保護ダイオードのリーク電
流を抑制するすることが可能になる。
In order to increase the impurity concentration of the protection diode, a region having the same conductivity type as the substrate and a higher impurity concentration may be formed at the interface between the substrate and the impurity region of the opposite conductivity type. The depth of the ion implantation for forming the region having a high impurity concentration is made shallower than the depth of the ion implantation for forming the impurity region of the opposite conductivity type to the substrate, and the pn is deeply diffused by heat treatment. Generation of crystal defects in the junction region can be suppressed. Since the occurrence of crystal defects can be suppressed, the leak current of the protection diode can be suppressed.

【0030】本発明の他の観点によれば、スクライブラ
インで囲まれた内部領域を有する半導体チップと、前記
内部領域の半導体表面内に形成され、不純物を添加され
た複数個の拡散領域と、各々が前記拡散領域のうちの一
対の拡散領域を含み、その間の半導体チップ表面上に形
成された絶縁ゲート構造を有する複数個のMOSトラン
ジスタと、前記複数個のMOSトランジスタの各ゲート
電極と前記複数個の拡散領域の少なくとも他の1つに接
続された複数個の配線とを有し、前記複数個のMOSト
ランジスタの各ゲート電極から最も近いスクライブライ
ンまでの距離と該ゲート電極に接続された配線が接続さ
れている1つの拡散領域または複数個の拡散領域のうち
最も該ゲート電極に近いものから最も近いスクライブラ
インまでの距離とがほぼ等しい半導体集積回路装置が提
供される。
According to another aspect of the present invention, a semiconductor chip having an internal region surrounded by scribe lines, a plurality of diffusion regions formed in the semiconductor surface of the internal region and doped with impurities, A plurality of MOS transistors each including a pair of diffusion regions among the diffusion regions and having an insulated gate structure formed on a surface of a semiconductor chip therebetween; and a gate electrode of each of the plurality of MOS transistors and the plurality of MOS transistors. A plurality of wirings connected to at least another one of the plurality of diffusion regions, a distance from each gate electrode of the plurality of MOS transistors to a nearest scribe line, and a wiring connected to the gate electrode Is the distance from the closest to the gate electrode to the closest scribe line among one diffusion region or a plurality of diffusion regions to which is connected. Approximately equal the semiconductor integrated circuit device is provided.

【0031】スクライブラインからほぼ等しい距離基板
内の点はプロセス中の電位がほぼ等しい。本発明のさら
に他の観点によれば、スクライブラインで囲まれた内部
領域を有する半導体チップと、前記内部領域の半導体表
面内に形成され、不純物を添加された複数個の拡散領域
と、各々が前記拡散領域のうちの一対の拡散領域を含
み、その間の半導体チップ表面上に形成された絶縁ゲー
ト構造を有する複数個のMOSトランジスタと、前記複
数個のMOSトランジスタの各ゲート電極と前記複数個
の拡散領域の少なくとも1つに接続された複数個の配線
と、前記内部領域内に形成され、前記配線と同一レベル
以下では半導体表面または半導体表面上に形成された導
電体表面が露出する擬似スクライブラインとを有する半
導体集積回路装置が提供される。プロセス中、擬似スク
ライブラインが電気的に露出され、基板内電位差が減少
する。
Points within the substrate that are approximately the same distance from the scribe line have approximately the same potential during processing. According to still another aspect of the present invention, a semiconductor chip having an internal region surrounded by scribe lines, a plurality of impurity-doped diffusion regions formed in a semiconductor surface of the internal region, and A plurality of MOS transistors each including a pair of diffusion regions among the diffusion regions and having an insulated gate structure formed on a surface of a semiconductor chip therebetween, each gate electrode of the plurality of MOS transistors and the plurality of MOS transistors; A plurality of wirings connected to at least one of the diffusion regions; and a pseudo scribe line formed in the internal region and exposing a semiconductor surface or a conductor surface formed on the semiconductor surface at a level equal to or lower than the wiring. And a semiconductor integrated circuit device having the following. During the process, the pseudo scribe lines are electrically exposed, and the potential difference in the substrate is reduced.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】CMOS回路装置は、基板内に第
1導電型のウェルと第2導電型のウェルを作成し、各ウ
ェル内に反対導電型のMOSFETを作成して形成する
ことが多い。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A CMOS circuit device is often formed by forming a first conductivity type well and a second conductivity type well in a substrate and forming an opposite conductivity type MOSFET in each well. .

【0033】製造工程中の配線の帯電によるゲート酸化
膜のダメージは、ゲート電極とウェルとの間に電位差が
生じることによって発生する。この電位差の発生を防止
するために、従来は各ウェルと配線との間に保護ダイオ
ードを挿入していた。なお、基板と同一導電型のウェル
は省略してもよい。この場合も保護ダイオードは同様に
形成していた。
The damage to the gate oxide film due to the charging of the wiring during the manufacturing process is caused by the occurrence of a potential difference between the gate electrode and the well. In order to prevent this potential difference from occurring, conventionally, a protection diode has been inserted between each well and the wiring. The well of the same conductivity type as the substrate may be omitted. In this case, the protection diode was formed similarly.

【0034】半導体集積回路装置のなかで、製造工程中
に最も電位が変動しにくいのは、静電容量が最も大きい
基板である。そこで、基板に対して保護ダイオードを挿
入しさえすればゲート電極とウェルとの間の電位差の発
生を抑制できると期待される。
Among the semiconductor integrated circuit devices, the substrate whose potential hardly fluctuates during the manufacturing process is the substrate having the largest capacitance. Therefore, it is expected that the generation of a potential difference between the gate electrode and the well can be suppressed only by inserting the protection diode into the substrate.

【0035】以下、図1、2を参照してp型基板を使用
したCMOS回路を例にとって、実施例による装置構成
について説明する。図1は、CMOS回路装置の断面を
示す。図2は、図1のCMOS回路を含む2つのCMO
S回路の平面内レイアウトを示す。図2の右側部分は、
図1のCMOS回路を示し、左側部分は前段のCMOS
回路を示す。なお、図1は、ゲート電極及び保護ダイオ
ードの電気的な接続に着目して記載したものであり、図
2のいずれかの切断面と一致するものではない。
Hereinafter, a device configuration according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2 taking a CMOS circuit using a p-type substrate as an example. FIG. 1 shows a cross section of a CMOS circuit device. FIG. 2 shows two CMOs including the CMOS circuit of FIG.
4 shows an in-plane layout of an S circuit. The right part of FIG.
1 shows the CMOS circuit shown in FIG.
1 shows a circuit. FIG. 1 focuses on the electrical connection between the gate electrode and the protection diode, and does not correspond to any one of the cross sections in FIG.

【0036】図1に示すように、p型シリコン基板1の
表面にp型ウェル3及びn型ウェル4が形成され、各ウ
ェルの表面には、フィールド酸化膜2に囲まれた活性領
域が画定されている。p型ウェル3の活性領域に、ゲー
ト酸化膜を介して形成されたゲート電極7、n+ 型のソ
ース及びドレイン領域5、6を有するnMOSトランジ
スタが形成され、n型ウェル4の活性領域に、ゲート酸
化膜を介して形成されたゲート電極10、p+ 型のソー
ス及びドレイン領域9、8を有するpMOSトランジス
タが形成されている。
As shown in FIG. 1, a p-type well 3 and an n-type well 4 are formed on the surface of a p-type silicon substrate 1, and an active region surrounded by a field oxide film 2 is defined on the surface of each well. Have been. In the active region of the p-type well 3, an nMOS transistor having a gate electrode 7 formed through a gate oxide film and n + -type source and drain regions 5 and 6 is formed. In the active region of the n-type well 4, A pMOS transistor having a gate electrode 10 formed via a gate oxide film and p + -type source and drain regions 9 and 8 is formed.

【0037】p型ウェル3の他の活性領域に、p+ 型の
ウェルコンタクト11が形成されている。ウェルコンタ
クト11及びソース領域5は1層目配線14により、接
地電位に接続されている。n型ウェル4の他の活性領域
に、n+ 型のウェルコンタクト12が形成されている。
ウェルコンタクト12及びソース領域9は1層目配線1
5により、電源電圧に接続されている。
A p + -type well contact 11 is formed in another active region of the p-type well 3. The well contact 11 and the source region 5 are connected to the ground potential by the first layer wiring 14. In the other active region of the n-type well 4, an n + -type well contact 12 is formed.
The well contact 12 and the source region 9 are the first layer wiring 1
5 is connected to the power supply voltage.

【0038】また、p型ウェル3の他の活性領域に、n
+ 型領域13が形成され、p型ウェル3との間でpn接
合ダイオード20を形成している。ゲート電極7、10
及びn+ 型領域13は2層目配線16により相互に接続
されている。p型ウェル3とp型基板1とはオーミック
に接合しているため、ゲート電極7、10は、n+ 型領
域13とp型ウェル3からなる保護ダイオード20によ
りp型基板1に接続される。さらに、2層目配線16
は、長大な3層目配線17に接続されている。
In the other active region of the p-type well 3, n
A + type region 13 is formed, and a pn junction diode 20 is formed with the p type well 3. Gate electrodes 7, 10
The n + -type region 13 is connected to the n + -type region 13 by a second-layer wiring 16. Since the p-type well 3 and the p-type substrate 1 are in ohmic contact, the gate electrodes 7 and 10 are connected to the p-type substrate 1 by the protection diode 20 including the n + -type region 13 and the p-type well 3. . Furthermore, the second layer wiring 16
Are connected to a long third-layer wiring 17.

【0039】このように、図1及び図2の右側部分に示
すCMOS回路においては、基板1と同一導電型のp型
ウェル3にのみ保護ダイオード20が形成され、n型ウ
ェル4には保護ダイオードが形成されていない。
As described above, in the CMOS circuit shown on the right side of FIGS. 1 and 2, the protection diode 20 is formed only in the p-type well 3 of the same conductivity type as the substrate 1, and the protection diode 20 is formed in the n-type well 4. Is not formed.

【0040】図2の右側部分に示すように、n型ウェル
4内に、ゲート電極10を挟むようにソース及びドレイ
ン領域9、8が配置され、ソース領域9はコンタクトホ
ールH9を介して電源配線15に接続されている。n型
ウェル4内に形成されたウェルコンタクト12はコンタ
クトホールH12を介して電源配線15に接続されてい
る。
As shown on the right side of FIG. 2, source and drain regions 9 and 8 are arranged in n-type well 4 so as to sandwich gate electrode 10, and source region 9 is connected to power supply wiring via contact hole H9. 15. The well contact 12 formed in the n-type well 4 is connected to a power supply wiring 15 via a contact hole H12.

【0041】p型ウェル3内に、ゲート電極7を挟むよ
うにソース及びドレイン領域5、6が配置され、ソース
領域5はコンタクトホールH5を介して接地線14に接
続されている。p型ウェル3内に形成されたウェルコン
タクト11はコンタクトホールH11を介して接地線1
4に接続されている。
Source and drain regions 5 and 6 are arranged in the p-type well 3 so as to sandwich the gate electrode 7, and the source region 5 is connected to a ground line 14 via a contact hole H5. The well contact 11 formed in the p-type well 3 is connected to the ground line 1 via the contact hole H11.
4 is connected.

【0042】ドレイン領域6、8は、それぞれコンタク
トホールH6、H8を介して配線21に接続されてい
る。配線21は、図には示さない後段回路の入力端子に
接続されている。
The drain regions 6 and 8 are connected to a wiring 21 via contact holes H6 and H8, respectively. The wiring 21 is connected to an input terminal of a subsequent circuit (not shown).

【0043】p型ウェル3内には、保護ダイオード20
を構成するn+ 型領域13が配置されている。n+ 型領
域13、ゲート電極7及び10は、それぞれコンタクト
ホールH13、H7、H10を介して配線16に接続さ
れている。配線16はコンタクトホールH16を介して
長大配線17に接続されている。
The protection diode 20 is provided in the p-type well 3.
N + -type region 13 is arranged to constitute a. The n + type region 13 and the gate electrodes 7 and 10 are connected to the wiring 16 via contact holes H13, H7, and H10, respectively. The wiring 16 is connected to a long wiring 17 via a contact hole H16.

【0044】長大配線17は、前段のCMOS回路の出
力接点(2つのMOSトランジスタのドレイン領域6
a、8a)に接続されている。前段のCMOS回路は、
保護ダイオード20を有しない点以外は、その後段のC
MOS回路と同様の構成である。なお、前段CMOS回
路の各構成部分には、後段CMOS回路の対応する構成
部分の符号に「a」を付して示している。
The long wiring 17 is connected to the output contact (the drain region 6 of the two MOS transistors) of the preceding CMOS circuit.
a, 8a). The preceding CMOS circuit,
Except that the protection diode 20 is not provided, the subsequent C
It has the same configuration as the MOS circuit. It should be noted that each component of the first-stage CMOS circuit is indicated by adding “a” to the reference numeral of the corresponding component of the second-stage CMOS circuit.

【0045】次に、図3、図4を参照して、CMOS回
路を図1に示す構成としたときのゲート酸化膜へのダメ
ージ抑制効果について、説明する。図3(A)は、ダメ
ージ抑制効果を確認するための実験に用いた回路図を示
す。MOSトランジスタ30のゲート電極に長大配線3
1が接続されている。また、ゲート電極30は、保護ダ
イオード32を介して接地電位すなわちp型基板に接続
されている。なお、実験は、p型基板についてのみ行っ
た。従って、保護ダイオード32はp型ウェルに形成さ
れ、ゲート電極30側がカソード、基板側がアノードに
なる。
Next, the effect of suppressing damage to the gate oxide film when the CMOS circuit has the structure shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 3A shows a circuit diagram used in an experiment for confirming a damage suppressing effect. Long wiring 3 for the gate electrode of MOS transistor 30
1 is connected. The gate electrode 30 is connected to a ground potential, that is, a p-type substrate via a protection diode 32. The experiment was performed only on the p-type substrate. Therefore, the protection diode 32 is formed in a p-type well, and the gate electrode 30 side is a cathode and the substrate side is an anode.

【0046】実験は、MOSトランジスタ30がnMO
Sトランジスタである場合及びpMOSトランジスタで
ある場合の両方について行った。実験に使用した回路は
図1のCMOS回路と異なり、1つのトランジスタしか
形成していないが、MOSトランジスタ30をpMOS
トランジスタとした場合には、図1のゲート電極7を含
むpMOSトランジスタと等価であり、nMOSトラン
ジスタとした場合には、図1のゲート電極10を含むn
MOSトランジスタと等価である。
In the experiment, the MOS transistor 30 has the nMO
The test was performed for both the S transistor and the pMOS transistor. The circuit used for the experiment is different from the CMOS circuit of FIG. 1 in that only one transistor is formed.
When it is a transistor, it is equivalent to a pMOS transistor including the gate electrode 7 of FIG. 1, and when it is an nMOS transistor, it is equivalent to an nMOS including the gate electrode 10 of FIG.
It is equivalent to a MOS transistor.

【0047】図3(B)は、図3(A)に示す回路のレ
イアウトを示す。MOSトランジスタ形成領域33から
4本の配線35が引き出され、各配線35はパッド34
に接続されている。さらに、MOSトランジスタ形成領
域33から図の下方に長大配線31が延在している。長
大配線31は、図のようにジグザグ状に形成されてい
る。
FIG. 3B shows a layout of the circuit shown in FIG. Four wirings 35 are drawn out from the MOS transistor formation region 33, and each wiring 35 is connected to a pad 34.
It is connected to the. Further, a long wiring 31 extends from the MOS transistor formation region 33 below the figure. The long wiring 31 is formed in a zigzag shape as shown in the figure.

【0048】図3(C)は、図3(B)のMOSトラン
ジスタ形成領域33の拡大図を示す。ゲート電極40、
ソース及びドレイン領域41、42を有するMOSトラ
ンジスタ30が形成されている。ゲート電極40は、層
間絶縁膜上に形成された1層目の長大配線31に接続さ
れている。長大配線31のゲート電極40との接続部近
傍には保護ダイオード32が形成されている。
FIG. 3C is an enlarged view of the MOS transistor formation region 33 of FIG. Gate electrode 40,
A MOS transistor 30 having source and drain regions 41 and 42 is formed. The gate electrode 40 is connected to the first-layer long wiring 31 formed on the interlayer insulating film. A protection diode 32 is formed near the connection between the long wiring 31 and the gate electrode 40.

【0049】保護ダイオード32は、p型ウェル内に形
成されたn+ 型領域とp型ウェルとの間のpn接合から
構成されている。MOSトランジスタ30の近傍にはウ
ェルコンタクト43が形成されている。ソース領域4
1、ウェルコンタクト43、ドレイン領域42及びゲー
ト電極40は、それぞれ配線35a、35b、35c、
35dによりパッド34a、34b、34c、34dに
接続されている。
The protection diode 32 comprises a pn junction between an n + -type region formed in the p-type well and the p-type well. A well contact 43 is formed near the MOS transistor 30. Source area 4
1, the well contact 43, the drain region 42, and the gate electrode 40 are formed by wirings 35a, 35b, 35c,
The pads 35a, 34b, 34c, 34d are connected by 35d.

【0050】MOSトランジスタ30がnMOSトラン
ジスタの場合には、MOSトランジスタ30及びウェル
コンタクト43は、保護ダイオード32と同じp型ウェ
ル内に形成される。MOSトランジスタ30がpMOS
トランジスタの場合には、MOSトランジスタ30及び
ウェルコンタクト43は、保護ダイオード32とは異な
るn型ウェル内に形成される。
When the MOS transistor 30 is an nMOS transistor, the MOS transistor 30 and the well contact 43 are formed in the same p-type well as the protection diode 32. MOS transistor 30 is pMOS
In the case of a transistor, the MOS transistor 30 and the well contact 43 are formed in an n-type well different from the protection diode 32.

【0051】図3(D)は、長大配線31の拡大図を示
す。図示のように、幅Wが1.0μmの配線がほぼ等間
隔にジグザグ状に配置されている。図4は、図3(A)
に示す長大配線31が接続されていることによるMOS
トランジスタのしきい値電圧のシフト量を保護ダイオー
ド32を挿入した場合と挿入しない場合について示す。
FIG. 3D is an enlarged view of the long wiring 31. As shown in the drawing, wirings having a width W of 1.0 μm are arranged in a zigzag manner at substantially equal intervals. FIG. 4 shows the state shown in FIG.
MOS due to the connection of the long wiring 31 shown in FIG.
The shift amount of the threshold voltage of the transistor is shown for the case where the protection diode 32 is inserted and for the case where it is not inserted.

【0052】図4(A)〜(D)の横軸は、ウエハの中
心からMOSトランジスタ30までの距離を単位cmで
表す。なお、使用したウエハは6インチのものである。
グラフの縦軸は、長大配線が接続されているMOSトラ
ンジスタのしきい値電圧をVth、長大配線が接続されて
いないMOSトランジスタのしきい値電圧をVth0 とし
たとき、Vth−Vth0 を単位Vで表す。以下、Vth−V
th0 をしきい値電圧のシフト量と呼ぶ。
4A to 4D, the horizontal axis represents the distance from the center of the wafer to the MOS transistor 30 in units of cm. The used wafer is 6 inches.
The vertical axis of the graph represents Vth-Vth0 in units of V, where Vth is the threshold voltage of a MOS transistor to which a long wiring is connected and Vth0 is the threshold voltage of a MOS transistor to which no long wiring is connected. Represent. Hereinafter, Vth-V
th0 is called a threshold voltage shift amount.

【0053】一般に、しきい値電圧は、製造工程のばら
つきにより変動する。図4に示すようにしきい値電圧の
シフト量を測定することにより、他のパラメータの変動
の影響を除去し、長大配線を接続したことのみによる影
響を評価することができる。しきい値電圧のシフト量
は、ゲート酸化膜のダメージの指標となる。
Generally, the threshold voltage fluctuates due to variations in the manufacturing process. By measuring the shift amount of the threshold voltage as shown in FIG. 4, it is possible to remove the influence of the change of other parameters and evaluate the influence only by connecting the long wiring. The shift amount of the threshold voltage is an index of the damage of the gate oxide film.

【0054】図4(A)、(C)は、図3(A)及び図
3(C)に示す保護ダイオード32を挿入した場合、図
4(B)(D)は、保護ダイオードを挿入しない場合を
示す。また、図4(A)、(B)はnMOSトランジス
タの場合、図4(C)、(D)はpMOSトランジスタ
の場合を示す。なお、実験に使用した回路は、ゲート電
極の活性領域部分の面積に対する長大配線の底部の面積
の比(以下、アンテナ比と呼ぶ)が1000のものであ
る。また、チャネル長は0.8μm、チャネル幅は10
μm、ゲート酸化膜厚は10nmである。
FIGS. 4A and 4C show the case where the protection diode 32 shown in FIGS. 3A and 3C is inserted, and FIGS. 4B and 4D do not insert the protection diode. Show the case. 4A and 4B show the case of an nMOS transistor, and FIGS. 4C and 4D show the case of a pMOS transistor. The circuit used in the experiment has a ratio of the area of the bottom of the long wiring to the area of the active region of the gate electrode (hereinafter, referred to as antenna ratio) of 1,000. The channel length is 0.8 μm and the channel width is 10
μm, and the gate oxide film thickness is 10 nm.

【0055】図4(B)、(D)に示すように、保護ダ
イオードを設けない場合は、ウエハ中心からの距離が5
cmを越える周辺領域に形成されたMOSトランジスタ
のしきい値電圧のシフト量が大きくなっている。これに
対し、保護ダイオードを設けた場合は、ウエハ全面にわ
たってしきい値電圧のシフト量は極めて小さく、ほぼ0
である。このように、保護ダイオードを挿入することに
よりnチャネル及びpチャネルMOSトランジスタ共
に、しきい値電圧のシフト量を低減することができる。
As shown in FIGS. 4B and 4D, when the protection diode is not provided, the distance from the center of the wafer is 5 mm.
The shift amount of the threshold voltage of the MOS transistor formed in the peripheral region exceeding cm is large. On the other hand, when the protection diode is provided, the shift amount of the threshold voltage is extremely small over the entire surface of the wafer and almost zero.
It is. As described above, by inserting the protection diode, the shift amount of the threshold voltage can be reduced for both the n-channel and p-channel MOS transistors.

【0056】このことから、1つのCMOSインバータ
に対して1つの保護ダイオードを挿入することにより、
n及びpMOSトランジスタ両方のゲート酸化膜のダメ
ージを抑制できることがわかる。
From this, by inserting one protection diode for one CMOS inverter,
It can be seen that damage to the gate oxide films of both the n and pMOS transistors can be suppressed.

【0057】なお、保護ダイオードを挿入しない場合
に、ウエハの周辺部でしきい値電圧のシフト量が大きく
なるのは、長大配線形成のためのプラズマ処理工程にお
いて、周辺部ではイオンあるいは電子が斜め方向から入
射し、長大配線が帯電しやすいためと考えられる。
When the protection diode is not inserted, the shift amount of the threshold voltage in the peripheral portion of the wafer becomes large because ions or electrons are obliquely formed in the peripheral portion in the plasma processing step for forming a long wiring. It is considered that light is incident from the direction and the long wiring is easily charged.

【0058】図5は、保護ダイオードを挿入しないでア
ンテナ比を変化させた場合について、しきい値電圧のシ
フト量を示す。なお、MOSトランジスタはnチャネル
のものを使用した。図5(A)〜(E)は、それぞれア
ンテナ比が100、300、500、1000、400
0の場合を示す。
FIG. 5 shows the shift amount of the threshold voltage when the antenna ratio is changed without inserting the protection diode. The MOS transistor used was an n-channel MOS transistor. FIGS. 5A to 5E show antenna ratios of 100, 300, 500, 1000, and 400, respectively.
Indicates the case of 0.

【0059】図5(A)、(B)に示すように、アンテ
ナ比が100及び300であれば、保護ダイオードを挿
入しなくてもウエハ全面にわたってしきい値電圧のシフ
ト量はほぼ0である。アンテナ比が500になると、ウ
エハ中心からの距離が5cm以上の周辺領域でしきい値
電圧のシフト量が大きくなり始め、ウエハ中心からの距
離が7cm程度になると、シフト量は約0.1Vとな
る。図5(D)、(E)に示すようにアンテナ比がさら
に大きくなり、1000及び4000となると、しきい
値電圧のシフト量はさらに大きくなる。
As shown in FIGS. 5A and 5B, when the antenna ratio is 100 and 300, the shift amount of the threshold voltage is almost zero over the entire surface of the wafer without inserting a protection diode. . When the antenna ratio becomes 500, the shift amount of the threshold voltage starts to increase in the peripheral region where the distance from the wafer center is 5 cm or more, and when the distance from the wafer center becomes about 7 cm, the shift amount becomes about 0.1 V. Become. As shown in FIGS. 5D and 5E, when the antenna ratio is further increased and becomes 1000 and 4000, the shift amount of the threshold voltage is further increased.

【0060】このことから、アンテナ比が大きくなる
と、ゲート酸化膜がダメージを受けやすくなることがわ
かる。また、本実験においては、アンテナ比が300以
下であれば、保護ダイオードを使用しなくてもゲート酸
化膜が受けるダメージは問題とはならない程度に小さ
い。アンテナ比が500以上のときに、保護ダイオード
を挿入する効果が特に大きいことがわかる。なお、CM
OS等のように、1つのゲート配線に2つ以上のゲート
電極が接続されている場合、アンテナ比はゲート電極の
面積の和に対して定義する。
This indicates that the gate oxide film is easily damaged when the antenna ratio is increased. In this experiment, if the antenna ratio is 300 or less, the damage to the gate oxide film is small enough to cause no problem even if the protection diode is not used. It can be seen that the effect of inserting the protection diode is particularly large when the antenna ratio is 500 or more. In addition, CM
When two or more gate electrodes are connected to one gate wiring as in the case of an OS or the like, the antenna ratio is defined with respect to the sum of the areas of the gate electrodes.

【0061】長大配線が複数の配線層から構成されてい
る場合、ゲート酸化膜がダメージを受けるのは、上述の
通り長大配線を形成するためのプラズマ処理工程で長大
配線が帯電するためと考えられる。プラズマにさらされ
るのは当該プラズマ工程時の最上層の配線層のみであ
り、その下の層は、層間絶縁膜によって保護されている
ため、長大配線が帯電する要因にはならない。
When the long wiring is composed of a plurality of wiring layers, it is considered that the gate oxide film is damaged because the long wiring is charged in the plasma processing step for forming the long wiring as described above. . Only the uppermost wiring layer in the plasma process is exposed to the plasma, and the lower layer is protected by the interlayer insulating film, so that it does not become a factor for charging the long wiring.

【0062】また、ゲート酸化膜が受けるダメージは、
累積トンネル電流に依存すると考えられる。従って、ゲ
ート酸化膜のダメージは、各配線層のパターニングごと
に累積されると考えられる。従って、アンテナ比を算出
するときの長大配線の面積は、各配線層ごとの配線部分
のうちゲート電極から順次上層に向かって接続されて形
成されている部分のみの面積を累積すればよい。
The damage to the gate oxide film is as follows:
It is considered to depend on the accumulated tunnel current. Therefore, it is considered that the damage of the gate oxide film is accumulated for each patterning of each wiring layer. Therefore, the area of the long wiring when calculating the antenna ratio may be obtained by accumulating the area of only the part of the wiring part of each wiring layer which is sequentially connected from the gate electrode to the upper layer.

【0063】たとえば、図3(B)に示すパッド34
は、第1層目の配線層により形成されている。ゲート電
極用パッド34dは、2層目配線35dを介してゲート
電極40に接続されている。従って、アンテナ比の計算
にはパッド34dの面積を考慮する必要はないと考えら
れる。
For example, the pad 34 shown in FIG.
Is formed by the first wiring layer. The gate electrode pad 34d is connected to the gate electrode 40 via a second-layer wiring 35d. Therefore, it is considered unnecessary to consider the area of the pad 34d in the calculation of the antenna ratio.

【0064】ただし、長大配線を形成するプラズマ処理
以外の工程でも長大配線が帯電する要因があると考えら
れる場合には、長大配線の各配線層毎の面積の総和を考
慮することが好ましい。
However, when it is considered that there is a factor that causes the long wiring to be charged even in a step other than the plasma processing for forming the long wiring, it is preferable to consider the total area of each wiring layer of the long wiring.

【0065】次に、図6、図7を参照して、MOSトラ
ンジスタと保護ダイオードのウエハ上の直線距離の変動
が、ゲート酸化膜のダメージ抑制効果に与える影響につ
いて説明する。
Next, with reference to FIGS. 6 and 7, the effect of a change in the linear distance between the MOS transistor and the protection diode on the wafer on the damage suppression effect of the gate oxide film will be described.

【0066】図6(A)は、MOSトランジスタと保護
ダイオード32との間の距離が100μmの場合を示
す。保護ダイオード32は、MOSトランジスタ形成領
域33と長大配線31のジグザグに形成された部分とを
接続する部分に形成されている。
FIG. 6A shows a case where the distance between the MOS transistor and the protection diode 32 is 100 μm. The protection diode 32 is formed at a portion connecting the MOS transistor formation region 33 and a portion of the long wiring 31 formed in a zigzag.

【0067】図6(B)は、MOSトランジスタと保護
ダイオード32との間の距離Lが500μm及び1mm
の場合を示す。長大配線31の一部を図の下方に延長
し、延長部の先端に保護ダイオード32が形成されてい
る。この保護ダイオード32とMOSトランジスタ33
との間の直線距離Lが500μm及び1mmの回路を作
製した。
FIG. 6B shows that the distance L between the MOS transistor and the protection diode 32 is 500 μm and 1 mm.
The case of is shown. A part of the long wiring 31 is extended downward in the drawing, and a protection diode 32 is formed at the tip of the extension. The protection diode 32 and the MOS transistor 33
A circuit having a linear distance L of 500 μm and 1 mm was prepared.

【0068】図6(A)、(B)共に、保護ダイオード
の形成場所以外は、図3(B)、(C)と同様の構成で
ある。なお、図3(B)、(C)と同様の構成で、保護
ダイオードとMOSトランジスタとの間の距離が10μ
mの回路も作製した。
Both FIGS. 6A and 6B have the same configuration as FIGS. 3B and 3C except for the place where the protection diode is formed. Note that, with the same configuration as in FIGS. 3B and 3C, the distance between the protection diode and the MOS transistor is 10 μm.
m circuit was also prepared.

【0069】図7(A)〜(D)は、それぞれ保護ダイ
オードとMOSトランジスタとの間の直線距離を10μ
m、100μm、500μm、1mmとした場合のしき
い値電圧のシフト量を示す。
FIGS. 7A to 7D show that the linear distance between the protection diode and the MOS transistor is 10 μm.
The shift amount of the threshold voltage when m, 100 μm, 500 μm, and 1 mm is shown.

【0070】図7(A)に示すように、保護ダイオード
とMOSトランジスタとの距離が10μmの場合は、ウ
エハ全面にわたってしきい値電圧のシフト量はほぼ0で
ある。保護ダイオードとMOSトランジスタとの距離が
100μmになると、図7(B)に示すようにウエハ中
心から5cmを越える周辺領域において、しきい値電圧
のシフト量がややばらつく。
As shown in FIG. 7A, when the distance between the protection diode and the MOS transistor is 10 μm, the shift amount of the threshold voltage is almost 0 over the entire surface of the wafer. When the distance between the protection diode and the MOS transistor becomes 100 μm, the shift amount of the threshold voltage slightly varies in a peripheral region exceeding 5 cm from the center of the wafer as shown in FIG. 7B.

【0071】図7(C)に示すように、保護ダイオード
とMOSトランジスタとの距離が500μmになると、
ウエハ中心から5cm以上の周辺部で、しきい値電圧の
シフト量が大きくなり、0.1Vになる場合がある。保
護ダイオードとMOSトランジスタとの距離が1mmに
なると、しきい値電圧のシフト量はさらに大きくなり、
0.15Vになる場合もある。
As shown in FIG. 7C, when the distance between the protection diode and the MOS transistor becomes 500 μm,
The shift amount of the threshold voltage is large at a peripheral portion of 5 cm or more from the center of the wafer, and may be 0.1 V. When the distance between the protection diode and the MOS transistor becomes 1 mm, the shift amount of the threshold voltage further increases,
It may be 0.15V.

【0072】これは、ウエハ内で電位が均一ではなく、
保護ダイオードとMOSトランジスタとを離して配置す
ると、ゲート酸化膜中に過渡的に電位差が発生するため
と考えられる。従って、保護ダイオードとMOSトラン
ジスタとをできるだけ近づけて配置することが好まし
く、その距離を100μm以下とすることが好ましい。
This is because the potential is not uniform within the wafer,
It is considered that when the protection diode and the MOS transistor are arranged apart from each other, a potential difference occurs transiently in the gate oxide film. Therefore, it is preferable to arrange the protection diode and the MOS transistor as close as possible, and it is preferable that the distance be 100 μm or less.

【0073】MOSトランジスタと保護ダイオードが離
れている場合、特にその距離が100μm以上の場合
に、ゲート酸化膜のダメージを抑制するためには、保護
ダイオードの逆方向降伏電圧を下げることが好ましいと
考えられる。
When the MOS transistor is far from the protection diode, particularly when the distance is 100 μm or more, it is considered preferable to reduce the reverse breakdown voltage of the protection diode in order to suppress the damage to the gate oxide film. Can be

【0074】次に、図8図9を参照して、保護ダイオー
ドの逆方向降伏電圧を下げた場合の効果について説明す
る。図8は、保護ダイオードを挿入したCMOS回路装
置の断面図を示す。保護ダイオード20の構造以外は図
1に示すCMOS回路装置と同様の構成である。保護ダ
イオード20は、p型ウェル3内に形成されたn+ 型領
域13、及びn+ 型領域13とp型ウェル3との間に形
成され、p型ウェル3よりも不純物濃度の高いp型高濃
度領域18から構成されている。このように、pn接合
のp型領域の不純物濃度を高くすることにより、逆方向
降伏電圧を下げることができる。
Next, with reference to FIG. 8 and FIG. 9, the effect when the reverse breakdown voltage of the protection diode is reduced will be described. FIG. 8 is a sectional view of a CMOS circuit device in which a protection diode is inserted. Except for the structure of the protection diode 20, the configuration is the same as that of the CMOS circuit device shown in FIG. The protection diode 20 is formed in the n + -type region 13 formed in the p-type well 3 and between the n + -type region 13 and the p-type well 3 and has a higher impurity concentration than the p-type well 3. It is composed of a high concentration region 18. As described above, the reverse breakdown voltage can be reduced by increasing the impurity concentration of the p-type region of the pn junction.

【0075】以下、図8に示すCMOS構造の作製方法
について説明する。p型シリコン基板1の表面にLOC
OS法によりフィールド酸化膜2を形成し、活性領域を
画定する。次に、イオン注入と活性化アニールによりp
型ウェル3及びn型ウェル4を形成する。p型ウェル3
は、Bを、n型ウェル4はPを、共に加速エネルギ20
0keV、ドーズ量1×1013cm-2の条件でイオン注
入し、窒素雰囲気中1000℃で3時間活性化アニール
を行って形成する。
Hereinafter, a method for manufacturing the CMOS structure shown in FIG. 8 will be described. LOC on the surface of p-type silicon substrate 1
A field oxide film 2 is formed by the OS method to define an active region. Next, by ion implantation and activation annealing, p
A mold well 3 and an n-type well 4 are formed. p-type well 3
Represents B, n-type well 4 represents P, and accelerating energy 20
Ion implantation is performed under the conditions of 0 keV and a dose of 1 × 10 13 cm −2 , and activation annealing is performed in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 3 hours.

【0076】次に、保護ダイオード20を形成する領域
に、p型領域18形成用のBを加速エネルギ10keV
でイオン注入する。ドーズ量は、1×1014cm-2と5
×1013cm-2の場合を作製した。
Next, B for forming the p-type region 18 is applied with an acceleration energy of 10 keV to the region where the protection diode 20 is to be formed.
Ion implantation. The dose amount is 1 × 10 14 cm -2 and 5
A case of × 10 13 cm -2 was prepared.

【0077】活性領域表面に、温度1000℃で16分
の熱酸化により厚さ10nmのゲート酸化膜を形成す
る。この熱処理工程によりイオン注入されたBは深くド
ライブインされる。CVDにより、厚さ200nmのポ
リシリコン膜を成長させる。このポリシリコン膜の表面
に厚さ5nmのスルー酸化膜を形成し、ゲート電極をn
型にするために、加速エネルギ20keV、ドーズ量1
×1016cm-2の条件でポリシリコン膜全面にPをイオ
ン注入する。イオン注入後、ポリシリコン膜をパターニ
ングしてゲート電極7、10を形成する。
A 10-nm-thick gate oxide film is formed on the surface of the active region by thermal oxidation at a temperature of 1000 ° C. for 16 minutes. B implanted by this heat treatment step is driven deeply. A 200 nm-thick polysilicon film is grown by CVD. A through oxide film having a thickness of 5 nm is formed on the surface of this polysilicon film, and the gate electrode is formed as n.
In order to make a mold, the acceleration energy is 20 keV and the dose is 1
P ions are implanted over the entire surface of the polysilicon film under the condition of × 10 16 cm -2 . After the ion implantation, the gate electrodes 7 and 10 are formed by patterning the polysilicon film.

【0078】活性領域に厚さ5nmのスルー酸化膜を形
成し、nMOSトランジスタ形成領域以外の領域を覆う
レジストパターンを形成し、ゲート電極7とレジストパ
ターンをマスクとしてLDD(低濃度ドープドレイン)
領域形成用のAsを加速エネルギ20keV、ドーズ量
2×1013cm-2の条件でイオン注入する。このレジス
トパターンを除去した後、pMOSトランジスタ形成領
域以外の領域を覆うレジストパターンを形成し、ゲート
電極10及びレジストパターンをマスクとしてLDD領
域形成用のBF2 + を加速エネルギ20keV、ドーズ
量1×1013cm-2の条件でイオン注入する。その後、
レジストパターンは除去する。
A through oxide film having a thickness of 5 nm is formed in the active region, a resist pattern covering a region other than the nMOS transistor formation region is formed, and an LDD (lightly doped drain) is formed by using the gate electrode 7 and the resist pattern as a mask.
As for region formation is ion-implanted under the conditions of an acceleration energy of 20 keV and a dose of 2 × 10 13 cm −2 . After removing the resist pattern, a resist pattern covering a region other than the pMOS transistor formation region is formed, and BF 2 + for forming an LDD region is accelerated with an energy of 20 keV and a dose of 1 × 10 4 using the gate electrode 10 and the resist pattern as a mask. Ion implantation is performed under the condition of 13 cm -2 . afterwards,
The resist pattern is removed.

【0079】次に、CVDにより、基板全面に厚さ10
0nmのSiO2 膜を堆積し、反応性イオンエッチング
(RIE)により異方性エッチングし、サイドウォール
19を形成する。
Next, a thickness of 10
A SiO 2 film of 0 nm is deposited and anisotropically etched by reactive ion etching (RIE) to form a sidewall 19.

【0080】厚さ5nmのスルー酸化膜を形成し、n+
型領域形成部分以外を覆うレジストパターンを形成し、
nMOSトランジスタのソース/ドレイン領域5、6、
保護ダイオード20のn+ 型領域13及びウェルコンタ
クト12形成のため、レジストパターンとゲート構造を
マスクとして用いて加速エネルギ30keV、ドーズ量
2×1015cm-2の条件でAsをイオン注入する。その
後、レジストパターンは除去する。同様に、レジストパ
ターンを作成し、pMOSトランジスタのソース/ドレ
イン領域9、8及びウェルコンタクト11形成のため、
加速エネルギ20keV、ドーズ量5×1015cm-2
条件でBF2 + をイオン注入する。
A through oxide film having a thickness of 5 nm is formed, and n +
Form a resist pattern covering the area other than the mold area forming part,
Source / drain regions 5, 6 of the nMOS transistor
In order to form the n + -type region 13 and the well contact 12 of the protection diode 20, As is ion-implanted under the conditions of an acceleration energy of 30 keV and a dose of 2 × 10 15 cm −2 using a resist pattern and a gate structure as a mask. After that, the resist pattern is removed. Similarly, a resist pattern is formed, and the source / drain regions 9 and 8 of the pMOS transistor and the well contact 11 are formed.
BF 2 + ions are implanted under the conditions of an acceleration energy of 20 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2 .

【0081】N2 雰囲気中800℃の条件で20分間の
活性化アニールを行い、イオン注入した不純物を活性化
する。公知の方法により、層間絶縁膜及び配線14、1
5、16、17を形成する。
Activation annealing is performed in an N 2 atmosphere at 800 ° C. for 20 minutes to activate the ion-implanted impurities. According to a known method, the interlayer insulating film and the wirings 14, 1
5, 16, and 17 are formed.

【0082】図9は、p型高濃度領域18の不純物濃度
を変化させたときの、ゲート酸化膜へのダメージ抑制効
果を示す。図9(A)は、加速エネルギ10keV、ド
ーズ量1×1014cm-2の条件でp型高濃度領域18形
成用のBをイオン注入した場合、図9(B)は、加速エ
ネルギ10keV、ドーズ量5×1013cm-2の条件で
イオン注入した場合を示す。図9(C)は、p型高濃度
領域18を形成しない場合を示す。なお、MOSトラン
ジスタと保護ダイオードとの距離は約300μm、アン
テナ比は4000である。
FIG. 9 shows the effect of suppressing damage to the gate oxide film when the impurity concentration of the p-type high concentration region 18 is changed. FIG. 9A shows a case where B for forming the p-type high concentration region 18 is ion-implanted under the conditions of an acceleration energy of 10 keV and a dose of 1 × 10 14 cm −2 . FIG. 9B shows an acceleration energy of 10 keV. The case where ion implantation is performed under the condition of a dose amount of 5 × 10 13 cm −2 is shown. FIG. 9C shows a case where the p-type high concentration region 18 is not formed. The distance between the MOS transistor and the protection diode is about 300 μm, and the antenna ratio is 4000.

【0083】図9(A)、(B)に示すように、p型高
濃度領域18を形成した場合は、ウエハ全面にわたって
しきい値電圧のシフト量はほぼ0である。これに対し、
図9(C)に示すように、p型高濃度領域18を形成し
ない場合は、ウエハ中心から5cmを越える周辺領域で
しきい値電圧のシフト量が大きくなり、0.2Vを越え
る場合もある。
As shown in FIGS. 9A and 9B, when the p-type high concentration region 18 is formed, the shift amount of the threshold voltage is almost 0 over the entire surface of the wafer. In contrast,
As shown in FIG. 9C, when the p-type high-concentration region 18 is not formed, the shift amount of the threshold voltage becomes large in the peripheral region exceeding 5 cm from the center of the wafer, and may exceed 0.2 V in some cases. .

【0084】これらの結果から、ゲート酸化膜のダメー
ジを抑制するために保護ダイオードの逆方向降伏電圧を
低減することが有効であることがわかる。図7に示すよ
うに、保護ダイオードとMOSトランジスタとの距離が
100μm以下のときは、しきい値電圧のシフト量はウ
エハ全面にわたってほぼ0であるため、p型高濃度領域
を形成するのは、MOSトランジスタと保護ダイオード
との距離が100μm以上のときに特に有効である。
From these results, it can be seen that it is effective to reduce the reverse breakdown voltage of the protection diode in order to suppress the damage to the gate oxide film. As shown in FIG. 7, when the distance between the protection diode and the MOS transistor is 100 μm or less, the shift amount of the threshold voltage is almost 0 over the entire surface of the wafer. This is particularly effective when the distance between the MOS transistor and the protection diode is 100 μm or more.

【0085】ウエハ温度が高温のときは、保護ダイオー
ドの逆方向リーク電流はかなり大きいと考えられる。従
って、高温プロセス時には、保護ダイオードは、その逆
方向降伏電圧の大小に関係なく、ゲート電極の帯電防止
機能を果たしていると考えられる。保護ダイオードの逆
方向降伏電圧を低下させることによってゲート酸化膜の
ダメージ抑制効果が改善されるということは、逆方向降
伏電圧が意味を持つような低温プロセスにおいてウエハ
内に電位分布が生じ、過渡的にゲート酸化膜に高電圧が
印加されているものと考えられる。
When the wafer temperature is high, the reverse leakage current of the protection diode is considered to be quite large. Therefore, at the time of the high-temperature process, it is considered that the protection diode fulfills the function of preventing charging of the gate electrode regardless of the magnitude of the reverse breakdown voltage. Reducing the reverse breakdown voltage of the protection diode and improving the effect of suppressing the damage to the gate oxide film means that the potential breakdown occurs in the wafer in a low-temperature process in which the reverse breakdown voltage has significance, and It is considered that a high voltage was applied to the gate oxide film at the beginning.

【0086】p型高濃度領域18を形成するためのイオ
ン注入は、上述のようにゲート酸化膜の形成前に行うの
が好ましい。ゲート酸化膜形成前にイオン注入しておく
ことにより、ゲート酸化膜形成時の熱処理によってイオ
ン注入時のダメージを回復することができる。
The ion implantation for forming the p-type high-concentration region 18 is preferably performed before the formation of the gate oxide film as described above. By performing ion implantation before forming the gate oxide film, damage due to ion implantation can be recovered by heat treatment at the time of forming the gate oxide film.

【0087】また、p型高濃度領域18形成用の不純物
は、n+ 型領域13形成用の不純物よりも浅く注入する
ことが好ましい。イオン注入の深さが浅くてもp型高濃
度領域18形成用の不純物はゲート酸化膜形成時の熱処
理を経験するため、n+ 型領域13形成用の不純物より
も深く拡散させることができる。従って、n+ 型領域1
3とp型ウェル3との間にp型高濃度領域18が形成さ
れる。
It is preferable that the impurity for forming p-type high-concentration region 18 is implanted shallower than the impurity for forming n + -type region 13. Even if the depth of the ion implantation is shallow, the impurity for forming the p-type high-concentration region 18 experiences a heat treatment at the time of forming the gate oxide film, and thus can be diffused deeper than the impurity for forming the n + -type region 13. Therefore, n + type region 1
A p-type high concentration region 18 is formed between the p-type well 3 and the p-type well 3.

【0088】通常、イオン注入を行うと、イオンが打ち
込まれた深さよりもやや浅い位置に結晶欠陥が発生しや
すい。p型高濃度領域18形成用のイオンをn+ 型領域
13形成用のイオン打ち込みの深さよりもやや浅く打ち
込み、熱処理によって深く拡散させることにより、保護
ダイオード20のpn接合部分での結晶欠陥の発生を抑
制することができる。
Normally, when ion implantation is performed, crystal defects tend to occur at positions slightly shallower than the depth at which the ions are implanted. By implanting ions for forming the p-type high-concentration region 18 to be slightly shallower than the ion implantation depth for forming the n + -type region 13 and deeply diffusing it by heat treatment, crystal defects occur at the pn junction of the protection diode 20. Can be suppressed.

【0089】このように、イオン注入によるpn接合部
分の結晶欠陥の発生を抑制し、イオン注入後の熱処理に
よって結晶性を回復することによって、リーク電流を低
減することができる。また、pn接合部のみの不純物濃
度を高くしているため、ウェル全体の不純物濃度を抑制
することができるという効果もある。
As described above, the occurrence of crystal defects at the pn junction due to ion implantation is suppressed, and the crystallinity is restored by the heat treatment after ion implantation, whereby the leakage current can be reduced. Further, since the impurity concentration of only the pn junction is increased, there is an effect that the impurity concentration of the entire well can be suppressed.

【0090】なお、p型高濃度領域18を形成する場合
には、保護ダイオード20は、同一ウェル内の他の領域
に形成されるMOSトランジスタからなるべく遠ざけて
形成することが好ましい。遠ざけることにより、ダイオ
ード形成用のイオン注入でウェルの不純物濃度を増加さ
せてしまい、MOSトランジスタのしきい値電圧を変動
させることを防止することができる。より具体的には、
p型高濃度領域が形成されていないダイオードと、それ
に最も近接して形成されたMOSトランジスタとの距離
よりも遠ざけることが好ましい。
When the p-type high-concentration region 18 is formed, the protection diode 20 is preferably formed as far as possible from MOS transistors formed in other regions in the same well. By keeping the distance, it is possible to prevent the impurity concentration of the well from being increased by the ion implantation for forming the diode and to prevent the threshold voltage of the MOS transistor from fluctuating. More specifically,
It is preferable that the distance between the diode in which the p-type high-concentration region is not formed and the MOS transistor formed closest to the diode is larger than that of the diode.

【0091】次に、図10、図11を参照して、長大配
線内の保護ダイオードの取り付け位置とゲート酸化膜の
ダメージ抑制効果との関係について説明する。図10
は、保護ダイオードの取り付け位置を概略的に示す。ゲ
ート電極からの長大配線31に沿った長さと、孤立した
先端からの長さとの比(以下、内分比という)が、ほぼ
0:1、1:3、1:1、3:1、1:0の位置に保護
ダイオードを接続した回路を作製した。内分比がほぼ
0:1の回路は図3(B)、(C)と同様の構成であ
る。
Next, with reference to FIGS. 10 and 11, the relationship between the mounting position of the protection diode in the long wiring and the effect of suppressing the damage of the gate oxide film will be described. FIG.
Indicates schematically the mounting position of the protection diode. The ratio of the length from the gate electrode along the long wiring 31 to the length from the isolated tip (hereinafter referred to as the internal division ratio) is substantially 0: 1, 1: 3, 1: 1, 3: 1, 1 A circuit was prepared in which a protection diode was connected at the position of: 0. The circuit whose internal division ratio is approximately 0: 1 has the same configuration as that of FIGS. 3B and 3C.

【0092】図10の保護ダイオード32a、32b、
32c、32dはそれぞれ内分比が1:3、1:1、
3:1、1:0の場合を示す。このように、内分比が変
化してもMOSトランジスタと保護ダイオードとの間の
直線距離はほぼ一定となるようにした。なお、アンテナ
比は全ての内分比について4000とした。
The protection diodes 32a, 32b,
32c and 32d have an internal division ratio of 1: 3, 1: 1 and
The case of 3: 1, 1: 0 is shown. Thus, the linear distance between the MOS transistor and the protection diode is made substantially constant even when the internal division ratio changes. The antenna ratio was 4000 for all internal division ratios.

【0093】図11(A)〜(E)は、それぞれ内分比
がほぼ0:1、1:3、1:1、3:1、1:0の場合
のしきい値電圧のシフト量を示す。図11(A)、
(B)に示すように、内分比がほぼ0:1及び1:3の
場合は、ウエハ全面にわたってしきい値電圧のシフト量
はほぼ0である。図11(C)に示すように、内分比が
1:1の場合は、ウエハ中心から6cm以上の周辺領域
において、しきい値電圧のシフト量は0.05V程度と
なり、やや大きくなる。
FIGS. 11A to 11E show the shift amounts of the threshold voltage when the internal division ratio is approximately 0: 1, 1: 3, 1: 1, 3: 1, and 1: 0, respectively. Show. FIG. 11 (A),
As shown in (B), when the internal division ratio is approximately 0: 1 and 1: 3, the shift amount of the threshold voltage is substantially zero over the entire surface of the wafer. As shown in FIG. 11C, when the internal division ratio is 1: 1, the shift amount of the threshold voltage is about 0.05 V in the peripheral region of 6 cm or more from the center of the wafer, which is slightly larger.

【0094】図11(D)に示すように、内分比が3:
1となると、ウエハ中心から5cm以上離れた周辺領域
において、しきい値電圧のシフト量はさらに大きくな
り、ウエハ中心から6〜7cm離れた周辺領域では約
0.2Vとなる場合がある。
As shown in FIG. 11D, the internal division ratio is 3:
When it is 1, the shift amount of the threshold voltage is further increased in the peripheral region distant from the center of the wafer by 5 cm or more, and may be about 0.2 V in the peripheral region distant from the wafer center by 6 to 7 cm.

【0095】図11(E)に示すように、内分比が1:
0の場合には、ウエハ中心から5cm以上離れた周辺領
域において、しきい値電圧のシフト量はさらに大きくな
り、0.3V程度になる場合がある。
As shown in FIG. 11E, the internal division ratio is 1:
In the case of 0, the shift amount of the threshold voltage is further increased to about 0.3 V in a peripheral region distant from the center of the wafer by 5 cm or more.

【0096】図11(A)〜(E)からわかるように、
保護ダイオードとゲート電極との間の長大配線に沿った
長さをできるだけ短くすることが好ましい。特に、保護
ダイオードを長大配線の中間点よりもゲート電極側に配
置することが好ましい。
As can be seen from FIGS. 11A to 11E,
It is preferable to minimize the length along the long wiring between the protection diode and the gate electrode as much as possible. In particular, it is preferable to dispose the protection diode closer to the gate electrode than the middle point of the long wiring.

【0097】保護ダイオードの面積は、極めて小さいも
のでもゲート酸化膜のダメージ抑制効果を得ることがで
きた。より具体的には、設計ルールの最小の大きさのも
のでも十分な効果を得ることができた。ウエハの面積を
有効に利用するためには、保護ダイオードの拡散領域の
面積はウエハ内のフィールド酸化膜で囲まれた活性領域
のうち最小の面積とすることが好ましい。
Even if the area of the protection diode was extremely small, the effect of suppressing the damage of the gate oxide film could be obtained. More specifically, a sufficient effect can be obtained even with the minimum design rule. In order to effectively utilize the area of the wafer, it is preferable that the area of the diffusion region of the protection diode be the minimum area of the active region surrounded by the field oxide film in the wafer.

【0098】なお、上記実施例では、保護ダイオードと
nMOSトランジスタをp型ウェル内に形成した場合に
ついて説明したが、p型ウェルを形成しないで、直接p
型基板表面に形成してもよい。なお、全ての導電型を反
転して同様の結果が得られるであろうことは当業者に自
明であろう。
In the above embodiment, the case where the protection diode and the nMOS transistor are formed in the p-type well has been described.
It may be formed on the surface of the mold substrate. It will be apparent to those skilled in the art that the same result may be obtained by inverting all conductivity types.

【0099】以上のようにして、ゲート酸化膜のダメー
ジを抑制できることが判った。しかしながら、半導体ウ
エハ内に複数のチップを形成し、各チップ内に以上の条
件を満たすテスト素子を配置し、実験を行なったとこ
ろ、ゲート酸化膜のダメージが一部に発生することが判
明した。
As described above, it was found that damage to the gate oxide film could be suppressed. However, when a plurality of chips were formed in a semiconductor wafer, test elements satisfying the above conditions were arranged in each chip, and an experiment was conducted, it was found that damage to the gate oxide film occurred partially.

【0100】図13(A)は、チップを形成した半導体
ウエハの概略上面図である。半導体ウエハWには複数の
チップCHがマトリクス状に配置され、各隣接するチッ
プ間はスクライブラインSLによって分離されている。
このような半導体チップCH内に他の素子と共にゲート
酸化膜ダメージ抑制用構造を作り込んで実験を行なった
ところ、上述の条件を満たしているにもかかわらず、ゲ
ート酸化膜にダメージが発生することがあることが判っ
た。
FIG. 13A is a schematic top view of a semiconductor wafer on which chips are formed. A plurality of chips CH are arranged in a matrix on the semiconductor wafer W, and adjacent chips are separated by scribe lines SL.
When an experiment was conducted by forming a gate oxide film damage suppressing structure together with other elements in such a semiconductor chip CH, the gate oxide film was found to be damaged in spite of satisfying the above conditions. It turned out that there was.

【0101】また、図13(B)に示すように、ウエハ
のスクライブラインSLを総てレジストマスクRMで覆
ったところ、ゲート酸化膜のダメージは発生しなくなっ
た。本発明者は、以上の現象を以下のように考えた。
Further, as shown in FIG. 13B, when all the scribe lines SL of the wafer were covered with the resist mask RM, no damage was caused on the gate oxide film. The inventor considered the above phenomenon as follows.

【0102】図14(A)は、半導体チップ1つの構成
を概略的に示す。半導体チップCHの外周領域は、スク
ライブラインSLによって構成されている。スクライブ
ラインSLにおいては、通常全工程を通して半導体表面
が露出している。
FIG. 14A schematically shows the structure of one semiconductor chip. The outer peripheral area of the semiconductor chip CH is constituted by scribe lines SL. In the scribe line SL, the semiconductor surface is usually exposed throughout the entire process.

【0103】プラズマ加工工程において、アスペクト比
の高い開口があると、MOSキャパシタ構造や拡散層を
介して基板内に正電荷が注入される。スクライブライン
は幅広く、プラズマに露出するので、正電荷でも負電荷
でも取り込むことができる。基板が正に帯電してもスク
ライブラインで電荷中和がなされるであろう。別の観点
から見ると、各チップにおいて、内部領域からスクライ
ブラインに向かって電流が流れることになる。基板内電
流は基板内電位分布を形成する。この電位分布は、ゲー
ト酸化膜ダメージの原因となり得る。スクライブライン
を全てレジスト等の絶縁膜で覆うと、基板内電流が流れ
にくくなる。したがって、基板内電流分布が形成されに
くくなり、ゲート酸化膜のダメージも発生しにくくな
る。
In the plasma processing step, if there is an opening having a high aspect ratio, a positive charge is injected into the substrate via the MOS capacitor structure or the diffusion layer. The scribe line is wide and is exposed to plasma, so that either positive or negative charges can be captured. Even if the substrate is positively charged, charge neutralization will occur at the scribe line. From another point of view, in each chip, a current flows from the internal region toward the scribe line. The current in the substrate forms a potential distribution in the substrate. This potential distribution can cause gate oxide film damage. If the entire scribe line is covered with an insulating film such as a resist, the current in the substrate becomes difficult to flow. Therefore, the current distribution in the substrate is hardly formed, and the gate oxide film is hardly damaged.

【0104】スクライブラインSLで囲まれた内部領域
内に種々の半導体素子が形成されている。入出力パッド
Pは、入出力保護トランジスタTrを介して内部回路に
接続される。また、内部回路内には、上述の長大な配線
W2に接続されたゲート電極を有するMOSトランジス
タQ2が配置されている。半導体チップの他の領域に
は、MOSトランジスタQ1が形成され、そのゲート電
極から他のトランジスタのドレイン等の拡散層Dに接続
される配線W1が形成されている。ここで、MOSトラ
ンジスタQ1のスクライブラインSLからの距離をd1
とし、拡散領域DのスクライブラインSLからの距離を
d2とする。
Various semiconductor elements are formed in an internal region surrounded by scribe lines SL. The input / output pad P is connected to an internal circuit via an input / output protection transistor Tr. In the internal circuit, a MOS transistor Q2 having a gate electrode connected to the above-described long wiring W2 is arranged. In another region of the semiconductor chip, a MOS transistor Q1 is formed, and a wiring W1 connected from its gate electrode to a diffusion layer D such as a drain of another transistor is formed. Here, the distance of the MOS transistor Q1 from the scribe line SL is d1
And the distance of the diffusion region D from the scribe line SL is d2.

【0105】長大な配線W2に電荷が蓄積されると、そ
の電荷はトランジスタQ2のゲート絶縁膜を介して、ま
たは配線W2に接続された拡散領域を介して半導体チッ
プCHの基板内に流れる。この電流は、半導体基板内を
流れるのに従って、基板内に電位分布を形成する。MO
SトランジスタQ1下の基板内の電位と、拡散領域Dで
の基板内の電位とが大きく異なると、MOSトランジス
タQ1のゲート絶縁膜両側には、大きな電圧が印加され
てしまう。基板内の電位分布は、スクライブラインまで
の距離に依存するであろう。
When the electric charge is accumulated in the long wiring W2, the electric charge flows into the substrate of the semiconductor chip CH through the gate insulating film of the transistor Q2 or through the diffusion region connected to the wiring W2. This current forms a potential distribution in the substrate as it flows through the semiconductor substrate. MO
If the potential in the substrate under the S transistor Q1 is significantly different from the potential in the substrate in the diffusion region D, a large voltage will be applied to both sides of the gate insulating film of the MOS transistor Q1. The potential distribution in the substrate will depend on the distance to the scribe line.

【0106】図14(B)は、図14(A)の構成の概
略断面図である。図中左側に拡散領域Dを含むトランジ
スタが配置され、中央部にMOSトランジスタQ1が配
置され、その間を配線W1が接続する。また、図中右側
には長大な配線W2がゲート電極に接続されたMOSト
ランジスタQ2が示されている。長大な配線W2からゲ
ート酸化膜を介して電荷が基板内に流れ込むと、電流が
基板横方向に流れる。
FIG. 14B is a schematic sectional view of the configuration of FIG. A transistor including a diffusion region D is arranged on the left side of the drawing, and a MOS transistor Q1 is arranged at the center, and a wiring W1 is connected therebetween. The right side of the drawing shows a MOS transistor Q2 in which a long wiring W2 is connected to the gate electrode. When electric charge flows into the substrate from the long wiring W2 via the gate oxide film, a current flows in the lateral direction of the substrate.

【0107】スクライブラインSLは、その表面が露出
しているため、電流の出口となることができる。すなわ
ち、正電荷、負電荷を含むプラズマがスクライブライン
SLに接している場合、基板内を流れた正電荷は、スク
ライブラインSLにおいて負電荷と結合し、電荷を中和
することができる。
Since the surface of the scribe line SL is exposed, it can serve as an outlet for current. That is, when the plasma including the positive charge and the negative charge is in contact with the scribe line SL, the positive charge flowing in the substrate can be combined with the negative charge in the scribe line SL to neutralize the charge.

【0108】内部領域においては、アスペクト比の高い
窓部分には過剰の正電荷が入射するため、正電荷が基板
内に注入される。この正電荷が基板内の電流となるた
め、基板横方向に電位分布が発生する。図示の構成にお
いて、MOSトランジスタQ1のゲート電極直下のチャ
ネル部分と、拡散領域D(これはゲート電極に接続され
ているので、拡散領域Dの電位はそのままQ1のゲート
電位となる)との間に基板内電位分布ΔVが発生する
と、MOSトランジスタQ1のゲート絶縁膜には電圧Δ
Vが印加されることになる。すなわち、配線W1で収集
される電荷が小さくても、基板内電位分布によってゲー
ト絶縁膜の劣化が生じ得る。発生する電圧ΔVは距離d
1をd2との差に依存するであろう。
In the internal region, since excess positive charges enter the window portion having a high aspect ratio, the positive charges are injected into the substrate. Since this positive charge becomes a current in the substrate, a potential distribution occurs in the lateral direction of the substrate. In the configuration shown, between the channel portion immediately below the gate electrode of MOS transistor Q1 and diffusion region D (since this is connected to the gate electrode, the potential of diffusion region D becomes the gate potential of Q1 as it is). When the potential distribution ΔV in the substrate occurs, the voltage Δ is applied to the gate insulating film of the MOS transistor Q1.
V will be applied. That is, even if the charge collected by the wiring W1 is small, the gate insulating film may be deteriorated due to the potential distribution in the substrate. The generated voltage ΔV is the distance d
One will depend on the difference from d2.

【0109】図15(A)、(B)は、上述の解析を確
認するために行なった実験を説明するための図である。
図15(A)は、実験用サンプルの構成を概略的に示す
平面図である。複数のMOSトランジスタM1、M2、
…MkがスクライブラインSLから一定の距離、このサ
ンプルにおいては250μm、に配置されている。保護
用ダイオードPD1〜PDiは、スクライブラインから
100、120、140、…、240μmの位置に形成
されている。対応するMOSトランジスタMと保護用ダ
イオードPDとを配線W11〜Wiiで接続する。
FIGS. 15A and 15B are diagrams for explaining an experiment performed to confirm the above analysis.
FIG. 15A is a plan view schematically showing a configuration of an experimental sample. A plurality of MOS transistors M1, M2,
.. Mk are arranged at a fixed distance from the scribe line SL, in this sample, 250 μm. The protection diodes PD1 to PDi are formed at positions of 100, 120, 140,..., 240 μm from the scribe line. The corresponding MOS transistor M and the protection diode PD are connected by wirings W11 to Wii.

【0110】MOSトランジスタMjに対しては、スク
ライブラインSLから100μmの位置に拡散領域PD
jを形成し、絶縁ゲート電極とこの拡散領域を配線Wj
jで接続すると共に、MOSトランジスタのゲート電極
から約10μmの位置に他の保護ダイオードDaを接続
した。
For MOS transistor Mj, diffusion region PD is located 100 μm from scribe line SL.
j to form an insulated gate electrode and this diffusion region into a wiring Wj.
j, and another protection diode Da was connected at a position of about 10 μm from the gate electrode of the MOS transistor.

【0111】また、MOSトランジスタMkに対して
は、スクライブラインSLから100μmの位置に保護
用ダイオードPDkを形成し、ゲート電極と配線Wkk
で接続した。さらに、MOSトランジスタMkの近傍に
半導体表面を露出させた擬似スクライブラインQSLを
形成した。
For MOS transistor Mk, a protection diode PDk is formed at a position 100 μm from scribe line SL, and a gate electrode and wiring Wkk are formed.
Connected with. Further, a pseudo scribe line QSL exposing the semiconductor surface was formed near the MOS transistor Mk.

【0112】このようなサンプルをプラズマ工程に晒
し、MOSトランジスタMのゲート酸化膜に発生するダ
メージを測定した。図15(B)は、図15(A)のサ
ンプルを用いて測定したMOSトランジスタM1〜Mk
のしきい値電圧Vthを示すグラフである。横軸は保護
ダイオードPDのスクライブラインSLから距離をμm
で示す。なお、MOSトランジスタと保護ダイオードと
の間の距離を( )内に併せて示す。また、縦軸はしき
い値電圧Vthを単位Vで示す。
[0112] Such a sample was exposed to a plasma process, and damage generated in the gate oxide film of the MOS transistor M was measured. FIG. 15B shows MOS transistors M1 to Mk measured using the sample of FIG.
6 is a graph showing the threshold voltage Vth of FIG. The horizontal axis represents the distance from the scribe line SL of the protection diode PD in μm.
Indicated by The distance between the MOS transistor and the protection diode is also shown in parentheses. The vertical axis indicates the threshold voltage Vth in unit V.

【0113】図中右側の2つのプロットは、テスト素子
MjとMkの測定値である。すなわち、Mjはスクライ
ブラインから100μmの距離に保護ダイオードを有す
る他、絶縁ゲート電極から10μmの距離にも他の保護
ダイオードDaを接続している。また、テスト素子Mk
は、スクライブラインから100μmの距離に保護ダイ
オードを接続していると共に、絶縁ゲート電極の近傍に
擬似スクライブラインQSLを備えている。
The two plots on the right side of the figure show the measured values of the test elements Mj and Mk. That is, Mj has a protection diode at a distance of 100 μm from the scribe line and also connects another protection diode Da at a distance of 10 μm from the insulated gate electrode. Also, the test element Mk
Has a protection diode connected to the scribe line at a distance of 100 μm and a pseudo scribe line QSL near the insulated gate electrode.

【0114】MOSトランジスタのしきい値電圧は、図
15(B)のグラフから明らかなように、保護ダイオー
ドがMOSトランジスタから離れるに従い、次第に高く
なっている。特に、保護ダイオードがMOSトランジス
タのゲート電極から70μm以上離れた場合に、しきい
値電圧の変化が顕著になる。
As is clear from the graph of FIG. 15B, the threshold voltage of the MOS transistor gradually increases as the protection diode moves away from the MOS transistor. In particular, when the protection diode is separated from the gate electrode of the MOS transistor by 70 μm or more, the change in the threshold voltage becomes remarkable.

【0115】一方、保護ダイオードがMOSトランジス
タから離れていても、MOSトランジスタの近傍に他の
保護ダイオードを接続すれば、テスト素子Mjの測定結
果に見られるように、しきい値電圧の変化は小さくな
る。また、MOSトランジスタの近傍に擬似スクライブ
ラインを形成した場合にも、テスト素子M1とMkの結
果から明らかなように、しきい値電圧の変化は著しく減
少する。
On the other hand, even if the protection diode is far from the MOS transistor, if another protection diode is connected near the MOS transistor, the change in the threshold voltage is small as seen from the measurement result of test element Mj. Become. Also, when a pseudo scribe line is formed in the vicinity of the MOS transistor, the change in the threshold voltage is significantly reduced, as is apparent from the results of the test elements M1 and Mk.

【0116】図14(A)に示すように、半導体チップ
内には通常複数の入出力保護用トランジスタTrが形成
されている。この保護用トランジスタTrは他のトラン
ジスタと比べ、その寸法が大きく設計される。保護用ト
ランジスタTrのゲート長をL、ゲート幅をWとすれ
ば、その大きい方、通常はゲート幅W、の距離において
は、基板内に電位分布が発生しないように装置設計がな
される。したがって、半導体チップ内の最大のトランジ
スタの寸法以内であれば、基板内の電位分布は無視でき
るものと考えられる。たとえば、ゲート長GLは0.5
μmであり、ゲート幅GWは50μmである。この場
合、ゲート幅50μmまでの距離であれば、基板内の電
位分布はほぼ無視できるものとなる。
As shown in FIG. 14A, a plurality of input / output protection transistors Tr are usually formed in a semiconductor chip. The size of the protection transistor Tr is designed to be larger than other transistors. Assuming that the gate length of the protection transistor Tr is L and the gate width is W, the device is designed so that no potential distribution occurs in the substrate at the larger distance, usually the gate width W. Therefore, it is considered that the potential distribution in the substrate is negligible if it is within the size of the largest transistor in the semiconductor chip. For example, the gate length GL is 0.5
μm, and the gate width GW is 50 μm. In this case, the potential distribution in the substrate is almost negligible if the distance is up to a gate width of 50 μm.

【0117】図15(B)の実験結果は、この考えと符
合した結果を示している。すなわち、MOSトランジス
タと保護ダイオードとの間の距離が50μmまでのサン
プルにおいては、しきい値電圧の変化は無視できる程度
である。
The experimental result shown in FIG. 15B shows a result consistent with this idea. That is, in a sample in which the distance between the MOS transistor and the protection diode is up to 50 μm, the change in the threshold voltage is negligible.

【0118】図14(A)に示すような半導体チップに
おいて、長大な配線W2を有するMOSトランジスタQ
2の分布は一定ではない。ただし、半導体チップ内に複
数個の長大な配線を有するMOSトランジスタが形成さ
れると、基板内電流はほぼチップ中央からスクライブラ
インに向かって流れるものと考えることができる。
In a semiconductor chip as shown in FIG. 14A, a MOS transistor Q having a long wiring W2
The distribution of 2 is not constant. However, when a plurality of MOS transistors having long wires are formed in the semiconductor chip, it can be considered that the current in the substrate flows substantially from the center of the chip toward the scribe line.

【0119】すると、保護すべきMOSトランジスタと
保護ダイオードとの関係は、スクライブラインSLから
の距離に基づいて判断すればよいことになる。すなわ
ち、スクライブラインからの距離が等しければ、その位
置における基板内電位はほぼ同等と考えることができ
る。したがって、MOSトランジスタQとそのゲート配
線に接続される保護ダイオードDとはスクライブライン
SLから等しい距離に配置すればよい。
Then, the relationship between the MOS transistor to be protected and the protection diode may be determined based on the distance from scribe line SL. That is, if the distance from the scribe line is equal, the potential in the substrate at that position can be considered to be substantially equal. Therefore, MOS transistor Q and protection diode D connected to its gate wiring may be arranged at the same distance from scribe line SL.

【0120】なお、半導体基板内における電位降下は、
最大のトランジスタのゲート幅以内であればほぼ無視で
きるので、MOSトランジスタの絶縁ゲート電極と、そ
の配線に接続される保護ダイオードとのスクライブライ
ンからの距離の差は、同一チップ内の最大トランジスタ
のゲート幅以下であればよいことになる。
The potential drop in the semiconductor substrate is as follows:
Since it is almost negligible within the gate width of the largest transistor, the difference between the distance from the scribe line between the insulated gate electrode of the MOS transistor and the protection diode connected to its wiring is the same It suffices if the width is equal to or less than the width.

【0121】また、ゲート電極に接続される配線は、他
のMOSトランジスタのドレイン領域に接続される場合
が多い。この場合、ドレイン領域は保護素子としての役
割を果たすことができる。したがって、保護ダイオード
をドレイン領域に置き換えてもよい。なお、これらをま
とめて拡散領域という。
The wiring connected to the gate electrode is often connected to the drain region of another MOS transistor. In this case, the drain region can serve as a protection element. Therefore, the protection diode may be replaced with a drain region. These are collectively called a diffusion region.

【0122】図16は、半導体チップの構成例を概略的
に示す。半導体チップCH内に、MOSトランジスタQ
1と他のMOSトランジスタのドレイン拡散領域D1が
配置されている。
FIG. 16 schematically shows a configuration example of a semiconductor chip. In the semiconductor chip CH, the MOS transistor Q
1 and a drain diffusion region D1 of another MOS transistor.

【0123】MOSトランジスタQ1のゲート電極は、
スクライブラインSLから250μmの距離に配置され
ている。また、他のMOSトランジスタのドレイン領域
D1は、スクライブラインSLから距離200μmに配
置されている。両者は配線W1で接続されている。
The gate electrode of the MOS transistor Q1 is
It is arranged at a distance of 250 μm from scribe line SL. The drain region D1 of another MOS transistor is arranged at a distance of 200 μm from the scribe line SL. Both are connected by a wiring W1.

【0124】この場合、MOSトランジスタQ1のゲー
ト電極のスクライブラインSLからの距離(250μ
m)と、ドレイン拡散領域D1のスクライブラインから
の距離(200μm)とは、50μm異なるのみであ
る。このチップ内の最大のトランジスタのゲート幅が前
述と同様50μmであれば、ドレイン拡散領域D1の基
板内電位とMOSトランジスタQ1のチャネル領域の電
位とはほぼ等しいと考えられる。したがって、MOSト
ランジスタQ1のゲート絶縁膜にはダメージは発生しに
くい。
In this case, the distance from the scribe line SL of the gate electrode of the MOS transistor Q1 (250 μm)
m) and the distance (200 μm) from the scribe line of the drain diffusion region D1 are different only by 50 μm. If the gate width of the largest transistor in this chip is 50 μm as described above, it is considered that the potential in the substrate of the drain diffusion region D1 and the potential of the channel region of the MOS transistor Q1 are substantially equal. Therefore, the gate insulating film of MOS transistor Q1 is hardly damaged.

【0125】図17は、半導体チップの他の構成例を示
す。半導体チップCH内にMOSトランジスタQ1と他
のMOSトランジスタのドレイン拡散領域D1とが形成
され、両者が配線Wによって接続されている。MOSト
ランジスタQ1はスクライブラインSLから250μm
の距離に配置され、ドレイン拡散領域D1はスクライブ
ラインSLから100μmの位置に形成されている。
FIG. 17 shows another configuration example of the semiconductor chip. A MOS transistor Q1 and a drain diffusion region D1 of another MOS transistor are formed in a semiconductor chip CH, and both are connected by a wiring W. MOS transistor Q1 is 250 μm from scribe line SL
And the drain diffusion region D1 is formed at a position 100 μm from the scribe line SL.

【0126】この場合、両者のスクライブラインSLか
らの距離の差は250−100=150μmであり、チ
ップ内の最大のトランジスタのゲート幅(50μm)よ
りも著しく大きい。このような構成の場合、図15
(B)の特性M1に示すように、しきい値電圧は大きく
変動しやすい。
In this case, the difference between the two distances from the scribe line SL is 250-100 = 150 μm, which is significantly larger than the gate width (50 μm) of the largest transistor in the chip. In the case of such a configuration, FIG.
As shown by the characteristic M1 in (B), the threshold voltage tends to fluctuate greatly.

【0127】そこで、配線Wの途中に他の保護用ダイオ
ードDaを形成することが好ましい。保護用ダイオード
Daは、たとえばスクライブラインSLから距離260
μmの位置に接続する。
Accordingly, it is preferable to form another protection diode Da in the middle of the wiring W. The protection diode Da is, for example, a distance 260 from the scribe line SL.
Connect to μm position.

【0128】このように構成すれば、MOSトランジス
タQ1のゲート電極に印加される電圧は、保護用ダイオ
ードDaの基板内電位とほぼ同等となり、ゲート酸化膜
に過大の電圧が印加されることを防止できる。なお、ド
レイン拡散層D1と保護用ダイオードDaとの間には大
きな電位が発生し得るが、この電位は、ドレイン拡散領
域D1と保護用ダイオードDaの間に流れる電流によっ
て補償できる。
According to this structure, the voltage applied to the gate electrode of MOS transistor Q1 becomes substantially equal to the potential in the substrate of protection diode Da, thereby preventing an excessive voltage from being applied to the gate oxide film. it can. Although a large potential can be generated between the drain diffusion layer D1 and the protection diode Da, this potential can be compensated for by a current flowing between the drain diffusion region D1 and the protection diode Da.

【0129】なお、上述の基板内電流は、長大な配線W
2がプラズマから正電荷を受けることによって発生す
る。したがって、長大な配線を有する半導体集積回路装
置において、チップ内に配置するMOSトランジスタと
その保護用拡散領域との関係を上述のように調整するこ
とが有効である。
Note that the above-described current in the substrate is caused by the long wiring W
2 is generated by receiving a positive charge from the plasma. Therefore, in a semiconductor integrated circuit device having a long wiring, it is effective to adjust the relationship between the MOS transistor arranged in the chip and the protective diffusion region as described above.

【0130】なお、基板内電位分布は、半導体チップの
内部領域でプラズマから基板内に侵入した電荷がスクラ
イブラインに向かって流れることによって発生する。ス
クライブラインの電位を基準とすれば、スクライブライ
ンまでの距離が長いほど抵抗も高く、発生する電位差も
大きい。
Note that the potential distribution in the substrate is generated by the charge invading the substrate from the plasma flowing toward the scribe line in the internal region of the semiconductor chip. If the potential of the scribe line is used as a reference, the longer the distance to the scribe line, the higher the resistance and the greater the potential difference generated.

【0131】もし、半導体チップの内部領域において
も、スクライブライン同様、プラズマ中の電荷と直接結
合できる領域があれば、その領域における電位はスクラ
イブラインの電位と同等となるであろう。このような領
域を以下、擬似スクライブラインと呼ぶ。半導体チップ
の内部領域内に、擬似スクライブラインを分布させ、各
MOSトランジスタからスクライブラインまたは擬似ス
クライブラインまでの距離を短くすれば、基板内に発生
する電位差も小さくなり、ゲート絶縁膜のダメージも小
さくなるはずである。
If there is a region in the internal region of the semiconductor chip which can be directly coupled to the electric charge in the plasma as in the scribe line, the potential in that region will be equivalent to the potential of the scribe line. Such an area is hereinafter referred to as a pseudo scribe line. By distributing pseudo scribe lines in the internal region of the semiconductor chip and shortening the distance from each MOS transistor to the scribe line or pseudo scribe line, the potential difference generated in the substrate is reduced, and the damage to the gate insulating film is reduced. Should be.

【0132】図15(A)、(B)に示すテスト素子M
kは、この考えに基づくものであり、MOSトランジス
タの近傍に擬似スクライブラインQSLを備えている。
擬似スクライブラインを備えたことにより、他の条件が
同等のテスト素子M1と比較した時、しきい値電圧の変
化は著しく低下している。
The test element M shown in FIGS. 15A and 15B
k is based on this idea, and has a pseudo scribe line QSL near the MOS transistor.
Due to the provision of the pseudo scribe line, the change in the threshold voltage is remarkably reduced as compared with the test element M1 having the same other conditions.

【0133】このような擬似スクライブラインは、各配
線層形成工程において、電気的に半導体表面を上部空間
に露出できるものであればよい。半導体表面が直接露出
する場合および、半導体表面上に金属等の導電層が形成
されているが、その導電層またはその導電層と残り部分
の半導体表面が上部空間に露出していればよい。なお、
最上層配線を形成した後、カバー膜を形成する工程にお
いては、擬似スクライブラインを覆っても構わない。
Such a pseudo scribe line may be any as long as the semiconductor surface can be electrically exposed to the upper space in each wiring layer forming step. When the semiconductor surface is directly exposed and when a conductive layer such as a metal is formed on the semiconductor surface, the conductive layer or the conductive layer and the remaining semiconductor surface may be exposed to the upper space. In addition,
After forming the uppermost layer wiring, in the step of forming the cover film, the pseudo scribe line may be covered.

【0134】図18(A)、(B)、(C)は、擬似ス
クライブラインを備えた半導体チップの構成を示す。図
18(A)は半導体チップの平面図であり、図18
(B)は1つの擬似スクライブラインの拡大平面図であ
り、図18(C)は図18(A)内の鎖線18C−18
Cに沿う断面図である。
FIGS. 18A, 18B and 18C show the structure of a semiconductor chip having pseudo scribe lines. FIG. 18A is a plan view of a semiconductor chip, and FIG.
(B) is an enlarged plan view of one pseudo scribe line, and FIG. 18 (C) is a chain line 18C-18 in FIG. 18 (A).
It is sectional drawing which follows C.

【0135】図18(A)においては、半導体チップC
Hの周辺にはスクライブラインSLが形成され、その内
部領域内に複数の擬似スクライブラインQSLが分布し
て配置されている。また、MOSトランジスタQが回路
設計に従い、内部領域内に多数形成されている。
In FIG. 18A, the semiconductor chip C
A scribe line SL is formed around H, and a plurality of pseudo scribe lines QSL are arranged in a distributed manner in an internal region thereof. A large number of MOS transistors Q are formed in the internal region according to the circuit design.

【0136】擬似スクライブラインは、図18(B)に
示すように、たとえば矩形の形状を有する。図示の構成
においては、擬似スクライブラインQSLは、たとえば
10μm×60μmの寸法を有し、上部構造を形成した
時にも、その絶縁物構造IS内に約8μm×50μmの
半導体表面が露出する。なお、以上述べた寸法は単なる
例示であり、回路設計等に合わせ適宜変更することがで
きる。また、擬似スクライブラインの形状も任意に変更
できる。プラズマと良好な電気的コンタクトをとるため
には、どのような条件が必要かを以下の実験で験べた。
As shown in FIG. 18B, the pseudo scribe line has, for example, a rectangular shape. In the illustrated configuration, pseudo scribe line QSL has a size of, for example, 10 μm × 60 μm. Even when an upper structure is formed, a semiconductor surface of about 8 μm × 50 μm is exposed in insulator structure IS. Note that the dimensions described above are merely examples, and can be changed as appropriate in accordance with the circuit design and the like. Further, the shape of the pseudo scribe line can be arbitrarily changed. In order to make good electrical contact with the plasma, what conditions were required were tested in the following experiments.

【0137】図23(A)は、サンプルの形状を示す。
厚い絶縁膜100上に厚さ0.5μmのメタル層101
を形成し、その上に厚さ0.5μmのレジストパターン
102を形成した。メタル層101は、nチャネルまた
はpチャネルMOSトランジスタの絶縁ゲート電極に接
続されている。レジストパターン102は幅0.5μm
のストライプ状であり、隣接するパターン102間のス
ペース幅sを変化させた。これらレジストパターン10
2をエッチングマスクとしてメタル層101をエッチし
た。エッチング終了時点でパターン間には幅s高さ1μ
mの開口部が形成される。
FIG. 23A shows the shape of a sample.
0.5 μm thick metal layer 101 on a thick insulating film 100
Was formed thereon, and a resist pattern 102 having a thickness of 0.5 μm was formed thereon. Metal layer 101 is connected to an insulated gate electrode of an n-channel or p-channel MOS transistor. The resist pattern 102 has a width of 0.5 μm
And the space width s between adjacent patterns 102 was changed. These resist patterns 10
The metal layer 101 was etched using 2 as an etching mask. At the end of etching, width s height 1μ between patterns
m openings are formed.

【0138】エッチング中にメタル層101に正負アン
バランスの電荷が流入すると、MOSトランジスタのし
きい値電圧が変化してしまう。種々のスペース幅sにつ
いてnチャネルMOSトランジスタおよびpチャネルM
OSトランジスタのサンプルを測定した。
If positive / negative unbalanced charges flow into the metal layer 101 during etching, the threshold voltage of the MOS transistor changes. N-channel MOS transistor and p-channel M for various space widths s
A sample of the OS transistor was measured.

【0139】図23(B)は、nチャネルMOSトラン
ジスタの結果を示す。スペース幅1.2μm以上のサン
プルはしきい値電圧の変化をほとんど示さないが、スペ
ース幅sが0.9μm以下になると、しきい値電圧が大
きく増大している。
FIG. 23B shows the result of an n-channel MOS transistor. Samples with a space width of 1.2 μm or more show almost no change in threshold voltage, but when the space width s is 0.9 μm or less, the threshold voltage greatly increases.

【0140】図23(C)は、pチャネルMOSトラン
ジスタの結果を示す。スペース幅sが1.4μm以上の
サンプルはほとんど閾値電圧の変化を示さないが、スペ
ース幅sが1.2μm以下になると、閾値電圧は大きく
減少している。
FIG. 23C shows the result of a p-channel MOS transistor. Samples with a space width s of 1.4 μm or more show almost no change in threshold voltage, but when the space width s is 1.2 μm or less, the threshold voltage is greatly reduced.

【0141】エッチング終了時点のアスペクト比で考え
ると、nチャネルMOSトランジスタの場合、1/1.
2以下、pチャネルMOSトランジスタの場合1/1.
4以下であれば、閾値電圧の変化は無視できるものであ
る。したがって、擬似スクライブラインとしてアスペク
ト比1/1.4以下の構造を作れば基板とプラズマ間を
電気的に良好に接触させることができるであろう。
Considering the aspect ratio at the end of the etching, in the case of an n-channel MOS transistor, 1/1.
2 or less, for p-channel MOS transistors 1/1.
If it is 4 or less, the change in threshold voltage is negligible. Therefore, if a structure having an aspect ratio of 1 / 1.4 or less is formed as a pseudo scribe line, the substrate and the plasma can be brought into good electrical contact.

【0142】さらに好ましくは、レジストパターンのみ
を考え、擬似スクライブラインのアスペクト比は1/
2.8以下とすればよいであろう。また、擬似スクライ
ブラインの幅のみを考えれば、幅が1.4μm以上ある
ことが好ましい。擬似スクライブラインの幅は配線層の
厚さの4倍以上あることがさらに好ましい。これは、エ
ッチング中スクライブラインの配線層がレジストによっ
てプラズマ中の正負電荷が遮断されないようにするため
である。
More preferably, only the resist pattern is considered, and the pseudo scribe line has an aspect ratio of 1 /.
It should be 2.8 or less. Also, considering only the width of the pseudo scribe line, the width is preferably 1.4 μm or more. More preferably, the width of the pseudo scribe line is at least four times the thickness of the wiring layer. This is to prevent the positive and negative charges in the plasma from being blocked by the resist in the wiring layer of the scribe line during the etching.

【0143】図18(C)は、図18(A)の鎖線C−
Cに沿う断面構造を示す。シリコン半導体基板1の表面
上には、フィールド酸化膜OXが選択的に形成されてい
る。チップ周辺においては、フィールド酸化膜OXは形
成されず、半導体表面が露出し、スクライブラインSL
を形成している。擬似スクライブラインQSLにおいて
も、半導体基板1の表面が露出している。
FIG. 18C is a cross-sectional view taken along a chain line C- in FIG.
The cross-sectional structure along C is shown. On the surface of the silicon semiconductor substrate 1, a field oxide film OX is selectively formed. The field oxide film OX is not formed around the chip, the semiconductor surface is exposed, and the scribe line SL is exposed.
Is formed. Also in pseudo scribe line QSL, the surface of semiconductor substrate 1 is exposed.

【0144】なお、フィールド酸化膜OXの開口部分は
素子を形成するための活性領域であり、図示の構成の場
合、活性領域内にMOSトランジスタQが形成されてい
る。MOSトランジスタQは、半導体基板1内に形成さ
れたソース領域S、ドレイン領域Dおよびソース領域と
ドレイン領域に挟まれたチャネル領域上に形成された絶
縁ゲート電極Gを含む。
The opening of field oxide film OX is an active region for forming an element. In the case of the configuration shown, MOS transistor Q is formed in the active region. MOS transistor Q includes a source region S, a drain region D formed in semiconductor substrate 1, and an insulated gate electrode G formed on a channel region sandwiched between the source and drain regions.

【0145】また、ソース領域Sおよびドレイン領域D
にはそれぞれソース電極SEおよびドレイン電極DEが
接続されている。ゲート電極Gおよびソース電極SE、
ドレイン電極DEを覆う絶縁膜ISは、スクライブライ
ンSL、擬似スクライブラインQSLの部分には形成さ
れず、半導体表面が露出している。絶縁膜ISは、たと
えば燐シリケートガラス(PSG)で形成される。
The source region S and the drain region D
Are connected to a source electrode SE and a drain electrode DE, respectively. A gate electrode G and a source electrode SE,
The insulating film IS covering the drain electrode DE is not formed in the scribe line SL and the pseudo scribe line QSL, and the semiconductor surface is exposed. The insulating film IS is formed of, for example, phosphorus silicate glass (PSG).

【0146】図19は、半導体構造の他の例を示す。図
中、図18(C)と同等部分には同等の参照符号を付
す。本構成例においては、MOSトランジスタQのソー
ス電極SE、ドレイン電極DEがタングステンプラグ等
の埋込金属領域Pおよびその表面上に形成された配線層
Wで形成されている。タングステンプラグPは、コンタ
クトホールを形成後、全面にコンフォーマルなタングス
テン層を形成し、エッチバックを行なって作成する。こ
のタングステン層の堆積およびエッチバックの工程にお
いて、スクライブラインSLおよび擬似スクライブライ
ンQSLの領域においても、タングステン層が堆積す
る。側壁がほぼ垂直な絶縁膜側面には、エッチバックで
除去しきれなかったタングステン領域RWが残留する。
FIG. 19 shows another example of the semiconductor structure. In the figure, parts that are the same as those shown in FIG. In this configuration example, the source electrode SE and the drain electrode DE of the MOS transistor Q are formed of an embedded metal region P such as a tungsten plug and a wiring layer W formed on the surface thereof. The tungsten plug P is formed by forming a contact hole, forming a conformal tungsten layer on the entire surface, and performing etch back. In the step of depositing and etching back the tungsten layer, the tungsten layer is deposited also in the area of the scribe line SL and the pseudo scribe line QSL. The tungsten region RW that has not been completely removed by the etch-back remains on the side surface of the insulating film whose side wall is almost vertical.

【0147】図20(A)、(B)、(C)は、入出力
トランジスタが擬似スクライブラインを兼用する半導体
集積回路装置を示す。図20(A)は、半導体チップの
平面図を示す。半導体チップCHの周辺領域にはスクラ
イブラインSLが形成されている。その内部領域には、
半導体集積回路が形成される。
FIGS. 20A, 20B, and 20C show a semiconductor integrated circuit device in which input / output transistors also serve as pseudo scribe lines. FIG. 20A is a plan view of a semiconductor chip. A scribe line SL is formed in a peripheral area of the semiconductor chip CH. In its internal area,
A semiconductor integrated circuit is formed.

【0148】この集積回路装置においては、入出力トラ
ンジスタTrが周辺領域のみでなく、チップ全面に分布
して形成されている。たとえば、チップ全面にわたって
バンプを有し、フェースダウンボンディングされる半導
体集積回路装置に適した構造である。内部回路のMOS
トランジスタQは、図示したものの他、多数が内部領域
に形成されている。
In this integrated circuit device, the input / output transistors Tr are formed not only in the peripheral region but also in the entire chip. For example, this structure has bumps over the entire surface of the chip and is suitable for a semiconductor integrated circuit device that is face-down bonded. MOS of internal circuit
Many transistors Q are formed in the internal region in addition to those shown.

【0149】図20(B)は、入出力トランジスタTr
の1つを拡大して示す。ソース領域Sは、電流方向に約
0.5μmの幅を有する。ドレイン領域Dは、電流方向
の寸法がたとえば60μmに設定されている。ソース領
域Sとドレイン領域Dのゲート電極Gと平行な方向の寸
法(チャネル幅)は約50μmの寸法である。ドレイン
領域の内部に、たとえば30μm×40μmの擬似スク
ライブラインQSLが画定される。ドレインコンタクト
は、擬似スクライブラインQSLよりも外側に形成され
る。なお、ソース領域、ドレイン領域にそれぞれ3つの
コンタクトホールが形成される場合が図示されている。
FIG. 20 (B) shows the input / output transistor Tr
Is shown in an enlarged manner. The source region S has a width of about 0.5 μm in the current direction. Drain region D has a dimension in the current direction set to, for example, 60 μm. The dimension (channel width) of the source region S and the drain region D in the direction parallel to the gate electrode G is about 50 μm. A pseudo scribe line QSL of, for example, 30 μm × 40 μm is defined inside the drain region. The drain contact is formed outside the pseudo scribe line QSL. Note that a case where three contact holes are formed in each of the source region and the drain region is illustrated.

【0150】図20(C)は、図20(A)の20C−
20Cに沿う断面構造を示す。前述の実施例と同様な部
分には同様の参照符号を付してその説明を省略する。内
部回路のMOSトランジスタQは、たとえば約0.5μ
mのゲート長を有する。入出力トランジスタTrは、図
20(B)を参照して説明したような寸法を有し、擬似
スクライブラインQSLには、金属等の導電物領域Eが
形成されている。
FIG. 20 (C) is a view similar to FIG.
20 shows a cross-sectional structure along 20C. The same parts as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. MOS transistor Q of the internal circuit is, for example, approximately 0.5 μm.
It has a gate length of m. The input / output transistor Tr has dimensions as described with reference to FIG. 20B, and a conductive region E such as a metal is formed in the pseudo scribe line QSL.

【0151】図21(A)〜(C)、図22(D)〜
(F)は、図19、図20(C)に示すような構成を作
成するための製造工程を示す。図21(A)において、
シリコン半導体基板1の表面上にフィールド酸化膜OX
をLOCOS法によって作成する。フィールド酸化膜O
Xによって画定された活性領域内に内部回路のトランジ
スタQおよび入出力回路のトランジスタTrを作成す
る。
FIGS. 21 (A) to (C) and FIGS. 22 (D) to
(F) shows a manufacturing process for creating a structure as shown in FIGS. 19 and 20 (C). In FIG. 21A,
Field oxide film OX on the surface of silicon semiconductor substrate 1
Is created by the LOCOS method. Field oxide film O
The transistor Q of the internal circuit and the transistor Tr of the input / output circuit are created in the active region defined by X.

【0152】まず、活性領域表面にゲート酸化膜を形成
し、多結晶シリコンとシリサイドとの積層からなるポリ
サイド層を形成し、パターニングすることによってゲー
ト電極Gを作成する。次に、ゲート電極Gを埋め込んで
第1層間絶縁膜51を作成する。第1層間絶縁膜は、た
とえばPSGによって作成する。
First, a gate electrode is formed by forming a gate oxide film on the surface of the active region, forming a polycide layer composed of a laminate of polycrystalline silicon and silicide, and patterning. Next, the first interlayer insulating film 51 is formed by burying the gate electrode G. The first interlayer insulating film is formed by, for example, PSG.

【0153】なお、第1層間絶縁膜51形成後、化学機
械研磨(CMP)により平坦化を行なってもよい。図示
の構成は、CMPによって表面を平坦化した構成を示
す。第1層間絶縁膜の厚さは、基板表面からたとえば約
2μmである。
After the first interlayer insulating film 51 is formed, planarization may be performed by chemical mechanical polishing (CMP). The illustrated configuration shows a configuration in which the surface is flattened by CMP. The thickness of the first interlayer insulating film is, for example, about 2 μm from the substrate surface.

【0154】図21(B)に示すように、第1層間絶縁
膜51上にレジストマスクを形成し、第1層間絶縁膜を
エッチングして所望領域の基板表面を露出する。図は、
レジストマスクを除去した状態を示す。なお、トランジ
スタのコンタクトホールとなる領域は、径0.8μmの
開口であり、中央の広い開口部分は擬似スクライブライ
ンQSLとなる部分である。このエッチング工程におけ
るコンタクトホールはアスペクト比が高く、過剰正電荷
の注入が生じる。
As shown in FIG. 21B, a resist mask is formed on first interlayer insulating film 51, and the first interlayer insulating film is etched to expose a desired region of the substrate surface. The figure shows
This shows a state where the resist mask has been removed. Note that a region serving as a contact hole of the transistor is an opening having a diameter of 0.8 μm, and a wide opening at the center is a portion serving as a pseudo scribe line QSL. The contact hole in this etching step has a high aspect ratio, and excessive positive charges are injected.

【0155】図21(C)に示すように、基板全面上に
タングステン膜53をCVDで堆積する。タングステン
膜53の厚さは、コンタクトホール部分において、孔が
完全に埋め戻される厚さとする。たとえば、コンタクト
ホールの径の1.5倍程度の膜厚のタングステン膜を堆
積する。
As shown in FIG. 21C, a tungsten film 53 is deposited on the entire surface of the substrate by CVD. The thickness of the tungsten film 53 is such that the hole is completely filled back in the contact hole portion. For example, a tungsten film having a thickness of about 1.5 times the diameter of the contact hole is deposited.

【0156】次に、図22(D)に示すように、堆積し
たタングステン膜53をエッチバックする。エッチバッ
クは、プラズマエッチ、CMP等によって行なうことが
できる。たとえば、CMPによってエッチバックする。
すると、第1層間絶縁膜51a表面上のタングステン膜
53はほぼ完全に除去される。なお、擬似スクライブラ
インQSLの凹部内においては、タングステン膜53は
化学的にエッチされるのみであるため、その一部53R
は残存する。
Next, as shown in FIG. 22D, the deposited tungsten film 53 is etched back. Etchback can be performed by plasma etching, CMP, or the like. For example, etch back is performed by CMP.
Then, the tungsten film 53 on the surface of the first interlayer insulating film 51a is almost completely removed. Note that, in the concave portion of pseudo scribe line QSL, tungsten film 53 is only chemically etched, so that a portion thereof 53R is formed.
Remains.

【0157】図22(E)に示すように、平坦化した表
面上に配線層としてアルミニウム合金層55をスパッタ
リング等によって堆積する。たとえば、厚さ約1μmの
アルミニウム合金を堆積する。
As shown in FIG. 22E, an aluminum alloy layer 55 is deposited as a wiring layer on the flattened surface by sputtering or the like. For example, an aluminum alloy having a thickness of about 1 μm is deposited.

【0158】図22(F)に示すように、アルミニウム
層55の上にレジストマスク等を形成し、プラズマエッ
チング等によってアルミニウム層55をパターニングす
る(レジストマスクは図示せず)。なお、擬似スクライ
ブラインQSLはレジストマスクによって覆わず、露出
した状態とする。
As shown in FIG. 22F, a resist mask or the like is formed on aluminum layer 55, and aluminum layer 55 is patterned by plasma etching or the like (resist mask is not shown). Note that the pseudo scribe line QSL is not covered with the resist mask but is exposed.

【0159】このようなプラズマエッチングにおいて、
露出した配線層に正電荷が過剰に入射すると、その配線
層に接続されたコンタクト部分または絶縁ゲート電極部
分から基板1内に正電荷が注入される。この電荷は、基
板内を流れ、スクライブラインや擬似スクライブライン
において上部空間中の正負電荷と結合し、電荷中和を果
たす。
In such plasma etching,
When the positive charge is excessively incident on the exposed wiring layer, the positive charge is injected into the substrate 1 from a contact portion or an insulated gate electrode portion connected to the wiring layer. This charge flows in the substrate and combines with positive and negative charges in the upper space at the scribe line and the pseudo scribe line to perform charge neutralization.

【0160】基板内に電流が流れても、電流の注入位置
と電流の出口との間の距離が短ければ、基板内に発生す
る電位差は小さい。したがって、MOSトランジスタの
ゲート電極において、しきい値電圧を変更してしまうこ
とが少ない。
Even if a current flows in the substrate, if the distance between the current injection position and the current outlet is short, the potential difference generated in the substrate is small. Therefore, the threshold voltage of the gate electrode of the MOS transistor is rarely changed.

【0161】このようにして、第1配線層を形成した
後、表面上を第2層間絶縁膜で覆い、第2配線層を形成
する。これらの工程は、第1層間絶縁膜形成、第1配線
層形成と同等の工程で実現できる。なお、3層以上の配
線も同様の工程によって実現することができる。
After forming the first wiring layer in this way, the surface is covered with the second interlayer insulating film, and the second wiring layer is formed. These steps can be realized in the same steps as the formation of the first interlayer insulating film and the formation of the first wiring layer. Note that wiring of three or more layers can be realized by the same process.

【0162】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0163】[0163]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
チップ面積の増加を極力抑えて、ゲート電極に接続され
た配線が製造工程中に帯電することによるゲート酸化膜
のダメージを抑制することができる。これにより、半導
体装置の信頼性の向上、高集積化を図ることが可能にな
る。
As described above, according to the present invention,
An increase in the chip area can be suppressed as much as possible, and damage to the gate oxide film due to charging of the wiring connected to the gate electrode during the manufacturing process can be suppressed. This makes it possible to improve the reliability of the semiconductor device and achieve higher integration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例によるCMOS回路の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a CMOS circuit according to an embodiment.

【図2】実施例によるCMOS回路の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a CMOS circuit according to an embodiment.

【図3】実施例による効果を確認するための実験に使用
した回路の回路図及び平面図である。
3A and 3B are a circuit diagram and a plan view of a circuit used in an experiment for confirming an effect of the embodiment.

【図4】保護ダイオードの有無、MOSトランジスタの
チャネル導電型の各場合毎に、ウエハ中心からMOSト
ランジスタまでの距離としきい値電圧のシフト量との関
係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the distance from the center of the wafer to the MOS transistor and the shift amount of the threshold voltage for each case of the presence or absence of the protection diode and the channel conductivity type of the MOS transistor.

【図5】アンテナ比を変化させた場合、各アンテナ比毎
に、ウエハ中心からMOSトランジスタまでの距離とし
きい値電圧のシフト量との関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the distance from the wafer center to the MOS transistor and the shift amount of the threshold voltage for each antenna ratio when the antenna ratio is changed.

【図6】保護ダイオードとMOSトランジスタとの距離
を変えた場合の保護ダイオードの配置を示すための回路
の平面図である。
FIG. 6 is a plan view of a circuit for showing the arrangement of the protection diodes when the distance between the protection diode and the MOS transistor is changed.

【図7】保護ダイオードとMOSトランジスタとの距離
を変えた場合、その距離毎に、ウエハ中心からMOSト
ランジスタまでの距離としきい値電圧のシフト量との関
係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the distance from the center of the wafer to the MOS transistor and the shift amount of the threshold voltage for each distance when the distance between the protection diode and the MOS transistor is changed.

【図8】他の実施例によるCMOS回路の断面図であ
る。
FIG. 8 is a sectional view of a CMOS circuit according to another embodiment.

【図9】保護ダイオードのp型領域の不純物濃度を変え
て逆方向降伏電圧を変えた場合、その不純物濃度毎に、
ウエハ中心からMOSトランジスタまでの距離としきい
値電圧のシフト量との関係を示すグラフである。
FIG. 9 shows the case where the reverse breakdown voltage is changed by changing the impurity concentration of the p-type region of the protection diode.
9 is a graph showing a relationship between a distance from a wafer center to a MOS transistor and a shift amount of a threshold voltage.

【図10】長大配線への保護ダイオードの取り付け位置
を変えた場合の保護ダイオードの取り付け位置を示すた
めの回路の平面図である。
FIG. 10 is a plan view of a circuit for showing a mounting position of the protection diode when the mounting position of the protection diode to the long wiring is changed.

【図11】保護ダイオードの取り付け位置を変えた場
合、その取り付け位置毎に、ウエハ中心からMOSトラ
ンジスタまでの距離としきい値電圧のシフト量との関係
を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the distance from the center of the wafer to the MOS transistor and the shift amount of the threshold voltage for each of the mounting positions of the protection diode.

【図12】従来例によるCMOS回路の保護ダイオード
挿入方法を示すための回路図、及びCMOS構成のNA
NDゲートの回路図である。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a method of inserting a protection diode in a CMOS circuit according to a conventional example, and NA of a CMOS configuration.
It is a circuit diagram of an ND gate.

【図13】実験用サンプルの構造を示す平面図である。FIG. 13 is a plan view showing the structure of an experimental sample.

【図14】チップの構造を示す平面図と断面図である。14A and 14B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a structure of a chip.

【図15】実験に用いたサンプルの平面図および実験結
果を示すグラフである。
FIG. 15 is a plan view of a sample used in the experiment and a graph showing the experiment result.

【図16】実施例によるチップの構成を示す平面図であ
る。
FIG. 16 is a plan view showing a configuration of a chip according to an example.

【図17】実施例によるチップの構成を示す平面図であ
る。
FIG. 17 is a plan view showing a configuration of a chip according to an example.

【図18】実施例によるチップの構成を示す平面図と断
面図である。
FIG. 18 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a configuration of a chip according to an example.

【図19】実施例によるチップの構成を示す断面図であ
る。
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a chip according to an example.

【図20】実施例によるチップの構成を示す平面図と断
面図である。
FIG. 20 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a configuration of a chip according to an example.

【図21】実施例によるチップの製造工程を示す断面図
である。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a chip according to an example.

【図22】実施例によるチップの製造工程を示す断面図
である。
FIG. 22 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing a chip according to an example.

【図23】実験結果を示す断面図およびグラフである。FIG. 23 is a cross-sectional view and a graph showing an experimental result.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p型基板 2 フィールド酸化膜 3 p型ウェル 4 n型ウェル 5 p+ 型ソース領域 6 p+ 型ドレイン領域 7、10 ゲート電極 8 n+ 型ドレイン領域 9 n+ 型ソース領域 11、12 ウェルコンタクト 13 n+ 型領域 14、15 1層目配線 16 2層目配線 17 3層目配線 18 p型高濃度領域 19 サイドウォール 20 保護ダイオード 21 配線 30 MOSトランジスタ 31 長大配線 32 保護ダイオード 33 MOSトランジスタ形成領域 34a〜34d パッド 35a〜35d 配線 40 ゲート電極 41 ソース領域 42 ドレイン領域 QSL 擬似スクライブラインREFERENCE SIGNS LIST 1 p-type substrate 2 field oxide film 3 p-type well 4 n-type well 5 p + -type source region 6 p + -type drain region 7, 10 gate electrode 8 n + -type drain region 9 n + -type source region 11, 12 well contact 13 n + type region 14, 15 First layer wiring 16 Second layer wiring 17 Third layer wiring 18 P type high concentration region 19 Side wall 20 Protection diode 21 Wiring 30 MOS transistor 31 Long wiring 32 Protection diode 33 MOS transistor formation region 34a-34d Pad 35a-35d Wiring 40 Gate electrode 41 Source region 42 Drain region QSL Pseudo scribe line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8238 H01L 27/092 H01L 29/78 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8238 H01L 27/092 H01L 29/78

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体基板と、 前記半導体基板表面に形成された第1導電型とは逆の第
2導電型のウェルと、 前記半導体基板の第1導電型領域の表面にゲート酸化膜
を介して形成されたゲート電極を有する第1のMOSト
ランジスタと、 前記ウェル表面にゲート酸化膜を介して形成されたゲー
ト電極を有する第2のMOSトランジスタと、 前記第1のMOSトランジスタのゲート電極及び前記第
2のMOSトランジスタのゲート電極に接続された配線
と、 前記半導体基板の第1導電型領域内に形成され、前記配
線に電気的に接続された第2導電型領域と該第2導電型
領域とpn接合を形成し、前記第1のMOSトランジス
タのゲート電極下のチャネル領域よりも不純物濃度が高
い高不純物濃度第1導電型領域と含む保護ダイオード
と、 前記半導体基板の第1導電型領域内に形成された他のダ
イオードと、 を有し、 前記配線と前記ウェルとは電気的に直接接続されてい
ず、 前記保護ダイオードとそれに最も近接して形成されたト
ランジスタとの間の距離は、前記他のダイオードとそれ
に最も近接して形成されたトランジスタとの間の距離よ
りも長いか等しい半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type well opposite to the first conductivity type formed on the semiconductor substrate surface, and a first conductivity type region of the semiconductor substrate. A first MOS transistor having a gate electrode formed via a gate oxide film, a second MOS transistor having a gate electrode formed on the well surface via a gate oxide film, and the first MOS transistor A wiring connected to the gate electrode and the gate electrode of the second MOS transistor; a second conductivity type region formed in the first conductivity type region of the semiconductor substrate and electrically connected to the wiring; A protection diode including a pn junction with the second conductivity type region and a high impurity concentration first conductivity type region having an impurity concentration higher than a channel region below a gate electrode of the first MOS transistor; And another diode formed in the first conductivity type region of the semiconductor substrate, wherein the wiring and the well are not electrically directly connected, and A semiconductor device in which a distance between the formed transistor is longer than or equal to a distance between the other diode and the transistor formed closest thereto.
【請求項2】 さらに、前記半導体基板表面にフィール
ド酸化膜によって囲まれた複数の活性領域を有し、 前記保護ダイオードの第2導電型領域の基板表面内の面
積は、前記半導体基板表面に形成された不純物添加領域
のうち最も小さいものに等しい請求項1記載の半導体装
置。
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a plurality of active regions surrounded by a field oxide film on a surface of the semiconductor substrate, wherein an area of the second conductivity type region of the protection diode in the substrate surface is formed on the surface of the semiconductor substrate. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is equal to the smallest one of the impurity doped regions.
【請求項3】 前記保護ダイオードと前記第1のMOS
トランジスタのゲート電極との間の前記配線に沿った長
さと、前記保護ダイオードと前記第2のMOSトランジ
スタのゲート電極との間の前記配線に沿った長さは、共
に前記配線の全長の1/2以下である請求項1または2
に記載の半導体装置。
3. The protection diode and the first MOS.
Both the length along the wiring between the gate electrode of the transistor and the length between the protection diode and the gate electrode of the second MOS transistor along the wiring is 1/1 of the total length of the wiring. 3. The method according to claim 1, wherein the number is 2 or less.
3. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項4】 第1導電型の半導体基板に第1のMO
Sトランジスタを形成する工程と、 前記半導体基板に形成された第1導電型とは逆の第2導
電型のウェルに第2のMOSトランジスタを形成する工
程と、 前記第1、第2のMOSトランジスタのゲート電極に接
続する配線を形成する工程と、 前記半導体基板のダイオード形成領域に、第1導電型の
不純物を平均打ち込み深さが第1の深さとなるようにイ
オン注入する工程と、 前記半導体基板を熱処理し、前記第1導電型の不純物を
活性化するとともに第2の深さまで拡散させる工程と、 前記ダイオード形成領域に第2導電型の不純物を、平均
打ち込み深さが前記第1の深さよりも深く、前記第2の
深さよりも浅い第3の深さとなるようにイオン注入する
工程と、 前記半導体基板を熱処理し、前記第2導電型の不純物を
活性化する工程と、 を含む半導体装置の製造方法。
4. A first conductive type semiconductor substrate is provided with a first MO.
A step of forming an S transistor; a step of forming a second MOS transistor in a well of a second conductivity type opposite to the first conductivity type formed in the semiconductor substrate; and the first and second MOS transistors Forming a wiring connected to the gate electrode of the semiconductor substrate; implanting an impurity of the first conductivity type into the diode formation region of the semiconductor substrate so that an average implantation depth is the first depth; Heat-treating the substrate to activate the first conductivity type impurity and diffuse it to a second depth; and implanting the second conductivity type impurity into the diode formation region with an average implantation depth of the first depth. Implanting ions so as to have a third depth deeper than the second depth and shallower than the second depth; heat-treating the semiconductor substrate to activate the impurities of the second conductivity type; A method for manufacturing a semiconductor device including:
【請求項5】 スクライブラインで囲まれた内部領域
を有する半導体チップと、 前記内部領域の半導体表面内に形成され、不純物を添加
された複数個の拡散領域と、 各々が前記拡散領域のうちの一対の拡散領域を含み、そ
の間の半導体チップ表面上に形成された絶縁ゲート構造
を有する複数個のMOSトランジスタと、 前記複数個のMOSトランジスタの各ゲート電極と前記
複数個の拡散領域の少なくとも他の1つに接続された複
数個の配線と、 を有し、 前記複数個のMOSトランジスタの各ゲート電極から最
も近いスクライブラインまでの距離と該ゲート電極に接
続された配線が接続されている1つの拡散領域または複
数個の拡散領域のうち最も該ゲート電極に近いものから
最も近いスクライブラインまでの距離とがほぼ等しい半
導体集積回路装置。
5. A semiconductor chip having an internal region surrounded by a scribe line, a plurality of diffusion regions formed in a semiconductor surface of the internal region and doped with impurities, each of which includes one of the diffusion regions. A plurality of MOS transistors each including a pair of diffusion regions and having an insulated gate structure formed on the surface of the semiconductor chip therebetween; and a gate electrode of each of the plurality of MOS transistors and at least another of the plurality of diffusion regions. A plurality of wirings connected to one; a distance from each gate electrode of the plurality of MOS transistors to a nearest scribe line; and one wiring connected to the wiring connected to the gate electrode. A semiconductor device having a distance from a diffusion region or a plurality of diffusion regions closest to the gate electrode to a closest scribe line; Circuit device.
【請求項6】 前記複数の配線のうち1部の配線の各
々に複数の拡散領域が接続され、該複数の拡散領域のう
ち最もゲート電極に近い拡散領域は保護ダイオードを構
成する請求項5記載の半導体集積回路装置。
6. A plurality of diffusion regions are connected to each of a part of the plurality of wirings, and a diffusion region closest to a gate electrode among the plurality of diffusion regions constitutes a protection diode. Semiconductor integrated circuit device.
【請求項7】 スクライブラインで囲まれた内部領域
を有する半導体チップと、 前記内部領域の半導体表面内に形成され、不純物を添加
された複数個の拡散領域と、 各々が前記拡散領域のうちの一対の拡散領域を含み、そ
の間の半導体チップ表面上に形成された絶縁ゲート構造
を有する複数個のMOSトランジスタと、 前記複数個のMOSトランジスタの各ゲート電極と前記
複数個の拡散領域の少なくとも1つに接続された複数個
の配線と、 前記内部領域内に形成され、半導体基板表面または半導
体基板表面上に接続して形成された導電体表面を覆う絶
縁層のうち、少なくとも最上層配線上のカバー膜以外の
絶縁層が除去された擬似スクライブラインと、 を有する半導体集積回路装置。
7. A semiconductor chip having an internal region surrounded by a scribe line, a plurality of impurity regions formed in a semiconductor surface of the internal region and doped with impurities, each of which includes one of the diffusion regions. A plurality of MOS transistors each including a pair of diffusion regions and having an insulated gate structure formed on a surface of a semiconductor chip therebetween; each gate electrode of the plurality of MOS transistors; and at least one of the plurality of diffusion regions A plurality of wirings connected to the semiconductor substrate; and a cover on at least the uppermost wiring of the insulating layer covering the semiconductor substrate surface or the conductor surface formed on the semiconductor substrate surface and connected to the semiconductor substrate surface. And a pseudo scribe line from which an insulating layer other than the film has been removed.
【請求項8】 前記擬似スクライブラインは入出力保
護回路の拡散領域上に形成される請求項7記載の半導体
集積回路装置。
8. The semiconductor integrated circuit device according to claim 7, wherein said pseudo scribe line is formed on a diffusion region of an input / output protection circuit.
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