半导体器件的制作方法

专利名称：半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有存储器元件的半导体器件，具体地涉及其中为在存储器元件中记录和写入信息而对端子提供静电放电保护电路的半导体器件。
背景技术：
通常，已经逐渐开发了其中在半导体衬底上设置存储器元件的半导体器件。
存在着存储器元件的各种应用，除了它们被用在用于液体排出的半导体器件中。存储器元件被用于记录半导体器件中液体排出性质的温度相关性或液体的残留量。
在其中不需要大量的位并且进行一次写入的应用中，由于制造工艺简单而使用熔丝ROM(参见日本专利申请特许公开2000-343721)。在使用熔丝ROM时，静电放电保护电路防止由于静电而向输入/输出端子施加高压的导致的静电击穿(例如，日本专利申请特许公开S62-152155(1987))。
在日本专利申请特许公开2000-343721的发明中，在写入熔丝ROM时，熔丝被切断，但是，如果高能量没有在此时瞬间施加到熔丝上，那么切断残余物(cut residue)等产生，从而偶然地导致错误检测。
应当允许高电流流动以稳定地切断熔丝，但在这种情形下，为记录/读出信息而施加到端子的电压不可避免地变高。
相反，在读出信息时，不必施加很高的电压。具体地，在写入时对端子施加20V至30V的电压，而在读出时施加几伏的电压。
在这种配置中，当端子电压变化大时，应当在不允许电流流动的情况下提供作为静电放电保护元件的功能，从而有机会检查设计。
本发明的目的是提供具有静电放电保护电路的半导体器件，该静电放电保护电路适合于施加大差值电压的情形。

发明内容
一种半导体器件，包括存储器元件，该存储器元件被设置在半导体衬底上并在其中记录信息；端子，该端子用于输入用以向存储器元件记录信息的第一电压和低于第一电压的、用以从存储器元件读出信息的第二电压；和静电放电保护电路，该静电放电保护电路被连接到端子。静电放电保护电路包括阴极连接到第一端子且阳极连接到地电位的二极管，以及漏极和栅极连接到该端子且源极和背栅连接到地电位的第一MOS晶体管。
本发明的液体排出记录头具有包含上述配置的半导体器件。本发明的液体排出记录装置具有液体排出记录头。
从下文结合附图的描述中将明了本发明的其他特征和优点，其中在整个附图中类似的标记字符表示相同或类似的部分。


图1是说明本发明的第一实施方式的电路图。
图2是说明本发明的第一实施方式的截面图。
图3是说明本发明的第二实施方式的截面图。
图4是说明本发明的第三实施方式的截面图。
图5是说明本发明的第五实施方式的电路图。
图6说明传统实施方式的电路图。
图7说明传统实例的截面图。
图8是说明喷墨记录头的详细气体配置的透视图。
图9是说明根据本发明的实施方式的喷墨记录装置的外观透视图。
图10是说明喷墨记录装置的控制电路的配置的框图。
图11是解释图10中所示喷墨记录头的另一实施方式的外观透视图。
具体实施例方式
结合在说明书中并构成说明书一部分的

本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了理解本发明，下面解释静电放电保护电路的一个例子。
图6是包含存储器元件的半导体器件的截面图。作为存储器元件的一个例子，解释其中要求大电压差用于写入/读出信息的熔丝ROM。
然而，本发明的应用不限于此，而是适合应用于其中写入和读出之间的电压差大的任何存储器。
图6是说明通常的根据箝位二极管系统的熔丝元件的静电放电保护电路(以下称为ESD保护电路)的图。
在图6中标记数字ID表示输入/输出端子，D1表示阳极连接到GND线且阴极连接到输入/输出端子ID的二极管元件。标记字符D2表示阳极连接到输入/输出端子且阴极连接到内部施加的电压VIN的二极管元件。
标记数字101表示受保护的内部电路，并且它是一个熔丝切断型ROM电路(下文称为熔丝ROM)。
VDDID表示在熔丝读出时使用的电源端子，标记字符F1表示熔丝端子，标记字符R1表示用于在熔丝元件F1被切断时用于上拉(pulling up)输入/输出端子ID的电阻器元件。
标记字符M1表示在熔丝F被切断时产生经由熔丝F从输入/输出端子ID到GND线的路径的N型功率晶体管。
N型功率晶体管M是场效应晶体管，即例如NMOS晶体管或N型DMOS(扩散MOS(defused MOS))。
标记数字102表示内部电路，并且它是在内部施加的电压VIN用作电源时控制N型功率晶体管M1的电路。
将解释熔丝ROM的工作。在写入时，电压被施加到输入/输出端子ID，使得N型功率晶体管M1导通。结果，在熔丝F1中允许流过高电流，并且熔丝F1被切断。
在读出时，电压被施加到电源端子VDDID，使得N型功率晶体管M1导通。
在熔丝F1被切断时，输入/输出端子ID的输出变为电源端子VDDID的电压。在熔丝F1未被切断时，来自输入/输出端子ID的输出电压变为GND电平。
在图6中所示的熔丝ROM的情形中，在由于静电引起的过大电压被施加到输入/输出端子ID时，允许过大的电流流入熔丝F1，从而存在着错误地切断熔丝F1的可能性。作为对此的对策，插入ESD保护电路。
作为ESD保护电路的工作，在过大的负电压被施加到输入/输出端子ID时，电流从GND线经由二极管元件D1而流入输入/输出端子2D。在过大的正电压被施加到输入/输出端子ID时，电流从输入/输出端子ID经由二极管元件D2流入内部施加的电压VIN的端子。
即使在由于静电而施加过大的电压时，电流也不会在内部熔丝F1中流动，使得熔丝F1受保护。
图7是说明图6中所示的保护电路部分的具体配置的截面图。
标记数字201表示P型低密度(下文中描述成P-)半导体衬底，标记数字202表示P-半导体区，标记数字203表示N型低密度(下文中描述成N-)半导体区。它们用作二极管元件D1的阴极。
标记数字203A表示N-半导体区，并用作二极管元件D2的阴极。204表示N型高密度(下文中描述成N+)半导体区，标记数字204A表示N+半导体区，205表示P型高密度(描述成P+)半导体区，205A表示P+半导体区。
标记数字206表示氧化膜，标记数字207表示层间绝缘膜，标记数字208表示由铝等制成的布线层。
图6中的二极管元件D1由将成为阴极的N-半导体区203和将成为阳极的P-半导体区202组成。二极管元件D2由将成为阴极的N+半导体区204A和将成为阳极的P+半导体区205A组成。
图7的配置是由通常的CMOS工艺形成的实例。
在上述配置的情形下，为了向端子输入高电压，要施加到内部施加的电压VIN的电压应当被设置成比要施加到输入/输出端子ID的电压更高，并且在此电压的附近。
在这种情形下，在从熔丝ROM读出时，输入/输出端子ID偶然地变为接近GND电平的数伏。此时，高电压可以被施加到二极管元件D2的两端。
然而，如图7所示，二极管元件D2的击穿电压由N-半导体区203A和P+半导体区205A决定。难以提高P+半导体区205A的击穿电压。
为了避免这点，应当增加制造P-半导体区202的数目，从而导致工艺成本的增加。
即使在为了切断熔丝F1而施加的电压可以被设置在二极管元件D2的击穿电压的范围之内时，输入/输出端子ID的电压也应当比内部施加的电压VIN的电压更低。
例如，考虑在内部施加的电压VIN为5伏而熔丝F1的切断电压为4伏时进行设计的情形。
由于外部接口等的差异，当内部施加的电压VIN从5伏改变成3伏时，输入/输出端子ID维持在4伏。结果电流从输入/输出端子ID经由二极管元件D2流入内部施加的电压VIN的端子中。
因此，熔丝F1的切断电压也应当被设置在3伏或更小，从而应当重新设计熔丝F1的切断条件。
相反，作为本发明的特征的配置如下。
静电放电保护电路包括阴极连接到第一端子且阳极连接到地电位的二极管，以及漏极和栅极连接到该第一端子且源极和背栅连接到地电位的第一MOS晶体管。静电放电保护电路可以被设置在端子和内部电路(例如存储器元件)之间设置的电压叠加路径(电压供给路径)处。根据该配置，由于ESD保护元件的端子没有被连接到内部电路的电源，设计自由度变大，从而即使在输入电压和端子之间的差值大时也能有效地采用该配置。
通过以下面的实施方式为例来解释本发明的特征。然而，本发明不限于这些实施方式，而是可以在不背离本发明的要旨的情形下适当地组合这些实施方式。
第一实施方式图1是说明本发明的第一实施方式的配置的电路图，图2是说明ESD保护电路部分的具体配置的截面图。
在图1中，由于二极管元件D1、受保护的内部电路101、以及内部电路102与图6所示相同，因此省略了其说明。本实施方式的差异在于采用场MOS晶体管FM1代替二极管元件D2。其中电压叠加路径是在ID的一端和F1一端之间连接的布线。通过该布线，电压被从端子提供到存储器元件(内部电路)。
在场MOS晶体管FM1中，其漏极和栅极被连接到输入/输出端子ID，并且其源极和背栅被连接到GND电位。
在图2中，与图7的传统实例中相同的部分由相同的标记数字表示，并省略了其说明。差异部分如下所示。标记数字202A表示形成场MOS晶体管FM1的背栅的P-扩散层区。
标记数字203B表示用作二极管元件D1的阴极和场MOS晶体管FM1的漏极二者的N-扩散区。标记数字204A表示作为场MOS晶体管FM1的源极的N+扩散区。
标记数字206A表示场MOS晶体管FM1的场氧化膜，标记数字209表示由多晶硅制成的FM1栅电极。
对本实施方式的ESD保护操作解释如下。在施加过大的负电压时，类似于传统的实例，电流经由二极管元件D1从GND电位流入输入/输出端子ID。
在施加值过大的正电压并且该电压具有场MOS晶体管FM1的阈值或更大的值时，场MOS晶体管FM1工作，并且电流经由场MOS晶体管FM1从输入/输出端子ID在流入GND端子。
也即，ESD保护元件的功能是充分的。
对击穿电压解释如下。要连接到输入/输出端子ID的场MOS晶体管FM1的漏极具有与二极管元件D1的阴极相同的配置。
由于击穿电压由N-扩散区203B的N-和P-扩散层区202和202A的P-决定，因此可以获得类似于D1的击穿电压。
由于击穿电压由低密度的扩散区决定，因此可以获得足够的击穿电压。
因为场氧化膜厚，所以场MOS晶体管FM1的阈值电压足够高。结果，输入/输出端子ID的电压高，容易允许大电流在熔丝F1中流动，使得熔丝F1可以被更稳定地切断。
即使内部施加的电压VIN降低，施加到输入/输出端子ID的电压也不必改变，因为输入/输出端子ID没有用于与内部施加的电压VIN的端子导通的系统。
例如，内部施加的电压VIN为5伏，熔丝F1的切断电压为4伏。由于外部接口等的差异，内部施加的电压VIN从5伏改变为3伏。考虑该情形。
同样在该情形下，熔丝F1的切断电压不必改变，并且切断熔丝F1的检查不必重新设计。
第二实施方式图3是说明根据第二实施方式的ESD保护电路部分的具体配置的截面图。具有与图2相同配置的部分由与图2相同的标记数字来表示，并省略了其说明。
在第二实施方式中，与图2的差异在于层间绝缘膜207A被设置在场氧化物膜206A的上层上，并且铝布线层208A被用作由金属制成的栅电极。
在其中多晶硅被用作栅极的场MOS的情形下，阈值电压偶然地低于熔丝切断电压。为了提高阈值电压，应当增厚场氧化膜，但制造工艺的生产节拍(tact)变长。
因此，在第二实施方式中，铝布线层被用作栅极，使得在栅电极下方的绝缘膜的厚度可以大于图2中所示的配置。结果，可以获得具有较高阈值电压的场MOS。
结果，在切断熔丝时对ID端子施加的电压可以提高，使得熔丝可以被更稳定地切断。
第三实施方式图4是说明根据第三实施方式的ESD保护电路部分的具体配置的截面图。具有与图3相同配置的部分由相同的标记数字来表示，并省略了其说明。
第三实施方式和第二实施方式之间的差异在于在沟道下方形成P+基础扩散层210。例如，该配置对于日本专利申请特许公开2002-313942中公开的向横向方向扩散基础扩散层的半导体步骤是有效的。
在基础扩散层210被扩散到横向方向时，P+基础扩散层210被形成在场MOS晶体管FM1的栅极下方。这比场MOS晶体管FM1反转的P-的情形更困难，从而难以产生沟道层。
结果，可以进一步提高阈值，并且在熔丝F1切断时，要施加到输入/输出端子ID的电压可以被提高。可以更稳定地切断熔丝。
第四实施方式作为图1中所示的内部电路的实施方式，下面将解释具有电热转换元件(加热器)的记录装置及其驱动电路。图5是具体说明内部电路102的电路图。
在图5中，标记字符H1表示电热转换元件(加热器)，标记字符M2表示驱动电路。该电路用于喷墨记录的基础物质(basesubstance)。该电路允许电流在加热器中流动，进行电热转换，并使墨起泡沫，从而排出墨。
应当调节在排出时的能量，并且在熔丝ROM中存储这些信息是有效的。当液体的残留量不大于预定值时，熔丝ROM也可用于记录该状态。
这种配置对于其中用于液体排出的半导体器件与存贮液体的容器集成在一起的墨盒尤其有效。
当需要调节能量时，通常改变电源线VIN的电源电压，调节由加热器产生的热能。为了提高排出速率，应当增加热能，并且提高VIN。
相反，为了降低排出速率，应当减小热能，并且降低VIN。尤其是由于VIN波动，采用其中VIN的波动不影响ID的施加电压的场MOS的本发明特别有效。
第五实施方式在下文中解释第四实施方式中已解释的用于喷墨记录头的基础物质(用于液体排出记录头的基础物质)。图8是说明喷墨记录头的基础物质的详细配置的透视图。
如图8所示，喷墨记录头的基础物质被构造成使得用于形成被连接到多个排出口800的液体沟道805的沟道壁部件801，和具有供墨口803的顶板802被组装。
结果，可以构成喷墨记录头(液体排出记录头)810。
在此情形下，从供墨口803喷出的墨被存贮在内部的共用液体室804中，从而被提供给各自的液体沟道805。在此情形下，驱动基础物质808和热产生部分806，使得从排出口800中排出墨。
图8中所示的记录头810被结合到喷墨记录装置主体上，并且控制要从装置主体提供给记录头810的信号。结果，可以提供能够实现高速记录和高图像质量记录的喷墨记录装置。
对采用图8中所示的记录头810的喷墨记录装置(液体排出记录装置)解释如下。图9是说明根据本发明的第五实施方式的喷墨记录装置900的外观透视图。
在图9中，记录头810被安装到滑架920上。滑架920与导螺杆904的螺旋槽921啮合，该导螺杆904借助于与驱动马达901的正向和反向旋转相配合的驱动动力传输齿轮902和903而旋转。
通过驱动马达901的驱动动力，记录头810可以与滑架920一起沿导杆919朝着箭头“a”或“b”的方向按照往复的方式移动。
对于通过记录介质进给装置(未示出)输送到压板906上的记录片材P，片材保持板905沿滑架移动方向将记录片材P压在压板906上。
光电耦合器907和908是检查在提供光电耦合器907和908的区域中是否存在向滑架920提供的杠杆909，并转换驱动马达901的旋转方向的原始位置检测单元。
支撑部件910支撑盖在记录头810的整个表面上的盖部件911。抽吸单元912抽吸盖部件911的内部，并且借助于盖内部的开口513恢复记录头810的抽吸。
移动部件915可使清洁刮刀914向前后方向移动，并且清洁刮刀914和移动部件915由主体支撑板916支撑。
不必说，对于清洁刮刀914，不仅附图中所示的形式，而且公知的清洁刮刀也可应用于本实施方式。
杠杆917被提供成启动抽吸恢复的抽吸，并按照与滑架920啮合的凸轮918的移动而移动。来自驱动马达901的驱动动力被控制成通过诸如离合器转换的公知传输方法来移动。
向该装置主体提供记录控制部分(未示出)，该记录控制部分向提供给记录头810的热产生部分806提供信号，并控制诸如驱动马达901的各个机构的驱动。
具有上述配置的喷墨记录装置900在记录头810沿记录片材P的整个宽度往复运动的同时，在通过记录介质进给装置输送到压板906上的记录片材P上执行记录。
对于具有上述实施方式的电路配置的喷墨记录头，由于通过使用基础物质来制造记录头810，因此可以实现高精度和高速记录。
对用于执行该装置的记录控制的控制电路的配置解释如下。图10是说明喷墨记录装置900的控制电路的配置的框图。
在示出控制电路的图10中，标记数字1700表示在其中输入记录信号的接口，标记数字1701表示MPU，标记数字1702表示存储由MPU1701执行的控制程序的程序ROM。
标记数字1703表示存储各种数据(要提供给记录头的记录信号、记录数据等)的动态型RAM。
标记数字1704表示控制向记录头1708提供记录数据、并控制接口1700、MPU1701和RAM1703之间的数据传输的门阵列。
标记数字1710表示输送记录头1708的托架马达，标记数字1709表示用于输送记录片材的输送马达。
标记数字1705表示驱动记录头的头驱动器，标记数字1706和1707分别表示驱动输送马达1709和托架马达1710的马达驱动器。
对该控制配置的工作进行解释。在记录信号进入接口1700时，该记录信号在门阵列1704和MPU1701之间被转换成用于打印的记录数据。按照传送到头驱动器1705的记录数据，驱动马达驱动器1706和1707，并驱动记录头，从而执行打印。
上述解释指的是其中用于喷墨记录头的基础物质用作喷墨型记录头的实例。然而，例如基于本发明的基本配置也可以应用于热记录头的基础物质。
在本申请人提出的采用利用热能排出喷墨记录系统中的墨的系统的记录头和记录装置中，本发明产生了优异的效果。
关于典型的配置和原理，优选地采用美国专利4,723,129和4,740,796的说明书中公开的基本原理。
本方法也可以应用于所谓的按需型和连续型。
尤其在按需型的情形下，至少一个驱动信号被施加到与保持液体(墨)和液体沟道的片材对应地设置的电热转换元件。该驱动信号对应于记录信息，并引起温度的急剧升高而超过沸点。
通过驱动信号在电热转换元件中产生热能，并且薄膜在记录头的热效应面(heat effect plane)上沸腾。结果，可以对应于驱动信号逐个地在液体(墨)中形成气泡，从而本系统产生效果。
通过气泡的长大和放气(deflation)，经由排出开口排出液体(墨)，从而形成至少一个液滴。
在驱动信号为脉冲形时，由于气泡长大并立即且合适地放气，可以更优地排出具有特别优异的响应的液体(墨)。
关于脉冲形的驱动信号，在美国专利4,463,359和4,345,262的说明书中描述的驱动信号是合适的。
在采用美国专利4,313,124的说明书中描述的与热效应面的温度上升速率相关的条件时，可以实现更优异的记录。
如同以上各说明书那样，记录头的配置包括其中组合排出口、液体沟道和电热转换元件等(线性液体沟道或正交液体沟道)的配置。
本发明包括在美国专利4,558,333和4,459,600的说明书中描述的配置，其中热效应面被设置在弧形区域中。
本发明在基于日本专利申请特许公开S59-123670(1984)的配置中是有效的，其中一个共用的狭缝被用作多个电热转换元件的排出部分。
本发明在基于日本专利申请特许公开S59-138461(1984)的配置中是有效的，其中用于吸收热能的压力波的开口对应于排出部分。
下面解释具有对应于记录装置可记录的最大记录介质的宽度的长度的全长型记录头(full-line type recording head)。
当组合多个在上述说明书中公开的记录头时，本发明可以在满足上述长度的配置中，以及在其中记录头被集成为一个头的配置中更有效地产生上述效果。
如图11所示，喷墨记录头810包括具有多个排出口800的记录头部分811，以及保持要提供给记录头部分811的墨的墨容器812。
墨容器812沿着边界线K被可分离地提供到记录头部分811上。喷墨记录头810配备有电接触(未示出)，在安装到图9中所示的记录装置时，所述电接触从滑架接收电信号。
加热器由电信号驱动。在墨容器812内提供纤维状或多孔状吸墨器，以便留存墨。吸墨器留存墨。
相反，在图11中示出的喷墨记录头810被构成为使得记录头811与墨容器812集成在一起。
不背离要旨地，本发明可被应用于修正和修改的实施方式。
本发明可被应用到由多个设备(例如主计算机、接口装置、读取器和打印机)组成的系统，或者被应用到由一个设备(例如复印机和传真装置)组成的装置。
尽管已经参照示例性的实施方式描述了本发明，但应当理解，本发明不限制所公开的示例性实施方式。权利要求的范围应按照最宽的理解，从而包含所有这样的修改以及等价的结构和功能。
权利要求
1.一种半导体器件，包括存储器元件，该存储器元件被设置在半导体衬底上并在其中记录信息；端子，该端子叠加用于向存储器元件记录信息的第一电压和低于第一电压的、用于从存储器元件读出信息的第二电压；静电放电保护电路，其中，所述静电放电保护电路包括其阴极连接到所述端子且其阳极连接到地电位的二极管，以及其漏极和栅极连接到所述端子且其源极和背栅连接到地电位的第一MOS晶体管。
2.根据权利要求1的半导体器件，其中所述存储器元件是熔丝ROM。
3.根据权利要求1的半导体器件，其中所述第一MOS晶体管是场MOS晶体管。
4.根据权利要求2的半导体器件，其中所述熔丝ROM的一端连接到在记录和读出信息时工作的第二MOS晶体管，另一端连接到用于在读出时上拉连接到熔丝的端子的电阻器元件，并且所述电阻器元件的另一端连接到在读出信息时要使用的电源。
5.根据权利要求3的半导体器件，其中所述场MOS晶体管被设置在第一导电类型的半导体衬底上，其背栅区由第一导电类型的第一半导体区组成，其漏极由第二导电类型的第二半导体区形成，所述第二半导体区也被用作二极管的阴极，并且其源极由第二导电类型的第三半导体区形成。
6.根据权利要求1的半导体器件，其中所述MOS晶体管的栅电极由金属形成，并且被形成在场氧化膜和层间膜上。
7.根据权利要求1的半导体器件，其中在MOS晶体中，具有比第一导电类型的第一半导体区更高杂质密度的第四半导体区被设置在场氧化膜下方。
8.根据权利要求1的半导体器件，还包括电热转换元件和用于驱动该电热转换元件的第三MOS晶体管。
9.一种具有根据权利要求8的半导体器件的液体排出记录头。
10.一种具有根据权利要求9的液体排出记录头的液体排出记录装置。
11.一种半导体器件，包括存储器元件，该存储器元件被设置在半导体衬底上并在其中记录信息；端子，该端子叠加用于向存储器元件记录信息的第一电压和低于第一电压的、用于从存储器元件读出信息的第二电压；静电放电保护电路，其中，所述静电放电保护电路包括其阴极连接到在所述端子和所述存储器元件之间设置的电压叠加路径、且其阳极连接到地电位的二极管；以及其漏极和栅极连接到在所述端子和所述存储器元件之间设置的电压叠加路径、且其源极和背栅连接到地电位的第一MOS晶体管。
全文摘要
一种半导体器件，包括存储器元件，该存储器元件被设置在半导体衬底上并在其中记录信息；端子，该端子用于输入用以向存储器元件记录信息的第一电压和低于第一电压的、用以从存储器元件中读出信息的第二电压；以及静电放电保护电路，该静电放电保护电路连接到端子。所述静电放电保护电路包括其阴极连接到第一端子且其阳极连接到地电位的二极管，以及其漏极和栅极连接到该端子且源极和背栅连接到地电位的第一MOS晶体管。
文档编号H01L27/04GK1933156SQ20061015421
公开日2007年3月21日 申请日期2006年9月14日 优先权日2005年9月14日
发明者森井崇 申请人:佳能株式会社