具体实施方式
下面,说明本发明的第一实施例、第二实施例、第三实施例及第四实施例。
(第一实施例)
采用图1A、图1B、图1C、图2A、图2B、图3A、图3B、图3C、图3D、图4A、图4B、图4C、图5A及图5B,说明第一实施例。而且,本发明的第一实施例涉及具有CMOS晶体管的半导体器件的三阱结构。
首先,采用图1A、图1B及图1C,说明现有半导体器件的问题点的详情。而且,图1A示出了,注入杂质的深度浅的N阱区域1,构成三阱结构的P阱区域2a,不是三阱结构的P阱区域2b,注入杂质的深度深的N阱区域3,P型半导体衬底4,MOS晶体管的栅电极及沟道区域5,源极及漏极区域6,由厚的氧化膜构成的元件分离区域7,用于导通P阱区域和半导体衬底的贯通口区域8,以及向不是三阱结构的P阱区域2b提供电位的阱抽头9。而且,图1B示出了半导体衬底15与抗蚀剂16的剖面,并且分别示出了表示5E15/cm3的等浓度线11,表示2.5E16/cm3的等浓度线12,表示7.5E16/cm3的等浓度线13,表示2.25E17/cm3的等浓度线14,半导体衬底15,抗蚀剂16,表示抗蚀剂16的剖面形状为倾斜形状的区域的点线17a、17b,以及表示半导体表面的一定范围的箭头18。而且,图1C分别示出了:抗蚀剂16存在的区域,点线17a、17b的位置,图1B所示的半导体表面的箭头18,在该半导体表面的箭头18所指的范围中,表示半导体衬底15的表面的杂质浓度的曲线图,以及,表示其曲线图中的杂质浓度的曲线20。此外,通过使用蒙特-卡罗法且用计算机进行的模拟,并基于求出了杂质分布的结果,导出表示5E15/cm3的等浓度线11、表示2.5E16/cm3的等浓度线12、表示7.5E16/cm3的等浓度线13、表示2.25E17/cm3的等浓度线14、以及表示杂质浓度的曲线20。
图1A示出了,在整体为P型的P型半导体衬底4中,形成有注入杂质的深度深的N阱区域3和注入杂质的深度浅的N阱区域1。进一步,图1A示出了,在由注入杂质的深度深的N阱区域3和注入杂质的深度浅的N阱区域1构成的N阱区域中,形成有构成三阱结构的P阱区域2a。而且,图1A示出了,在构成上述三阱结构的P阱区域2a中,形成有MOS晶体管及元件分离区域7。该MOS晶体管由栅电极及沟道区域5、以及源极区域及漏极区域6构成。而且,示出了在贯通口区域8的上部配置有MOS晶体管。图1A示出了,在不是三阱结构的P阱区域2b中形成有元件分离区域7及阱抽头9。此外,阱抽头9具有向不是三阱结构的P阱区域2b提供电位的作用。而且,由阱抽头9提供的电位,经贯通口区域8,也提供到构成三阱结构的P阱区域2a。
图1B表示抗蚀剂16和半导体衬底15的剖面,其中在形成注入杂质的深度深的N阱区域3及贯通口区域8的杂质注入工序时,所述抗蚀剂16和半导体衬底15作为注入杂质的掩模(mask),被配置在该贯通口区域8的边界部分。而且,图1B是为了形成注入杂质的深度深的N阱区域3及贯通口区域8,从半导体衬底的法线方向注入杂质之后,用等浓度线11、12、13及14表示杂质所示的浓度分布的图。进一步,图1B的点线17a表示抗蚀剂16的端部。图1B的点线17b表示抗蚀剂16的厚度不均匀的区域与均匀的区域的交界线。而且,图1B的箭头18表示图1C曲线图所示的横向的范围。
而且,在图1B所示的半导体衬底15的表面上不存在抗蚀剂16的区域内,在半导体衬底15中,存在带状的高浓度区域,该高浓度区域被表示2.25E17/cm3的等浓度线14围住,且以从半导体衬底15的表面起1.5μm左右深度的位置作为中心;以夹持所述高浓度杂质区域的方式,在其上下方向上存在有杂质区域,该杂质区被表示7.5E16/cm3的等浓度线13、表示2.5E16/cm3的等浓度线12以及表示5E15/cm3的等浓度线11围住。
另一方面,在图1B所示的点线17a和点线17b所夹持的区域内的抗蚀剂16中以及半导体器件15中,纵向上存在被表示7.5E16/cm3的等浓度线13围住的杂质区域,并且在该杂质区域的两侧存在被表示2.5E16/cm3的等浓度线12围住的杂质区域。
在此,通过下述理由形成上述这样的杂质区域。首先,在点线17a和点线17b所夹持的区域中,抗蚀剂16的厚度不均匀,且渐渐地变厚。即,抗蚀剂16的剖面形状是倾斜的形状。这样一来,由于与抗蚀剂碰撞的杂质的注入能量随抗蚀剂16的厚度而减小,所以在抗蚀剂16充分厚的部位,杂质主要留在抗蚀剂16中,而在抗蚀剂16薄的部位,杂质主要透过抗蚀剂到达衬底。而且,对应着因抗蚀剂16而减小的注入能量,向半导体衬底15注入杂质的深度的平均值不同。从而,到达衬底的杂质会分散到,没有抗蚀剂16的区域中的、具有高浓度杂质区域的1.5μm深度到表面之间的区域,形成纵向的杂质区域。另一方面,由于留在抗蚀剂16的端部的倾斜部分中的杂质也会沿倾斜部分形状分布,因此在抗蚀剂16中形成纵向的杂质区域。
在半导体衬底15的表面上存在抗蚀剂16的区域,而且除了被点线17a和点线17b所夹持的区域以外的区域中,抗蚀剂16的厚度大致均匀。这样一来,杂质留在抗蚀剂中,从而在抗蚀剂16中,形成带状的高浓度杂质区域,该高浓度杂质区域被2.25E17/cm3的等浓度线14围住并且将从抗蚀剂16的表面起2.0μm左右的位置作为中心。而且,以夹持该高浓度杂质区域的方式,在该高浓度杂质区域的上下方向上形成杂质区域,该杂质区被表示7.5E16/cm3的等浓度线13、表示2.5E16/cm3的等浓度线12以及表示5E15/cm3的等浓度线11围住。
图1C的曲线图是表示处于图1B的箭头18的范围内的半导体衬底15表面的杂质分布的曲线图。而且,图1C的曲线图的横轴以图1B的点线17a与半导体衬底10表面的交点设为原点,且以-3.0μm到+1.0μm的范围表示从原点起的横向距离。图1C的曲线图的纵轴表示从1E15/cm3到1E18/cm3的杂质浓度的范围。曲线20示出了,杂质浓度从-1.5μm的点上的1.5E15/cm3开始上升,逐渐升至原点,并从原点开始进入正的区域,并表示顶点8E16/cm3的杂质浓度,并随着远离原点而迅速地减少。这是因为,由于箭头18的范围包括被点线17a和点线17b夹持的区域,该区域是形成纵向杂质区域的区域,因此能够反映出越靠近有无抗蚀剂16的边界附近则杂质浓度越高的状况。
根据图1A、图1B及图1C,在注入杂质的深度深的N阱区域3之中形成贯通口区域8时,在贯通口区域8的交界处不能完全切断向半导体衬底的N型杂质的注入,所以在构成三阱结构的P阱区域2a的表面形成如图1C的曲线图所示的杂质分布。这样一来,在现有的三阱结构中,存在P阱区域2a中的MOS晶体管的特性与其它MOS晶体管的特性相比不稳定的问题,其中,该P阱区域2a与贯通口区域8的边界部分重叠,且用于构成三阱结构。例如,与贯通口区域8的边界部分重叠的、构成三阱结构的P阱区域2a中的MOS晶体管的特性中,存在源极端子和漏极端子之间的漏电特性恶化等问题。P阱区域2a的P型杂质的功效因N型杂质而被抵消,所以成为与P阱区域2a中的P型杂质浓度降低后的效果相同的状态。其结果,是因为,由位于贯通口区域8的边界部分的P阱区域2a的部分和源极及漏极区域6来形成的P-N结的电性抗压性能劣化。
而且,由于位于P阱区域的底部的、贯通N阱区域的贯通口区域的大小及贯通口区域的配置部位,向P阱区域的供电变得不稳定,从而P阱区域上的晶体管的特性变得不稳定。
进一步,为了形成深的N阱区域和贯通口区域,以高能量注入N型杂质到深的N阱区域,由此形成细微图案成困难。从而,一般难以避免贯通口区域的大小比这个晶体管的大小大。所以,如专利文献1所述地,若避开晶体管的正下方来配置贯通口区域,则P阱区域的大小变得与贯通口区域一样大,且P.阱区域的小型化变得困难。
图2A表示第一实施例的半导体器件的俯视图,图2B表示第一实施例的半导体器件的剖视图。图2A是在平面上观察时示出了P型半导体衬底21、由注入杂质的深度深的N型杂质区域22和注入杂质的深度浅的N型杂质区域24构成的N阱区域、构成三阱结构的P阱区域23a、P阱区域23b、贯通口区域25、STI(shallow trench isolation)30、阱抽头32、贯通口区域的边界33以及MOS晶体管34的配置的图。而且,图2A示出了形成STI30,该STI30用于进行在贯通口区域25的内侧划定MOS晶体管34的场效应区域28、MOS晶体管34的栅电极29、MOS晶体管34、以及进行阱抽头32的电性绝缘。而且,上述N阱区域形成在P型半导体衬底21内。P阱区域23形成在N阱区域的内侧,即,被N阱区域围住。贯通口区域25是配置在P阱区域23a的内侧,且是电连接P阱区域23a和P型半导体衬底21的区域。进一步,在平面上观察时注入杂质的深度深的N型杂质区域22及贯通口区域25的边界区域33和MOS晶体管34分离。在此,贯通口区域25的边界区域33和MOS晶体管34之间的距离是,N型杂质浓度从图1C所示的原点起下降至规定浓度为止的距离。此外,所谓下降至规定浓度为止的距离是指,N型杂质下降至不影响MOS晶体管34的浓度时的距离,例如,从如图1C所示的原点下降至N型杂质浓度约为2E16/cm3的点为止的距离。
图2B为由图2A的A-B间虚线所示的部位的剖视图。而且,N阱区域从P型半导体衬底21的表面向P型半导体衬底21内延伸。此外,注入杂质的深度浅的N型杂质区域24配置在N阱区域的表面,注入杂质的深度深的N型杂质区域22配置在N阱区域的底部。而且,P阱区域23a从P型半导体衬底21的表面向N阱区域的内部延伸。贯通口区域25为从P阱区域的底部贯通N阱区域并连接至P型半导体衬底的贯通口。而且,贯通口区域25的周围成为边界区域25。而且,P型半导体衬底21、N阱区域及P阱区域23a成为所谓的三阱结构。进一步,图2B示出了,形成在P阱区域23a内且划定MOS晶体管34的场效应区域29、MOS晶体管34的电极28、STI30、以及MOS晶体管34的源极及漏极31的剖面。图2B示出了不是三阱结构的P阱区域23b中形成元件分离区域30及阱抽头32的情形。此外,阱抽头32具有向不是三阱结构的P阱区域23b提供电位的作用。而且,由阱抽头32提供的电位经贯通口区域25,也提供到构成三阱结构的P阱区域23a。
图3A、图3B、图3C及图3D是表示图2所示的半导体器件的制造工序的概略的剖视图。图4A、图4B、图4C及图4D是表示在图3D所示工序之后,图2所示的半导体器件的制造工序的概略的剖视图。
图3A、图3B、图3C、图3D、图4A、图4B、图4C及图4D分别示出了,半导体衬底35、注入杂质的深度深的N型杂质区域36、抗蚀剂开口图案37、STI38、抗蚀剂开口图案39、注入杂质的深度浅的N型杂质区域40、多晶硅层及栅极氧化膜41、抗蚀剂图案42、MOS晶体管的栅电极43、MOS晶体管的源极及漏极44、贯通口区域45、构成三阱结构的P阱区域46a、不构成三阱结构的P阱区域46b、抗蚀剂图案47、以及阱抽头48。
图3A示出了为了分离元件而形成STI38的情形。STI38通过如下的方法形成。首先,在半导体衬底35中形成0.5μm左右的槽。接着,氧化半导体衬底35的表面。接着,在半导体衬底35上,沉积绝缘层,使得用绝缘物添埋上述槽。接着,当用CMP(chemical mechanical polishing)法除去存在于上述槽以外的绝缘层时,完成了STI38。
图3B示出了,在半导体衬底35上涂敷抗蚀剂,并进行光刻工序,形成抗蚀剂开口图案37,并且通过离子注入,形成贯通口区域45及注入杂质的深度深的N型杂质区域36的情况。抗蚀剂开口图案37具有与注入杂质的深度深的N型杂质区域36对应的开口。即,抗蚀剂开口图案37在N阱区域上没有抗蚀剂图案,但是在与贯通口区域45相对应的部分具有抗蚀剂图案。因此,贯通口区域45由于被上述抗蚀剂图案遮蔽了杂质注入而形成。
然而,即使没有抗蚀剂开口图案37遮蔽贯通口区域45的抗蚀剂图案部分,也能够形成贯通口区域45。此时,按照如下的方法进行贯通口区域45的形成。首先,向注入杂质的深度深的N型杂质区域36离子注入N型杂质。此时,N型杂质也流入到贯通口区域45。于是,再次涂敷抗蚀剂,进行光刻工序,与贯通口区域45对应的部分开口,从而形成抗蚀剂图案,并注入补偿N型杂质的P型杂质。其结果,通过在注入杂质的深度深的N型杂质区域36中补偿P型杂质,形成贯通口区域45。
图3C是表示形成了注入杂质的深度浅的N型杂质区域40且形成了N阱区域的情形的图。为了形成注入杂质的深度浅的N型杂质区域40,首先,涂敷抗蚀剂,进行光刻工序,以在平面上观察时与注入杂质的深度深的N型杂质区域36重叠的方式,形成抗蚀剂开口图案39。接着,注入离子,形成注入杂质的深度浅的N型杂质区域40。其结果,注入杂质的深度深的N型杂质区域36和注入杂质的深度浅的N型杂质区域40相连接,形成N阱区域。而且,也形成被N阱区域围住的P阱区域。
图3D示出了,形成了构成三阱结构的P阱区域46a及不构成三阱结构的P阱区域46b的情形的图。为了形成P阱区域46a及46b,起初,涂敷抗蚀剂并进行光刻工序,形成覆盖N型杂质区域40的抗蚀剂图案47。接着,将抗蚀剂图案47作为掩模,离子注入P型杂质。此后,除去抗蚀剂图案47。
图4A是表示形成了用于形成MOS晶体管的栅电极43的抗蚀剂图案42的情形的图。形成抗蚀剂图案42之前,除去抗蚀剂开口图案39,进行栅极氧化,沉积多晶硅层,形成多晶硅层及栅极氧化膜41。接着,涂敷抗蚀剂,进行光刻工序,作成用于形成MOS晶体管的栅电极43的抗蚀剂图案42。
图4B是表示形成了MOS晶体管的栅电极43的情形的图。通过将抗蚀剂图案42作为掩模,蚀刻多晶硅层及栅极氧化膜41,从而形成MOS晶体管的栅电极43。
图4C是表示形成了MOS晶体管的源极及漏极44的情形的图。为了形成源极及漏极44,首先,通过涂敷抗蚀剂,并进行光刻工序,形成用于形成源极及漏极44的抗蚀剂图案。然后,将此抗蚀剂图案作为掩模,离子注入用于形成源极及漏极44的杂质。接着,除去抗蚀剂图案,并进行热处理,使源极及漏极区域44有源化,从而完成源极及漏极区域。
图4D是表示将阱抽头48形成在P阱区域46b的情形的图。为了形成阱抽头48,首先,通过涂敷抗蚀剂,并进行光刻工序,形成用于形成阱抽头48的抗蚀剂图案。然后,将此抗蚀剂图案作为掩模,离子注入用于形成阱抽头48的杂质。接着,除去抗蚀剂图案,并进行热处理,形成阱抽头48。
根据第一实施例,第一实施例的半导体器件具有形成在P型半导体衬底中的N阱区域及形成在N阱区域中的P阱区域,并且为了电连接P阱区域和P型半导体衬底,在P阱区域的底部,还具有贯通N阱区域的贯通口区域。而且,该贯通口区域内的MOS晶体管和贯通口区域的边界相分离。因此,在第一实施例的半导体器件中,如图1的现有例那样,贯通口区域的边界的杂质不影响MOS晶体管,MOS晶体管稳定工作。例如,具有下述效果,即,由于贯通口区域的边界的N型杂质,MOS晶体管的源极端子和漏极端子之间的漏电特性等不受坏的影响。
而且,位于P阱区域的底部并贯通N阱区域的贯通口区域的大小为可包括MOS晶体管的程度。而且,配置贯通口区域的位置在MOS晶体管的正下方。从而,贯通口区域不因P-N结(junction)所引起的空穴层的扩大而关闭,并且向P阱区域的供电稳定。而且,通过供电稳定,在P阱区域上的晶体管的特性变得稳定。
进一步,能够将贯通口区域配置在晶体管的正下方,通过在平面上观察时使晶体管和贯通口区域重叠,与独立设置贯通口区域的情况相比,易于P阱区域的小型化。
此外,在上述第一实施例中记载了,将MOS晶体管形成在构成三阱结构的P阱区域内,贯通口区域的边界区域对MOS晶体管的特性带来不良影响。另一方面可认为,第一实施例的贯通口区域的边界区域也给MOS晶体管以外的晶体管,例如场效应晶体管的工作带来不良影响。这是由于在P阱区域的贯通口的边界部分,因N型杂质的作用而导致的P-N结的抗压降低,对于场效应晶体管等,也成为端子之间的漏电特性恶化的原因。而且,如第一实施例那样,在平面上观察时分离晶体管和贯通口区域边界区域,对于除了MOS晶体管以外的晶体管也是有效的,这是不言而喻的。
(第二实施例)
用图5A、图5B、图6A、图6B及图6C,说明第二实施例。第二实施例是一种将多个N型MOS晶体管形成在P阱区域内,并将贯通口区域的边界配置在N型MOS晶体管之间的实施例。
图5A为第二实施例的半导体器件的俯视图,图5B是表示第二实施例的半导体器件的剖视图。图5A分别示出了,在平面上观察时注入杂质的深度深的N型杂质区域和注入杂质的深度浅的N型杂质区域相重叠的区域50,N型MOS晶体管51,贯通口区域52,以及在平面上观察时P阱区域和注入杂质的深度深的N型杂质区域相重叠的区域53。此外,省略N型MOS晶体管51的栅电极和源极及漏极等的结构,并用长方形来代表整个N型MOS晶体管51。
图5B是,图5A的俯视图所示的A-B线上的剖视图,并且分别示出了,从P型半导体衬底57的表面向内部延伸且注入杂质的深度浅的N型杂质区域56,从P型半导体衬底57的表面向内部延伸的P阱区域54,位于N型杂质区域56和P阱区域54的底部且注入杂质的深度深的杂质区域55,在P阱区域54的底部且贯通注入杂质的深度深的杂质区域55的贯通口区域52,以及位于P阱区域54上的N型MOS晶体管51。此外,注入杂质的深度浅的N型杂质区域56和注入杂质的深度深的杂质区域55形成N阱区域,并围住P阱区域54。
根据图5A及图5B,第二实施例的半导体器件既具有形成在P型半导体衬底57中的N阱区域及形成在N阱区域中的P阱区域54,而且为了电连接P阱区域54和P型半导体衬底57,还具有从P阱区域54的底部贯通N阱区域的贯通口区域52。另外,在该P阱区域54内存在多个N型MOS晶体管,并且在贯通口区域52内也存在N型MOS晶体管。所以,在贯通口区域52内的N型MOS晶体管和贯通口区域52外的N型MOS晶体管之间,配置有贯通口区域52的边界。而且,该贯通口区域52的边界与N型MOS晶体管之间的距离最好是,与第一实施例一样地,从图1C的曲线图的原点到N型杂质浓度降低至2E16/cm3左右时的点之间的距离。
从而,在第二实施例的半导体器件中,如图1A、图1B及图1C的现有例,贯通口区域的边界的杂质不影响MOS晶体管,MOS晶体管稳定工作。例如,不会给MOS晶体管的源极及漏极端子之间的漏电特性等带来不良影响。
而且,由于能够重叠MOS晶体管区域和贯通口区域,因此无需另外单独设立贯通口区域,从而能够缩小包括MOS晶体管区域和贯通口区域两者的P阱区域54的面积。
图6A、图6B及图6C为,图5A及图5B所记载的第二实施例的变形例的半导体器件的俯视图及剖视图。图6A为俯视图,并示出了,在平面上观察时注入杂质的深度深的N型杂质区域和注入杂质的深度浅的N型杂质区域重叠的区域60,N型MOS晶体管61,P型MOS晶体管62,贯通口区域63,以及在平面上观察时P阱区域和注入杂质的深度深的N型杂质区域重叠的区域64。
图6B为图6A的A-B线部分的剖视图,并示出了,从P型半导体衬底68的表面向内部延伸的注入杂质的深度浅的N型杂质区域67,从P型半导体衬底68的表面向内部延伸的P阱区域65,位于N型杂质区域67和P阱区域65的底部且注入杂质的深度深的杂质区域66,位于P阱区域65的底部且贯通注入杂质的深度深的杂质区域55的贯通口区域63,以及位于P阱区域65上的N型MOS晶体管61。此外,注入杂质的深度浅的N型杂质区域67和注入杂质的深度深的杂质区域66形成N阱区域,并围住P阱区域65。
图6C为图6A的C-D线部分的剖视图。而且,若比较图6A和图6B,则其不同点在于,没有示出P阱区域65,而且替换位于P阱区域65上的N型MOS晶体管61,示出了位于注入杂质的深度浅的N型杂质区域67上的P型MOS晶体管62。然而,在其它方面,图6A与图6B相同。
而且,图6A、图6B及图6C所示的第二实施例的变形例与第二实施例的不同之处在于,贯通口区域63内具有P型MOS晶体管。然而,关于其它结构及配置,与第二实施例相同。
从而,在第二实施例的变形例的半导体器件中,如图1的现有例那样,MOS晶体管的特性不会受到贯通口区域的边界部分的杂质的影响。而且,不但N型MOS晶体管稳定工作,P型MOS晶体管也稳定工作。例如,配置在贯通口区域的边界部分的P型MOS晶体管的源极及漏极端子之间的漏电特性等处于正常状态。
而且,由于能够重叠MOS晶体管区域和贯通口区域,因此能够缩小包括MOS晶体管区域和贯通口区域两者的P阱区域54的面积。
(第三实施例)
采用图7及图8,说明第三实施例。第三实施例涉及具有SRAM单元的半导体器件的实施例,其中该SRAM单元由MOS晶体管构成。
图7是对第三实施例的半导体器件的SRAM单元的布局进行说明的俯视图。而且,图7示出了,字线70、VDD线71、位线72、GND线73、MOS晶体管的栅电极74、场效应区域75、接点76、N型MOS晶体管77、N型MOS晶体管78、P型MOS晶体管79、P型MOS晶体管80、N型MOS晶体管81、N型MOS晶体管82、P阱区域83、N阱区域84以及SRAM单元85。
通过按一定规则配置规定的场效应区域75及规定的MOS晶体管的栅电极74,能够将MOS晶体管具有一定规律地矩阵状铺满。而且,从以矩阵状配置的MOS晶体管中,例如,将位于N阱区域84的P型MOS晶体管79、80和位于P阱区域83的N型MOS晶体管77、78、81、82,如图7的粗线所示那样,用配线层来连接,从而能够构成SRAM单元85。此外,除了配置接点76的部位,在场效应区域75和MOS晶体管的栅电极74之间的交叉部分形成有MOS晶体管的沟道。另一方面,在场效应区域75和MOS晶体管的栅电极74之间交叉部分中的配置有接点76的部位上,场效应区域75和MOS晶体管的栅电极74电连接。
在此,通过上述连接,N型MOS晶体管78和P型MOS晶体管79形成逆变(inverter)电路。N型MOS晶体管81和P型MOS晶体管80形成逆变电路。而且,两者的逆变电路交叉(cross)连接。另外,N型MOS晶体管77及N型MOS晶体管82形成SRAM单元的传输门(transfer gate)。
N阱区域84和P阱区域83为在平面上观察是列方向上长的长方形区域,并且在平面上观察时相互交替配置。在此,N阱区域84的宽度例如大致为0.5μm左右。另外,P阱区域83的宽度例如大致为0.7μm左右。从而,在平面上观察时,N阱区域84与P阱区域83相分离。但是,P阱区域83形成在N阱区域84内,N阱区域84由P阱区域83区域底部的注入N型杂质的深度深的区域连接。即,N阱区域84为围住包括SRAM单元85的整个SRAM单元矩阵的区域。
此外,第三实施例的场效应区域75的图案为,连续且在列方向上延伸,并且宽度周期性变化的连续的棒状以及短棒状图案。而且,所谓场效应区域75的规则配置指的是,在列方向上重复地配置排列A、排列B及排列C的情况,其中,该排列A在列方向上配置连续的棒状图案,该排列B在列方向上并列短的棒状图案,该排列C是以相对于排列B短的棒状图案的配置互相不同的方式配置短的棒状图案。而且,第三实施例的MOS晶体管的栅电极74的图案是具有与场效应区域75的两列交叉程度的长度的,长的棒状图案。而且,栅电极的规则配置指的是,在行方向上以与两列的场效应区域75交叉的方式配置长的棒状图案。
VDD线71用粗线及长方体形状的配线层图案来表示,且VDD线71为起到向SRAM单元85传输高电压侧的电源电压作用的配线。长方体形状的配线层图案为用于与场效应区域75连接的图案,并且与构成SRAM单元85的P型MOS晶体管79、80的源极连接。VDD线71的粗线由配线层构成,表示将长方体形状图案连接在矩阵的列方向上的配线。位线72用粗线及长方体形状的配线层图案来表示,且位线72为起到向SRAM单元85传输位线信号作用的配线。长方体形状的图案为用于与场效应区域75连接的配线层图案,且与构成SRAM单元85的N型MOS晶体管77的源极及漏极区域,以及N型MOS晶体管82的源极及漏极区域连接。位线72的粗线由配线层构成,表示将长方体形状图案连接在矩阵的列方向上的配线。
GND线73同样是用粗线及长方体形状的图案表示,且起到向SRAM单元85传输低电压侧的电源电压的作用。长方体形状的配线层图案为用于与场效应区域75连接的图案,并且与构成SRAM单元76的N型MOS晶体管78、81的漏极连接。GND线73的粗线为将长方体形状的图案连接在矩阵的列方向上的配线。
字线70由配线层构成,而且与构成SRAM单元85的N型MOS晶体管77的栅电极74、以及N型MOS晶体管82的栅电极74连接。而且,字线70起到,向SRAM单元的存储部分,经由N型MOS晶体管77及N型MOS晶体管82,传输用于取得位线信号的译码信号的作用。
图8示出了,在第三实施例的半导体器件中,贯通口区域相对于图7的SRAM单元的配置。
而且,图8示出了,场效应区域87、栅电极88、低电压电源89、高电压电源90、位线91、N型MOS晶体管92、N型MOS晶体管93、P型MOS晶体管96、P型MOS晶体管97、N型MOS晶体管98、N型MOS晶体管99、贯通口区域100、P阱区域101及N阱区域102。
而且,场效应区域87和栅电极88构成MOS晶体管,在这点上于图6相同。而且,低电压电源89、高电压电源90、位线91、N型MOS晶体管92、N型MOS晶体管93、P型MOS晶体管96、P型MOS晶体管97、N型MOS晶体管98以及N型MOS晶体管99构成SRAM单元,在这点上与图7相同。
因此,以包括上下相对的两个SRAM单元区域的方式,设置贯通口区域100。要包括两个SRAM单元的原因是,为了使上下SRAM单元的特性相一致。在此,贯通口区域100是大小例如为1.0μm×1.4μm左右的矩形。而且,N阱区域101的宽度例如大致为0.5μm左右。而且,P阱区域102的宽度例如大致为0.7μm左右。所以,贯通口区域100的边界部分配置在构成SRAM单元的MOS晶体管之间。进一步,贯通口区域100的边界部分和MOS晶体管之间的距离最好是,从图1C所示的原点到N型杂质浓度降低至规定浓度为止的距离。此外,所谓降低至规定浓度为止的距离是指,降低至N型杂质不会给MOS晶体管带来影响的浓度为止的距离,例如,从图1C所示的原点到N型杂质浓度降低至大致2E16/cm3的点为止的距离。
根据第三实施例的具有SRAM单元的半导体器件,其中该SRAM单元由MOS晶体管构成,构成SRAM单元的N型MOS晶体管配置在P阱区域,并且P型MOS晶体管配置在N阱区域。而且,P阱区域配置在N阱区域的内部,注入N型杂质的深度深的区域配置在P阱区域的底部。而且,以包括两个SRAM单元的方式设置贯通口区域100,贯通口区域100的边界部分配置在构成SRAM单元的MOS晶体管之间。为了使位于贯通口区域100的边界部分的杂质分布避开不稳定的区域,配置MOS晶体管,MOS晶体管稳定工作。其结果,由该MOS晶体管构成的SRAM单元也稳定工作。
而且,N阱区域包括整个SRAM单元矩阵,与贯通口区域100相比,占据大的区域。进一步,P阱区域也占据SRAM单元的几乎一列的面积,与贯通口区域100相比占据大的区域。另一方面,贯通口区域100仅仅占据P阱区域的一部分。因此,根据第三实施例的三阱结构,能够抑制少数载波电流从半导体衬底注入到P阱区域,而且还能够将P阱区域的供电由贯通口区域100进行。其结果,能够保护整个SRAM单元矩阵免受注入少数载波电流而引起的影响。还有,由于SRAM单元和贯通口区域100能够在平面上观察时重叠,所以不需独立设置贯通口区域100,而能够缩小P阱区域的面积。
(第四实施例)
采用图9说明第四实施例。与第三实施例同样地,第四实施例是有关具有SRAM单元的半导体器件的实施例,但是SRAM单元的结构不同。
图9是表示第四实施例的半导体器件的图。而且,图9示出了:场效应区域105、106;栅电极107、108;N阱区域109;P阱区域110;P型MOS晶体管111、112;N型MOS晶体管113、114、115、116;贯通口区域117。
通过按一定规则配置规定的场效应区域105及规定的MOS晶体管的栅电极107、108,能够将MOS晶体管具有一定的规律地矩阵状铺满。这是因为,在栅电极107、108和场效应区域105、106重叠的区域,构成了MOS晶体管。
而且,上述的MOS晶体管例如P型MOS晶体管111、112以及N型MOS晶体管113、114、115、116,如图8的粗线所示,通过由配线层连接构成SRAM单元。而且,P型MOS晶体管111、112配置在N阱区域109内。N型MOS晶体管103、104、105、106配置在P阱区域110内。此外,N型MOS晶体管113和P型MOS晶体管111形成逆变电路。N型MOS晶体管114和P型MOS晶体管112形成逆变电路。而且,两个逆变电路交叉连接着。还有,N型MOS晶体管115、116形成SRAM单元的传输门。
由于N阱区域109和P阱区域110在平面上观察是沿着行方向长的长方形区域,而且在平面上观察时相互交替配置,所以在平面上观察时,N阱区域109与P阱区域110相分离。但是,P阱区域110区域形成在N阱区域109内,N阱区域109通过注入N型杂质的注入深度深的区域连接至P阱区域110的底部。即,N阱区域109为围住整个SRAM单元矩阵的区域。在此,N阱区域109的宽度例如大致为0.6μm左右。而且,P阱区域110的宽度例如大致为1.1μm左右。
此外,第四实施例的场效应区域105近似于如下的形状,即,将英文字母C的开口一侧作为轴,以左右对称排列两个的形状。而且,第四实施例的场效应区域106近似于如下的形状,即,以英文字母C的背面一侧作为轴,以左右相对地排列两个的形状。而且,场效应区域105连续排列在行方向上,形成场效应区域105行。而且,场效应区域106连续排列在行方向上,形成场效应区域106行。更进一步,场效应区域105行和场效应区域106行交替排列着。
栅电极107具有棒状的图案,该棒状图案的长度为交叉相邻的场效应区域105和场效应区域106两者的程度的长度。而且,栅电极107配置在与相邻的场效应区域105和场效应区域106两者相交叉的方向,而且,连续配置在行方向上。
在场效应区域105除与栅电极107、108相重叠的部分以外的部分,延伸N型杂质,从而构成N型MOS晶体管113、114、115、116的源极或漏极。在场效应区域106除与栅电极107相重叠的部分以外的部分,延伸P型杂质,从而构成P型MOS晶体管111、112的源极或漏极。
贯通口区域117具有包括四个SRAM单元的四角形,在构成SRAM单元的MOS晶体管之间配置有贯通口区域97的边界。在此,贯通口区域117是大小例如为1.7μm×1.7μm左右的矩形。而且,贯通口区域117的边界配置在构成SRAM单元的MOS晶体管之间。进一步,贯通口区域117的边界部分和MOS晶体管之间的距离最好是,从图1c所示的原点到N型杂质浓度降低至规定浓度为止的距离。此外,所谓降低至规定浓度为止的距离是指,N型杂的浓度降低至不会给MOS晶体管带来影响的浓度为止的距离,例如从图1c所示的原点到N型杂质浓度降低到大致2E16/cm3的点为止的距离。
栅电极108被连续地连接在行方向上,并且起到SRAM单元的字线的作用。而且,位线为由配线层形成的配线。而且,位线一边连接夹持在栅电极108之间的场效应区域105,一边平行于上述字线并在SRAM单元上延伸的配线。
低电压的电源线为由配线层形成的配线。而且,低电压的电源线是连接夹持在栅电极107之间的场效应区域106同时平行于位线及字线地在SRAM单元上延伸的配线。高电压的电源线为由配线层形成的配线。而且,高电压的电源线为连接围在栅电极107之间的场效应区域106同时平行于低电压的电源线地在SRAM单元上延伸的配线。
根据具有由第四实施例的MOS晶体管构成的SRAM单元的半导体器件,构成SRAM单元的N型MOS晶体管配置在P阱区域,P型MOS晶体管配置在N阱区域。而且,P阱区域配置在N阱区域的内部,并且在P阱区域的底部配置有注入N型杂质的深度深的区域。而且,以包括四个SRAM单元的方式设置贯通口区域117,并且贯通口区域117的边界部分配置在构成SRAM单元的MOS晶体管之间。在贯通口区域117的边界部分,即,为了避开杂质分布不稳定的区域,配置了MOS晶体管,且MOS晶体管稳定工作。其结果,由该MOS晶体管所构成的SRAM单元也稳定地工作。
而且,N阱区域包括整个SRAM单元矩阵,且与贯通口区域117相比,占据大的区域。进一步,P阱区域也占据SRAM单元的几乎一个列的面积,且与贯通口区域117相比占据大的区域。另一方面,贯通口区域117仅仅占P阱区域的一部分。从而,通过第四实施例的三阱结构,能够抑制从半导体衬底注入到P阱区域的少数载波电流,且,能够从贯通口区域117进行P阱区域的供电。其结果,保护SRAM单元矩阵整体免受注入少数载波电流所引起的影响。而且,由于SRAM单元和贯通口区域117在平面上观察时重叠,所以不需要独立设置贯通口区域117,而能够缩小P阱区域的面积。